一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝，結(jié)合熱壓鍵合技術(shù)并且充分利用了銅的金屬特性來實現(xiàn)對兩個芯片或者多個芯片的互聯(lián)，金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。芯片之間的鍵合比較牢固，強度高；并且整個互聯(lián)工藝相對簡單，比較適合大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。而且除了覆蓋在光柵及波導(dǎo)之上的保護結(jié)構(gòu)以外，芯片與芯片之間可以沒有間隔。這樣光柵與光柵之間的自由光傳輸空間只有2微米到4微米，由于光擴散導(dǎo)致的光學(xué)損耗就得到了一定程度的減小。所述的兩個光柵優(yōu)選為對焦型光柵結(jié)構(gòu)，不僅可以較好的降低光傳輸過程中的光學(xué)損耗，同時也可以獲得較好的縱向和橫向誤差容忍度。
【專利說明】
一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是涉及一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進步，越來越多具有不同功能的芯片涌入到人們的生活中，芯片與芯片之間的互聯(lián)方式也越來越多樣，其中翻轉(zhuǎn)芯片光聯(lián)通技術(shù)可以說是在芯片與芯片之間進行互聯(lián)的所有技術(shù)手段當(dāng)中最為常見的一項技術(shù)。
[0003]如圖1所示，兩個芯片(1，2)聯(lián)通之后，兩個芯片中的光柵4之間會實現(xiàn)光的聯(lián)通?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用銦凸塊回流焊接的方式實現(xiàn)兩個芯片之間的聯(lián)通。如專利文獻申請公布號為CN102064120A的一種基于銦凸點的無助焊劑回流工藝方法，其公開了基板金屬化、鈍化層開口、凸點下金屬化層增厚、電鍍銦凸點、電鍍銀層包覆銦凸點、凸點回流等互聯(lián)工藝步驟。按照此種互聯(lián)工藝制作出的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有一種較好的自我對準(zhǔn)的能力，而且往往也能得到較好的對準(zhǔn)誤差，并且獲得較佳的傳輸效率，比較適合快速大規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]由于銦凸塊本身的熔點低，在互聯(lián)加熱過程中會產(chǎn)生凸起，形成較高的高度(一般在30微米到50微米之間)，如圖2所示便為其中的一個芯片的銦凸塊經(jīng)過加熱產(chǎn)生的具有一定高度的銦球3。這樣將兩個芯片互聯(lián)時，兩個芯片之間不能做到嚴(yán)密的結(jié)合，如圖1所示，會由于凸起的存在導(dǎo)致兩個芯片之間存在一些具有一定高度的銦球3。根據(jù)圖1與圖2進行比較可知，這樣就會導(dǎo)致兩個光柵之間的距離增大，實現(xiàn)光聯(lián)通時，光程加大，加大了光學(xué)損耗。以這種方式進行的互聯(lián)工藝會在實際傳輸中有6-7dB的光學(xué)損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)在傳輸過程中會產(chǎn)生較大的光學(xué)損耗，從而提出一種可以降低傳輸過程中的光學(xué)損耗的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括:
[0008]第一芯片和第二芯片，以及將所述第一芯片和所述第二芯片聯(lián)通的金屬結(jié)構(gòu)；
[0009]其中所述第一芯片和所述第二芯片均包括光學(xué)芯片部與電子連接部，所述光學(xué)芯片部包括光柵與波導(dǎo)，光信號在兩個光柵之間傳輸；所述電子連接部包括通過所述金屬結(jié)構(gòu)進行連接的電子器件。
[0010]進一步地所述金屬結(jié)構(gòu)為金屬銅。
[0011 ] 進一步地兩個光柵均為一維光柵結(jié)構(gòu)。
[0012]進一步地兩個光柵均為對焦型光柵結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步地所述第一芯片和所述第二芯片均還包括覆蓋在光柵與波導(dǎo)上的保護結(jié)構(gòu)。
[0014]進一步地兩個光柵之間的距離為2_4um。
[0015]進一步地所述金屬結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)之間的距離大于3_4um。
[0016]一種芯片互聯(lián)工藝，包括如下步驟:
[0017]S1:在第一芯片和第二芯片的上表面涂覆一層金屬結(jié)構(gòu)；
[0018]S2:所述第一芯片和所述第二芯片的上表面相對，保證兩個芯片的金屬結(jié)構(gòu)相貼合；
[0019]S3:將經(jīng)所述步驟S2中的兩個芯片進行熱壓鍵合，完成兩個芯片的互聯(lián)。
[0020]進一步地所述金屬結(jié)構(gòu)為金屬銅。
[0021]進一步地所述熱壓鍵合在潔凈度不低于1000的無塵室中進行。
[0022]進一步地所述熱壓鍵合的溫度為300°C -500°C。
[0023]進一步地所述熱壓鍵合的溫度為400°C。
[0024]進一步地所述熱壓鍵合的壓力為2000_5000mbar。
