光電器件及其集成方法技術(shù)

描述了一種將芯片和頂面光學(xué)芯片集成在一起的方法。頂面光學(xué)芯片至少有一個(gè)光學(xué)器件，該器件有一個(gè)包括一個(gè)光學(xué)活性區(qū)域的活性面，一個(gè)有一定高度的激光器腔，一個(gè)光學(xué)非活性區(qū)域，一個(gè)和活性面相對(duì)的鍵合面和一個(gè)器件厚度。該方法包括，將光學(xué)芯片鍵合到電子芯片上；施加一個(gè)襯底到活性面上，該襯底有一個(gè)在活性區(qū)域上面的在一個(gè)第一數(shù)量和一個(gè)第二數(shù)量之間的襯底厚度，和施加一個(gè)抗反射涂層，在施加抗反射涂層時(shí)不需形成特殊的圖形或在至少一個(gè)的光學(xué)激光器器件和其他器件之間進(jìn)行區(qū)別。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及光電芯片集成，尤其涉及高產(chǎn)量密度集成光電子器件的集成。
技術(shù)介紹
圖1和圖2闡明了先有技術(shù)所使用的方法，用來附貼多個(gè)底層發(fā)射(或檢測(cè))(也稱為“背面發(fā)射(或檢測(cè))”)器件以形成一個(gè)集成光電芯片。根據(jù)圖1所示的方法，按照傳統(tǒng)的方法，多個(gè)激光器在晶片襯底102上生成，如多個(gè)探測(cè)器(在這里也可互換地稱為光探測(cè)器)在它們自己的或和激光器共同的晶片襯底上生成。通常，最鄰近光學(xué)器件106、108和襯底102之間結(jié)合處的襯底102的104部分，是由一種材料構(gòu)成，這種材料對(duì)于光學(xué)器件的工作波長(zhǎng)是光學(xué)透明的。然后，器件106、108用傳統(tǒng)技術(shù)如濕法或干法蝕刻處理，以在器件106、108中形成溝槽112，把它們分成一系列分離的單個(gè)激光器106或探測(cè)器108。被蝕刻的溝槽112可以在到達(dá)襯底102前就停止，也可以部分延伸到襯底102中，這依賴于所使用的具體技術(shù)。蝕刻后，襯底102及其相關(guān)器件被翻轉(zhuǎn)，在硅(Si)電子晶片114上排到合適的位置，然后使用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)把它鍵合到硅電子晶片114上。鍵合之后，使用傳統(tǒng)的機(jī)械磨光法，傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)或兩者的組合方法，使襯底102的全部減得極薄，約5微米的數(shù)量級(jí)，或者更薄，使達(dá)到對(duì)器件的光學(xué)接近并產(chǎn)生集成光電晶片116。可選擇地，然后用傳統(tǒng)的技術(shù)，集成的光電晶片116被制作圖案，以保護(hù)單個(gè)的激光器，單個(gè)的探測(cè)器也被涂覆上一層抗反射(AR)涂層118。一種相關(guān)的可替代圖1所示技術(shù)的方法如圖2所示。該方法中激光器和探測(cè)器如前所述生成。然而，當(dāng)用圖2的技術(shù)時(shí)，溝槽112被蝕刻到襯底102內(nèi)。然后襯底102和與它們相聯(lián)系的器件被翻轉(zhuǎn)，在硅(Si)電子晶片114上排到合適的位置，然后用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)把它鍵合到硅電子晶片114上。鍵合之后，使用傳統(tǒng)的機(jī)械磨光法，傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)或兩者的組合方法，把襯底102完全除去，使達(dá)到對(duì)器件的光學(xué)接近并產(chǎn)生集成光電晶片116。可選擇地，然后集成的光電晶片116被制作圖案，以保護(hù)單個(gè)的激光器，單個(gè)的探測(cè)器也被涂覆上一層抗反射(AR)涂層。圖1和圖2的技術(shù)使光纖或光學(xué)透鏡能足夠接近器件以捕獲合適的光，而不會(huì)使來自或者進(jìn)入相鄰的器件的光影響任何一個(gè)相鄰的器件，即產(chǎn)生所謂的串話問題。一般來說，這要求一個(gè)器件和光纖或光學(xué)微透鏡之間的分離距離要小于100微米。