CN115826153A - 用于光耦合到光子集成电路的技术 - Google Patents

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CN115826153A CN202210926639.7A CN202210926639A CN115826153A CN 115826153 A CN115826153 A CN 115826153A CN 202210926639 A CN202210926639 A CN 202210926639A CN 115826153 A CN115826153 A CN 115826153A
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Abstract

公开了用于光耦合到光子集成电路(PIC)管芯的技术。在说明性实施例中，具有一个或多个透镜的透镜组件被定位成准直从PIC管芯中的一个或多个波导出来的光。说明性透镜组件的一部分在PIC管芯的顶表面之上延伸并且与PIC管芯接触。PIC管芯的顶表面建立透镜组件的垂直定位。在说明性实施例中，透镜组件至少部分地定位在PIC管芯内限定的腔体内部，这允许在单切为各个管芯之前在晶圆级集成透镜组件。

Description

用于光耦合到光子集成电路的技术
背景技术
光子集成电路(PIC)可以用于若干应用，例如通信。有效并且廉价地对准光学设备以将光耦合到PIC中和从PIC耦合出光可能是一种挑战。方法包括使用V形槽来对准光纤连接器或将透镜附接到PIC。然而，这些方法可能是昂贵的和/或低产率的。
附图说明
图1是包括光子集成电路管芯的系统的等距视图。
图2是图1的系统的正视图。
图3是图1的系统的截面图。
图4是用于制造图1的光子集成电路管芯的方法的至少一个实施例的简化流程图。
图5是图1的系统的透镜阵列的等距视图。
图6是图5的透镜阵列的俯视图。
图7是包括若干光子集成电路的晶圆的等距视图。
图8是具有透镜阵列的图7的晶圆的等距视图。
图9是图7的晶圆的等距视图，其具有用于固化固定透镜阵列的环氧树脂的窗口。
图10是图9的晶圆和窗口的截面图。
图11是在图7的晶圆的单切之后管芯的等距视图。
图12是包括光子集成电路管芯的系统的等距视图。
图13是图12的系统的柱面透镜的等距视图。
图14是图12的系统的截面图。
图15是图12的光子集成电路管芯的俯视图。
图16是包括光子集成电路管芯的系统的等距视图。
图17是图16的系统的截面图。
图18是图16的光子集成电路管芯的俯视图。
图19是根据本文公开的任何实施例的可以包括在微电子组件中的晶圆和管芯的俯视图。
图20是根据本文公开的任何实施例的可以包括在微电子组件中的集成电路设备的截面侧视图。
图21A-21D是示例平面、全环栅(gate-all-around)和堆叠式全环栅晶体管的透视图。
图22是根据本文公开的任何实施例的可以包括微电子组件的集成电路设备组件的截面侧视图。
图23是根据本文公开的任何实施例的可以包括微电子组件的示例电气设备的框图。
具体实施方式
在本文公开的各种实施例中，透镜组件被固定到光子集成电路(PIC)管芯以便于耦合进出PIC管芯的波导。在说明性实施例中，透镜组件的部分悬挂在PIC管芯的顶表面上方，PIC管芯的顶表面垂直地对准透镜组件。透镜组件可以使用例如拾取放置机器在两个其他方向上对准，并且然后在适当的位置用环氧树脂粘合。说明性透镜组件准直来自PIC管芯的波导的光，从而放宽用于光耦合到PIC管芯的对准容限。
在说明性实施例中，可以在将晶圆单切成管芯之前将透镜组件固定到晶圆，并且可以在集成到封装中之前测试每个管芯。这种方法可以通过丢弃任何未通过测试的管芯来提高结果封装的产量。
如本文所使用的，短语“通信地耦合”是指部件向另一部件发送信号或从另一部件接收信号的能力。该信号可以是任何类型的信号，例如输入信号、输出信号或功率信号。部件可以向其经由有线或无线通信介质(例如，导电迹线、导电触点、空气)通信地耦合到的另一部件发送信号或从该另一部件接收信号。通信地耦合的部件的示例包括位于相同封装中的集成电路管芯，该集成电路管芯经由封装衬底中的嵌入式电桥和附接到印刷电路板的集成电路部件通信，该集成电路部件向附接到印刷电路板的其他集成电路部件或电子设备发送信号或从其接收信号。
在以下描述中，阐述了具体细节，但是可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的技术的实施例。没有详细示出公知的电路、结构和技术，以避免模糊对本说明书的理解。诸如“实施例”、“各种实施例”、“一些实施例”等的短语可以包括特征、结构或特性，但是不是每个实施例都必须包括特定的特征、结构或特性。
一些实施例可以具有针对其他实施例描述的特征中的一些、全部或者没有针对其他实施例描述的特征。“第一”、“第二”、“第三”等描述共同对象，并且指示所引用的类似对象的不同实例。这样的形容词并不暗示如此描述的对象必须在时间上或空间上、在排序上或以任何其他方式处于给定的顺序中。“连接”可以指示元件处于直接物理或电接触，并且“耦合”可以指示元件协作或交互，但是它们可以处于或可以不处于直接物理或电接触。此外，如关于本公开内容的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。由词语“基本上”修饰的术语包括与未修饰术语的含义略有不同的排列、取向、间距或位置。例如，与通孔基本上同轴对准的磁性插塞的中心轴线可能与通孔的中心轴线偏差几度。在另一示例中，被描述为基本上具有列出的尺寸的衬底组件特征(例如，贯穿宽度)可以在列出的尺寸的百分之几内变化。
应当理解，在下文进一步示出和描述的示例中，附图可能未按比例绘制，并且可能不包括所有可能的层和/或电路部件。另外，应当理解，尽管某些附图示出了具有带有正交(例如，垂直)边界的源极/漏极区域、电极等的晶体管设计，但是由于用于创建这种设备的制造方法或出于其他原因，本文的实施例可以以基本上正交的方式(例如，在正交的+/-5度或10度内)实施这种边界。
现在参考附图，附图不一定按比例绘制，其中相似或相同的附图标记可以用于标明不同附图中的相同或相似的部分。在不同附图中使用相似或相同的附图标记并不意味着包括相似或相同附图标记的所有附图构成单个或相同的实施例。具有不同字母后缀的类似附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式一般性地示出了本文档中所讨论的各种实施例。
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对其的透彻理解。然而，显然，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些新颖实施例。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备以便于对其进行描述。本发明将覆盖权利要求范围内的所有修改、等同方案和替换。
如本文所用，在第一层或部件位于第二层或部件上的上下文中，短语“位于”是指第一层或部件直接物理附接到第二部分或部件(在第一层或部件与第二层或部件之间没有层或部件)或物理附接到第二层或部件，其中具有一个或多个中间层或部件。
如本文所用，术语“相邻”是指彼此物理接触的层或部件。即，在所述的相邻层或部件之间没有层或部件。例如，与层Y相邻的层X是指与层Y物理接触的层。
现在参考图1，在一个实施例中，系统100包括支撑光子集成电路(PIC)管芯104的衬底102。透镜组件106位于PIC管芯104中限定的腔体内部。透镜组件106包括一个或多个透镜110的透镜阵列108。说明性透镜组件106中的每个透镜110与PIC管芯104中限定的波导116对准。在说明性实施例中，每个透镜110准直来自对应波导的光(或将光聚焦到对应波导中)。在图2所示的系统100的正视图中，环氧树脂层206是可见的。环氧树脂层206在PIC管芯104中限定的腔体的底部处将透镜组件106固定到PIC管芯104的表面。
