OE装置与IC的集成的制作方法

背景技术：

1、对高性能计算及网络的期望无处不在且在不断增长。突出的应用包含数据中心服务器、高性能计算集群、人工神经网络及网络交换机。

2、几十年来，晶体管尺寸的缩小与裸片大小的增加组合驱动了集成电路性能及成本的显著改进，在著名的摩尔定律(moore’s law)中概述。数以十亿计的晶体管允许将先前分散在多个集成电路中的功能性合并到单个片上系统上。

3、然而，随着边际性能益处的降低结合良率的降低及每个晶体管成本的增加，进一步缩小晶体管的益处显著下降。独立于这些限制，单个集成电路仅可含有这么多功能性，且所述功能性受到约束，这是因为集成电路的工艺无法同时针对不同功能性(例如，逻辑、dram及i/o)进行优化。

4、事实上，将soc“去集成”为更小的“小芯片”有显著益处，包含：每一小芯片的工艺都针对其功能(例如，逻辑、dram、高速i/o等)进行优化，小芯片非常适合在多种设计中重复使用，小芯片的设计更便宜且小芯片具有更高良率，这是因为它们更小，使用更少装置。

5、然而，与soc相比，小芯片的主要缺点是：小芯片需要远更多的芯片间连接。与soc中的功能块之间的片上连接相比，芯片间连接通常密度低得多，且需要远更多的功率(正规化为每位能量)。

6、最先进的芯片间互连件利用中介层及桥接器，其中芯片是倒装芯片接合到含有芯片间电迹线的衬底。虽然此类互连件比经由印刷电路板的封装芯片的互连件提供远更高的密度及远更低的功率，但它们仍然远远达不到所期望的：接近芯片内互连件的密度及功率耗散的芯片间互连件。

7、电互连件的功率及最大距离根本上受电容及导体电阻的限制。互连密度受导体宽度及层计数的限制。短电互连件的电容c与互连件长度成比例，且与导体宽度w大致无关(假定电介质厚度大致按比例调整。电连接的电阻r，且因此最大长度(受rc限制)与导体横截面积成反比，其按比例调整为w2。电连接的密度与w成反比。因此，在互连密度、长度及功率方面存在权衡，且这些权衡是相当根本的，基于电介质介电常数及导体(例如，铜)电阻。

8、只要我们限于电互连件，这些根本的互连限制就将约束系统性能，并限制所谓的“超越摩尔”2.5d及3d先进封装可实现的性能。然而，光学互连件不遭受这些限制。

9、实施密集并行光学芯片间互连件的重大挑战是将光学收发器与标准技术集成。

技术实现思路

1、一些方面提供一种具有用于光学互连件的光学组件的集成电路(ic)芯片，其包括：半导体衬底，其含有晶体管；互连层堆叠，其在所述半导体衬底的顶部上，所述互连层包含交替的金属及电介质层；微型led，其在所述互连层堆叠的衬垫上，具有耦合所述衬垫与所述半导体衬底的至少一个晶体管的至少一个电连接；及光电检测器，其集成在所述半导体衬底中，具有通过所述互连层堆叠到所述光电检测器的光通道。

2、在一些方面，所述光通道由在所述光电检测器上方的区域中不具有金属层的所述互连层堆叠提供。在一些方面，所述光通道由穿过所述光电检测器上方的区域中的所述互连层堆叠的间隙提供。一些方面进一步包括在所述间隙的边缘上的反射器。一些方面进一步包括在所述互连层堆叠上的第一波导，所述第一波导在所述光通道上方穿过所述互连层堆叠延伸到所述光电检测器。一些方面进一步包括在所述第一波导的末端处的倾斜反射器，所述倾斜反射器经定位以通过所述互连层堆叠将来自所述波导的光反射到所述光电检测器。一些方面进一步包括在所述互连层堆叠上的第二波导，所述微型led嵌入所述第二波导中。一些方面进一步包括：另外的衬底，所述另外的衬底定位于所述微型led上方；及波导，其在所述另外的衬底上，所述波导经定位以接收来自所述微型led的光。一些方面进一步包括反射器，所述反射器经定位以通过所述波导引导来自所述微型led的光。

3、一些方面提供一种用于集成电路(ic)芯片的光学互连件，其包括：第一半导体衬底，其含有晶体管；第一互连层堆叠，其在所述第一半导体衬底的顶部上，所述互连层包含交替的金属及电介质层；微型led，其在所述第一互连层堆叠的衬垫上，具有耦合所述衬垫与所述半导体衬底的至少一个晶体管的至少一个电连接；第二半导体衬底，其含有晶体管；第二互连层堆叠，其在所述第二半导体衬底的顶部上，所述互连层包含交替的金属及电介质层；光电检测器，其集成在所述第二半导体衬底中，具有通过所述第二互连层堆叠到所述光电检测器的光通道；及波导，其经配置以将来自所述微型led的光耦合到所述光通道，通过所述第二互连层堆叠到所述光电检测器。

