(57)【要約】  本明細書では、第１の基板を有する第１のウェハ上に、インタポーザベース構造体を構築することであって、インタポーザベース構造体を構築することが、第１の基板を通って延在する複数の貫通ビアを製造すること、および第１の基板上に形成されたインタポーザベース誘電体スタック内に、１つ以上のメタライゼーション層を製造することを含む、構築することと、第２の基板を有する第２のウェハ上に、フォトニクス構造体を構築することであって、フォトニクス構造体を構築することが、第２の基板上に形成されたフォトニクスデバイス誘電体スタック内に、１つ以上のフォトニクスデバイスを製造することを含む、構築することと、インタポーザベース構造体、およびフォトニクスデバイス誘電体スタック内に製造された１つ以上のフォトニクスデバイスを有する、インタポーザを画定するために、インタポーザベース構造体に、フォトニクス構造体を接合することと、を含む、方法が説明されている。
2020519015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板を有する第１のウェハ上に、インタポーザベース構造体を構築することであって、前記インタポーザベース構造体を構築することが、前記第１の基板を通って延在する複数の貫通ビアを製造すること、および前記第１の基板上に形成されたインタポーザベース誘電体スタック内に、１つ以上のメタライゼーション層を製造することを含む、構築することと、
第２の基板を有する第２のウェハ上に、フォトニクス構造体を構築することであって、前記フォトニクス構造体を構築することが、前記第２の基板上に形成されたフォトニクスデバイス誘電体スタック内に、１つ以上のフォトニクスデバイスを製造することを含む、構築することと、
前記インタポーザベース構造体、および前記フォトニクスデバイス誘電体スタック内に製造された１つ以上のフォトニクスデバイスを有する、インタポーザを画定するために、前記インタポーザベース構造体に、前記フォトニクス構造体を接合することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記接合することが、低温酸化物接合プロセスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接合することが、研磨段階、活性化段階、およびアニール段階を含む、低温酸化物融着プロセスを使用することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のウェハが、半導体または絶縁特性を有するウェハである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のウェハが、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェハである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のウェハが、バルクシリコンウェハであり、前記第２のウェハが、ＳＯＩウェハである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、前記接合することに続いて、前記貫通ビアが前記第１の基板を完全に通って延在するように、前記第１の基板から材料を除去して、前記複数の貫通ビアのうちの貫通ビアを露出させることを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板を通って延在する複数の貫通ビアを製造することは、前記貫通ビアが、前記第１の基板の材料の除去を実行することで、前記第１の基板を完全に通って延在して、前記複数の貫通ビアを露出させるように、前記複数の貫通ビアのうちの前記貫通ビアが、前記第１の基板内のそのような深さまで延在するように、前記製造を実行することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、導波管および光検出器からなる群から選択される１つ以上のフォトニクスデバイスを製造することを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス内に、第１の材料の第１の導波管および第２の材料の第２の導波管を製造することを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、導波管、光検出器、グレーティングカプラ、モジュレータ、ポラライザ、スプリッタ、およびレゾネータからなる群から選択される１つ以上のフォトニクスデバイスを製造することを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、第１の材料の第１の導波管および第２の材料の第２の導波管を製造することを含んでおり、前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、第１の高さで前記第１の導波管を、および第２の高さで前記第２の導波管を製造することを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを通る複数のフォトニクス構造体貫通ビアを形成することを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを通る複数のフォトニクス構造体貫通ビアを形成することと、前記複数のフォトニクス構造体貫通ビアのうちのフォトニクス構造体貫通ビアを前記複数の貫通ビアのうちの貫通ビアに、それぞれのブリッジ接続部を使用して、接続することと、を含んでおり、前記それぞれのブリッジ接続部が、前記インタポーザベース誘電体スタック内に画定された特徴部を有している、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、第１の材料の第１の導波管および第２の材料の第２の導波管を製造することを含んでおり、前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、第１の高さで前記第１の導波管を、および第２の高さで前記第２の導波管を製造することを含んでおり、前記第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することが、前記フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、光感応材料を含む光検出器を製造することを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、前記第１のウェハの基板材料とは異なる材料の基板を有する第２の第１のウェハを使用して、第２のインタポーザベース構造体を構築するために、前記第１のウェハ上にインタポーザベース構造体を構築することを繰り返すことと、追加的な第２のウェハを使用して、第２のフォトニクス構造体を構築するために、前記フォトニクス構造体を構築することを繰り返すことと、前記第２のインタポーザベース構造体に、前記第２のフォトニクス構造体を接合することと、を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
光電気システムであって、
基板と、
前記基板上に形成されたインタポーザ誘電体スタックであって、前記インタポーザ誘電体スタックが、ベースインタポーザ誘電体スタック、フォトニクスデバイス誘電体スタック、および前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを前記ベースインタポーザ誘電体スタックに一体的に接合する、接合層を含んでいる、インタポーザ誘電体スタックと、
前記基板を通って延在する、１つ以上の貫通ビアと、
前記ベースインタポーザ誘電体スタック内に製造されている、１つ以上のメタライゼーション層と、
前記フォトニクスデバイス誘電体スタック内に製造されている、１つ以上のフォトニクスデバイスと、を含む、光電気システム。
【請求項１８】
前記１つ以上のフォトニクスデバイスが、導波管を含む、請求項１７に記載の光電気システム。
【請求項１９】
前記１つ以上のフォトニクスデバイスが、光検出器を含む、請求項１７または１８に記載の光電気システム。
【請求項２０】
前記１つ以上のフォトニクスデバイスが、第１の材料で形成された第１の導波管、および第２の材料で形成された第２の導波管を含む、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２１】
前記１つ以上のフォトニクスデバイスが、第１の高さに形成された第１の導波管、および第２の高さに形成された第２の導波管を含む、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２２】
前記１つ以上のフォトニクスデバイスが、第１の高さに第１の材料で形成された第１の導波管、および第２の高さに第２の材料で形成された第２の導波管を含む、請求項１７から２１のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２３】
前記基板が、半導体または絶縁基板で形成されている、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２４】
