CN103258735A - 使用通过衬底去除或者转移的标准绝缘体上硅工艺的硅光子晶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用通过衬底去除或者转移的标准绝缘体上硅工艺的硅光子晶片。提供了用于硅光子晶片的处理。接收包括有源硅光子层、薄掩埋氧化物层和硅衬底的硅光子晶片。薄掩埋氧化物层位于有源硅光子层和硅衬底之间。包括有源电层的电CMOS晶片同样被接收。硅光子晶片的有源硅光子层被倒装芯片接合到电CMOS晶片的有源电层。去除硅衬底以暴露薄掩埋氧化物层的背侧表面。低光学折射率衬背晶片被添加到薄掩埋氧化物层的暴露的背侧表面。低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底或者硅衬底晶片。硅衬底晶片包括附着到薄掩埋氧化物层的厚氧化物层。

Description

使用通过衬底去除或者转移的标准绝缘体上硅工艺的硅光子晶片

技术领域

本公开一般地涉及改善的硅光子晶片，更具体地说，涉及使用通过衬底去除或转移的标准绝缘体上硅工艺制造硅光子晶片。

背景技术

硅（Si）光子学是世界范围内研究并发展的技术，因为其在以低成本硅芯片技术构建高性能光学部件方面具有广阔前景。硅光子学是使用硅作为光学介质的光子系统的研究和应用。用亚微米精度将硅构图为硅光子部件。硅典型地位于公知为绝缘体上硅（SOI）中的氧化硅层的顶部。

为了硅光子部件与从其上制造硅光子部件的晶片的体硅保持光学独立，具有中间材料层是必须的。此中间材料层一般地是氧化硅，其具有比硅光子部件低的光学折射率。作为结果,光在硅-氧化硅界面经历内部反射并且，因此保留在硅光子部件中。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于处理硅光子晶片的方法。接收包括有源硅光子层、包掩埋氧化物层和硅衬底的硅光子晶片用于处理。掩埋氧化物层位于有源硅光子层和硅衬底之间。包括有源电子层的电互补金属氧化物半导体晶片同样被接收。硅光子晶片的有源硅光子层被倒装芯片接合到电互补金属氧化物半导体晶片的有源电层。从硅光子晶片去除所述硅衬底以暴露薄掩埋氧化物层的背侧表面。同样，可选地将低光学折射率衬背晶片添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面。低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底晶片或者硅衬底晶片。另外，硅衬底晶片包括附着到硅光子晶片的薄掩埋氧化物层上的厚氧化物层。

附图说明

图1示出了根据示出的实施例的常规厚绝缘体上硅晶片的截面图；

图2示出了根据示出的实施例的标准薄绝缘体上硅晶片的截面图；

图3示出了根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺图；

图4示出了另一个根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺图；

图5示出了又一个根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺图；

图6示出了根据示出的实施例的硅光子芯片的截面图；

图7示出了根据示出的实施例的用于制造硅光子晶片的工艺流程图；

图8示出了另一个根据示出的实施例的用于制造硅光子晶片的工艺流程图；

图9示出了又一个根据示出的实施例的用于制造硅光子晶片的工艺流程图；以及

图10示出了根据示出的实施例的数据处理系统的图；

具体实施方式

现在参考附图，具体地，参考图1-6，提供了可以执行示出实施例的装置的图。应该明白，图1-6仅作为实例并且没有旨在声明或者暗示关于其中可以执行不同的实施例的装置的任意限制。可以对描述的装置进行许多修改。

图1示出了根据示出的实施例的常规厚绝缘体上硅晶片的截面图。常规厚绝缘体上硅（SOI）晶片100是非标准绝缘体上硅晶片。常规厚绝缘体上硅（SOI）晶片100包括硅（Si）光子晶片102和硅光子晶片104。硅光子芯片102包括有源硅光子层106、常规厚掩埋氧化物层108和硅衬底110。硅光子晶片104包括硅波导112、互补金属氧化物半导体（CMOS）介电叠层114、常规厚掩埋氧化物层116和硅衬底118。

在示出的实施例的开发中，发现具有厚掩埋氧化物层的常规、非标准绝缘体上硅晶片需要使得硅光学器件结构的功能在有源硅光子层106和硅波导112中能够实现。在硅光子晶片的前侧硅层中制造硅光学器件结构（即，光子器件）。光子器件是在前侧硅层中制造的任意结构，该结构导引、产生、操纵或者检测光脉冲。光子器件的实例是激光、光学调制器、光电检测器、和光学开关，具有光学波导用于光学输入和输出。另外，前侧硅层还包括与光子器件一起制造的电子器件。可以包括在前侧硅层中的电子器件的实例是晶体管、电容器、电阻器和电感器。然而，应该注意，依赖于示出的实施例，前侧硅层可以仅包括光子器件或者可以包括电子器件和光子器件两者。用于这些光子和电子器件的标准制造工艺是互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺。

