[發明專利]自組裝的垂直對準的多芯片組件

有效

• 申請號: 201680047268.8
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN107924033B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: I·舒彬;鄭學哲;李金洞;K·拉杰;A·V·卡里什納莫蒂
• 申請（專利權）人: 甲骨文國際公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/12;H01S5/30
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 邊海梅

描述了多芯片組件(MCM)。這種MCM包括使用在基板的面對表面上的親水材料和疏水材料以及作為恢復力的液體表面張力被動地自組裝在另一個基板上的兩個基板。兩個基板上具有親水材料的區域與另一個基板上具有親水材料的區域重疊。另一個基板上的這些區域可以被具有疏水材料的區域包圍。兩個基板中的至少一個基板的表面上的間隔物可以使布置在兩個基板上的光波導對準，使得光波導共面。這種制造技術可以允許通過邊緣耦合兩個基板來制造低損耗混合光源。例如，兩個基板中的第一個基板可以是III/V族化合物半導體，并且兩個基板中的第二個基板可以是絕緣體上硅光子芯片。

技術領域

本公開一般而言涉及多芯片組件(MCM)和用于制造MCM的技術。更具體而言，本公開涉及包括兩個基板的MCM，這兩個基板使用間隔物來垂直對準并且使用親水層和疏水層進行自組裝。

背景技術

基于硅光子技術的光互連在帶寬、部件密度、能量效率、時延和物理范圍(reach)方面具有優于電互連的潛力。因此，光互連是緩解高性能計算系統中的芯片間和芯片內通信瓶頸的有前途的解決方案。

雖然在開發絕緣體上硅(SOI)電路方面取得了巨大的進步，但硅上的光源仍然是重大的技術挑戰。特別地，為了在硅上制作高效的激光源，需要高效的光學增益介質。但是，由于硅的間接帶隙結構，硅通常是不良的發光材料。雖然目前正在努力增強硅中的發光效率和光學增益，但硅中的電泵浦室溫連續波(CW)激光器仍然是難以捉摸的。類似地，雖然使用直接在硅上生長的鍺作為光學增益介質已經有了令人興奮的發展，但是通常需要高拉伸應變和高摻雜來使鍺具有直接帶隙，這通常導致低激光器效率。此外，由于硅與III/V族化合物半導體之間的大的晶格和熱失配，在硅上外延生長III/V族化合物半導體常常是困難的，這也限制了激光器效率和可靠性。因此，由于多種材料、工藝和器件物理問題，這些領域仍然是研究課題。

用于在硅上或使用硅構建激光器的替代近期做法是III/V族化合物半導體與硅的混合晶片集成。例如，通過經由或者氧化物與氧化物熔合鍵合或者啟用聚合物的苯并環丁烯鍵合將氧化銦活性結構晶片鍵合到硅，漸逝耦合的混合激光器已經成功地得到證明。但是，由于錐度損耗、載流子注入效率和熱阻抗，這些混合激光器通常具有相對低的光波導耦合總效率。此外，晶片鍵合方法通常僅對將III/V族化合物半導體直接鍵合在具有無源電路的硅晶片上起作用。此外，III/V族化合物-半導體晶片和SOI晶片常常不具有兼容尺寸。特別地，III/V族化合物半導體晶片尺寸通常被限制到150mm，而典型的SOI光子晶片直徑為200mm和300mm。因此，將混合激光源與(可以包括多層金屬互連和層間電介質的)其它有源硅器件集成仍然是個挑戰。

具有III/V族化合物-半導體光學增益介質與硅光波導的邊對邊對接耦合是常見的混合集成方法。它允許維持常規III/V族化合物-半導體激光器的高電注入效率和低熱阻抗。而且，使用這種方法，III/V族化合物-半導體光學增益介質和SOI電路二者都可以獨立地進行性能優化，并且可以獨立制造。使用這種混合集成技術的外腔(EC)激光器已經成功地被證明具有高光波導耦合的總體效率。但是，由于III/V族化合物-半導體光波導和硅光波導之間的光學模式不匹配，常常需要在III/V族化合物半導體和硅的任一側或兩側上的特殊模式尺寸轉換器。此外，為了獲得高效的光學耦合，通常需要III/V族化合物半導體與硅中的光波導的具有亞微米對準容差的精確對準。解決這些問題會降低產率并增加這些混合激光器的成本。

因此，所需要的是沒有上述問題的混合光源和用于制造混合光源的技術。

發明內容

本公開的一個實施例提供了一種多芯片組件(MCM)。這種MCM包括具有第一表面的第一基板，其中第一基板包括在相對于第一表面的第一高度處布置在第一基板上的第一光波導。而且，MCM包括具有第二表面的第二基板。這種第二基板包括：在相對于第二表面的第二高度處布置在第二基板上的第二光波導；以及布置在第二表面上的具有厚度的間隔物。此外，MCM包括具有第三表面的第三基板，該第三基板機械地耦合到第一表面和間隔物，其中間隔物的厚度使第一光波導與第二光波導對準。