JP2015506488A - 反転された基板レスチップ上の光学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DARPAによって授与された実施権許諾契約HR0011−08−9−0001に基づき、政府の支援下でなされた。政府は本発明において特定の権利を有する。
分野
本開示は、基板が取除かれた集積デバイスであって、光学装置が集積デバイスの裏面に配置される集積デバイスに機械的に結合された半導体ダイを含むハイブリッド集積モジュールに関する。
シリコンオンインシュレータ(SOI)技術は集積光学コンポーネントを実施するためにしばしば用いられる。特に、光導波管などの光学コンポーネントは、SOIウェハのシリコン層に製造することができ、これは二酸化シリコン層(時には「埋込酸化物」またはBOX層と呼ばれる)によって、シリコン基板から分離される。シリコン基板での光損失を低減するために、一般に光信号がシリコン層内の光学コンポーネント内に完全に閉じ込められるよう、BOX層の厚さが選択される(すなわち、光信号に対応する光学モードはBOX層を通らない)。
本開示の一実施形態は、ハイブリッド集積モジュールを提供する。このハイブリッド集積モジュールは、基板が取除かれた集積デバイスに対して、接着剤により、対向して機械結合される半導体ダイを含み得る。たとえば、集積回路は光信号を伝搬する光導波管を含むことができ、これは裏面側のシリコン基板またはハンドラが完全に除去されたシリコンオンインシュレータ(SOI)ウェハ上に製造される。さらに、光学デバイスを集積デバイスの酸化物層(たとえば埋込酸化物またはBOX層)の底面に配置することができ、集積デバイスの半導体層(たとえばシリコン)の厚さおよび酸化物層の厚さは、光信号が光導波管と光学デバイスとの間でエバネセントに結合されるよう、固定され得る。
さらに、光学デバイスは、光信号を集積デバイスのレチクル境界にわたって搬送する別の光導波管を含み得る。これら実施の形態において、集積デバイスはブリッジチップとして機能し得る。
図1は、ハイブリッド集積モジュール100のブロック図である。この集積モジュールは、上面112を有し、誘電体スタックで電子回路を含み得る半導体ダイ110と、半導体ダイ110の上面112に機械的に結合される接着剤114(たとえばエポキシ)と、集積デバイス116とを含む。さらに、集積デバイス116は、上面120、底面122、および厚さ124を有する半導体層118を含み、半導体層118および半導体ダイ110が対向して取付けられるよう、上面120は接着剤114に機械的に結合され、さらに上面128(明確にするために、底面122からわずかにずらされている)、底面130および厚さ132を有し、上面128は底面122上に配置される酸化物層126と、底面130に配置される光学デバイス134とを含む。
Claims (20)
- ハイブリッド集積モジュールであって、
上面を有する半導体ダイと、
前記半導体ダイの上面に機械的に結合される接着剤と、
集積デバイスとを備え、前記集積デバイスは
上面、底面、およびある厚さを有する半導体層を含み、前記半導体層の上面は前記接着剤に機械的に結合され、前記半導体層は光信号を搬送するよう構成されている光導波管を含み、
上面、底面、およびある厚さを有する酸化物層を含み、前記酸化物層の上面は、前記半導体層の底面上に配置され、さらに
前記酸化物層の底面上に配置される光学デバイスを含み、前記半導体層の前記厚さおよび前記酸化物層の前記厚さは、光信号が前記光導波管および前記光学デバイス間でエバネセントに結合されるよう、固定される、ハイブリッド集積モジュール。 - 前記光学デバイスは、前記光信号を変調するよう構成されている、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記光学デバイスは、前記光信号を動的に変調するよう構成されている、請求項2に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記光学デバイスは、電気光学材料、液晶、および強誘電性材料のうちの1つを含む、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記半導体層はリング共振器を含み、前記光学デバイスは温度同調に伴う消費電力よりも小さい消費電力で、リング共振器の調整を促進する、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記光学デバイスは、目標共振波長からの、前記リング共振器の実際の共振波長の変動を補正するよう構成されている、請求項5に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記光学デバイスは、前記光信号を切換えるよう構成されている、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記光学デバイスは、前記酸化物層の底面上に配置される別の光導波管を含み、
前記別の光導波管は、集積デバイスのレチクル境界にわたって光信号を搬送するよう構成されている、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。 - 前記光学デバイスは、前記酸化物層の底面上に配置される光源を含み、
前記光源は光信号を出力するよう構成されている、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。 - 前記半導体層の厚さは、0.1から4μmの間にある、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記酸化物層の厚さは0.5μmより小さい、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記半導体ダイの上面上のパッドおよび前記半導体層の上面上のパッドを電気的に結合するはんだボールをさらに備え、前記接着剤は前記半導体ダイの上面と前記半導体層の上面との間のスペースを少なくとも部分的に埋める、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記集積デバイスは、フリップチップ技術を用いて半導体ダイに機械的に結合される、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記半導体層はシリコンを含み、前記酸化物層は二酸化シリコンを含む、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- 前記半導体層および前記酸化物層は、前記酸化物層上の第2の半導体ダイが取除かれた、シリコンオンインシュレータ技術を含む、請求項1に記載のハイブリッド集積モジュール。
- システムであって、ハイブリッド集積モジュールを備え、前記ハイブリッド集積モジュールは:
上面を有する半導体ダイと、
前記半導体ダイの上面に機械的に結合される接着剤と、
集積デバイスとを含み、前記集積デバイスは
上面、底面、およびある厚さを有する半導体層を含み、前記半導体層の上面は前記接着剤に機械的に結合され、前記半導体層は、光学モードを有する光信号を搬送するよう構成されている光導波管を含み、
上面、底面、およびある厚さを有する酸化物層を含み、前記酸化物層の上面は、前記半導体層の底面上に配置され、さらに
前記酸化物層の底面上に配置される光学デバイスを含み、前記半導体層の厚さおよび前記酸化物層の厚さは、光信号が前記光導波管と前記光学デバイスとの間でエバネセントに結合されるよう、固定され、さらに
前記半導体ダイおよび前記集積デバイスの一方に組込まれるプロセッサと、
前記半導体ダイおよび前記積分デバイスの一方に組込まれるメモリとを備える、システム。 - 前記半導体層はリング共振器を含み、前記光学デバイスはリング共振器の調整を、温度同調に伴う消費電力よりも小さい消費電力で促進する、請求項16に記載のシステム。
- 前記光学デバイスは、目標共振波長から、前記リング共振器の実際の共振波長の変動を補正するよう構成されている、請求項17に記載のシステム。
- 前記光学デバイスは、前記酸化物層の底面上に配置される光源を含み、
前記光源は前記光信号を出力するよう構成される、請求項16に記載のシステム。 - ハイブリッド集積モジュールを製造するための方法であって、前記方法は:
接着剤を半導体ダイの上面に与えるステップと、
集積デバイスを前記接着剤上に配置するステップとを備え、前記集積デバイスは
上面、底面、およびある厚さを有する半導体層を含み、前記半導体層の上面は前記接着剤に機械的に結合され、前記半導体層は、光信号を搬送するよう構成されている光導波管を含み、
上面、底面、およびある厚さを有する酸化物層を含み、前記酸化物層の上面は、前記半導体層の底面上に配置され、さらに
前記酸化物層の底面上に配置される光学デバイスを含み、前記半導体層の厚さおよび前記酸化物層の厚さは、光信号が前記光導波管と前記光学デバイスとの間でエバネセントに結合されるよう、固定される、方法。
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