三维集成半导体系统和形成该三维集成半导体系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及三维集成半导体系统和形成该三维集成半导体系统的方法。三维集成半导体系统包括与绝缘体上半导体（SeOI）基板上的电流/电压转换器可操作地耦接的光敏器件。光学互连被可操作地耦接至光敏器件。半导体器件被接合在SeOI基板上，并且电通路在电流/电压转换器与接合在SeOI基板上的半导体器件之间延伸。形成这种系统的方法包括以下步骤：在SeOI基板上形成光敏器件，并且可操作地耦接波导与该光敏器件。可以将电流/电压转换器形成在SeOI基板上，并且光敏器件和电流/电压转换器可以彼此可操作地耦接。可以将半导体器件接合在SeOI基板上，并且与电流/电压转换器可操作地耦接。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及利用三维(3D)集成技术的接合半导体结构，并且涉及通过这种方法形成的接合半导体结构。更具体地说，本公开涉及包括至少ー个光敏器件和绝缘体上半导体(SeOI)基板的至少一部分的三维集成半导体系统，并涉及形成这种三维集成半导体系统的方法。
技术介绍
两个或更多个半导体结构的三维(3D)集成可以对微电子应用产生许多益处。例如，微电子组件的3D集成可以获得改进的电性能和功耗，同时缩减器件覆盖区(footprint)的面积。例如，參见P. Garrou等人的“ The Handbook of 3DIntegration, ”Wiley-VCH (2008)。半导体结构的3D集成可以通过将半导体管芯(die)附接至一个或更多个附加半导体管芯(即，管芯至管芯(D2D))、将半导体管芯附接至一个或更多个半导体晶片(即，管芯至晶片(D2W))、以及将半导体晶片附接至一个或更多个附加半导体晶片(即，晶片至晶片(W2W))，或它们的组合而发生。虽然三维集成技术已经成功地应用于电子集成电路，但本领域仍存在对三维集成光子集成电路系统和形成这种系统的方法的需要。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
，以按简化形式来介绍构思的选择。下面，在本公开的实施例实施方式的详细描述中，对这些构思进行更详细描述。本
技术实现思路
部分不是g在标识所要求保护的主g的关键特征或必要特征，也不是g在被用于限制所要求保护的主g的范围。在一些实施方式中，本公开包括三维集成半导体系统。该系统包括绝缘体上半导体(SeOI)基板，该SeOI基板包括半导体材料层，和电绝缘材料层，该电绝缘材料层与半导体材料层的主表面相邻地设置。该系统还包括至少ー个光敏器件，该至少ー个光敏器件形成在SeOI基板的半导体材料层上；和至少ー个光学互连，该至少ー个光学互连包括SeOI基板的半导体材料层的一部分。该至少ー个光学互连可操作地耦接至该至少ー个光敏器件。该系统还包括至少ー个电流/电压转换器，该至少一个电流/电压转换器形成在SeOI基板的半导体材料层上。至少一条电通路在至少ー个光敏器件与至少ー个电流/电压转换器之间延伸。至少ー个半导体器件接合在SeOI基板上，并且至少一条电通路在至少ー个电流/电压转换器与接合在SeOI基板上的至少ー个半导体器件之间延伸。在附加实施方式中，本公开包括制造这种三维集成半导体系统的方法。例如，制造三维集成半导体系统的方法可以包括以下步骤在绝缘体上半导体(SeOI)基板的半导体材料层上形成至少ー个光敏器件。可以形成至少ー个波导，该至少ー个波导包括SeOI基板的半导体材料层的一部分。该至少一个波导可以与至少ー个光敏器件可操作地耦接。至少ー个电流/电压转换器可以形成在SeOI基板的半导体材料层上，并且该至少ー个光敏器件和该至少ー个电流/电压转换器可以彼此可操作地耦接。至少ー个半导体器件可以接合在SeOI基板上，并且该至少ー个电流/电压转换器和接合在SeOI基板上的该至少一个半导体器件可以彼此可操作地耦接。附图说明虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护被看作本专利技术实施方式的内容的权利要求书结束，但当结合附图阅读时，根据对本公开的实施方式的具体示例的描述，本公开的实施方式的优点可以更容易地被确定。