前記光電気システムが、前記基板上に形成された後面金属再分配層を含む、請求項１７から２３のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２５】
前記光電気システムが、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックの高さの上方に形成された前面形成体を含んでおり、前記前面形成体が、ＣＭＯＳ論理集積回路チップを受容している、請求項１７から２４のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２６】
前記光電気システムが、インタポーザの後面上に形成された後面形成体を含んでおり、前記後面形成体が、ボールグリッドアレイ、プリント回路基板、およびインタポーザからなる群から選択される下部構造体への前記インタポーザのはんだ接合を容易にする、請求項１７から２５のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２７】
前記光電気システムが、ストラップ接続部を提供する導電性経路を含んでおり、前記ストラップ接続部が、前記基板を通って延在する貫通ビアに接続された再分配層を含む導電性経路によって画定されており、その貫通ビアが、フォトニックデバイス誘電体スタックを通って延在する、関連付けられた第１の垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアに接続されており、その第１の垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、第１のメタライゼーション層に接続されており、その第１のメタライゼーション層が、第２の垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアに接続されており、その第２の垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、第２のメタライゼーション層に接続されており、前記第２のメタライゼーション層が、前記第１のメタライゼーション層よりも低い高さにある、請求項１７から２６のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２８】
前記１つ以上の貫通ビアのうちの貫通ビアが、関連付けられた垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアに接続されており、前記垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを通って延在している、請求項１７から２７のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項２９】
前記１つ以上の貫通ビアのうちの貫通ビアが、ブリッジ接続部によって、関連付けられた垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアに接続されており、前記垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを通って延在している、請求項１７から２８のいずれか一項に記載の光電気システム。
【請求項３０】
前記１つ以上の貫通ビアのうちの貫通ビアが、ブリッジ接続部によって、関連付けられた垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアに接続されており、前記垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、前記フォトニクスデバイス誘電体スタックを通って延在しており、前記ブリッジ接続部が、前記ベースインタポーザ誘電体スタック内に製造された特徴部を有しており、前記垂直方向に延在するフォトニクス構造体貫通ビアが、前記貫通ビアのサイズの０．５倍以下である、請求項１７から２９のいずれか一項に記載の光電気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年４月２７日に出願された、「Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｅ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ」という名称の米国仮出願第６２／４９０，６６５号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願はまた、２０１８年２月８日に出願された、「Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｅ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ」という名称の米国非仮出願第１５／８９１，８４７号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。前述のその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年２月８日に出願された、「Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｅ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ」という名称の米国非仮出願第１５／８９１，８４７号は、前述のその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年４月２７日に出願された、「Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｅ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ」という名称の米国仮出願第６２／４９０，６６５号の優先権の利益を主張している。
【０００２】
［政府の権利に関する声明］
本発明は、助成金契約番号ＦＡ８６５０−１５−２−５２２０の下で、米国国防総省（ＤＯＤ）の下で政府の支援を受けて作製された。政府は、本発明において一定の権利を有し得る。
【０００３】
本開示は、フォトニクス全般に関し、具体的には、フォトニクス構造体および製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００４】
市販のフォトニクス集積回路は、バルクシリコンまたはシリコンオンインシュレータウェハなどのウェハ上に製造される。市販の事前に製造されたフォトニクス集積回路チップは、事前に製造されたフォトニクス集積回路チップの異なる区域間で光信号を伝送するための導波管を含むことができる。市販の導波管は、長方形またはリッジのジオメトリであり、かつシリコン（単一または多結晶）または窒化シリコンで製造されている。市販のフォトニクス集積回路チップは、プリント回路基板上に配置されたフォトニクス集積回路チップを有するシステムで利用することができる。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、フォトニクス構造体の提供により、従来技術の欠点が克服され、追加の利点が提供される。
【０００６】
本明細書では、第１のウェハ上に、インタポーザベース構造体を構築することであって、インタポーザベース構造体を構築することが、基板を通って延在する複数の貫通ビアを製造すること、およびインタポーザベース誘電体スタック内に、１つ以上のメタライゼーション層を製造することを含む、構築することと、第２のウェハ上に、フォトニクス構造体を構築することであって、フォトニクス構造体を構築することが、フォトニクスデバイス誘電体スタック内に、１つ以上のフォトニクスデバイスを製造することを含む、構築することと、インタポーザベース構造体、および１つ以上のフォトニクスデバイスを有する、インタポーザを画定するために、インタポーザベース構造体に、フォトニクス構造体を接合することと、を含む、方法が説明されている。本明細書では、基板と、基板上に形成されたインタポーザ誘電体スタックであって、インタポーザ誘電体スタックが、ベースインタポーザ誘電体スタック、フォトニクスデバイス誘電体スタック、およびフォトニクスデバイス誘電体スタックをベースインタポーザ誘電体スタックに一体的に接合する、接合層誘電体スタックを含んでいる、インタポーザ誘電体スタックと、を含む、光電気システムが説明されている。
【０００７】
追加の特徴および利点は、本開示の技法を通じて実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の１つ以上の態様は、本明細書の終結での特許請求の範囲における実施例として、特に指摘され、かつ明確に主張されている。本開示の前述および他の目的、特徴、ならびに利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかとなる。
【０００９】
【図１】１つ以上のフォトニクスデバイスが製造および定義されているインタポーザ誘電体スタックを含むインタポーザを有する、光電子システムのカッタウェイ側面図である。
