[發(fā)明專利]光電芯片及其混合集成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010505301.5
• 申請日: 2020-06-05
• 公開（公告）號: CN111722316B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒衛(wèi)文;李俊燕;錢娜;張林博;秦睿恒
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/13;G02B6/136;G02B6/42
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種光電芯片，其特征在于包括由下至上依次設(shè)置的硅襯底(1)、二氧化硅層(2)、鍵合介質(zhì)層(3)、鈮酸鋰波導(dǎo)層(4)和金屬電極層，所述的硅襯底(1)為芯片基底，挖設(shè)N個射頻芯片埋置槽(5)；在每個芯片埋置槽(5)內(nèi)設(shè)置一個金屬地(5-1)和一塊射頻芯片(5-2)；所述的二氧化硅層(2)用于保護射頻芯片(5-2)、TSV(10)以及RDL，同時與鈮酸鋰材料形成溫補效應(yīng)；所述的鍵合介質(zhì)層(3)用于包絡(luò)硅鍺層(6)，同時粘結(jié)二氧化硅層(2)與鈮酸鋰波導(dǎo)層(4)；所述的硅鍺層(6)用于光信號的分束和聚合，同時將聚合后的光信號轉(zhuǎn)化為電信號；所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(4)用于通過、調(diào)制光信號；所述的金屬電極層中的直流電極(9)用于為射頻芯片(5-2)供電，所述的射頻電極(8)使所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(4)產(chǎn)生折射率差。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電芯片的混合集成方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)在所述的硅襯底(1)上，挖N個埋置槽(5)，然后在每個槽內(nèi)鋪一個金屬地(5-1)，然后放置一塊射頻芯片(5-2)；在所述的射頻芯片(5-2)周邊的硅襯底的上表面周圍走RDL線，實現(xiàn)射頻芯片(5-2)之間的互聯(lián)；預(yù)留電極通孔，通過熱氧化法生長二氧化硅，在二氧化硅內(nèi)形成TSV(10)并在二氧化硅表面形成RDL，然后采用化學機械研磨方法進行表面平坦化處理；

2)在二氧化硅(2)的基片上利用光刻刻蝕技術(shù)制作硅基光學結(jié)構(gòu)，包括N個硅基光波導(dǎo)分束結(jié)構(gòu)(6-1)和N個硅基光波導(dǎo)合束結(jié)構(gòu)(6-2)，在輸出端的光波導(dǎo)合束結(jié)構(gòu)(6-2)上，先生長低Ge組分的SiGe導(dǎo)波層(6-3)，然后生長具有高Ge組分的SiGe光探測層(6-4)，在所述的硅鍺層(6)周圍旋涂BCB，表面為凹凸不平的結(jié)構(gòu)，以減少反射損耗；

3)在所述的鈮酸鋰波導(dǎo)層(4)的上表面刻蝕形成有一定斜度的2*N個梯形波導(dǎo)(7)，在下表面通過CMP手段處理后，轉(zhuǎn)移到BCB上，高溫退火；在LN和BCB層內(nèi)形成TSV與二氧化硅(2)中的TSV錯位，TSV下部與二氧化硅(2)表面的RDL相連，TSV上部與金屬電極層接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電芯片的混合集成方法，其特征在于，在形成電極的過程中，先鋪設(shè)叉指地電極，然后再鋪設(shè)高頻電極，最后鋪設(shè)兩側(cè)的直流電極。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電芯片的混合集成方法，其特征在于，所述的高頻電極采用銅或鋁；所述的直流電極采用高密度金屬鉑，直流電極放于兩側(cè)起減小高頻電極的反射損耗。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電芯片的混合集成方法，其特征在于，在形成TSV的過程中，自介質(zhì)的上表面通過光刻和干法刻蝕形成TSV，自TSV的頂端形成絕緣環(huán)至TSV的底端邊緣處，在絕緣環(huán)內(nèi)部填充絕緣材料，擴散阻擋層和種子層并以金屬材料填充。