集成有导热层的光子器件制造技术

本公开涉及集成有导热层的光子器件。所公开的主题涉及在光电子/光子应用和集成电路(IC)芯片中使用的半导体器件。更具体地，本公开涉及具有用于将热从光子器件的光电子部件中移除的导热层的光子器件。中移除的导热层的光子器件。中移除的导热层的光子器件。

【技术实现步骤摘要】
集成有导热层的光子器件


[0001]本公开一般地涉及在光电子/光子应用和集成电路(IC)芯片中使用的半导体器件。更具体地，本公开涉及具有用于将热从光子器件的光电子部件中移除的导热层的光子器件。本公开还涉及形成本文所述的半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]硅光子学是电信、数据通信、医疗技术、安全、量子计算和感测领域中潜在革命性进步的平台。硅光子学具有实现小型、高度集成的光子学子系统的潜力，这些子系统利用数十年的硅制造经验、技术和可扩缩性来获得硅平台(即，用于高速信号传递和感测的硅光子学，以及用于后续逻辑运算和计算的互补金属氧化物半导体(CMOS)电子学)的全部潜力。这种多芯片集成还允许桥接不同的功能技术，例如微机电系统(MEMS)、III
‑
V材料、非CMOS专用集成电路(ASIC)等。
[0003]光电子或光子器件是一类半导体器件，其包括至少能够检测、传输、操纵和利用电磁能(例如光)的部件。然而，这些光电子器件的性能对温度敏感。例如，光电子器件中的部件可能在器件工作期间发热，这导致可能对器件的性能产生不利影响(例如，器件的效率和可靠性的降低)的大温度变化。