【図２】ウェハ基板を有するバルクウェハ上にインタポーザベースを構築した後の中間製造段階における光電子システムを示す。
【図３】１つ以上のフォトニクスデバイスが一体的に製造および定義されているフォトニクス構造誘電体スタックを有するフォトニクス構造体の構築後の、製造の部分的な段階における光電気システムを示す断面側面図であり、ここにおいて、その構築は、インシュレータ上シリコン（ＳＯＩ）ウェハを使用して実行される。
【図４】図３のフォトニクス構造体と整列された図２のインタポーザベース構造体を示す光電気システムの製造を示す断面側面図である。
【図５】図２のインタポーザベース構造体に接合されている図３に示したフォトニクス構造体を示す断面側面図である。
【図６】フォトニクス構造体から基板を取り外した後の、図５に示したような製造の部分的段階における光電気システムの断面側面図である。
【図７】接合されたデバイス層間の接続性のために層間および層内ビアならびにメタライゼーション層（複数可）を画定し、かつインタポーザ基板を有する製造されたインタポーザの後面に電気的接続性を提供するためのさらなるパターニングの後の、製造の中間段階における図６に示したような光電気システムの側面断面図である。
【図８】アンダーバンプメタライゼーションの形成を画定するためのさらなるパターニングの後の、製造の中間段階における図７に示したような光電気システムの側面断面図である。
【図９】図８に示したように製造されたアンダーバンプメタライゼーション形成体に集積回路チップを金属はんだで取り付けた後の、製造の中間段階における図８に示したような光電気システムの断面側面図を示す。
【図１０】接着剤、エポキシ、またはその他の永久有機ポリマーを使用して、図９に示したようにハンドルウェハを構造体に取り付けた後の、製造の中間段階における図９に示したような光電気システムを示す断面側面図を示す。
【図１１】インタポーザベースを画定する基板の材料を除去した後の、図１０に示したような光電気システムを示す断面側面図である。
【図１２】誘電体層の堆積の後の、図１１に示したような光電気システムの断面側面図である。
【図１３】インタポーザの後面の再分配層を画定するためのさらなるパターニングの後の、製造の中間段階における図１２に示したような光電気システムの側面断面図である。
【図１４】誘電体不活性化層であり得る誘電体層の堆積の後の、製造の中間段階における図１３に示したような光電気システムを示す側面断面図である。
【図１５】アンダーバンプメタライゼーション形成体を画定するためにさらにパターニングをし、かつアンダーバンプメタライゼーション形成体内にはんだバンプを製造した後の、図１４に示したような光電気システムの断面側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の態様およびその特定の特徴、利点、および詳細は、添付の図面に示される非限定的な実施例を参照しながら以下により完全に説明される。周知の材料、製造ツール、処理技術などの説明は、本開示を詳細に不必要に不明瞭にしないために省略されている。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本開示の態様を示しているが、限定ではなく例示としてのみ与えられていることを理解されたい。基礎となる発明概念の趣旨および／または範囲内の様々な置換、修正、追加、および／または配設は、本開示から当業者には明らかであろう。
【００１１】
図１には、フォトニクス信号を電気信号に変換することができる１つ以上のアクティブフォトニクスデバイスを含むことができる、アクティブフォトニクスインタポーザ３００を有する光電気システム１０が示されている。フォトニクスインタポーザ３００は、基板１００によって画定されている、インタポーザベースを含むことができる。
【００１２】
インタポーザ３００は、基板１００およびインタポーザベース誘電体スタック１２６を有する、インタポーザベースを含むことができる。インタポーザベース誘電体スタック１２６内に、１つ以上のメタライゼーション層、例えば、メタライゼーション層１１８、メタライゼーション層１２２、ならびに垂直方向に延在するビア１２２を製造することができる。インタポーザベースは、基板１００の厚さを通して延在し得る、貫通ビア１１６を支持することができる。一実施形態では、貫通ビア１１６は、基板１００の厚さを通って全体的に（完全に）延在することにより、基板１００の厚さを通って延在することができる。一実施形態では、貫通ビア１１６は、基板１００の厚さを通って部分的に延在することにより、基板１００の厚さを通って延在することができる。基板１００は、例えば、シリコン、Ｓｉ、サファイア、またはガラスで形成され得る。基板１００上に、貫通ビア１１６に、およびそれから電気信号をファンアウトするための後面再分配層５０８を製造することができる。
【００１３】
インタポーザ３００はまた、１つ以上の導波管２１０、１つ以上の導波管２１４、および１つ以上の光検出器２４０などの１つ以上のフォトニクスデバイスを製造および画定することができる、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を含むことができる。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の厚さを通して延在することができる、１つ以上の貫通ビア３３２を支持することができる。一実施形態では、貫通ビア３３２は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って全体的に（完全に）延在することにより、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在することができる。一実施形態では、貫通ビア３３２は、１つ以上のフォトニクスデバイスの下部および上部の高さを通って延在することにより、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在することができる。一実施形態では、貫通ビア３３２は、複数のフォトニクスデバイスの下部および上部の高さを通って延在することにより、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０２を通って延在することができる。一実施形態では、貫通ビア３３２は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って部分的に延在することにより、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在することができる。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内に、１つ以上のメタライゼーション層、例えば、メタライゼーション層２２０、メタライゼーション層２２２、ならびに垂直方向に延在するビア２２６を製造することができる。本明細書に記載されるメタライゼーション層は、制御、論理、および／または電力信号のうちの１つ以上を運ぶために、水平方向に延在するワイヤを画定する。
【００１４】
一態様では、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在する貫通ビア３３２のビアは、基板１００の厚さを通って延在するそれぞれの貫通ビア１１６と関連付けられ得る。有利には、貫通ビア３３２は、貫通ビア１１６よりも大幅に小さいサイズにすることができ、したがって、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内のスペースを解放し、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内の追加的な、および／またはより大きいフォトニクスデバイスの製造を可能にする。貫通ビア１１６は、ブリッジ接続部として関連付けられた貫通ビア３３２に接続され得る。インタポーザ３００は、インタポーザベース誘電体スタック１２６を、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６に接合する、接合層３０６を含むことができる。基板１００上に支持されたインタポーザ３００は、インタポーザベース誘電体スタック１２６、接合層３０６、およびフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を含む、インタポーザ誘電体スタック３２０を含むことができる。
【００１５】
図１に示されるようなインタポーザ３００は、例えば、ベースインタポーザ基板１００を通って延在し、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在する複数の貫通ビア３３２のそれぞれの貫通ビアと関連付けられた、複数の貫通ビア１１６の貫通ビアによって提供された、後面から前面への電気接続部を特徴とすることができる。図１に示されるようなインタポーザ３００は、例えば、制御、論理、および／または電力信号のうちの１つ以上の水平分配のために、後面および前面の配線を特徴とすることができる。インタポーザ３００の後面は、後面配線を画定する１つ以上の再分配層（例えば、再分配層５０８）を含むことができる。インタポーザ３００の前面は、前面配線を画定する１つ以上のメタライゼーション層（例えば、メタライゼーション層３３４）を含むことができる。
