專利名稱：一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子集成器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片及其制作方法，本發(fā)明可應(yīng)用于多個(gè)激光器輸出光的合波或多波長(zhǎng)光源的分光探測(cè)中。
背景技術(shù)：
隨著微納光電集成技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的集成度越來(lái)越高，器件的尺寸不斷縮小，而器件的工作速率則不斷提高。在光有源器件方面，基于II1- V族材料(如InP，GaAs等)的激光器以及集成的電吸收調(diào)制激光器已從芯片研究發(fā)展到大批量生產(chǎn)，其封裝器件已作為成熟光源應(yīng)用于光通信、光醫(yī)療等光電領(lǐng)域，速率可從幾百兆比特每秒至幾十千兆比特每秒。與此同時(shí),光無(wú)源器件中基于娃基的光波導(dǎo)器件,如光分束器、AWG等，由于其工藝簡(jiǎn)單、光傳輸損耗低、易于同光纖耦合等特點(diǎn)，早已實(shí)現(xiàn)商用化。無(wú)源波導(dǎo)材料包括二氧化硅、硅上二氧化硅、絕緣體上硅等多種材料。隨著未來(lái)光電子技術(shù)的發(fā)展，將II1- V族的激光器同硅基的波導(dǎo)器件集成在一個(gè)芯片上，既降低了器件成本又利用了各元件的高性能，成為了集成光電子芯片的必然發(fā)展方向，其中在硅基波導(dǎo)材料上倒裝焊光電子芯片是目前最可行的技術(shù)路線。這是由于硅材料不僅能從其上生長(zhǎng)多種二氧化硅波導(dǎo)，而且其導(dǎo)熱系數(shù)接近金屬，是理想的激光器熱沉材料。因此硅材料是激光器同硅基波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)混合集成的理想襯底材料。由于材料特性的不同，其混合集成 存在多個(gè)難點(diǎn)，其中就包括激光器或探測(cè)器波導(dǎo)同二氧化硅波導(dǎo)的光耦合對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，激光器或探測(cè)器的高頻信號(hào)加載或傳輸問(wèn)題、工藝復(fù)雜且成本高以及集成器件的散熱等。因此，急需一種工藝簡(jiǎn)單、有效、合理的混合集成芯片設(shè)計(jì)來(lái)解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片及其制作方法，該混合集成芯片利用成熟的硅基材料工藝，設(shè)計(jì)了硅襯底上的凸臺(tái)、凹槽以及高折射率的二氧化硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)光的對(duì)準(zhǔn)耦合。同時(shí)本發(fā)明在凸臺(tái)下制作高頻電極和倒裝焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使有源光電子芯片既能傳輸高頻信號(hào)又能加載直流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明提供一種娃上二氧化娃基的混合集成光電子芯片，包括娃襯底，所述娃襯底表面具有平臺(tái)、凸臺(tái)和凹槽，所述凹槽中設(shè)置有二氧化硅波導(dǎo)元件，所述凸臺(tái)凸出于平臺(tái)表面，所述平臺(tái)表面設(shè)置有不連續(xù)的金屬電極層，所述金屬電極層的表面設(shè)置有焊料凸點(diǎn)，所述的焊料凸點(diǎn)和凸臺(tái)上方設(shè)置有有源光電子芯片。進(jìn)一步地，二氧化硅波導(dǎo)元件的縱向依次包括二氧化硅襯底層、二氧化硅波導(dǎo)層和二氧化硅上包層；所述的二氧化硅波導(dǎo)層橫向依次包括波導(dǎo)區(qū)、靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)和靠近光纖的耦合區(qū)；靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)的波導(dǎo)寬度為;靠近光纖的稱合區(qū)的波導(dǎo)寬度為6Mm-10Mm。進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)包括水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)，所述水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的高度相等，均為IOMm lOOMm。進(jìn)一步地，所述水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的個(gè)數(shù)與水平位置由有源光電子芯片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記、有源光電子芯片波導(dǎo)的相對(duì)位置決定，所述垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的高度由二氧化硅波導(dǎo)元件的二氧化硅波導(dǎo)層的垂直位置決定，所述垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)位于有源光電子芯片的中部。進(jìn)一步地，所述金屬電極層的厚度為O. 2MflT3Mffl，所述金屬電極層包括直流電極區(qū)、交流電極區(qū)、地線電極區(qū)和對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)；所述凸臺(tái)處于直流電極區(qū)和交流電極區(qū)之間，所述直流電極區(qū)和交流電極區(qū)上方制作有焊料凸點(diǎn)，通過(guò)焊料凸點(diǎn)與有源光電子芯片的直流電極、交流電極接觸；所述有源光電子芯片的正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)或金屬電極層的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)；所述的有源光電子芯片的背面電極與金屬電極層的地線電極區(qū)連接。進(jìn)一步地，所述的二氧化硅波導(dǎo)元件具有與豎直方向傾斜5° ^45°的外部端面。本發(fā)明提供一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟
步驟一制作硅襯底，并在硅襯底的凹槽中制作二氧化硅波導(dǎo)元件；
步驟二 在硅襯底上制作金屬電極層；
步驟三在金屬電極層的直流電極區(qū)和交流電極區(qū)上方制作焊料凸點(diǎn)；
步驟四在焊料凸點(diǎn)、垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)上方焊接有源光電子芯片。進(jìn)一步地，所述的步驟一中制作二氧化硅波導(dǎo)元件采用二氧化硅熱鍵合工藝或二氧化硅生長(zhǎng)工藝。進(jìn)一步地，當(dāng)采用二氧化硅熱鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件時(shí)，步驟一包括以下幾個(gè)步驟