硅光子晶片102的常规厚掩埋氧化物层108掩埋在有源硅光子层106和硅衬底110之间。有源硅光子层106在硅光子晶片102的前侧上。有源硅光子层106传播光波并且包括对光波基本透明的硅光子器件。另外，如上所注意的，有源硅光子层106还包括电子器件。另外，应该注意，在下的详细描述、附图或权利要求中提及的任意有源硅光子层可以包括光子器件和电子器件两者或者可以仅包括光子器件。硅衬底110在硅光子晶片102的背侧上并且是为硅光子晶片102提供支撑的体硅层。典型地，常规掩埋氧化物层108的厚度大于或者等于一（1）微米（μm）。常规厚掩埋氧化物层108可以，例如，由二氧化硅（SiO₂）材料构成。

没有常规厚掩埋氧化物层116，硅衬底118的高光学折射率使得难以建立如硅波导112的低光传输损耗硅波导结构。光传输损耗是光波强度关于光波穿过传输介质（在此实例中是硅波导112）的传输距离而减少。然而，常规厚掩埋氧化物层的要求增加了在单片集成CMOS工艺中实现硅光子晶片的复杂性和成本，因为标准工业绝缘体上硅工艺使用具有薄掩埋氧化物层的基础晶片。典型地，当与一个微米或者更大厚度的常规厚掩埋氧化物层比较时，标准薄掩埋氧化物层的厚度小于500纳米（nm）。

常规厚掩埋氧化物层116用作低光学折射率覆层材料。另外，CMOS介电叠层114用作低光学折射率覆层材料。覆层是与较高光学折射率的芯材料（在此实例中其为硅波导112，在有源硅光子层中被蚀刻为矩形横截面结构）接触的较低光学折射率材料的一个或多个层。通过在覆层材料和硅波导结构之间边界处的内部反射，覆层材料导致光被限制在硅波导结构的芯中。然而，如果标准薄掩埋氧化物层用于制造硅光子晶片，那么将出现高光学传输损耗，因为光倾向于与较高光学折射率的硅光子晶片的硅衬底耦合。

通过在有源硅光子层中制造硅光子器件和CMOS电子器件后从硅光子晶片去除较高光学折射率硅衬底，示出的实施例在使用标准薄掩模氧化物层的标准绝缘体上硅工艺中得到低损耗硅光学波导结构和其它有源硅光学器件。通过去除在掩埋氧化物层之下的背侧较高光学折射率硅衬底，示出的实施例可利用标准绝缘体上硅晶片和标准CMOS制造工艺，而仍能够得到低损耗硅光学波导结构以在硅光子晶片的前侧有源硅光子层中起作用。作为结果，示出的实施例降低实施硅光子晶片的复杂性和成本，因为示出的实施例允许使用未修改的CMOS绝缘体上硅工艺和晶片。因此，通过去除对常规厚度掩埋氧化物层的要求，不在要求从标准绝缘体上硅工艺修正CMOS工艺以适应厚绝缘体上硅晶片，这节约了时间和成本。另外，示出的实施例避免与常规厚绝缘体上硅晶片有关的问题，例如，如与薄绝缘体上硅晶片相比增加的晶片弯曲和在大于200毫米（mm）的任意直径中厚绝缘体上硅衬底的缺少。

现在参考图2，示出了根据示出的实施例的标准薄绝缘体上硅晶片的截面图。标准薄绝缘体上硅晶片200包括硅光子晶片202、硅光子晶片204和硅光子晶片206。硅光子晶片202包括有源硅光子层208和硅衬底212，例如图1中的硅光子晶片102的有源硅光子层106和硅衬底110。另外，硅光子晶片202包括标准薄掩埋氧化物层210。标准薄掩埋氧化物层210的厚度小于或者等于500（nm）。

硅光子晶片204包括硅波导214、CMOS介电叠层216以及硅衬底220。例如图1的硅光子晶片104的硅波导112、CMOS介电叠层114以及硅衬底118。另外，硅光子晶片204包括标准薄掩埋氧化物层218，例如硅光子晶片202的标准薄掩埋氧化物层210。然而，硅光子晶片202和204不能实现硅光学波导结构的功能性，这是因为高光学折射率硅衬底212和220紧密邻近有源硅光子层中的硅光子器件，例如，硅波导214。应该注意，硅光子晶片204可以包括或者不包括在晶片的有源硅光子层中的电子器件以及光子器件。

通过在有源硅光子层中制造有源器件结构后去除高光学折射率硅衬底212和220，示出的实施例实现了在标准薄氧化物绝缘体上硅晶片制造的硅光子结构功能性，其提供低损耗光传播因为现在硅芯区域（即，硅波导222）被低光学折射率材料（即，在硅波导222的前侧上的CMOS介电叠层224和在硅波导222的后侧上的标准薄掩埋氧化物层226）包围。另外，示出的实施例随后可以在标准薄掩埋氧化物层226的背侧表面添加空气或者低光学折射率材料228。