【００１６】
光電気システム１０は、基板１００を通って延在する垂直方向に延在する貫通ビア１１６と電気的に通信するパッドによって示される実施形態で提供された、アンダーバンプメタライゼーション形成体５１０を含むことができる。インタポーザ３００のはんだバンプ５１２は、アンダーバンプメタライゼーションパッド５１０上に形成され得る。
【００１７】
図２は、基板１００およびインタポーザベース誘電体スタック１２６を含むことができる、インタポーザベース構造体の製造を示している。基板１００は、基板１００がシリコン基板である場合、貫通シリコンビア（ＴＳＶ）と呼ばれ得る、貫通ビア１１６を支持することができる。基板１００は、一実施形態では、バルクシリコンウェハによって提供され得る。垂直方向に延在する貫通ビア１１６の貫通の形成のために、基板１００は、エッチング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を受け、得られたトレンチは、導電性材料で充填され得る。図２の構造体は、基板１００によって支持され、かつインタポーザベース誘電体スタック１２６を画定する、誘電体層１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、および１１２などの複数の誘電体層を含むようにパターン化され得る。インタポーザベース誘電体スタック１２６内には、メタライゼーション層１１８およびメタライゼーション層１２０などのパターン化された複数のメタライゼーション層が存在することができる。垂直方向に延在する貫通ビア１１６は、図１で説明したように、インタポーザベース誘電体スタック１２６内に製造されて、製造されたフォトニクスインタポーザ３００の前面および後面のメタライゼーション層間の電気接続部を提供することができる。いくつかの実施形態では、異なる誘電体層１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、および１１２の材料を区別することができる。例えば、誘電体層１０２は、貫通ビア１１６のパターニングのためのハードマスクとして使用されてもよく、ハードマスクとしてのその機能の最適化のために選択されてもよい。誘電体層１０４、１０８、および１１２などの誘電体層は、それぞれのメタライゼーション層または他の導電性材料形成体上に堆積されてもよく、導電性材料の移動を抑制するように選択されてもよい。層１０４および１０６などの残りの誘電体層は、インタポーザベース誘電体スタック１２６の残りの誘電体層を画定する誘電体材料以外の誘電体材料で形成されてもよい。一実施形態では、誘電体層１０４および１０６は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）または他の適切なＳｉＯｘ誘導体から形成されてもよい。
【００１８】
図３は、導波管２１０のうちの１つ以上の導波管、導波管２１４のうちの１つ以上の導波管、または１つ以上の光検出器２４０などの１つ以上のフォトニクスデバイスを製造および画定することができる、フォトニクス誘電体スタック２０６を有するフォトニクス構造体の製造を示している。図３に示すようなフォトニクス構造体は、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェハを使用して製造され得る。そのようなＳＯＩウェハは、基板上に形成された絶縁体、および絶縁体上に形成された薄いシリコン層を含むように事前に製造されてもよい。図３は、パターニング後のＳＯＩウェハの残りの要素を示している。すなわち、基板２００は、ＳＯＩウェハの基板であり得、誘電体層２０２は、ＳＯＩウェハの絶縁体層であり得、図３に示されるような導波管２１０は、そのような層をパターニングして、導波管２１０を画定した後のＳＯＩウェハのシリコン層の残りの部分によって画定され得る。
【００１９】
図３を参照すると、１つ以上の誘電体層２０４を誘電体層２０４上に形成することができ、これは、一実施形態では、ＳＯＩウェハの絶縁体層によって提供され、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を画定することができる。誘電体スタック２０６には、異なる材料で形成されたパターン化された導波管があり得る。例えば、導波管２１０は、シリコンで形成されてもよく、一方で、導波管２１４は、窒化シリコンＳｉＮなどの異なる材料で形成されてもよい。一部の用途は、シリコン導波管の使用を好む場合がある、一方で、その他の用途は、窒化シリコン導波管の使用を好む場合がある。異なる材料の導波管を提供することで、図３に示す構造体の性能および柔軟性を高めることができる。誘電体スタック２０６には、異なる高さに形成されたパターン化された導波管があり得る。例えば、示されるように、シリコンで形成されてもよい導波管２１０は、第１の高さで形成されてもよく、窒化物で形成されてもよい導波管２１４は、第２、第３、および第４の高さでそれぞれ形成されてもよい。
【００２０】
図３の中間製造段階の図に示される追加の特徴を参照すると、光電気システム１０は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６と一体に形成された１つ以上のフォトニクスデバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、光検出器２４０などのフォトニクスデバイスを形成する材料、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウムを、エピタキシャル成長させることができる。本明細書の実施形態は、厚い層のシリコンがエピタキシャル成長に適応し得る一方で、結果として生じるフォトニクスデバイスが厚いシリコン層を通る光損失を示し得ることを認識する。一実施形態では、エピタキシャル成長材料のエピタキシャル成長に適応するために、絶縁体上にシリコンのシード層（シリコンテンプレート）を有する構造体が、提供されてもよい。シード層は、結晶シード層であり得る。シリコンのシード層を有する構造体を提供するために、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェハ（バルクシリコン基板上の酸化物の薄い層および酸化物上のシリコンの薄い層を有する）を選択することができる。インタポーザ３００の製造にＳＯＩウェハが使用される一実施形態では、基板２００は、ＳＯＩウェハのバルクシリコン基板によって提供され得る。
【００２１】
図３に示されるように、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内に製造された１つ以上のフォトニクスデバイスは、導波性材料層によって画定される導波管２１４を含むことができる。一実施形態では、導波管２１４は、導波性材料層を形成する材料を堆積し、導波性材料層の不要な区域を除去するためにマスキングおよびエッチングし、および導波性材料層の残りの部分の上に誘電体層を堆積することによって製造され得る。導波管２１４を画定する導波性材料層は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、または酸窒化シリコンを含むことができる。一実施形態では、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６は、基板２００の上方の高さに、かつ基板２００から間隔をおいて配置された絶縁体上シリコン境界面を含むように製造されてもよい。例えば、基板２００の上部高さの上方のシリコンの厚い層、例えば、シリコンで形成された基板２００上にエピタキシャル成長したものは、薄いシリコン層、および薄いシリコン層の下方の埋め込み酸化物層を画定するために、局所または非局所注入酸素（ＳＩＭＯＸ）処理による分離を受ける場合がある。
【００２２】
図３に示されるようなフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内の異なる材料で製造された導波管は、異なる機能の性能のために使用され得る。例えば、シリコンで形成された導波管は、光検出器またはモジュレータなどの能動デバイスに含まれる導波管の製造に選択されてもよい。誘電体導波管（例えば、窒化シリコンで形成されたもの）は、より長い距離への光信号の伝送に適合させることができる。アモルファスシリコンなどの他の材料は、電流伝導特性と光伝導特性のバランスが重視される用途に選択される場合がある。導波管のパターニングには、導波管を画定する材料のパターニング、ならびに導波管の材料の屈折率とは異なる屈折率を有する導波管を囲む材料のパターニングが含まれ得る。導波管２１０および導波管２１４のパターニングは、異なる代替的なジオメトリを画定するためのパターニングを含むことができる。
【００２３】
