TWI781650B - 光子半導體裝置及製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種方法包括形成第一光子封裝，其中形成第一光子封裝包括：將矽層圖案化以形成第一波導，其中矽層位於氧化物層上，且其中氧化物層位於基底上；形成延伸至基底中的通孔；在第一波導及通孔之上形成第一重佈線結構，其中第一重佈線結構電性連接至通孔；將第一半導體裝置連接至第一重佈線結構；移除基底的第一部分以形成第一凹槽，其中第一凹槽暴露出氧化物層；以及使用第一介電材料填充第一凹槽以形成第一介電區。

Description

光子半導體裝置及製造方法
本發明實施例是有關於一種光子半導體裝置及製造方法。
電性傳訊及處理(electrical signaling and processing)是用於訊號傳輸及處理的一種技術。近年來，已經在越來越多的應用中使用光學傳訊及處理(optical signaling and processing)，具體而言歸因於用於訊號傳輸的光纖相關應用的使用。
通常將光學傳訊及處理與電性傳訊及處理進行組合以提供成熟的應用。舉例而言，光纖可用於長距離訊號傳輸，且電性訊號可用於短距離訊號傳輸以及處理及控制。因此，形成整合有光學元件與電性元件的裝置以用於光學訊號與電性訊號之間的轉換以及光學訊號及電性訊號的處理。因此，封裝可包括光學(光子)晶粒及電子晶粒二者，光學(光子)晶粒包括光學裝置，電子晶粒包括電子裝置。
本發明提供一種光子半導體裝置及製造方法，其可為光子系統減少光學損耗、改善效率及改善高速通訊。
本發明實施例的一種方法，包括：形成第一光子封裝，其中形成所述第一光子封裝包括：將矽層圖案化以形成第一波導，其中所述矽層位於氧化物層上，且其中所述氧化物層位於基底上；形成延伸至所述基底中的多個通孔；在所述第一波導及所述多個通孔之上形成第一重佈線結構，其中所述第一重佈線結構電性連接至所述多個通孔；將第一半導體裝置連接至所述第一重佈線結構；移除所述基底的第一部分以形成第一凹槽，其中所述第一凹槽暴露出所述氧化物層；以及使用第一介電材料填充所述第一凹槽以形成第一介電區。
本發明實施例的一種方法，包括：在氧化物層的第一側上形成第一波導，其中所述第一波導包含第一波導材料，其中所述氧化物層位於基底上；在所述第一波導之上形成第一重佈線結構；將電子晶粒接合至所述第一重佈線結構；移除所述基底以暴露出所述氧化物層的第二側；以及在所述氧化物層的所述第二側上形成第二波導，其中所述第二波導包含與所述第一波導材料不同的第二波導材料。
本發明實施例的一種封裝包括基底、第一介電區、第一介電層、波導、邊緣耦合器、重佈線結構以及電子晶粒。基底包含第一材料。第一介電區與所述基底相鄰，其中所述第一介電區 包含與所述第一材料不同的第二材料，其中所述第一介電區的第一側壁與所述基底的側壁實體接觸。第一介電層在所述基底上及所述第一介電區上延伸，其中所述第一介電區的第二側壁與所述第一介電層的側壁共面。波導位於所述第一介電層上。邊緣耦合器位於所述第一介電層上，其中所述邊緣耦合器光學耦合至所述波導，其中所述邊緣耦合器與所述第一介電區在垂直方向上對準。重佈線結構位於所述波導之上。電子晶粒接合至所述重佈線結構。
100、100’、100A、100B、300、500、600、900、1101、1101A、1101B:光子封裝
102:隱埋氧化物(BOX)基底
102A:矽層
102B:氧化物層
102C、1102:基底
104:波導/矽波導
106:光子元件
107:耦合器/光柵耦合器
107A、107B、1107、1107A、1107B、1107C、1207:光柵耦合器
108、115、117、130、134、330A、330B、605、608、924、928、932、936、942、946、1104、1108、1158:介電層
109、109A、109B:反射器
110:光子佈線結構
111、615:開口
112、612、1110、1304:通孔
113、613:接觸件
114:導電特徵
116、128、128’、204、404、954、1004、1124、1134:導電墊
120、320、922、940、1022、1040、1112、1308、1314:重佈線結構
122:電子晶粒
123:塗層
124:晶粒連接件/連接件
125:支撐件
126:介電材料
127、410:黏合層
129、329、329A、329B、1140:凹槽
131:溝槽
132、918、948、958、1126、1152、1318:導電連接件
136:接觸墊
140:載體
150:光纖/邊緣安裝光纖
150A、150B、150C:光纖
152:光纖固持器
200、200’、400、550、700、950、1000、1100、1150、1300:光子系統
202、402、952、1002、1130、1320:內連基底
210、1319:底部填充膠
212、1154、1354:光學膠
250、250A、250B:半導體裝置
420:配線接合件
602:氮化矽層
604、604A、604B、920、1106、1204:波導
616、914:穿孔
800、800A、800B:光子結構
901、903:載體基底
916、1122、1306:包封體
926、930、934、944:金屬化圖案
947、956、1316、1317:凸塊下金屬(UBM)
1111、1151:光子內連結構
1114:介電區
1120:虛設裝置
1200:波導結構
1302:第一載體基底
1310:第二載體基底
1312:聚合物區
1321:芯體基底
1322:外部連接件
D1:深度
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最佳地理解本揭露的各個態樣。應注意，根據本行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為使論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1至圖14示出根據一些實施例的形成光子封裝的中間步驟的剖視圖。
圖15示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖16示出根據一些實施例的形成光子封裝的中間步驟的剖視圖。
圖17示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖18至圖23示出根據一些實施例的形成光子封裝的中間步驟的剖視圖。
圖24示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖25示出根據一些實施例的形成光子封裝的中間步驟的剖視圖。
圖26示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖27至圖42示出根據一些實施例的形成光子封裝的中間步驟的剖視圖。
圖43示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖44示出根據一些實施例的光子結構的剖視圖。
圖45至圖50示出根據一些實施例的形成光子系統的中間步驟的剖視圖。
圖51示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖52至圖55示出根據一些實施例的形成光子系統的中間步驟的剖視圖。
圖56示出根據一些實施例的光子封裝的剖視圖。
圖57至圖63示出根據一些實施例的形成光子系統的中間步驟的剖視圖。
圖64示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
圖65至圖67示出根據一些實施例的形成波導結構的中間步驟的剖視圖。
圖68至圖74示出根據一些實施例的形成光子系統的中間步驟的剖視圖。
圖75示出根據一些實施例的光子系統的剖視圖。
以下揭露提供用於實施本發明的不同特徵的許多不同實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本揭露。當然，該些僅為實例且不旨在進行限制。舉例而言，以下說明中將第一特徵形成於第二特徵「之上」或第二特徵「上」可包括其中第一特徵與第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且亦可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露可能在各種實例中重複使用參考編號及/或字母。此種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「位於...之下(beneath)」、「位於...下方(below)」、「下部的(lower)」、「位於...上方(above)」、「上部的(upper)」等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的定向外亦囊括裝置在使用或操作中的不同定向。設備可具有其他定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
在本揭露中闡述封裝及其形成的各種態樣。根據一些實施例，提供包括光學裝置及電性裝置二者的三維 (three-dimensional，3D)封裝及形成所述三維封裝的方法。具體而言，在基底(substrate)上形成包括波導的光子封裝，其中基底的一部分被例如氧化矽等介電材料替換。在一些實施例中，使用介電材料替換基底的所述一部分可減少耦合至波導的邊緣安裝光纖(edge-mounted optical fiber)的損耗。在一些實施例中，介電材料容許與形成於波導中的光柵耦合器(grating couplers)進行光學通訊。使用介電材料替換基底的一部分亦可提供熱效益(thermal benefits)。在一些實施例中，光子系統可包括貼合至光子內連結構的若干光子封裝，其中光子封裝光學耦合至在光子內連結構中形成的一組波導。以此種方式，光子封裝可使用由光子內連結構的波導傳輸的光學訊號進行通訊。以此種方式使用光子封裝及光學通訊可為光子系統提供較少的光學損耗、改善的效率及改善的高速通訊。根據一些實施例，示出形成封裝的中間階段。論述一些實施例的一些變化形式。在所有的各種視圖及例示性實施例中，使用相同的參考編號指示相同的元件。
圖1至圖14示出根據一些實施例的形成光子封裝100(參見圖14)的中間步驟的剖視圖。在一些實施例中，光子封裝100在光子系統中充當光學訊號與電性訊號之間的輸入/輸出(input/output，I/O)介面。舉例而言，可在光子系統(例如光子系統200(參見圖15)、類似光子系統或另一光子系統)中使用一或多個光子封裝100。
首先轉至圖1，根據一些實施例，提供隱埋氧化物(buried oxide，「BOX」)基底102。BOX基底102包括形成於基底102C之上的氧化物層102B以及形成於氧化物層102B之上的矽層102A。舉例而言，基底102C可為例如以下材料：玻璃、陶瓷、介電質、半導體、類似材料或其組合。在一些實施例中，基底102C可為半導體基底，例如可為經摻雜的(例如，使用p型摻雜劑或n型摻雜劑)或未經摻雜的塊狀半導體等。基底102C可為晶圓，例如矽晶圓(例如，12英吋的矽晶圓)。亦可使用其他基底，例如多層式例如多層基底或梯度(gradient)基底。在一些實施例中，基底102C的半導體材料可包括：矽；鍺；化合物半導體，包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦；合金半導體，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP；或其組合。氧化物層102B可為例如氧化矽等。在一些實施例中，氧化物層102B可具有介於約0.5微米與約4微米之間的厚度。在一些實施例中，矽層102A可具有介於約0.1微米與約1.5微米之間的厚度。BOX基底102可被稱為具有前側或前表面(例如，在圖1中面朝上的側)及後側或後表面(例如，在圖1中面朝下的側)。
在圖2中，根據一些實施例，將矽層102A圖案化以形成用於波導104、光子元件106及/或耦合器107的矽區。可使用合適的光微影技術及蝕刻技術將矽層102A圖案化。舉例而言，在一些實施例中，可在矽層102A之上形成硬罩幕層(例如，氮化物層或其他介電材料，未在圖2中示出)並將所述硬罩幕層圖案化。 接著可使用一或多種蝕刻技術(例如乾式蝕刻技術及/或濕式蝕刻技術)將硬罩幕層的圖案轉移至矽層102A。舉例而言，可對矽層102A進行蝕刻以形成對波導104進行界定的凹槽，其中剩餘的未凹陷部分的側壁界定波導104的側壁。在一些實施例中，可使用多於一種的光微影及蝕刻序列來將矽層102A圖案化。可自矽層102A圖案化出一個波導104或多個波導104。若形成多個波導104，則所述多個波導104可為各別的單獨波導104或者被連接為單一連續結構。在一些實施例中，波導104中的一或多者形成連續的迴圈(loop)。可存在波導104、光子元件106或耦合器107的其他配置或排列。在一些情形中，波導104、光子元件106及耦合器107可被統稱為「光子層」。
光子元件106可與波導104整合於一起且可與矽波導104一起形成。光子元件106可光學耦合至波導104，以與波導104內的光學訊號交互作用。光子元件106可包括例如光偵測器及/或調變器。舉例而言，光偵測器可光學耦合至波導104以偵測波導104內的光學訊號且產生與光學訊號對應的電性訊號。調變器(modulator)可光學耦合至波導104以藉由對波導104內的光學功率進行調變而在波導104內接收電性訊號且產生對應的光學訊號。以此種方式，光子元件106會促進光學訊號進出波導104的輸入/輸出(I/O)。在其他實施例中，光子元件可包括其他主動元件或被動元件，例如雷射二極體、光學訊號分離器(optical signal splitter)或其他類型的光子結構或裝置。光學功率可由例如耦合 至外部光源的光纖150(參見圖15)提供至波導104，或者光學功率可由光子封裝100內的光子元件(例如雷射二極體(未在圖中示出))產生。
