基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法，器件包括：硅光器件，包括有源器件结构及无源器件结构，有源器件结构具有引出电极，并覆盖有介质层；转接孔及硅穿孔，贯穿至硅衬底，其内壁形成有绝缘层及导电层；接触孔，贯穿至引出电极；正面重新布线层，正面重新布线层以实现有源器件结构的引出电极与导电层的电性连接；第一凸点层，形成于正面重新布线层上；反面重新布线层，与导电层电性连接；第二凸点层，形成于反面重新布线层上。本发明专利技术硅光转接板的制备与硅光器件具有较高的兼容性，可以大幅降低光电混合集成的成本。本发明专利技术为硅光芯片及其控制芯片提供超短距离电气互连，能够有效提高器件的集成密度。能够有效提高器件的集成密度。能够有效提高器件的集成密度。

【技术实现步骤摘要】
基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法


[0001]本专利技术属于硅光器件设计及制造领域，特别是涉及一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法。

技术介绍

[0002]硅光子技术具有低功耗、低成本、易于大规模集成的优点，被光通信行业普遍认同为是下一代光通信器件及模块系统的核心技术。硅光模块一般包括激光器芯片、硅光芯片、电芯片(主要包括光电调制器的驱动、光电探测器的放大器、还有其他一些匹配和控制电路，例如时钟恢复、串并转换和开关电路等)和光纤阵列等。
[0003]目前100G/400G硅光模块多是集成在基板上，将分立的光芯片和与之对应的电芯片通过wire bonding或flip chip的方式进行连接，光芯片和电芯片也通过wire bonding的方式分别与基板进行连接。但是，wire bonding在高频高速系统中由于RC延迟和电感效应明显这些缺陷使其高速应用受限，需要尽可能缩短wire bonding金线的长度来减小高频传输损耗。Flip chip的方式因为采用直接互连的方式，可以很大程度的避免金线的损耗，因此硅光芯片和相对应的电芯片可通过flip chip的方式来减少高频传输损耗。
[0004]随着硅光模块集成度的提高和速率需求的增加，为了实现Tbit/s以上的传输速率，现有的wire bonding/flip chip的光电封装方式遇到了极大的挑战，将硅基光电子芯片和2.5D/3D硅转接板技术结合，形成硅光转接板，能够有效的解决硅光芯片、电芯片和基板间的高速高密度互连这一关键技术问题。
[0005]现有的硅光转接板的制备与硅光器件的兼容性较差，导致硅光转接板的制备成本较高、器件体积较大等问题。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法，用于解决现有技术中硅光转接板的制备与硅光器件的兼容性较差，导致硅光转接板的制备成本较高、器件体积较大等问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，所述制备方法包括：1)提供硅光器件，所述硅光器件包括SOI衬底及基于所述SOI衬底的有源器件结构及无源器件结构，所述有源器件结构具有引出电极，所述引出电极上覆盖有介质层；2)形成自所述介质层贯穿至所述SOI衬底的硅衬底的转接孔，以及延伸进入所述硅衬底的硅穿孔，在所述转接孔及硅穿孔内壁形成绝缘层，然后在所述转接孔及所述硅穿孔内填充导电层；3)形成自所述介质层贯穿至所述有源器件结构的引出电极的接触孔；4)于所述介质层上形成正面重新布线层，所述正面重新布线层还填充所述接触孔，以实现所述有源器件结构的引出电极与所述导电层的电性连接；5)于所述正面重新布线层上形成第一凸点层；6)减薄所述SOI衬底的硅衬底，直至显露所述导电层；7)于所述硅衬底上形成反面重新布线层，所述反面重新布线层与所述导电层电性连接；8)于所述反
面重新布线层上形成第二凸点层。
[0008]可选地，步骤1)包括：步骤1-1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底、埋氧层及顶层硅，在顶层硅上定义无源区及有源区，于所述无源区形成无源器件结构，于所述有源区形成有源器件结构；步骤1-2)于有源器件结构上形成引出孔；步骤1-3)形成共面金属层，所述共面金属层位于所述引出孔上并填充所述引出孔以与所述有源器件结构连接，所述共面金属层用于金属互连，以及用于形成所述有源器件结构的共面波导传输线结构，以提高硅基光电子器件的高频传输性能。
[0009]可选地，所述无源器件结构包括光传输的波导、耦合器、分束器及偏振旋转器中的一种或多种。
[0010]可选地，所述有源器件结构包括调制器及探测器。
[0011]可选地，所述转接孔的直径大于所述硅穿孔的直径。
[0012]可选地，步骤2)在所述转接孔及硅穿孔内填充导电层包括：a)于所述绝缘层表面形成扩散阻挡层；b)于所述扩散阻挡层表面形成种子层；c)采用电镀法于所述转接孔及硅穿孔内填充金属层。
[0013]可选地，所述第一凸点层及第二凸点层包括Cu/Ni/Sn叠层或Ni/Au叠层。