在说明性实施例中，并且如下面更详细地讨论的，使用拾取放置机器将透镜组件106定位在PIC管芯104中限定的腔体中。透镜组件106的一部分在PIC管芯104的顶表面105(即，最外表面)上方延伸，并且与PIC管芯104的顶表面105接触。应当理解，如本文所使用的，“顶表面”105指的是PIC管芯104的外表面，并且在一些实施例中，可以是例如PIC管芯104的底表面或侧表面，这取决于PIC管芯104的取向。类似地，PIC管芯104的“侧表面”302(见图3)指的是PIC管芯104的除了顶表面105之外的表面，并且可以不在PIC管芯104的“旁边”，这取决于PIC管芯104的取向。除非另外指出，否则PIC管芯104的侧表面302相对于顶表面成一定角度，例如90°的角度。在说明性实施例中，透镜组件106在与波导116的方向垂直的方向上在顶表面105上方延伸，如图1所示。另外或替代地，透镜组件106可以在顶表面105上方朝向波导116延伸，使得透镜组件106的一部分直接在波导116上方。
透镜组件106的垂直位置(即，在与由图1中所示的波导限定的平面垂直的方向上的位置)由PIC管芯104的顶表面105与透镜组件106的在PIC管芯104的顶表面105上方延伸的部分之间的接触确定。透镜组件106在两个正交方向上的位置由拾取放置机器控制，该拾取放置机器可以使用基准112来定位透镜组件106。
在说明性实施例中，衬底102是电路板，电路板可以由陶瓷、玻璃和/或具有玻璃纤维和树脂的有机基材料(例如FR-4)制成。在其他实施例中，可以使用其他类型的衬底102，例如集成电路部件。衬底102可以具有任何合适的长度或宽度，例如10-500毫米。衬底102可以具有任何合适的厚度，例如0.2-5毫米。除了PIC管芯104之外，衬底102可以支持附加的部件，例如集成电路部件、处理器单元、存储器设备、加速器设备等。系统100可以被实现为或以其他方式包括片上系统、网络路由器、网络交换机、网络接口控制器、服务器计算机、移动计算设备、通信卫星上的部件等。
说明性PIC管芯104被配置为生成、检测和/或操纵光。PIC管芯104可以包括一个或多个激光器或其他光源、检测器、振幅和/或相位调制器、滤波器、分离器、放大器等。在一个实施例中，PIC管芯104可以接收电信号，例如从衬底102上的另一个部件接收电信号，并且在波导116中生成对应的光信号以发送到远程设备。另外或替代地，PIC管芯104可以接收波导116中的光信号并且生成对应的电信号，该电信号可以被发送到衬底102上的另一部件。PIC管芯104可以在任何合适的光波长(例如，1200-1800纳米)下工作。在一些实施例中，PIC管芯104可以在更高或更低的波长(例如，紫外线、可见光、近红外线、远红外线等)下操作。在说明性实施例中，PIC管芯104在硅中透明的波长下的近红外线中操作。
在说明性实施例中，每个波导116延伸到PIC管芯104的侧表面302，如图3所示。图3对应于透镜组件106与PIC管芯104的侧表面302之间的系统100的截面。在一些实施例中，波导116可以不一直延伸到侧表面302，例如透镜被图案化到侧表面302中的实施例(参见图12-15)。另外或替代地，波导116可以在一个或两个维度上扩展以允许光在到达侧表面302之前扩展。每个波导116可以具有任何合适的尺寸，例如0.1-10微米的宽度和/或高度。在说明性实施例中，每个波导116是正方形的。在其他实施例中，波导116可以具有不同的形状，例如矩形形状。在一些实施例中，与波导116在侧表面302附近终止的情况相比，波导116可以在PIC管芯104的内部部分中更小和/或具有不同的形状。PIC管芯104可以包括任何合适数量的波导116(例如1-32个波导116)，波导116延伸到侧表面302。当然，PIC管芯104可以在内部包括附加的波导。
在侧表面302处，每个波导116至少被透镜组件106中的透镜110的直径分离。在说明性实施例中，波导116被分离大约250微米。在其他实施例中，波导116被分离50-1000微米。
在说明性实施例中，PIC管芯104具有在衬底层204上的氧化物层202(例如，见图2)。在说明性实施例中，波导116被限定在氧化物层202中。说明性波导116是氧化硅层202中的硅波导。硅相对于二氧化硅的较高折射率将光限制到波导116。在其他实施例中，波导116可以由不同的材料制成和/或可以用不同的材料限定。
每个波导116可以支持一个或多个信道，例如1-50个信道。每个信道可以具有任何合适的带宽，例如1-1000千兆位每秒。
在说明性实施例中，PIC管芯104包括一个或多个基准112，基准112可以由拾取放置机器使用以放置透镜组件106。基准112可以被实现为例如点、线或指示PIC管芯104的特定部分的位置的其他结构。
透镜组件106包括一个或多个透镜110，透镜110将光聚焦到波导中和从波导中聚焦出来。在说明性实施例中，透镜110是球面的。在其他实施例中，透镜110可以具有可以校正像差(例如，球面像差)的非球面表面。在一些实施例中，透镜组件106可以包括柱面透镜(为了更详细，参见下面的图12-15)。透镜110之间可以具有从一个透镜110的中心到下一个透镜110的中心测量的任何合适的间距，例如50-1000微米。在说明性实施例中，放置透镜组件106使得穿过PIC管芯104的侧表面302从波导116传出的光由透镜110近似准直。透镜110可以具有任何合适的焦距，例如1-25毫米。透镜110可以将来自波导116的光准直为具有任何合适模场直径(例如50-1000微米)的光束。
应当理解，准直光将允许光以更宽松的容限耦合到另一设备。例如，如果波导116处的模场直径是例如两微米，并且透镜110准直光之后的模场直径是例如100微米，则耦合到光的设备的定位的容限被放宽50倍。
光纤附接单元或其他连接器(图中未示出)可以连接到系统100(例如，连接到衬底102或PIC管芯104)。这种连接器可以包括光学系统，以将来自透镜组件106的光耦合到光纤，以将光传送到远程设备，例如耦合到光纤阵列的透镜阵列。
透镜组件106可以由任何合适的材料制成，所述材料例如玻璃、塑料、熔融石英、硅等。在一些实施例中，透镜组件106可以包括一个或多个基准114。在说明性实施例中，透镜组件106通过环氧树脂层206(见图2)相对于PIC管芯104保持在适当的位置。
现在参考图4，在一个实施例中，示出了用于创建具有PIC管芯104的系统100的方法400的流程图。方法400可以由技术人员和/或由一个或多个自动化机器执行。在一些实施例中，一个或多个机器可以被编程为完成方法400的一些或所有步骤。这种机器可以包括例如存储器、处理器、数据存储装置等。存储器和/或数据存储装置可以存储指令，当由机器执行所述指令时，使机器执行方法400的一些或所有步骤。方法400可以使用在半导体处理中使用的任何合适的技术集合，所述技术例如化学气相沉积、原子层沉积、物理层沉积、分子束外延、层转移、光刻、离子注入、干法蚀刻、湿法蚀刻、热处理、倒装芯片、层转移、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积等。应当理解，方法400仅仅是用于创建系统100的方法的一个实施例，并且可以使用其他方法来创建系统100。在一些实施例中，方法400的步骤可以以与流程图中所示的顺序不同的顺序执行。
方法400开始于框402，其中制备透镜组件106。透镜组件106可以使用任何合适的工艺来制备，所述工艺例如注射成型、使用玻璃晶圆等。在说明性实施例中，单独地制备每个透镜组件106。在一些实施例中，可以创建透镜组件106的阵列，一个透镜组件用于晶圆700中的每个PIC管芯104(见图7)。在这样实施例中，用于晶圆的所有透镜组件106可以作为一个部件放置，并且当单切PIC管芯104时可以单切透镜组件106。图5示出透镜组件106的等距视图，并且图6示出透镜组件106的俯视图。
在框404中，制备光子集成电路的晶圆700。晶圆700在图7中示出。晶圆700可以包括例如激光器或其他光源、光检测器、滤波器、分离器、电连接等。作为制备晶圆700的一部分，在框406中创建波导116。在框408中，可以对基准112进行图案化。