在一些實施例中，可藉由例如對波導104的區進行局部蝕刻且在經蝕刻的區的剩餘矽上生長磊晶材料來形成光偵測器。可使用可接受的光微影技術及蝕刻技術對波導104進行蝕刻。磊晶材料可包括例如半導體材料，例如可為經摻雜的或未經摻雜的鍺(Ge)。在一些實施例中，作為形成光偵測器的一部分，可執行植入製程以在經蝕刻的區的矽內引入摻雜劑。經蝕刻的區的矽可摻雜有p型摻雜劑、n型摻雜劑或其組合。在一些實施例中，可藉由例如對波導104的區進行局部蝕刻且接著在經蝕刻的區的剩餘矽內植入適當的摻雜劑來形成調變器。可使用可接受的光微影技術及蝕刻技術對波導104進行蝕刻。在一些實施例中，可使用一或多個相同的光微影步驟或蝕刻步驟來形成用於光偵測器的經蝕刻的區與用於調變器的經蝕刻的區。經蝕刻的區的矽可摻雜有p型摻雜劑、n型摻雜劑或其組合。在一些實施例中，可使用一或多個相同的植入步驟來植入用於光偵測器的經蝕刻的區與用於調變器的經蝕刻的區。
在一些實施例中，一或多個耦合器107可與波導104整合於一起且可與波導104一起形成。邊緣耦合器可與波導104相接且可在與波導104或其他光子元件106相同的製程步驟中形成。耦合器107是光子結構，所述光子結構使得光學訊號及/或光 學功率能夠在波導104與另一光子系統的光子元件(例如光纖150)或波導之間傳送。如圖2中所示，耦合器107可包括一或多個邊緣耦合器。邊緣耦合器使得光學訊號及/或光學功率能夠在波導104與「邊緣安裝」於光子封裝100的側壁附近的光子元件之間傳送。圖15示出其中使用包括邊緣耦合器的耦合器107在光子封裝100與光纖150之間耦合光學訊號的實施例，此在以下進行更詳細地闡述。
在一些實施例中，耦合器107包括光柵耦合器，所述光柵耦合器使得光學訊號及/或光學功率能夠在波導104與垂直地安裝於光子封裝100之上的光子元件之間傳送。圖63示出其中使用光柵耦合器1107C在光纖150C與波導1106之間耦合光學功率的實施例。以下對圖63進行更詳細地闡述。在一些實施例中，光子封裝100可包括單個耦合器107、多個耦合器107或多種類型的耦合器107。可使用可接受的光微影技術及蝕刻技術形成耦合器107。在一些實施例中，使用與波導104及/或光子元件106相同的光微影步驟或蝕刻步驟形成耦合器107。在其他實施例中，在形成波導104及/或光子元件106之後形成耦合器107。在一些實施例中，本文中闡述的光子封裝100或其他光子封裝可包括一或多個反射器109，此針對圖56所示實施例更詳細地示出及闡述。
在圖3中，根據一些實施例，在BOX基底102的前側上形成介電層108，以形成光子佈線結構110。介電層108形成於波導104、光子元件106、耦合器107及氧化物層102B之上。介 電層108可由一或多層氧化矽、氮化矽、其組合等形成，且可藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、旋轉介電製程(spin-on-dielectric process)、類似製程或其組合形成。在一些實施例中，可藉由以下沉積方法形成介電層108：高密度電漿化學氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition，HDP-CVD)、可流動化學氣相沉積(flowable chemical vapor deposition，FCVD)(例如，在遠程電漿系統中進行的基於CVD的材料沉積且之後進行固化以使所述材料轉換成另一材料(例如氧化物))、類似沉積方法或其組合。可使用藉由任何可接受的製程形成的其他介電材料。在一些實施例中，接著使用平坦化製程(例如化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)製程、磨削製程等)將介電層108平坦化。在一些實施例中，介電層108可被形成為在氧化物層102B之上具有介於約50奈米與約500奈米之間的厚度，或者可被形成為在波導104之上具有介於約10奈米與約200奈米之間的厚度。在一些情形中，較薄的介電層108可使得能夠在包括光柵耦合器的耦合器107與垂直安裝的光子元件之間達成更高效的光學耦合。圖63及圖64示出其中使用包括光柵耦合器的耦合器107在光子封裝1101與垂直安裝的光纖150之間耦合光學訊號的實施例，此在以下進行更詳細地闡述。
由於波導104的材料的折射率與介電層108的材料的折 射率不同，波導104具有高的內部反射，使得光實質上被限定於波導104內，此取決於光的波長及相應的材料的折射率。在實施例中，波導104的材料的折射率高於介電層108的材料的折射率。舉例而言，波導104可包含矽，且介電層108可包含氧化矽及/或氮化矽。
在圖4中，根據一些實施例，形成延伸至基底102C中的開口111。開口111被形成為延伸穿過介電層108及氧化物層102B且可局部地延伸至基底102C中。可藉由可接受的光微影技術及蝕刻技術(例如藉由形成光阻並將所述光阻圖案化，且接著使用經圖案化的光阻作為蝕刻罩幕執行蝕刻製程)形成開口111。蝕刻製程可包括例如乾式蝕刻製程及/或濕式蝕刻製程。
在圖5中，根據一些實施例，在開口111中形成導電材料，進而形成通孔112。在一些實施例中，可使用TaN、Ta、TiN、Ti、CoW等在開口111中形成例如擴散障壁層、黏合層等的襯墊(liner)(未示出)，且可使用合適的沉積製程(例如ALD等)形成襯墊。在一些實施例中，接著可在開口111中沉積可包含銅或銅合金的晶種層(未示出)。使用例如ECP(electro-chemical plating)或無電鍍覆在開口111中形成通孔112的導電材料。導電材料可包括例如金屬或金屬合金(例如銅、銀、金、鎢、鈷、鋁或其合金)。可執行平坦化製程(例如，CMP製程或磨削製程)，以沿著介電層108的頂表面移除多餘的導電材料，使得通孔112的頂表面與介電層108的頂表面齊平。
圖5亦示出延伸穿過介電層108且電性連接至光子元件106的接觸件113的形成。接觸件113使得電性功率或電性訊號能夠被傳輸至光子元件106且能夠自光子元件106傳輸電性訊號。以此種方式，光子元件106可將電性訊號(例如，來自電子晶粒122，參見圖9)轉換成由波導104傳輸的光學訊號，及/或將來自波導104的光學訊號轉換成電性訊號(例如，可由電子晶粒122接收的電性訊號)。可在形成通孔112之前或形成通孔112之後形成接觸件113，且接觸件113的形成與通孔112的形成可共享一些步驟，例如導電材料的沉積及/或平坦化。在一些實施例中，可藉由鑲嵌(damascene)製程(例如，單鑲嵌、雙鑲嵌等)形成接觸件。舉例而言，在一些實施例中，首先使用可接受的光微影技術及蝕刻技術在介電層108中形成接觸件113的開口(未示出)。接著可在開口中形成導電材料，進而形成接觸件113。可使用CMP製程等移除多餘的導電材料。接觸件113的導電材料可由金屬或金屬合金(包括鋁、銅、鎢等)形成，接觸件113的導電材料可與通孔112的導電材料相同。在其他實施例中可使用其他技術或材料形成接觸件113。
在圖6中，根據一些實施例，在介電層108之上形成重佈線結構120。重佈線結構120包括介電層117及形成於介電層117中且提供內連及電性佈線的導電特徵114。舉例而言，重佈線結構120可對通孔112、接觸件113及/或上覆裝置(例如電子晶粒122(參見圖9))進行連接。介電層117可為例如絕緣層或鈍 化層，且可包含與以上針對介電層108闡述的材料相似的一或多種材料(例如氧化矽或氮化矽)或者可包含與以上針對介電層108闡述的材料不同的材料。介電層117及介電層108可對相同波長範圍內的光透明或幾乎透明。可使用與以上針對介電層108闡述的技術相似的技術或使用與以上針對介電層108闡述的技術不同的技術形成介電層117。導電特徵114可包括導電線及通孔且可藉由鑲嵌製程(例如，單鑲嵌、雙鑲嵌等)形成。如圖6中所示，在介電層117的最頂層中形成導電墊116。可在形成導電墊116之後執行平坦化製程(例如，CMP製程等)，使得導電墊116的表面與最頂部介電層117的表面實質上共面。重佈線結構120可包括較圖6中所示般更多或更少的介電層117、導電特徵114或導電墊116。在一些實施例中，重佈線結構120可被形成為具有介於約4微米與約6微米之間的厚度。可存在其他厚度。
在圖7中，根據一些實施例，移除重佈線結構120的一部分且使用介電層115替換重佈線結構120的所述一部分。可例如使用可接受的光微影技術及蝕刻技術(例如藉由形成光阻並將所述光阻圖案化且接著使用經圖案化的光阻作為蝕刻罩幕執行蝕刻製程來移除介電層117)移除重佈線結構120的所述一部分。蝕刻製程可包括例如乾式蝕刻製程及/或濕式蝕刻製程。接著可沉積介電層115以替換重佈線結構120的被移除的所述一部分。介電層115可包含與以上針對介電層108闡述的材料相似的一或多種材料(例如氧化矽或氮化矽)或者可包含與以上針對介電層108 闡述的材料不同的材料。在一些實施例中，介電層115及介電層108可對相同波長範圍內的光透明或幾乎透明。可使用與以上針對介電層108闡述的技術相似的技術或使用與以上針對介電層108闡述的技術不同的技術形成介電層115。在一些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP或磨削製程)移除介電層115的多餘材料。平坦化製程亦可暴露出導電墊116。在執行平坦化製程之後，介電層115、最頂部介電層117及/或導電墊116可具有實質上齊平的表面。在一些情形中，使用介電層115替換重佈線結構120的一部分可改善介電層115之下的波導104內的光學限制條件。在其他實施例中，不對重佈線結構120進行蝕刻且不形成介電層115。
在圖8中，根據一些實施例，將一或多個電子晶粒122接合至重佈線結構120。電子晶粒122可為例如使用電性訊號與光子元件106進行通訊的半導體裝置、晶粒或晶片。在圖8中示出一個電子晶粒122，但在其他實施例中光子封裝100可包括二或更多個電子晶粒122。在一些情形中，可將多個電子晶粒122併入至單個光子封裝100中，以降低處理成本。電子晶粒122可包括晶粒連接件124，晶粒連接件124可為例如導電墊、導電柱等。在一些實施例中，電子晶粒122可具有介於約10微米與約35微米之間的厚度。可存在其他厚度。
電子晶粒122可包括用於與光子元件106介接的積體電路，例如用於控制光子元件106的運作的電路。舉例而言，電子晶粒122可包括控制器、驅動器、轉阻抗放大器(transimpedance amplifier)、類似裝置或其組合。在一些實施例中，電子晶粒122亦可包括中央處理單元(central processing unit，CPU)。在一些實施例中，電子晶粒122包括用於對自光子元件106接收的電性訊號進行處理的電路，例如用於對自包括光偵測器的光子元件106接收的電性訊號進行處理的電路。在一些實施例中，電子晶粒122可根據自另一裝置或晶粒接收的電性訊號(數位訊號或類比訊號)來控制光子元件106的高頻率傳訊。在一些實施例中，電子晶粒122可為提供串列器/解串器(Serializer/Deserializer，SerDes)功能的電子積體電路(electronic integrated circuit，EIC)等。以此種方式，電子晶粒122可在光子封裝100內充當光學訊號與電性訊號之間的輸入/輸出介面的一部分，且本文中闡述的光子封裝100可被認為是系統晶片(system-on-chip，SoC)或積體電路上系統(system-on-integrated-circuit，SoIC)裝置。
在一些實施例中，藉由介電質對介電質接合(dielectric-to-dielectric bonding)及/或金屬對金屬接合(metal-to-metal bonding)(例如，直接接合、熔合接合(fusion bonding)、氧化物對氧化物接合(oxide-to-oxide bonding)、混合接合等)將電子晶粒122接合至重佈線結構120。在此種實施例中，可在氧化物層之間(例如最頂部介電層117與電子晶粒122的表面介電層(未示出)之間)形成共價鍵(covalent bond)。在接合期間，亦可在電子晶粒122的晶粒連接件124與重佈線結構120的導電墊116之間進行金屬接合。
在一些實施例中，在執行接合製程之前，對電子晶粒122執行表面處理。在一些實施例中，可首先利用例如乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露至惰性氣體、暴露至H2、暴露至N2、暴露至O2、類似製程或其組合使重佈線結構120的頂表面及/或電子晶粒122的頂表面活化。然而，可利用任何合適的活化製程。在活化製程之後，可使用例如化學清洗對重佈線結構120及/或電子晶粒122進行清潔。接著使電子晶粒122與重佈線結構120對準且將電子晶粒122放置成與重佈線結構120進行實體接觸。舉例而言，可使用拾取及放置製程(pick-and-place process)將電子晶粒122放置於重佈線結構120上。接著可使重佈線結構120與電子晶粒122經受熱處理及/或彼此壓靠(例如，藉由施加接觸壓力)，以將重佈線結構120與電子晶粒122接合於一起。舉例而言，可使重佈線結構120及電子晶粒122經受約等於或小於200千帕的壓力且經受介於約200攝氏度至約400攝氏度之間的溫度。接著可使重佈線結構120及電子晶粒122經受導電墊116的材料與晶粒連接件124的材料的約等於或高於共晶點的溫度(例如，介於約150攝氏度至約650攝氏度之間)，以對導電墊116與晶粒連接件124進行熔合。以此種方式，重佈線結構120與電子晶粒122的介電質對介電質接合及/或金屬對金屬接合會形成接合於一起的結構。在一些實施例中，對接合於一起的結構進行烘焙、退火、壓製或以其他方式進行處理以加強接合或完成接合。
在圖9中，根據一些實施例，在電子晶粒122及重佈線 結構120之上形成介電材料126。介電材料126可由氧化矽、氮化矽、聚合物、類似材料或其組合形成。可藉由CVD、PVD、ALD、旋轉介電質製程、類似製程或其組合形成介電材料126。在一些實施例中，可藉由HDP-CVD、FCVD、類似沉積方法或其組合形成介電材料126。在一些實施例中，介電材料126可為間隙填充材料，間隙填充材料可包括以上示例性材料中的一或多者。可使用藉由任何可接受的製程形成的其他介電材料。可使用平坦化製程(例如CMP製程、磨削製程等)將介電材料126平坦化。在一些實施例中，平坦化製程可暴露出電子晶粒122，使得電子晶粒122的表面與介電材料126的表面共面。