技术实现思路

[0004]在本公开的一方面，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：位于衬底上方的第一导热层；位于所述衬底上方的第二导热层，其中所述第一导热层和所述第二导热层电隔离。光电子部件位于所述衬底上方，所述光电子部件横向位于所述第一导热层和所述第二导热层之间，并且所述光电子部件与所述第一导热层和所述第二导热层间隔开。
[0005]在本公开的另一方面，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：位于衬底上方的第一多个导热层；位于所述衬底上方的第二多个导热层，其中所述第一多个导热层和所述第二多个导热层电隔离。光电子部件位于所述衬底上方，所述光电子部件横向位于所述第一多个导热层和所述第二多个导热层之间，并且所述光电子部件与所述第一多个导热层和所述第二多个导热层间隔开，其中，相应的第一多个导热层和第二多个导热层中的所述导热层垂直于所述光电子部件。
附图说明
[0006]通过参考结合附图进行的以下描述，可以理解本公开。
[0007]为了图示的简单和清楚，附图图示了一般的构造方式，并且可以省略特征和技术的特定描述和细节，以避免不必要地使所描述的本公开的实施例的讨论模糊。另外，附图中的元素不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元素的尺寸可能相对于其他元素被放大，以帮助提高对本公开的实施例的理解。不同附图中的相同参考标号表示相同的元素，而相似的参考标号可以但不一定表示相似的元素。
[0008]图1A是俯视图，图1B是截面图，示出了具有导热层的半导体器件的示例。图1B是沿着图1A中的剖面线AA截取的截面图。
[0009]图2是图1A和图1B所示的示例半导体器件的透视图。
[0010]图3和图4是图2所示的半导体器件的其他示例变形例的透视图。
[0011]图5A是俯视图，图5B和图5C是截面图，示出了具有导热层的半导体器件的另一示例。图5B是沿着图5A中的剖面线AA截取的截面图。图5C是沿着图5A中的剖面线AA截取的替代截面图。
[0012]图6A是俯视图，图6B和图6C截面图，示出了具有导热层的半导体器件的又一示例。图6B是沿着图6A中的剖面线AA截取的截面图。图6C是沿着图6A中的剖面线AA截取的替代截面图。
[0013]图7至图12是示出本文所述的导热层和光电子部件的其他示例配置的俯视图。
[0014]图13A是俯视图，图13B至图13D是截面图，示出了具有导热层的半导体器件的又一示例。图13B是沿着图13A中的剖面线BB截取的截面图，图13C是沿着图13A中的剖面线CC截取的截面图，图13D是沿着图13A中的剖面线DD截取的截面图。
[0015]图14是包括图1A所示的半导体器件的示例光子芯片的俯视图。
[0016]图15是包括图13A所示的半导体器件的另一示例光子学芯片的俯视图。
[0017]图16至图20是形成具有导热层的半导体器件的各个阶段的结构的截面图。
[0018]图21至图24是形成具有导热层的另一半导体器件的各个阶段的结构的截面图。
[0019]图25至图27是形成具有导热层的又一半导体器件的各个阶段的结构的截面图。
具体实施方式
[0020]下面描述本公开的各种说明性实施例。在此公开的实施例是示例性的，并不旨在是穷举的或限于本公开。
[0021]参考图1A和图1B，在光电子或光子应用中使用的半导体器件可以包括位于衬底102上方的第一半导体层106、位于第一半导体层106上的第一导热层110、位于衬底102上方的第二半导体层108、位于第二半导体层108上的第二导热层112，以及位于衬底102上方的光电子部件114。
[0022]光电子部件114的示例可以包括但不限于光电探测器、波导、激光器和光调制器。优选地，光电子部件114可以是波导。波导114可以由半导体材料或电介质材料制成。波导中的半导体材料的示例可以包括但不限于III
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V族化合物半导体、非晶硅、多晶硅、非晶锗、多晶锗、非晶SiGe或多晶SiGe。波导中的电介质材料的示例可以包括但不限于氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(AlN)或其他含氮化物的化合物。优选地，波导114可以包括半导体材料，例如硅或锗。
[0023]半导体层106、108可以包括III
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V族化合物半导体、晶体硅、非晶硅、多晶硅、晶体锗、非晶锗、多晶锗、非晶SiGe或多晶硅SiGe。在一些实施例中，半导体层106、108可以包括与光电子部件114相同的材料。
[0024]光电子部件114横向位于第一导热层110和第二导热层112之间。光电子部件114还与第一导热层110和第二导热层112间隔开。光电子部件114可以热耦合到第一导热层110和第二导热层112。第一导热层110和第二导热层112可以用作导热体，其将热能从光电子部件
114传导出和耗散掉。在一些实施方式中，导热层110、112的包含可将光电子部件114的最高温度降低约20％。如后续附图所示，导热层110、112可以连接到散热器，其中散热器吸收由导热层110、112传导的热能。
[0025]导热层110、112可以包括金属半导体化合物或金属。金属半导体化合物可以包括由金属和半导体材料之间的化学反应形成的化合物。金属半导体化合物的示例可以包括但不限于金属硅化物、硅化镍、硅化铂镍、硅化钴、硅化钛、金属锗化物、锗化镍、锗化铂镍、锗化钴或锗化钛。金属的示例可以包括但不限于铜或铝。在一些实施例中，导热层110、112可以具有在约18W/m
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K至约450W/m
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K、约18W/m
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K至约44W/m
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K、约250W/m
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K至约450W/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：位于衬底上方的第一导热层；位于所述衬底上方的第二导热层，其中，所述第一导热层和所述第二导热层电隔离；以及位于所述衬底上方的光电子部件，所述光电子部件横向位于所述第一导热层和所述第二导热层之间，并且所述光电子部件与所述第一导热层和所述第二导热层间隔开。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一导热层和所述第二导热层包括金属。3.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：位于衬底上方的第一半导体层，其中，所述第一导热层位于所述第一半导体层上；以及位于所述衬底上方的第二半导体层，其中，所述第二导热层位于所述第二半导体层上。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述第一导热层和所述第二导热层包括金属半导体化合物。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一导热层具有宽度，所述第二导热层具有宽度，并且所述第一导热层的所述宽度与所述第二导热层的所述宽度相同。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一导热层具有宽度，所述第二导热层具有宽度，并且所述第一导热层的所述宽度不同于所述第二导热层的所述宽度。7.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括位于所述光电子部件之上的电介质包覆材料，所述电介质包覆材料横向位于所述光电子部件和所述第一导热层之间，并且所述电介质包覆材料横向位于所述光电子部件和所述第二导热层之间。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一导热层和所述第二导热层偏移离开所述光电子部件。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中，所述第一导热层和所述第二导热层包括偏移离开所述光电子部件的弯曲部。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一导热层和所述第二导热层平行于所述光电子部件。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述光电子部件与所述第一导热层间隔开第一间距，并且所述光电子部件与所述第二导热层间隔开第二间距。12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述第一间距不同于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：格芯美国集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：