此外，這兩種技術(shù)都確保了在器件的活性區(qū)域沒有阻止光逃逸的明顯的吸收層，因?yàn)閳D1的減薄技術(shù)把整塊襯底102的厚度減小到約5微米或更小，圖2的方法把襯底102完全去除，留下了多個(gè)完全獨(dú)立的光學(xué)器件。然而這兩種技術(shù)獨(dú)特產(chǎn)生的光電子芯片在使用過程中都存在散熱問題，使得單個(gè)器件對(duì)在制造過程中產(chǎn)生的熱和機(jī)械應(yīng)力更加敏感，因此減少了單個(gè)器件的使用壽命，并導(dǎo)致產(chǎn)量減少及整塊芯片壽命的縮短。而且，對(duì)于圖1(其中襯底非常薄)和圖2(襯底被完全去除)的方法，由器件引入的應(yīng)力大部分被轉(zhuǎn)移到極薄的光學(xué)器件層，恰恰又是器件中結(jié)構(gòu)最薄弱的部分。因此，有必要尋求一種方法來產(chǎn)生一種集成光電子芯片，它對(duì)在制造或使用過程中產(chǎn)生的熱和/或結(jié)構(gòu)應(yīng)力不那么敏感。此外，光電子器件制造商有兩種方法獲得光學(xué)和電子晶片---他們可以自己制造兩者之一或全部，也可以從第三方得到兩者之一或全部。通過制造光學(xué)器件(也可互換地簡(jiǎn)稱為“光學(xué)芯片”)和電子晶片(也可互換地簡(jiǎn)稱為“電子芯片”)，制造商能采取措施，使當(dāng)光學(xué)芯片被定位在電子芯片上時(shí)確保每個(gè)器件的鍵合區(qū)正確放置而互相對(duì)準(zhǔn)。然而，一般來說，不是同時(shí)設(shè)計(jì)電子和光學(xué)芯片的，即使是在同一個(gè)部門設(shè)計(jì)和制造它們。因此，即使是單個(gè)制造商，除非在部門內(nèi)關(guān)于光學(xué)和電子芯片的設(shè)計(jì)有緊密的協(xié)調(diào)，也會(huì)容易發(fā)生在兩者的接觸鍵合區(qū)之間缺少一致性一尤其是一個(gè)或兩者是計(jì)劃中設(shè)計(jì)后要向第三方銷售，或者計(jì)劃中要與其他來源的器件一起集成時(shí)更是如此。而且，隨后對(duì)任一個(gè)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和改變，必須得改變接觸鍵合區(qū)的位置，因此會(huì)在以前不存在未對(duì)準(zhǔn)的地方造成鍵合區(qū)的未對(duì)準(zhǔn)。更糟糕的是，如果電子芯片被設(shè)計(jì)成和許多不同的光學(xué)芯片一起使用，而光學(xué)芯片是從第三方獲得的商品庫(kù)存(如，芯片包括頂層發(fā)射垂直腔激光器，底層發(fā)射垂直腔激光器，分布反饋(DFB)或分布布拉格反射鏡(DBR)激光器(每個(gè)都有為了遠(yuǎn)距離應(yīng)用的較好的線性調(diào)頻脈沖和線寬特性)，頂層接收探測(cè)器或底層接收探測(cè)器)，這些都是大規(guī)模生產(chǎn)，并分配到許多不相關(guān)的用戶的，因此未必光學(xué)器件上的鍵合區(qū)都位于相同的位置，即使它們?cè)谄渌矫媾c電子芯片相兼容。例如，由圖3所示，單個(gè)光學(xué)器件300有放置在由制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)302、304。電子晶片306的一部分也有放置在由制造商指定的位置的光學(xué)器件可以連接到它上面的接觸鍵合區(qū)308、310。如果光學(xué)器件為和電子晶片倒裝片式鍵合而翻轉(zhuǎn)，每個(gè)器件的接觸鍵合區(qū)302、304、308、310將像圖4所示的那樣不對(duì)準(zhǔn)。這就呈現(xiàn)了一個(gè)問題，即限制了“混合和匹配”器件的能力。而且，如果一個(gè)芯片計(jì)劃中被設(shè)計(jì)成連接到特定的另一塊芯片，隨后的進(jìn)程又需要使用具有一個(gè)不同接觸點(diǎn)位置的不同的器件，則為原始器件所做的所有計(jì)劃和協(xié)調(diào)對(duì)于新的器件都將是不適合的。因此，有對(duì)這樣的工藝的進(jìn)一步的需要，該工藝有利于提高混合和匹配器件的能力，不需要任何器件的設(shè)計(jì)師之間的協(xié)調(diào)，或不需要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的或共同的接觸點(diǎn)位置方案。