在说明性实施例中，在框410中，在PIC管芯104中创建用于透镜组件106的腔体702。与单独的PIC管芯104相反，腔体702允许透镜组件106与晶圆700形式的光子集成电路一起放置。例如，如果透镜组件106需要被放置在PIC管芯104的最外边缘上方，则透镜组件106将干扰晶圆700上的相邻PIC管芯104。创建用于放置透镜组件106的腔体702允许以晶圆级放置透镜组件106。
在框412中，将环氧树脂704分配到每个腔体702中。环氧树脂704在图10的放大视图中是可见的。
在框414中，例如通过使用拾取放置机器将透镜组件106放置在环氧树脂704上的每个腔体702中。拾取放置机器可以使用基准112将透镜组件106精确地放置在期望的位置。在说明性实施例中，透镜组件106在垂直于来自波导116的光的传播的方向上被定位在例如0.5-1.5微米内。在一些实施例中，透镜组件106在平行于来自波导116的光的传播的方向上被定位在例如15-20微米内。更一般地，取决于实施例，透镜组件106可以在任何方向上被定位在0.5-20微米内。应当理解，透镜组件106在垂直方向(即，垂直于顶表面105)上的位置由顶表面105的平坦度确定，而不必由拾取放置机器的精度确定。在说明性实施例中，顶表面105的平坦度是亚微米。
在框416中，将环氧树脂704固化，从而将透镜组件106固定在适当位置。在说明性实施例中，透明窗口902定位在透镜组件106上以将透镜组件106保持在适当位置，如图9和图10中所示。在框418中，环氧树脂704可以通过用紫外光(紫外光可以穿过透明窗口902和/或透镜组件106)曝光而固化。另外或替代地，在框420中，环氧树脂704可以在烘箱(例如，高压烘箱)中固化。
在框422中，将晶圆700单切为若干PIC管芯104，如图11中所示。
在框424中，在一些实施例中，单独地测试PIC管芯104，例如通过向PIC管芯104提供电力和测试光子集成电路的操作和/或透镜组件106的对准。有缺陷的PIC管芯104在该阶段可以被丢弃，从而防止任何PIC管芯104被合并到封装中，这将降低封装工艺的产量。
在框426中，将PIC管芯104合并到封装中，例如具有衬底102和一个或多个集成电路部件的封装。
现在参考图12-15，在一个实施例中，系统1200包括支撑PIC管芯104的衬底102，衬底102包括透镜组件106。系统1200的衬底102、PIC管芯104和透镜组件106可以类似于系统100的那些，除了与柱面透镜有关的特征之外。为了清楚起见，将不重复对这些部件的全面描述。
系统1200的透镜组件106在其上具有柱面透镜1202。如图13所示，柱面透镜1202在平行于PIC管芯104的顶表面105的方向上沿着透镜组件106延伸。柱面透镜1202可以具有任何合适的焦距，例如1-25毫米。
柱面透镜1202沿一个维度聚焦来自波导116的光。为了沿着另一维度聚焦来自波导116的光，将柱面透镜1402图案化到PIC管芯104中，如图14和图15所示。柱面透镜1402垂直于透镜组件106的柱面透镜1202定向。柱面透镜1402在一个方向上聚焦来自波导116的光，并且柱面透镜1202在另一个方向上聚焦来自波导116的光，从而生成准直的光束。
柱面透镜1402的焦距可以是任何合适的值，例如1-25毫米。在一些实施例中，波导116可以在不同方向上具有不同的尺寸，从而允许离开波导116的光在一个方向上比在另一方向上更快地扩展，由此补偿柱面透镜1202、1402的不同距离。
现在参考图16-18，在一个实施例中，系统1600包括支撑PIC管芯104的衬底102，衬底102包括透镜组件106。系统1200的衬底102、PIC管芯104和透镜组件106可以类似于系统100的那些，除了在PIC管芯104中限定的腔体702之外。为了清楚起见，将不重复对这些部件的全面描述。
在系统1600的PIC管芯104中限定的腔体702具有两个边缘区域1602，使得腔体702在沿着腔体702的一个维度的两个方向上延伸超过透镜组件106(即，腔体702延伸超过透镜组件106到边缘区域1602)。结果，透镜组件106的边缘与PIC管芯104的顶表面接触，而透镜组件106的在腔体702的边缘区域1602上方的中心区域则不与PIC管芯104的顶表面接触。由于透镜组件106与PIC管芯104之间的接触面积减小，可以减小或消除对透镜组件106的位置和取向的有影响的某些缺陷，例如透镜组件106的一部分上的平坦度、垂直度或位置缺陷。
图19是可以包括在本文公开的任何系统100(例如，作为PIC管芯104中的任何合适的PIC管芯)中的晶圆1900和管芯1902的俯视图。晶圆1900可以由半导体材料构成，并且可以包括具有形成在晶圆1900的表面上的集成电路结构的一个或多个管芯1902。各个管芯1902可以是包括任何合适的集成电路的集成电路产品的重复单元。在半导体产品的制造完成之后，晶圆1900可以经历单切工艺，其中管芯1902彼此分离以提供集成电路产品的分立“芯片”。管芯1902可以是本文公开的任何PIC管芯104。管芯1902可以包括一个或多个晶体管(例如，下面讨论的图20的晶体管2040中的一些)、用于将电信号传送到晶体管的支持电路系统、无源部件(例如，信号迹线、电阻器、电容器或电感器)和/或任何其他集成电路部件。在一些实施例中，晶圆1900或管芯1902可以包括存储器设备(例如，随机存取存储器(RAM)设备，例如静态RAM(SRAM)设备、磁性RAM(MRAM)设备、电阻RAM(RRAM)设备、导电桥接RAM(CBRAM)设备等)、逻辑设备(例如，AND、OR、NAND或NOR门)或任何其他合适的电路元件。这些设备中的多个设备可以被组合在单个管芯1902上。例如，由多个存储器设备形成的存储器阵列可以与处理器单元(例如，图23的处理器单元2302)或被配置为将信息存储在存储器设备中或执行存储在存储器阵列中的指令的其他逻辑单元形在同一管芯1902上。可以使用管芯到晶圆组装技术来制造本文公开的系统100中的各种系统，其中一些管芯附接到包括其他PIC管芯104的晶圆1900，并且随后将晶圆1900单切。
图20是可以包括在本文公开的任何系统100(例如，在PIC管芯104中的任何PIC管芯中)中的集成电路设备2000的截面侧视图。集成电路设备2000中的一个或多个可以包括在一个或多个管芯1902(图19)中。集成电路设备2000可以形成在管芯衬底2002(例如，图19的晶圆1900)上并且可以包括在管芯(例如，图19的管芯1902)中。管芯衬底2002可以是由半导体材料系统构成的半导体衬底，包括例如n型或p型材料系统(或两者的组合)。管芯衬底2002可以包括例如使用体硅或绝缘体上硅(SOI)子结构形成的晶体衬底。在一些实施例中，管芯衬底2002可以使用替代材料形成，替代材料可以与硅组合或可以不与硅组合，替代材料包括但不限于锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓。分类为II-VI族、III-V族或IV族的其他材料也可以用于形成管芯衬底2002。虽然此处描述了可以形成管芯衬底2002的材料的几个示例，但是可以使用可以用作集成电路设备2000的基础的任何材料。管芯衬底2002可以是经单切管芯(例如，图19的管芯1902)或晶圆(例如，图19的晶圆1900)的一部分。
集成电路设备2000可以包括设置在管芯衬底2002上的一个或多个设备层2004。设备层2004可以包括形成在管芯衬底2002上的一个或多个晶体管2040(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的特征。晶体管2040可以包括例如一个或多个源极和/或漏极(S/D)区域2020、控制S/D区域2020之间的电流流动的栅极2022、以及向/从S/D区域2020传送电信号的一个或多个S/D触点2024。晶体管2040可以包括为了清楚起见而未描绘的附加特征，例如设备隔离区域、栅极触点等。晶体管2040不限于图20中所示的类型和配置，并且可以包括各种各样的其他类型和配置，例如平面晶体管、非平面晶体管或者两者的组合。非平面晶体管可以包括FinFET晶体管，例如双栅极晶体管或三栅极晶体管，以及环栅或全环栅晶体管，例如纳米带、纳米片或纳米线晶体管。
