CN115390197A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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李惠宇
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Abstract

本发明的实施例涉及一种半导体器件及其制造方法。半导体器件包括衬底。半导体器件还包括在衬底的第一侧上的波导。半导体器件还包括在衬底的与衬底的第一侧相对的第二侧上的光电探测器(PD)。半导体器件还包括将PD与波导光学连接的光贯通孔(OTV)，其中OTV从衬底的第一侧延伸穿过衬底到衬底的第二侧。

Description

半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种半导体器件及其制造方法。
背景技术
三维集成电路(3DIC)用于器件中的垂直堆叠组件。衬底或中介层的相对两侧上的组件使用衬底贯通孔(TSV)进行电连接。TSV是用于将电信号从衬底或中介层的一侧传输到另一侧的导电元件，以实施3DIC的功能。
光子器件利用光波导在器件的组件之间传输信号。电信号被转换成光信号。光信号沿着光波导传播，然后被光电探测器转换回电信号，以用于器件的其他组件。
发明内容
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；波导，位于衬底的第一侧上；光电探测器(PD)，位于衬底的第二侧上，与衬底的第一侧相对；以及光贯通孔(OTV)，将光电探测器与波导光学连接，其中，光贯通孔从衬底的第一侧穿过衬底延伸到衬底的第二侧。
根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；波导，位于衬底的第一侧上，其中，波导包括芯和包层；光子元件，位于衬底的第二侧上，其中，衬底的第二侧与衬底的第一侧相对；光贯通孔(OTV)，将波导光学连接到光子元件，其中，光贯通孔从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧；以及光束偏转器，与光子元件光通信，其中，光束偏转器被配置为接收至少一个电压信号，光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号具有第一电压沿着第一路径偏转光信号，并且，光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号具有不同于第一电压的第二电压沿着不同于第一路径的第二路径偏转光信号。
根据本申请实施例的又一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，方法包括：限定从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧的开口，其中，衬底的第一侧与衬底的第二侧相对；在开口中沉积介电材料，其中，介电材料具有第一折射率；蚀刻介电材料以限定从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧的芯开口；将芯材料沉积到芯开口中，其中，芯材料具有不同于第一折射率的第二折射率，并且芯材料是光学透明的；以及从衬底的表面去除多余的芯材料。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据一些实施例的半导体器件的截面图。
图2是根据一些实施例的半导体器件的部分的截面图。
图3A至图3C是根据一些实施例的沿着第一方向截取的波导的截面图。
图3D是根据一些实施例的沿着第二方向截取的波导的截面图。
图4是根据一些实施例的波导的光束偏转部分的截面图。
图5A至图5D是根据一些实施例的波导的光束偏转装置的截面图。
图6A是根据一些实施例的波导的光束偏转装置的截面图。
图6B是根据一些实施例的半导体器件的部分的截面图。
图7A和图7B是根据一些实施例的包括光束偏转装置的波导的截面图。
图7C是根据一些实施例的半导体器件的部分的截面图。
图7D和图7E是根据一些实施例的在操作期间包括光束偏转装置的波导的截面图。
图8A至图8C是根据一些实施例的光学贯通孔的截面图。
图9是根据一些实施例的形成光学贯通孔的方法的流程图。
图10A至图10F是根据一些实施例的在制造的各个阶段的光学贯通孔的截面图。
图11是根据一些实施例的控制系统的框图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的间隔关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，间隔关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的间隔关系描述符可以同样地作相应地解释。
将光子组件隔离到衬底或中介层的单侧上会限制在三维集成电路(3DIC)结构中使用光子的能力。光信号将转换为电信号，然后使用导电衬底贯通孔(TSV)传输到衬底或中介层的相对侧，然后再转换回要传输到半导体器件内的其他地方的光信号。光信号的这种转换和再转换将更多组件引入3DIC，这增加了生产成本和器件尺寸。转换和再转换还增加了在器件之间传输错误信号的风险。
为了帮助降低生产成本和器件尺寸，使用光贯通孔(OTV)以将光信号从衬底或中介层的第一侧传输到衬底或中介层的相对的第二侧。衬底或中介层的相对侧上的反射元件可用于将光信号在波导内的传播方向从基本平行于衬底或中介层的表面的方向改变为基本垂直于衬底或中介层的表面的方向。在一些实施例中，第一反射器位于衬底或中介层的第一侧上；并且第二反射器位于衬底或中介层的第二侧上。在一些实施例中，反射器由围绕波导的芯(core)的包层材料的弯曲形成。
在一些实施例中，反射器是可调谐的以帮助控制光信号的传播方向。在一些实施例中，导电元件定位在反射器上或邻近反射器。然后将电流施加给导电元件，并且来自导电元件中的电阻的热用于调谐反射器的反射角。在一些实施例中，掺杂区形成在包层中或相邻包层。电荷被施加到掺杂区以调谐反射器的折射率以便调谐到反射角。
在一些实施例中，反射器是椭圆形的、抛物线形的或平面的。在一些实施例中，反射器是凹面的。在一些实施例中，反射器是凸面的。在一些实施例中，控制反射器以使得光信号被引导到半导体器件的目标组件。