適切な製造方法により、異なる導波性材料の導波管によって提供される、またはその導波管を有するフォトニクスデバイスは、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の任意の高さで製造され得る。一実施形態では、エピタキシャル成長したフォトニクスデバイスは、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の基板配置上に製造されてもよく、堆積材料で形成された、例えば、堆積窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで形成されたフォトニクスデバイスは、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の基板高さの上方で形成されてもよい。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６は、異なる高さでの導波管間のエバネッセント結合により、高さの間で光を伝導するように製造され得る。
【００２４】
様々なプロセスを実行して、様々なフォトニクスデバイスを製造することができる材料層の粒子構造体を修正することができる。一実施形態では、材料層は多結晶シリコン（ポリシリコン）で形成され得る。一実施形態では、イオン注入を実行して、材料層のシリコン結晶構造体を修正することができる。修正時には、ポリシリコン材料を、アモルファスポリシリコン材料に変化することができる。イオンインプラント種は、シリコン、アルゴン（例えば、ＡｒまたはＡｒ＋）、キセノン（例えば、ＸｅまたはＸｅ＋）、またはゲルマニウムのうちの１つ以上を含むことができる。別の態様では、アニールプロセス、例えば、再結晶化アニールプロセスを実行して、材料層の粒子構造体をさらに改善することができる。一実施形態では、イオン注入の有無にかかわらず、材料層は、粒子構造体の修正のためにアニールを受ける場合がある。
【００２５】
フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内に一体的に形成されたフォトニクスデバイスの性能を高めるために、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６は、一体的に製造されたフォトニクスデバイスと基板２００との間の結合を低減する特徴部を含むことができる。一実施形態では、基板２００は、フォトニクスデバイスが一体的に形成されている図３に示す構造体の領域に、深いトレンチ分離特徴部を含むことができる。
【００２６】
フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内にパターン化されたメタライゼーション層２２０およびメタライゼーション層２２２がまた、存在し得る。また、メタライゼーション層２２０と導波管２１０との間に電気通信を提供する、垂直方向に延在するビア２２４をパターン化することができる。また、メタライゼーション層２２０とメタライゼーション層２２２との間に電気通信を提供する、垂直方向に延在するビア２２６をパターン化することができる。光検出器２４０に関して、光検出器２４０は、トレンチ、例えば、ゲルマニウムで充填されたトレンチ内に配置された光子感受性材料によって画定され得る、形成物２３０を含むことができる。光子感受性材料は、光子を電子に変換することができるため、光子ベースの信号を電気ベースの信号に変換することができる。光検出器２４０を参照すると、ビア２２４によって画定される導電性経路は、導波管２１０内への電圧入力に使用することができる。形成物２３８の高さの上方にメタライゼーション層２２０を有する導電性経路は、電気信号検出に使用することができ、ここにおいて、光信号は、光検出器２４０による検出のために導波管２１０を通るフォトニクス信号伝送に基づいて出力され得る。
【００２７】
本明細書に記載されるように、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６は、１つ以上のフォトニクスデバイスが誘電体スタック２０内に製造されるように、１つ以上のフォトニクスデバイスを画定するようにパターン化され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターニングして、例えば、導波管２１０および／または導波管２１４に従って１つ以上の導波管を画定し、その結果、１つ以上の導波管が、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、例えば、光検出器２４０に従って１つ以上の光検出器を画定し、その結果、１つ以上の光検出器が、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上の格子カプラを画定し、その結果、１つ以上の格子カプラが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上の格子カプラを画定し、その結果、１つ以上の格子カプラが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上のモジュレータを画定し、その結果、１つ以上のモジュレータが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上のポラライザを画定し、その結果、１つ以上のポラライザが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上のスプリッタを画定し、その結果、１つ以上のスプリッタが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６のうちの１つ以上の層をパターン化して、１つ以上のレゾネータを画定し、その結果、１つ以上のレゾネータが、誘電体スタック２０６内に一体的に製造され得る。
【００２８】
メタライゼーション層２２０およびメタライゼーション層２２２は、水平方向に延在するワイヤを画定することができる。メタライゼーション層２２０および２２２によって画定されるワイヤは、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の区域を通って水平方向に延在することができる。メタライゼーション層２２０および２２２は、一般に、それぞれのメタライゼーション層２２０および２２２の少なくとも上部高さに１つ以上のインタポーザ材料層を堆積し、導電性材料を受容するためのトレンチを画定するためにエッチングし、導電性材料でキャビティを充填し、その後、それぞれのメタライゼーション層２２０および２２２の上部高さまで平坦化することによって、形成され得る。メタライゼーション層２２０および２２２はまた、一般に、均一な厚さのメタライゼーション層を堆積し、その後マスキングおよびエッチングして、不要な区域から層材料を除去することによって、形成され得る。メタライゼーション層２２０および２２２は、金属または他の導電性材料から形成され得る。メタライゼーション層２２２によって画定される水平方向に延在するワイヤは、制御、論理および／または電力信号のうちの１つ以上を、製造された１つ以上のフォトニクスデバイスを中に有するフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の異なる区域に垂直および水平方向に分配するために、１つ以上の垂直方向に延在するビア２２６に電気的に接続され得る。メタライゼーション層２２０によって画定される水平方向に延在するワイヤは、電気制御、論理および／または電力信号のうちの１つ以上を、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の異なる区域間に垂直および水平方向に分配するために、垂直方向に延在するビア２２６および／または垂直方向に延在するビア２２４のうちの１つ以上に電気的に接続され得る。メタライゼーション層２２２によって画定されるワイヤは、電気制御、論理および／または電力信号のうちの１つ以上を、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の異なる区域間に垂直および水平方向に分配するために、垂直方向に延在するビア２２６のうちの１つ以上に電気的に接続され得る。
【００２９】
図４には、図２を参照して説明したように構築されたインタポーザベース構造体と整列された、図３を参照して説明したように構築されたフォトニクス構造体が示されている。図４を参照すると、酸化物接合熱的プロセスが説明されている。低温酸化物融着が、利用され得る。低温酸化物融着は、例えば、３００℃以下の低温で実行され得る。低温酸化物融着の実行のために、二酸化ケイ素で形成された誘電体層は、図４に示すように堆積され得る。二酸化ケイ素で形成された誘電体層３０２は、インタポーザベース誘電体スタック１２６上に堆積され得、二酸化ケイ素で形成された誘電体層３０４は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６上に堆積され得る。層３０２および３０４の堆積の前に、例えば、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）を使用して、それらのそれぞれの下面を研磨して、滑らかな表面を画定し、ファンデルワールス力の活性化を促進するための質の高い接触を容易にすることができる。層３０２および３０４のそれらの堆積および平滑化後の表面は、原子レベルで２つの層間の接合を促進するための適切な表面化学を画定するように処理され得る。
【００３０】