图21A-21D是示例平面、FinFET、全环栅和堆叠式全环栅晶体管的简化透视图。图21A-21D中所示的晶体管形成在具有表面2108的衬底2116上。隔离区域2114将晶体管的源极区域和漏极区域与其他晶体管以及衬底2116的体区域2118分离。
图21A是包括控制源极区域2104与漏极区域2106之间的电流流动的栅极2102的示例平面晶体管2100的透视图。晶体管2100是平面的，因为源极区域2104和漏极区域2106相对于衬底表面2108是平面的。
图21B是包括控制源极区域2124与漏极区域2126之间的电流流动的栅极2122的示例FinFET晶体管2120的透视图。晶体管2120是非平面的，因为源极区域2124和漏极区域2126包括从衬底表面2128向上延伸的“鳍状物”。由于栅极2122包围从源极区域2124延伸到漏极区域2126的半导体鳍状物的三个侧面，所以晶体管2120可以被认为是三栅极晶体管。图21B示出了延伸穿过栅极2122的一个S/D鳍状物，但是多个S/D鳍状物可以延伸穿过FinFET晶体管的栅极。
图21C是包括控制源极区域2144与漏极区域2146之间的电流流动的栅极2142的全环栅(GAA)晶体管2140的透视图。晶体管2140是非平面的，因为源极区域2144和漏极区域2146从衬底表面2128升高。
图21D是包括控制多个升高的源极区域2164与多个升高的漏极区域2166之间的电流流动的栅极2162的GAA晶体管2160的透视图。晶体管2160是堆叠式GAA晶体管，因为栅极控制彼此垂直堆叠的多个升高的S/D区域之间的电流流动。晶体管2140和2160被认为是全环栅晶体管，因为栅极包围从源极区域延伸到漏极区域的半导体部分的所有侧面。取决于延伸穿过栅极的半导体部分的宽度(例如，晶体管2140和2160分别具有宽度2148和2168)，晶体管2140和2160可以替代地称为纳米线、纳米片或纳米带晶体管。
回到图20，晶体管2040可以包括由至少两层形成的栅极2022，即栅极电介质和栅极电极。栅极电介质可以包括一层或层的堆叠体。一个或多个层可以包括氧化硅、二氧化硅、碳化硅和/或高k电介质材料。
高k电介质材料可以包括诸如铪、硅、氧、钛、钽、镧、铝、锆、钡、锶、钇、铅、钪、铌和锌的元素。可以用于栅极电介质中的高k材料的示例包括但不限于氧化铪、氧化铪硅、氧化镧、氧化镧铝、氧化锆、氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、氧化锶钡钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铝、氧化钪铅钽、和铌酸锌铅。在一些实施例中，当使用高k材料时，可以对栅极电介质执行退火工艺以提高其质量。
栅极电极可以形成在栅极电介质上，并且可以包括至少一个p型功函数金属或n型功函数金属，这取决于晶体管2040是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管还是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。在一些实施方式中，栅极电极可以由两个或更多个金属层的堆叠体组成，其中一个或多个金属层是功函数金属层并且至少一个金属层是填充金属层。出于其他目的，可以包括另外的金属层，例如阻挡层。
对于PMOS晶体管，可以用于栅极电极的金属包括但不限于钌、钯、铂、钴、镍、导电金属氧化物(例如，氧化钌)以及下面参考NMOS晶体管讨论的任何金属(例如，用于功函数调节)。对于NMOS晶体管，可以用于栅极电极的金属包括但不限于铪、锆、钛、钽、铝、这些金属的合金、这些金属的碳化物(例如，碳化铪、碳化锆、碳化钛、碳化钽和碳化铝)以及上面参考PMOS晶体管讨论的任何金属(例如，用于功函数调节)。
在一些实施例中，当沿着源极-沟道-漏极方向观察晶体管2040的截面时，栅极电极可以由U形结构组成，该U形结构包括基本上平行于管芯衬底2002的表面的底部部分、以及基本上垂直于管芯衬底2002的顶表面的两个侧壁部分。在其他实施例中，形成栅极电极的金属层中的至少一个可以简单地是基本上平行于管芯衬底2002的顶表面的平面层，并且不包括基本上垂直于管芯衬底2002的顶表面的侧壁部分。在其他实施例中，栅极电极可以由U形结构和平面非U形结构的组合组成。例如，栅极电极可以由形成在一个或多个平面非U形层顶部的一个或多个U形金属层组成。
在一些实施例中，一对侧壁间隔体可以形成在栅极堆叠体的相对侧上以支撑栅极堆叠体。侧壁间隔体可以由诸如氮化硅、氧化硅、碳化硅、碳掺杂氮化硅和氮氧化硅的材料形成。形成侧壁间隔体的工艺在本领域中是公知的，并且通常包括沉积和蚀刻工艺步骤。在一些实施例中，可以使用多对间隔体；例如，两对、三对或四对侧壁间隔体可以形成在栅极堆叠体的相对侧上。
S/D区域2020可以形成在与各个晶体管2040的栅极2022相邻的管芯衬底2002内。S/D区域2020可以使用例如注入/扩散工艺或蚀刻/沉积工艺形成。在前一工艺中，可以将诸如硼、铝、锑、磷或砷的掺杂剂离子注入到管芯衬底2002中以形成S/D区域2020。激活掺杂剂并且使它们进一步扩散到管芯衬底2002中的退火工艺可以在离子注入工艺之后。在后一工艺中，可以首先蚀刻管芯衬底2002以在S/D区域2020的位置处形成凹槽。然后，可以执行外延沉积工艺，以用用于制造S/D区域2020的材料填充凹槽。在一些实施方式中，可以使用诸如硅锗或碳化硅的硅合金来制造S/D区域2020。在一些实施例中，外延沉积的硅合金可以用诸如硼、砷或磷的掺杂剂原位掺杂。在一些实施例中，S/D区域2020可以使用一种或多种替代半导体材料形成，替代半导体材料例如锗或III-V族材料或合金。在进一步的实施例中，可以使用一层或多层金属和/或金属合金来形成S/D区域2020。
可以通过设置在设备层2004上的一个或多个互连层(在图20中示出为互连层2006-2010)向和/或从设备层2004的设备(例如，晶体管2040)传送诸如功率和/或输入/输出(I/O)信号的电信号。例如，设备层2004的导电特征(例如，栅极2022和S/D触点2024)可以与互连层2006-2010的互连结构2028电耦合。一个或多个互连层2006-2010可以形成集成电路设备2000的金属化堆叠体(也称为“ILD堆叠体”)2019。
互连结构2028可以被布置在互连层2006-2010内，以根据各种设计来传送电信号；特别地，该布置不限于图20中所示的互连结构2028的特定配置。尽管图20中示出了特定数量的互连层2006-2010，但是本公开内容的实施例包括具有比所示的更多或更少互连层的集成电路设备。
在一些实施例中，互连结构2028可以包括填充有诸如金属的导电材料的线2028a和/或过孔2028b。线2028a可以被布置为在基本上平行于其上形成有设备层2004的管芯衬底2002的表面的平面的方向上传送电信号。过孔2028b可以被布置为在基本上垂直于其上形成有设备层2004的管芯衬底2002的表面的平面的方向上传送电信号。在一些实施例中，过孔2028b可以将不同互连层2006-2010的线2028a电耦合在一起。
互连层2006-2010可以包括设置在互连结构2028之间的电介质材料2026，如图20所示。在一些实施例中，设置在互连层2006-2010中的不同互连层中的互连结构2028之间的电介质材料2026可以具有不同的组成；在其他实施例中，不同互连层2006-2010之间的电介质材料2026的组成可以相同。设备层2004也可以包括设置在晶体管2040与金属化堆叠体的底层之间的电介质材料2026。包括在设备层2004中的电介质材料2026可以具有不同于包括在互连层2006-2010中的电介质材料2026的组成；在其他实施例中，设备层2004中的电介质材料2026的组成可以与包括在互连层2006-2010中的任一个中的电介质材料2026相同。
第一互连层2006(称为金属1或“M1”)可以直接形成在设备层2004上。在一些实施例中，第一互连层2006可以包括线2028a和/或过孔2028b，如图所示。第一互连层2006的线2028a可以与设备层2004的触点(例如，S/D触点2024)耦合。第一互连层2006的过孔2028b可以与第二互连层2008的线2028a耦合。
