[发明专利]具有光学波导和二维偏转的MEMS梁的集成

说明书

光束波导技术领域

本发明通常针对半导体器件及其制造方法。一方面，本发明涉及具有光学微机电系统(MEMS)电路和器件的半导体装置或集成电路的制造。

背景技术

在信息系统中，通过使用不同的类型的信号连接，数字信号信息在装置和电路之间通信。利用基于电导体的连接，例如传统的导线或穿通硅的通孔(TSV)，就会有这种基于导体的连接的电源要求和物理限制所施加的电源和带宽限定。例如，堆叠片芯模块已提出提供高密度信息系统，但是用于通过使用基于导体的连接在堆叠片芯模块之间传递数字信号的功耗和相关联的散热要求可以限制可实现的密度。此外，这种堆叠片芯模块的带宽受到这种片芯堆叠的TSV数量和电感以及其它基于导体的连接的限制。为了克服这种限制，光学通信系统已发展成为在较高的带宽以减小的功率进行通信的方式。有了这种光学通信系统，单色的、定向的以及一致的激光束被调制以编码传输到系统的其它装置或电路的信息，通常是通过沿着光学纤维或波导路径传输调制光学信号。不幸的是，在成本、复杂性以及控制要求方面，使用光学波导在系统中的不同的集成电路(IC)片芯之间传输光学信息存在对准的挑战。这些挑战是由期望的以满足信息传输要求和在装置操作期间可以破坏对准的其它使用因素的严格对准公差引起的。已经尝试通过外反光镜或偏转器来穿过不同的IC片芯之间的自由空间光学地传输信息来克服这些挑战，但是这些解决方案呈现自身的困难、成本和控制要求。例如，光学发射器、偏转器结构以及光学接收器不但强加了附加成本和复杂性，而且还必须被对准以确保信息传输的所需水平。此外，对准误差可以通过系统组装工艺、振动(例如，沉降)或使用期间的温度引入。例如，如果移动电话或笔记本电脑掉在表面上，光学链路可能变得不对准。此外，设计和组装被精确对准的组装的成本可能是成本高昂的。最后，控制电路和外部信号偏转结构可以增加整个系统的复杂性，从而减小了不同的IC片芯之间的信号带宽。结果，用于沿着光学波导路径并且在不同的IC片芯之间传输调制的光学信号的现有解决方案使高带宽光学互连的实施在实用水平极其困难。

概述

根据本公开的一个实施例，提供了一种装置，包括：可偏转MEMS光束波导，其形成于集成电路中；以及多个偏转电极，其与所述可偏转MEMS光束波导相关地设置，以响应于一个或多个偏转电压的施加提供对于所述可偏转MEMS光束波导的二维偏转控制。

根据本公开另一实施例，提供了一种半导体制造工艺，包括：处理晶片，所述晶片包括形成于衬底层之上的光梁层和一个或多个第一波导层；选择性地蚀刻所述晶片以至少形成第一蚀刻开口，其限定MEMS光束波导和在所述MEMS光束波导的每一侧上的多个偏转电极，所述多个偏转电极彼此间隔开并且与所述MEMS光束波导间隔开；形成牺牲层以填充所述第一蚀刻开口并至少覆盖所述MEMS光束波导到预定厚度；在所述牺牲层上和至少所述MEMS光束波导之之上选择性地形成一个或多个顶偏转电极结构；以及移除所述牺牲层以形成围绕所述MEMS光束波导的偏转腔，从而限定悬臂式光梁结构，其设置有所述多个偏转电极结构和一个或多个顶偏转电极结构，以响应于一个或多个偏转电压的施加提供所述悬臂式光梁结构的二维偏转控制。

根据本公开又一实施例，提供了一种使用可偏转集成电路MEMS光束波导的方法，包括：给相应的多个偏转电极提供多个偏转电压，以响应于所述多个偏转电压的施加提供所述可偏转集成电路MEMS光束波导的二维偏转控制。

附图说明

当结合附图考虑以下详细说明书的时候，可以更好地理解本发明以及其多个目的、特征以及所获得的优点，在附图中：

图1示出了示出了通信系统的平面图，其中并排的处理器片芯堆叠和存储器片芯堆叠模块通过光学信号连接并且被布置为在电路板上形成多个子系统；

图2示出了在旋转和附连之前的带有光学互连的并排片芯堆叠系统的透视图，其中处理器片芯堆叠模块与一个或多个存储器片芯堆叠模块垂直地定向；

图3示出了在旋转并与用于连接到系统板的焊料球阵列对准之后的图2中的带有光学互连的并排片芯堆叠系统的透视图；

图4示出了在用焊料球或倒装芯片导体将片芯堆叠系统附连到系统板之后的图3中的并排片芯堆叠系统的透视图，以说明如何利用点对点光学通信是来在片芯堆叠系统中的各处理器片芯和存储器片芯之间通信的；

图5示出了图4的片芯堆叠系统中的选择的处理器片芯和存储器片芯的透视图，以说明点对点光束在处理器-存储器接口处的光学交叉对准；