[发明专利]一种多层硅片封装结构中的信息传输装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，涉及一种多层硅片封装结构中的信息传输装置。

背景技术

随着微电子技术的不断发展，芯片制造工艺细微化，促使集成电路封装技术不断发展，现在，三维封装技术已被认为是未来集成电路封装的发展趋势，而且，三维封装技术已经由芯片级的堆叠芯片封装或者堆叠封装技术发展到了晶圆级的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连封装技术。

硅通孔互连技术是通过在硅片和硅片之间制作垂直通孔，然后在硅片正面和背面形成互连微焊点，将多个集成电路功能模块如存储器、微处理器、光学传感器等直接堆叠起来而不用外部引线互连进行封装。硅通孔互连技术可以分为先通孔式(via first)和后通孔式(via last)两种。先通孔式技术就是在硅片上集成电路制造完成之前形成互连通孔，这种技术可以是在芯片制造的最初几步内形成硅通孔互连，也可以是在BEOL(Back-end of Line)之前形成硅通孔互连。后通孔式技术则是在BEOL或者整个集成电路制造完成之后再进行硅通孔互连。硅通孔内的填充材料包括一个绝缘层和一个用于导电的金属层或者高掺杂的多晶硅。

请参阅图1，图1为现有技术中硅通孔互连结构的结构示意图；图1中具有若干层叠的半导体硅片10，半导体硅片10上具有TSV结构20，将若干半导体硅片10通过TSV结构20相连，以得到更好的封装密度。

但是，采用硅通孔互连封装技术的缺点是需要进行额外TSV的制造工艺，包括深孔光刻、刻蚀、清洗、介质淀积、阻挡层淀积、籽晶层淀积、铜电化学镀、铜化学机械抛光等工艺，TSV的制造工艺为本领域技术人员熟知，在此不再赘述，此外，TSV通孔结构不仅占用相当部分芯片面积，同时也增加工艺成本，由于其结构特点，还可能产生键合、可靠性等问题。

因此，本领域技术人员亟需提供一种多层硅片封装结构中的信息传输装置，以解决现有的硅通孔互连封装技术中工艺复杂、可靠性低、成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多层硅片封装结构中的信息传输装置，以解决现有的硅通孔互连封装技术中工艺复杂、可靠性低、成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多层硅片封装结构中的信息传输装置，包括若干层叠放置的半导体硅片，各层半导体硅片上均设有光电转化器，通过互为发送光电信号从而实现半导体硅片中集成电路功能模块之间的信息传输；其中，所述光电转化器包括至少一个光发射器件及一个光接收器件以及至少一个光电转化控制电路，所述光电转化控制电路连接光发射器件及光接收器件，所述光发射器件及光接收器件在光电转化控制电路的控制下，将需要传输的电信号通过光发射器件转换为光信号输出，或者将接收到的光信号通过光接收器件转化为电信号输出。

优选的，所述光发射器件以及光接收器件通过金属互连线与半导体集成电路功能模块连接，与集成电路功能模块在制造过程中同时完成。

优选的，所述光发射器件的周围形成有呈环状的围栏结构，所述围栏结构内填充有金属材料，以使所述光发射器件发出的光的传输路径垂直于半导体硅片。

优选的，所述金属材料为钨。

优选的，所述围栏结构的下端延伸至半导体衬底中的浅沟槽隔离结构中。

优选的，所述光发射器件为发光二极管。

优选的，所述光接收器件为光敏二极管或光敏电阻。

优选的，所述光发射器件或光接收器件的有源区的禁带宽度小于半导体衬底的禁带宽度。

优选的，所述光发射器件或光接收器件的有源区的材质为锗硅或锗。

优选的，所述光发射器件上设有用于提高电导性的硅化物层。

与现有的方案相比，本发明提供的多层硅片封装结构中的信息传输装置，在集成电路制造过程中，在半导体硅片上同时制造光电转化器，利用光电信号进行芯片间的信息传输，无需对硅衬底进行通孔工艺，避免了繁琐的硅通孔互连封装工艺，相对于现有的硅通孔互连封装技术，具有工艺难度低、易于实施、成本低等特点，与现有半导体集成电路制造工艺兼容。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中硅通孔互连结构的结构示意图；

图2为本发明多层硅片封装结构中的信息传输装置的结构示意图；