[发明专利]一种硅光转接板及三维架构的集成方法

说明书

本发明提供硅光转接板的集成方法，包括步骤：在晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极制备；在硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，形成热光器件和/或硅光有源器件的第一接触孔；沉积第二介质层形成硅通孔；沉积第三介质层形成与热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；电极对应第一接触孔和硅通孔，自电极的底部向下形成第二接触孔和第三接触孔；化学机械抛光并沉积第四介质层，第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块；硅通孔露出并沉积钝化层；刻蚀钝化层形成硅通孔的钝化层窗口，并形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块。本发明还提供三维架构的集成方法。

技术领域

本发明涉及硅基光电技术领域，特别是涉及一种硅光转接板及三维架构的集成方法。

背景技术

硅基光电技术是实现“超越摩尔”的有效手段之一，硅光转接板是将硅光器件和硅通孔（Through Silicon Via，TSV）单片集成在一起，并通过硅通孔实现上下层芯片间的电信号的互连互通。基于硅光转接板技术的光电三维架构的集成方法能够使芯片封装面积更小、集成度更高，而且形成的三维架构，对比传统的平面架构，或引线键合方式集成的三维架构，电信号延迟更小、带宽和速率更高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够芯片封装面积更小、集成度更高、电信号延迟更小、带宽和速率更高的硅光转接板及三维架构的集成方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种硅光转接板的集成方法，包括以下步骤：

提供晶圆，在晶圆上完成硅光器件的波导刻蚀、外延、离子注入和热电极的制备，硅光器件包括硅光无源器件和硅光有源器件；

在硅光器件的顶层沉积第一介质层并化学机械抛光，自第一介质层的顶层向下形成硅光无源器件中的热光器件和/或硅光有源器件的第一接触孔；

沉积第二介质层，自第二介质层的顶层向下形成若干硅通孔；

沉积第三介质层，在第三介质层的顶层形成与热光器件和/或硅光有源器件对应的电极；每一个电极均对应第一接触孔和硅通孔，且自每一个电极的底部分别向下形成与第一接触孔和硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；

化学机械抛光上述已形成的结构的顶层并沉积第四介质层，贯穿第四介质层开设键合焊盘窗口并形成第一微凸块下金属或第一微凸块，键合焊盘窗口位于电极的上方；

研磨晶圆的背面，使硅通孔露出；

在晶圆的背面沉积钝化层；

刻蚀钝化层，形成硅通孔的钝化层窗口，并在钝化层窗口处形成重布线层和第二微凸块下金属或第二微凸块；或在钝化层窗口处形成第二微凸块下金属或第二微凸块。

优选地，自第一介质层的顶层向下形成第一接触孔的步骤包括：

自第一介质层的顶层向下刻蚀以形成第一孔；

在第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；

在第一孔内电化学镀膜或沉积第一金属；

化学机械抛光或刻蚀，以去除第一介质层表面的第一金属和第一隔离层。

优选地，第一金属为铜，在第一孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且进行退火及化学机械抛光处理；

形成第一接触孔后且沉积第二介质层前，沉积第一停止层。

优选地，自第二介质层的顶层向下形成硅通孔的步骤包括：

自第二介质层的顶层向下刻蚀以形成第二孔；

在第二孔的侧壁和底部沉积第二隔离层；

在第二孔内电化学镀膜第二金属；