现在参考图3，示出了根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺图。图3示出了用于制造硅光子晶片的制造工艺的实例，如图2中的硅光子晶片206。图3仅意味着用于硅光子晶片的制造工艺的一个实例并且没有旨在限制示出的实施例。换句话说，制造工艺300可以包括更多或更少的工艺步骤或者工艺步骤可以结合。

制造工艺300是用于电接合标准薄绝缘体上硅光子晶片到电CMOS晶片的工艺。制造工艺300包括工艺步骤302、304、306和308。工艺步骤302包括具有标准薄掩埋氧化物层的硅光子晶片的制造，例如在图2中的硅光子晶片202。另外，工艺步骤302包括电子CMOS晶片的制造。

在步骤302处，硅光子晶片以标准绝缘体上硅CMOS工艺设计且随后制造。硅光子晶片的制造包括在有源硅光子层（例如，图2中的有源估计光子层208）中形成电CMOS器件和光学器件。电CMOS器件可以，例如是晶体管、电容器、电阻器和电感器。光学或者光子器件可以，例如是波导、分束器、并束器、波分多路复用（WDM）结构、调制器和光二极管。波分多路复用结构可以包括波长多路复用器和波长多路分解器。依赖于示出的实施例，硅光子晶片可以仅包括光子器件或者包括电子和光子器件两者。硅光子晶片是可以用在数据处理系统中的半导体芯片的实例。硅光子晶片能够传输并且接收用于数据通信的光脉冲。换句话说，硅光子晶片是光学收发器件。

一旦完成硅光子晶片的标准CMOS制造，硅光子晶片的附加处理选项可用于硅衬底的去除和/或新的低光学折射率衬底材料到硅光子晶片上的转移。虽然这里作为晶片尺度工艺描述了附加工艺选项，但是应该注意可以在单独的芯片上进行每个工艺选项。对于其中硅光子晶片被转移或接合到新衬底的工艺选项，新衬底可以包括光学和机械特征。在新衬底中包括的光学特征包括，例如，集成微透镜或者棱镜并且机械特征可以是，例如对准孔或者柱。

除了被设计为用于表面法向光耦合的光学透镜结构和机械对准特征外，接合到硅光子晶片的新衬底还可以包括设计为转向光学信号90度的特征以便光信号在平行于硅光子芯片的方向上进入/离开硅光子芯片的新衬底，其在图6的实例中示出。这些光学信号转向结构可以是，例如45-度镜或者衍射光栅结构。另外，硅光子波导结构可以直接在新衬底中制造或者在附加新衬底到硅光子芯片前添加到新衬底的前表面或者后表面。这些硅光子波导结构可以耦合到在光子器件之下的光学信号转向结构以将光从在新衬底中的波导结构耦合到硅光子芯片。另外，这些硅光子波导结构可以组合在硅光子芯片的边缘处的耦合结构，例如锥（taper），用于将光纤耦合到新衬底中的波导结构。

在步骤304处，硅光子晶片接合到电CMOS晶片。电CMOS晶片可以包括在有源电层中的如数字逻辑、告诉模拟的各种电路和微处理器。硅光子晶片用其面向电CMOS晶片的有源电层的有源硅光子层（例如图2中的有源硅光子层208）倒装芯片接合，其中在硅光子晶片和电子CMOS晶片之间通过导电凸起技术建立电连接。导电凸起可以是，例如，焊料凸起、金球、模制柱或者导电塑料。此类型的安装还公知为可控塌陷芯片连接或者4C。另外，此类型的安装在硅光子晶片和电子CMOS晶片之间保留小间隔。电绝缘粘接剂可以用于“底部填充”此晶片之间的小间隔以提供更强的机械连接，提供热桥并且确保导电凸起没有因为两个晶片的不同加热而具有应力。

在晶片被接合在一起并且制造电连接后，硅光子晶片的硅衬底，如图2中的硅衬底212在工艺步骤306中被去除。去除硅衬底暴露薄掩埋氧化物层的背侧表面，如在图2中的标准薄掩埋氧化物层226。示出的实施例利用薄掩埋氧化物层作为内建蚀刻停止层用于硅衬底的完整去除。可以通过机械研磨或抛光、化学蚀刻或者这两者完成该硅衬底的去除。

在去除硅衬底之后，如图2中的低光学折射率材料228的低光学折射率材料可以在工艺步骤308中添加到硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露的背侧。然而，应该注意，工艺步骤308是可选工艺步骤并且没有要求在制造工艺300期间执行。添加到硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露背侧表面的低光学折射率材料可以是，例如，玻璃衬底衬背（backing）晶片或者硅衬底衬背晶片。硅衬底衬背晶片包括附着到硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露背侧的厚氧化物层。将硅衬底衬背晶片的厚氧化物层附着到薄掩埋氧化物层形成常规厚掩埋氧化物层，例如图1中的常规厚掩埋氧化物层108。同样，添加的低光学折射率材料可以用于硅光子晶片的附加机械强度。

