[发明专利]波导结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及集成电路，更具体地，涉及波导结构及其制造方法。

背景技术

半导体集成电路（IC）产业已经历了指数型的增长。IC设计和材料的技术进步已经产生了数代IC，每一代IC都具有比上一代IC更小和更复杂的电路。在IC的发展过程中，在几何尺寸（即，可使用制造工艺生产的最小部件（或线））缩小的同时，功能密度（即，每芯片面积上互连器件的数目）通常增大。

波导结构的制造已经历了指数般的增长。波导结构由于其工艺的可用性和制造的可行性而吸引了众多关注。通常，光通过波导壁的全内反射而被限制在波导结构内。然而，波导结构的制造具有挑战性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种波导结构，包括：衬底，衬底具有互连区域和波导区域；沟槽，形成在衬底中，沟槽具有倾斜的侧壁表面和基本平坦的底部；底部覆层，形成在衬底上，底部覆层从互连区域延伸至波导区域，并且底部覆层充当互连区域中的绝缘层；以及金属层，形成在倾斜的侧壁表面上的底部覆层上。

优选地，该波导结构还包括：核心层，形成在波导区域中的底部覆层上；以及顶部覆层，形成在核心层上，波导结构由底部覆层、核心层和顶部覆层形成。

优选地，核心层的折射率大于底部覆层的折射率，并且折射率的差在约0.02至约0.2之间的范围内。

优选地，金属层包括铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）或它们的组合。

优选地，倾斜的侧壁表面的倾角的范围在约42度至48度之间。

优选地，金属层还形成在互连区域中的底部覆层上。

优选地，该波导结构还包括：再分布层（RDL），形成在互连区域中的金属层上。

优选地，底部覆层的厚度范围在约1μm至约10μm之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种电-光器件，包括：衬底，衬底具有互连区域和波导区域，并且波导区域具有反射区域和波传播区域；沟槽，形成在波导区域中的衬底中；底部覆层，形成在衬底上，底部覆层从互连区域穿过反射区域延伸至波传播区域，并且底部覆层充当互连区域中的绝缘层；金属层，形成在反射区域中的底部覆层上；激光二极管，安装在衬底上；以及光电二极管，安装在衬底上。

优选地，沟槽具有倾斜的侧壁表面，并且倾斜的侧壁表面的倾角范围在约42度至约48度之间。

优选地，该电-光器件还包括：核心层，形成在波导区域中的底部覆层上；以及顶部覆层，形成在核心层上，波导结构由底部覆层、核心层和顶部覆层形成。

优选地，金属层还形成在互连区域中的底部覆层上。

优选地，该电-光器件还包括：再分布层（RDL），形成在互连区域中的金属层上。

优选地，该电-光器件还包括：凸块结构，形成在再分布层（RDL）与激光二极管或光电二极管之间。

优选地，该电-光器件还包括：凹槽，形成在衬底中并且邻近于沟槽；以及光传输器件，安装在凹槽中。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造波导结构的方法，包括：提供衬底，衬底具有互连区域区和波导区域；在衬底中形成沟槽，沟槽具有倾斜的侧壁表面和基本平坦的底部；在互连区域和波导区域中的衬底上形成底部覆层；以及在倾斜的侧壁表面上的底部覆层上形成金属层。

优选地，过湿蚀刻的蚀刻剂形成沟槽，并且湿蚀刻的蚀刻剂包括乙二胺邻苯二酚（EDP）、氢氧化钾（KOH）或四甲基氢氧化铵（TMAH）。

优选地，湿蚀刻的蚀刻速率范围在约0.2微米每分钟至约0.6微米每分钟之间。

优选地，该方法还包括：在互连区域中形成金属层；以及在互连区域中的金属层上形成再分布层（RDL）。

优选地，通过镀法、物理汽相沉积（PVD）、化学汽相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）或它们的组合来形成再分布层（RDL）。

附图说明

为了更充分地理解本发明及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了根据本发明实施例的波导结构的截面示意图；

图2A至图2K示出了根据本发明实施例的制造波导结构的各个阶段的截面示意图；

图3示出了根据本发明实施例的电-光器件的截面示意图；以及

图4示出了根据本发明实施例的电-光器件的截面示意图。

具体实施方式