第二互连层2008(称为金属2或“M2”)可以直接形成在第一互连层2006上。在一些实施例中，第二互连层2008可以包括过孔2028b，以将第二互连层2008的线2028与第三互连层2010的线2028a耦合。尽管为了清楚起见，用各个互连层内的线来结构性地描绘了线2028a和过孔2028b，但是在一些实施例中，线2028a和过孔2028b可以结构上和/或材料上连续(例如，在双镶嵌工艺(dual-damascene process)期间同时填充)。
根据结合第二互连层2008或第一互连层2006描述的类似技术和配置，第三互连层2010(称为金属3或“M3”)(以及根据需要的附加互连层)可以相继地形成在第二互连层2008上。在一些实施例中，在集成电路设备2000中的金属化堆叠体2019中“较高”的互连层(即，更远离设备层2004)可以比在金属化堆叠体2019中较低的互连层厚，其中在较高互连层中的线2028a和过孔2028b比在较低互连层中的线和过孔厚。
集成电路设备2000可以包括阻焊材料2034(例如，聚酰亚胺或类似材料)以及形成在互连层2006-2010上的一个或多个导电触点2036。在图20中，导电触点2036被示出为采取接合焊盘的形式。导电触点2036可以与互连结构2028电耦合，并且被配置为将(一个或多个)晶体管2040的电信号传送到外部设备。例如，焊料接合可以形成在一个或多个导电触点2036上以将包括集成电路设备2000的集成电路管芯与另一部件(例如，印刷电路板)机械地和/或电气地耦合。集成电路设备2000可以包括附加的或替代的结构，以传送来自互连层2006-2010的电信号；例如，导电触点2036可以包括将电信号传送到外部部件的其他类似特征(例如，柱)。
在集成电路设备2000是双侧管芯的一些实施例中，集成电路设备2000可以包括在(一个或多个)设备层2004的相对侧上的另一金属化堆叠体(未示出)。该金属化堆叠体可以包括多个互连层，如上文参考互连层2006-2010所讨论的，以在(一个或多个)设备层2004与集成电路设备2000的和导电触点2036相对的一侧上的附加导电触点(未示出)之间提供导电路径(例如，包括导电线和过孔)。
在集成电路设备2000是双侧管芯的其他实施例中，集成电路设备2000可以包括穿过管芯衬底2002的一个或多个穿硅过孔(TSV)；这些TSV可以与(一个或多个)设备层2004接触，并且可以在(一个或多个)设备层2004与集成电路设备2000的和导电触点2036相对的一侧上的附加导电触点(未示出)之间提供导电路径。在一些实施例中，延伸穿过衬底的TSV可以用于将来自集成电路设备2000的相对侧上的导电触点的功率和接地信号从导电触点2036传送到晶体管2040和集成到管芯2000中的任何其他部件，并且金属化堆叠体2019可以用于将I/O信号从导电触点2036传送到晶体管2040和集成到管芯2000中的任何其他部件。
多个集成电路设备2000可以堆叠，其中各个堆叠式设备中的一个或多个TSV提供设备中的一个设备到堆叠体中的其他设备中的任一个设备之间的连接。例如，一个或多个高带宽存储器(HBM)集成电路管芯可以堆叠在基础集成电路管芯的顶部上，并且HBM管芯中的TSV可以提供单个HBM与基础集成电路管芯之间的连接。导电触点可以在堆叠体中的相邻集成电路管芯之间提供附加连接。在一些实施例中，导电触点可以是精细间距焊料凸块(微凸块)。
图22是集成电路设备组件2200的截面侧视图。集成电路设备组件2200包括设置在电路板2202(其可以是母板、系统板、主板等)上的多个部件。集成电路设备组件2200包括设置在电路板2202的第一面2240和电路板2202的相对第二面2242上的部件；通常，部件可以设置在面2240和2242中的一个或两个上。下面参考集成电路设备组件2200讨论的任何集成电路部件可以采用本文公开的系统100的实施例中的任何合适的实施例的形式。
在一些实施例中，电路板2202可以是包括多个金属(或互连)层的印刷电路板(PCB)，所述多个金属(或互连)层通过电介质材料层彼此分离并且通过导电过孔互连。各个金属层包括导电迹线。任何一个或多个金属层可以以期望的电路图案形成，以在耦合到电路板2202的部件之间传送电信号(可选地与其他金属层结合)。在其他实施例中，电路板2202可以是非PCB衬底。在一些实施例中，电路板2202可以是例如衬底102。图22中所示的集成电路设备组件2200包括通过耦合部件2216耦合到电路板2202的第一面2240的中介层上封装结构(package-on-interposer structure)2236。耦合部件2216可以将中介层上封装结构2236电气地和机械地耦合到电路板2202，并且可以包括焊球(如图22所示)、引脚(例如，作为引脚栅阵列(PGA)的一部分)、触点(例如，作为连接盘栅阵列(LGA)的一部分)、插座的凸出和凹入部分、粘合剂、底部填充材料和/或任何其他合适的电和/或机械耦合结构。
中介层上封装结构1336可以包括通过耦合部件1318耦合到中介层1304的集成电路部件1320。耦合组件1318可以采取用于应用的任何合适的形式，例如以上参考耦合部件1316所讨论的形式。尽管图13中示出了单个集成电路部件1320，但是多个集成电路部件可以耦合到中介层1304；实际上，附加的中介层可以耦合到中介层1304。中介层1304可以提供用于桥接电路板1302和集成电路部件1320的中间衬底。
集成电路部件2220可以是封装或未封装的集成电路产品，其包括一个或多个集成电路管芯(例如，图19的管芯1902、图20的集成电路设备2000)和/或一个或多个其他合适的部件。封装的集成电路部件包括安装在封装衬底上的一个或多个集成电路管芯，其中，集成电路管芯和封装衬底包封在诸如金属、塑料、玻璃或陶瓷的外壳材料中。在未封装的集成电路部件2220的一个示例中，单个单片集成电路管芯包括附接到管芯上的触点的焊料凸块。焊料凸块允许管芯直接附接到中介层2204。集成电路部件2220可以包括一个或多个计算系统部件，例如一个或多个处理器单元(例如，片上系统(SoC)、处理器核心、图形处理器单元(GPU)、加速器、芯片组处理器)、I/O控制器、存储器或网络接口控制器。在一些实施例中，集成电路部件2220可以包括一个或多个附加的有源或无源设备，例如电容器、去耦电容器、电阻器、电感器、熔丝、二极管、变压器、传感器、静电放电(ESD)设备和存储器设备。
在集成电路部件2220包括多个集成电路管芯的实施例中，这些管芯可以是相同类型(同构多管芯集成电路部件)或两种或更多种不同类型(异构多管芯集成电路部件)。多管芯集成电路部件可以被称为多芯片封装(MCP)或多芯片模块(MCM)。
除了包括一个或多个处理器单元之外，集成电路部件2220还可以包括附加部件，例如嵌入式DRAM、堆叠式高带宽存储器(HBM)、共享高速缓存存储器、输入/输出(I/O)控制器或存储器控制器。这些附加部件中的任何一个可以位于与处理器单元相同的集成电路管芯上，或者位于与包括处理器单元的集成电路管芯分离的一个或多个集成电路管芯上。这些分离的集成电路管芯可以被称为“小芯片(chiplet)”。在集成电路部件包括多个集成电路管芯的实施例中，管芯之间的互连可以由封装衬底、一个或多个硅中介层、嵌入在封装衬底中的一个或多个硅电桥(例如
Figure BDA0003779746620000101
嵌入式多管芯互连电桥(EMIB))或其组合来提供。
通常，中介层2204可以将连接扩展到更宽的间距或者将连接重新布线到不同的连接。例如，中介层2204可以将集成电路部件2220耦合到耦合部件2216的球栅阵列(BGA)导电触点集合，以用于耦合到电路板2202。在图22所示的实施例中，集成电路部件2220和电路板2202附接到中介层2204的相对侧；在其他实施例中，集成电路部件2220和电路板2202可以附接到中介层2204的同一侧。在一些实施例中，三个或更多个部件可以通过中介层2204互连