图1是根据一些实施例的半导体器件100的截面图。半导体器件100包括第一波导110，第一波导110被配置为将光信号传输到第二波导140。第二波导140在衬底120的第一侧上。再分布层(RDL)130也在衬底120的第一侧上。RDL 130包括多个导电元件132，用于通过RDL 130传输电信号。多个导电凸块134电连接到导电元件132。多个导电凸块134可用于例如通过回流工艺将半导体器件100接合到另一组件。与第二波导140光通信的OTV 145延伸穿过衬底120。半导体器件100包括单个OTV 145。在一些实施例中，半导体器件100中包括多个OTV。第一光束偏转器142a位于衬底的第一侧上并且可用于将第二波导140中的光信号引导到OTV 145中。第二光束偏转器142b在衬底120的与第一侧相对的第二侧上。第二光束偏转器142b被配置为将来自OTV 145的光信号引导到光电探测器(PD)146，以便将光信号转换成电信号。
来自PD 146的电信号能够传输到衬底120的第二侧上的若干RDL 140、150、160和170中的任何一些或全部。此外，RDL140、150、160和170通过导电衬底贯通孔(TSV)122电连接到衬底120的第一侧上的RDL 130。导电TSV 122允许衬底120的两侧之间电信号的传输。在一些实施例中，第二PD位于衬底120的第一侧上，以将光信号转换为直接连接到RDL 130的电信号。
半导体器件100还包括电连接到RDL140的存储器堆叠180。半导体器件100还包括电连接到RDL 150的专用集成电路(ASIC)190。半导体器件100还包括电连接到RDL 160的光子集成电路(PIC)192。在一些实施例中，PIC 192通过OTV 145从第二波导140直接接收光信号。半导体器件100还包括连接到RDL 170的电子集成电路(EIC)194，RDL 170电连接到RDL160。散热器196位于EIC 194的与RDL 170相对的表面上。填充材料195围绕衬底120的第二侧上的半导体器件100的组件。填充材料195为衬底120的第二侧上的组件提供结构支撑和电隔离。
上述半导体器件100的具体组件仅仅是示例。本领域的普通技术人员将认识到，本申请设想了组件的不同组合和组件的不同布置。此外，本领域普通技术人员将认识到，诸如存储器器件和集成电路的功能电路也可形成在衬底120的第一侧上。
第一波导110包括芯，芯包括光学透明材料并且被配置为允许光信号传播到半导体器件100。在一些实施例中，第一波导110的芯包括硅。在一些实施例中，第一波导110的芯包括聚合物、玻璃、氮化硅或其他合适的材料。包层材料围绕芯。包层材料具有与芯不同的折射率，以当光信号沿着第一波导110传播时帮助减少信号损失量。在一些实施例中，包层具有比芯低的折射率。在一些实施例中，包层材料是氧化硅、聚合物或另外合适的材料。在一些实施例中，第一波导110具有圆形截面。在一些实施例中，第一波导110具有矩形截面、三角形截面或其他合适的截面形状。在一些实施例中，第一波导110与第二波导140直接接触。在一些实施例中，第一波导110与第二波导140是一体的。在一些实施例中，第一波导110与第二波导140间隔开。
衬底120为衬底的第一侧和第二侧上的结构提供机械支撑。在一些实施例中，衬底120包括半导体材料。在一些实施例中，衬底120包括介电材料。在一些实施例中，衬底120用作中介层。在一些实施例中，衬底120用作晶圆。在一些实施例中，衬底包括绝缘体上半导体(SOI)衬底。在一些实施例中，衬底120包括硅、聚合物、氮化硅、玻璃、氧化硅、碳化硅、金刚石、金属、陶瓷或其他合适的材料。
RDL 130在多个导电凸块134和导电TSV 122之间路由电信号。在包括位于衬底120的第一侧上的PD的一些实施例中，RDL 130路由来自衬底120的第一侧上的PD的电信号到导电TSV 122或导电凸块134。在一些实施例中，RDL 130是用于实施半导体器件100的扇出的集成扇出(InFO)结构的部分。RDL 130包括由介电材料围绕的导电元件132，诸如导电线和/或导电通孔。在一些实施例中，导电元件132包括金属，例如铜、铝、钨、钴、金或其他合适的金属。在一些实施例中，导电元件132包括另外的导电材料，诸如导电聚合物。在一些实施例中，导电元件132包括导电元件132的介电材料和导电材料之间的阻挡层。阻挡层有助于防止导电材料扩散到周围的介电材料中。在一些实施例中，阻挡层包括TaN或TiN。在一些实施例中，介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的介电材料。在一些实施例中，介电材料包括与第一波导110或第二波导140的包层相同的材料。在一些实施例中，介电材料包括与第一波导110和第二波导140的包层不同的材料。
多个导电凸块134提供RDL 130和集成电路的其他组件之间的电连接。在一些实施例中，多个导电凸块134包括焊料凸块。在一些实施例中，多个导电凸块134包括导电柱。在一些实施例中，导电柱包括铜、铜合金或其他合适的材料。在一些实施例中，多个导电凸块134通过回流工艺接合到其他组件。在一些实施例中，多个导电凸块134通过共晶接合或其他合适的接合工艺接合到其他组件。
第二波导140包括芯，芯包括光学透明材料并且被配置为允许光信号在半导体器件100内传播。在一些实施例中，第二波导140的芯包括硅。在一些实施例中，第二波导140的芯包括聚合物、玻璃、氮化硅或其他合适的材料。在一些实施例中，第二波导140的芯材料与第一波导110的芯材料相同。在一些实施例中，第二波导140的芯材料与第一波导110的芯材料不同。包层材料围绕芯。包层材料具有与芯不同的折射率，以当光信号沿着第二波导140传播时帮助减少信号损失量。在一些实施例中，包层具有比芯低的折射率。在一些实施例中，包层材料是氧化硅、聚合物或另外合适的材料。在一些实施例中，第二波导140的包层材料与第一波导110的包层材料相同。在一些实施例中，第二波导140的包层材料与第一波导110的包层材料不同。在一些实施例中，第二波导140具有圆形截面。在一些实施例中，第二波导140具有矩形截面、三角形截面或其他合适的截面形状。在一些实施例中，第二波导140的截面形状与第一波导110的截面形状相同。在一些实施例中，第二波导140的截面形状与第一波导110的截面形状不同。
第一光束偏转器142a在第二波导140中的衬底120的第一侧上。第二波导140延伸超过第一光束偏转器142a。在一些实施例中，第一光束偏转器142a位于衬底120的第一侧上的第二波导140的端部处。第一光束偏转器142a被配置为将光信号重新导向到OTV 145中。在一些实施例中，由第一光束偏转器142a入射的光信号的偏转角度是可调整的。第一光束偏转器142a通过第二波导140的芯材料和包层材料之间的反射来实施。第一光束偏转器142a的附加细节和选项在下面描述。