步驟1:硅襯底的表面制作凸臺(tái)；
步驟2 :在硅襯底的凸臺(tái)的一側(cè)制作凹槽；
步驟3 :在凹槽的底部生長(zhǎng)二氧化硅鍵合層，將二氧化硅波導(dǎo)元件采用二氧化硅熱鍵合工藝制作到凹槽結(jié)構(gòu)中，使鍵合層熔入二氧化硅波導(dǎo)元件的二氧化硅襯底層中，并使二氧化硅波導(dǎo)元件具有與豎直方向傾斜5° ^45°的外部端面。進(jìn)一步地，當(dāng)采用二氧化硅生長(zhǎng)工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件時(shí)，步驟一包括以下幾個(gè)步驟
步驟1:在硅襯底表面生長(zhǎng)二氧化硅襯底層和二氧化硅波導(dǎo)層，并將二氧化硅波導(dǎo)層刻蝕掉一部分，形成預(yù)留區(qū)；
步驟2 :在保留的二氧化硅波導(dǎo)層上方生長(zhǎng)上包層；
步驟3 :在保留區(qū)刻蝕二氧化硅襯底層至硅襯底的表面，形成凸臺(tái)。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明提供一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片及其制作方法，采用了材料生長(zhǎng)、熱氧鍵合、倒裝貼片和光刻對(duì)準(zhǔn)等多步工藝，保證了不同材料波導(dǎo)器件間的高效光耦合，減少了波導(dǎo)端面間的光反射。在水平和豎直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)間制作有高頻電極，利用倒裝焊工藝?yán)诟哳l信號(hào)的傳輸，提高了器件間的集成度。同時(shí)該工藝的設(shè)計(jì)既可實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)的探針測(cè)試，又可用于后續(xù)的金絲球焊或楔焊工藝，易于實(shí)現(xiàn)混合集成芯片的封裝和量產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的結(jié)構(gòu)示意圖2a 圖2c為本發(fā)明中采用二氧化硅鍵合工藝制作硅上二氧化硅波導(dǎo)元件的流程示意圖3a 圖3e為本發(fā)明中采用二氧化硅生長(zhǎng)工藝制作硅上二氧化硅波導(dǎo)流程示意圖；圖4 a和圖4b為制作硅上高頻電極的結(jié)構(gòu)側(cè)視與俯視圖5為高頻電極上制作焊料凸點(diǎn)示意圖6 a為有源光電子芯片的正面結(jié)構(gòu)不意圖6 b為有源光電子芯片的背面結(jié)構(gòu)示意圖6 c為有源光電子芯片的 側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖7為有源光電子芯片與高頻電極倒裝焊接后的耦合對(duì)準(zhǔn)及電極重疊示意圖。圖中1_娃襯底；2_ 二氧化娃波導(dǎo)兀件；3_金屬電極層；4_焊料凸點(diǎn)；5_有源光電子芯片；6_水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)；7_垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)；8-平臺(tái)；9_第一光刻膠層；10_凹槽；11-第二光刻膠層；12_ 二氧化硅鍵合層；13_ 二氧化硅襯底層；14_ 二氧化硅波導(dǎo)層；15_ 二氧化娃上包層；16_靠近有源光電子芯片的稱合區(qū)；17_ —般波導(dǎo)區(qū)；18_靠近光纖的稱合區(qū)；19-外部端面；20_預(yù)留區(qū)；21_第三光刻膠層；22_第四光刻膠層；23_二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)；24_ 二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)；25_直流電極區(qū)；26_交流電極區(qū)；27_地線電極區(qū)；28_對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)；29_直流電極；30_交流電極；31_對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；32_出光或入光波導(dǎo)；33_地線電極；34_正表面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明提供一種娃上二氧化娃基的混合集成光電子芯片，其結(jié)構(gòu)包括娃襯底1，該硅襯底I為硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的硅襯底；該硅襯底I的表面具有平臺(tái)8、凹槽10和多個(gè)凸臺(tái)，其中凸臺(tái)為凸出于平臺(tái)8表面的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凹槽為凹嵌于平臺(tái)8下方的凹槽結(jié)構(gòu)；二氧化硅波導(dǎo)兀件2,位于娃襯底I的凹槽10中；金屬電極層3,該金屬電極層3制作于娃襯底I的平臺(tái)8表面部分金屬電極層3 ;焊料凸點(diǎn)4，該焊料凸點(diǎn)4制作在部分金屬電極層3上方；有源光電子芯片5,該有源光電子芯片5位于焊料凸點(diǎn)4和凸臺(tái)的上方。所述的硅襯底I為高電阻率硅材料，制作金屬電極層3后能實(shí)現(xiàn)低損耗的高頻傳輸，同時(shí)還具有良好的熱導(dǎo)系數(shù)。本發(fā)明在硅襯底I上制作有凸臺(tái)、平臺(tái)8和凹槽10。其中平臺(tái)8為第一次硅刻蝕后制作出凸臺(tái)后的硅底層，凹槽10為第二次硅刻蝕后制作出凹槽10底層ο所述的凸臺(tái)包括有水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7。水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7的高度相同，均為IOMm lOOMm。在二氧化硅波導(dǎo)的制作過(guò)程中可以利用此水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，用以實(shí)現(xiàn)二氧化硅波導(dǎo)層位置相對(duì)于水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的固定。在金屬電極層3的光刻中，可利用此水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形實(shí)現(xiàn)與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記重疊，用以實(shí)現(xiàn)金屬電極層3及其上的焊料凸點(diǎn)4位置與有源光電子芯片5的電極位置相重疊，方便實(shí)現(xiàn)電學(xué)互連。