另外,应该注意虽然在图3的此实例中示出了电CMOS晶片，但是还可以在硅CMOS、硅锗(SiGe)双极,或者任意其它半导体集成电路工艺制造电晶片。另外，虽然在工艺步骤306中示出了完整的硅衬底去除，还可以仅在位于硅光子晶片的有源硅光子层中的光子器件之下的选择的位置处执行硅衬底去除，暴露在选择的位置处的薄掩埋氧化物层的背侧表面，这在下面的图5的详细描述中进行了讨论。

现在参考图4，示出了根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺图。图4还示出了用于制造硅光子晶片（如图2中的硅光子晶片206）的制造工艺的实例。图4仅意味着用于硅光子晶片的制造工艺的一个实例并且没有旨在限制示出的实施例。换句话说，制造工艺400可以包括更多或更少的工艺步骤或者工艺步骤可以结合。

制造工艺400是用于转移硅光子晶片到低光学折射率材料，例如图2中的低光学折射率材料228，的工艺。制造工艺400包括工艺步骤402、404、406、408和410。工艺步骤402包括制造具有标准薄掩埋氧化物层（例如在图2中的标准薄掩埋氧化物层226）的硅光子晶片。

在工艺步骤404处，硅光子芯片接合到临时处理晶片。例如，粘接剂可以用于将硅光子晶片接合到临时处理晶片。同样，临时处理晶片可以是，例如玻璃处理晶片。在硅光子晶片的有源硅光子层中的有源器件面向下朝向临时处理晶片。

在工艺步骤406中，从硅光子晶片去除硅衬底类似于上面图3中的工艺步骤306。去除硅衬底暴露薄掩埋氧化物层的背侧表面。在去除硅衬底后，在工艺步骤408中，将具有低光学折射率的衬背晶片接合到硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露背侧。此低光学折射率衬背晶片可以是，例如，玻璃或者其它材料构成。其它材料可以是，例如，接合到薄掩埋氧化物层的暴露背侧的包括厚氧化物层的硅衬底晶片。

在低光学折射率衬背晶片被接合到硅光子晶片后，在步骤410处，硅光子晶片的有源硅光子层的前侧表面从临时处理晶片分离。低光学折射率衬背晶片现在是用于硅光子晶片的新衬底。在完成制造工艺400后，具有新衬底的硅光子晶片可以，例如，通过如焊料凸起化（bumping）和回流的常规工艺电附加到电CMOS晶片，类似于上述图3的工艺步骤304。同样，应该注意，虽然在工艺步骤406中示出了完整的硅衬底去除，还可以仅在位于硅光子晶片的有源硅光子层中的光子器件之下面的选择的位置处执行硅衬底去除，在选择的位置暴露薄掩埋氧化物层的背侧表面，这在下面的图5的详细描述中进行了讨论。

现在参考图5，示出了根据示出的实施例的用于硅光子晶片的制造工艺另一个示意图。图5还示出了用于制造硅光子晶片（如图2中的硅光子晶片206）的制造工艺的实例。图5仅意味着用于硅光子晶片的制造工艺的一个实例并且没有旨在限制示出的实施例。换句话说，制造工艺500可以包括更多或更少的工艺步骤或者工艺步骤可以结合。

制造工艺500是用于去除在硅光子晶片的有源硅光子层中的光子器件之下的选择位置处的硅衬底和向硅衬底附着衬背晶片的工艺。制造工艺500包括工艺步骤502、504、506、508和510。工艺步骤502包括制造具有标准薄掩埋氧化物层的硅光子晶片，例如在图2中的标准硅薄掩埋氧化物层226。

在工艺步骤504处，例如，用粘接剂将硅光子晶片接合到临时处理晶片。临时处理晶片可以是，例如玻璃处理晶片。在硅光子晶片的有源硅光子层中的有源器件面向下朝向临时处理晶片。

在工艺步骤506处，在位于硅光子晶片的有源硅光子层中的如光学波导的光子器件之下的选择位置处的硅衬底中蚀刻背侧沟槽。在步骤506的实例中，三个光子器件位于三个背侧沟槽之下。然而，应该注意，三个示出的光子器件表示在有源硅光子层中的光子器件的3XN阵列。另外，示出的实施例不限于光子器件的3XN阵列或者三个背侧沟槽。换句话说，示出的实施例可以利用在硅光子晶片中的任意数量的光子器件和背侧沟槽。

通过在硅光子晶片的背侧上使用光刻工艺接着化学蚀刻进行选择性硅衬底去除。在硅衬底中的选择性蚀刻背侧沟槽暴露在选择位置处的薄掩埋氧化物层的背侧表面。背侧沟槽可以是，例如，用空气填充。同样，应该注意，硅衬底在位于其中硅衬底没有通过化学蚀刻去除的有源硅光子层中的电子器件之下是完整的。在此实例中，四个电器件位于表示在有源硅光子层中的电器件的4XN阵列的硅衬底的四个列之下。然而，应该注意示出的实施例没有限制为电器件的4XN阵列并且在硅光子器件中可以利用任意数量的电器件。