在圖10中，根據一些實施例，將可選的支撐件125貼合至所述結構。支撐件125是貼合至所述結構以提供結構穩定性或機械穩定性的剛性結構。使用支撐件125可減少翹曲或彎曲，此可改善例如波導104或光子元件106等光學結構的效能。支撐件125可包含一或多種材料，例如矽(例如，矽晶圓、塊狀矽等)、氧化矽、金屬、有機芯體材料、類似材料或另一類型的材料。可使用黏合層127將支撐件125貼合至所述結構(例如，貼合至介電材料126及/或電子晶粒122)，如圖10中所示，或者可使用直接接合或另一合適的技術來貼合支撐件125。在一些實施例中，支撐件125可具有大約介於約500微米與約700微米之間的厚度。支撐件125亦可具有較所述結構的尺寸大、與所述結構的尺寸大約相同或較所述結構的尺寸小的側向尺寸(例如，長度、寬度及/ 或面積)。在其他實施例中，在製造光子封裝100期間在較所示製程步驟晚的製程步驟中貼合支撐件125。
在圖11中，根據一些實施例，將所述結構翻轉並貼合至載體140。載體140可為例如晶圓(例如，矽晶圓)、面板、玻璃基底、陶瓷基底等。可使用例如黏合劑或釋放層(未示出)將所述結構貼合至載體140。根據一些實施例，接著對基底102C的後側進行薄化以暴露出通孔112。可藉由CMP製程、機械磨削、蝕刻製程、類似製程或其組合對基底102C進行薄化。
在圖12中，根據一些實施例，移除基底102C的一部分以形成暴露出氧化物層102B的凹槽129。凹槽129可在波導104之上及耦合器107之上延伸且可延伸至光子封裝100的邊緣，如圖12中所示。在一些實施例中，形成多於一個的凹槽129。可使用合適的光微影技術及蝕刻技術形成凹槽129。舉例而言，在一些實施例中，可在所述結構之上形成光阻並將所述光阻圖案化，其中所述圖案對應於凹槽129。可使用經圖案化的光阻作為蝕刻罩幕對基底102C進行蝕刻。可使用一或多種合適的技術(例如濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程或其組合)執行蝕刻。在一些實施例中，蝕刻可為選擇性的，使得在不顯著蝕刻氧化物層102B的情況下移除基底102C。舉例而言，可使用HNO3、HF、CH3COOH、類似材料或其組合執行蝕刻。可存在其他蝕刻技術。在一些實施例中，凹槽129可具有介於約6微米至約25微米的範圍內的深度D1，但可存在其他深度。在一些實施例中，凹槽129的側壁是傾斜的 或成小平面的，例如圖12中所示，但在其他實施例中，凹槽129可具有垂直的側壁或具有與所示側壁不同斜度的側壁。
在圖13中，根據一些實施例，使用介電層130填充凹槽129。介電層130可包含與以上針對介電層108或介電層115闡述的材料相似的一或多種材料，例如氧化矽等。在一些實施例中，介電層130可對相同波長範圍內的光透明或幾乎透明。可使用與以上針對介電層108或介電層115闡述的技術相似的技術形成介電層130或者可使用與以上針對介電層108或介電層115闡述的技術不同的技術形成介電層130。舉例而言，可藉由CVD、PVD、HDP-CVD、FCVD、類似技術或者使用不同的技術形成介電層130。在一些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP、磨削製程及/或蝕刻製程)移除介電層130的多餘材料。平坦化製程亦可暴露出通孔112。在執行平坦化製程之後，介電層130、基底102C及通孔112可具有實質上齊平的表面。
在一些情形中，使用介電層130替換基底102C的位於耦合器107之上的一部分可改善自邊緣安裝光纖(例如，圖15中的光纖150)至耦合器107的光學耦合。舉例而言，介電層130可為相較於基底102C對相關波長的光更透明的材料。舉例而言，在一些實施例中，介電層130可為氧化矽且基底102C可為矽。在一些情形中，基底102C的材料可反射或吸收相關波長的光。藉由使用介電層130替換耦合器107附近的基底102C，來自光纖的更少的光在到達耦合器107之前可被基底102C反射或吸收，且來自 光纖的更多的光可耦合至耦合器107中。以此種方式，可減少光學損耗，且可改善耦合器107與邊緣安裝光纖之間的耦合效率。另外，形成如本文中闡述的介電層130可避免例如底切及重新填充等困難製程步驟，且可使得能夠形成具有更穩健結構的光子封裝。在其他實施例中，可形成使用介電層130填充的多於一個的凹槽129，且所述一或多個介電層130可提供與圖22中針對介電層330A至330B闡述的益處相似的益處。
在圖14中，根據一些實施例，在被暴露出的通孔112及基底102C上形成導電墊128。導電墊128可為電性連接至重佈線結構120的導電墊或導電柱。導電墊128可由導電材料(例如銅、另一金屬或金屬合金、類似材料或其組合)形成。可藉由合適的製程(例如鍍覆)形成導電墊128的材料。舉例而言，在一些實施例中，導電墊128是藉由濺鍍、印刷、電鍍、無電鍍覆、CVD等形成的金屬柱(例如銅柱)。金屬柱可為無焊料的且具有實質上垂直的側壁。在一些實施例中，在導電墊128的頂上形成金屬頂蓋層(未示出)。金屬頂蓋層可包含鎳、錫、錫-鉛、金、銀、鈀、銦、鎳-鈀-金、鎳-金、類似材料或其組合，且可藉由鍍覆製程形成金屬頂蓋層。在一些實施例中，可在導電墊128之上形成凸塊下金屬(underbump metallization，UBM)(未示出)。在一些實施例中，可在基底102C之上形成鈍化層(未示出)(例如氧化矽或氮化矽)，以環繞或局部地覆蓋導電墊128。
仍參照圖14，根據一些實施例，可在導電墊128上形成 導電連接件132以形成光子封裝100。導電連接件132可為球柵陣列(ball grid array，BGA)連接件、焊料球、金屬柱、受控塌陷晶片連接(controlled collapse chip connection，C4)凸塊、微凸塊、無電鍍鎳鈀浸金技術(electroless nickel-electroless palladium-immersion gold technique，ENEPIG)形成的凸塊等。導電連接件132可包含導電材料，例如焊料、銅、鋁、金、鎳、銀、鈀、錫、類似材料或其組合。在一些實施例中，藉由以下方式形成導電連接件132：在開始時藉由例如蒸鍍(evaporation)、電鍍、印刷、焊料轉移(solder transfer)、植球(ball placement)等此種常用方法形成焊料層。一旦已在所述結構上形成焊料層，便可執行回焊，以將材料塑形成期望的凸塊形狀。在另一實施例中，導電連接件132是藉由濺鍍、印刷、電鍍、無電鍍覆、CVD等形成的金屬柱(例如銅柱)。金屬柱可為無焊料的且具有實質上垂直的側壁。在一些實施例中，在導電連接件132的頂上形成金屬頂蓋層(未示出)。金屬頂蓋層可包含鎳、錫、錫-鉛、金、銀、鈀、銦、鎳-鈀-金、鎳-金、類似材料或其組合，且可藉由鍍覆製程形成金屬頂蓋層。
在一些實施例中，可在單個BOX基底102上形成多個光子封裝100且接著將所述多個光子封裝100單體化以形成各別的光子封裝100，例如圖14中所示的光子封裝100。在此種實施例中，凹槽129及介電層130可延伸至在單體化期間被移除的劃線區中。可使用合適的技術(例如使用鋸切、雷射、類似技術或 其組合)執行單體化。本文中闡述的光子封裝100使得能夠與以下針對圖15示出的光纖150進行光學通訊。
圖15示出根據一些實施例的光子系統200。光子系統200包括貼合至內連基底202的一或多個光子封裝100及一或多個半導體裝置250。光子封裝100可相似於圖14中闡述的光子封裝100。在一些實施例中，光子封裝100會促進半導體裝置250與外部裝置、光學網路等之間的光學通訊。以此種方式，光子系統200可在單個內連基底202上將半導體裝置250與光子封裝100進行組合，此使得能夠與一或多個光纖150介接。如圖15中所示，光纖150可為邊緣安裝的。
內連基底202可為例如玻璃基底、陶瓷基底、介電基底、有機基底(例如，有機芯體(organic core))、半導體基底(例如，半導體晶圓)、類似基底或其組合。在一些實施例中，內連基底202包括導電墊204及導電佈線(例如，導電線、通孔、重佈線結構等)。在一些實施例中，內連基底202可包括被動裝置或主動裝置。在一些實施例中，內連基底202可為另一類型的結構，例如積體扇出型結構、重佈線結構等。在一些實施例中，內連基底202可相似於針對圖74闡述的內連基底1320。光子封裝100的導電連接件132可接合至內連基底202的導電墊204，進而在光子封裝100與內連基底202之間形成電性連接。舉例而言，可將光子封裝100的導電連接件132放置成與導電墊204進行實體接觸，且接著可執行(回焊)製程以將導電連接件132的焊料材料接合至導電墊 204。在一些實施例中，可在光子封裝100與內連基底202之間形成底部填充膠210。
半導體裝置250可為例如晶片、晶粒、系統晶片(SoC)裝置、積體電路上系統(SoIC)裝置、封裝、類似裝置或其組合。半導體裝置250可包括一或多個處理裝置，例如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)、特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)、高效能計算(high performance computing，HPC)晶粒、類似裝置或其組合。半導體裝置250可包括一或多個記憶體裝置，所述一或多個記憶體裝置可為揮發性記憶體，例如動態隨機存取記憶體(dynamic random-access memory，DRAM)、靜態隨機存取記憶體(static random-access memory，SRAM)、高頻寬記憶體(high-bandwidth memory，HBM)、另一類型的記憶體等。可將半導體裝置250貼合至內連基底202，且可在半導體裝置250與內連基底202之間形成底部填充膠210。
在一些實施例中，可將邊緣安裝光纖150貼合至內連基底202。光纖150可由光纖固持器152或相似結構固定，且可藉由光學膠212等貼合至內連基底202及/或光子封裝100。在一些實施例中，可藉由對由光子封裝100偵測的訊號強度進行監測的同時調整光纖150的位置來使光纖150主動對準至耦合器107。如前面所闡述，使用介電層130可減少光纖150與耦合器107之間的耦合的光學損耗。
在一些實施例中，光子封裝100自光纖150接收使用合適的光子元件106偵測的光學訊號(例如，在耦合器107處)。接著光子封裝100中的一或多個電子晶粒122可基於光學訊號產生對應的電性訊號。接著可將該些電性訊號經由內連基底202傳輸至半導體裝置250。在一些實施例中，半導體裝置250產生可經由內連基底202傳輸至光子封裝100的一或多個電子晶粒122的電性訊號。接著電子晶粒122可使用合適的光子元件106產生光學訊號且將該些光學訊號耦合至光纖150中(例如，使用耦合器107)。在一些實施例中，半導體裝置250控制光子封裝100的電子晶粒122。以此種方式，在一些實施例中，光子封裝100可被認為是光子系統200的「光學輸入/輸出(I/O)模組」。使用如本文所闡述的光子封裝100可在提供高速光學通訊的同時減小光子系統200的大小或成本。
圖16及圖17示出根據一些實施例的光子封裝100’及光子系統200’。光子封裝100’可相似於圖14中所示的光子封裝100，不同的是向支撐件125中蝕刻出溝槽(groove)131以促進光纖150的貼合。溝槽131可為例如可具有小平面的V形溝槽或U形溝槽。在一些實施例中，藉由使形成凹槽129的蝕刻延伸來向支撐件125中蝕刻出溝槽131。在其他實施例中，在單獨的蝕刻步驟中蝕刻出溝槽131。控制溝槽131的深度及大小可使得能夠達成光纖150的被動對準。舉例而言，可將光纖150裝配至溝槽131中，使得光纖150與耦合器107光學耦合。在一些情形中，以此種方式使 光纖150被動對準可減少組裝時間。
轉至圖17，示出根據一些實施例的包括具有溝槽131的光子封裝100’的光子系統200’。光子系統200’相似於圖15中所示的光子系統200，不同的是光子系統200’包括光子封裝100’。可使光纖150對準至光子封裝100’的溝槽131且接著使用光學膠212等固定光纖150。在一些實施例中，光纖150亦可由光纖固持器152支撐。
圖18至圖23示出根據一些實施例的形成光子封裝300的中間步驟。光子封裝300相似於光子封裝100，不同的是在基底102C中形成有多個凹槽329且使用導電連接件132將電子晶粒122貼合至通孔112。在一些情形中，相較於使用直接接合將電子晶粒122貼合至重佈線結構120，電子晶粒122可以更低的成本貼合至通孔112。
圖18示出根據一些實施例的與圖7中所示的結構相似的結構。舉例而言，圖18中所示的結構包括一或多個波導104、一或多個光子元件106、一或多個耦合器107、通孔112及重佈線結構320。波導104、光子元件106、耦合器107及通孔112可相似於前面針對光子封裝100闡述的波導104、光子元件106、耦合器107及通孔112，且可以與波導104、光子元件106、耦合器107及通孔112相似的方式形成。重佈線結構320可相似於針對圖6至圖7闡述的重佈線結構120且可以與重佈線結構120相似的方式形成。重佈線結構320可具有與介電層115實質上齊平的頂表 面。在一些實施例中，重佈線結構320包括導電特徵114的層而非導電墊116的層。
在圖19中，將支撐件125連接至所述結構。支撐件125可相似於前面針對圖10闡述的支撐件125且可以與前面針對圖10闡述的支撐件125相似的方式貼合。舉例而言。可使用黏合層127將支撐件125貼合至重佈線結構320及介電層115。在圖20中，根據一些實施例，將所述結構翻轉並貼合至載體140。載體140可相似於前面針對圖11闡述的載體140。可使用例如黏合劑或釋放層(未示出)將所述結構貼合至載體140。根據一些實施例，接著對基底102C的後側進行薄化以暴露出通孔112。可藉由CMP製程、機械磨削、蝕刻製程、類似製程或其組合對基底102C進行薄化。
在圖21中，根據一些實施例，移除基底102C的一部分以形成暴露出氧化物層102B的多個凹槽329。圖21示出兩個凹槽329A及329B，但在其他實施例中可形成多於兩個的凹槽329。如圖21中所示，凹槽329A可在波導104之上及耦合器107之上延伸且可延伸至光子封裝300的邊緣。凹槽329B可遠離光子封裝300的邊緣形成，且基底102C的剩餘部分可將凹槽329A與凹槽329B隔開。凹槽329A與凹槽329B可具有不同的大小或形狀，所述大小或形狀可不同於圖21中所示的大小或形狀。