在一些实施例中，中介层2204可以形成为PCB，包括通过电介质材料层彼此分离并且通过导电过孔互连的多个金属层。在一些实施例中，中介层2204可以由环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂、具有无机填充物的环氧树脂、陶瓷材料或诸如聚酰亚胺的聚合物材料形成。在一些实施例中，中介层2204可以由交替的刚性或柔性材料形成，其可以包括与上述用于半导体衬底的材料相同的材料，例如硅、锗和其他III-V族和IV族材料。中介层2204可以包括金属互连2208和过孔2210，包括但不限于穿孔过孔2210-1(其从中介层2204的第一面2250延伸到中介层2204的第二面2254)、盲过孔2210-2(其从中介层2204的第一面2250或第二面2254延伸到内部金属层)和埋过孔2210-3(其连接内部金属层)。
在一些实施例中，中介层2204可以包括硅中介层。延伸穿过硅中介层的穿硅过孔(TSV)可以将硅中介层的第一面上的连接连接到硅中介层的相对的第二面。在一些实施例中，包括硅中介层的中介层2204还可以包括一个或多个布线层以将中介层2204的第一面上的连接布线到中介层2204的相对的第二面。
中介层2204还可以包括嵌入式设备2214，包括无源设备和有源设备两者。这些设备可以包括但不限于电容器、去耦电容器、电阻器、电感器、熔丝、二极管、变压器、传感器、静电放电(ESD)保护设备和存储器设备。诸如射频设备、功率放大器、功率管理设备、天线、阵列、传感器和微机电系统(MEMS)设备的更复杂设备也可以形成在中介层2204上。中介层上封装结构2236可以采用本领域已知的任何中介层上封装结构的形式。在中介层是非印刷电路板的实施例中。
集成电路设备组件2200可以包括通过耦合部件2222耦合到电路板2202的第一面2240的集成电路部件2224。耦合部件2222可以采用以上参考耦合部件2216讨论的任何实施例的形式，并且集成电路部件2224可以采用以上参考集成电路部件2220讨论的任何实施例的形式。
图22中所示的集成电路设备组件2200包括通过耦合组件2228耦合到电路板2202的第二面2242的堆叠式封装结构(package-on-package structure)2234。堆叠式封装结构2234可以包括通过耦合部件2230耦合在一起的集成电路部件2226和集成电路部件2232，使得集成电路部件2226设置在电路板2202与集成电路部件2232之间。耦合部件2228和2230可以采用上述耦合部件2216的任何实施例的形式，并且集成电路部件2226和2232可以采用上述集成电路部件2220的任何实施例的形式。堆叠式封装结构2234可以根据本领域已知的任何堆叠式封装结构来配置。
图23是可以包括本文公开的系统100中的一个或多个系统的示例电气设备2300的框图。例如，电气设备2300的部件中的任何合适部件可以包括本文公开的集成电路设备组件2200、集成电路部件2220、集成电路设备2000或集成电路管芯1902中的一个或多个，并且可以布置在本文公开的系统100中的任何系统中。图23中示出了包括在电气设备2300中的多个部件，但是这些部件中的任何一个或多个都可以被省略或复制，以适合于应用。在一些实施例中，包括在电气设备2300中的一些或所有部件可以附接到一个或多个母板主板或系统板。在一些实施例中，在单个片上系统(SoC)管芯上制造这些部件中的一个或多个。
另外，在各种实施例中，电气设备2300可以不包括图23中所示的一个或多个部件，但是电气设备2300可以包括用于耦合到一个或多个部件的接口电路系统。例如，电气设备2300可以不包括显示设备2306，但是可以包括显示设备2306可以耦合到的显示设备接口电路系统(例如，连接器和驱动器电路系统)。在另一组示例中，电气设备2300可以不包括音频输入设备2324或音频输出设备2308，但是可以包括音频输入设备2324或音频输出设备2308可以耦合到的音频输入或输出设备接口电路系统(例如，连接器和支持电路系统)。
电气设备2300可以包括一个或多个处理器单元2302(例如，一个或多个处理器单元)。如本文所使用的，术语“处理器单元”、“处理单元”或“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或设备的一部分。处理器单元2302可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、通用GPU(GPGPU)、加速处理单元(APU)、现场可编程门阵列(FPGA)、神经网络处理单元(NPU)、数据处理器单元(DPU)、加速器(例如，图形加速器、压缩加速器、人工智能加速器)、控制器密码处理器(在硬件内执行密码算法的专用处理器)、服务器处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器单元。这样，处理器单元可以被称为XPU(或xPU)。
电气设备2300可以包括存储器2304，其本身可以包括一个或多个存储器设备，例如易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM))、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存存储器、基于硫属化物的相变非电压存储器)、固态存储器和/或硬盘驱动器。在一些实施例中，存储器2304可以包括位于与处理器单元2302相同的集成电路管芯上的存储器。该存储器可以用作高速缓存存储器(例如，1级(L1)、2级(L2)、3级(L3)、4级(L4)、末级高速缓存(LLC))，并且可以包括嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)或自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)。
在一些实施例中，电气设备2300可以包括与电气设备2300中的另一处理器单元2302异构或不对称的一个或多个处理器单元2302。在包括架构、微架构、热、功耗特性等的优点度量谱方面，系统中的处理单元2302之间可以存在各种差异。这些差异可以有效地表明它们自己在电气设备2300中的处理器单元2302之间的不对称性和异构性。
在一些实施例中，电气设备2300可以包括通信部件2312(例如，一个或多个通信部件)。例如，通信部件2312可以管理用于向和从电气设备2300传输数据的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制的电磁辐射经由非固体介质来传递数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语“无线”并不暗示着相关联的设备不包含任何导线，尽管在一些实施例中它们可能不包含。
通信部件2312可以实施多种无线标准或协议中的任何一种，包括但不限于电气和电子工程师协会(IEEE)标准，包括Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、IEEE 802.16标准(例如，IEEE802.16-2005修订版)、长期演进(LTE)项目以及任何修订版、更新版和/或修正版(例如，高级LTE项目、超移动宽带(UMB)项目(也称为“3GPP2”)等)。兼容IEEE 802.16的宽带无线接入(BWA)网络通常被称为WiMAX网络，WiMAX网络是代表微波接入全球互操作的首字母缩写词，其是通过IEEE802.16标准的一致性和互操作性测试的产品的认证标志。通信部件2312可以根据全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、通用移动电信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、演进HSPA(E-HSPA)或LTE网络来操作。通信部件2312可以根据增强型数据速率GSM演进(EDGE)、GSM EDGE无线接入网(GERAN)、通用陆地无线接入网(UTRAN)或演进型UTRAN(E-UTRAN)来操作。通信部件2312可以根据码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强无绳电信(DECT)、演进数据优化(EV-DO)及其派生物、以及被指定为3G、4G、5G以及更高版本的任何其他无线协议来操作。在其他实施例中，通信部件2312可以根据其他无线协议来操作。电气设备2300可以包括天线2322，以促进无线通信和/或接收其他无线通信(例如AM或FM无线电传输)。
