一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法及硅基光互連器件技術

本發明專利技術公開了一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法及硅基光互連器件，其通過第一和第二RDL把光子器件和TSV溝通；通過第一、第二凸點將第一電子器件和第二電子器件和光子器件連接；通過TSV和背面第三RDL、第三凸點和基板連接，實現基板和正面CMOS/光子器件的溝通；本發明專利技術將先進的CMOS芯片和單片多種硅光器件的混合集成；本發明專利技術同時保證了高性能硅光器件在SOI襯底的單片集成和CMOS芯片的先進制造，允許二者都是用各種最先進和方便的工藝進行制造，充分借用CMOS工藝進而能大幅降低成本；本發明專利技術將單片集成的硅光子器件和先進COMS芯片通過TSV技術完成超短距離高速電學互連，實現高速寬帶硅光互連。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微電子
，尤其涉及一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法及硅基光互連器件。
技術介紹
在光電模塊中，主要包括兩個部分：光學部分芯片和匹配及控制電路。其中，光子芯片主要包括有源和無源的兩種。有源的主要包括光電調制器（modulator）、光電探測器（photodetector），無源器件則主要是一些復用/解復用（mux、demux）和光學波導等。電芯片則主要涉及到光電調制器的驅動（Driver）、光電探測器的放大器（跨阻放大器TIA或者限制放大器LA或者其他類型的放大器）、還有其他一些匹配和控制電路，例如時鐘恢復（CDR）、串并轉換（Serdes）、開關電路（Switches）等。目前這類光電模塊多是集成在PCB板上，將分立的光芯片和與之對應的電芯片通過wirebonding和flipchip的方式分別進行裝配。其中wirebonding方式雖然裝配方便，但是因為損耗等問題，在高頻高速系統中RC延遲和電感效應明顯這些缺陷使其應用受限，需要盡可能縮短wirebonding金線的長度來減小損耗，在未來100G甚至Tbit傳輸的系統中，幾乎難以應用。flipchip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，但是隨著COMS芯片工藝節點的不斷縮小，而繼續降低PCB版的電路線寬和線距難度較大，目前工藝水平仍然停留在微米量級，如果要把已經是封裝體的電芯片裝配到PCB基板上，顯然會增加成本和功耗，也不利于緊湊型、小型化集成。另一方面，硅基光傳輸模塊的領域內，其發展趨勢是把硅基光子器件和電學芯片兩者都通過傳統CMOS工藝直接印制在硅wafer上，例如Cisco的CPAK100G光模塊，還有IBM采用90nm?COMS工藝將電學和光學部分（除激光器之外的硅基光子器件）實現片上集成。對于這種采用成熟的COMS工藝來同時完成電學和光學部分的新技術，很多公司和研究團隊認為在設計和量產中會有各種問題出現，例如Intel就認為，按照摩爾定律的發展，COMS的工藝節點勢必會越來越小，Intel的14nm?Broadwell已經宣布會在2014年第一季度開始投產。而對于光子器件而言，其工藝量級還停留在幾十微米或者是幾百納米，這個節點的工藝足以保證現有光學器件的性能實現。二者在工藝節點不匹配的發展趨勢決定了把光學和電學部分利用同種COMS工藝來完成，顯然不合適，從成本控制來考慮，也不是最佳的選擇。
技術實現思路
本部分的目的在于概述本專利技術的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和專利技術名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和專利技術名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本專利技術的范圍。鑒于上述和/或現有高速寬帶硅光轉接板中存在的問題，提出了本專利技術。因此，本專利技術的一個目的是通過TSV(Through-Silicon?Via)技術解決在高速大帶寬信息傳輸中硅基光學互連中光學芯片及其控制電路高速高密度集成問題，主要將硅基光子器件單片集成和2.5D轉接板技術結合，形成功能硅光轉接板，解決光子器件和電子芯片的高速高密度互連這一關鍵技術問題。為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法，包括，提供一實現了光子器件單片集成的半導體襯底，所述半導體襯底具有正面和背面，其上設置有光子器件，所述光子器件具有接觸區，所述接觸區上形成有金屬接觸；自所述半導體襯底的正面向背面形成TSV深孔；在所述正面以及所述TSV深孔內沉積絕緣層；形成與所述半導體襯底上的金屬接觸互連的光子器件接觸孔；在絕緣層上以及與金屬接觸互連的光子器件接觸孔內沉積擴散阻擋層和種子層，并在正面以及所述光子器件接觸孔和TSV深孔中填充導電金屬；在所述正面形成與所述光子器件接觸孔內的導電金屬相電性連接的第一RDL和第一凸點，以及與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第二RDL和第二凸點；自所述背面開始減薄所述半導體襯底直至露出所述TSV深孔的導電金屬；在所述背面形成與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第三RDL和第三凸點；將所述第一凸點、第二凸點分別與第一電子器件、第二電子器件相連接。作為本專利技術所述高速寬帶硅光轉接板的制造方法的一種優選方案，其中：所述提供一實現了光子器件單片集成的半導體襯底，其制作步驟包括：提供一絕緣體上硅晶片，所述絕緣體上硅晶片包括頂部硅層，硅襯底，以及設置于所述頂部硅層和所述硅襯底之間的氧化物絕緣層，所述絕緣體上硅晶片具有第一主面和第二主面；在所述頂部硅層上形成絕緣材料層，以完成光子器件的制造，且所述光子器件具有接觸區；在所述接觸區上形成有金屬接觸；在所述金屬接觸上形成刻蝕停止層，所述刻蝕停止層的折射率小于硅材料的折射率；在所述第一主面以及刻蝕停止層上形成不會影響所述半導體襯底光學傳輸性能的表面鈍化層，且表面鈍化層的折射率小于硅材料的折射率；對所形成的表面鈍化層平坦化得到所述集成了光子器件的半導體襯底。作為本專利技術所述高速寬帶硅光轉接板的制造方法的一種優選方案，其中：在所述光子器件接觸孔和TSV深孔中填充導電金屬后，還包括，化學機械平坦化工藝，去除所述正面的阻擋層、種子層以及導電金屬。作為本專利技術所述高速寬帶硅光轉接板的制造方法的一種優選方案，其中：在所述正面形成與所述光子器件接觸孔內的導電金屬相電性連接的第一RDL和第一凸點，以及與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第二RDL和第二凸點后，自所述背面開始減薄所述半導體襯底直至露出所述TSV深孔的導電金屬前，還包括，在所述正面臨時鍵合晶圓載板。作為本專利技術所述高速寬帶硅光轉接板的制造方法的一種優選方案，其中：在所述背面形成與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第三RDL和第三凸點后，將所述第一凸點、第二凸點分別與第一電子器件、第二電子器件相連接前，還包括，解除臨時鍵合，去掉所述晶圓載板。作為本專利技術所述高速寬帶硅光轉接板的制造方法的一種優選方案，其中：將所述第一凸點、第二凸點分別與第一電子器件、第二電子器件相連接后，還包括，將所述第三凸點與基板相連接，完成到基板的裝配。本專利技術的另一個目的是，提供一種硅基光互連器件，以形成功能硅光轉接板，解決光子器件和先進COMS電子芯片的高速高密度短距離互連這一關鍵技術問題。為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種硅基光互連器件，包括，集成了光子器件的半導體襯底，所述半導體襯底具有正面和背本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法，其特征在于：包括，提供一實現了光子器件單片集成的半導體襯底，所述半導體襯底具有正面和背面，其上設置有光子器件，所述光子器件具有接觸區，所述接觸區上形成有金屬接觸；自所述半導體襯底的正面向背面形成TSV深孔；在所述正面以及所述TSV深孔內沉積絕緣層；形成與所述半導體襯底上的金屬接觸互連的光子器件接觸孔；在絕緣層上以及與金屬接觸互連的光子器件接觸孔內沉積擴散阻擋層和種子層，并在正面以及所述光子器件接觸孔和TSV深孔中填充導電金屬；在所述正面形成與所述光子器件接觸孔內的導電金屬相電性連接的第一RDL和第一凸點，以及與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第二RDL和第二凸點；自所述背面開始減薄所述半導體襯底直至露出所述TSV深孔的導電金屬；在所述背面形成與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第三RDL和第三凸點；將所述第一凸點、第二凸點分別與第一電子器件、第二電子器件相連接。