其中图I是绝缘体上半导体(SeOI)基板的简化且示意性例示的横截面侧视图；图2是例示在图I的SeOI基板上制造的光敏器件和电流/电压转换器的简化且示意性例示的横截面侧视图； 图3是波导的简化且示意性例示的立体图，该波导包括图2的SeOI基板的半导体材料的一部分；图4是例示三维集成半导体系统的简化且示意性例示的横截面侧视图，该三维集成半导体系统包括在图2的结构上接合的并与图2的结构可操作地耦接的多个半导体器件；图5是例示与图4的三维集成半导体系统相似的另一三维集成半导体系统的简化且示意性例示的横截面侧视图，但其中，SeOI基板的一部分、光敏器件，以及电流/电压转换器相对于图4的结构倒置；图6是例示与图4的三维集成半导体系统相似的另一三维集成半导体系统的简化且示意性例示的横截面侧视图，但还包括制造在SeOI基板上并且与第一光敏器件可操作地耦接的附加光敏器件；图7是硅上锗发射器器件的简化且示意性例示的横截面侧视图，其可以被采用为图6所示的附加光敏器件；图8是例示与图5的三维集成半导体系统相似的另一三维集成半导体系统的简化且示意性例示的横截面侧视图，但还包括垂直地接合在图5的结构上并且与第一光敏器件可操作地耦接的附加光敏器件；图9是例示与图8的三维集成半导体系统相似的另一三维集成半导体系统的简化且示意性例示的横截面侧视图，但还包括如图6所示的制造在SeOI基板上并且与第一光敏器件可操作地耦接的附加光敏器件；以及图10是包括电磁收发器的三维集成半导体系统的简化示意图。具体实施例方式本文呈现的例示并非意指任何特定半导体结构、器件、系统或方法的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方式的理想化表示。本文使用的任何标题都不应视为限制如下面权利要求书及其合法等同物所限定的本专利技术的实施方式的范围。在任何特定标题中描述的构思通常可贯穿整个说明书在其它部分中应用。本文所引用了许多參考文献，其全部公开内容通过引用而全部并入本文，以用于所有目的。而且，无论本文具有什么样的特征，所引用的參考文献都不被承认是与本文要求保护的主题的本专利技术相対的现有技木。如本文所使用的，术语“半导体结构”意指并包括在半导体器件的形成中使用的任何结构。半导体结构例如包括管芯和晶片(例如，承载基板和器件基板)，以及包括已经彼此三维集成的两个或更多个管芯和/或晶片的复合结构或组件。半导体结构还包括完全制造的半导体结构(即，半导体器件)和在制造半导体器件期间形成的中间结构。如本文所使用的，术语“已加工半导体结构”意指并包括包含一个或更多个至少部分地形成的器件结构的任何半导体结构。已加工半导体结构是半导体结构的子集，而且所有已加工半导体结构都是半导体结构。如本文所使用的，术语“接合半导体结构”意指并包括包含附接在一起的两个或更多个半导体结构的任何结构。接合半导体结构是半导体结构的子集，而且所有接合半导体结构都是半导体结构。而且，包括一个或更多个已加工半导体结构的接合半导体结构也是已加工半导体结构。如本文所使用的，术语“器件结构”意指并包括已加工半导体结构的以下任何部分，该任何部分作为、包括或限定半导体器件的有源或无源组件的至少一部分以形成在该半导体结构上或形成在该半导体结构中。例如，器件结构包括集成电路的有源和无源组件，如晶体管、换能器、电容器、电阻器、导电线路、导电通孔以及导电接触焊盘。如本文所使用的，术语“半导体器件”意指并包括任何完全加工的和可操作的半导 体结构，如包括可操作集成电路的半导体芯片或封装。半导体器件例如包括电子信号处理器(举例来说，如激光器或其它发射器器件和光电调制器驱动器)、电子存储器装置，以及包括光敏器件的半导体器件。如本文所使用的，术语“三维集成半导体系统”意指并包括包含了彼此可操作地耦接的两个或更多个半导体器件的任何接合的半导体结构。如本文所使用的，术语“电气互连”意指并包括半导体结构中的、用于通过在该半导体结构中的至少两个器件结构之间提供电流通路的至少一部分来将该至少两个器件结构电气互连的任何导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维集成半导体系统，该三维集成半导体系统包括：绝缘体上半导体SeOI基板，该SeOI基板包括：半导体材料层；和电绝缘材料层，该电绝缘材料层与所述半导体材料层的主表面相邻地设置；至少一个光敏器件，该至少一个光敏器件形成在所述SeOI基板的所述半导体材料层上；以及至少一个光学互连，该至少一个光学互连包括所述SeOI基板的所述半导体材料层的一部分，所述至少一个光学互连可操作地耦接至所述至少一个光敏器件；至少一个电流/电压转换器，该至少一个电流/电压转换器形成在所述SeOI基板的所述半导体材料层上；在所述至少一个光敏器件与所述至少一个电流/电压转换器之间延伸的至少一条电通路；至少一个半导体器件，该至少一个半导体器件接合在所述SeOI基板上；以及在所述至少一个电流/电压转换器与接合在所述SeOI基板上的所述至少一个半导体器件之间延伸的至少一条电通路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：比什因·阮，玛丽亚姆·萨达卡，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：