[0014]本专利技术还提供一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件，所述硅基光电子器件包括：硅光器件，所述硅光器件包括SOI衬底及基于所述SOI衬底的有源器件结构及无源器件结构，所述有源器件结构具有引出电极，所述引出电极上覆盖有介质层；转接孔及硅穿孔，所述转接孔自所述介质层贯穿至所述SOI衬底的硅衬底，所述硅穿孔延伸进入所述硅衬底，所述转接孔及硅穿孔内壁形成有绝缘层，所述转接孔及硅穿孔内填充有导电层；接触孔，自所述介质层贯穿至所述有源器件结构的引出电极；正面重新布线层，形成于所述介质层上，所述正面重新布线层还填充所述接触孔，以实现所述有源器件结构的引出电极与所述导电层的电性连接；第一凸点层，形成于所述正面重新布线层上；反面重新布线层，形成于所述硅衬底上，所述反面重新布线层与所述导电层电性连接；第二凸点层，形成于所述反面重新布线层上。
[0015]可选地，所述无源器件结构包括光传输的波导、耦合器、分束器及偏振旋转器中的一种或多种。
[0016]可选地，所述有源器件结构包括调制器及探测器。
[0017]可选地，所述转接孔的直径大于所述硅穿孔的直径。
[0018]可选地，所述导电层包括：位于所述绝缘层表面的扩散阻挡层、位于所述扩散阻挡层表面的种子层以及填充于所述转接孔及硅穿孔内的金属层。
[0019]可选地，所述第一凸点层及第二凸点层包括Cu/Ni/Sn叠层或Ni/Au叠层。
[0020]可选地，还包括共面金属层，所述共面金属层位于所述引出孔上并通过所述接触孔与所述有源器件结构连接，所述共面金属层用于金属互连，以及用于形成所述有源器件结构的共面波导传输线结构，以提高硅基光电子器件的高频传输性能。
[0021]如上所述，本专利技术的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件及制备方法，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术硅光转接板的制备与硅光器件具有较高的兼容性，可以大幅降低光电混合集成的成本。
[0023]本专利技术通过转接孔，在已经完成单片集成有源无源光子器件上进行垂直互连和再布线，为硅光芯片及其控制芯片提供超短距离电气互连，能够有效提高器件的集成密度，降低互连线对高频高速的影响。
[0024]本专利技术通过正反两面的重新布线层及金属凸点，可以有效增加端口密度，提高器件的集成度，并且便于与其他器件或基板的连接，具有非常广泛的应用前景。
[0025]本专利技术通过共面金属层，形成所述有源器件结构的共面波导传输线结构，可以有效提高硅基光电子器件的高频传输性能。
附图说明
[0026]图1～图12显示为本专利技术实施例的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图12显示为本专利技术实施例的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)提供硅光器件，所述硅光器件包括SOI衬底及基于所述SOI衬底的有源器件结构及无源器件结构，所述有源器件结构具有引出电极，所述引出电极上覆盖有介质层；2)形成自所述介质层贯穿至所述SOI衬底的硅衬底的转接孔，以及延伸进入所述硅衬底的硅穿孔，在所述转接孔及硅穿孔内壁形成绝缘层，然后在所述转接孔及所述硅穿孔内填充导电层；3)形成自所述介质层贯穿至所述有源器件结构的引出电极的接触孔；4)于所述介质层上形成正面重新布线层，所述正面重新布线层还填充所述接触孔，以实现所述有源器件结构的引出电极与所述导电层的电性连接；5)于所述正面重新布线层上形成第一凸点层；6)减薄所述SOI衬底的硅衬底，直至显露所述导电层；7)于所述硅衬底上形成反面重新布线层，所述反面重新布线层与所述导电层电性连接；8)于所述反面重新布线层上形成第二凸点层。2.根据权利要求1所述的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：步骤1-1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底、埋氧层及顶层硅，在顶层硅上定义无源区及有源区，于所述无源区形成无源器件结构，于所述有源区形成有源器件结构；步骤1-2)于有源器件结构上形成引出孔；步骤1-3)形成共面金属层，所述共面金属层位于所述引出孔上并填充所述引出孔以与所述有源器件结构连接，所述共面金属层用于金属互连，以及用于形成所述有源器件结构的共面波导传输线结构，以提高硅基光电子器件的高频传输性能。3.根据权利要求1所述的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于：所述无源器件结构包括光传输的波导、耦合器、分束器及偏振旋转器中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于：所述有源器件结构包括调制器及探测器。5.根据权利要求1所述的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于：所述转接孔的直径大于所述硅穿孔的直径。6.根据权利要求1所述的基于硅光转接板技术的硅基光电子器件的制备方法，其特征在于：步骤2)在所述转接孔及硅穿孔内填充导电层包括：a)于所述绝缘层表面形成扩散阻挡层；b)于所述扩散阻挡层表面形成种子层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡艳，涂芝娟，汪巍，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：