4、在一些方面，所述光通道由在所述光电检测器上方的区域中不具有金属层的所述第二互连层堆叠提供。在一些方面，所述光通道由穿过所述光电检测器上方的区域中的所述互连层堆叠的间隙提供。一些方面进一步包括在所述间隙的边缘上的反射器。一些方面进一步包括：另外的衬底，所述另外的衬底定位于所述微型led上方；且其中所述波导在所述另外的衬底上，所述波导经定位以接收来自所述微型led的光。

5、一些方面提供一种光学互连件，其包括：第一波导及第二波导，两者在集成电路(ic)芯片的互连层的顶部上，所述ic芯片包含半导体衬底及在所述半导体衬底的顶部上的互连层；光学传输器，其嵌入所述第一波导中，所述光学传输器包括具有连接到衬垫的底部的微型led，所述衬垫耦合到所述互连层中的第一电信号路径，所述微型led的顶部触点耦合到所述互连层中的第二电信号路径；及光电检测器，其在所述ic芯片的所述半导体衬底中在所述互连层的层级下方，光学接收器光学地耦合到所述第二波导；且其中在所述光电检测器上方的所述互连层的区域不具有金属层。一些方面进一步包括第一反射器及第二反射器，其中所述第一反射器定位于最接近所述微型led的所述第一波导的第一端附近，且所述第二反射器经定位以将所述光电检测器与所述第二波导光学地耦合。在一些方面，所述光电检测器上方的所述互连层的所述区域不具有电介质层。

6、在回顾本公开时更完全理解本发明的这些及其它方面。

技术特征：

1.一种具有用于光学互连件的光学组件的集成电路(ic)芯片，其包括：

2.根据权利要求1所述的具有光学组件的ic芯片，其中所述光通道由在所述光电检测器上方的区域中不具有金属层的所述互连层堆叠提供。

3.根据权利要求1所述的具有光学组件的ic芯片，其中所述光通道由穿过所述光电检测器上方的区域中的所述互连层堆叠的间隙提供。

4.根据权利要求3所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括在所述间隙的边缘上的反射器。

5.根据权利要求1所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括在所述互连层堆叠上的第一波导，所述第一波导在所述光通道上方穿过所述互连层堆叠延伸到所述光电检测器。

6.根据权利要求5所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括在所述第一波导的末端处的倾斜反射器，所述倾斜反射器经定位以通过所述互连层堆叠将来自所述波导的光反射到所述光电检测器。

7.根据权利要求1所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括在所述互连层堆叠上的第二波导，所述微型led嵌入所述第二波导中。

8.根据权利要求1所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括：

9.根据权利要求8所述的具有光学组件的ic芯片，其进一步包括反射器，所述反射器经定位以通过所述波导引导来自所述微型led的光。

10.一种用于集成电路(ic)芯片的光学互连件，其包括：

11.根据权利要求10所述的光学互连件，其中所述光通道由在所述光电检测器上方的区域中不具有金属层的所述第二互连层堆叠提供。

12.根据权利要求10所述的光学互连件，其中所述光通道由穿过所述光电检测器上方的区域中的所述互连层堆叠的间隙提供。

13.根据权利要求12所述的光学互连件，其进一步包括在所述间隙的边缘上的反射器。

14.根据权利要求10所述的光学互连件，其进一步包括：

15.一种光学互连件，其包括：

16.根据权利要求15所述的光学互连件，其进一步包括第一反射器及第二反射器，其中所述第一反射器定位于最接近所述微型led的所述第一波导的第一端附近，且所述第二反射器经定位以将所述光电检测器与所述第二波导光学地耦合。

17.根据权利要求15所述的光学互连件，其中所述光电检测器上方的所述互连层的所述区域不具有电介质层。

技术总结
用于IC芯片的光学互连件可包含与所述IC芯片集成的光源及接收器。微型LED可安装在所述IC芯片的互连层上，且嵌入波导内。用于接收来自所述波导的光的光电检测器可制造在半导体衬底的顶表面中，在所述互连层的层级下方，但具有供光通过所述互连层的通道。

技术研发人员：R·卡尔曼,B·佩泽什基,C·丹尼斯,A·采利科夫
受保护的技术使用者：艾维森纳科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13