第二光束偏转器142b位于第二波导140中的衬底120的第二侧上。OTV 145在第一光束偏转器142a和第二光束偏转器142b之间。第二光束偏转器142b位于第二波导140的端部处，第二波导140在垂直于衬底120的第二侧上的衬底120的第二表面的方向上。在一些实施例中，第二波导140延伸超过第二光束偏转器142b，第二光束偏转器142b垂直于衬底120的第二表面的方向上。第二光束偏转器142b被配置为将来自OTV 145的光信号重新导向PD146。在一些实施例中，由第二光束偏转器142b入射的光信号的偏转角度是可调整的。第二光束偏转器142b通过第二波导140的芯材料和包层材料之间的反射来实施。第二光束偏转器142b的附加细节和选项在下面描述。在一些实施例中，第一光束偏转器142a的结构与第二光束偏转器142b的结构相同。在一些实施例中，第一光束偏转器142a的结构与第二光束偏转器142b的结构不同。
PD 146可用于将来自第二波导140的光信号转换为可由半导体器件100的电子元件使用的电信号。在一些实施例中，PD 146包括光电二极管。在一些实施例中，PD 146包括被配置为在不同位置接收光信号的多个光电二极管。在一些实施例中，PD 146包括相邻光电二极管之间的隔离结构，以便减少相邻光电二极管之间的串扰。
RDL140、150、160和170中的每个在半导体器件的相应电子元件(诸如ASIC 190)和导电TSV 122和/或PD 146之间路由电信号。在一些实施例中，RDL140、150、160或170中的至少一个是用于实施半导体器件100的扇出的InFO结构的部分。RDL140、150、160和170中的每个包括由介电材料围绕的导电元件(未标记)，诸如导电线和/或导电通孔。在一些实施例中，导电元件包括金属，诸如铜、铝、钨、钴、金或其他合适的金属。在一些实施例中，导电元件包括其他导电材料，诸如导电聚合物。在一些实施例中，RDL 140、150、160和170中的每个包括与导电元件相同的材料。在一些实施例中，RDL 140、150、160和170中的至少一个包括与RDL 140、150、160和170中的另一个不同的材料的导电元件。在一些实施例中，导电元件包括在导电元件的介电材料和导电材料之间的阻挡层。阻挡层有助于防止导电材料扩散到周围的介电材料中。在一些实施例中，阻挡层包括TaN或TiN。在一些实施例中，介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的介电材料。在一些实施例中，介电材料包括与第一波导110或第二波导140的包层相同的材料。在一些实施例中，介电材料包括与第一波导110和第二波导140的包层不同的材料。在一些实施例中，RDL 140、150、160和170中的每个包括与介电材料相同的材料。在一些实施例中，RDL 140、150、160和170中的至少一个包括与RDL 140、150、160和170中的另一个不同的材料的介电材料。
存储器堆叠180包括作为三维结构的部分的多个存储器器件阵列。存储器堆叠180中的存储器器件基于电信号是可存取的，该电信号是基于半导体器件100内的PD146或其他PD处接收到的光信号生成的。使用导电结构182通过存储器器件阵列传输信号。存储器器件阵列内的存储器器件的类型不受本说明的限制。在一些实施例中，存储器堆叠180还包括用于存取存储器堆叠180内的存储器器件的驱入器。在一些实施例中，存储器堆叠180内的存储器器件由ASIC 190或半导体器件100的其他组件存取。
ASIC 190被配置为基于电信号实施所设计的功能，该电信号是基于在半导体器件100内的PD146处或其他PD处接收的光信号生成的。在一些情况下，ASIC 190被称为集成电路器件、电路、器件、电路器件、管芯或本领域技术人员已知的其他术语。ASIC 190可用于处理由半导体器件100的PD146或其他组件生成的数字信号或模拟信号。在一些实施例中，ASIC 190包括数百万个组件，诸如有源器件和无源器件。在一些实施例中，ASIC包括用于将导电元件、有源器件和无源器件彼此隔离的层间介电层(ILD)。在一些实施例中，ILD包括诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的材料，但是任何合适的介电都是可用的。在一些实施例中，ASIC190还包括作为互连结构的部分以将各种器件彼此连接的金属间介电(IMD)层。
PIC 192可用于处理直接来自第二波导140的光信号。在一些实施例中，PIC 192可用于将来自半导体器件100中其他组件的电信号转换为要传输到第二波导140的光信号。在一些实施例中，PIC 192被配置为处理、接收和/或传输光信号。因此，PIC 192在一些应用中也被称为光学芯片。在一些实施例中，PIC 192包括一个或多个有源组件和/或无源组件，其被配置为处理、接收和/或传输由PD转换成光信号/由光信号转换的电信号。在一些实施例中，PIC 192还包括诸如光传感器的光探测器件。在一些实施例中，来自RDL 160的电信号通过PIC 192到达RDL 170以由EIC 194使用。
在一些实施例中，EIC 194是驱入器IC，并且包括一个或多个有源组件和/或无源组件。无源元件的示例包括但不限于电阻器、电容器和电感器。有源组件的示例包括但不限于二极管、场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管和双极晶体管。在一些实施例中，激光管芯被接合到RDL 170以电连接到EIC194并与PIC192光学连接。
散热器196被配置为散发在半导体器件100的操作期间产生的热。散热器196与EIC194直接接触。在一些实施例中，散热器196通过导热元件热连接到EIC 194和/或半导体器件100的其他组件。以这种方式，由半导体器件100的各个组件产生的热被传输到散热器196以便将热消散到周围环境。在一些实施例中，散热器196包括多个鳍。在一些实施例中，散热器196是液冷的。
填充材料195在衬底120的第二侧上的管芯之间提供机械支撑和电绝缘。在一些实施例中，填充材料也存在于衬底120的第一侧上。在一些情况下，填充材料称为模塑料。填充材料195在存储器堆叠180的顶面上方延伸。在一些实施例中，填充材料195具有与存储器堆叠180的顶面共面的顶面。ASIC 190和散热器196在填充材料195的顶面上方延伸。在一些实施例中，填充材料195的顶面与ASIC 190或散热器196的顶面共面或在ASIC 190或散热器196的顶面上方。在一些实施例中，导电柱(未标记)延伸穿过填充材料195以将TSV 122与RDL 140、150和160电连接。
