制作半导体器件的方法、半导体器件和半导体集成电路技术

公开了一种制作半导体器件的方法、半导体器件和半导体集成电路。该方法包括：提供绝缘体上半导体衬底，绝缘体上半导体衬底包括第一衬底、第一衬底上的第一绝缘层以及第一绝缘层上的半导体层；对半导体层进行图案化以形成光栅耦合器以及有源器件的本体；在半导体层背离第一绝缘层的一侧形成彼此堆叠的至少一个功能层；在至少一个功能层背离半导体层的一侧，将至少一个功能层与载体衬底进行键合；完全移除第一衬底；形成多个通孔，该多个通孔从第一绝缘层的背离半导体层的表面延伸至至少一个功能层中；以及在第一绝缘层的背离半导体层一侧形成金属布线层。金属布线层和多个通孔部分地包围有源器件。

【技术实现步骤摘要】
制作半导体器件的方法、半导体器件和半导体集成电路
本公开涉及半导体
，特别是涉及一种制作半导体器件的方法、半导体器件和半导体集成电路。
技术介绍
硅光子技术利用光信号代替电信号来传输数据。它提供了高集成度、高传输速率、低功耗等优点，并且因此被认为是有前景的技术。基于互补金属化合物半导体(CMOS)工艺来开发面向硅光芯片的工艺是业内的主流研究方向。然而，CMOS工艺兼容的硅光工艺正面临一些挑战。例如，为了提供到光子器件的光学传输通道，需要利用开窗工艺来刻透硅光芯片中的多层介电材料层，导致硅光工艺的大规模应用变得困难。另外，为了实现电学性能(例如，微波损耗)的改善，可能需要牺牲硅光芯片其他方面的性能(例如，结构稳定性)。在硅光子器件集成技术中，也存在针对有源器件的特殊设计的需要。
技术实现思路
提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。根据本公开的一些实施例，提供了一种制作半导体器件的方法。该包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括第一衬底、所述第一衬底上的第一绝缘层以及所述第一绝缘层上的半导体层；对所述半导体层进行图案化以形成光栅耦合器以及有源器件的本体；在所述半导体层背离所述第一绝缘层的一侧形成彼此堆叠的至少一个功能层；在所述至少一个功能层背离所述半导体层的一侧，将所述至少一个功能层与载体衬底进行键合；完全移除所述第一衬底，以使得在所述光栅耦合器与所述半导体器件的位于所述第一绝缘层背离所述半导体层一侧的外部之间，经由所述第一绝缘层而不经由所述第一衬底提供光学传输通道；形成多个通孔，所述多个通孔从所述第一绝缘层的背离所述半导体层的表面延伸至所述至少一个功能层中；以及在所述第一绝缘层的背离所述半导体层一侧形成金属布线层，所述金属布线层与所述多个通孔电连接。所述金属布线层在所述载体衬底上的正交投影与所述光栅耦合器在所述载体衬底上的正交投影不重叠。所述金属布线层和所述多个通孔部分地包围所述有源器件。根据本公开的一些实施例，提供了一种半导体器件，包括：第一绝缘层；半导体层，与所述第一绝缘层堆叠，所述半导体层包括光栅耦合器以及有源器件的本体；载体衬底，与所述半导体层对向设置；彼此堆叠的至少一个功能层，位于所述半导体层与所述载体衬底之间；多个通孔，从所述第一绝缘层的背离所述半导体层的表面延伸至所述至少一个功能层中；以及金属布线层，位于所述第一绝缘层的背离所述半导体层一侧。所述金属布线层与所述多个通孔电连接，并且所述金属布线层和所述多个通孔部分地包围所述有源器件。在所述第一绝缘层的背离所述半导体层的整个表面上未设置半导体材料，以使得在所述光栅耦合器与所述半导体器件的位于所述第一绝缘层背离所述半导体层一侧的外部之间，经由所述第一绝缘层而不经由所述半导体材料提供光学传输通道。根据本公开的一些实施例，提供了一种半导体集成电路，包括如上所述的半导体器件。根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。附图说明在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：图1是根据本公开示例性实施例的制作半导体器件的方法的流程图；图2A至2K是根据本公开示例性实施例的通过图1的方法的各个步骤形成的示例结构的示意图；图3是根据本公开示例性实施例的半导体集成电路的简化框图；并且图4是根据本公开另一示例性实施例的半导体集成电路的简化框图。具体实施方式将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…之上和在…之下的取向两者。诸如“在…之前”或“在…前”和“在…之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在…上”或“直接在…上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作半导体器件的方法，包括：/n提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括第一衬底、所述第一衬底上的第一绝缘层以及所述第一绝缘层上的半导体层；/n对所述半导体层进行图案化以形成光栅耦合器以及有源器件的本体；/n在所述半导体层背离所述第一绝缘层的一侧形成彼此堆叠的至少一个功能层；/n在所述至少一个功能层背离所述半导体层的一侧，将所述至少一个功能层与载体衬底进行键合；/n完全移除所述第一衬底，以使得在所述光栅耦合器与所述半导体器件的位于所述第一绝缘层背离所述半导体层一侧的外部之间，经由所述第一绝缘层而不经由所述第一衬底提供光学传输通道；/n形成多个通孔，所述多个通孔从所述第一绝缘层的背离所述半导体层的表面延伸至所述至少一个功能层中；以及/n在所述第一绝缘层的背离所述半导体层一侧形成金属布线层，所述金属布线层与所述多个通孔电连接，其中，所述金属布线层在所述载体衬底上的正交投影与所述光栅耦合器在所述载体衬底上的正交投影不重叠，以及其中，所述金属布线层和所述多个通孔部分地包围所述有源器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种制作半导体器件的方法，包括：
提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括第一衬底、所述第一衬底上的第一绝缘层以及所述第一绝缘层上的半导体层；
对所述半导体层进行图案化以形成光栅耦合器以及有源器件的本体；
在所述半导体层背离所述第一绝缘层的一侧形成彼此堆叠的至少一个功能层；
在所述至少一个功能层背离所述半导体层的一侧，将所述至少一个功能层与载体衬底进行键合；
完全移除所述第一衬底，以使得在所述光栅耦合器与所述半导体器件的位于所述第一绝缘层背离所述半导体层一侧的外部之间，经由所述第一绝缘层而不经由所述第一衬底提供光学传输通道；
形成多个通孔，所述多个通孔从所述第一绝缘层的背离所述半导体层的表面延伸至所述至少一个功能层中；以及
在所述第一绝缘层的背离所述半导体层一侧形成金属布线层，所述金属布线层与所述多个通孔电连接，其中，所述金属布线层在所述载体衬底上的正交投影与所述光栅耦合器在所述载体衬底上的正交投影不重叠，以及其中，所述金属布线层和所述多个通孔部分地包围所述有源器件。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个通孔包括至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述至少一个第一通孔关于所述有源器件的本体与所述至少一个第二通孔相对。