在选择位置处的硅衬底被去除后，在工艺步骤508处，低光学折射率衬背晶片添加到硅光子晶片的蚀刻的硅衬底的背侧表面覆盖背侧沟槽。另外，衬背晶片可以增加机械强度以防止硅光子晶片在硅衬底被完全转移的区域中破坏。添加到硅光子晶片的蚀刻的硅衬底的低光学折射率材料衬背晶片可以是，例如，玻璃衬底衬背晶片或者硅衬底衬背晶片。在低光学折射率衬背晶片被接合到硅光子晶片后，在步骤510处，硅光子晶片的有源硅光子层的前侧表面从临时玻璃处理晶片分离。在完成制造工艺500后，具有添加的衬背晶片的硅光子晶片可以，例如，通过如焊料凸起化和回流的常规工艺电附加到电CMOS晶片，类似于上述图3的工艺步骤304。

现在参考图6，示出了根据示出的实施例的硅光子芯片的截面图。硅光子芯片600包括有源硅光子层602、标准薄氧化物层604、常规厚氧化物层606和硅衬底608。硅光子芯片600类似于在图4中的工艺步骤410处的具有硅衬底衬背晶片的硅光子晶片。在图6的此实例中，除了包括电器件626，有源硅光子层602还包括硅光子器件610、衍射元件612、硅波导614和反射元件616。

硅光子器件610表示通过为微光刻工艺集成制造到有源硅光子层602的硅中的多个硅光子器件以及硅波导614、衍射元件612和反射元件616。在衍射元件612的情况中，在衍射元件612之上的镜或者薄金属膜层的添加可以用于增强衍射元件612和硅光子器件610之间的光学耦合效率。镜或者薄金属膜层可以是，例如，位于CMOS介电叠层中，例如图2中的CMOS介电叠层224。

硅光子器件610可以表示为不同类型的光子器件的NXN阵列。例如，硅光子器件610可以表示用于传输光学数据信号的发射器或者调制器并且还可以表示用于接收光学数据信号的光电二极管。因此，硅光子器件610可以为硅光子芯片600提供光学收发器能力。

硅波导614可以是，例如，导引到和来自硅光子器件610的光学信号或者电磁波的矩形结构。硅波导614表示用于导引到和来自硅光子器件610的阵列的光学输入/输出620的硅波导的阵列。反射元件616是在有源硅光子层602中的另一个微光刻蚀刻结构，其被设计为通过硅波导614反射到和来自硅光子器件610的光学输入/输出620。可选地，反射元件616可以是，例如，镜或者薄金属膜。

类似地，衍射元件612同样是在有源硅光子层602中的微光刻制造的结构，其被设计为衍射而不是反射到和来自硅光子器件610的光学输入/输出620。使用衍射元件612的一个益处是衍射元件612可以同时执行多个光学操作。然而，应该注意，即使在图6的此实例中，在硅光子芯片600中制造反射和衍射元件的组合，可选的示出实施例可以在硅光子芯片600中仅使用反射元件或者仅使用衍射元件。

硅光子芯片600还包括反射元件618。在图6的此实例中，反射元件618是在硅衬底608中光刻制造的。反射元件618被设计为90度转向光学输入/输出620，以便在平行于硅光子芯片600的方向中进入或者离开硅衬底608的光学信号可以被在有源硅光子层602中的硅光子器件610使用。反射元件618可以是，例如转向结构，例如45度镜。可选地，衍射光栅结构可以用于替代反射元件618。另外，硅波导结构可以在硅衬底608中被微光刻制造以传输光学输入/输出620穿过硅衬底608。这些硅光子波导结构可以光学耦合到反射元件616用于传播光学输入/输出620到硅波导614。另外，在硅衬底608中的这些硅光子波导结构可以组合在硅光子芯片600的边缘处如锥（taper）622的耦合结构，用于耦合到如光纤连接器624的光纤连接器。

现在参考图7，示出了根据示出的实施例的用于制造硅光子晶片的制造工艺图。图7示出的工艺可以在如图3的制造工艺300的制造工艺中执行。另外，具有通信耦合汇编器（assmebler）的数据处理系统，例如图10中的数据处理系统1000可以执行图7中示出的工艺。汇编器可以是，例如，制造、组装或者处理硅光子晶片的硬件和软件部件的系统。

当汇编器接收制造用于处理的包括有源硅光子层、标准薄掩埋氧化物层和硅衬底的制造的硅光子晶片时，过程开始。制造的硅光子晶片可以是，例如，图2中的硅光子晶片202。在步骤702中，与接收制造的硅光子晶片同时或者在接收硅光子晶片之后，汇编器还接收包括有源电层的制造的电CMOS晶片（步骤704）。