[0025]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0026](I)本發(fā)明所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝，結(jié)合了熱壓鍵合技術(shù)，并且充分利用了銅的金屬特性來實現(xiàn)對兩個芯片或者多個芯片的互聯(lián)，金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。芯片之間的鍵合比較牢固，強度高；并且整個互聯(lián)工藝相對簡單，無需對邊緣進行處理，比較適合大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。
[0027](2)本發(fā)明所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝，除了覆蓋在光柵及波導(dǎo)之上的保護結(jié)構(gòu)以外，芯片與芯片之間可以沒有間隔。這樣光柵與光柵之間的光傳輸距離只有2微米到4微米，由于光擴散導(dǎo)致的光學(xué)損耗就得到了一定程度的減小。
[0028](3)本發(fā)明所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其互聯(lián)工藝，所述的兩個光柵優(yōu)選為對焦型光柵結(jié)構(gòu)，不僅可以較好的降低光傳輸過程中的光學(xué)損耗，同時也可以獲得較好的縱向和橫向誤差容忍度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0030]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的銦球放大示意圖；
[0032]圖3是一種實施例所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是一維光柵結(jié)構(gòu)中的光信號傳播示意圖；
[0034]圖5是對焦型光柵結(jié)構(gòu)中的光信號傳播示意圖；
[0035]圖6 —種實施例所述的芯片互聯(lián)工藝流程圖。
[0036]圖中附圖標(biāo)記表不為:1-第一芯片，2_第二芯片，3_銦球,4_光柵，
[0037]5_波導(dǎo),6-電子器件。

【具體實施方式】
[0038]實施例1
[0039]本實施例所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括:
[0040]第一芯片I和第二芯片2，以及將所述第一芯片I和所述第二芯片2聯(lián)通的金屬結(jié)構(gòu)。
[0041]其中所述第一芯片I和所述第二芯片2均包括光學(xué)芯片部與電子連接部，所述光學(xué)芯片部包括光柵4與波導(dǎo)5，光信號在兩個光柵4之間傳輸；所述電子連接部包括通過所述金屬結(jié)構(gòu)進行連接的電子器件6。
[0042]所述金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)選為金屬銅。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述金屬結(jié)構(gòu)材質(zhì)的選擇包括但不限于金屬銅，其他的金屬亦可以選用，因為金屬銅是目前主要的電學(xué)連接媒介，并且使用金屬銅作為鍵合媒介，可以簡化加工步驟。通過金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。故此處優(yōu)選使用金屬銅，但是其他顯而易見的金屬替換亦在本實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0043]本實施例所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu),通過在每一所述芯片的上表面鋪設(shè)一層金屬銅，繼而通過熱壓鍵合技術(shù)完成兩個芯片的互聯(lián)。所述金屬銅的鋪設(shè)需要保證整個芯片的上表面的平整，具體參數(shù)需要結(jié)合具體芯片的實際尺寸來設(shè)定，但是實現(xiàn)的最終目的在于保證兩個芯片的無縫對接互聯(lián)。并且本實施例不僅可以完成兩個芯片的互聯(lián)，也可以完成多個芯片的互聯(lián)，即只要所述第一芯片I本身的晶體襯底足夠?qū)挘龅谝恍酒琁上所鋪設(shè)的金屬銅足夠?qū)挶憧梢栽谒龅谝恍酒琁上互聯(lián)多個芯片。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述芯片互聯(lián)的數(shù)量并非用于限制本實施例，根據(jù)實際需要而進行多個芯片的互聯(lián)亦在本實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0044]兩個光柵均為一維光柵結(jié)構(gòu)。此時光信號在傳輸過程中一般要在細小的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一端通過一種很長的漸變波導(dǎo)將光學(xué)模式逐漸變寬，然后由光柵將光學(xué)模式近似垂直擴散出去，其光信號傳播過程如圖4所示。其中所述光學(xué)模式是光信號在傳輸過程中滿足相應(yīng)相位條件時所對應(yīng)的光信號的各種參數(shù)。這種漸變波導(dǎo)往往很長，例如在硅光系統(tǒng)中往往需要300微米以上，而在其他低折射率對比度的集成光學(xué)系統(tǒng)中，這種漸變波導(dǎo)部分則需要更長，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，此處不在贅述。在硅光通信中通過采用一維光柵結(jié)構(gòu)的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，3dB誤差范圍在正負8微米左右，具有較好的縱向誤差容忍度。