【技術特征摘要】
1.一種高速寬帶硅光轉接板的制造方法，其特征在于：包括，
提供一實現了光子器件單片集成的半導體襯底，所述半導體襯底具有正面
和背面，其上設置有光子器件，所述光子器件具有接觸區，所述接觸區上形成
有金屬接觸；
自所述半導體襯底的正面向背面形成TSV深孔；
在所述正面以及所述TSV深孔內沉積絕緣層；
形成與所述半導體襯底上的金屬接觸互連的光子器件接觸孔；
在絕緣層上以及與金屬接觸互連的光子器件接觸孔內沉積擴散阻擋層和種
子層，并在正面以及所述光子器件接觸孔和TSV深孔中填充導電金屬；
在所述正面形成與所述光子器件接觸孔內的導電金屬相電性連接的第一
RDL和第一凸點，以及與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第二RDL
和第二凸點；
自所述背面開始減薄所述半導體襯底直至露出所述TSV深孔的導電金屬；
在所述背面形成與所述TSV深孔內的導電金屬相電性連接的第三RDL和第
三凸點；
將所述第一凸點、第二凸點分別與第一電子器件、第二電子器件相連接。
2.根據權利要求1所述的高速寬帶硅光轉接板的制造方法，其特征在于：
所述提供一實現了光子器件單片集成的半導體襯底，其制作步驟包括：
提供一絕緣體上硅晶片，所述絕緣體上硅晶片包括頂部硅層，硅襯底，以
及設置于所述頂部硅層和所述硅襯底之間的氧化物絕緣層，所述絕緣體上硅晶
片具有第一主面和第二主面；
在所述頂部硅層上形成絕緣材料層，以完成光子器件的制造，且所述光子
器件具有接觸區；
在所述接觸區上形成有金屬接觸；
在所述金屬接觸上形成刻蝕停止層，所述刻蝕停止層的折射率小于硅材料
的折射率；
在所述第一主面以及刻蝕停止層上形成不會影響所述半導體襯底光學傳輸
性能的表面鈍化層，且表面鈍化層的折射率小于硅材料的折射率；
對所形成的表面鈍化層平坦化得到所述集成了光子器件的半導體襯底。
3.根據權利要求1所述的高速寬帶硅光轉接板的制造方法，其特征在于：

\t在所述光子器件接觸孔和TSV深孔中填充導電金屬后，還包括，
化學機械平坦化工藝，去除所述正面的阻擋層、種子層以及導電金屬。
4.根據權利要求1所述的高速寬帶硅光轉接板的制造方法，其特征在于：
在所述正面形成與所述光子器件接觸孔內的導電金屬相電性連接的第一<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張文奇，薛海韻，
申請(專利權)人：華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32