可使用合適的光微影技術及蝕刻技術(例如針對圖12中所示的凹槽129闡述的技術)形成凹槽329A至329B。舉例而 言，在一些實施例中，可在所述結構之上形成光阻並將所述光阻圖案化，且接著可使用經圖案化的光阻作為蝕刻罩幕來對基底102C進行蝕刻。在一些實施例中，如圖21中所示，凹槽329A至329B的側壁是傾斜的或小平面的，但在其他實施例中，凹槽329A至329B可具有垂直的側壁或具有與所示側壁不同斜度的側壁。
在圖22中，根據一些實施例，使用介電材料填充凹槽329A至329B，以在凹槽329A中形成介電層330A且在凹槽329B中形成介電層330B。介電材料可包括與針對圖13中的介電層130闡述的材料相似的一或多種材料，例如氧化矽等。可使用與以上針對介電層130闡述的技術相似的技術形成介電材料。在一些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP、磨削製程及/或蝕刻製程)移除介電層330A至330B的多餘介電材料。平坦化製程亦可暴露出通孔112。在執行平坦化製程之後，介電層330A至330B、基底102C及通孔112可具有實質上齊平的表面。
在一些情形中，使用介電層330A替換基底102C的位於耦合器107之上的一部分可改善來自邊緣安裝光纖(例如，圖24中的光纖150)至耦合器107的光學耦合。此種改善相似於前面針對圖13中的介電層130闡述的改善。在一些情形中，使用介電層330B替換基底102C的位於耦合器107之上的一部分可改善光子封裝300的電性絕緣及/或熱絕緣。舉例而言，在一些實施例中，介電層330B可形成於光子元件206之上或重佈線結構320之上。在一些情形中，介電層330B的介電材料可較基底102C的材料提 供更佳的電性絕緣。因此，形成介電層330B可使得能夠達成減少的漏電或改善的電性絕緣。另外，在一些情形中，介電層330B的介電材料可較基底102C的材料提供更佳的熱絕緣。因此，使用介電層330B替換基底102C的一部分可使得介電層330B附近的元件或結構能夠達成更佳的熱隔離。在一些情形中，例如光子元件106、波導104或耦合器107等光子結構在升高的溫度下可具有改善的效能。可在此種光子結構附近形成介電層330B，以提供光子結構的改善的熱隔離及改善的加熱效率，此可改善光子封裝300的效能。在一些情形中，耦合器107之上的介電層330A亦可提供與電性絕緣或熱絕緣相似的益處。
在圖23中，根據一些實施例，在通孔112上形成導電墊128及導電連接件132，且將電子晶粒122貼合至導電連接件132。導電墊128及導電連接件132可相似於前面針對圖14闡述的導電墊128及導電連接件132。在一些實施例中，導電墊128可包括隨後用於配線接合(參見圖24)的一或多個導電墊，所述一或多個導電墊的實例在圖23中被表示為導電墊128’。
電子晶粒122可相似於前面針對圖8闡述的電子晶粒122，且可存在多於一個的電子晶粒122。在一些實施例中，可將電子晶粒122接合至導電墊128，進而在通孔與電子晶粒122之間形成電性連接。舉例而言，可將電子晶粒122的連接件124放置成與導電連接件132進行實體接觸，且接著可執行回焊製程以將導電連接件132的焊料材料接合至連接件124。在一些實施例中， 可在電子晶粒122與基底102C之間形成底部填充膠210。在一些情形中，使用導電連接件132貼合電子晶粒122可降低處理成本。以這種方式，可形成光子封裝300。在其他實施例中，可在光子封裝300中形成與圖16中所示的溝槽131相似的溝槽131。在貼合電子晶粒122之後，可自所述結構移除載體140。
圖24示出根據一些實施例的光子系統400。光子系統400包括貼合至內連基底402的一或多個光子封裝300。光子封裝300可相似於針對圖23闡述的光子封裝300。內連基底402可相似於針對圖15闡述的內連基底202。舉例而言，內連基底402可包括與內連基底202的導電墊204相似的一或多個導電墊404。在一些實施例中，使用黏合層410或另一合適的技術將光子封裝300的支撐件125貼合至內連基底402。
在一些實施例中，使用一或多個配線接合件420將光子封裝300電性連接至內連基底402。配線接合件420可連接至光子封裝300的導電墊128’且連接至內連基底402的導電墊404。在一些實施例(未在圖24中示出)中，隨後可在配線接合件420之上沉積包封體、模製化合物等。亦可將一或多個邊緣安裝光纖150貼合至內連基底402且光學耦合至光子封裝300的耦合器107。在一些實施例中，可將與針對圖15闡述的半導體裝置250相似的一或多個半導體裝置250連接至內連基底402(未在圖24中示出)。
圖25示出根據一些實施例的光子封裝500。光子封裝500相似於圖23中所示的光子封裝300，不同的是電子晶粒122 未貼合至導電性連接件132，且因此光子封裝500不包括電子晶粒122。光子封裝500可包括一或多個介電層330A至330B，所述一或多個介電層330A至330B可相似於針對圖23闡述的介電層330A至330B或者針對圖13闡述的介電層130。
圖26示出根據一些實施例的光子系統550。光子系統550包括貼合至內連基底202的一或多個光子封裝500。光子封裝500可相似於針對圖25闡述的光子封裝500。內連基底202可相似於針對圖15闡述的內連基底202。舉例而言，內連基底202可包括一或多個導電墊204。
可將光子封裝500的導電連接件132接合至內連基底202的導電墊204，進而在光子封裝500與內連基底202之間形成電性連接。舉例而言，可將光子封裝500的導電連接件132放置成與導電墊204進行實體接觸，且接著可執行回焊製程以將導電連接件132的焊料材料接合至導電墊204。在一些實施例中，可在光子封裝500與內連基底202之間形成底部填充膠210。
在一些實施例中，將一或多個電子晶粒122連接至內連基底202。電子晶粒122可相似於前面闡述的電子晶粒122。可使用例如焊料凸塊等將電子晶粒122連接至內連基底202的導電墊204。以這種方式，電子晶粒122可經由內連基底202電性連接至光子封裝500。在一些情形中，將電子晶粒122貼合至內連基底202可使得能夠達成設計的更大靈活性、形成更薄的光子系統550或者降低的處理成本。亦可將一或多個邊緣安裝光纖150貼合至 內連基底202且光學耦合至光子封裝500的耦合器107。在一些實施例中，可將與針對圖15闡述的半導體裝置250相似的一或多個半導體裝置250連接至內連基底202(未在圖26中示出)。
圖27至圖42示出根據一些實施例的形成光子封裝600的中間步驟。光子封裝600相似於光子封裝100，不同的是一或多個波導604(參見圖42中的波導604A至604B)形成於波導104之上且光學耦合至波導104。波導604由與波導104不同的材料形成。舉例而言，波導604可由氮化矽或聚合物形成，且波導104可由矽形成。可存在其他材料。在一些情形中，波導604可由具有較波導104少的光學損耗或低的製程成本的材料形成。以此種方式，可在光子封裝600中形成由波導104及波導604形成的光學網路，此可改善光子封裝600的效率或效能。
圖27示出根據一些實施例的BOX基底102。BOX基底102可相似於針對圖1闡述的BOX基底102。舉例而言，BOX基底可包括形成於基底102C之上的氧化物層102B以及形成於氧化物層102B之上的矽層102A。在圖28中，根據一些實施例，將矽層102A圖案化以形成用於波導104及/或光子元件106的矽區。波導104或光子元件106可相似於前面針對圖2闡述的波導104或光子元件106且可以與前面針對圖2闡述的波導104或光子元件106相似的方式形成。在一些實施例中，亦形成一或多個耦合器107(未在圖28中示出)。
在圖29中，根據一些實施例，在BOX基底102的前側 上形成介電層108，且在介電層108中形成通孔612及接觸件613。介電層108形成於波導104、光子元件106及氧化物層102B之上。介電層108可相似於前面針對圖3闡述的介電層108。
接著可在介電層108中形成通孔612及接觸件613。通孔612可延伸至介電層108中，且接觸件613可延伸至介電層108中，以與光子元件106進行電性接觸。在一些實施例中，可使用鑲嵌製程(例如，單鑲嵌、雙鑲嵌等)形成通孔612或接觸件613。可例如藉由使用可接受的光微影技術及蝕刻技術在介電層108中形成開口來形成通孔612及接觸件613。在一些實施例中，開口可局部地或完全延伸穿過介電層108或者可局部地延伸至氧化物層102B中。在形成開口之後，可在開口內沉積導電材料以形成通孔612及接觸件613。通孔612及/或接觸件613的導電材料可為與前面針對通孔112或接觸件113(參見圖5)闡述的材料相似的材料且可使用與通孔112或接觸件113相似的技術形成。在其他實施例中，可使用其他技術或材料形成通孔612或接觸件613。
在圖30中，根據一些實施例，在介電層108之上形成重佈線結構120。重佈線結構120可相似於針對圖6闡述的重佈線結構120。舉例而言，重佈線結構120可包括介電層117及形成於介電層117中且提供內連及電性佈線的導電特徵114。重佈線結構120可對通孔612、接觸件613及/或上覆裝置(例如電子晶粒122(參見圖32))進行連接。在圖31中，根據一些實施例，移除重佈線結構120的一部分且使用介電層115替換重佈線結構120的 所述一部分。移除重佈線結構120的所述一部分及沉積介電層115可相似於前面針對圖7闡述的製程及材料。
在圖32中，根據一些實施例，將一或多個電子晶粒122貼合至重佈線結構120且形成介電材料126。電子晶粒122可相似於針對圖8闡述的電子晶粒122且可使用與針對圖8闡述的電子晶粒122相似的技術貼合至重佈線結構120。舉例而言，可使用直接接合等貼合電子晶粒122。介電材料126可為與前面針對圖9闡述的介電材料126相似的材料且可以與前面針對圖9闡述的介電材料126相似的方式形成。可在形成介電材料126之後執行平坦化製程，此可使電子晶粒122的頂表面及介電材料126的頂表面實質上平坦。
在圖33中，根據一些實施例，將支撐件125貼合至所述結構。支撐件125可相似於前面針對圖10闡述的支撐件125且可以與前面針對圖10闡述的支撐件125相似的方式貼合。舉例而言，可使用黏合層127等來貼合支撐件125。
在圖34中，根據一些實施例，將所述結構翻轉並貼合至載體140。載體140可相似於前面針對圖11闡述的載體140。可使用例如黏合劑或釋放層(未示出)將所述結構貼合至載體140。根據一些實施例，接著移除基底102C的後側以暴露出氧化物層102B。可使用CMP製程、機械磨削、蝕刻製程(例如，濕式蝕刻、乾式蝕刻或其組合)、類似製程或其組合移除基底102C。
在圖35中，根據一些實施例，對氧化物層102B進行薄 化。可使用CMP製程、機械磨削、蝕刻製程(例如，濕式蝕刻、乾式蝕刻或其組合)、類似製程或其組合對氧化物層102B進行薄化。在一些實施例中，在薄化之後，氧化物層102B可具有介於約100奈米至約400奈米的範圍內的厚度。可存在其他厚度。在一些情形中，對氧化物層102B進行薄化可使得能夠在波導104與隨後形成的波導604A(參見圖37)之間達成更高效的光學耦合。
圖36、圖37及圖38示出根據一些實施例的在氧化物層102B之上形成波導604的中間步驟。在一些實施例中，波導604可包含例如氮化矽、聚合物等材料。以下對圖36、圖37及圖38的說明是針對其中波導604包含氮化矽的實施例，但在其他實施例中可使用其他材料。光子封裝600包括兩層波導604，包括一層波導604A及一層波導604B，但在其他實施例中，光子封裝600可包括更多層或更少層的波導604。在一些實施例中，為光子封裝600形成單層波導604，且在其他實施例中，為光子封裝600形成三或更多層的波導604。舉例而言，可藉由重複進行針對形成波導604A或波導604B闡述的步驟中的一些步驟或所有步驟來形成更多層的波導604。
在圖36中，根據一些實施例，在氧化物層102B之上沉積氮化矽層602。可使用合適的沉積技術(例如CVD、電漿增強型化學氣相沉積(plasma-enhanced CVD，PECVD)、低電壓化學氣相沉積(low pressure CVD，LPCVD)、PVD等)形成氮化矽層602。在一些實施例中，氮化矽層602被形成為具有介於約0.3微 米至約1.0微米的範圍內的厚度，但可存在其他厚度。
在圖37中，根據一些實施例，將氮化矽層602圖案化以形成波導604A。可使用可接受的光微影技術及蝕刻技術圖案化出波導604A。舉例而言，在一些實施例中，可在氮化矽層602之上形成硬罩幕層並將所述硬罩幕層圖案化。接著可使用蝕刻製程將硬罩幕層的圖案轉移至氮化矽層602。蝕刻製程可包括例如乾式蝕刻製程及/或濕式蝕刻製程。相較於氧化矽或其他材料，蝕刻製程可對氮化矽具有選擇性。可對氮化矽層602進行蝕刻以形成對波導604A進行界定的凹槽，其中剩餘的未凹陷部分的側壁界定波導604A的側壁。在一些實施例中，可使用多於一個的光微影及蝕刻序列來將氮化矽層602圖案化。可自氮化矽層602圖案化出一個波導604A或多個波導604A。若形成多個波導604A，則所述多個波導604A可為各別的單獨波導604A或者被連接為單一連續結構。在一些實施例中，波導604A中的一或多者形成連續的迴圈。在一些實施例中，波導604A可包括光子結構，例如光柵耦合器、邊緣耦合器或使得光學訊號能夠在兩個波導604A之間及/或波導604A與波導104之間傳輸的耦合器(例如，模式轉換器)。舉例而言，波導604A可包括使得光學訊號及/或光學功率能夠在波導604A與例如邊緣安裝光纖150之間傳送的邊緣耦合器。
在一些情形中，由氮化矽形成的波導(例如，波導604A)相對於由矽形成的波導(例如，波導104)可具有優勢。舉例而言，氮化矽具有較矽高的介電常數，且因此氮化物波導可具有較矽波 導大的內部光限制。此亦可使得氮化物波導的效能或洩漏能夠對製程變化不太敏感、對尺寸均勻性不太敏感且對表面粗糙度(例如，邊緣粗糙度或線寬度粗糙度)不太敏感。在一些情形中，降低的製程敏感度可使得氮化物波導能夠較矽波導更易於處理或處理成本更低。該些特性可使得氮化物波導能夠具有較矽波導低的傳播損耗。在一些情形中，氮化物波導的傳播損耗(分貝/公分(dB/cm))可介於矽波導的約0.1%與約50%之間。在一些情形中，氮化物波導亦可相對於矽波導對環境的溫度不太敏感。舉例而言，氮化物波導對溫度的敏感度可小至矽波導的敏感度的約1%。以此種方式，本文中闡述的實施例可使得能夠形成具有氮化物波導(例如，波導604A)及矽波導(例如，波導104)二者的光子封裝600。光子封裝600中的多組波導(例如，104、604)可使得能夠在光子封裝600內達成更大及更高效的光學網路，此可促成更快及更高效的裝置效能。
