CN104900660A - 实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法 - Google Patents

实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法，包括：在晶圆内形成硅基器件和光电二极管，并且在硅晶圆表面上形成用于键合的铝金属键合图案；在光子器件晶圆中形成光子器件，在光子器件晶圆的第一侧表面上形成用于键合的锗金属键合图案，在光子器件晶圆的第二侧表面上形成封装层；使得晶圆的铝金属键合图案和光子器件晶圆的锗金属键合图案接触并执行键合处理，从而形成铝锗共晶键合；对晶圆的与形成铝金属键合图案的一侧相对的一侧进行减薄，以露出光电二极管，而且对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层进行图案化，以露出光子器件；将减薄和图案化之后将晶圆和光子器件晶圆的组合布置在第一基板和第二基板之间。

Description

实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法。
背景技术
目前光子器件都用III-V族或II-IV族材料制造，未能在硅基片上同时形成光子器件和硅器件一体化系统。业界的集成方法多是通过封装是在PCB集成方案，把光子器件、光电二极管、调制器等器件封装集成。
图1示意性地示出了根据现有技术的光–电–光(OEO)集成系统的简化框图。其中数字电子系统100两侧分别连接有前端光系统200和后端光系统300，光从前端光系统200进入经过数字电子系统100的处理，并最后从后端光系统300输出。
由于前述光子器件一体化集成时的出现的困难，所以本领域的技术人员致力于开发一种能够更加简单有效地实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够更加简单有效地实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法，包括：在晶圆内形成硅基器件和光电二极管，并且在硅晶圆表面上形成用于键合的铝金属键合图案；在光子器件晶圆中形成光子器件，在光子器件晶圆的第一侧表面上形成用于键合的锗金属键合图案，在光子器件晶圆的第二侧表面上形成封装层；使得晶圆的铝金属键合图案和光子器件晶圆的锗金属键合图案接触并执行键合处理，从而形成铝锗共晶键合；对晶圆的与形成铝金属键合图案的一侧相对的一侧进行减薄，以露出光电二极管，而且对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层进行图案化，以露出光子器件；将减薄和图案化之后将晶圆和光子器件晶圆的组合布置在第一基板和第二基板之间，其中第一基板上具有与光电二极管相对应的用于输入光的开口，而且第二基板上具有与光子器件相对应的用于输出光的开口。
优选地，锗金属键合图案中的至少一部分通过通孔连接至光子器件，锗金属键合图案中的至少另一部分通过通孔连接至封装层。
优选地，锗金属键合图案中的所述至少一部分与锗金属键合图案中的所述至少另一部分不重复。
优选地，所述光子器件是激光二极管。
优选地，所述硅基器件是调制器。
优选地，通过研磨对晶圆的与形成铝金属键合图案的一侧相对的一侧进行减薄。
优选地，通过刻蚀对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层进行图案化。
优选地，所述晶圆是硅晶圆。
本发明通过把光子器件片和硅器件基片通过共晶键合以及硅通孔工艺的方式实现光子器件和硅器件一体化集成，由此本发明有效的形成单芯片封装、降低器件尺寸及提高集成度。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的光–电–光集成系统的简化框图。
图2至图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法的各个步骤。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图2至图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法的各个步骤。
如图2至图5所示，根据本发明优选实施例的实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法包括：
在晶圆10内形成硅基器件11(例如，调制器)和光电二极管12，并且在硅晶圆10表面上形成用于键合的铝金属键合图案13，如图2所示；优选地，晶圆10是硅晶圆。
在光子器件晶圆中形成光子器件21(例如，激光二极管)，在光子器件晶圆的第一侧表面上形成用于键合的锗金属键合图案22，在光子器件晶圆的第二侧表面上形成封装层20，其中锗金属键合图案22中的至少一部分通过通孔23连接至光子器件21，锗金属键合图案12中的至少另一部分通过通孔连接至封装层20，如图2所示；优选地，锗金属键合图案22中的所述至少一部分与锗金属键合图案12中的所述至少另一部分不重复，即没有共同的图案部分。
使得晶圆10的铝金属键合图案13和光子器件晶圆的锗金属键合图案22接触并执行键合处理，从而形成铝锗共晶键合，如图3所示；
对晶圆10的与形成铝金属键合图案13的一侧相对的一侧进行减薄，以露出光电二极管12，如图4所示；优选地，可以通过研磨对晶圆10的与形成铝金属键合图案13的一侧相对的一侧进行减薄；
另一方面，对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层20进行图案化，以露出光子器件21，如图4所示；优选地，可以通过刻蚀对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层20进行图案化。
将减薄和图案化之后将晶圆10和光子器件晶圆的组合布置在第一基板31和第二基板32之间，其中第一基板31上具有与光电二极管12相对应的用于输入光的开口，而且第二基板32上具有与光子器件21相对应的用于输出光的开口，如图5所示。
本发明通过把光子器件片和硅器件基片通过共晶键合以及硅通孔工艺的方式实现光子器件和硅器件一体化集成，由此本发明有效的形成单芯片封装、降低器件尺寸及提高集成度。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种实现光子器件和硅基器件的系统一体化集成的键合方法，其特征在于包括：
在晶圆内形成硅基器件和光电二极管，并且在硅晶圆表面上形成用于键合的铝金属键合图案；
在光子器件晶圆中形成光子器件，在光子器件晶圆的第一侧表面上形成用于键合的锗金属键合图案，在光子器件晶圆的第二侧表面上形成封装层；
使得晶圆的铝金属键合图案和光子器件晶圆的锗金属键合图案接触并执行键合处理，从而形成铝锗共晶键合；
对晶圆的与形成铝金属键合图案的一侧相对的一侧进行减薄，以露出光电二极管，而且对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层进行图案化，以露出光子器件；
将减薄和图案化之后将晶圆和光子器件晶圆的组合布置在第一基板和第二基板之间，其中第一基板上具有与光电二极管相对应的用于输入光的开口，而且第二基板上具有与光子器件相对应的用于输出光的开口。
2.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于，锗金属键合图案中的至少一部分通过通孔连接至光子器件，锗金属键合图案中的至少另一部分通过通孔连接至封装层。
3.根据权利要求2所述的键合方法，其特征在于，锗金属键合图案中的所述至少一部分与锗金属键合图案中的所述至少另一部分不重复。
4.根据权利要求1至3之一所述的键合方法，其特征在于，所述光子器件是激光二极管。
5.根据权利要求1至3之一所述的键合方法，其特征在于，所述硅基器件是调制器。
6.根据权利要求1至3之一所述的键合方法，其特征在于，通过研磨对晶圆的与形成铝金属键合图案的一侧相对的一侧进行减薄。
7.根据权利要求1或2所述的键合方法，其特征在于，通过刻蚀对光子器件晶圆的第二侧表面上的封装层进行图案化。
8.根据权利要求1或2所述的键合方法，其特征在于，所述晶圆是硅晶圆。
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