[發(fā)明專利]無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911111229.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110828443A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隗娟;劉豐滿;曹立強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L25/16
• 分類號(hào): H01L25/16;H01L21/50;H01S5/062
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)及其制備方法，該結(jié)構(gòu)包括：硅光芯片，具有光芯片傳輸線層及與該光芯片傳輸線層相連接的引腳，且該硅光芯片無(wú)襯底；電芯片，倒裝貼裝于該硅光芯片上，該電芯片與該硅光芯片通過(guò)一光電芯片互連層電性相連；塑封層，覆蓋于電芯片周圍；過(guò)孔，其兩端分別連接光芯片傳輸線層和表面/底面金屬焊盤(pán)；以及，該表面/底面金屬焊盤(pán)，設(shè)置于硅光芯片和/或塑封層的外表面。本發(fā)明提供的該無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)及其制備方法，無(wú)需進(jìn)行TSV工藝，降低了工藝難度，提高了成品率；消除了硅襯底寄生參數(shù)的影響，可以有效改善硅光器件的高頻性能；對(duì)于邊耦合方式，無(wú)需制作懸臂梁結(jié)構(gòu)便可實(shí)現(xiàn)較高的耦合效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著摩爾定律的進(jìn)一步發(fā)展，芯片尺寸越來(lái)越小且處理能力越來(lái)越強(qiáng)，從而對(duì)傳輸速率和傳輸容量的要求也越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的電互連存在一定局限性，在損耗、延時(shí)、反射、串?dāng)_、電源噪聲、重量等方面均存在問(wèn)題，它已經(jīng)難以滿足當(dāng)今社會(huì)的需求。光互連技術(shù)具有高帶寬、低延時(shí)、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，使其可以滿足互連網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸帶寬、傳輸速率以及功耗等性能的高要求，因此，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)來(lái)傳輸，無(wú)疑具有廣泛的市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景。目前，單個(gè)硅基光學(xué)器件，包括激光器、調(diào)制器和探測(cè)器等，以及單個(gè)硅基電學(xué)器件，包括驅(qū)動(dòng)器、跨阻放大器等，均可以成功制備出來(lái)，而且性能良好。但是如何在不影響這些光電子器件功能的情況下，將它們集成在一起，依然面臨很多挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了避免打線方式引入的寄生電感對(duì)電路高速性能的影響，通常會(huì)采用垂直集成結(jié)構(gòu)，即將光電芯片進(jìn)行三維堆疊，通過(guò)倒裝方式集成在一起。其好處是：存儲(chǔ)容量的倍增、互連線長(zhǎng)度顯著縮短、信號(hào)傳輸?shù)酶烨宜芨蓴_更小、尺寸和重量減小數(shù)十倍，并且通過(guò)將器件層堆疊提高了實(shí)際集成度。缺點(diǎn)是：硅光器件襯底的寄生參數(shù)較大，會(huì)影響硅光器件的性能，而且高深寬比的硅光穿過(guò)硅通孔(Through Silicon Vias，TSV)工藝復(fù)雜，成品率較低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決上述問(wèn)題。

在一方面，該無(wú)襯底光電混合集成結(jié)構(gòu)包括：

硅光芯片，具有光芯片傳輸線層及與該光芯片傳輸線層相連接的引腳，且該硅光芯片無(wú)襯底；

一些實(shí)施例中，該硅光芯片是調(diào)制器芯片或探測(cè)器芯片，進(jìn)一步地，包括：

順序連接的埋氧層、頂硅層和二氧化硅包層，且在其內(nèi)設(shè)置有歐姆接觸區(qū)域；

光芯片內(nèi)部過(guò)孔，其兩端分別連接硅光芯片的歐姆接觸區(qū)域和光芯片傳輸線層；以及

所述引腳，接入光芯片的電信號(hào)。

電芯片，倒裝貼裝于該硅光芯片上，該電芯片與該硅光芯片通過(guò)一光電芯片互連層電性相連，一些實(shí)施例中：

該電芯片是驅(qū)動(dòng)芯片或跨阻放大器芯片；

該光電芯片互連層為：

硅光芯片的引腳與電芯片的引腳直接鍵合；

硅光芯片的引腳與電芯片的引腳通過(guò)焊球互連；或

電芯片與硅光芯片晶圓進(jìn)行鍵合；或

電芯片晶圓與硅光芯片晶圓直接鍵合。

塑封層，覆蓋于該電芯片周圍；

一些實(shí)施例中，該塑封層的高度與所述電芯片平齊，該塑封層的材料是環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧有機(jī)硅雜物或有機(jī)硅。

過(guò)孔，其兩端分別連接光芯片傳輸線層和表面/底面金屬焊盤(pán)；

一些實(shí)施例中，該過(guò)孔的填充材料為銅，過(guò)孔設(shè)置于硅光芯片內(nèi)部或設(shè)置于塑封層內(nèi)部。