在一些实施例中，通信部件2312可以管理有线通信，例如电、光或任何其他合适的通信协议(例如，IEEE 802.3以太网标准)。如上所述，通信部件2312可以包括多个通信部件。例如，第一通信部件2312可以专用于诸如Wi-Fi或蓝牙的较短距离无线通信，并且第二通信部件2312可以专用于诸如全球定位系统(GPS)、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、EV-DO或其他的较长距离无线通信。在一些实施例中，第一通信部件2312可以专用于无线通信，并且第二通信部件2312可以专用于有线通信。
电气设备2300可以包括电池/电源电路系统2314。电池/电源电路系统2314可以包括一个或多个能量存储设备(例如，电池或电容器)和/或用于将电气设备2300的部件耦合到与电气设备2300分离的能量源(例如，AC线路电源)的电路系统。
电气设备2300可以包括显示设备2306(或对应的接口电路系统，如上所述)。显示设备2306可以包括一个或多个嵌入式或有线或无线连接的外部视觉指示器，例如平视显示器、计算机监视器、投影仪、触摸屏显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器或平板显示器。
电气设备2300可以包括音频输出设备2308(或对应的接口电路系统，如上所述)。音频输出设备2308可以包括生成可听指示符的任何嵌入式或有线或无线连接的外部设备，例如扬声器、耳机或耳塞。
电气设备2300可以包括音频输入设备2324(或对应的接口电路系统，如上所述)。音频输入设备2324可以包括生成表示声音的信号的任何嵌入式或有线或无线连接的设备，例如麦克风、麦克风阵列或数字乐器(例如，具有乐器数字接口(MIDI)输出的乐器)。电气设备2300可以包括全球导航卫星系统(GNSS)设备2318(或对应的接口电路系统，如上所述)，例如全球定位系统(GPS)设备。GNSS设备2318可以与基于卫星的系统通信，并且可以基于从一个或多个GNSS卫星接收的信息来确定电气设备2300的地理位置，如本领域中已知。
电气设备2300可以包括其他输出设备2310(或对应的接口电路系统，如上论述)。其他输出设备2310的示例可以包括音频编解码器、视频编解码器、打印机、用于向其他设备提供信息的有线或无线发射机、或附加存储设备。
电气设备2300可以包括其他输入设备2320(或对应的接口电路系统，如上所述)。其他输入设备2320的示例可以包括加速度计、陀螺仪、罗盘、图像捕获设备(例如，单视场或者立体相机)、跟踪球、跟踪板、触摸板、键盘、诸如鼠标、触控笔、触摸屏的光标控制设备、接近传感器、麦克风、条形码读取器、快速响应(QR)码读取器、心电图(ECG)传感器、PPG(光电血管容积图)传感器、皮肤电反应传感器、任何其他传感器或者射频识别(RFID)读取器。
电气设备2300可以具有任何期望的形状因子，例如手持式或移动电气设备(例如，蜂窝电话、智能电话、移动互联网设备、音乐播放器、平板计算机、膝上型计算机、2合1可转换计算机、便携式一体化计算机、上网本计算机、超级本计算机、个人数字助理(PDA)、超移动个人计算机、便携式游戏控制台等)、台式电气设备、服务器、机架级计算解决方案(例如，刀片、托盘或拖运器计算系统)、工作站或其他联网计算部件、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、固定游戏控制台、智能电视、车辆控制单元、数码相机、数码录像机、可穿戴电气设备或嵌入式计算系统(例如，作为车辆、智能家用电器、消费电子产品或设备、制造设备的一部分的计算系统)。在一些实施例中，电气设备2300可以是处理数据的任何其他电子设备。在一些实施例中，电气设备2300可以包括多个分立物理部件。给定可以如在各种实施例中表现电气设备2300的设备的范围，在一些实施例中，电气设备2300可以被称为计算设备或计算系统。
示例
下面提供了本文公开的技术的说明性示例。技术的实施例可以包括以下描述的示例中的任何一个或多个以及任何组合。
示例1包括一种装置，包括：光子集成电路(PIC)管芯，其中，一个或多个波导被限定在PIC管芯中，其中，PIC管芯具有顶表面和侧表面，其中，一个或多个波导中的各个波导在平行于顶表面并且朝向侧表面的方向上延伸穿过PIC管芯的至少一部分；以及透镜组件，其中，透镜组件包括一个或多个透镜，其中，一个或多个透镜中的各个透镜被定位成聚焦来自一个或多个波导中的对应波导、并且穿过侧表面的光，其中，透镜组件的至少一部分在PIC管芯的顶表面上方延伸并且与PIC管芯的顶表面接触。
示例2包括示例1的主题，并且其中，腔体被限定在PIC管芯中，腔体在由顶表面限定的平面下方延伸，其中，透镜组件的至少一部分在腔体中。
示例3包括示例1和2中任一项的主题，并且还包括环氧树脂，环氧树脂用于将透镜组件固定到PIC管芯的在腔体的底部处的表面。
示例4包括示例1-3中任一项的主题，并且还包括衬底，其中，PIC管芯被安装在衬底上，装置还包括集成电路部件，集成电路部件被安装在衬底上，其中，集成电路部件通信地耦合到PIC管芯。
示例5包括示例1-4中任一项的主题，并且其中，腔体在沿着腔体的一个维度的两个方向上延伸超过透镜组件。
示例6包括示例1-5中任一项的主题，并且其中，侧表面垂直于顶表面。
示例7包括示例1-6中任一项的主题，并且其中，一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
示例8包括示例1-7中任一项的主题，并且其中，一个或多个透镜包括跨一个或多个波导中的至少两个波导延伸的柱面透镜，其中，柱面透镜被定位成在第一方向上准直来自一个或多个波导中的各个波导的光，其中，一个或多个柱面透镜被限定在PIC管芯的侧表面中，其中，一个或多个柱面透镜中的各个柱面透镜被定位成在不同于第一方向的第二方向上准直来自一个或多个波导中的各个波导的光。
示例9包括一种晶圆，包括：多个光子集成电路(PIC)，其中，多个PIC中的各个PIC具有被限定在PIC中的腔体，腔体在PIC的顶表面下方延伸；以及多个透镜组件，其中，多个透镜组件中的各个透镜组件包括一个或多个透镜，其中，多个透镜组件中的各个透镜组件的至少一部分在多个PIC中的对应PIC的腔体中，其中，多个透镜组件中的各个透镜组件的至少一部分在多个PIC中的对应PIC的顶表面上方延伸。
示例10包括示例9的主题，并且还包括环氧树脂，环氧树脂用于将多个透镜组件中的各个透镜组件固定到多个PIC中的对应PIC的腔体的底部处的表面。
示例11包括示例9和10中任一项的主题，并且其中，多个透镜组件中的各个透镜组件中的一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
示例12包括示例9-11中任一项的主题，并且其中，多个透镜组件中的各个透镜组件的一个或多个透镜包括平行于晶圆的顶表面延伸的柱面，其中，一个或多个柱面透镜被限定在多个PIC中的各个PIC的侧表面中。
示例13包括一种方法，包括：在光子集成电路(PIC)管芯中形成一个或多个波导，其中，PIC管芯具有顶表面和侧表面，其中，一个或多个波导中的各个波导在平行于顶表面并且朝向侧表面的方向上延伸穿过PIC管芯的至少一部分；以及将透镜组件定位在PIC管芯的顶表面上，其中，透镜组件的至少一部分在顶表面之上并且与顶表面接触，并且其中，透镜组件的至少一部分在顶表面下方，其中，透镜组件包括一个或多个透镜，其中，一个或多个透镜中的各个透镜被定位成聚焦来自一个或多个波导中的对应波导并且穿过侧表面的光。
示例14包括示例13的主题，并且还包括：在将透镜组件定位在PIC管芯的顶表面上之后，单切包括PIC管芯的晶圆。
示例15包括示例13和14中任一项的主题，并且还包括：在PIC管芯中形成腔体，腔体在由顶表面限定的平面下方延伸，其中，透镜组件的至少一部分在腔体中。
示例16包括示例13-15中任一项的主题，并且还包括：分配环氧树脂以将透镜组件固定到PIC管芯的在腔体的底部处的表面。
示例17包括示例13-16中任一项的主题，并且其中，腔体在沿着腔体的一个维度的两个方向上延伸超过透镜组件。