3.如权利要求2所述的方法，
其中，所述形成彼此堆叠的至少一个功能层包括：在所述半导体层的背离所述第一绝缘层一侧形成第二绝缘层，
其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层具有小于所述半导体层的折射率的折射率，以及
其中，所述有源器件的本体包括与所述光栅耦合器光学耦合的光波导。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成彼此堆叠的至少一个功能层还包括：
在所述第二绝缘层的背离所述半导体层一侧，形成所述有源器件的信号电极、所述有源器件的接地电极、与所述至少一个第一通孔电连接的第一偏置电极、以及与所述至少一个第二通孔电连接的第二偏置电极，
其中，所述信号电极在所述第一绝缘层上的正交投影位于所述至少一个第一通孔在所述第一绝缘层上的正交投影与所述至少一个第二通孔在所述第一绝缘层上的正交投影之间。


5.如权利要求4所述的方法，
其中，所述信号电极沿第一方向延伸，所述第一方向垂直于所述第一绝缘层的厚度方向，
其中，所述至少一个第一通孔包括：沿所述第一方向分布且彼此间隔开的多个第一通孔，以及
其中，所述至少一个第二通孔包括：沿所述第一方向分布且彼此间隔开的多个第二通孔。


6.如权利要求4所述的方法，其中，所述接地电极与所述第一偏置电极和第二偏置电极中的至少一个一体地形成，以使得所述接地电极与所述第一偏置电极和第二偏置电极电连接。


7.如权利要求4所述的方法，其中，所述接地电极与所述第一偏置电极和第二偏置电极分立地形成，以使得所述接地电极不与所述第一偏置电极和第二偏置电极电连接。


8.如权利要求4所述的方法，还包括：
在所述形成彼此堆叠的至少一个功能层之前，对所述半导体层的分别位于所述光波导两侧的第一区域和第二区域中的至少其中之一进行掺杂，
其中，所述第一区域和第二区域在所述第一绝缘层上的正交投影与所述光波导在所述第一绝缘层上的正交投影毗连且不重叠，以及
其中，所述第一区域和第二区域通过相应的接触孔分别与所述信号电极和所述接地电极电连接。


9.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成彼此堆叠的至少一个功能层还包括：
在所述第二绝缘层的背离所述半导体层的一侧，形成所述有源器件的加热电阻；以及
在所述加热电阻的背离所述第二绝缘层一侧，形成与所述至少一个第一通孔电连接的第一偏置电极、以及与所述至少一个第二通孔电连接的第二偏置电极，
其中，所述加热电阻在所述第一绝缘层上的正交投影与所述光波导在所述第一绝缘层上的正交投影至少部分地重叠。


10.如权利要求9所述的方法，
其中，所述加热电阻沿第一方向延伸，所述第一方向垂直于所述第一绝缘层的厚度方向，
其中，所述至少一个第一通孔包括：沿所述第一方向分布且彼此间隔开的多个第一通孔，以及
其中，所述至少一个第二通孔包括：沿所述第一方向分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继光，胡志朋，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50