此外，在有源光電子芯片5的倒裝貼片中，也可利用此對(duì)準(zhǔn)圖形與芯片表面的特殊圖形實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。這樣，通過(guò)水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6在水平方向上，二氧化硅波導(dǎo)元件2與有源光電子芯片5波導(dǎo)能達(dá)到平行對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)高效耦合；在垂直方向上，焊料凸點(diǎn)4只需制作在金屬電極層3的特定區(qū)域，具體為金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26，即可保證貼片過(guò)程中與有源光電子芯片5的良好接觸。所述水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形與波導(dǎo)光刻版、金屬電極層3和有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相同或互補(bǔ)，作為光耦合及電互連的基準(zhǔn)位置，如有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記截面為十字的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，則相同的水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6截面圖形為十字，互補(bǔ)的截面圖形為填補(bǔ)十字四角空白的四個(gè)方塊。在用普通光刻制作二氧化硅波導(dǎo)元件2的結(jié)構(gòu)時(shí)，可利用波導(dǎo)光刻版上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同此水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，用以實(shí)現(xiàn)二氧化硅波導(dǎo)層位置相對(duì)于水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的固定。在用普通光刻制作金屬電極層3時(shí)，利用波導(dǎo)光刻版上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同此水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，用以實(shí)現(xiàn)金屬電極層3位置相對(duì)于水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的固定，用以實(shí)現(xiàn)金屬電極層3及其上的焊料凸點(diǎn)4位置與有源光電子芯片5的電極位置重疊，方便實(shí)現(xiàn)電學(xué)互連。此外，在有源光電子芯片5的倒裝貼片中，也可利用此對(duì)準(zhǔn)圖形與有源光電子芯片5正面的對(duì)準(zhǔn)圖形實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。這樣，通過(guò)水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6，在水平方向上，二氧化硅波導(dǎo)層與有源光電子芯片5波導(dǎo)能達(dá)到平行對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)高效耦合；在垂直方向上，焊料凸點(diǎn)4只需制作在金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26，即可保證有源光電子芯片5同金屬電極層3間的良好電互聯(lián)。因水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6需同有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，其水平位置由有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同有源光電子芯片5波導(dǎo)的相對(duì)位置決定，個(gè)數(shù)由有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記個(gè)數(shù)決定。所述垂直 對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7用于激光器或探測(cè)器波導(dǎo)同二氧化硅波導(dǎo)層在高度上的對(duì)齊由于采用材料生長(zhǎng)和鍵合工藝，二氧化硅波導(dǎo)層的垂直位置相對(duì)于硅襯底I的平臺(tái)8是固定的，因此二氧化硅波導(dǎo)層位置相對(duì)于垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7的垂直位置也固定。在有源光電子芯片5的貼片過(guò)程中，可將有源光電子芯片5的表面緊貼對(duì)準(zhǔn)垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7，即可高精度的實(shí)現(xiàn)垂直方向上的波導(dǎo)間光耦合對(duì)準(zhǔn)，避免了焊料凸點(diǎn)4高度的誤差對(duì)光耦合的影響。垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7在水平相對(duì)位置上對(duì)應(yīng)位于有源光電子芯片5的中部，對(duì)稱分布于有源光電子芯片5的出光或入光波導(dǎo)的兩側(cè)，并不應(yīng)與任何金屬電極層3相連,垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7為多根圓柱或方柱等利于支撐芯片的結(jié)構(gòu)，單個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7的截面積100μπΓ40000μπι2，垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7個(gè)數(shù)有4 10個(gè)，具體個(gè)數(shù)由有源光電子芯片5的中部面積同單個(gè)凸臺(tái)的截面積比例決定，垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7高度是由二氧化硅波導(dǎo)層的垂直位置決定的。所述二氧化硅波導(dǎo)元件2包括二氧化硅襯底層13、二氧化硅波導(dǎo)層14和二氧化硅上包層15。二氧化硅波導(dǎo)層14位于二氧化硅襯底層13上方，二氧化硅波導(dǎo)層14包括一般波導(dǎo)區(qū)17、靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16和靠近光纖的耦合區(qū)18。