轉至圖38，根據一些實施例，在波導604A之上形成介電層605，且可在介電層605之上形成波導604B。介電層605可包含與以上針對介電層108或介電層115闡述的材料相似的一或多種材料。舉例而言，介電層605可包含氧化矽等。可使用與以上針對介電層108或介電層115闡述的技術相似的技術形成介電層605或者可使用與以上針對介電層108或介電層115闡述的技術不同的技術形成介電層605。舉例而言，可藉由CVD、PVD、HDP-CVD、FCVD等或者使用不同的技術形成介電層605。在一 些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP、磨削製程及/或蝕刻製程)移除介電層605的多餘材料。在平坦化之後，在一些實施例中，介電層605可具有介於約0.6微米與約1.6微米之間的厚度。可存在其他厚度。在一些情形中，較薄的介電層605可使得能夠在波導604A與上覆的波導604B(若存在)之間達成更高效的光學耦合。
接著可在介電層605上形成波導604B。可使用與用於形成波導604A的技術相似的技術形成波導604B。舉例而言，可在介電層605上沉積氮化矽層並將氮化矽層圖案化以形成波導604B。波導604B可包括使得光學訊號能夠在兩個波導604B之間及/或波導604B與波導604A之間傳輸的耦合器或者可包括一或多個邊緣耦合器。在一些實施例中，可藉由例如以下方式在波導604B之上形成波導604的附加層：沉積介電層、對介電層進行薄化、且接著以與波導604A至604B的方式相似的方式形成附加波導。
轉至圖39，根據一些實施例，在波導604B之上及介電層605之上形成介電層608。介電層608可包含與以上針對介電層108、介電層115或介電層605闡述的材料相似的一或多種材料且可使用與介電層108、介電層115或介電層605相似的技術形成。舉例而言，介電層608可包含氧化矽等。在一些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP、磨削製程及/或蝕刻製程)移除介電層605的多餘材料。在一些實施例中，使用平坦化製程(例如，CMP或磨削製程)移除介電層608的多餘材料。在平坦化之後，在一 些實施例中，介電層608可具有介於約6微米與約25微米之間的厚度。可存在其他厚度。
圖40及圖41闡述根據一些實施例的穿孔616的形成。穿孔616延伸穿過介電層608、介電層605及氧化物層102B，以電性接觸通孔612。在圖40中，根據一些實施例，形成延伸穿過介電層608、介電層605及氧化物層102B的開口615，以暴露出通孔612。可藉由可接受的光微影技術及蝕刻技術(例如藉由形成光阻並將所述光阻圖案化，且接著使用經圖案化的光阻作為蝕刻罩幕執行蝕刻製程)形成開口615。蝕刻製程可包括例如乾式蝕刻製程及/或濕式蝕刻製程。
在圖41中，根據一些實施例，在開口615中形成導電材料，進而形成穿孔616。在一些實施例中，可使用TaN、Ta、TiN、Ti、CoW等在開口615中形成例如擴散障壁層、黏合層等襯墊(未示出)，且可使用合適的沉積製程(例如ALD等)形成襯墊。在一些實施例中，接著可在開口615中沉積可包含銅或銅合金的晶種層(未示出)。使用例如ECP或無電鍍覆在開口615中形成穿孔616的導電材料。導電材料可包括例如金屬或金屬合金(例如銅、銀、金、鎢、鈷、鋁或其合金)。可執行平坦化製程(例如，CMP製程或磨削製程)以沿著介電層608的頂表面移除多餘的導電材料，使得穿孔616的頂表面與介電層608的頂表面齊平。穿孔616使得電性功率或電性訊號能夠傳輸至重佈線結構120或自重佈線結構120傳輸。
在圖42中，根據一些實施例，在穿孔616上形成導電墊128及導電連接件132，進而形成光子封裝600。可自所述結構移除載體140，且接著可在穿孔616上形成導電墊128。導電墊128可相似於針對圖14闡述的導電墊128且可以與針對圖14闡述的導電墊128相似的方式形成。接著可在導電墊128上形成導電連接件132，導電連接件132可相似於針對圖14闡述的導電連接件132且以與針對圖14闡述的導電連接件132相似的方式形成。
圖43示出根據一些實施例的光子系統700。光子系統700可相似於針對圖15闡述的光子系統200，不同的是使用與針對圖42闡述的光子封裝600相似的光子封裝600。光子系統700包括貼合至內連基底202的一或多個光子封裝600及一或多個半導體裝置250。內連基底202及半導體裝置250可相似於前面針對光子系統200闡述的內連基底202及半導體裝置250。可將光纖150貼合至內連基底202且耦合至光子封裝600中。舉例而言，光纖150可光學耦合至形成於波導604中的一或多者中的邊緣耦合器，或者可光學耦合至形成於波導104中的一或多者中的邊緣耦合器。使用包括多組波導(例如，104、604)的光子封裝600可使得能夠達成光子系統700的更快及更高效的運作。
圖44至圖50示出根據一些實施例的形成光子封裝900的中間步驟。光子封裝900(參見圖50)包括併入於光子封裝內的光子結構800。光子結構800包括一或多個電子晶粒122及波導104，且光子封裝900包括由與波導104不同的材料製成的一或多 個波導920。舉例而言，波導920可由氮化矽、聚合物或另一材料製成。在一些情形中，波導920可由具有較波導104少的光學損耗或低的製程成本的材料形成。以此種方式，可在光子封裝900中形成由波導104及波導920形成的光學網路，此可改善光子封裝900的效率或效能。
圖44示出根據一些實施例的光子結構800。光子結構800可相似於前面在圖35中示出的結構。光子結構800可由與圖35中所示的結構相似的材料形成且使用與圖35中所示的結構相似的技術形成。舉例而言，光子結構800可包括形成於重佈線結構120之上的波導104及光子元件106以及貼合至重佈線結構120的一或多個電子晶粒122。在一些實施例中，光子結構800亦可包括通孔612及已被薄化的氧化物層102B。在一些實施例中，光子結構800亦可包括支撐件125。
在圖45中，根據一些實施例，在載體基底901之上形成穿孔914。載體基底901可為例如晶圓、玻璃載體基底、陶瓷載體基底等。在一些實施例中，可在載體基底901上形成釋放層(未示出)。作為形成穿孔914的實例，可在載體基底901之上形成晶種層(未示出)。在一些實施例中，晶種層是金屬層，可為單層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在特定實施例中，晶種層包括鈦層及位於所述鈦層之上的銅層。可使用例如PVD等形成晶種層。在晶種層上形成光阻並將所述光阻圖案化。可藉由旋轉塗佈等形成光阻且可將所述光阻暴露至光以進行圖案化。光阻 的圖案對應於導通孔。所述圖案化會形成穿過光阻的開口以暴露出晶種層。在光阻的開口中及在晶種層的被暴露出的部分上形成導電材料。可藉由鍍覆(例如電鍍或無電鍍覆)等形成所述導電材料。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁等。移除光阻以及晶種層的上面未形成有導電材料的部分。可藉由例如使用氧電漿等進行可接受的灰化製程或剝除製程來移除光阻。一旦光阻被移除，則例如使用可接受的蝕刻製程(例如藉由濕式蝕刻或乾式蝕刻)來移除晶種層的被暴露出的部分。晶種層的剩餘部分與導電材料形成穿孔914。穿孔914可具有與所示般不同的數目或排列。
在圖46中，根據一些實施例，將光子結構800貼合至載體基底901且將光子結構800包封。光子結構800可相似於圖44中所示的光子結構800。穿孔914及光子結構800的排列可與所示般不同。可藉由例如黏合層等將光子結構800貼合至載體基底901。
在貼合光子結構800之後，在穿孔914及光子結構800上以及穿孔914及光子結構800周圍形成包封體916。包封體916可為模製化合物、環氧樹脂等。包封體916可藉由壓縮模製(compression molding)、轉移模製(transfer molding)等施加，且可形成於載體基底901之上，使得穿孔914及/或光子結構800被隱埋或被覆蓋。包封體916可以液體或半液體形式被施加且接著隨後被固化。接著可對包封體916執行平坦化製程，以暴露出 穿孔914。平坦化製程亦可暴露出光子結構800的表面，例如光子結構的支撐件125。在平坦化製程之後，穿孔914的頂表面、包封體916的頂表面及/或光子結構800的頂表面可在製程變化內實質上共面。平坦化製程可為例如化學機械研磨(CMP)、磨削製程等。在一些實施例中，若穿孔914已被暴露出，則可例如省略平坦化。
在圖47中，在包封體916、穿孔914及光子結構800之上形成重佈線結構922。重佈線結構922包括：介電層924、928、932及936；以及金屬化圖案926、930及934。金屬化圖案亦可被稱為重佈線層或重佈線走線。重佈線結構922被示出為具有三層金屬化圖案的實例，但可在重佈線結構922中形成更多或更少的介電層及金屬化圖案。若欲形成更少的介電層及金屬化圖案，則可省略以下論述的步驟及製程。若欲形成更多的介電層及金屬化圖案，則可重複進行以下論述的步驟及製程。
作為形成重佈線結構922的實例，在包封體916、穿孔914及光子結構800上沉積介電層924。在一些實施例中，介電層924由可使用微影罩幕進行圖案化的感光性材料(例如聚苯並噁唑(polybenzoxazole，PBO)、聚醯亞胺(polyimide)、苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)等)形成。可藉由旋轉塗佈、疊層、CVD、類似製程或其組合形成介電層924。接著將介電層924圖案化。所述圖案化會形成暴露出穿孔914的一些部分的開口。可藉由可接受的製程(例如藉由在介電層924是感光性材料時將介電層924暴露至光並將介電層924顯影或者藉由使用例如非等向性 蝕刻進行蝕刻)來進行圖案化。
接著形成金屬化圖案926。金屬化圖案926包括導電元件，所述導電元件沿著介電層924的主表面延伸且延伸穿過介電層924以在實體上耦合至且電性耦合至穿孔914。作為形成金屬化圖案926的實例，在介電層924之上及延伸穿過介電層924的開口中形成晶種層。在一些實施例中，晶種層是金屬層，可為單層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在一些實施例中，晶種層包括鈦層及位於所述鈦層之上的銅層。可使用例如PVD等形成晶種層。接著在晶種層上形成光阻並將所述光阻圖案化。可藉由旋轉塗佈等形成光阻且可將所述光阻暴露至光以進行圖案化。光阻的圖案對應於金屬化圖案926。所述圖案化會形成穿過光阻的開口以暴露出晶種層。接著在光阻的開口中及在晶種層的被暴露出的部分上形成導電材料。可藉由鍍覆(例如電鍍或無電鍍覆)等形成所述導電材料。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁等。導電材料與晶種層的下伏部分的組合形成金屬化圖案926。移除光阻以及晶種層的上面未形成有導電材料的部分。可藉由例如使用氧電漿等進行可接受的灰化製程或剝除製程來移除光阻。一旦光阻被移除，則例如使用可接受的蝕刻製程(例如藉由濕式蝕刻或乾式蝕刻)來移除晶種層的被暴露出的部分。
接著可以相似的方式形成其餘的介電層928/932/936及金屬化圖案930/934。舉例而言，在金屬化圖案926及介電層924上沉積介電層928。介電層928可以與介電層924相似的方式形成 且可由與介電層924相似的材料形成。接著形成金屬化圖案930。金屬化圖案930包括位於介電層928的主表面上且沿著介電層928的主表面延伸的部分。金屬化圖案930更包括延伸穿過介電層928以在實體上耦合及電性耦合金屬化圖案926的部分。金屬化圖案930可以與金屬化圖案926相似的方式形成且由與金屬化圖案926相似的材料形成。在一些實施例中，金屬化圖案930具有與金屬化圖案926不同的大小。舉例而言，金屬化圖案930的導電線及/或通孔可寬於或厚於金屬化圖案926的導電線及/或通孔。此外，金屬化圖案930可被形成至較金屬化圖案926大的節距(pitch)。
接著可以相似的方式形成介電層932及金屬化圖案934。金屬化圖案934是重佈線結構922的最頂部金屬化圖案。由此，重佈線結構922的所有中間金屬化圖案(例如，金屬化圖案926及930)設置於金屬化圖案934與穿孔914之間。在一些實施例中，金屬化圖案934具有與金屬化圖案926及930不同的大小。舉例而言，金屬化圖案934的導電線及/或通孔可寬於或厚於金屬化圖案926及930的導電線及/或通孔。此外，金屬化圖案934可被形成至較金屬化圖案930大的節距。介電層936是重佈線結構922的最頂部介電層。
在圖48中，將所述結構自載體基底901移除、翻轉並貼合至載體基底903。根據一些實施例，亦可在穿孔914及通孔612上形成導電連接件918。在一些實施例中，載體基底903可相似於載體基底901。形成導電連接件918以用於連接至光子結構 800的重佈線結構120且用於連接至穿孔914。舉例而言，導電連接件918可由與重佈線結構922的金屬化圖案或穿孔914相同的材料形成。在一些實施例中，可在氧化物層102B中形成開口，其中導電連接件918延伸穿過氧化物層102B以在實體上接觸及電性接觸通孔612。可使用合適的光微影技術及蝕刻技術形成氧化物層102B中的開口。
在圖49中，在氧化物層102B及包封體916之上形成一或多個波導920。在一些實施例中，波導920可包含例如聚合物、氮化矽等材料。舉例而言，波導920可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、BCB等聚合物，但在其他實施例中可使用其他材料。在一些實施例中，波導920中的一或多者可經由氧化物層102B光學耦合至波導104。在一些實施例中，波導920中的一或多者在包封體916之上延伸至所述結構的邊緣，使得邊緣安裝光纖150可耦合至那些波導920(參見圖51)中。在一些實施例中，一或多個波導920可被形成為延伸至劃線區中，使得波導920的側壁在光子封裝900的單體化期間被暴露出。
