一种基于光栅接口的光子芯片封装结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电集成技术领域，尤其涉及一种基于光栅接口的光子芯片封装结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]硅基光子器件与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容、尺寸小、通讯波段透明、大带宽、低延迟、低能耗、低串扰等优势，能和微电子芯片进行混合或者单片集成。目前，硅光电子单片集成电路已经实现高度集成，调制器、以及相应的驱动、波导器件、探测器、以及相应的接收放大电路均可实现单片集成。由于硅本身是间接带隙半导体，发光效率未能达到高速通行需求，但集成激光器的很多方法已经得到验证。硅光子单片集成电路在光通信、光互连等领域得到了快速的发展，目前硅光电子单片集成电路使用SOI衬底，采用CMOS工艺进行加工。
[0003]为了实现硅光光电子单片与CPU以及Memory或者其余的ASIC的集成。光电子SiP(system in package)的概念更广泛提出，但如何实现两者的集成，目前有很多的解决方案，最近提的较多的是3D光电集成技术。
[0004]但目前的3D光电集成技术存在以下问题:一、在硅光芯片上使用硅通孔(TSV)技术集成微电子芯片，需要很多的硅通孔孔，但目前硅通孔技术并不成熟，影响光子芯片性能；二、为保证微电子芯片的正常的工作，需要多层的RDL(redistribut1n layer)，综合来看工艺复杂，同时光电子器件对温度比较敏感，在光子芯片上集成微电子芯片，散热也是难题。
【发明内容】
[0005]本申请提供一种基于光栅接口的光子芯片封装结构及其制作方法，解决了现有技术中的集成技术导致光子芯片的性能差、工艺复杂且散热性能差的技术问题。
[0006]本申请提供一种基于光栅接口的光子芯片封装结构，所述光子芯片封装结构包括:
[0007]光电子芯片，包括光电子器件、埋氧层、顶层硅和设置于所述顶层硅上的背向反射光栅；
[0008]互连介质，包括多层介质层、开设于所述介质层上的过孔和设置于所述介质层内用于连接所述多层介质层的互连金属，以及增强光栅反射的金属，所述互连介质上与所述光电子芯片相背的表面设置有凸块；和
[0009]光纤耦合结构，固定于所述光电子芯片之上，用以与所述光电子芯片上所述背向反射光栅親合。
[0010]优选地，所述光纤耦合结构包括光纤、玻璃基底、覆盖层、设置于所述玻璃基底内的平面波导，所述平面波导上覆盖层盖片，所述平面波导的端部为45度的反射端面，在所述光纤耦合结构固定于所述光电子芯片之上时，所述平面波导的端部的45度端面与所述背向反射光栅的衍射方向平行。
[0011]优选地，所述光纤親合结构包括光纤和光波导器件，所述光纤的端部为30度?45度的反射端面，在所述光纤耦合结构固定于所述光电子芯片之上时，所述平面波导的反射端面与所述埋氧层贴合，且所述光纤的延伸方向与反射端面反射光线方向平行。
[0012]优选地，所述光子芯片封装结构还包括基板，所述基板设置有元器件。
[0013]本申请还提供一种基于光栅接口的光子芯片封装结构的制作方法，用于制作所述的光子芯片封装结构，所述制作方法包括:
[0014]获得所述光电子芯片，并在所述光电子器件的埋氧层上设置衬底硅；
[0015]在所述顶层硅上设置所述多层介质层，并在每层介质层上开设所述过孔，并在所述过孔内设置所述互连金属，且在所述互连介质上与所述光电子芯片相背的表面设置所述凸块；
[0016]在所述互连介质上与所述光电子芯片相背的表面设置临时键合载片；
[0017]去除所述衬底硅，并在所述埋氧层上设置临时键合I载片；
[0018]去除所述互连介质上的所述临时键合载片，并清洗；
[0019]通过所述凸块将所述互连介质固定于所述基板，并去除临时键合I载片；
[0020]将所述光纤耦合结构固定于所述光电子芯片之上，与所述背向反射光栅耦合，获得所述基于光栅接口的光子芯片封装结构。
[0021]本申请有益效果如下:
[0022]本申请的基于光栅接口的光子芯片封装结构通过设置多层介质层，并在多层介质层上开设过孔，在过孔内设置互连金属，采用了该成熟的再布线技术，工艺简单，实现输入输出接口的引出，可根据后续集成的需要，灵活的分配输入输出接口，从而实现了层间互连，且避免了采用硅通孔技术，保证了光子芯片的性能，另外，将所述光电子芯片设置于所述互连介质和所述基底的同一侧，即使得所述光电子芯片使用倒扣互连，不仅提高传输速率，而且提高了散热效果，解决了现有技术中的集成技术导致光子芯片的性能差、工艺复杂且散热性能差的技术问题。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述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。
[0024]图1为本申请较佳实施方式一种基于光栅接口的光子芯片封装结构的示意图；
[0025]图2为本申请另一较佳实施方式一种基于光栅接口的光子芯片封装结构的制造方法的流程图；
[0026]图3-图14为图2中的制作方法流程示意图；
[0027]图15为本申请另一较佳实施方式一种基于光栅接口的光子芯片封装结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]本申请实施例通过提供一种基于光栅接口的光子芯片封装结构及其制作方法，解决了现有技术中的集成技术导致光子芯片的性能差、工艺复杂且散热性能差的技术问题。
[0029]本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下:
[0030]一种基于光栅接口的光子芯片封装结构，所述光子芯片封装结构包括:光电子芯片，包括光电子器件、埋氧层、顶层硅和设置于所述顶层硅上的背向反射光栅；互连介质，包括多层介质层、开设于所述介质层上的过孔和设置于所述介质层内用于连接所述多层介质层的互连金属，以及增强光栅反射的金属，所述互连介质上与所述光电子芯片相背的表面设置有凸块；和光纤耦合结构，固定于所述光电子芯片之上，用以与所述光电子芯片上所述背向反射光栅親合。
[0031]本申请的基于光栅接口的光子芯片封装结构通过设置多层介质层，并在多层介质层上开设过孔，在过孔内设置互连金属，采用了该成熟的再布线技术，工艺简单，实现输入输出接口的引出，可根据后续集成的需要，灵活的分配输入输出接口，从而实现了层间互连，且避免了采用硅通孔技术，保证了光子芯片的性能，另外，将所述光电子芯片设置于所述互连介质和所述基底的同一侧，即使得所述光电子芯片使用倒扣互连，不仅提高传输速率，而且提高了散热效果，解决了现有技术中的集成技术导致光子芯片的性能差、工艺复杂且散热性能差的技术问题。
[0032]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0033]实施例一
[0034]为了解决现有技术中的集成技术导致光子芯片的性能差、工艺复杂且散热性能差的技术问题，本申请提供一种基于光栅接口的光子芯片封装结构。如图1所示，所述基于光栅接口的光子芯片封装结构包括:光电子芯片、互连介质、基板301和光纤耦合结构。
[0035]光电子芯片包括光电子器件(光调制器、探测器等)108、埋氧层102、顶层硅103和设置于顶层硅103上的背向反射光栅101。
[0036]所述互连介质包括多层介质层107和设置于介质层107内用于连接所述多层介质层107的互连金属105。具体地，在本实施方式中，所述多层介质层107上开设有过孔104，所述互联金属105设置于所述过孔104内。所述增强光栅反射金属109位于多层介质层107内，所述互连介质上与所述光电子芯片相背的表面设置有凸块106。金属互联以及突块实现光电子芯片与外界的电气互联。
[0037]所述基板301可以设置有元器件302。
[0038]具体地，所述光纤耦合结构固定于所述光电子芯片之上，用以与所述背向反射光栅耦合。所述光纤耦合结构可以有两种结构。
[0039]第一种:所述光纤耦合结构包括玻璃基底203、覆盖层204、设置于所述玻璃基底203和所述覆盖层204之间的平面波导202，所述平面波导202