図５を参照すると、図５は、図２に示されたようなフォトニクスインタポーザベース構造体と図３に示されたようなフォトニクス構造体との間の接合を示している。図４で説明したように、低温酸化物融着を使用して構造体を接合すると、それぞれの構造体は、一緒に一体的に形成され、かつインタポーザベース誘電体スタック１２６とフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６との間に接合層３０６を画定することができる。図２のインタポーザベース構造体および図３のフォトニクス構造体の接合、ならびに誘電体層３０２および３０４の使用は、層３０２および３０４をアニールして、一実施形態では、接合誘電体層とみなされ得、および一実施形態では、低温酸化物融合接合誘電体層によって提供され得る、接合層３０６を形成するアニールプロセスによって完了され得る。一実施形態では、基板１００は、バルクシリコンウェハの基板によって提供され得、基板２００は、ＳＯＩウェハの基板によって提供され得、一実施形態では、各ウェハは、３００ミリメートルのウェハによって提供され得、３００ミリメートルウェハボンダなどのウェハボンダを使用して、図５に示すようなインタポーザベース構造体のフォトニクス構造体への接合を完了することができる。
【００３１】
図５を参照して説明した接合は、ベースインタポーザ基板１００（バルクウェハによって提供され得る）、および基板２００（ＳＯＩウェハ基板によって提供され得る）の厚さが、例えば、約７７５ミクロンの厚さを有するそれらの全厚に保たれた状態で実行され得る。したがって、図５を参照して説明した接合は、ウェハ破損のリスクが低く実施され得、かつハンドルウェハを使用せずに実行され得る。
【００３２】
図６は、基板２００を除去して、基板１００およびインタポーザ誘電体スタック３２０を有するインタポーザ３００を画定した後の図５に示したような光電気システムを示し、そのインタポーザ誘電体スタック３２０は、インタポーザベース誘電体スタック１２６、接合層３０６、およびフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を含むことができる。基板２００の除去のために、様々なプロセスを使用することができる。例えば、基板２００の元の厚さの大部分は、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の上部高さから所定の距離（例えば、約１０ミクロン）で停止することができる、研削プロセスの使用により省かれ得る。基板２００の比較的薄い、例えば、１０ミクロンの厚さ部分が残り、基板２００は、シリコンで形成される。基板２００の残りの部分は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により除去され得る。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、シリコン（基板２００がシリコンで形成されている場合）を選択することができ、その結果、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の誘電体材料を除去せずに、基板２００のシリコン材料を除去することができる。
【００３３】
図７は、垂直方向に延在する貫通ビア３３２およびメタライゼーション層３３４を形成するようにパターニングした後の、図６の光電気システムを示している。垂直方向に延在するビア３３２およびメタライゼーション層３３４の製造のために、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６上にダマシン製造プロセスを使用して、誘電体層３２４を形成することができる。トレンチ特徴部は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって材料が除去されて、寸法的に望ましい特徴部を形成するように、特定の誘電体、ポリマーマスキングフィルム、または下地金属材料に対して選択的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などを使用して、誘電体層３２４およびフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６に形成され得る。その場合、形成されたトレンチは、垂直方向に延在する貫通ビア３３２およびメタライゼーション層３３４を形成するために、導電性材料（例えば、銅）で充填され得る。基板１００を完全に通ってまたは実質的に完全に通って延在することができる垂直方向に延在する貫通ビア１１６は、貫通ビアとみなすことができ、基板１００がシリコンで形成されている貫通シリコンビア（ＴＳＶ）とみなすことができる。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を完全に通ってまたは実質的に完全に通って延在することができる垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、貫通ビアとみなすことができ、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６が１つ以上の酸化物ベースの誘電体層を含む貫通酸化物ビア（ＴＯＶ）とみなすことができる。貫通ビア１１６または貫通ビア３３２よりも直径が小さくてもよいビア１２２、ビア２２４およびビア２２６は、接触ビア、または誘電体スタック１２６もしくは２０６の高さ内の高さで開始および終端する場合に、スタック内ビアとみなすことができる。
【００３４】
図３に示されるような左側の貫通ビア３３２に関して、左側の貫通ビア３３２は、接合層３０６を通って延在することができ、かつインタポーザベース誘電体スタック１２６に製造されたメタライゼーション層１４０に電気的に接続されてもよい。図３に示されるような左側の貫通ビア３３２に関して、左側の貫通ビア３３２は、インタポーザベース誘電体スタック１２６に製造されたメタライゼーション層１４０から、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６の複数の層を通って接合層３０６を通って延在することができ、かつフォトニックデバイス誘電体スタック２０６の上部層に製造されたメタライゼーション層３３４で終端することができる。左側の貫通ビア３３２は、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６の複数の層を通って延在することができる。左側の貫通ビア３３２は、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６の複数の層を通って延在することができ、それにより、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６の様々な高さで製造された複数のフォトニクスデバイスの上部および下部高さを通って、例えば、導波管２１２、光検出器２４０、および導波管２１０の上部および下部高さを通って延在することができる。図３に示されるような右側の貫通ビア３３２に関して、右側の貫通ビア３３２は、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６に製造されたメタライゼーション層２２２から、フォトニックデバイス誘電体スタック２０６の複数の層を通って延在することができ、かつフォトニックデバイス誘電体スタック２０６の上部層に製造されたメタライゼーション層３３４で終端することができる。図７に示されるような実施形態においてストラップ（フック）接続を画定することができるメタライゼーション層３３４は、インタポーザ３００の後面、例えば、図７に示されるような基板１００の下方に画定されている後面の下方の区域から、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内に画定された任意のデバイスまでの導電性経路を提供することができる。
【００３５】
図７の中間製造段階の図に示すように、インタポーザ３００の後面からの入力電圧が、光検出器２４０に入力電圧を供給することができるメタライゼーション層２２０に接続されたビア２２６に接続されたメタライゼーション層２２２に接続された垂直方向に延在する貫通ビア３３２に接続されたメタライゼーション層３３４（前面）に接続されたフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在する、関連付けられた垂直方向に延在する貫通ビア３３２に接続された基板１００を通って延在する貫通ビア１１６に接続された再分配層５０８（後面）によって画定された導電性経路として光検出器２４０内に入力され得るように、ストラップ（フック）接続を提供する導電性経路が、画定され得る。垂直方向に延在する貫通ビア１１６および垂直方向に延在する貫通ビア３３２を接続するブリッジ接続部は、垂直方向に延在する貫通ビア３３２を介して接続されるメタライゼーション層１２０に接続されるビア１２２に接続される垂直方向に延在するビア１１６に接続されるメタライゼーション層１１８によって提供され得る。光電気システム１００は、そのようなブリッジ接続部の複数のものを含むことができ、例えば、一実施形態では、複数の垂直方向に延在する貫通ビア１１６の個々は、それぞれのブリッジ接続部を含むことができ、各それぞれのブリッジ接続部は、垂直方向に延在する貫通ビア１１６を、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在するそれぞれの垂直方向に延在する貫通ビア３３２に接続する。メタライゼーション層１１８、垂直方向に延在するビア１２２、およびメタライゼーション層１２０は、インタポーザベース誘電体スタック１２６と一体的に製造および画定されてもよい。貫通ビア３３２が、図７に示されるように、例えば、導波管２１４、導波管２１０または光検出器２４０などの１つ以上のフォトニクスデバイスの下部および上部高さを通って延在する場合、貫通ビア３３２は、フォトニクス構造体貫通ビアとみなすことができる。