可例如藉由以下方式形成波導920：在氧化物層102B及包封體916之上沉積波導920的材料層(未在圖中單獨示出)，且接著將所述材料層圖案化以形成波導920。可使用合適的技術(例如旋轉塗佈技術)沉積材料層，但可存在其他技術。在一些實施例中，波導920被形成為具有介於約3微米至約6微米的範 圍內的厚度，但可存在其他厚度。
可使用可接受的光微影技術及蝕刻技術圖案化出波導920。舉例而言，在一些實施例中，可在材料層之上形成硬罩幕層並將所述硬罩幕層圖案化。接著可使用蝕刻製程將硬罩幕層的圖案轉移至材料層。蝕刻製程可包括例如乾式蝕刻製程及/或濕式蝕刻製程。可對材料層進行蝕刻以形成對波導920進行界定的凹槽，其中剩餘的未凹陷部分的側壁界定波導920的側壁。在一些實施例中，可使用多於一個的光微影及蝕刻序列來將材料層圖案化。可自材料層圖案化出一個波導920或多個波導920。若形成多個波導920，則所述多個波導920可為各別的單獨波導920或者被連接為單一連續結構。在一些實施例中，波導920中的一或多者形成連續的迴圈。在一些實施例中，波導920可包括光子結構，例如光柵耦合器、邊緣耦合器或使得光學訊號能夠在兩個波導920之間及/或波導920與波導104之間傳輸的耦合器(例如，模式轉換器)。舉例而言，波導920可包括使得光學訊號及/或光學功率能夠在波導920與例如邊緣安裝光纖150之間傳送的邊緣耦合器。
在一些情形中，由聚合物材料形成的波導(例如，波導920)相對於由矽形成的波導(例如，波導104)可具有優勢。舉例而言，聚合物材料可具有較矽高的介電常數，且因此聚合物波導可具有較矽波導大的內部光限制(confinement)。此亦可使得氮化物波導的效能或洩漏(leakage)能夠對製程變化不太敏感、對尺寸均勻性不太敏感且對表面粗糙度(例如，邊緣粗糙度或線寬 度粗糙度)不太敏感。在一些情形中，降低的製程敏感度可使得聚合物波導能夠較矽波導更易於處理或成本更低。該些特性可使得聚合物波導能夠具有較矽波導低的傳播損耗。以此種方式，本文中闡述的實施例可使得能夠形成具有聚合物波導(例如，波導920)及矽波導(例如，波導104)二者的光子封裝900。光子封裝900中的多組波導(例如，104、920)可使得能夠在光子封裝900內達成更大及更高效的光學網路，此可促成更快及更高效的裝置效能。
在圖50中，根據一些實施例，在導電連接件918及波導920之上形成重佈線結構940。圖50中所示的重佈線結構940包括介電層942/946及金屬化圖案944。在其他實施例中，重佈線結構940可具有與所示般不同的另一數目的介電層及金屬化圖案。介電層942/946及金屬化圖案944可相似於重佈線結構922(參見圖47)的介電層及金屬化圖案且可以與重佈線結構922的介電層及金屬化圖案相似的方式形成。金屬化圖案944被形成為在實體上連接至及電性連接至導電連接件918，且因此電性連接至穿孔914及/或光子結構800。
在一些實施例中，在重佈線結構940上形成凸塊下金屬(UBM)947。UBM 947可具有凸塊部分且可具有通孔部分，凸塊部分位於介電層946的主表面上且沿著介電層946的主表面延伸，通孔部分延伸穿過介電層946以在實體上耦合及電性耦合金屬化圖案944。因此，UBM 947電性耦合至穿孔914及光子結構 800。UBM 947可由與金屬化圖案944相同的材料形成。在一些實施例中，UBM 947具有與金屬化圖案944不同的大小。
在一些實施例中，將一或多個半導體裝置250連接至UBM 947。半導體裝置250可相似於前面闡述的半導體裝置250。半導體裝置250可藉由導電連接件948連接至UBM 947，導電連接件948可為例如焊料凸塊等。可在半導體裝置250與重佈線結構940之間沉積底部填充膠210。隨後可自載體基底903移除光子封裝900且可在重佈線結構922上形成UBM 956及導電連接件958(參見圖51)。UBM 956可相似於前面闡述的導電墊128或UBM 947，且導電連接件958可相似於前面闡述的導電連接件132。
圖51示出根據一些實施例的光子系統950。光子系統950包括貼合至內連基底952的一或多個光子封裝900。光子封裝900可相似於針對圖50闡述的光子封裝900。內連基底952可相似於針對圖15闡述的內連基底202。舉例而言，內連基底952可包括與內連基底202的導電墊204相似的一或多個導電墊954。可將光子封裝900的導電連接件958接合至內連基底952的導電墊954，進而在光子封裝900與內連基底952之間形成電性連接。舉例而言，可將光子封裝900的導電連接件958放置成與導電墊954進行實體接觸，且接著可執行回焊製程以將導電連接件958的焊料材料接合至導電墊954。在一些實施例中，可在光子封裝900與內連基底952之間形成底部填充膠210。在一些實施例中，可將光纖150貼合至內連基底952且光學耦合至波導104。
圖52至圖55示出根據一些實施例的形成光子系統1000的中間步驟。光子系統1000相似於圖51中所示的光子系統950，不同的是光子系統1000包括多個光子結構800A至800B，光子結構800A至800B與半導體裝置250A至250B介接且使用藉由由波導920形成的光學網路傳輸的光學訊號進行通訊。使用波導920的光學網路進行相互通訊可使得光子系統1000能夠達成改善的速度及效率。圖55示出具有兩個光子結構800A至800B的光子系統1000，但在其他實施例中可存在另一數目的光子結構800。
圖52示出根據一些實施例的包括形成於重佈線結構1022上的多個光子結構800A至800B及穿孔914的結構。除多個光子結構800A至800B之外，圖51中所示的結構相似於圖48中所示的結構。舉例而言，圖52中所示的結構包括穿孔914，穿孔914可相似於圖48中所示的穿孔914且可以與圖48中所示的穿孔914相似的方式形成。圖52中所示的重佈線結構1022相似於圖48所示重佈線結構922且可以與圖48所示重佈線結構922相似的方式形成。與圖48中所示的結構相似，穿孔914及光子結構800A至800B已被包封體916包封，且導電連接件918已形成於穿孔914上及光子結構800A至800B的通孔612上。
在圖53中，在光子結構800A至800B之上形成一或多個波導920。波導920可相似於前面針對圖49闡述的波導920且可以與前面針對圖49闡述的波導920相似的方式形成。舉例而言，波導920可由聚合物材料(例如前面針對圖49闡述的材料) 形成，但可存在其他材料。波導920中的一些波導920可在光子結構800A至800B的波導104中的一些波導104之上延伸，且波導920中的一些波導920可光學耦合至波導104。以此種方式，波導920可形成在光子結構800A至800B之間延伸且在光子結構800A至800B之間傳遞光學訊號的光學網路。
在圖54中，根據一些實施例，形成重佈線結構1040且將半導體裝置250A至250B連接至重佈線結構1040。重佈線結構1040相似於圖49中所示的重佈線結構940且可以與重佈線結構940相似的方式形成。舉例而言，重佈線結構1040可對導電連接件918進行電性連接。半導體裝置250A至250B可相似於前面闡述的半導體裝置250。可以與針對圖50闡述的方式相似的方式將半導體裝置250A至250B連接至重佈線結構1040。舉例而言，可使用例如焊料凸塊等將半導體裝置250A至250B連接至形成於重佈線結構1040上的UBM。在一些實施例中，半導體裝置250A至250B可各自連接至相應的光子結構800A至800B的重佈線結構120。以此種方式，半導體裝置250A至250B可與光子結構800A至800B進行通訊。在一些實施例中，光子結構800A至800B可藉由在波導920之上發送及接收光學訊號來促進半導體裝置250A至250B之間的通訊。
在圖55中，將重佈線結構1022連接至內連基底1002，進而形成光子系統1000。內連基底1002可相似於針對圖51闡述的內連基底952。舉例而言，內連基底1002可包括導電墊1004。 在一些實施例中，可在重佈線結構1022上形成UBM 956及導電連接件958。UBM 956可藉由導電連接件958連接至導電墊1004。以此種方式，可形成使得能夠使用波導920在多個半導體裝置250A至250B之間進行高效且高速的光學通訊的光子系統1000。
圖56至圖63示出根據一些實施例的形成光子系統1100的中間步驟。光子系統1100(參見圖63)包括貼合至光子內連結構1111(參見圖59)的多個光子封裝1101(參見圖56或圖56中的光子封裝1101A至1101B)。光子內連結構1111包括光學耦合至光子封裝1101且使得能夠在光子封裝1101之間進行光學通訊的波導1106。以此種方式，可在光子封裝1101之間達成高效且高速的光學通訊。圖63示出具有兩個光子封裝1101A至1101B的光子系統1000，但在其他實施例中可存在另一數目的光子封裝1101。
圖56示出根據一些實施例的光子封裝1101。光子封裝1101相似於圖14中所示的光子封裝100，不同的是光子封裝1101包括形成於介電層134中的接觸墊136。舉例而言，光子封裝1101包括波導104、光柵耦合器107A至107B、通孔112及介電層130。接觸墊136可相似於針對圖6闡述的導電墊116，且介電層134可相似於針對圖6闡述的介電層117。舉例而言，可在基底102C、通孔112及介電層130之上形成介電層134，可在介電層134中圖案化出開口且接著可在開口中形成接觸墊136的導電材料。可存在其他形成技術。
根據一些實施例，光子封裝1101可包括可選特徵，例 如位於支撐件125上的反射器109及塗層123。反射器109可形成於對應的光柵耦合器107附近，以增強光柵耦合器107與另一元件(例如耦合器或光纖)之間的光學耦合。舉例而言，圖56中所示的光子封裝1101包括反射器109A及反射器109B，反射器109A形成於光柵耦合器107A下方以增強光柵耦合器107A與位於光柵耦合器107A上方的光纖150(參見圖63)之間的耦合，反射器109B形成於光柵耦合器107B上方以增強光柵耦合器107B與光子內連結構1111的位於光柵耦合器107B下方的光柵耦合器1107(參見圖63)之間的耦合。反射器109可包包含一或多層材料，例如金屬(例如，銅等)、氮化鈦、類似材料或其組合。在一些實施例中，反射器109可包括介電層的週期性堆疊，例如包括氧化矽層、氮化矽層等的堆疊。舉例而言，可藉由在氧化物層102B上沉積材料且接著將所述材料圖案化來形成反射器109A，且可藉由在介電層108上沉積材料且接著將所述材料圖案化來形成反射器109B。可存在其他形成技術。
形成於支撐件125上的可選塗層123可為例如抗反射塗層。塗層123可形成於支撐件125的整個表面之上(如圖56中所示)或者形成於支撐件125的一部分上。對於其中光纖150(例如，圖63中的光纖150A至150B)貼合至支撐件125且經由支撐件125進行光學通訊的實施例，使用塗層123可減少光纖150與支撐件125之間的光學損耗或反射。舉例而言，對於其中支撐件125包含矽的實施例，塗層123可包含一或多層氧化矽、氮化矽、聚合物、 BCB、類似材料或其組合。為清晰起見，自圖57至圖63省略塗層123。
圖57示出根據一些實施例的波導1106在基底1102上的形成。基底1102可為與圖1中闡述的基底102C相似的基底。舉例而言，在一些實施例中，基底1102可為晶圓，例如矽晶圓(例如，12英吋的矽晶圓)、另一類型的半導體晶圓、例如BOX基底等多層式基底等。可在基底1102之上形成介電層1104。介電層1104可包含與針對圖3闡述的介電層108闡述的材料相似的一或多種材料且可以與針對介電層108闡述的方式相似方式形成。
波導1106可形成於介電層1104上。波導1106可相似於圖2所示波導104、圖37所示波導604A或圖49所示波導920，且可使用與所述波導相似的技術形成。舉例而言，在一些實施例中，藉由以下方式形成波導1106：在介電層1104之上沉積氮化矽層且接著將氮化矽層圖案化以形成包含氮化矽的波導1106。可存在其他材料或技術。在一些實施例中，可在波導1106中形成光柵耦合器1107。圖57示出三個光柵耦合器1107A至1107C，但在其他實施例中可形成另一數目的光柵耦合器1107。在形成波導1106之後，可在波導1106及介電層1104之上形成介電層1108。介電層1108可為與針對介電層108闡述的材料相似的材料且可以與介電層108相似的方式形成。
在圖58中，根據一些實施例，形成通孔1110。通孔1110可相似於圖5中所示的通孔112且可以與通孔112相似的方式形 成。舉例而言，可形成延伸至基底1102中的開口，且接著可在開口中沉積導電材料。
在圖59中，根據一些實施例，可在波導1106、介電層1108及通孔1110之上形成重佈線結構1112，以形成光子內連結構1111。可使用與針對重佈線結構120闡述及圖6中所示的技術相似的技術形成重佈線結構1112。舉例而言，重佈線結構1112可包括多個金屬化圖案及介電層且可電性連接至通孔1110。
仍參照圖59，根據一些實施例，可移除重佈線結構1112的一些部分且使用介電區1114替換重佈線結構1112的所述一些部分。介電區1114可形成於光柵耦合器1107上方，使得光學訊號可經由介電區1114傳輸至光柵耦合器1107。介電區1114可包括與針對圖3闡述的介電層108闡述的材料相似的一或多種材料且可以與針對介電層108闡述的方式相似的方式形成。舉例而言，在一些實施例中，介電區1114可包含氧化矽等，但可存在其他材料。
在圖60中，根據一些實施例，將一或多個光子封裝1101、半導體裝置250及/或虛設(dummy)裝置1120貼合至光子內連結構1111。圖60中所示的光子封裝1101A至1101B及半導體裝置250可分別相似於圖56中所示的光子封裝1101及前面闡述的半導體裝置250。在一些實施例中，虛設裝置1120是虛設晶粒、材料區塊等，隨後使虛設裝置1120凹陷以促進光纖150C(參見圖62至圖63)的貼合。舉例而言，在一些實施例中，虛設裝置 1120可包含矽、氧化矽、聚合物、類似材料或其組合。圖60示出兩個光子封裝1101A至1101B、一個半導體裝置250及一個虛設裝置1120，但在其他實施例中可存在更多或更少的所述裝置。舉例而言，在一些實施例中，貼合至光子內連結構1111的每一光子封裝1101具有貼合至光子內連結構1111的相關聯的半導體裝置250。
