[實用新型]基于硅光轉接板技術的硅基光電子器件

有效

• 申請號: 202020792537.7
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN212083723U
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 蔡艷;涂芝娟;汪巍;余明斌
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司;上海功成半導體科技有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/42
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本實用新型提供一種基于硅光轉接板技術的硅基光電子器件及制備方法，器件包括：硅光器件，包括有源器件結構及無源器件結構，有源器件結構具有引出電極，并覆蓋有介質層；轉接孔及硅穿孔，貫穿至硅襯底，其內壁形成有絕緣層及導電層；接觸孔，貫穿至引出電極；正面重新布線層，正面重新布線層以實現有源器件結構的引出電極與導電層的電性連接；第一凸點層，形成于正面重新布線層上；反面重新布線層，與導電層電性連接；第二凸點層，形成于反面重新布線層上。本實用新型硅光轉接板的制備與硅光器件具有較高的兼容性，可以大幅降低光電混合集成的成本。本實用新型為硅光芯片及其控制芯片提供超短距離電氣互連，能夠有效提高器件的集成密度。

技術領域

本實用新型屬于硅光器件設計及制造領域，特別是涉及一種基于硅光轉接板技術的硅基光電子器件及制備方法。

背景技術

硅光子技術具有低功耗、低成本、易于大規模集成的優點，被光通信行業普遍認同為是下一代光通信器件及模塊系統的核心技術。硅光模塊一般包括激光器芯片、硅光芯片、電芯片(主要包括光電調制器的驅動、光電探測器的放大器、還有其他一些匹配和控制電路，例如時鐘恢復、串并轉換和開關電路等)和光纖陣列等。

目前100G/400G硅光模塊多是集成在基板上，將分立的光芯片和與之對應的電芯片通過wire bonding或flip chip的方式進行連接，光芯片和電芯片也通過wire bonding的方式分別與基板進行連接。但是，wire bonding在高頻高速系統中由于RC延遲和電感效應明顯這些缺陷使其高速應用受限，需要盡可能縮短wire bonding金線的長度來減小高頻傳輸損耗。Flip chip的方式因為采用直接互連的方式，可以很大程度的避免金線的損耗，因此硅光芯片和相對應的電芯片可通過flip chip的方式來減少高頻傳輸損耗。

隨著硅光模塊集成度的提高和速率需求的增加，為了實現Tbit/s以上的傳輸速率，現有的wire bonding/flip chip的光電封裝方式遇到了極大的挑戰，將硅基光電子芯片和2.5D/3D硅轉接板技術結合，形成硅光轉接板，能夠有效的解決硅光芯片、電芯片和基板間的高速高密度互連這一關鍵技術問題。

現有的硅光轉接板的制備與硅光器件的兼容性較差，導致硅光轉接板的制備成本較高、器件體積較大等問題。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于硅光轉接板技術的硅基光電子器件及制備方法，用于解決現有技術中硅光轉接板的制備與硅光器件的兼容性較差，導致硅光轉接板的制備成本較高、器件體積較大等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種基于硅光轉接板技術的硅基光電子器件的制備方法，所述制備方法包括：1)提供硅光器件，所述硅光器件包括SOI襯底及基于所述SOI襯底的有源器件結構及無源器件結構，所述有源器件結構具有引出電極，所述引出電極上覆蓋有介質層；2)形成自所述介質層貫穿至所述SOI襯底的硅襯底的轉接孔，以及延伸進入所述硅襯底的硅穿孔，在所述轉接孔及硅穿孔內壁形成絕緣層，然后在所述轉接孔及所述硅穿孔內填充導電層；3)形成自所述介質層貫穿至所述有源器件結構的引出電極的接觸孔；4)于所述介質層上形成正面重新布線層，所述正面重新布線層還填充所述接觸孔，以實現所述有源器件結構的引出電極與所述導電層的電性連接；5)于所述正面重新布線層上形成第一凸點層；6)減薄所述SOI襯底的硅襯底，直至顯露所述導電層；7)于所述硅襯底上形成反面重新布線層，所述反面重新布線層與所述導電層電性連接；8)于所述反面重新布線層上形成第二凸點層。

可選地，步驟1)包括：步驟1-1)提供一SOI襯底，所述SOI襯底包括硅襯底、埋氧層及頂層硅，在頂層硅上定義無源區及有源區，于所述無源區形成無源器件結構，于所述有源區形成有源器件結構；步驟1-2)于有源器件結構上形成引出孔；步驟1-3)形成共面金屬層，所述共面金屬層位于所述引出孔上并填充所述引出孔以與所述有源器件結構連接，所述共面金屬層用于金屬互連，以及用于形成所述有源器件結構的共面波導傳輸線結構，以提高硅基光電子器件的高頻傳輸性能。