[发明专利]无衬底光电混合集成结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无衬底光电混合集成结构及其制备方法，该结构包括：硅光芯片，具有光芯片传输线层及与该光芯片传输线层相连接的引脚，且该硅光芯片无衬底；电芯片，倒装贴装于该硅光芯片上，该电芯片与该硅光芯片通过一光电芯片互连层电性相连；塑封层，覆盖于电芯片周围；过孔，其两端分别连接光芯片传输线层和表面/底面金属焊盘；以及，该表面/底面金属焊盘，设置于硅光芯片和/或塑封层的外表面。本发明提供的该无衬底光电混合集成结构及其制备方法，无需进行TSV工艺，降低了工艺难度，提高了成品率；消除了硅衬底寄生参数的影响，可以有效改善硅光器件的高频性能；对于边耦合方式，无需制作悬臂梁结构便可实现较高的耦合效率。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，尤其涉及一种无衬底光电混合集成结构及其制备方法。

背景技术

二十一世纪以来，随着摩尔定律的进一步发展，芯片尺寸越来越小且处理能力越来越强，从而对传输速率和传输容量的要求也越来越高。而传统的电互连存在一定局限性，在损耗、延时、反射、串扰、电源噪声、重量等方面均存在问题，它已经难以满足当今社会的需求。光互连技术具有高带宽、低延时、抗电磁干扰等优点，使其可以满足互连网络对传输带宽、传输速率以及功耗等性能的高要求，因此，将电信号转化为光信号来传输，无疑具有广泛的市场需求和应用前景。目前，单个硅基光学器件，包括激光器、调制器和探测器等，以及单个硅基电学器件，包括驱动器、跨阻放大器等，均可以成功制备出来，而且性能良好。但是如何在不影响这些光电子器件功能的情况下，将它们集成在一起，依然面临很多挑战。

现有技术中，为了避免打线方式引入的寄生电感对电路高速性能的影响，通常会采用垂直集成结构，即将光电芯片进行三维堆叠，通过倒装方式集成在一起。其好处是：存储容量的倍增、互连线长度显著缩短、信号传输得更快且所受干扰更小、尺寸和重量减小数十倍，并且通过将器件层堆叠提高了实际集成度。缺点是：硅光器件衬底的寄生参数较大，会影响硅光器件的性能，而且高深宽比的硅光穿过硅通孔(Through Silicon Vias，TSV)工艺复杂，成品率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无衬底光电混合集成结构及其制备方法，以解决上述问题。

在一方面，该无衬底光电混合集成结构包括：

硅光芯片，具有光芯片传输线层及与该光芯片传输线层相连接的引脚，且该硅光芯片无衬底；

一些实施例中，该硅光芯片是调制器芯片或探测器芯片，进一步地，包括：

顺序连接的埋氧层、顶硅层和二氧化硅包层，且在其内设置有欧姆接触区域；

光芯片内部过孔，其两端分别连接硅光芯片的欧姆接触区域和光芯片传输线层；以及

所述引脚，接入光芯片的电信号。

电芯片，倒装贴装于该硅光芯片上，该电芯片与该硅光芯片通过一光电芯片互连层电性相连，一些实施例中：

该电芯片是驱动芯片或跨阻放大器芯片；

该光电芯片互连层为：

硅光芯片的引脚与电芯片的引脚直接键合；

硅光芯片的引脚与电芯片的引脚通过焊球互连；或

电芯片与硅光芯片晶圆进行键合；或

电芯片晶圆与硅光芯片晶圆直接键合。

塑封层，覆盖于该电芯片周围；

一些实施例中，该塑封层的高度与所述电芯片平齐，该塑封层的材料是环氧树脂、环氧有机硅杂物或有机硅。

过孔，其两端分别连接光芯片传输线层和表面/底面金属焊盘；

一些实施例中，该过孔的填充材料为铜，过孔设置于硅光芯片内部或设置于塑封层内部。