[0045]所述第一芯片和所述第二芯片均還包括覆蓋在光柵與波導(dǎo)上的二氧化硅保護結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地兩個光柵之間的距離為2-4um。同時為了保證光信號傳輸過程中較少的受到干擾，優(yōu)選地所述金屬結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)之間的距離均為3-4um。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，由于芯片表面的保護結(jié)構(gòu)的厚度不同會導(dǎo)致以上數(shù)據(jù)的變化，任何顯而易見的數(shù)據(jù)變化均在本實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0046]本實施例所述的一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，除了覆蓋在光柵及波導(dǎo)之上的保護結(jié)構(gòu)以夕卜，芯片與芯片之間可以沒有間隔。這樣光柵與光柵之間的光傳輸距離只有2微米到4微米，由于光擴散導(dǎo)致的光學(xué)損耗就得到了一定程度的減小。
[0047]實施例2
[0048]本實施例是在實施例1的基礎(chǔ)上進行的改進，其與實施例1的區(qū)別在于用對焦型光柵結(jié)構(gòu)替換實施例1的一維光柵結(jié)構(gòu)，即兩個光柵均為對焦型光柵結(jié)構(gòu)，其光信號的傳播過程如圖5所示。
[0049]所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的光柵無論是一維光柵結(jié)構(gòu)還是對焦型光柵結(jié)構(gòu)，在縱向誤差的表現(xiàn)上都很出色，3dB誤差范圍在正負8微米左右。但是一維光柵結(jié)構(gòu)如果寬度不高的話，其橫向誤差容忍度往往很低。然而如果一維光柵結(jié)構(gòu)寬度較高的話，橫向誤差容忍度會相應(yīng)提高，但是這種結(jié)構(gòu)需要很長的漸變波導(dǎo)以實現(xiàn)低損耗率的傳輸，這樣的話又會大大的增加光學(xué)器件的占用面積。
[0050]而對焦型光柵結(jié)構(gòu)較之一維光柵結(jié)構(gòu)比較簡短，即使是較長的對焦型光柵結(jié)構(gòu)其長度也都在30微米以內(nèi)，也就不需要漸變波導(dǎo)將光學(xué)模式增大。也因此對焦型光柵結(jié)構(gòu)可以在橫向誤差容忍度上有很好的表現(xiàn)，3dB誤差范圍在正負5-10微米左右。即對焦型的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅可以較好的降低光傳輸過程中的光學(xué)損耗，同時也可以獲得較好的縱向和橫向誤差容忍度。對焦型光柵的設(shè)計尺寸相對于一維光柵而言也是大為減小，有利于芯片設(shè)計的尺寸節(jié)約。
[0051]實施例3
[0052]一種芯片互聯(lián)工藝，如圖6所示，包括如下步驟:
[0053]S1:在第一芯片和第二芯片的上表面涂覆一層金屬結(jié)構(gòu)；
[0054]S2:所述第一芯片和所述第二芯片的上表面相對，保證兩個芯片的金屬結(jié)構(gòu)相貼合；
[0055]S3:將經(jīng)所述步驟S2中的兩個芯片進行熱壓鍵合，完成兩個芯片的互聯(lián)。
[0056]所述金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)選為金屬銅。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述金屬結(jié)構(gòu)材質(zhì)的選擇包括但不限于金屬銅，其他的金屬亦可以選用，因為金屬銅是目前主要的電學(xué)連接媒介，并且使用金屬銅作為鍵合媒介，可以簡化加工步驟。通過金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。故此處優(yōu)選使用金屬銅，但是其他顯而易見的金屬替換亦在本實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0057]熱壓鍵合技術(shù)通常應(yīng)用在電子封裝領(lǐng)域，主要是通過高溫加熱使鍵合媒介發(fā)生形變，通過對時間、溫度、壓力的調(diào)控進行的鍵合方式。由于該技術(shù)已經(jīng)相對成熟，故此處不對熱壓鍵合技術(shù)進行具體闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉。但是應(yīng)用熱壓鍵合技術(shù)在芯片互聯(lián)領(lǐng)域尚未有所應(yīng)用，尤其是采用金屬銅作為熱壓鍵合媒介。本實施例所述的一種芯片互聯(lián)工藝，結(jié)合了熱壓鍵合技術(shù)，并且充分利用了銅的金屬特性來實現(xiàn)對兩個芯片或者多個芯片的互聯(lián)。金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。芯片之間的鍵合比較牢固，整體強度高；并且整個互聯(lián)工藝相對簡單，比較適合大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。