二氧化硅波導(dǎo)層14為高折射率的二氧化硅，二氧化硅襯底層13與二氧化硅上包層15的材料的折射率相同，二氧化硅波導(dǎo)層14的材料的折射率與二氧化硅襯底層13、二氧化硅上包層15的折射率之間的折射率差為O. 5% 2. 5%。靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16的波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)窄，為3MnT7Mm ;靠近光纖的耦合區(qū)18的波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)寬，為6MnTlOMm?？拷性垂怆娮有酒鸟詈蠀^(qū)16具有較小的波導(dǎo)寬度，結(jié)合高的折射率差能保證靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16形成較小的光斑，用以實(shí)現(xiàn)與有源光電子芯片5的高效光耦合。靠近光纖的耦合區(qū)18具有較大的波導(dǎo)寬度，是為了增大光斑直徑，用以實(shí)現(xiàn)與光纖的高效光耦合?？拷性垂怆娮有酒鸟詈蠀^(qū)16和靠近光纖的耦合區(qū)18的外部端面19均為5° 45°的傾斜端面,傾斜方向?yàn)榇怪辈▽?dǎo)出光或入光中心軸的橫向或縱向，用以減少波導(dǎo)端面反射對(duì)有源光電子芯片5的影響。二氧化硅波導(dǎo)元件2中靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16的外表面同有源光電子芯片5出光或入光波導(dǎo)的外部側(cè)面之間的間距為無(wú)端面反射光進(jìn)入有源光電子芯片5的最佳間距，該間距的選擇原則為，二氧化硅波導(dǎo)元件2的靠近有源光電子芯片的稱合區(qū)16的外部側(cè)面反射光的最大范圍偏離有源光電子芯片5出光或入光波導(dǎo)端面，同時(shí)在該耦合區(qū)的外部側(cè)面處有源光電子芯片5的近場(chǎng)光斑與靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16光斑尺寸一致或接近，有源光電子芯片5的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角與靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16的最大入射角一致或接近，即可實(shí)現(xiàn)高耦合效率的同時(shí)，避免反射光對(duì)有源光電子芯片5性能的影響。所述金屬電極層3厚度為O. 2MnT3Mm,為多層金屬結(jié)構(gòu),如Ti/Pt/Au層結(jié)構(gòu)。該金屬電極層3制作在硅襯底I的平臺(tái)8上，金屬電極層3的多層結(jié)構(gòu)需同硅襯底I及焊料凸點(diǎn)4有良好的接觸。該金屬電極層3為特殊結(jié)構(gòu)的金屬電極，包括直流電極區(qū)25、交流電極區(qū)26、地線電極區(qū)27和對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28，該四個(gè)區(qū)為橫向分布的電極結(jié)構(gòu)。直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26位于有 源光電子芯片5的直流電極29及交流電極30的正下方，在所述的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26上制作焊料凸點(diǎn)4，分別用于將直流和交流電信號(hào)加載到有源光電子芯片5上，直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26均有延長(zhǎng)電極，延伸到平臺(tái)8上遠(yuǎn)離凸臺(tái)方向的末端，便于同芯片封裝管殼間的金絲引線互連。地線電極區(qū)27位于平臺(tái)8上遠(yuǎn)離硅凸臺(tái)方向的末端，用金絲引線同有源光電子芯片5的背面電極連接。對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28如前所述，同凸臺(tái)中的水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6對(duì)準(zhǔn)。所述焊料凸點(diǎn)層包括多個(gè)焊料凸點(diǎn)，選擇以金屬電極層3和II1- V族激光器或探測(cè)器間之間的材料制備的金屬過(guò)渡層，其材料為熔點(diǎn)低于400°c的易熔焊接且與電極金屬有良好附著性的金屬材料，如AuSn、PbSruSnAgCu等材料,制作于金屬電極層3上后,其厚度要求略高于凸臺(tái)的表面，以便后期壓制。焊料凸點(diǎn)4在制作時(shí)僅制作于金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26上，個(gè)數(shù)由金屬電極層3的面積和焊料凸點(diǎn)4的大小比例決定，可采用植球和回流工藝制作焊料凸點(diǎn)4，焊料凸點(diǎn)4在植球和回流工藝過(guò)程中，以及后續(xù)有源光電子芯片5貼片過(guò)程中，均不應(yīng)溢出金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26。所述有源光電子芯片5為波導(dǎo)型的II1-V族激光器或探測(cè)器，其正面有直流電極、交流電極和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，背面有地電極，中部有出光或入光波導(dǎo)。正面的直流、交流電極區(qū)通過(guò)焊料凸點(diǎn)4與金屬電極層3的直流電極區(qū)25、交流電極區(qū)26分別接觸，接觸到焊料凸點(diǎn)4后，將正面的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同金屬電極層3的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記或水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，采用熱回流焊和倒裝壓焊的結(jié)合工藝，將有源光電子芯片5的正面直流和交流電極層同焊料凸點(diǎn)4間形成合金，并下壓直至有源光電子芯片5的正面同硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7接觸，既保證了低的接觸電阻，又固定了有源光電子芯片5出光或入光波導(dǎo)的耦合位置。背面電極通過(guò)金絲球焊或楔焊連接到金屬電極層3的地線電極區(qū)27上。本發(fā)明提出的一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片可用于單路或多路激光器或探測(cè)器芯片同硅上二氧化硅波導(dǎo)器件(如分束器、合束器、AffG等)間的混合集成，用于多通道光收發(fā)集成化的TOSA或ROSA器件中。該混合集成光電子芯片分別采用II1- V族激光器或探測(cè)器芯片和硅基波導(dǎo)器件，利用了不同材料器件在有源和無(wú)源性能上的特點(diǎn)，具有單元芯片工藝成熟、性能優(yōu)異的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明還提供上述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的制作方法，具體包括以下幾個(gè)步驟
