[发明专利]半导体芯片与垂直腔表面发射激光器装置及其形成方法

说明书

本公开的各种实施例涉及一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)装置。所述垂直腔表面发射激光器装置包括结合凸块、垂直腔表面发射激光器结构以及结合环。结合凸块上覆在衬底上。垂直腔表面发射激光器结构上覆在结合凸块上。垂直腔表面发射激光器结构包括第一反射器、光学有源区及第二反射器。第二反射器上覆在光学有源区上，第一反射器在光学有源区之下。结合环上覆在衬底上且在横向上与结合凸块隔开。结合环连续地延伸而围绕结合凸块。

技术领域

本公开涉及一种用于减轻III-V族管芯及CMOS管芯的空间污染的凸块结合结构。

背景技术

半导体芯片被用于各种电子装置及其他装置中，并且是众所周知的。目前这种芯片的广泛使用以及消费者对更强大及体积更小的装置的需求促使芯片制造商不断减小芯片的实体大小并不断增强芯片的功能。为缩小芯片的面积，制造商日渐研发而获得更小的特征大小及管芯大小，从而使得更多的管芯形成于给定的晶片大小内。设想下一代制作方法以将III-V族类型装置集成到互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)芯片或晶片，且以高可靠性、高速度及节省的占用面积(footprintefficient)来实现此设想。

发明内容

根据本揭露的一些实施例，直腔表面发射激光器直腔表面发射激光器装置包括：结合凸块、第一垂直腔表面发射激光器结构以及结合环。所述结合凸块上覆在衬底上。所述第一垂直腔表面发射激光器结构上覆在所述结合凸块上。所述第一垂直腔表面发射激光器结构包括第一反射器、光学有源区及第二反射器。所述第二反射器上覆在所述光学有源区上，所述第一反射器在所述光学有源区之下。所述结合环上覆在所述衬底上且在横向上与所述结合凸块隔开。所述结合环连续地延伸而围绕所述结合凸块。

根据本揭露的一些实施例，半导体芯片包括多个半导体装置、内连线结构、多个结合凸块、多个垂直腔表面发射激光器结构、结合层堆叠以及结合环。所述多个半导体装置设置在衬底之上。所述内连线结构设置在所述半导体装置之上且电耦合到所述多个半导体装置。所述多个结合凸块上覆在所述内连线结构上。所述多个垂直腔表面发射激光器结构分别上覆在所述多个结合凸块上。所述结合层堆叠设置在所述多个垂直腔表面发射激光器结构与所述多个结合凸块之间。结合环环绕所述多个结合凸块。所述多个垂直腔表面发射激光器结构及所述多个结合凸块在横向上以一或多个非零距离而与所述结合环间隔开。

根据本揭露的一些实施例，一种形成垂直腔表面发射激光器装置的方法包括：提供具有内连线结构的互补金属氧化物半导体衬底，所述内连线结构上覆在所述互补金属氧化物半导体衬底上；在所述内连线结构之上形成多个结合凸块及多个结合环；将第一III-V族管芯及第二III-V族管芯分别结合到所述多个结合环，所述结合工艺在所述第一III-V族管芯与所述内连线结构之间密封出第一空腔且在所述第二III-V族管芯与所述内连线结构之间密封出第二空腔；围绕所述第一III-V族管芯及所述第二III-V族管芯形成模制层，其中所述多个结合环阻挡所述模制层形成于所述第一III-V族管芯及所述第二III-V族管芯下方；移除所述模制层；以及在所述多个结合凸块中的每一结合凸块之上形成垂直腔表面发射激光器结构，其中所述多个垂直腔表面发射激光器结构的外侧壁在横向上位于所述多个结合环中的一者的内侧壁之间。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1A示出包括CMOS集成芯片(integrated chip，IC)及III-V族装置结构的三维集成芯片(three-dimensional integrated chip，3DIC)的一些实施例的剖视图。

图1B示出图1A所示3DIC的俯视图的一些实施例，如图1A及图1B中的切割线所示。