【００３６】
フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を参照すると、スタック２０６を画定する誘電体層は、区別された材料を含むことができる。例えば、層２０２は、本明細書で説明されるように、開始ＳＯＩウェハの熱的酸化物層によって提供され得る。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の誘電体層は、導波管性能の最適化のために選択されてもよく、例えば、一実施形態では、導波管の周囲のクラッド層が、酸化シランによって提供されてもよい。メタライゼーション層上に堆積されるフォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の誘電体層は、導電性材料の移動に抵抗するように選択されてもよい。フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６の残りの層は、例えば、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）または他の適切なＳｉＯｘ誘導体などのそのような材料で形成されてもよい。
【００３７】
図８は、アンダーバンプメタライゼーション形成体３３６を画定するためにパターニングした後の、図７の光電気システム１０を示している。示された実施形態のパッドによって提供されるアンダーバンプメタライゼーション形成体３３６は、誘電体層３２６の堆積、およびアンダーバンプメタライゼーション形成体３３６を画定するためのさらなるパターニングを含む、プロセスによって製造され得る。図８に示される段階では、インタポーザ誘電体スタック３２０は、一実施形態では、ＴＥＯＳで形成され得る、誘電体層３２６を包含する。
【００３８】
図９は、一実施形態では、ＣＭＯＳ論理チップによって提供され得る、集積回路チップ４００を取り付けた後の光電気システム１０を示している。ＣＭＯＳ論理チップ４００は、図８を参照して説明したように、メタライゼーション形成体３３６に対応するアンダーバンプメタライゼーション形成体を含むことができる。集積回路チップ４００は、集積回路チップ４００のアンダーバンプメタライゼーション形成体３３６へのフリップチップ接合により、バンプ層メタライゼーション形成体３３６に取り付けられ得、その形成体３３６は、誘電体層３２６を使用して製造され得る。集積回路チップ４００と誘電体層３２６との間の境界面にエポキシアンダーフィル（図示せず）を適用することにより、集積回路チップ４００の取り付けを補足することができる。
【００３９】
図１０は、ハンドルウェハ４２０の取り付けの後の、図９に示されるような光電気システム１０を示している。ハンドルウェハ４２０は、接着層４１０を使用して、図９に示される構造体に取り付けられ得る。図１０に示すように、接着層４１０は、集積回路チップ４００の周囲および誘電体層３２６上に分布され得、ハンドルウェハ４２０は、接着層４１０に接着され得る。ハンドルウェハ４２０は、基板１００が薄くなり、取り付けられたデバイス層を支持するための構造的完全性をもはや提供できなくなった後、インタポーザ３００の後面に追加の特徴部の製造を可能にする。一実施形態における製造プロセスは、図１１を参照してさらに説明される。接着層４１０は、永久接着剤または一時的接着剤であり得る。接着層４１０が永久接着層４１０である場合、接着層４１０は、図１に示されるように、製造されたインタポーザ３００の完成まで誘電体層３２６に接着されたままであり得る。
【００４０】
図１１は、図１０に示されるような光電気システム１０を、インタポーザの後面の特徴部を画定するための追加の処理とともに示している。図１１を参照すると、ベースインタポーザ基板１００の材料を除去して、垂直方向に延在する貫通ビア１１６の一部分を露出することができ、図１１に示される露出の前にその垂直方向に延在する貫通ビア１１６は、基板１００内に終端している。基板１００の材料の除去は、例えば、示された最終高さを超える所定の高さまで研削することにより実行され得、その後、基板１００の材料が選択的に除去されるように、基板１００の材料に選択的であり得る反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、さらなる除去を実行することができる。
【００４１】
図１２は、一実施形態では、ＴＥＯＳで形成され得る、誘電体層５０２の堆積後の図１１に示されるような光電気システム１０を示している。図１２に示すように、誘電体層５０２を堆積し、次いで平坦化して、滑らかな表面を画定することができる。
【００４２】
図１３は、導電性後面再分配層５０８を製造するためのさらなるパターニング後の、図１２に示されるような光電気システム１０を示している。水平方向に延在する再分配配線を画定することができる再分配層５０８は、ビア１１６を通って垂直方向に延在することにより画定される接触を展開するために提供され得る。再分配層５０８は、ダマシンプロセスを使用することによって、例えば、誘電体層５０２のエッチングにより誘電体層５０２の材料に選択的であるＲＩＥを使用して、誘電体層５０２の材料を選択的に除去し、その後、再分配層５０８を画定する導電性材料で画定されたトレンチを充填することによって製造され得る。図１１〜図１３を参照すると、基板１００を研削して、貫通ビア１１６の導電性材料を露出させることができ、再分配層５０８（図１３）の形成のために、追加のパターニングを実行することができる。例えば、図１２に示される段階で貫通ビア１１６の下部高さまで平坦化された基板の研削の後、基板１００上に誘電体層５０２を堆積することができ、その後、再分配層５０８の堆積、マスキングおよびエッチングにより、再分配層５０８の不要な材料を除去して、再分配層の配線を画定する。一実施形態では、再分配層５０８の形成のために、フォトレジストステンシルを適用し、導電性材料で充填することができる。
【００４３】
図１４は、誘電体不活性化層であり得る誘電体層５０４を堆積した後に、誘電体層５０４をパターニングしてトレンチを画定し、選択的なアンダーバンプメタライゼーションパッドの準備のための、およびそれを容易にする再分配層５０８を露出する、図１３に示されるような光電気システム１０を示している。図１４を参照すると、誘電体層５０４の堆積、次いで、図１５において説明されるようなアンダーバンプメタライゼーションパッドによって提供されるアンダーバンプメタライゼーション形成体を収容するための区域における、その誘電体層５０４の溝加工が示されている。
【００４４】
図１５は、再分配層５０８への電気的接続性を提供するために、誘電体層５０４の露出区域に、特にアンダーバンプメタライゼーション形成体５１０を画定するためのさらなるパターニング後の、図１４に示されるような光電気システム１０を示している。アンダーバンプメタライゼーション形成体５１０の製造において、はんだバンプ５１２は、それぞれのアンダーバンプメタライゼーション形成体５１０内に形成され得る。
【００４５】
図１に示されるように製造されたインタポーザ３００の製造のために、フォトニクス構造体（図３）に対して、インタポーザベース構造体（図２）を別個に製造することができる。インタポーザベース構造体は、第１の基板１００を有する第１のウェハを使用して製造されてもよく、フォトニクス構造体（図３）は、第２の基板２００を有する第２のウェハを使用して製造されてもよい。インタポーザのベース構造体（図２）およびフォトニクス構造体（図３）を別々に製造した後、低温酸化物融着プロセスを使用して、２つのウェハ構築構造体を一緒に接合することができる。低温酸化物接合プロセスの実行時に、接合層３０６は、インタポーザベース構造体とフォトニクス構造体との間、特に、一実施形態では、インタポーザベース誘電体スタック１２６とフォトニックデバイス誘電体スタック２０６との間に画定され得る。さらなる製造処理後に得られる図１に示されるような結果として生じるインタポーザ３００は、例えば、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６を通って延在するそれぞれの貫通ビア３３２と関連付けられているベースインタポーザ基板１００を通って延在する貫通ビア１１６によって提供されるような、後面から前面への電気的接続性を特徴とすることができる。
【００４６】