图2是根据一些实施例的半导体器件100的部分的截面图。与图1相比，图2提供了与第二波导140以及第一光束偏转器142a和第二光束偏转器142b相关的附加细节。为清楚起见，填充材料195(图1)未包括在图2中。第二波导140包括芯140a和围绕芯140a的包层140b。包层140b完全围绕芯140a。包层140b的折射率与芯140a的折射率不同，以便提高全内反射(TIR)以维持第二波导140内的光信号。第一光束偏转器142a和第二光束偏转器142b被限定在包层140b中。包层内光束偏转器的结构的细节在以下图4中更详细地讨论。芯140a从OTV 145中的衬底120的第一侧和衬底120的第二侧连续。连续的芯140a有助于最小化通过第二波导140传播的光信号的反向散射和其他色散效应。包层140b也沿着第二波导140连续，以最小化通过第二波导140的侧壁损失的光信号量。
图3A至图3C是根据一些实施例的波导的截面图。图3A至图3C包括第二波导140。然而，本领域普通技术人员将认识到关于截面形状的讨论适用于本说明书中的任何波导。在图3A中，包括第二波导140的圆形截面形状。芯140a和包层140b都具有圆形形状，并且芯140a与包层140b同心。在图3B中，包括第二波导140'的矩形截面形状。芯140a'和包层140b'都具有矩形形状，并且包层140b'完全围绕芯140a'。在图3C中，包括第二波导140”的三角形截面形状。芯140a”和包层140b”都具有三角形形状，包层140b”完全围绕芯140a”。
图3D是根据一些实施例的波导的截面图。图3D中波导的截面图是垂直于图3A至图3C中的截面图截取的截面。第二波导140的直径D1在从约2微米(μm)到约100μm的范围内。在一些情况下，随着第二波导140的直径D1变得太大，半导体器件100的整体尺寸增加，这会影响最终产品的尺寸。随着第二波导140的直径D1变得太小，关于用于将光信号耦合进和耦合出第二波导140的不同部件的对准，可靠性问题增加。
图4是根据一些实施例的波导的光束偏转部分400的截面图。光束偏转部分400可用作第一光束偏转器142a(图1)和/或第二光束偏转器142b(图1)。光束偏转器部分400包括芯442a和包层442b。在一些实施例中，芯442a类似于芯140a(图2)。在一些实施例中，包层442b类似于包层140b(图2)。
当光信号沿着波导(例如第二波导140(图1))传播时，由于芯442a和包层442b之间的折射率不同，光信号由包层442b反射。在芯442a和包层442b之间的界面处的反射是不完美的，这意味着一些光信号通过界面传递。附加反射在包层442b的外边界处发生。附加反射将光信号的部分反射回芯442a。在芯442a和包层442b之间的界面处反射的光信号的部分与在包层442b的外边界处反射的光信号的部分以偏移距离Δx偏移。由于折射率差异和偏移引起的这种反射被称为古斯-汉欣(Goos-
Figure BDA0003507525380000111
)效应。通过控制芯442a和包层442b之间的折射率差异，光信号的传播方向是可控的。基于包层442b的温度和/或传导性包层442b的折射率是可控的。
图5A至图5D是根据一些实施例的波导的光束偏转装置的截面图。光束偏转装置500A-500D可用于第一光束偏转器142a(图1)和/或第二光束偏转器142b(图1)。为简单起见，光束偏转装置500A-500D中的每个中仅包括包层和控制元件。本领域普通技术人员将理解，包括附加组件，诸如用于控制控制元件的芯和控制器。
图5A是根据一些实施例的波导的光束偏转装置500A的截面图。光束偏转装置500A包括包层510和控制元件520。控制元件520包括被配置为用作电阻器的导电材料。当电流通过控制元件520时，作为施加电压的结果，由于控制元件520中的电阻而产生热。热传递到包层510，这改变了包层510的折射率。如上所述，包层510的折射率的变化改变了光信号的反射角。在一些实施例中，控制元件520包括铜。在一些实施例中，控制元件520包括铜合金、铝、钨、钴或其他合适的材料。在一些实施例中，控制元件520包括与半导体器件(例如半导体器件100(图1))内的其他导电元件相同的材料。在一些实施例中，控制元件520包括与半导体器件内的至少一个其他导电元件不同的材料。
施加到控制元件520的电压量由控制器(未示出)控制。随着电压增加，控制元件520产生的热增加。增加的热进一步调整包层510的折射率。光束偏转装置500A包括控制元件520，控制元件520在光束偏转位置处横跨包层510的整个外边界延伸。即，控制元件520位于光束偏转位置处，但不沿着整个波导延伸。
图5B是根据一些实施例的波导的光束偏转装置500B的截面图。光束偏转装置500B包括包层510和控制元件530a和530b。与光束偏转装置500A(图5A)相比，光束偏转装置500B包括在包层510的外围区域上的控制元件530a和530b，其中控制元件530a和530b之间的间隔在包层510的中心区域。在一些实施例中，控制元件530a和530b连接到相同的电压供电元件，并且被配置为接收相同的电压。在一些实施例中，控制元件530a和530b连接到不同的电压供电元件，但仍被配置为接收相同的电压。在一些实施例中，控制元件530a和530b连接到不同的电压供电元件并且被配置为能够接收不同的电压。在一些实施例中，控制元件530a和530b的材料类似于控制元件520(图5A)的材料。在一些实施例中，控制元件530a的材料与控制元件530b的材料相同。在一些实施例中，控制元件530a的材料与控制元件530b的材料不同。
图5C是根据一些实施例的波导的光束偏转装置500C的截面图。光束偏转装置500C包括包层510和控制元件540。与光束偏转装置500A(图5A)相比，光束偏转装置500C包括在包层510的中心区域中的控制元件540，并且包层510的外围区域由控制元件540暴露。在一些实施例中，控制元件540的材料类似于控制元件520(图5A)的材料。
图5D是根据一些实施例的波导的光束偏转装置500D的截面图。光束偏转装置包括包层510'和控制元件520'。与光束偏转装置500A(图5A)相比，光束偏转装置500D包括平面形状。在一些实施例中，包层510'的材料类似于包层510的材料(图5A)。在一些实施例中，控制元件520'的材料类似于控制元件520(图5A)的材料。
本领域普通技术人员将理解，具有类似于光束偏转装置500B(图5B)和/或光束偏转装置500C(图5C)的控制元件位置的平面装置也在本说明的范围内。
图6A是根据一些实施例的波导的光束偏转装置600A的截面图。光束偏转装置600A可用于第一光束偏转器142a(图1)和/或第二光束偏转器142b(图1)。为简单起见，光束偏转装置600A中仅包括包层和控制元件。本领域普通技术人员将理解，包括附加组件，诸如用于控制控制元件的芯和控制器。
