[发明专利]一种硅基光电器件集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电集成技术领域，特别是一种硅基光电器件集成方法。

背景技术

根据所用材料体系和制造工艺的特征来划分，硅基电学器件与光学器件集成包含单片集成和混合集成两大类型。其中单片集成是指在同一片硅晶圆上利用半导体制造工艺技术、使多个相同或不同功能的硅基电学器件与光学器件在整体上构成阵列化、模块化的单个芯片，以此实现一种或多种信息处理功能，混合集成所要实现的功能目标与单片集成基本相似，但所用材料通常为多个孤立的半导体衬底，分别制备电学器件与光学器件，然后采用压焊、各种类型键合技术(Bonding)等将多种已制成的光学器件芯片和电学器件芯片从物理结构上组合为一个整体，通过内部的传输波导和互连导线进行光信号和电信号的对接，从而实现完整的信息处理功能。

目前所公知的硅电学器件与光学器件集成的方法如倒装焊方法与键合方法，均是采用将硅电学器件与光学器件分别制备，然后再利用焊点或者胶将二者结合，这些方法虽然工艺简单，但是却存在对准误差大，难以大面积实现光电集成制备单片芯片，集成度低，封装复杂等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提出一种硅基光电器件集成方法，其具有集成度高、单片集成、不存在对准误差、封装容易等优点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种硅基光电器件集成方法，该方法包括：

在硅衬底上制备电子学器件；

在已经制备硅电子学器件的硅衬底上制备二氧化硅层；

在二氧化硅层上制备多晶硅；

在多晶硅上制备硅光子学器件；

刻蚀过孔，淀积金属实现电学互连。

上述方案中，所述硅衬底为单晶硅，或者为多晶硅，或者为锗硅。

上述方案中，所述在硅衬底上制备二氧化硅层采用化学汽相淀积、热氧化、液相外延、磁控溅射或分子束外延方法。

上述方案中，所述在二氧化硅层上制备多晶硅采用化学汽相淀积、汽相外延、磁控溅射、液相外延、置换还原法或分子束外延方法。

上述方案中，所述刻蚀过孔采用干法刻蚀或湿法刻蚀。

(三)有益效果

本发明提供的硅基光电器件集成方法至少具有以下优点：

1)本发明提供的硅基光电器件集成方法所采用的工艺均为微电子标准工艺，易于实现，合格率高。

2)本发明提供的硅基光电器件集成方法集成度高，单片集成，易于封装，尤其适合于高速电子学器件与光学器件集成芯片的制备。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明提供的硅基光电器件集成的器件结构示意图；

图2是本发明提供的硅基光电器件集成的方法流程图；

附图标记说明：

100：集成电路芯片

101：集成电路芯片电极

102：二氧化硅层

103：多晶硅层

104：硅光学器件

105：硅光学器件电极

106：过孔

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出了一种硅基光电器件集成方法，在硅衬底上首先制备电子学器件，然后在已经制备硅电子学器件的硅衬底上制备二氧化硅层作为硅电子学器件芯片的保护层和光子学芯片的埋层，在二氧化硅上通过生长或淀积多晶硅，与埋层二氧化硅一起形成绝缘体上的硅(SOI)结构，在此结构上制备硅光子学器件。硅电子学器件和光子学器件通过过孔淀积金属实现电学互连。

请参阅图1至图2，图中所示为本发明所选用的实施例结构。

图1显示了硅基光电器件集成的器件的结构示意图。在已经制备集成电路的硅上通过化学汽相淀积的方法生长一层二氧化硅，厚度约为1微米，继续在二氧化硅上用化学汽相淀积的方法生长一层多晶硅，厚度约为500纳米，此时衬底硅，埋层二氧化硅和顶层多晶硅就构成了光子学元件所需的绝缘体上的硅结构，在多晶硅上可以通过微电子工艺制备各种功能的光学元件，刻蚀过孔后，将集成电路的电极通过淀积金属引到顶层表面，再与光子学元件的电极通过压焊的方法连接。

图2示意出了硅基光电器件集成的方法流程图：

步骤1、在硅衬底上制备电子学器件；

步骤2、通过化学汽相淀积的方法生长一层二氧化硅；

步骤3、在二氧化硅上用化学汽相淀积的方法生长一层多晶硅；

步骤4、在多晶硅上制备硅光子学器件；