步驟一制作硅襯底，并在硅襯底的凹槽10中制作二氧化硅波導(dǎo)元件。因制作二氧化硅波導(dǎo)元件2可采用二氧化硅鍵合工藝或二氧化硅生長(zhǎng)工藝，如已有制作完好的二氧化硅波導(dǎo)元件2，則制作中可采用二氧化硅鍵合工藝；如沒(méi)有制作完好的二氧化硅波導(dǎo)元件2，則制作中可采用二氧化娃生長(zhǎng)工藝。當(dāng)采用二氧化硅鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件2時(shí)，具體制備步驟如下
(一)采用二氧化硅鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件
步驟1:在硅襯底I表面，采用普通光刻和硅刻蝕工藝制作硅襯底I上的凸臺(tái)，參看圖2a，該凸臺(tái)包括有水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7，即進(jìn)行第一次硅刻蝕，刻蝕深度為IOMm "lOOMm,也即刻蝕后形成的水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6和垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7的高度為IOMm ^lOOMm0該具體刻蝕深度由二氧化硅波導(dǎo)層和有源光電子芯片5的入光或出光波導(dǎo)相對(duì)于硅襯底I表面的高度關(guān)系決定，保證二氧化娃波導(dǎo)層和有源光電子芯片5的入光或出光波導(dǎo)的高度相平齊。第一次硅刻蝕后形成平整的平臺(tái)8以及位于平臺(tái)8上方的凸臺(tái)，且凸臺(tái)上方保留有第一次硅刻蝕殘余的第一光刻膠層9。水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6的截面圖形與波導(dǎo)光刻版、金屬電極層3和有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相同或互補(bǔ)，作為光耦合及電互連的基準(zhǔn)位置，如有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記截面為十字的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，則相同的水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)截面圖形為十字，互補(bǔ)的截面圖形為填補(bǔ)十字四角空白的四個(gè)方塊。因水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6需同光電子芯片上對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，其水平位置由光電子芯片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同光電子芯片波導(dǎo)的相對(duì)位置決定，個(gè)數(shù)由光電子芯片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記個(gè)數(shù)決定。垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7在水平相對(duì)位置上位于有源光電子芯片5的中部，對(duì)稱分布于有源光電子芯片5出光或入光波導(dǎo)的兩側(cè)，并不應(yīng)與任何金屬電極層3相連，垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7為多根圓柱或方柱等利于支撐芯片的結(jié)構(gòu)，單個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的截面積100Mnr40000Mffl2，垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)個(gè)數(shù)有Γ10個(gè)，具體個(gè)數(shù)由有源光電子芯片5的中部面積(有源光電子芯片5的直流電極與交流電極中間的襯底區(qū))同單個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的截面積比例決定。步驟2 :在平臺(tái)8表面制作凹槽10，此次制作凹槽10即為第二次硅刻蝕，參看圖2b。首先去除第一次硅刻蝕殘余的光刻膠9，在平臺(tái)8以及凸臺(tái)上方采用普通光刻制作第二光刻膠層11，該光刻膠層的厚度大于凸臺(tái)的高度，以保護(hù)凸臺(tái)區(qū)(6、7)并定義凹槽10邊界，再采用硅刻蝕工藝在第二光刻膠層11和平臺(tái)8的一側(cè)制作凹槽10，刻蝕深度為IOOMm 1500Mffl，該刻蝕深度大于第二光刻膠層11的厚度。保留第二次硅刻蝕后的第二光刻膠層
11。凹槽10深度為100MnTl500Mm，具體由二氧化硅波導(dǎo)層同二氧化硅元件底面的距離和二氧化硅波導(dǎo)層同硅平臺(tái)8表面的距離共同決定。凹槽10為矩形凹槽，寬度和長(zhǎng)度均大于二氧化硅波導(dǎo)元件2的寬度與長(zhǎng)度，凹槽10中遠(yuǎn)離平臺(tái)8的凹槽側(cè)壁以及相鄰該側(cè)凹槽側(cè)壁的另外兩個(gè)凹槽側(cè)壁均為劃片預(yù)留區(qū)。在整個(gè)混合集成晶圓制作完成后劃片工藝中，將去除該劃片預(yù)留區(qū)，這樣凹槽10將僅余靠近凸臺(tái)6、平臺(tái)8 一側(cè)的凹槽側(cè)壁，如圖3b所示。步驟3 :制作二氧化硅波導(dǎo)元件2，采用二氧化硅熱鍵合工藝。在凹槽10的表面采用熱氧化或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)二氧化硅鍵合層12，該鍵合層厚度為