光束偏转装置600A包括包层610和控制元件620。与光束偏转装置500A(图5A)相比，光束偏转装置600A包括控制元件620，控制元件620包括重掺杂区。在一些实施例中，包层610类似于包层510(图5A)。当电压施加给控制元件620时，来自控制元件620的掺杂剂被驱入包层610，以改变包层610的折射率并控制入射到包层610上的光信号的反射角。在一些实施例中，掺杂剂是p型掺杂剂。在一些实施例中，掺杂剂是n型掺杂剂。在一些实施例中，控制元件620中的掺杂剂浓度从约1x1016cm-3到约1x1020cm-3的范围内。在一些情况下，如果掺杂剂浓度太低，则没有足够的掺杂剂可用于驱入包层610以有效地控制光信号的反射方向。在一些情况下，如果掺杂剂浓度太高，则电流泄漏的风险会增加。在一些实施例中，控制元件620内的掺杂剂浓度基本均匀。在一些实施例中，控制元件620具有梯度浓度的掺杂剂。例如，在一些实施例中，控制元件620的第一外围端处的掺杂剂浓度大于控制元件620的与第一外围端相对的第二外围端处的掺杂剂浓度约200％至约10000％。在一些实施例中，控制元件620的第一外围端处的掺杂剂浓度以从约200掺杂剂/cm3到约1,000掺杂剂/cm3范围的值大于控制元件620的第二外围端处的掺杂剂浓度。本领域普通技术人员会认识到，0％的梯度意味着浓度均匀。如果浓度梯度太高，那么低浓度区域的传导性可能不足以控制光信号的反射方向。在一些实施例中，通过控制器(未示出)向控制元件620施加单个电压并且将掺杂剂均匀地驱入到包层610中。在一些实施例中，在控制元件620的不同位置处施加多个电压以在不同位置处将不同量的掺杂剂驱入到包层610中，以进一步控制光信号的转向。
本领域普通技术人员将理解，具有类似于光束偏转装置500B(图5B)和/或光束偏转装置500C(图5C)的控制元件位置的掺杂控制元件装置也在本说明的范围。
图6B是根据一些实施例的半导体器件600B的部分的截面图。半导体器件600B包括包层610和控制元件620，如在光束偏转器布置600A(图6A)中所讨论的。半导体器件600B还包括衬底602。在一些实施例中，衬底602类似于衬底120(图1)。半导体器件600B还包括芯605。在一些实施例中，芯605类似于芯140a(图2)。半导体器件600B还包括包层610内的驱入掺杂区615。驱入掺杂区615是包层的部分，其中来自控制元件620的掺杂剂已通过从电压供电元件630施加的电压驱入到包层610中。电压供电元件630是用于将电压传送到控制元件620的导电元件。在一些实施例中，电压供电元件630是互连结构的部分。在一些实施例中，控制器(未示出)可用于控制通过电压供电元件630施加到控制元件620的电压量。
图7A和图7B是根据一些实施例的包括光束偏转装置的波导的截面图。波导700A和700B可用作第二波导140(图1)。取决于光信号的传播方向，波导700A和700B能够用作复用器(MUX)或解复用器(DMUX)。
图7A是包括第一芯部分710和多个第二芯部分740a-740c的波导700A的截面图。波导700A还包括偏转区芯部分715。包层720围绕第一芯部分710、偏转区芯部分715和多个第二芯部分740a-740c中的每个。控制元件730被配置为通过控制元件730和偏转区芯部分715之间的包层720来控制光信号的反射方向。偏转区芯部分715形成凹面反射形状。在一些实施例中，第一芯部分710、偏转区芯部分715中和多个第二芯部分740a-740c中的每个之中的每个都类似于芯140a(图2)。在一些实施例中，包层720类似于包层140b(图2)。在一些实施例中，控制元件730类似于控制元件520(图5A)。在一些实施例中，控制元件730类似于控制元件620(图6A)。本领域普通技术人员将理解，具有类似于光束偏转装置500B(图5B)和/或光束偏转装置500C(图5C)的控制元件位置的控制元件装置也在本说明的范围内。
通过控制施加到控制元件730的电压，控制器(未示出)能够控制光信号的反射角以沿着期望路径选择性地传播光信号。在光信号从第一芯部分710传播到第二芯部分740a-740c中的一个的情况下，波导700A用作DMUX。在DMUX功能中，在偏转区芯部分715处从第一芯部分710接收光信号。通过控制施加到控制元件730的电压，控制元件730和偏转区芯部分715之间的包层720沿着多个第二芯部分740a-740c中的一个选择性地偏转光信号。
在光信号从多个第二芯部分740a-740c传播到第一芯部分的情况下，波导700A用作MUX。在MUX功能中，在偏转区芯部分715处从多个第二芯部分740a-740c中的一个接收光信号。通过控制施加到控制元件730的电压，控制元件730和偏转区芯部分715之间的包层沿着第一芯部分710偏转光信号。本领域普通技术人员将认识到，如果反射角不满足第一芯部分710的接收锥面，则增加了光信号损失或反向散射增加的风险。控制施加到控制元件730的电压并因此控制施加到包层720的热，有助于最大化沿着第一芯部分710引导的光信号量。
图7B是包括第一芯部分710和多个第二芯部分740a-740b的波导700B的截面图。与波导700A(图7A)相比，波导700B在偏转区芯部分715'和控制元件730'之间的包层720处包括凸面反射表面。在一些实施例中，控制元件730'类似于控制元件520(图5A)。在一些实施例中，控制元件730'类似于控制元件620(图6A)。本领域普通技术人员将理解，具有类似于光束偏转装置500B(图5B)和/或光束偏转装置500C(图5C)的控制元件位置的控制元件装置也在本说明的范围内。波导700B能够以与上文关于波导700A(图7A)描述的方式类似的方式用作DMUX和MUX。
图7C是根据一些实施例的半导体器件700C的部分的截面图。半导体器件700C包括在衬底702上方的芯710。包层720围绕芯710。控制元件730被配置为通过导电线740和导电通孔745从控制器(未示出)接收电压。包层720位于芯710和控制元件730之间。控制元件730被配置为产生用于调整芯710和控制元件730之间的包层720的温度的热，以便调整入射到芯部分710和控制元件730之间的包层720上的光信号的反射角。在一些实施例中，衬底702类似于衬底120(图1)。在一些实施例中，芯710类似于芯140a(图2)。在一些实施例中，包层720类似于包层140b(图2)。在一些实施例中，导电线740和导电通孔745类似于电压供电元件630(图6B)。
图7D和图7E是根据一些实施例的在操作期间包括光束偏转装置的波导的截面图。与上面讨论的其他光束偏转装置相比，图7D和图7E中的光束偏转装置显然包括多个导电通孔745a和745b，用于向控制元件730'的不同位置提供电压。多导电通孔装置可与以上讨论的其他光束偏转装置一起使用，包括包含掺杂区的光束偏转装置和包含凹面控制元件的光束偏转装置。
