[发明专利]三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造方法

说明书

本发明提供的三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造方法，包括如下步骤：提供一器件晶圆，所述器件晶圆包括具有器件结构的正面以及与所述正面相对的背面，且所述器件晶圆具有自所述正面向所述背面方向延伸的硅通孔；将所述正面与一载体晶圆键合；形成球形焊点于所述背面；自所述背面刻蚀所述器件晶圆，形成贯穿所述器件晶圆的光耦合端面。本发明在简化三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造工艺的同时，改善了光耦合端面的质量，降低了三维集成光互连芯片的制造成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造方法。

背景技术

随着科学技术的持续发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小，摩尔定律越来越接近物理极限，因此，仅仅通过减小器件尺寸的方式来提高芯片集成度变得越来越困难。为了解决这一问题，三维(Three Dimensional，3D)集成封装应运而生。三维集成封装技术是未来关键发展技术之一，是实现芯片小型化、克服信号延迟以及突破摩尔定律瓶颈的关键解决方案。三维集成封装的核心思想是将芯片在垂直于衬底的方向上进行堆叠和集成，并通过引线、硅通孔(Through Silicon Via，TSV)等方式实现垂直方向上的互连，以进一步提升单位面积内的集成密度，从而缩小封装尺寸。同时，三维集成封装还可以实现异质集成，使得光电子产品朝着更高集成密度和多功能的方向发展。

现阶段片上光互连最为可行的方案是基于3D集成硅光子互连，即将电芯片和集成的硅光芯片分别制备在不同的芯片上，利用硅光转接板实现3D光电集成，这一技术的突破在高速芯片领域将有巨大的市场空间。

现有硅光芯片的光耦合端面是通过深刻蚀结合传统解理的工艺而制作的，较容易获得高质量的光耦合端面，且不影响光纤到硅光芯片的耦合对准过程。但是，在3D集成封装的实现过程中，由于TSV的制作工艺以及后续球形焊点等工艺的引入，如果仍然采用上述深刻蚀工艺来进行光耦合端面的制作，深刻蚀沟槽的存在将会对后续的晶圆减薄和球形焊点工艺实现造成较大的影响。同时，仅采用传统的解理方法则很难保证硅光芯片中光耦合端面的质量，影响光纤到硅光芯片的光耦合效率。

因此，如何确保三维集成光互连芯片中光耦合端面的质量，降低工艺复杂度，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造方法，用以解决现有的三维集成光互连芯片中光耦合端面制造工艺复杂的问题，同时改善光耦合端面的质量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种三维集成光互连芯片中光耦合端面的制造方法，包括如下步骤：

提供一器件晶圆，所述器件晶圆包括具有器件结构的正面以及与所述正面相对的背面，且所述器件晶圆具有自所述正面向所述背面方向延伸的硅通孔；

将所述正面与一载体晶圆键合；

形成球形焊点于所述背面；

自所述背面刻蚀所述器件晶圆，形成贯穿所述器件晶圆的光耦合端面。

优选的，将所述正面与一载体晶圆键合之前还包括如下步骤：

填充导电材料于所述硅通孔内。

优选的，所述导电材料为铂、金、铜、钛和钨中的一种或多种。

优选的，所述器件晶圆包括SOI衬底；将所述正面与一载体晶圆键合的具体步骤包括：

刻蚀所述SOI衬底中的顶层硅和埋氧化层，形成暴露所述SOI衬底中底层硅的开口区域；

沉积键合材料层于所述开口区域内及所述顶层硅表面，以键合所述器件晶圆与所述载体晶圆。

优选的，所述键合材料层的材质为高分子临时键合材料。

优选的，形成球形焊点于所述背面的具体步骤包括：