可使用直接接合等對光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及虛設裝置1120進行貼合。在一些實施例中，可使用與光子封裝1101A至1101B及/或半導體裝置250不同的技術來貼合虛設裝置1120。在一些實施例中，在光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及虛設裝置1120上以及光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及虛設裝置1120周圍形成包封體1122。包封體1122可為模製化合物、環氧樹脂等且可相似於針對圖46闡述的包封體916。
在圖61中，根據一些實施例，對基底1102進行薄化以暴露出通孔1110，且在被暴露出的通孔1110上形成導電墊1124及導電連接件1126。可使用合適的製程(例如CMP製程、磨削製程、蝕刻製程、類似製程或其組合)對基底1102進行薄化。導電墊1124可相似於針對圖14闡述的導電墊128且可以與導電墊128相似的方式形成。導電連接件1126可相似於針對圖14闡述的導電連接件132且可以與導電連接件132相似的方式形成。導電連接件1126使得外部元件能夠連接至光子內連結構1111。以此種方 式，外部元件可將電性訊號及/或電性功率傳輸至重佈線結構1112，且因此傳輸至光子封裝1101A至1101B及半導體裝置250。
參照圖61，根據一些實施例，可對包封體1122執行平坦化製程。平坦化製程可暴露出光子封裝1101A至1101B的表面(例如，支撐件125的表面或塗層123的表面)、半導體裝置250的表面及/或虛設裝置1120的表面。平坦化製程可包括CMP製程、磨削製程、蝕刻製程、類似製程或其組合。
在圖62中，根據一些實施例，在虛設裝置1120中形成凹槽1140。圖62亦示出連接至內連基底1130的光子內連結構1111，進而形成光子系統1100。可使用蝕刻製程(例如，濕式蝕刻、乾式蝕刻或其組合)形成虛設裝置1120中的凹槽1140。在一些實施例中，凹槽1140可暴露出虛設裝置1120之下的介電區1114。以此種方式暴露出介電區1114使得光纖150(例如，圖63所示光纖150C)能夠光學耦合至光柵耦合器1107C。內連基底1130可相似於針對圖51闡述的內連基底952。舉例而言，內連基底1130可包括導電墊1134，且導電連接件1126可貼合至導電墊1134。可在基底1102與內連基底1130之間沉積底部填充膠210。
在圖63中，根據一些實施例，將光纖150A至150C貼合至光子系統1100。圖63示出貼合至光子封裝1101A的光纖150A、貼合至光子封裝1101B的光纖150B及貼合於虛設裝置1120的凹槽1140內的光纖150C。在其他實施例中，可將更多或更少的光纖150貼合至更多或更少的光子封裝1101。可使用光學膠212 等貼合光纖150A至150C。
在所示出的實施例中，將光纖150A貼合至光子封裝1101A的支撐件125且光學耦合至光子封裝1101A的光柵耦合器107A，並且將光纖150B貼合至光子封裝1101B的支撐件125且光學耦合至光子封裝1101B的光柵耦合器107A。在一些實施例中，光學訊號及/或光學功率可經由支撐件125及光子封裝1101A至1101B的其他介電層傳輸，以使得能夠在光子封裝1101A至1101B的光柵耦合器107A與光纖150A至150B之間達成光學通訊。光子封裝1101A至1101B可包括反射器109A，以促進光柵耦合器107A與光纖150A至150B之間的光學耦合。
根據一些實施例，將光纖150C在凹槽1140內貼合至光子系統1100且光學耦合至波導1106的光柵耦合器1107C。光學訊號及/或光學功率可經由介電區1114傳輸，以使得能夠在光柵耦合器1107C與光纖150C之間達成光學通訊。以此種方式，光纖150C可經由光柵耦合器1107C光學耦合至波導1106。在一些實施例中，貼合至光子封裝1101的光纖150A至150B用於使用光子封裝1101A至1101B與光子系統1100傳遞光學訊號，且光纖150C用於經由波導1106將光學功率傳遞至光子系統1100。
在一些實施例中，光子封裝1101A至1101B的光柵耦合器107B光學耦合至波導1106的光柵耦合器1107A至1107B。光學訊號及/或光學功率可經由介電區1114傳輸，以使得能夠在光柵耦合器1107A至1107B與光柵耦合器107B之間達成光學通訊。 以此種方式，光子封裝1101A至1101B可經由光柵耦合器107B及光柵耦合器1107A至1107B光學耦合至波導1106。光子封裝1101A至1101B可包括會促進光柵耦合器107B與光柵耦合器1107A至1107B之間的光學耦合的反射器109A。
以此種方式，在一些實施例中，光子系統1100的光子封裝1101可經由重佈線結構1112電性連接至光子系統1100的半導體裝置250。光子封裝1101亦可光學耦合至光子系統1100的波導1106，以促進光子系統1100的各種半導體裝置250之間的光學通訊。重佈線結構1112及波導1106是光子系統1100的光子內連結構1111的一部分且使得能夠在光子系統1100內達成電性通訊及光學通訊二者。光子封裝1101可光學耦合至光纖150，以促進半導體裝置250與外部元件之間的光學通訊。波導1106亦可光學耦合至向波導1106提供光學功率的一或多個光纖150。在一些情形中，波導1106可將光學功率的一部分傳輸至光子封裝1101。以此種方式，可形成光子系統1100，光子系統1100使得能夠使用光子封裝1101及波導1106在多個半導體裝置250之間以及所述多個半導體裝置250與外部元件之間達成高效且高速的光學通訊。
圖64示出根據一些實施例的光子系統1150。光子系統1150相似於圖63中所示的光子系統1100，不同的是光子系統1150的光子內連結構1151包括形成於與重佈線結構1112相同的結構層內的波導1106且藉由導電連接件1152將光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及虛設裝置1120貼合至光子內連結構 1151。與光子系統1100相似，光纖150A至150B可光學耦合至光子封裝1101A至1101B的光柵耦合器107A，光纖150C可光學耦合至波導1106的光柵耦合器1107C，且光子封裝1101A至1101B的光柵耦合器107B可光學耦合至波導1106的光柵耦合器1107A至1107B。
在一些實施例中，光子系統1150的光子內連結構1151包括形成於基底1102上的介電層1104，介電層1104可相似於針對圖57闡述的介電層1104。可在介電層1104之上形成重佈線結構1112且可使用與針對圖59中的重佈線結構1112闡述的技術相似的技術來形成重佈線結構1112。在形成重佈線結構1112之後，可移除重佈線結構1112的一些部分以暴露出介電層1104的一些部分。接著可在介電層1104的被暴露出的部分上形成波導1106。波導1106可相似於針對圖57闡述的波導1106且可以與針對圖57闡述的波導1106相似的方式形成。舉例而言，可在介電層1104的被暴露出的部分之上沉積氮化矽層且接著將所述氮化矽層圖案化，但可存在其他材料或技術。可使用與前面闡述的技術相似的技術在波導1106中形成光柵耦合器1107A至1107C。在其他實施例中，波導1106可在重佈線結構1112之前形成。舉例而言，重佈線結構1112的一些部分可被形成為與波導1106相鄰及/或位於波導1106之上。
在一些實施例中，可在波導1106之上形成介電層1158。介電層1158可相似於針對圖57闡述的介電層1108且可使用與介 電層1108相似的技術形成。在一些實施例中，執行平坦化製程(例如，CMP、磨削、蝕刻等)，使得重佈線結構1112的表面與介電層1158的表面實質上齊平。介電層1158使得光學訊號能夠自上方耦合至光柵耦合器1107A至1107C中。
可使用導電連接件1152將光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及/或虛設裝置1120貼合至光子內連結構1151的重佈線結構1112。導電連接件1152可相似於針對圖50闡述的導電連接件948、針對圖61闡述的導電連接件1126或本文中別處闡述的導電連接件。可藉由例如在重佈線結構1112上形成導電連接件1152且將包括光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及/或虛設裝置1120的元件的導電墊放置成與導電連接件1152進行實體接觸而將所述元件貼合至重佈線結構1112。可執行回焊製程以將導電連接件1152的焊料材料接合至所述元件的導電墊。在一些情形中，使用導電連接件1152來貼合光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及/或虛設裝置1120可降低處理成本或複雜性。
在一些實施例中，可在光子封裝1101A至1101B與介電層1158之間形成光學膠1154。光學膠1154使得光學訊號能夠在光子封裝1101A至1101B與光柵耦合器1107A至1107B之間傳輸。舉例而言，在一些實施例中，光學膠1154可與光子封裝1101A至1101B的介電層1158及/或介電層130在折射率上匹配。光學膠1154可在貼合光子封裝1101A至1101B之前或貼合光子封裝 1101A至1101B之後沉積於光子內連結構1151上。在一些實施例中，可在光子封裝1101A至1101B、半導體裝置250及/或虛設裝置1120與光子內連結構1151之間形成底部填充膠210。
圖65至圖74示出根據一些實施例的形成光子系統1300的中間步驟。圖65至圖67示出根據一些實施例的波導結構1200的形成。光子系統1300可包括一或多個波導結構1200。在一些實施例中，光子系統1300(參見圖74)包括貼合至重佈線結構1314的多個光子封裝100A至100B及多個半導體裝置250A至250B。光子封裝100A至100B可相似於前面針對圖14闡述的光子封裝100，且半導體裝置250A至250B可相似於本文中前面闡述的半導體裝置250A至250B。重佈線結構1314形成於一或多個波導結構1200之上，所述一或多個波導結構1200光學耦合至光子封裝100且使得能夠在光子封裝100之間達成光學通訊。以此種方式，可在光子封裝100之間達成高效且高速的光學通訊。圖74示出具有兩個光子封裝100A至100B及兩個半導體裝置250A至250B的光子系統1300，但在其他實施例中可存在另一數目的光子結構100或半導體裝置250。
首先轉至圖65，示出根據一些實施例的BOX基底102。BOX基底102可相似於針對圖1闡述的BOX基底102。舉例而言，BOX基底可包括形成於基底102C之上的氧化物層102B以及形成於氧化物層102B之上的矽層102A。在圖66中，根據一些實施例，將矽層102A圖案化以形成用於波導1204及光柵耦合器1207的矽 區。波導1204或光柵耦合器1207可相似於前面針對圖2及在本文中別處闡述的波導104及耦合器107且可以與波導104及耦合器107相似的方式形成。可形成一或多個波導1204及一或多個光柵耦合器1207。在圖67中，根據一些實施例，在BOX基底102的前側上形成介電層108。介電層108形成於波導1204、光柵耦合器1207及氧化物層102B之上。介電層108可相似於前面針對圖3闡述的介電層108。
在圖68中，根據一些實施例，在第一載體基底1302之上形成通孔1304。第一載體基底1302可為例如晶圓、玻璃載體基底、陶瓷載體基底等。在一些實施例中，可在第一載體基底1302上形成釋放層(未示出)。通孔1304可由與針對圖45闡述的穿孔914相似的材料形成且可使用與穿孔914相似的技術形成。舉例而言，可在第一載體基底1302之上形成晶種層，可在晶種層之上形成光阻並將所述光阻圖案化，且接著在經圖案化的光阻之上沉積導電材料。可存在其他技術。如圖68中所示，根據一些實施例，可將波導結構1200貼合至第一載體基底1302。可使用黏合層等(未示出)將波導結構1200的介電層108貼合至第一載體基底1302。可將多於一個的波導結構1200貼合至第一載體基底1302，且可在形成通孔1304之前或形成通孔1304之後貼合波導結構1200。
在圖69中，根據一些實施例，在通孔1304及波導結構1200之上以及通孔1304及波導結構1200周圍形成包封體1306。 包封體1306可相似於針對圖46或在本文中別處闡述的包封體916且可使用與包封體916相似的技術形成。在圖70中，根據一些實施例，執行平坦化製程以移除波導結構1200的基底102C。平坦化製程可包括例如CMP製程、磨削製程、蝕刻製程、類似製程或其組合。如圖70中所示，平坦化製程亦對包封體1306進行薄化。在執行平坦化製程之後，波導結構1200的氧化物層102B可被暴露出且通孔1304可被暴露出。
在圖71中，根據一些實施例，在通孔1304、包封體1306及波導結構1200之上形成重佈線結構1308。重佈線結構1308可相似於針對圖47闡述的重佈線結構922且可使用與重佈線結構922相似的技術形成。舉例而言，重佈線結構1308可包括多個介電層及金屬化圖案。在其他實施例中，重佈線結構1308可具有與所示般不同的另一數目的介電層及金屬化圖案。重佈線結構1308的金屬化圖案可在實體上連接至及電性連接至通孔1304。
在圖72中，根據一些實施例，將所述結構自第一載體基底1302移除、翻轉並貼合至第二載體基底1310。第二載體基底1310可相似於第一載體基底1302，且可使用釋放層等(未在圖中示出)來貼合所述結構。根據一些實施例，接著可在通孔1304、包封體1306及波導結構1200之上形成重佈線結構1314及聚合物區1312。
重佈線結構1314可相似於重佈線結構1308且可以與重佈線結構1308相似的方式形成。舉例而言，重佈線結構1314可 包括介電層及一或多個金屬化圖案。在其他實施例中，重佈線結構1314可具有與所示般不同的另一數目的介電層及金屬化圖案。重佈線結構1314的金屬化圖案可在實體上連接至及電性連接至通孔1304，且因此重佈線結構1314可藉由通孔1304電性連接至重佈線結構1308。