[0058]所述熱壓鍵合在潔凈度不低于1000的無塵室中進行。為了保證芯片之間的無縫對接，需要盡量避免芯片之間夾雜的一些微塵和雜質(zhì)，選擇潔凈度越高的環(huán)境其熱壓鍵合的效果越好。
[0059]所述熱壓鍵合的溫度優(yōu)選為300°C _500°C。更為優(yōu)選地所述熱壓鍵合的溫度為400°C。所述熱壓鍵合的壓力為2000-5000mbar。因為加熱是在400度左右，而金屬銅的熔點在1084°C，所述熱壓鍵合的溫度不會使金屬銅的形貌發(fā)生改變，也就不會產(chǎn)生凸起，可以保證兩個芯片的無縫對接互聯(lián)。如此便可以通過金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置使得兩個芯片不僅可以實現(xiàn)光學(xué)連接，亦可以實現(xiàn)電學(xué)連接。并且本實施例不僅可以完成兩個芯片的互聯(lián)，也可以完成多個芯片的互聯(lián)，即只要所述第一芯片本身的晶體襯底足夠?qū)挘龅谝恍酒纤佋O(shè)的金屬銅足夠?qū)挶憧梢栽谒龅谝恍酒匣ヂ?lián)多個芯片。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述芯片互聯(lián)的數(shù)量并非用于限制本實施例，根據(jù)實際需要而進行多個芯片的互聯(lián)亦在本實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0060]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 第一芯片和第二芯片，以及將所述第一芯片和所述第二芯片聯(lián)通的金屬結(jié)構(gòu)； 其中所述第一芯片和所述第二芯片均包括光學(xué)芯片部與電子連接部，所述光學(xué)芯片部包括光柵與波導(dǎo)，光信號在兩個光柵之間傳輸；所述電子連接部包括通過所述金屬結(jié)構(gòu)進行連接的電子器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述金屬結(jié)構(gòu)為金屬銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 兩個光柵均為一維光柵結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 兩個光柵均為對焦型光柵結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述第一芯片和所述第二芯片均還包括覆蓋在光柵與波導(dǎo)上的保護結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu),其特征在于: 兩個光柵之間的距離為2-4um。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu):其特征在于: 所述金屬結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)之間的距離大于3-4um。
8.一種芯片互聯(lián)工藝，其特征在于，包括如下步驟: 51:在第一芯片和第二芯片的上表面涂覆一層金屬結(jié)構(gòu)； 52:所述第一芯片和所述第二芯片的上表面相對，保證兩個芯片的金屬結(jié)構(gòu)相貼合； 53:將經(jīng)所述步驟S2中的兩個芯片進行熱壓鍵合，完成兩個芯片的互聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的芯片互聯(lián)工藝，其特征在于: 所述金屬結(jié)構(gòu)為金屬銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的芯片互聯(lián)工藝，其特征在于: 所述熱壓鍵合在潔凈度不低于1000的無塵室中進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10任一所述的芯片互聯(lián)工藝，其特征在于: 所述熱壓鍵合的溫度為300°C -500°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11任一所述的芯片互聯(lián)工藝，其特征在于: 所述熱壓鍵合的溫度為400°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12任一所述的芯片互聯(lián)工藝，其特征在于: 所述熱壓鍵合的壓力為2000-5000mbar。
【文檔編號】H01L21/768GK104465613SQ201310744788
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】王子昊, 朱忻, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:蘇州矩陣光電有限公司