集成芯片及其形成方法技术

在一些实施例中，本公开涉及一种集成芯片，所述集成芯片包括排列在衬底之上的绝缘体层。此外，上部布线结构排列在绝缘体层之上且由半导体材料制成。下部光学布线结构排列在衬底下方且嵌置在下部介电结构中。集成芯片还包括排列在衬底下方且直接接触衬底的减反射层。

【技术实现步骤摘要】
集成芯片及其形成方法
本专利技术的实施例是有关于集成芯片及其形成方法。
技术介绍
光学电路可包括多个光子功能/器件以及光学波导。正在研究硅基光子器件的材料以降低成本且提高器件可靠性及性能。此外，正在研究利用较小面积或较小高度的较小封装结构以用于包括光子器件在内的半导体器件。举例来说，利用衬底的前侧及后侧是形成较小的封装结构的一个有前景选择。
技术实现思路
在一些实施例中，本公开涉及一种集成芯片，所述集成芯片包括：衬底；绝缘体层，排列在所述衬底之上；上部光学布线结构，排列在所述绝缘体层之上且包含半导体材料；下部光学布线结构，排列在所述衬底下方且嵌置在下部介电结构中；以及减反射层，排列在所述衬底下方且直接接触所述衬底。在其他实施例中，本公开涉及一种集成芯片，所述集成芯片包括：衬底；上部光学布线结构，排列在所述衬底之上且嵌置在上部介电结构中；下部光学布线结构，排列在所述衬底下方且嵌置在下部介电结构中；减反射层，排列在所述衬底下方且直接接触所述衬底；以及微透镜，排列在所述下部光学布线结构与所述衬底的最顶表面之间。在又一些其他实施例中，本公开涉及一种形成集成芯片的方法，所述方法包括：形成绝缘体上硅(SOI)衬底，所述SOI衬底包括衬底、位于所述衬底之上的绝缘体层及位于所述绝缘体层之上的半导体器件层；将SOI衬底的后侧图案化，其中所述SOI衬底的后侧是所述衬底的最底表面，且其中将所述SOI衬底的所述后侧图案化包括：在所述衬底上直接形成减反射层，在所述减反射层之上形成光学布线层，将所述光学布线层图案化以形成下部光学布线结构，以及在所述下部光学布线结构之上形成下部介电结构；以及将SOI衬底的前侧图案化，其中所述SOI衬底的前侧是半导体器件层的最顶表面，且其中将SOI衬底的前侧图案化包括：将所述半导体器件层图案化以形成上部光学布线结构，在所述上部光学布线结构之上形成上部介电结构，以及在所述上部介电结构内形成光子器件。附图说明结合附图阅读以下详细说明，会最佳地理解本公开的各方面。应注意，根据本行业的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。图1说明集成芯片的一些实施例的剖视图，所述集成芯片具有位于衬底的前侧上的上部光学布线结构及位于衬底的后侧上的下部光学布线结构。图2说明集成芯片的一些替代实施例的剖视图，所述集成芯片具有位于衬底的前侧上的上部光学布线结构及位于衬底的后侧上的下部光学布线结构。图3到图6A说明排列在衬底的后侧上的光源及示例性光路径的各种实施例的剖视图，所述示例性光路径穿过位于衬底的前侧上的上部光学布线结构及位于衬底的后侧上的下部光学布线结构且在所述上部光学布线结构与所述下部光学布线结构之间行进。图6B说明排列在衬底的后侧上的光纤结构的一些实施例的剖视图。图7到图18说明在绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)衬底的后侧上形成下部光学布线结构后续接着在所述SOI衬底的前侧上形成上部光学布线结构的方法的一些实施例的剖视图。图19说明与图7到图18中所说明的方法对应的一些实施例的流程图。图20到图25说明在SOI衬的前侧上形成上部光学布线结构后续接着在SOI衬底的后侧上形成下部光学布线结构的方法的一些实施例的剖视图。图26说明与图20到图25中所说明的方法对应的一些实施例的流程图。图27至图30说明在绝缘体上硅(SOI)衬底的前侧上形成上部光学布线结构、在块状衬底的前侧上形成下部光学布线结构并将SOI衬底结合到块状衬底的方法的又一些其他实施例的剖视图。图31说明与图27至图30中所说明的方法对应的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供许多不同的实施例或实例以用于实施所提供主题的不同特征。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本公开。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。举例来说，在以下说明中将第一特征形成在第二特征之上或第二特征上可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成额外特征从而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复使用参考编号和/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而非自身指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为易于说明起见，本文中可使用例如“在...下面(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部的(lower)”、“在...上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述如图中所说明的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除图中所绘示的定向之外，所述空间相对性用语还旨在囊括器件在使用或操作中的不同定向。设备可具有其他定向(旋转90度或其他定向)，且同样地可对本文中所使用的空间相对性描述语加以相应的解释。光子器件涉及透射和/或处理入射在所述光子器件上的光子(例如，光)。至少由于材料的光学性质而可用于光子器件中的材料例如包括多晶硅、非晶硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅及一些聚合材料。在一些实施例中，氮化硅由于其有利的光学性质、热性质及电性质而可用于光学布线(例如，光透射)。举例来说，氮化硅具有与二氧化硅相比而言低的折射率，具有低的热光学效应，可与互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)工艺兼容且可以相对高的质量在相对低的温度(例如，小于400摄氏度)下形成。然而，在一些工艺中，氮化硅可在高温(例如，大于约1000摄氏度)下经受退火工艺，所述高温可对光子电路中无法长时间周期地(例如，长达48小时)耐受此高温的其他特征造成负面影响。因此，用于光子器件中的氮化硅或其他材料的形成可受光子电路中的其他特征限制。在一些实施例中，绝缘体上硅(SOI)衬底可用于光子器件中，且光学特征(例如，光栅、调制器、波导、光电二极管等)形成在SOI衬底的前侧上。在一些实施例中，光学布线特征用作中介层，且被配置成从光源(例如(举例来说)，光纤)接收入射光并将光导引到光子器件(例如，调制器、波导、光电二极管等)。为能够接收入射光，光学特征不能被光子器件的其他特征(例如，用于电信号的金属布线)完全环绕。因此，光学特征的厚度和/或位置可受排列在SOI衬底的前侧上的其他特征限制，这可能会导致光子器件的封装结构大且效率低下。本公开的各种实施例涉及结构及形成集成芯片的对应方法，所述集成芯片包括被配置在SOI衬底的后侧上以接收光子(例如，光)的光子器件/光学特征。此外，其他光学布线特征和/或电布线特征也排列在SOI衬底的前侧上，且因此减反射层、反射镜层和/或微透镜存在于SOI衬底的前侧和/或后侧上以优化SOI衬底的前侧与后侧之间的光学通信。此外，在一些实施例中，位于SOI衬底的后侧上的光学特征中的一些光学特征可包含氮化硅，可在不损坏SOI衬底的前侧上的其他特征的情况下在SOI衬底的后侧上更高效地形成氮化硅。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成芯片，包括：/n衬底；/n绝缘体层，排列在所述衬底之上；/n上部光学布线结构，排列在所述绝缘体层之上且包含半导体材料；/n下部光学布线结构，排列在所述衬底下方且嵌置在下部介电结构中；以及/n减反射层，排列在所述衬底下方且直接接触所述衬底。/n

【技术特征摘要】
20191219 US 62/950,294;20200804 US 16/984,2971.一种集成芯片，包括：
衬底；

【专利技术属性】
技术研发人员：宋巍巍，斯帝芬鲁苏，陈建宏，卓联洲，郭丰维，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71