然后，汇编器倒装芯片接合制造的硅光子晶片的有源硅光子层到制造的电CMOS晶片的有源电层，类似于图3中的工艺步骤304（步骤706）。在步骤706中倒装芯片接合制造的硅光子晶片的有源硅光子层到制造的电CMOS晶片的有源电子层之后，汇编器从制造的硅光子晶片去除硅衬底以暴露标准薄掩埋氧化物层的背侧表面，类似于图3中的工艺步骤306（步骤708）。在步骤708中的从制造的硅光子晶片去除硅衬底以暴露标准薄掩埋氧化物层的背侧表面之后，汇编器可以选择性地添加低光学折射率衬背晶片到制造的硅光子晶片的标准薄掩埋氧化物层的暴露的背侧表面，类似于图3中的工艺步骤308（步骤710）。低光学折射率衬背晶片是，例如玻璃衬底衬背晶片或者硅衬底衬背晶片。硅衬底衬背晶片包括附着到在硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露的背侧的厚氧化物层。其后过程终止。

现在参考图8，示出了根据示出的实施例的另一个用于制造硅光子晶片的制造工艺图。图8示出的工艺可以在如图4的制造工艺400的制造工艺中执行。另外，具有通信耦合的汇编器的数据处理系统，例如图10中的数据处理系统1000可以执行图8中示出的过程。

当汇编器接收用于处理的包括有源硅光子层、标准薄掩埋氧化物层和硅衬底的制造的硅光子晶片时，过程开始。制造的硅光子晶片可以是，例如，图2中的硅光子晶片202。然后，汇编器接合制造的硅光子晶片的有源硅光子层到临时玻璃处理晶片，类似于图4中的工艺步骤404（步骤804）。

此后，汇编器从制造的硅光子晶片去除硅衬底以暴露标准薄掩埋氧化物层的背侧表面，类似于图4中的工艺步骤406（步骤806）。随后，汇编器添加低光学折射率衬背晶片到制造的硅光子晶片的标准薄掩埋氧化物层的暴露的背侧表面，类似于图4中的工艺步骤408（步骤808）。低光学折射率衬背晶片是，例如玻璃衬底衬背晶片或者硅衬底衬背晶片。硅衬底衬背晶片包括附着在硅光子晶片的薄掩埋氧化物层的暴露背侧的厚氧化物层。然后，汇编器从临时玻璃处理晶片脱离制造的硅光子晶片的有源硅光子层，类似于图4中的工艺步骤410（步骤810）。其后过程终止。

现在参考图9，示出了根据示出的实施例的另一个用于制造硅光子晶片的制造工艺图。图9示出的工艺可以在如图5的制造工艺500的制造工艺执行。另外，具有通信耦合的汇编器的数据处理系统，例如图10中的数据处理系统1000可以执行图9中示出的工艺。

当汇编器接收用于处理的包括有源硅光子层、标准薄掩埋氧化物层和硅衬底的制造的硅光子晶片时，过程开始（步骤902）。制造的硅光子晶片可以是，例如，图2中的硅光子晶片202。然后，汇编器接合制造的硅光子晶片的有源硅光子层到临时玻璃处理晶片，类似于图5中的工艺步骤504（步骤904）。

在步骤904中，在接合制造的硅光子晶片的有源硅光子层到临时玻璃处理晶片之后，汇编器在位于制造的硅光子晶片的有源硅光子层中的光子器件之下的选择的位置处的硅衬底中蚀刻背侧沟槽，以暴露在选择的位置处的标准薄掩埋氧化物层的背侧表面，类似于图5的工艺步骤506（步骤906）。另外，电器件可以位于制造的硅光子晶片的其中硅衬底没有被蚀刻步骤906去除的有源硅光子层中。

随后，汇编器添加低光学折射率衬背晶片到制造的硅光子晶片的蚀刻的硅衬底用于机械支撑，类似于图5中的工艺步骤508（步骤908）。添加到制造的硅光子晶片的蚀刻的硅衬底的低光学折射率材料衬背晶片可以是，例如，玻璃衬底衬背晶片或者硅衬底衬背晶片。然后，汇编器从临时玻璃处理晶片脱离制造的硅光子晶片的有源硅光子层，类似于图5中的工艺步骤510（步骤910）。其后过程终止。

现在参考图10，示出了根据示出的实施例的数据处理系统图。数据处理系统1000可以用于执行图7-9的流程示出的过程。在此示出实例中，数据处理系统1000包括通信框架（framework）1002，其提供处理器单元1004、存储1006，持久存储1008、通信单元1010，输入/输出单元（I/O）单元1012和显示器1014之间的通信。另外，数据处理系统1000通过通信框架1002通信耦合到汇编器1028。在此实例中，通信框架1002可以具有总线系统的形式。

处理单元1004用以执行用于下载到存储器1006的软件的指令。处理单元1004可以依赖于具体的实施而为第一个处理器、多核处理器或者一些其它类型的处理器。

存储器1006和持久存储1008是存储器件1016的实例。存储器件是能够临时和/或持久存储信息的任意段硬件，该信息例如而不限于数据、函数形式的程序代码和/或其它合适的信息。存储器件1016还可以指在这些示出的实例中的计算机可读存储器件。在这些实例中的存储器1006可以是，例如，随机存取存储器或者任意其它合适的易失性或者非易失性存储器件。持久存储1008可以依赖于具体实施而采取不同形式。