图7D是根据一些实施例的在操作期间包括光束偏转装置的波导700D的截面图。波导700D类似于波导700B。与波导700B相比，波导700D被示为包括第一导电通孔745a和第二导电通孔745b。虽然波导700D中包括两个导电通孔，但本领域普通技术人员将理解，本公开也考虑了其他数量的导电通孔。波导700D包括在第一导电通孔745a处施加到控制元件730'的较高电压。由第一导电通孔745a提供的较高电压产生温度梯度770D。温度梯度770D不是物理元件，而是代表芯710和控制元件730'之间的包层的温度。靠近第一导电过孔745a的包层的温度高于靠近第二导电过孔745b的包层的温度。结果，控制元件730'的反射角靠近第一导电通孔745a增加并且光信号沿着第二芯部分740a被引导。
图7E是根据一些实施例的在操作期间包括光束偏转装置的波导700E的截面图。与波导700D相比，波导700E包括由第二导电通孔745b提供的更高电压。结果，包层的温度梯度770E表明靠近第二导电通孔745b的温度高于靠近第一导电通孔745a的温度。调整光信号的反射角以便沿着第二芯部分740b引导光信号。
通过调整施加到第一导电通孔745a和第二导电通孔745b的电压，能够沿着不同的第二芯部分740a和740b控制不同的光信号，以便将光信号引导到所需位置以转换为可由器件的电子元件使用的电信号。波导700D和700E的以上描述是DMUX功能。本领域普通技术人员将理解，改变光信号的传播方向将允许波导700D和700E具有MUX功能。
图8A是根据一些实施例的OTV 800A的截面图。OTV 800A可用于OTV 145(图1)。OTV800A包括由包层840b围绕的芯840a。包层840b由控制元件850a围绕。控制元件850a具有与上述其他控制元件类似的功能，例如控制元件520(图5A)或控制元件620(图6A)。通过包括控制元件850a，光信号通过OTV 800A的传播是可控的，以便在离开OTV 800A时帮助将光信号引导到特定的组件。在一些实施例中，芯840a类似于芯140a(图2)。在一些实施例中，包层840b类似于包层140b(图2)。
在一些实施例中，芯840a的直径D2在约2μm到约20μm的范围内。如果芯840a的直径太小，则在一些情况下，当光信号被引导到OTV 800A中时，芯840a的接收角增加了光信号的部分损失的风险。在一些情况下，如果芯840a的直径太大，则器件的整体尺寸增加而性能没有显著改善。在一些实施例中，包层840b的直径D3在约5μm至约50μm的范围内。在一些实施例中，如果包层840b的直径太小，则通过包层840b的外壁损失光信号的风险增加。在一些情况下，如果包层840b的直径太大，则在芯840a和包层840b界面处反射的光信号与在包层840b的外壁处反射的光信号之间的偏移距离变得很大，使得信号相干性显著降低。在一些实施例中，控制元件850a的直径D4地从约2μm到约20μm的范围内。在一些情况下，如果控制元件850a的直径太小，则控制元件850a的电阻显著增加并且由于过热而导致包层840b损坏的风险增加。在一些情况下，如果控制元件850a的直径太大，则器件的整体尺寸增加而性能没有显著改善。
图8B是根据一些实施例的OTV 800B的截面图。OTV 800B可用于OTV 145(图1)。与OTV 800A(图8A)相比，OTV 800B包括位于OTV 800B的中心部分处的控制元件850b和暴露于OTV 800B的外围区域处的包层840b。控制元件850b的尺寸和形状在OTV 800B中的包层840b的两侧上是相同的。在一些实施例中，控制元件850b的尺寸或形状在包层840b的不同部分上是不同的。
图8C是根据一些实施例的OTV 800C的截面图。OTV 800C可用于OTV 145(图1)。与OTV 800A(图8A)相比，OTV 800C包括在OTV 800C的外围部分处的控制元件850c以及暴露于OTV 800C的中心区域处的包层840b。控制元件850c的尺寸和形状在OTV 800C中的包层840b的两侧上是相同的。在一些实施例中，控制元件850c的尺寸或形状在包层840b的不同部分上是不同的。
图9是根据一些实施例的形成OTV的方法900的流程图。方法900可用于形成OTV145(图1)。在操作905中，在衬底中形成开口。在一些实施例中，衬底类似于衬底120(图1)。在一些实施例中，使用光刻和蚀刻工艺的组合来形成开口。在一些实施例中，蚀刻工艺是干蚀刻工艺。在一些实施例中，蚀刻工艺是湿蚀刻工艺。
图10A是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000A的截面图。在一些实施例中，OTV 1000A是操作905(图9)的结果。OTV 1000A包括衬底1010和两个开口1020。在一些实施例中，衬底1010类似于衬底120(图1)。与半导体器件100(图1)相比，OTV 1000A包括用于OTV的多个开口1020。本领域普通技术人员将理解，任何数量的OTV都在本公开的范围内。
返回到图9，在操作910中，将介电材料沉积到开口中。介电材料具有第一折射率。在一些实施例中，介电材料类似于包层140b(图2)。在一些实施例中，使用化学气相沉积(CVD)、热氧化、原子层沉积(ALD)、旋涂或其他合适的沉积工艺来沉积介电材料。沉积工艺包括用介电材料填充开口。沉积工艺导致介电材料的部分沉积在开口外部的衬底的表面上。
图10B是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000B的截面图。在一些实施例中，OTV 1000B是操作910(图9)的结果。介电材料1030填充每个开口1020(图10A)，并且介电材料1030a的部分从开口突出以覆盖衬底1010的表面的部分。
返回图9，在操作915中，从衬底的表面去除多余的介电材料。去除覆盖衬底表面的介电材料的部分。在一些实施例中，去除工艺包括蚀刻工艺，例如湿蚀刻或干蚀刻。在一些实施例中，去除工艺包括化学机械抛光(CMP)。在一些实施例中，去除工艺包括研磨。在去除多余的介电材料之后，衬底的表面和开口中的介电材料的表面基本上共面。
图10C是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000C的截面图。在一些实施例中，OTV 1000C是操作915(图9)的结果。介电材料1030a的部分(图10B)已经从衬底1010的表面去除，并且衬底1010的表面与开口中的介电材料1030基本上共面。