此外，有時(shí)在一些情況下為一些器件，尤其是探測(cè)器涂覆一層AR涂層是很可取的。AR涂層防止光進(jìn)入探測(cè)器件的頂部，然后由于折射率的不同而在探測(cè)器-空氣的分界面被反射。對(duì)于探測(cè)器來說這是很重要的，因?yàn)榉瓷涔鉀]有進(jìn)入探測(cè)器本身，因而不能被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(也就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來說，它是“丟失的光”)。因此AR涂層使探測(cè)器的收集效率最優(yōu)化，因?yàn)樗乐构庠诜纸缑姹环瓷洹Ｈ欢す馄髟诠ぷ鲿r(shí)需要一塊反射率很高的頂端鏡。激光器上的AR涂層改變了頂端鏡的反射率。結(jié)果是，即使沒有完全阻止激光器發(fā)射激光，至少對(duì)于其發(fā)射激光有不利影響。如果一塊晶片同時(shí)有激光器和探測(cè)器在一個(gè)陣列上，為了只使探測(cè)器涂覆上AR涂層，傳統(tǒng)的方法要求對(duì)晶片實(shí)施特殊的制作圖案，以在AR涂層淀積階段保護(hù)激光器，從而確保那些激光器件沒有被AR涂層覆蓋。對(duì)于晶片上的各種不同器件的保護(hù)或完全不同的處理需要額外的處理步驟，這是耗時(shí)的，又因此增加了工藝成本，還造成損壞受保護(hù)器件的可能，最后它還迫使電接觸鍵合區(qū)也被保護(hù)。此外，當(dāng)處理在相同區(qū)域有電接觸鍵合區(qū)的芯片時(shí)，對(duì)器件的完全不同的處理引起了其它工藝問題。例如，如果一塊芯片在靠近器件處有電接觸點(diǎn)，并且使用電鍍、化學(xué)鍍、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或?yàn)R射技術(shù)把焊料放置在接觸鍵合區(qū)上，焊料凸起的高度就會(huì)使區(qū)域制作圖案以保護(hù)激光器避免被AR涂層覆蓋難以進(jìn)行，因?yàn)楹噶贤蛊鸨裙鈱W(xué)器件要高很多。先有技術(shù)缺少一種方法，該方法在整塊晶片(也就是激光器和探測(cè)器)上涂覆AR涂層時(shí)不需在激光器上制作圖案保護(hù)層。因此，有進(jìn)一步的需要尋找一種在一個(gè)電子芯片上集成多種類型的器件的方法，這樣在集成后任何附加的工藝步驟，例如AR涂層的涂覆，可以同時(shí)在整塊晶片上實(shí)現(xiàn)，并且不需要特殊的圖案制作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
我們?cè)O(shè)計(jì)了一種制造光電芯片的方法，該方法在各種不同的實(shí)施變型下，克服了一種或多種上述先有技術(shù)的缺點(diǎn)，導(dǎo)致高產(chǎn)量和長(zhǎng)壽命(也就是更可靠)的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種將一個(gè)芯片和一個(gè)頂面活性光學(xué)芯片集成在一起的方法，該頂面活性光學(xué)芯片至少包括一個(gè)光學(xué)激光器器件，該器件具有一個(gè)包括一個(gè)光學(xué)活性區(qū)域的活性面，一個(gè)有一定高度的激光器腔，一個(gè)光學(xué)非活性區(qū)域，一個(gè)和活性面相對(duì)的鍵合面和一個(gè)器件厚度，該方法包括：將光學(xué)芯片鍵合到電子芯片；施加一個(gè)襯底到活性面，該襯底在活性區(qū)域上面有一個(gè)在一個(gè)第一數(shù)量和一個(gè)第二數(shù)量之間的范圍內(nèi)的襯底厚度，該第一數(shù)量在一個(gè)最小激光發(fā)射厚度和約十倍于激光器腔高度之間，該第二數(shù)量約１００微米；和施 加一個(gè)抗反射涂層，在施加抗反射涂層時(shí)不需形成特殊的圖形或在該至少一個(gè)光學(xué)激光器器件和任何其他器件之間進(jìn)行區(qū)別。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：格雷格杜德夫，約翰特雷澤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：美莎諾普有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]