例如，持久存储1008可以包含一个或多个部件或者器件。例如，持久存储1008可以是硬盘驱动器、闪存、可擦写光盘、可擦写磁带或者上述的一些组合。持久存储1008使用的介质还可以是可移除的。例如，可移除硬盘驱动器可用于持久存储1008。

在这些示出的实例中，提供通信单元1010用于与其它数据处理系统或器件通信。在这些示出的实例中，通信单元1010是网络接口卡。

输入/输出单元1012允许与连接到数据处理系统1000的其它器件的数据输入和输出。例如，输入/输出单元1012可以提供用于通过键盘、鼠标和/或一些其他合适输入器件的用户输入的连接。另外，输入/输出单元1012可以向打印机发送输出。显示器1014提供向用户显示信息的机制。数据处理系统1000使用汇编器1028以制造、组装或者处理例如光学收发器芯片，如图6中的硅光子芯片。

用于操作系统、应用和/或程序的指令可以位于存储器件1016中，其与处理器元件1004通过通信框架1002通信。可以通过使用计算机执行的指令的处理器单元1004执行不同实施例的工艺，指令可以位于如存储器1006的存储器中。

这些指令指可以通过在处理器元件1004中的处理器读取和执行的程序代码、计算机可用程序代码或者计算机可读程序代码。在不同实施例中的程序代码可以在不同的物理或者计算机可读存储介质上物化，例如存储器1006或者持久存储1008。

程序代码1018以函数形式位于可选择性移除的计算机可读介质1020中，并且可以写到或者传输到数据处理系统100用于通过处理器单元1004执行。程序代码1018和计算机可读介质1020形成在这些示出的实例中的计算机程序产品1022。在一个实例中，计算机可读介质1020可以是计算机可读存储介质1024或者计算机可读信号介质1026。在这些示出的实例中，计算机可读存储介质1024是物理或者有形存储器件用于存储程序代码1018而不是传播或者传输程序代码1018的介质。

可选地，程序代码1018可以使用计算机可读信号介质1026传输到数据处理系统1000。计算机可读信号介质1026可以是，例如，包含程序代码1018的传播数据信号。例如，计算机可读信号介质1026可以是电磁信号、光学信号和/或任意其它合适的信号类型。这些信号可以在通信链接上传输，例如，无线通信连接、光纤缆、同轴电缆、线和/或任意其它合适类型的通信链接。

示出的用于数据处理系统1000的不同的部件不意味着向可以执行不同实施例的方式提供架构限制。可以在包括除了用于数据处理系统1000的部件之外的部件和/或取代这些示出的部件的部件的数据处理系统中执行不同的有利实施例。图10中示出的其它部件可以不同于示出的实例所示。可以使用能够运行程序代码1018的任意硬件器件或者系统执行不同实施例。

因此，示出的实施例提供用于处理硅光子芯片的方法和装置。呈现的本发明的各种实施例的描述用于说明目的，而没有旨在穷尽或者限制公开的实施例。在不脱离描述的实施例的范围和精神下本领域的技术人员应该明白许多修改和变化。选择这里使用的术语以最好地揭示实施例的原理、实践应用或者在市场中出现的技术的技术改进或者使本领域的其它技术人员明白这里公开的实施例。

附图中的流程和框图示出了根据本发明的实施例可能执行的方法的结构、功能和操作。在这点上，流程中的每个框或者框图可以表示模块、片段或者包括一个或多个可执行命令用于执行具体逻辑函数的代码部分。还应该注意，在一些可选执行中，在框中标注的功能可能不以图中的顺序出现。例如，依赖于包含的功能，顺序的两个框，实际上可以基本同时执行或者有时候以相反的次序执行框。还应该注意，框图和/或流程图中的每个框以及在框图和/或流程图中的框的组合可以通过执行特定功能或者作用的基于专用硬件的系统执行，或者专用硬件和计算机指令的组合而执行。

如上所述的电路是集成电路芯片设计的一部分。芯片设计以图形计算机编程语言产生并且存储在计算机可读存储介质中（例如，硬盘、磁带、物理硬盘驱动器或者如存取网络中的虚拟硬盘驱动器）。如果设计者不制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，设计者通过物理方式（例如，通过提供存储该设计的计算机可读存储介质的拷贝）或者电子地（例如通过互联网）直接或者间接地传输最终的设计到这样的实体。然后，存储的设计转换为合适的格式（例如，GDSII）用于光刻掩模的制造，其典型地包括在晶片上形成的考虑的芯片设计的多个拷贝。利用光刻掩模限定将被蚀刻或者处理的晶片区域（和/或其上的层）。

出现本发明的描述用于示出和描述目的并且没有旨在穷尽或者限制实施例在公开的形式中。本领域的技术人员应该明白许多修改和变化。选择并描述实施例的目的是更好的解释本发明、实践应用的原理，并且使得本领域的其它技术人员明白包括具有适合于实践应用的各种修改的不同实施例。

