一种硅光转接板及三维架构的集成方法技术

本发明专利技术提供硅光转接板的集成方法，包括步骤：在晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极制备；在硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，形成热光器件和/或硅光有源器件的第一接触孔；沉积第二介质层形成硅通孔；沉积第三介质层形成与热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；电极对应第一接触孔和硅通孔，自电极的底部向下形成第二接触孔和第三接触孔；化学机械抛光并沉积第四介质层，第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块；硅通孔露出并沉积钝化层；刻蚀钝化层形成硅通孔的钝化层窗口，并形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块。本发明专利技术还提供三维架构的集成方法。

An integrated method of silicon optical transfer board and three-dimensional architecture

【技术实现步骤摘要】
一种硅光转接板及三维架构的集成方法
本专利技术涉及硅基光电
，特别是涉及一种硅光转接板及三维架构的集成方法。
技术介绍
硅基光电技术是实现“超越摩尔”的有效手段之一，硅光转接板是将硅光器件和硅通孔（ThroughSiliconVia，TSV）单片集成在一起，并通过硅通孔实现上下层芯片间的电信号的互连互通。基于硅光转接板技术的光电三维架构的集成方法能够使芯片封装面积更小、集成度更高，而且形成的三维架构，对比传统的平面架构，或引线键合方式集成的三维架构，电信号延迟更小、带宽和速率更高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够芯片封装面积更小、集成度更高、电信号延迟更小、带宽和速率更高的硅光转接板及三维架构的集成方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种硅光转接板的集成方法，包括以下步骤：提供晶圆，在晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极的制备，硅光器件包括硅光无源器件和硅光有源器件；在硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，自第一介质层的顶层向下形成硅光无源器件中的热光器件和/或硅光有源器件的第一接触孔；沉积第二介质层，自第二介质层的顶层向下形成若干硅通孔；沉积第三介质层，在第三介质层的顶层形成与热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；每一个电极均对应第一接触孔和硅通孔，且自每一个电极的底部分别向下形成与第一接触孔和硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；化学机械抛光上述已形成的结构的顶层并沉积第四介质层，贯穿第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块，键合焊盘窗口位于电极的上方；研磨晶圆的背面，使硅通孔露出；在晶圆的背面沉积钝化层；刻蚀钝化层，形成硅通孔的钝化层窗口，并在钝化层窗口处形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块；或在钝化层窗口处形成第二微凸块下金属或第二微凸块。优选地，自第一介质层的顶层向下形成第一接触孔的步骤包括：自第一介质层的顶层向下刻蚀以形成第一孔；在第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；在第一孔内电化学镀膜或沉积第一金属；化学机械抛光或刻蚀，以去除第一介质层表面的第一金属和第一隔离层。优选地，第一金属为铜，在第一孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；形成第一接触孔后且沉积第二介质层前，沉积第一停止层。优选地，自第二介质层的顶层向下形成硅通孔的步骤包括：自第二介质层的顶层向下刻蚀以形成第二孔；在第二孔的侧壁和底部沉积第二隔离层；在第二孔内电化学镀膜第二金属；化学机械抛光，以去除第二介质层表面的第二金属和第二隔离层。优选地，第二金属为铜，在第二孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；形成硅通孔后且沉积第三介质层前，沉积第二停止层。优选地，形成电极、第二接触孔和第三接触孔的步骤包括：在第三介质层的顶层分别刻蚀形成若干电极槽，并自电极槽的槽底分别向下刻蚀以形成第三孔和第四孔；在电极槽、第三孔和第四孔的侧壁和底部均沉积第三隔离层；在电极槽、第三孔和第四孔内电化学镀膜或沉积第三金属；化学机械抛光或刻蚀，以去除第三介质层表面的第三金属和第三隔离层。优选地，第三金属为铜，在电极槽、第三孔和第四孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；形成电极、第二接触孔和第三接触孔后且沉积第四介质层前，沉积第三停止层。优选地，第一隔离层、第二隔离层、第三隔离层均为Ta、TaN或Ta+TaN中的任意一种。优选地，第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层均为二氧化硅介质层。优选地，第一停止层、第二停止层和第三停止层均为氮化硅。优选地，采用等离子增强化学的气相沉积法形成第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层。优选地，采用干法刻蚀形成第一孔、第三孔、第四孔和电极槽。优选地，采用DRIE刻蚀形成第二孔。优选地，硅通孔与热光器件和/或硅光有源器件的相邻面的垂直距离不小于硅通孔直径的1.5倍；且相邻两硅通孔的中心轴线之间的垂直距离不小于硅通孔直径的3倍。优选地，第一微凸块下金属Cu/Ni/Au，第一微凸块为Cu/Ni/SnAg；第二微凸块下金属Cu/Ni/Au，第二微凸块为Cu/Ni/SnAg。本专利技术还提供一种三维架构的集成方法，包括以下步骤：提供利用本专利技术涉及的集成方法制备的硅光转接板；利用硅光转接板的第一微凸块下金属或第一微凸块键合电子芯片或光电子芯片；利用硅光转接板的重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块，或硅光转接板的第二微凸块下金属或第二微凸块键合硅转接板；硅转接板通过设置在其背面的第三微凸块下金属或第三微凸块与封装基板连通；或，利用硅光转接板的重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块，或硅光转接板的第二微凸块下金属或第二微凸块直接与封装基板连通。优选地，第三微凸块下金属为Cu/Ni/Au，第三微凸块或为Cu/Ni/SnAg。本专利技术将硅光器件和硅通孔单片集成形成硅光转接板，硅光转接板的正面可以通过电化学镀膜工艺在键合焊盘窗口形成能够与电子芯片或光电子芯片集成的第一微凸块或第一微凸块下金属（UBM），硅光转接板的背面则可以采用电化学镀膜工艺在钝化层窗口形成第二微凸块或第二微凸块下金属，以与硅转接板连通，进一步地，硅转接板可以通过位于其背面的第三微凸块或第三微凸块下金属与封装基板集成，或者，硅转接板可以通过引线与封装基板集成，亦或是，硅光转接板可以直接与封装基板连接。通过硅光转接板集成电子芯片或光电子芯片，以及封装基板后，通过硅光转接板中的硅通孔实现上下电信号的互连互通，基于硅通孔与硅光器件的集成实现三维架构的集成，能够使集成的芯片面积更小、集成化程度更高，而且形成的三维架构，对比传统的平面架构，或引线键合方式集成的三维架构，的电信号延迟更小、带宽和速率更高。附图说明图1是本专利技术提供的一个实施例的硅光转接板的集成方法的流程图；图2是本专利技术提供的一个实施例的三维架构的集成方法的流程图。具体实施方式下面结合附图说明根据本专利技术的具体实施方式。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开的具体实施例的限制。为了提高芯片的集成化程度以及减小电信号延迟，本专利技术提供一种硅光转接板及三维架构的集成方法。图1示出了本专利技术提供的一种硅光转接板的集成方法的一个实施例，包括以下步骤：S10、提供晶圆，在晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极的制备，硅光器件包括硅光无源器件和硅光有源器件；在本步骤中，晶圆优选为具有高阻抗衬底的SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅光转接板的集成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供晶圆，在所述晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极的制备，所述硅光器件包括硅光无源器件和硅光有源器件；/n在所述硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，自所述第一介质层的顶层向下形成所述硅光无源器件中的热光器件和/或所述硅光有源器件的第一接触孔；/n沉积第二介质层，自所述第二介质层的顶层向下形成若干硅通孔；/n沉积第三介质层，在所述第三介质层的顶层形成与所述热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；每一个所述电极均对应所述第一接触孔和硅通孔，且自每一个所述电极的底部分别向下形成与所述第一接触孔和所述硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；/n化学机械抛光上述已形成的结构的顶层并沉积第四介质层，贯穿所述第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块，所述键合焊盘窗口位于所述电极的上方；/n研磨所述晶圆的背面，使所述硅通孔露出；/n在所述晶圆的背面沉积钝化层；/n刻蚀所述钝化层，形成所述硅通孔的钝化层窗口，并在所述钝化层窗口处形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块；或在所述钝化层窗口处形成所述第二微凸块下金属或第二微凸块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种硅光转接板的集成方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供晶圆，在所述晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极的制备，所述硅光器件包括硅光无源器件和硅光有源器件；
在所述硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，自所述第一介质层的顶层向下形成所述硅光无源器件中的热光器件和/或所述硅光有源器件的第一接触孔；
沉积第二介质层，自所述第二介质层的顶层向下形成若干硅通孔；
沉积第三介质层，在所述第三介质层的顶层形成与所述热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；每一个所述电极均对应所述第一接触孔和硅通孔，且自每一个所述电极的底部分别向下形成与所述第一接触孔和所述硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；
化学机械抛光上述已形成的结构的顶层并沉积第四介质层，贯穿所述第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块，所述键合焊盘窗口位于所述电极的上方；
研磨所述晶圆的背面，使所述硅通孔露出；
在所述晶圆的背面沉积钝化层；
刻蚀所述钝化层，形成所述硅通孔的钝化层窗口，并在所述钝化层窗口处形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块；或在所述钝化层窗口处形成所述第二微凸块下金属或第二微凸块。