インタポーザ３００を有する図１に示されるような光電気システム１０は、例えば、インタポーザ３００のはんだバンプ５１２を下部構造体のＵＢＭ形成体（図示せず）に接続することによって、下部構造体に接続され得る。図１の光電気システム１０を取り付けることができる下部構造体は、例えば、プリント回路基板によって提供され得、または別の方法として、例えば、ボールグリッドアレイまたはインタポーザによって提供され得る。
【００４７】
代替の実施形態では、インタポーザ３００は、単一のウェハを使用して完全に製造されてもよい。例えば、図２に示されるようなインタポーザベース構造体の構成要素を有する構造体が、製造され得る。次に、図２に示されるように、１つ以上のフォトニクスデバイス構成要素を有する構造体を、構造体の上部に構築することができる。最後に、例えば、後面から前面への電気的接続性を提供するために、１つ以上のフォトニクスデバイスなどのフォトニクス特徴を有するインタポーザを通って延在するように、大規模な貫通ビアを製造することができる。記載された代替的なアプローチは利点を特徴とすることができるが、本明細書の実施形態は、記載された代替的な実施形態のアプローチに関する問題を認識する。例えば、基板１００などのベースインタポーザ基板を通って、かつ代替的な実施形態によるフォトニクスデバイスの高さを通って延在する大規模な貫通ビアは、フォトニクスデバイス構築区域のかなりのスペースを消費し、それにより、製造され得るフォトニクスデバイスの数およびサイズが制限されることが予期される。
【００４８】
図１を参照して本明細書で説明されるような一態様では、フォトニクス構造体として提供され得る垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、一実施形態では、ベースインタポーザ基板１００を通って延在する、対応する垂直方向に延在する貫通ビア１１６のサイズの分率であるサイズを有するように比例され得る。一実施形態では、フォトニクス構造体貫通ビアとして提供され得る垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、ベースインタポーザ基板１００を通って延在する、対応する貫通ビア１１６のサイズの０．５以下のサイズを有するように比例され得る。一実施形態では、フォトニクス構造体貫通ビアとして提供され得る垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、ベースインタポーザ基板１００を通って延在する、対応する貫通ビア１１６のサイズの０．２５以下のサイズを有するように比例され得る。一実施形態では、フォトニクス構造体貫通ビアとして提供され得る垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、ベースインタポーザ基板１００を通って延在する、対応する貫通ビア１１６のサイズの０．１０以下のサイズを有するように比例され得る。この段落において上記で説明したサイズとは、直径、高さ、または体積のうちの１つ以上を指す。
【００４９】
一実施例では、貫通ビア３３２は、直径約１．０ミクロン×高さ７．０ミクロンの寸法を有することができ、貫通ビア１１６は、直径約１０ミクロン×高さ１００ミクロンの寸法を有することができる。一実施形態では、垂直方向に延在する貫通ビア１１６および垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、異なる寸法にされてもよいが、共通のアスペクト比を有することができ、例えば、各々は、１０×１のアスペクト比を有することができ、例えば、垂直方向に延在する貫通ビア３３２は、約０．７ミクロン×７．０ミクロンの寸法にサイズ設定されてもよく、垂直方向に延在する貫通ビア１１６は、約１０．０ミクロン×１００ミクロンの寸法にサイズ設定されてもよい。貫通ビア３３２を寸法的に小さくなるように提供することにより、フォトニクスデバイス誘電体スタック２０６内に追加的かつより大きなスケールのフォトニクスデバイスの製造が容易になる。ビア２２６などの接触ビアではなく、制御、論理、および／または電力信号のうちの１つ以上を運ぶために貫通ビア３３２を提供することは、例えば、望ましくない電圧降下および浮遊容量生成を含む様々な電気的問題を回避するのに役立ち得る。
【００５０】
本明細書で説明される製造方法は、区別された基板を有するインタポーザ３００のセットの提供を容易にすることができる。本明細書の方法を使用して、第１の材料の基板を有する１つ以上のインタポーザの第１のセットを製造することができ、基板を有する１つ以上のインタポーザの第２のセットを製造することができる。本明細書では、第１の基板を画定する第１のウェハ上にインタポーザベース構造体を構築することと、第２の基板を画定する第２のウェハ上にフォトニクス構造体を構築することと、フォトニクス構造体をインタポーザベース構造体に接合して、インタポーザベース構造体、およびフォトニクスデバイス誘電体スタック内に製造された１つ以上のフォトニクスデバイスを有する、インタポーザを画定することと、が記載されている。一実施形態では、方法は、第１のウェハの基板材料とは異なる材料の基板を有する第２の第１のウェハを使用して、インタポーザベース構造体の構築を繰り返して、第２のベース構造体を構築することができるように修正され得る。方法は、フォトニクス構造体の構築を繰り返して、追加の第２のウェハを使用して、第２のフォトニクス構造体を構築することによって、さらに修正されてもよい。方法は、第２のフォトニクス構造体を第２のインタポーザベース構造体に接合することによって、さらに修正されてもよい。
【００５１】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明確に示されていない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」（ならびに「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）のいくつかの形態）、「有する（ｈａｖｅ）」（ならびに「有する（ｈａｓ）」および「有している（ｈａｖｉｎｇ）」などの有する（ｈａｖｅ）のいくつかの形態）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」（ならびに「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）のいくつかの形態）、ならびに「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」（ならびに「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」および「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの含む（ｃｏｎｔａｉｎ）のいくつかの形態）は、制限のない関連する動詞であることが理解されよう。結果として、１つ以上のステップまたは要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」方法またはデバイスは、それらの１つ以上のステップまたは要素を有するが、それらの１つ以上のステップまたは要素のみを有することに限定されない。同様に、１つ以上の特徴を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、方法のステップまたはデバイスの要素は、それらの１つ以上の特徴を有するが、それらの１つ以上の特徴のみを有することに限定されない。「によって画定される」という用語の形式は、要素が部分的に画定される関係の他、要素が完全に画定される関係を包含する。本明細書における数値的な識別、例えば、「第１」および「第２」は、要素の順序を指定することなく異なる要素を指定するための任意の用語である。さらに、特定の手段で構成されているシステムの方法または装置は、少なくともその手段で構成されているが、列挙されていない手段で構成されることもある。さらに、特定の数の要素を有するものとして説明されるシステムの方法または装置は、特定の数の要素よりも少ないまたは多い数で実施されてもよい。
【００５２】
以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステッププラス機能要素の対応する構造体、材料、行為、および同等物は、もし存在する場合、具体的に主張されるような他の主張された要素と組み合わせて機能を実行するための構造体、材料、または行為を含むことを意図している。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されたものであり、網羅的であること、または開示された形態の本発明に限定されることを意図するものではない。本発明の範囲および趣旨から逸脱することのない多くの修正および変形が、当業者には明らかであろう。実施形態は、本発明の１つ以上の態様の原理および実際の応用を最もよく説明し、かつ他の当業者が、企図される特定の用途に適するような様々な修正を伴う様々な実施形態の本発明のうちの１つ以上の態様を理解することができるように選択および説明された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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