Claims (24)

1.一种用于处理硅光子晶片的方法，所述方法包括：

接收用于处理的硅光子晶片，其包括有源硅光子层、薄掩埋氧化物层和硅衬底，其中所述薄掩埋氧化物层位于所述有源硅光子层和所述硅衬底之间；

接收包括有源电层的电互补金属氧化物半导体晶片；

将所述硅光子晶片的所述有源硅光子层倒装芯片接合到所述电互补金属氧化物半导体晶片的所述有源电层；以及

从所述硅光子晶片去除所述硅衬底以暴露所述薄掩埋氧化物层的背侧表面。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

将低光学折射率衬背晶片添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的暴露的背侧表面。

3.根据权利要求2的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底晶片。

4.根据权利要求2的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述低光学折射率衬背晶片是硅衬底晶片。

5.根据权利要求4的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述硅衬底晶片包括厚氧化物层，其中所述厚氧化物层附着到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层。

6.根据权利要求5的方法，其中包括在所述硅衬底晶片上的所述厚氧化物层的厚度大于或者等于一微米。

7.根据权利要求1的方法，其中所述薄掩埋氧化物层的厚度小于或者等于500纳米。

8.一种用于处理硅光子晶片的方法，所述方法包括：

接收用于处理的硅光子晶片，其包括有源硅光子层、薄掩埋氧化物层和硅衬底，其中所述薄掩埋氧化物层位于所述有源硅光子层和所述硅衬底之间；

将所述硅光子晶片的所述有源硅光子层接合到临时玻璃处理晶片；

从所述硅光子晶片去除所述硅衬底以暴露所述薄掩埋氧化物层的背侧表面；

将低光学折射率衬背晶片添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面；以及

在将所述低光学折射率衬背晶片添加到所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧之后，从所述临时玻璃处理晶片脱离所述硅光子晶片的所述有源硅光子层。

9.根据权利要求8的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底晶片。

10.根据权利要求8的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述低光学折射率衬背晶片是硅衬底晶片。

11.根据权利要求10的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层的所述暴露的背侧表面的所述硅衬底晶片包括厚氧化物层，其中所述厚氧化物层附着到所述硅光子晶片的所述薄掩埋氧化物层。

12.根据权利要求11的方法，其中包括在所述硅衬底晶片上的所述厚氧化物层的厚度大于或者等于一微米。

13.根据权利要求8的方法，其中所述薄掩埋氧化物层的厚度小于或者等于500纳米。

14.一种用于处理硅光子晶片的方法，所述方法包括：

接收用于处理的所述硅光子晶片，其包括有源硅光子层、薄掩埋氧化物层和硅衬底，其中所述薄掩埋氧化物层位于所述有源硅光子层和所述硅衬底之间；

将所述硅光子晶片的所述有源硅光子层接合到临时玻璃处理晶片；

在位于所述硅光子晶片的所述有源硅光子层内的光子器件之下的选择的位置处的所述硅衬底中蚀刻背侧沟槽，以暴露在所述选择的位置处的所述薄掩埋氧化物层的背侧表面；

将低光学折射率衬背晶片添加到所述硅光子晶片的蚀刻的硅衬底；以及

在将所述低光学折射率衬背晶片添加到所述蚀刻的硅衬底之后，从所述临时玻璃处理晶片脱离所述硅光子晶片的所述有源硅光子层。

15.根据权利要求14的方法，其中所述电器件位于所述硅光子晶片的没有通过所述蚀刻步骤去除所述硅衬底的位置处的所述有源硅光子层中。

16.根据权利要求14的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述蚀刻的硅衬底的所述低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底晶片。

17.根据权利要求14的方法，其中添加到所述硅光子晶片的所述蚀刻的硅衬底的所述低光学折射率衬背晶片是硅衬底晶片。

18.根据权利要求14的方法，其中所述薄掩埋氧化物层的厚度小于或者等于500纳米。

19.一种硅光子晶片，所述硅光子晶片包括：

有源硅光子层，包括多个光子器件；

硅衬底，具有位于在所述有源硅光子层中的所述多个光子器件之下的选择的位置处的背侧沟槽；

薄掩埋氧化物层，位于所述有源硅光子层和所述硅衬底之间；以及

低光学折射率衬背晶片，接合到覆盖所述背侧沟槽的所述硅衬底的背侧。

20.根据权利要求19的所述硅光子晶片，其中所述有源硅光子层包括多个电器件，位于没有通过所述背侧沟槽去除所述硅衬底的位置处。

21.根据权利要求19的所述硅光子晶片，其中所述低光学折射率衬背晶片是玻璃衬底晶片。

22.根据权利要求19的所述硅光子晶片，其中所述低光学折射率衬背晶片是硅衬底晶片。

23.根据权利要求19的方法，其中所述薄掩埋氧化物层的厚度小于或者等于500纳米。

24.根据权利要求19的方法，其中所述背侧沟槽暴露在所述选择的位置处的所述薄掩埋氧化物层的背侧表面。

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