返回图9，在操作920中，蚀刻介电材料以限定穿过开口中的介电材料的芯开口。在一些实施例中，使用光刻和蚀刻工艺的组合形成芯开口。在一些实施例中，蚀刻工艺是干蚀刻工艺。在一些实施例中，蚀刻工艺是湿蚀刻工艺。在一些实施例中，蚀刻工艺是选择性蚀刻工艺，以最小化在芯开口的形成期间对衬底的损坏。
图10D是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000D的截面图。在一些实施例中，OTV 1000D是操作920(图9)的结果。芯开口1040形成在每个开口中的介电材料1030内。芯开口1040延伸穿过整个开口，并且介电材料1030保留在芯开口1040的外周围和衬底1010之间。
返回到图9，在操作925中，将芯材料沉积到芯开口中。芯材料具有不同于第一折射率的第二折射率。在一些实施例中，第二折射率大于第一折射率。在一些实施例中，芯材料类似于芯140a(图2)。在一些实施例中，使用CVD、ALD、旋涂或其他合适的沉积工艺沉积芯材料。在一些实施例中，操作925中的沉积工艺与操作910中的沉积工艺相同。在一些实施例中，操作925中的沉积工艺与操作910中的沉积工艺不同。沉积工艺包括用芯材料填充芯开口。沉积工艺导致芯材料的部分沉积在芯开口外部的衬底的表面上。
图10E是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000E的截面图。在一些实施例中，OTV 1000E是操作925(图9)的结果。芯材料1050填充每个芯开口1040(图10D)，并且芯材料1050a的部分从芯开口突出以覆盖衬底1010的表面的部分。
返回到图9，在操作930中，从衬底的表面去除多余的芯材料。去除覆盖衬底的表面的芯材料的部分。在一些实施例中，去除工艺包括蚀刻工艺，例如湿蚀刻或干蚀刻。在一些实施例中，去除工艺包括CMP。在一些实施例中，去除工艺包括研磨。在一些实施例中，操作930中的去除工艺与操作915中的去除工艺相同。在一些实施例中，操作930中的去除工艺与操作915中的去除工艺不同。在去除多余的芯材料之后，衬底的表面和芯开口中的芯材料的表面基本上共面。
图10F是根据一些实施例的处于制造中间阶段的OTV 1000F的截面图。在一些实施例中，OTV 1000F是操作930(图9)的结果。芯材料1050a的部分(图10E)已经从衬底1010的表面去除，并且衬底1010的表面与开口中的芯材料1050基本上共面。
在一些实施例中，调整方法900的操作顺序。例如，在一些实施例中，在操作915之前执行操作920。在一些实施例中，方法900中包括额外的操作。例如，在一些实施例中，在操作910之前沉积用于控制元件的材料层(图8A至图8C)。在一些实施例中，省略方法900的操作。例如，在一些实施例中，操作915被省略并且在操作930期间去除多余的介电材料。
图11是根据一些实施例的控制系统1100的框图。控制系统1100可用于控制施加到控制元件的电压，诸如控制元件520(图5A)或控制元件620(图6A)。系统1100包括硬件处理器1102和非暂时性计算机可读存储介质1104，其编码(即存储)计算机程序代码1106(即一组可执行指令)。计算机可读存储介质1104还编码有用于与外部组件接口的指令1107。处理器1102通过总线1108电耦合到计算机可读存储介质1104。处理器1102还通过总线1108电耦合到I/O接口1110。网络接口1112也通过总线电连接到处理器1102。网络接口1112连接到网络1114，使得处理器1102和计算机可读存储介质1104能够通过网络1114连接到外部元件。处理器1102被配置为执行在计算机可读存储介质1104中编码的计算机程序代码1106，以便使系统1100可用于执行如上所述的关于控制控制元件的部分或全部操作。
在一些实施例中，处理器1102是中央处理单元(CPU)、多处理器、分布式处理系统、专用集成电路(ASIC)和/或合适的处理单元。
在一些实施例中，计算机可读存储介质1104是电子、磁、光、电磁、红外线和/或半导体系统(或装置或设备)。例如，计算机可读存储介质1104包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和/或光盘。在一些使用光盘的实施例中，计算机可读存储介质1104包括光盘只读存储器(CD-ROM)、光盘读/写(CD-R/W)和/或数字视频光盘(DVD)。
在一些实施例中，存储介质1104存储计算机程序代码1106，计算机程序代码1106被配置为使系统1100执行上述关于控制控制元件的功能。在一些实施例中，存储介质1104还存储执行上述关于控制控制元件的功能所需的信息以及在执行上述关于控制控制元件的功能期间产生的信息(诸如电压表参数1116)，和/或一组可执行指令以执行上述关于控制控制元件的功能。在一些实施例中，电压表参数1116包括与应该向电连接到控制元件的每个导电通路何时施加以及施加多少电压有关的信息。
在一些实施例中，存储介质1104存储用于与外部组件接口的指令1107。指令1107使处理器1102能够生成外部组件可读的指令以有效地实现上述关于控制控制元件的功能。
系统1100包括I/O接口1110。I/O接口1110耦合到外部电路。在一些实施例中，I/O接口1110包括用于向处理器1102传送信息和命令的键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、轨迹板和/或光标方向键。
系统1100还包括耦合到处理器1102的网络接口1112。网络接口1112允许系统1100与网络1114通信，一个或多个其他计算机系统连接到该网络。网络接口1112包括无线网络接口，诸如蓝牙、WIFI、WIMAX、GPRS、WCDMA；或有线网络接口，诸如ETHERNET、USB或IEEE-1394。在一些实施例中，上述关于控制控制元件的功能在两个或更多个系统1100中实现，并且信息经由网络1114在不同系统1100之间交换。
本说明书的一个方面涉及一种半导体器件。半导体器件包括衬底。半导体器件还包括在衬底的第一侧上的波导。半导体器件还包括在衬底的与衬底的第一侧相对的第二侧上的光电探测器(PD)。该半导体器件还包括将PD与波导光学连接的光贯通孔(OTV)，其中OTV从衬底的第一侧延伸穿过衬底到衬底的第二侧。在一些实施例中，半导体器件还包括位于衬底第一侧上的波导中的第一光束偏转器；以及在衬底的第二侧上的第二光束偏转器，其中第一光束偏转器通过OTV与第二光束偏转器光通信。在一些实施例中，PD通过第二光束偏转器与第一光束偏转器进行光通信。在一些实施例中，第一光束偏转器包括第一控制元件，波导包括芯和包层，并且包层在芯和第一控制元件之间。在一些实施例中，第一控制元件包括导电材料。在一些实施例中，第一控制元件包括重掺杂区。在一些实施例中，第一控制元件沿着邻近芯的光束偏转器区域的包层的整体延伸。在一些实施例中，第一控制元件沿着邻近芯的光束偏转器区域的包层的中心部分延伸，并且邻近芯的光束偏转器区域的包层的外围部分没有第一控制元件。在一些实施例中，第一控制元件沿着邻近芯的光束偏转器区域的包层的外围部分延伸，并且邻近芯的光束偏转器区域的包层的中心部分没有第一控制元件。在一些实施例中，半导体器件还包括电连接到第一控制元件的多个导电通孔。在一些实施例中，第二光束偏转器包括第二控制元件，并且包层位于芯和第二控制元件之间。在一些实施例中，OTV包括芯和包层。在一些实施例中，半导体器件还包括位于包层和衬底之间的控制元件。