2.根据权利要求1所述的硅光转接板的集成方法，其特征在于，自所述第一介质层的顶层向下形成第一接触孔的步骤包括：
自所述第一介质层的顶层向下刻蚀以形成第一孔；
在所述第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；
在所述第一孔内电化学镀膜或沉积第一金属；
化学机械抛光或刻蚀，以去除所述第一介质层表面的所述第一金属和所述第一隔离层。


3.根据权利要求2所述的硅光转接板的集成方法，其特征在于，所述第一金属为铜，在所述第一孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；
形成所述第一接触孔后且沉积第二介质层前，沉积第一停止层。


4.根据权利要求3所述的硅光转接板的集成方法，其特征在于，自所述第二介质层的顶层向下形成硅通孔的步骤包括：
自所述第二介质层的顶层向下刻蚀以形成第二孔；
在所述第二孔的侧壁和底部沉积第二隔离层；
在所述第二孔内电化学镀膜第二金属；
化学机械抛光，以去除所述第二介质层表面的所述第二金属和所述第二隔离层。


5.根据权利要求4所述的硅光转接板的集成方法，其特征在于，所述第二金属为铜，在所述第二孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；
形成所述硅通孔后且沉积第三介质层前，沉积第二停止层。


6.根据权利要求5所述的硅光转接板的集成方法，其特征在于，形成所述电极、第二接触孔和第三接触孔的步骤包括：
在所述第三介质层的顶层分别刻蚀形成若干电极槽，并自所述电极槽的槽底分别向下刻蚀以形成第三孔和第四孔；
在所述电极槽、第三孔和第四孔的侧壁和底部均沉积第三隔离层；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨妍，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11