O.OlMflTlMm，參看圖2c。其次去除步驟2中的第二次硅刻蝕后的第二光刻膠層11，再次利用二氧化硅鍵合層12將制作完好的二氧化硅波導(dǎo)元件2采用高溫?zé)徭I合工藝制作到硅襯底I的凹槽10中，使二氧化硅鍵合層12熔入二氧化硅襯底層13中。同時(shí)，移動(dòng)二氧化硅波導(dǎo)元件2，直至二氧化硅波導(dǎo)元件2靠近設(shè)計(jì)的靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16端面緊貼凹槽10靠近凸臺(tái)方向的凹槽側(cè)壁。制作完好的二氧化硅波導(dǎo)元件2結(jié)構(gòu)包括二氧化硅襯底層13、二氧化硅波導(dǎo)層14和二氧化硅上包層15，其中二氧化硅襯底層13位于凹槽10的底部，二氧化硅波導(dǎo)層14為垂直于凹槽10底部靠近凹槽側(cè)壁的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)。二氧化硅襯底層13的厚度為50MflTl000Mm，二氧化硅波導(dǎo)層14的厚度為3MflT50Mm，二氧化硅上包層15的厚度為50MnTl000Mm。二氧化娃波導(dǎo)層14橫向包括靠近有源光電子芯片的稱合區(qū)16、一般波導(dǎo)區(qū)17和靠近光纖的光纖耦合區(qū)18。二氧化硅波導(dǎo)層14為高折射率的二氧化硅，二氧化硅波導(dǎo)層14同二氧化硅襯底層13、二氧化硅上包層15的折射率差為O. 59Γ2. 5%，二氧化硅襯底層13與二氧化硅上包層15的材料折射率相同。一般波導(dǎo)區(qū)17的波導(dǎo)寬度為6MnT9Mm ;靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)16波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)17更窄，為3MnT7Mm ;靠近光纖的耦合區(qū)18波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)17更寬，為SMnTlOMffl?？拷性垂怆娮有酒鸟詈蠀^(qū)16和靠近光纖的耦合區(qū)18的外側(cè)端面19均為與豎直方向呈5°至45°夾角的傾斜端面，且與垂直波導(dǎo)出光或入光中心軸相垂直。
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(二)采用二氧化硅生長(zhǎng)工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件
步驟1:制作二氧化硅波導(dǎo)元件2，如圖3a。采用二氧化硅生長(zhǎng)工藝，在整個(gè)硅襯底I上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)二氧化硅襯底層13和二氧化硅波導(dǎo)層14，在生長(zhǎng)時(shí)可采用同步注入鍺烷等氣體混合物進(jìn)行波導(dǎo)摻雜制作摻雜二氧化硅波導(dǎo)層14。再利用普通光刻和二氧化硅刻蝕工藝制作出二氧化硅波導(dǎo)層14，二氧化硅刻蝕到二氧化硅襯底層13為止，且將二氧化硅波導(dǎo)出光面一側(cè)的波導(dǎo)層也刻蝕到二氧化硅襯底層13為止，預(yù)留出長(zhǎng)度為500Mm 1500Mm的預(yù)留區(qū)20。二氧化硅波導(dǎo)層14為高折射率的二氧化硅，二氧化硅波導(dǎo)層14同二氧化硅襯底層13、二氧化硅上包層15的折射率差為O. 59Γ2. 5%。二氧化娃波導(dǎo)層14包括靠近有源光電子芯片的稱合區(qū)16、一般波導(dǎo)區(qū)17和靠近光纖的I禹合區(qū)18。一般波導(dǎo)區(qū)17的波導(dǎo)寬度為6Mm;靠近有源光電子芯片的稱合區(qū)16波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)17更窄，為靠近光纖的耦合區(qū)18波導(dǎo)寬度比一般波導(dǎo)區(qū)17更寬，為8MnTlOMm。二氧化硅襯底層13的厚度為50MnTl000Mm，二氧化硅波導(dǎo)層14的厚度為3μιη 50μιηο步驟2 :二氧化硅上包層與傾斜端面的制作。在二氧化硅波導(dǎo)層14和預(yù)留區(qū)20上方繼續(xù)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)二氧化硅上包層15，然后進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，參看圖3b。采用普通光刻保護(hù)二氧化硅波導(dǎo)層14上部的二氧化硅上包層15，而在預(yù)留區(qū)20上采用二氧化硅刻蝕工藝刻蝕掉部分上包層15，刻蝕至裸露出二氧化硅襯底層13為止，保留刻蝕后二氧化硅上包層15上方殘余的第三光刻膠層21，參看圖3c。再采用端面拋光工藝，在二氧化硅波導(dǎo)層14的兩側(cè)制作傾斜端面19?？拷怆娮有酒詈蠀^(qū)16和靠近光纖的耦合區(qū)18外部端面19均為與豎直方向呈5°至45°的傾斜端面，且該外部端面與波導(dǎo)出光或入光中心軸垂直。二氧化硅包層15的厚度為50Mm lOOOMm。步驟3 :制作水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6和垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7。在二氧化硅預(yù)留區(qū)20上，用第四光刻膠層22保護(hù)上包層15及其下層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)并定義二氧化硅對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的位置與形狀，采用普通光刻和二氧化硅刻蝕工藝，刻蝕二氧化硅襯底層13直至硅襯底I的表面，制作出二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)23和二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)24，參看圖3d。二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)24與二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)23的位置與形狀與(一)采用二氧化硅鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件2中步驟I描述的水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6、垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7的位置與形狀一致。保留刻蝕后殘余第四光刻膠層22，并改換硅刻蝕工藝?yán)^續(xù)對(duì)硅襯底I進(jìn)行硅刻蝕，刻蝕深度為lOMnTlOOMffl，參看圖3e。由于殘余第四光刻膠層22的保護(hù)與自對(duì)準(zhǔn)，在二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)23與二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)24的下部將形成垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7、凸臺(tái)水平對(duì)準(zhǔn)6，該方法制作的二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)23與二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)24位置、截面形狀與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7、凸臺(tái)水平對(duì)準(zhǔn)6 —致，也同采用二氧化硅鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件2中步驟I中描述的垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7、凸臺(tái)水平對(duì)準(zhǔn)6的位置與截面形狀一致。