本说明书的一个方面涉及一种半导体器件。半导体器件包括衬底。该半导体器件还包括在衬底的第一侧上的波导，其中该波导包括芯和包层。该半导体器件还包括在衬底的第二侧上的光子元件，其中衬底的第二侧与衬底的第一侧相对。该半导体器件还包括将波导光学连接到光子元件的光贯通孔(OTV)，其中OTV从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧。该半导体器件还包括与光子元件光通信的光束偏转器，其中光束偏转器被配置为接收至少一个电压信号，光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号具有第一电压而沿着第一路径偏转光信号，并且光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号具有不同于第一电压的第二电压而沿着不同于第一路径的第二路径偏转光信号。在一些实施例中，光束偏转器包括导电元件。在一些实施例中，光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号而改变邻近芯的光束偏转器区域的包层的温度。在一些实施例中，光束偏转器包括重掺杂区。在一些实施例中，光束偏转器被配置为响应于至少一个电压信号而改变邻近芯的光束偏转器区域的包层中的掺杂剂浓度。
本说明书的一个方面涉及一种制造半导体器件的方法。该方法包括限定从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧的开口，其中，衬底的第一侧与衬底的第二侧相对。该方法还包括将介电材料沉积到开口中，其中该介电材料具有第一折射率。该方法还包括蚀刻介电材料以限定从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧的芯开口。该方法还包括将芯材料沉积到芯开口中，其中，芯材料具有不同于第一折射率的第二折射率，并且芯材料是光学透明的。该方法进一步包括从衬底的表面去除多余的芯材料。在一些实施例中，该方法还包括将芯材料与衬底的第一侧上的波导和衬底的第二侧上的光子元件光学连接。
上述概述了几个实施例的特征，以便本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改用于实现本文所介绍的实施例的相同目的和/或实现其相同优点的其它过程和结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，此类等效结构不背离本发明的精神和范围，并且它们可以在不背离本发明的精神和范围的情况下在本发明中进行各种改变、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
衬底；
波导，位于所述衬底的第一侧上；
光电探测器，位于与所述衬底的所述第一侧相对的所述衬底的第二侧上；以及
光贯通孔，将所述光电探测器与所述波导光学连接，其中，所述光贯通孔从所述衬底的所述第一侧穿过所述衬底延伸到所述衬底的所述第二侧。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
第一光束偏转器，位于所述衬底的所述第一侧上的所述波导中；和
第二光束偏转器，位于所述衬底的所述第二侧上，其中，所述第一光束偏转器通过所述光贯通孔与所述第二光束偏转器光通信。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述光电探测器通过所述第二光束偏转器与所述第一光束偏转器光通信。
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述第一光束偏转器包括第一控制元件，所述波导包括芯和包层，并且所述包层位于所述芯和所述第一控制元件之间。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一控制元件包括导电材料。
6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一控制元件包括重掺杂区。
7.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一控制元件沿着邻近所述芯的光束偏转器区域的所述包层的整体延伸。
8.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一控制元件沿着邻近所述芯的光束偏转器区域的所述包层的中心部分延伸，并且邻近所述芯的所述光束偏转器区域的所述包层的外围部分没有所述第一控制元件。
9.一种半导体器件，包括：
衬底；
波导，位于所述衬底的第一侧上，其中，所述波导包括芯和包层；
光子元件，位于所述衬底的第二侧上，其中，所述衬底的所述第二侧与所述衬底的所述第一侧相对；
光贯通孔，将所述波导光学连接到所述光子元件，其中，所述光贯通孔从所述衬底的所述第一侧延伸到所述衬底的所述第二侧；以及
光束偏转器，与所述光子元件光通信，其中，所述光束偏转器被配置为接收至少一个电压信号，所述光束偏转器被配置为响应于所述至少一个电压信号具有第一电压而沿着第一路径偏转光信号，并且，所述光束偏转器被配置为响应于所述至少一个电压信号具有不同于所述第一电压的第二电压而沿着不同于所述第一路径的第二路径偏转所述光信号。
10.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
限定从衬底的第一侧延伸到所述衬底的第二侧的开口，其中，所述衬底的所述第一侧与所述衬底的所述第二侧相对；
在所述开口中沉积介电材料，其中，所述介电材料具有第一折射率；
蚀刻所述介电材料以限定从所述衬底的所述第一侧延伸到所述衬底的所述第二侧的芯开口；
将芯材料沉积到所述芯开口中，其中，所述芯材料具有不同于所述第一折射率的第二折射率，并且所述芯材料是光学透明的；以及
从所述衬底的表面去除多余的芯材料。
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