在一些實施例中，在重佈線結構1314上形成凸塊下金屬(UBM)1316。UBM 1316可具有通孔部分，所述通孔部分延伸穿過重佈線結構1314的介電層以在實體上耦合及電性耦合重佈線結構1314的金屬化圖案。UBM 1316可相似於針對圖50闡述的UBM 947且可使用與UBM 947相似的技術形成。
在一些實施例中，移除重佈線結構1314的位於波導結構1200之上的部分，且在波導結構1200上形成聚合物區1312。聚合物區1312可形成於波導結構1200的光柵耦合器1207上方，使得光學訊號可經由聚合物區1312傳輸至光柵耦合器1207。聚合物區1312可包含例如PMMA、BCB、類似材料或其組合。可使用合適的技術(例如墨滴印刷(ink-drop printing)等)形成聚合物區1312的材料，但可存在其他技術。在一些實施例中，可在不顯著損壞重佈線結構1314的情況下沉積聚合物材料。在其他實施例中，聚合物區1312可在重佈線結構1314之前形成。
在一些實施例中，可自第二載體基底1310移除圖72中所示的結構，且可在重佈線結構1308上形成UBM 1317及導電連接件1318(參見圖73)。UBM 1317可相似於前面闡述的UBM 1316，且導電連接件1318可相似於前面針對圖64闡述的導電連接件1152。
在圖73中，根據一些實施例，將內連基底1320貼合至重佈線結構1308。內連基底1320可為光子系統1300提供電性佈線及結構穩定性。在一些實施例中，內連基底1320可為例如中介層或「半成品基底(semi-finished substrate)」且可不具有主動裝置。在一些實施例中，內連基底1320可包括形成於芯體基底1321上的佈線層。芯體基底1321可包含例如以下材料：味之素構成膜(Ajinomoto build-up film，ABF)、預浸漬複合纖維(「預浸體」)材料、環氧樹脂、模製化合物、環氧模製化合物、玻璃纖維增強型樹脂材料、印刷電路板(printed circuit board，PCB)材料、二氧化矽填料、聚合物材料、聚醯亞胺材料、紙、玻璃纖維、非織玻璃纖維布(non-woven glass fabric)、玻璃、陶瓷、其他疊層、類似材料或其組合。在一些實施例中，芯體基底可為雙面敷銅疊層(copper-clad laminate，CCL)基底等。內連基底1320可具有形成於芯體基底1321的每一側上的一或多個佈線結構以及延伸穿過芯體基底1321的穿孔。佈線結構可各自包括一或多個佈線層及一或多個介電層(未在圖中單獨標出)。
仍參照圖73，可在內連基底1320的佈線結構上形成外部連接件1322。外部連接件1322可為例如接觸凸塊或焊料球，但可使用任何合適的連接件。在其中外部連接件1322是接觸凸塊的實施例中，外部連接件1322可包含例如錫等材料或例如銀、無鉛 錫或銅等其他合適的材料。在其中外部連接件1322是焊料凸塊的實施例中，可藉由在開始時使用例如蒸鍍、電鍍、印刷、焊料轉移、植球等此種技術形成焊料層來形成外部連接件1322。一旦已在所述結構上形成焊料層，便可執行回焊以將所述材料塑形成外部連接件1322期望的凸塊形狀。
可藉由將內連基底1320的導電區放置於對應的導電連接件1318上而將內連基底1320貼合至重佈線結構1308。一旦進行實體接觸，便可利用回焊製程將導電連接件1318接合至內連基底1320。如圖73中所示，可在內連基底1320與重佈線結構1308之間沉積底部填充膠1319。底部填充膠1319亦可至少局部地環繞導電連接件1318。底部填充膠1319可為例如包封體模製化合物、環氧樹脂、底部填充膠、模製底部填充膠(molding underfill，MUF)、樹脂等材料，底部填充膠1319可相似於本文中前面闡述的底部填充膠或包封體。
在圖74中，根據一些實施例，將光子封裝100A至100B及半導體裝置250A至250B貼合至重佈線結構1314，進而形成光子系統1300。可以與針對圖64闡述的方式相似的方式將光子封裝100A至100B及半導體裝置250A至250B連接至重佈線結構1314。舉例而言，可使用與針對圖64或在本文中別處闡述的導電連接件1152相似的導電連接件將光子封裝100A至100B及半導體裝置250A至250B連接至形成於重佈線結構1314上的UBM 1316。舉例而言，可在UBM 1316上形成導電連接件，且接著可 將光子封裝100A至100B及半導體裝置250A至250B放置於導電連接件上。可執行回焊製程以將導電連接件的焊料材料接合至光子封裝100A至100B及半導體裝置250A至250B的導電墊。可存在其他技術。
在一些實施例中，可在光子封裝100A至100B與聚合物區1312之間形成光學膠1354。光學膠1154使得光學訊號能夠在光子封裝100A至100B與波導結構1200的光柵耦合器1207之間傳輸。在一些情形中，光學膠1354可相似於針對圖64闡述的光學膠1154。可在貼合光子封裝100A至100B之前或貼合光子封裝100A至100B之後沉積光學膠1354。在一些實施例中，可在光子封裝1101A至1101B或半導體裝置250與重佈線結構1314之間沉積底部填充膠210。
以此種方式，在一些實施例中，光子封裝100A至100B可光學耦合至波導結構1200的波導1206，以促進光子系統1300的半導體裝置250A至250B之間的光學通訊。此在圖75中示出，圖75示出圖74所示光子系統1300的一部分的放大圖。如圖75中所示，光學訊號可在光子封裝100A至100B的光柵耦合器107與波導結構1200的光柵耦合器1207之間傳輸。光學訊號亦可在波導結構1200的波導1206內傳輸。以此種方式，波導結構1200可促進光子封裝100A至100B之間的光學通訊。以此種方式，可形成光子系統1300，使得能夠使用光子封裝100A至100B及波導結構1200在多個半導體裝置250A至250B元件之間達成高效且高 速的光學通訊。
各種實施例可達成各種優點。本文中闡述的實施例使得能夠將光子系統形成為具有更低的成本、更大的大小及改善的運作。舉例而言，形成於基底上的光子封裝可使用傳輸光學訊號的介電層來替換所述基底的一部分。以此種方式，光學訊號可自光子封裝內的光柵耦合器傳輸至外部元件，進而使得在光子封裝與外部元件之間達成更高效的光學通訊。在一些情形中，介電層亦可改善形成於光子封裝中的邊緣耦合器的耦合效率，進而使得在光子封裝與例如邊緣安裝光纖之間達成更高效的光學通訊。在一些實施例中，可將多個光子封裝貼合至包括波導的結構，且每一光子封裝可經由介電層光學耦合至波導。光子系統可包括光子封裝及半導體裝置二者，且光子封裝可與半導體裝置介接，以促進半導體裝置之間的光學通訊。以此種方式，光子系統的元件可使用光學訊號進行通訊，此可改善光子系統的效率及速度。舉例而言，相較於使用例如導電線等傳輸電性訊號，傳輸光學訊號可在高頻率下具有較小的訊號衰減、較低的串擾及較小的切換雜訊。光學通訊可使得能夠達成較低延遲及較高頻寬的通訊。
根據實施例，一種方法包括形成第一光子封裝，其中形成所述第一光子封裝包括：將矽層圖案化以形成第一波導，其中所述矽層位於氧化物層上，且其中所述氧化物層位於基底上；形成延伸至所述基底中的通孔；在所述第一波導及所述通孔之上形成第一重佈線結構，其中所述第一重佈線結構電性連接至所述通 孔；將第一半導體裝置連接至所述第一重佈線結構；移除所述基底的第一部分以形成第一凹槽，其中所述第一凹槽暴露出所述氧化物層；以及使用第一介電材料填充所述第一凹槽以形成第一介電區。在實施例中，使用直接接合製程將所述第一半導體裝置接合至所述第一重佈線結構。在實施例中，形成所述第一光子封裝包括：在所述矽層中形成光偵測器，其中所述光偵測器光學耦合至所述第一波導，其中所述光偵測器電性連接至所述第一重佈線結構。在實施例中，形成所述第一光子封裝包括：將所述矽層圖案化以形成光柵耦合器，其中所述光柵耦合器光學耦合至所述第一波導。在實施例中，形成所述第一光子封裝包括：將所述矽層圖案化以形成邊緣耦合器，其中所述邊緣耦合器光學耦合至所述第一波導。在實施例中，所述第一介電區的側壁與所述氧化物層的側壁共面。在實施例中，所述方法包括：移除所述基底的第二部分以形成第二凹槽，其中所述第二凹槽暴露出所述氧化物層，且使用所述第一介電材料填充所述第二凹槽以形成第二介電區。在實施例中，所述方法包括：將所述第一光子封裝及第二光子封裝貼合至內連結構，其中所述內連結構包括第二波導，其中所述第二波導光學耦合至所述第一光子封裝的所述第一波導。在實施例中，所述方法包括：將支撐結構貼合至所述第一半導體裝置。
根據實施例，一種方法包括：在氧化物層的第一側上形成第一波導，其中所述第一波導包含第一波導材料，其中所述氧化物層位於基底上；在所述第一波導之上形成第一重佈線結構； 將電子晶粒接合至所述第一重佈線結構；移除所述基底以暴露出所述氧化物層的第二側；以及在所述氧化物層的所述第二側上形成第二波導，其中所述第二波導包含與所述第一波導材料不同的第二波導材料。在實施例中，所述第二波導材料是氮化矽。在實施例中，所述第二波導材料是聚合物。在實施例中，所述方法包括：在所述第二波導之上形成第三波導，其中所述第三波導包含所述第二波導材料，其中所述第三波導光學耦合至所述第二波導。在實施例中，所述方法包括：在所述氧化物層的所述第二側上形成所述第二波導之前對所述氧化物層進行薄化。在實施例中，所述方法包括：在所述氧化物層的側壁上沉積模製材料，其中所述第二波導在所述模製材料的頂表面上延伸。在實施例中，所述方法包括：形成在所述氧化物層及所述第二波導之上延伸的第二重佈線結構。
根據實施例，一種封裝包括：基底，包含第一材料；第一介電區，與所述基底相鄰，其中所述第一介電區包含與所述第一材料不同的第二材料，其中所述第一介電區的第一側壁在實體上接觸所述基底的側壁；第一介電層，在所述基底上及所述第一介電區上延伸，其中所述第一介電區的第二側壁與所述第一介電層的側壁共面；波導，位於所述第一介電層上；邊緣耦合器，位於所述第一介電層上，其中所述邊緣耦合器光學耦合至所述波導，其中所述邊緣耦合器與所述第一介電區在垂直方向上對準；重佈線結構，位於所述波導之上；以及電子晶粒，接合至所述重 佈線結構。在實施例中，所述封裝包括位於所述第一介電層上的光子元件，其中所述光子元件光學耦合至所述波導且電性連接至所述重佈線結構。在實施例中，所述封裝包括光學耦合至所述邊緣耦合器的光纖。在實施例中，所述封裝包括延伸穿過所述基底的通孔，其中所述通孔電性連接至所述重佈線結構。
以上概述了若干實施例的特徵，以使熟習此項技術者可更佳地理解本揭露的各個態樣。熟習此項技術者應理解，他們可容易地使用本揭露作為設計或修改其他製程及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或達成與本文中所介紹的實施例相同的優點。熟習此項技術者亦應認識到，該些等效構造並不背離本揭露的精神及範圍，而且他們可在不背離本揭露的精神及範圍的條件下對其作出各種改變、代替及變更。
100:光子封裝
107:耦合器/光柵耦合器
125:支撐件
130:介電層
150:光纖/邊緣安裝光纖
152:光纖固持器
200:光子系統
202:內連基底
204:導電墊
210:底部填充膠
212:光學膠
250:半導體裝置

Claims (10)

  1. 一種光子半導體裝置的製造方法，包括：形成第一光子封裝，其中形成所述第一光子封裝包括：將矽層圖案化以形成第一波導，其中所述矽層位於氧化物層上，且其中所述氧化物層位於基底上；形成延伸至所述基底中的多個通孔；在所述第一波導及所述多個通孔之上形成第一重佈線結構，其中所述第一重佈線結構電性連接至所述多個通孔；將第一半導體裝置連接至所述第一重佈線結構；移除所述基底的第一部分以形成第一凹槽，其中所述第一凹槽暴露出所述氧化物層；以及使用第一介電材料填充所述第一凹槽以形成第一介電區。
  2. 如請求項1所述的光子半導體裝置的製造方法，其中形成所述第一光子封裝更包括：在所述矽層中形成光偵測器，其中所述光偵測器光學耦合至所述第一波導，其中所述光偵測器電性連接至所述第一重佈線結構。
  3. 如請求項1所述的光子半導體裝置的製造方法，其中形成所述第一光子封裝更包括：將所述矽層圖案化以形成光柵耦合器或邊緣耦合器，其中所述光柵耦合器或所述邊緣耦合器光學耦合至所述第一波導。
  4. 如請求項1所述的光子半導體裝置的製造方法，更包括：移除所述基底的第二部分以形成第二凹槽，其中所述第二 凹槽暴露出所述氧化物層，且使用所述第一介電材料填充所述第二凹槽以形成第二介電區。
  5. 如請求項1所述的光子半導體裝置的製造方法，更包括：將所述第一光子封裝及第二光子封裝貼合至內連結構，其中所述內連結構包括第二波導，其中所述第二波導光學耦合至所述第一光子封裝的所述第一波導。
  6. 一種光子半導體裝置的製造方法，包括：在氧化物層的第一側上形成第一波導，其中所述第一波導包含第一波導材料，其中所述氧化物層位於基底上；在所述第一波導之上形成第一重佈線結構；將電子晶粒接合至所述第一重佈線結構；移除所述基底的第一部分以暴露出所述氧化物層的第二側；使用第一介電材料填充所述第一部分以形成第一介電區；以及在所述氧化物層的所述第二側上形成第二波導，其中所述第二波導包含與所述第一波導材料不同的第二波導材料。
  7. 如請求項6所述的光子半導體裝置的製造方法，更包括：在所述第二波導之上形成第三波導，其中所述第三波導包含所述第二波導材料，其中所述第三波導光學耦合至所述第二波導。
  8. 如請求項6所述的光子半導體裝置的製造方法，更包括：在所述氧化物層的側壁上沉積模製材料，其中所述第二波 導在所述模製材料的頂表面上延伸；以及形成在所述氧化物層及所述第二波導之上延伸的第二重佈線結構。
  9. 一種光子半導體裝置，包括：基底，包含第一材料；第一介電區，與所述基底相鄰，其中所述第一介電區包含與所述第一材料不同的第二材料，其中所述第一介電區的第一側壁與所述基底的側壁實體接觸；第一介電層，與所述基底的上表面及所述第一介電區的第一上表面實體接觸，其中所述第一介電區的第二側壁與所述第一介電層的側壁共面；波導，位於所述第一介電層上；邊緣耦合器，位於所述第一介電層上，其中所述邊緣耦合器光學耦合至所述波導，其中所述邊緣耦合器與所述第一介電區在垂直方向上對準；重佈線結構，位於所述波導之上；以及電子晶粒，接合至所述重佈線結構。
  10. 如請求項9所述的光子半導體裝置，更包括位於所述第一介電層上的光子元件以及光學耦合至所述邊緣耦合器的光纖，其中所述光子元件光學耦合至所述波導且電性連接至所述重佈線結構。
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