二氧化硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)23與二氧化硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)24與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7、凸臺(tái)水平對(duì)準(zhǔn)6的總高度為IOMm"lOOMm,具體高度由二氧化娃波導(dǎo)層14和有源光電子芯片5的入光或出光波導(dǎo)的相對(duì)于娃襯底I表面的高度關(guān)系決定，保證二氧化娃波導(dǎo)層14和有源光電子芯片5的入光或出光波導(dǎo)高度平齊。最后去除殘余的第三光刻膠層21與第四光刻膠層22。步驟二 制作金屬電極層3。在硅襯底I表面，用光刻膠保護(hù)二氧化硅波導(dǎo)區(qū)14并定義金屬電極圖形，利用水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6同金屬電極光刻版上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，采用普通光刻、金屬濺射和蒸發(fā)以及金屬剝離工藝，在平臺(tái)8上制作金屬電極層3，參看圖4a和4b。金屬電極層3厚度為
0.2MnT3Mm, 為多層金屬結(jié)構(gòu),如Ti/Pt/Au層結(jié)構(gòu)。該金屬電極層3制作在娃平臺(tái)8上,金屬電極層3的多層結(jié)構(gòu)需同硅襯底I及焊料凸點(diǎn)4有良好的接觸。該金屬電極層3為特殊結(jié)構(gòu)的金屬電極，包括直流電極區(qū)25、交流電極區(qū)26、地線電極區(qū)27和對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28。直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26位于光電子芯片的直流電極29及交流電極30的正下方，在直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26上制作焊料凸點(diǎn)4，分別用于將直流和交流電信號(hào)加載到有源光電子芯片5上，直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26均有延長(zhǎng)電極，延伸到平臺(tái)8上遠(yuǎn)離凸臺(tái)方向的末端，便于同芯片封裝管殼間的金絲引線互連。地線電極區(qū)27位于平臺(tái)8上遠(yuǎn)離硅凸臺(tái)方向的末端，用金絲引線同光電子芯片背面電極連接。對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28如前所述，用于同水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6對(duì)準(zhǔn)。步驟三在金屬電極層3上制作焊料凸點(diǎn)4，將金屬電極對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記28或硅水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6同焊料凸點(diǎn)植球機(jī)的校準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，采用植球和回流工藝制作焊料凸點(diǎn)4，參看圖5。焊料凸點(diǎn)4僅制作于金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26上，個(gè)數(shù)由金屬電極面積和焊料凸點(diǎn)4大小比例決定，焊料凸點(diǎn)4在植球和回流工藝過(guò)程中，以及后續(xù)有源光電子芯片5貼片過(guò)程中，均不應(yīng)溢出金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26。步驟四焊接有源光電子芯片5。有源光電子芯片5為波導(dǎo)型的II1-V族激光器或探測(cè)器，其正面有直流電極29、交流電極30和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記31，中部有出光或入光波導(dǎo)32，背面有地線電極33，正面電極下部即為正表面34，參看圖6a 圖6c。利用對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28或水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6同有源光電子芯片5上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記31進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，采用熱回流焊和倒裝壓焊的結(jié)合工藝，將有源光電子芯片5的金屬電極層3制作在焊料凸點(diǎn)4上，參看圖7。正面的直流電極29和交流電極30同金屬電極層3的直流電極區(qū)25和交流電極區(qū)26焊料凸點(diǎn)4的上部分別接觸。接觸到焊料凸點(diǎn)4后，將正面的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記同對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)28對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記或水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)6進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，采用熱回流焊和倒裝壓焊的結(jié)合工藝，將有源光電子芯片5的正面直流電極29和交流電極30同焊料凸點(diǎn)4間形成合金，并下壓直至有源光電子芯片5的正表面34同硅垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)7接觸，參看圖1。步驟五用金絲將有源光電子芯片5的背面地電極33與金屬電極層3上的地線電極區(qū)27連接起來(lái)，如圖1所示。以上所述實(shí)施例僅是為充分說(shuō)明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍 以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種娃上二氧化娃基的混合集成光電子芯片，其特征在于包括娃襯底，所述娃襯底表面具有平臺(tái)、凸臺(tái)和凹槽，所述凹槽中設(shè)置有二氧化硅波導(dǎo)元件，所述凸臺(tái)凸出于平臺(tái)表面，所述平臺(tái)表面設(shè)置有不連續(xù)的金屬電極層，所述金屬電極層的表面設(shè)置有焊料凸點(diǎn)，所述的焊料凸點(diǎn)和凸臺(tái)上方設(shè)置有有源光電子芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片，其特征在于二氧化硅波導(dǎo)元件的縱向依次包括二氧化硅襯底層、二氧化硅波導(dǎo)層和二氧化硅上包層；所述的二氧化硅波導(dǎo)層橫向依次包括波導(dǎo)區(qū)、靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)和靠近光纖的耦合區(qū)；靠近有源光電子芯片的耦合區(qū)的波導(dǎo)寬度為;靠近光纖的耦合區(qū)的波導(dǎo)寬度