示例18包括示例13-17中任一项的主题，并且还包括：将透明窗口定位在透镜组件上方以将透镜组件保持在适当位置；以及穿过透明窗口将环氧树脂暴露于光以固化环氧树脂。
示例19包括示例13-18中任一项的主题，并且还包括：测试PIC管芯以确定PIC管芯是否有缺陷；以及响应于确定PIC管芯无缺陷，将PIC管芯添加到封装。
示例20包括示例13-19中任一项的主题，并且还包括：将PIC管芯安装在衬底上；以及将集成电路部件安装在衬底上，其中，集成电路部件通信地耦合到PIC管芯。
示例21包括示例13-20中任一项的主题，并且其中，侧表面垂直于顶表面。
示例22包括示例13-21中任一项的主题，并且其中，一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
示例23包括示例13-22中任一项的主题，并且其中，一个或多个透镜包括跨一个或多个波导中的至少两个波导延伸的柱面透镜，其中，柱面透镜被定位成在第一方向上准直来自一个或多个波导中的各个波导的光，其中，一个或多个柱面透镜被限定在PIC管芯的侧表面中，其中，一个或多个柱面透镜中的各个柱面透镜被定位成在不同于第一方向的第二方向上准直来自一个或多个波导中的各个波导的光。

Claims (23)

1.一种装置，包括：
光子集成电路(PIC)管芯，其中，一个或多个波导被限定在所述PIC管芯中，
其中，所述PIC管芯具有顶表面和侧表面，
其中，所述一个或多个波导中的各个波导在平行于所述顶表面并且朝向所述侧表面的方向上延伸穿过所述PIC管芯的至少一部分；以及
透镜组件，其中，所述透镜组件包括一个或多个透镜，其中，所述一个或多个透镜中的各个透镜被定位成聚焦来自所述一个或多个波导中的对应波导、并且穿过所述侧表面的光，
其中，所述透镜组件的至少一部分在所述PIC管芯的所述顶表面上方延伸，并且与所述PIC管芯的所述顶表面接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，腔体被限定在所述PIC管芯中，所述腔体在由所述顶表面限定的平面下方延伸，其中，所述透镜组件的至少一部分在所述腔体中。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括环氧树脂，所述环氧树脂用于将所述透镜组件固定到所述PIC管芯的在所述腔体的底部处的表面。
4.根据权利要求2所述的装置，还包括衬底，其中，所述PIC管芯被安装在所述衬底上，
所述装置还包括被安装在所述衬底上的集成电路部件，其中，所述集成电路部件通信地耦合到所述PIC管芯。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的装置，其中，所述腔体在沿着所述腔体的一个维度的两个方向上延伸超过所述透镜组件。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述侧表面垂直于所述顶表面。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个透镜包括跨所述一个或多个波导中的至少两个波导延伸的柱面透镜，其中，所述柱面透镜被定位成在第一方向上准直来自所述一个或多个波导中的各个波导的光，
其中，一个或多个柱面透镜被限定在所述PIC管芯的所述侧表面中，其中，所述一个或多个柱面透镜中的各个柱面透镜被定位成在不同于所述第一方向的第二方向上准直来自所述一个或多个波导中的各个波导的光。
9.一种晶圆，包括：
多个光子集成电路(PIC)，
其中，所述多个PIC中的各个PIC具有被限定在所述PIC中的腔体，所述腔体在所述PIC的顶表面下方延伸；以及
多个透镜组件，其中，所述多个透镜组件中的各个透镜组件包括一个或多个透镜，
其中，所述多个透镜组件中的各个透镜组件的至少一部分在所述多个PIC中的对应PIC的所述腔体中，
其中，所述多个透镜组件中的各个透镜组件的至少一部分在所述多个PIC中的对应PIC的所述顶表面上方延伸。
10.根据权利要求9所述的晶圆，还包括环氧树脂，所述环氧树脂用于将所述多个透镜组件中的各个透镜组件固定到所述多个PIC中的对应PIC的所述腔体的底部处的表面。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的晶圆，其中，所述多个透镜组件中的各个透镜组件中的所述一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
12.根据权利要求9或10中任一项所述的晶圆，其中，所述多个透镜组件中的各个透镜组件中的所述一个或多个透镜包括平行于所述晶圆的顶表面延伸的柱面，
其中，一个或多个柱面透镜被限定在所述多个PIC中的各个PIC的侧表面中。
13.一种方法，包括：
在光子集成电路(PIC)管芯中形成一个或多个波导，
其中，所述PIC管芯具有顶表面和侧表面，
其中，所述一个或多个波导中的各个波导在平行于所述顶表面并且朝向所述侧表面的方向上延伸穿过所述PIC管芯的至少一部分；以及
将透镜组件定位在所述PIC管芯的顶表面上，其中，所述透镜组件的至少一部分在所述顶表面之上并且与所述顶表面接触，并且其中，所述透镜组件的至少一部分在所述顶表面下方，
其中，所述透镜组件包括一个或多个透镜，其中，所述一个或多个透镜中的各个透镜被定位成聚焦来自所述一个或多个波导中的对应波导、并且穿过所述侧表面的光。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在将所述透镜组件定位在所述PIC管芯的所述顶表面上之后，单切包括所述PIC管芯的晶圆。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述PIC管芯中形成腔体，所述腔体在由所述顶表面限定的平面下方延伸，其中，所述透镜组件的至少一部分在所述腔体中。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：分配环氧树脂以将所述透镜组件固定到所述PIC管芯的在所述腔体的底部处的表面。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述腔体在沿着所述腔体的一个维度的两个方向上延伸超过所述透镜组件。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将透明窗口定位在所述透镜组件上方以将所述透镜组件保持在适当位置；以及
穿过所述透明窗口将所述环氧树脂暴露于光以固化所述环氧树脂。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括：
测试所述PIC管芯以确定所述PIC管芯是否有缺陷；以及
响应于确定所述PIC管芯无缺陷，将所述PIC管芯添加到封装。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括：
将所述PIC管芯安装在衬底上；以及
将集成电路部件安装在所述衬底上，其中，所述集成电路部件通信地耦合到所述PIC管芯。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的方法，其中，所述侧表面垂直于所述顶表面。
22.根据权利要求13-20中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个透镜中的各个透镜是球面透镜。
23.根据权利要求13-20中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个透镜包括跨所述一个或多个波导中的至少两个波导延伸的柱面透镜，其中，所述柱面透镜被定位成在第一方向上准直来自所述一个或多个波导中的各个波导的光，
其中，一个或多个柱面透镜被限定在所述PIC管芯的所述侧表面中，其中，所述一个或多个柱面透镜中的各个柱面透镜被定位成在不同于所述第一方向的第二方向上准直来自所述一个或多个波导中的各个波导的光。
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