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片，其特征在于所述凸臺(tái)包括水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)，所述水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)與垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的高度相等，均為 IOMm lOOMm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片，其特征在于所述水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的個(gè)數(shù)與水平位置由有源光電子芯片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記、有源光電子芯片波導(dǎo)的相對(duì)位置決定，所述垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)的高度由二氧化硅波導(dǎo)元件的二氧化硅波導(dǎo)層的垂直位置決定，所述垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)位于有源光電子芯片的中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片，其特征在于所述金屬電極層的厚度為O.，所述金屬電極層包括直流電極區(qū)、交流電極區(qū)、地線電極區(qū)和對(duì)準(zhǔn)圖形電極區(qū)；所述凸臺(tái)處于直流電極區(qū)和交流電極區(qū)之間，所述直流電極區(qū)和交流電極區(qū)上方制作有焊料凸點(diǎn)，通過(guò)焊料凸點(diǎn)與有源光電子芯片的直流電極、交流電極接觸；所述有源光電子芯片的正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與水平對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)或金屬電極層的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)；所述的有源光電子芯片的背面電極與金屬電極層的地線電極區(qū)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片，其特征在于所述的二氧化硅波導(dǎo)元件具有與豎直方向傾斜5° ^45°的外部端面。
7.—種娃上二氧化娃基的混合集成光電子芯片的制作方法,其特征在于,包括以下幾個(gè)步驟步驟一制作硅襯底，并在硅襯底的凹槽中制作二氧化硅波導(dǎo)元件；步驟二 在硅襯底上制作金屬電極層；步驟三在金屬電極層的直流電極區(qū)和交流電極區(qū)上方制作焊料凸點(diǎn)；步驟四在焊料凸點(diǎn)、垂直對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)上方焊接有源光電子芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的制作方法，其特征在于，所述的步驟一中制作二氧化硅波導(dǎo)元件采用二氧化硅熱鍵合工藝或二氧化硅生長(zhǎng)工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的制作方法，其特征在于，當(dāng)采用二氧化硅熱鍵合工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件時(shí)，步驟一包括以下幾個(gè)步驟步驟1:硅襯底的表面制作凸臺(tái)；步驟2 :在硅襯底的凸臺(tái)的一側(cè)制作凹槽；步驟3 :在凹槽的底部生長(zhǎng)二氧化硅鍵合層，將二氧化硅波導(dǎo)元件采用二氧化硅熱鍵合工藝制作到凹槽結(jié)構(gòu)中，使鍵合層熔入二氧化硅波導(dǎo)元件的二氧化硅襯底層中，并使二氧化硅波導(dǎo)元件具有與豎直方向傾斜5° ^45°的外部端面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片的制作方法，其特征在于，當(dāng)采用二氧化硅生長(zhǎng)工藝制作二氧化硅波導(dǎo)元件時(shí)，步驟一包括以下幾個(gè)步驟步驟1:在硅襯底表面生長(zhǎng)二氧化硅襯底層和二氧化硅波導(dǎo)層，并將二氧化硅波導(dǎo)層刻蝕掉一部分，形成預(yù)留區(qū)；步驟2 :在保留的二氧化硅波導(dǎo)層上方生長(zhǎng)上包層；步驟3 :在保留區(qū)刻蝕二氧化硅襯底層至硅襯底的表面，形成凸臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅上二氧化硅基的混合集成光電子芯片及其制作方法，包括硅襯底，所述硅襯底表面具有平臺(tái)、凸臺(tái)和凹槽，凹槽中設(shè)置有二氧化硅波導(dǎo)元件，凸臺(tái)凸出于平臺(tái)表面，平臺(tái)表面設(shè)置有不連續(xù)的金屬電極層，所述金屬電極層的表面設(shè)置有焊料凸點(diǎn)，所述的焊料凸點(diǎn)和凸臺(tái)上方設(shè)置有有源光電子芯片。本發(fā)明采用了材料生長(zhǎng)、熱氧鍵合、倒裝貼片和光刻對(duì)準(zhǔn)等多步工藝，保證了不同材料波導(dǎo)器件間的高效光耦合，減少了波導(dǎo)端面間的光反射。在對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)間制作有高頻電極，利用倒裝焊工藝?yán)诟哳l信號(hào)的傳輸，提高了器件間的集成度。同時(shí)該工藝的設(shè)計(jì)既可實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)的探針測(cè)試，又可用于后續(xù)的金絲球焊或楔焊工藝，易于實(shí)現(xiàn)混合集成芯片的封裝和量產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/12GK103066148SQ20121058607
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者周亮, 曹小鴿, 余向紅 申請(qǐng)人:武漢電信器件有限公司