TW201939673A - 具有嵌入式多孔介電質的電子產品、相關的半導體產品以及它們的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電子產品，在包含一絕緣體上矽基板之該電子產品中，一陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層形成於該絕緣體上矽基板之矽層上方。形成於該多孔層上方之一金屬層提供至少一條電傳輸線。該至少一條電傳輸線中之電信號之速度可藉由適當地組態該多孔層之孔隙比而加以控制。

Description

具有嵌入式多孔介電質的電子產品、相關的半導體產品以及它們的製造方法

本發明係關於積體領域，且更特定言之係關於電子產品、相關半導體產品以及它們的製造方法。

近年來，已開發出將不同電性子區塊整合於同一基板上以建立用於產生、傳輸、轉換、偵測（等）電信號之功能的半導體產品。許多高級晶片需要根據封裝方案在同一基板上或藉由堆疊將電子功能耦合至其他電子功能或組件。

圖1示出提供於晶圓或基板Sub上之實例積體功能結構100之平面圖。基板Sub可例如為絕緣體上矽（silicon-on-insulator；SOI）晶圓。

在圖1中所呈現之實例中，功能結構100利用經實施為差動SGS共平面波導（coplanar waveguide；CPW）之電傳輸線。SGS共平面波導包括由條形電導體G形成的接地線以及由兩個各別條形電導體S形成的兩條信號線。簡單起見，圖1未示出將電信號供應至信號導體S的電連接件。共平面波導之傳導線形成於介電層Diel上。

在諸如圖1中所繪示之功能結構的裝置中，希望精確地控制在電傳輸線中傳播的電信號的速度。電波以速度Velec 傳播（V_F 為速度因數，且ε_eff 為在由插入於傳播線(信號線)與地迴路之間的介質（其具有電容率εr）所形成之電傳輸線中行進的電波所呈現的等效電容率）。介電質之性質對控制電信號速度之能力具有重要影響。

此外，在功能結構100中，亦希望確保用於傳播電信號的電傳輸線之良好阻抗匹配。實際上，不當的阻抗匹配可導致大部分電波被反射回至來源，從而引起效率損失及/或對功能結構之不當控制。一般情況下用作基準之阻抗Z通常為Z=50Ω，且電傳輸線之特徵阻抗之量值為Z，其中L為線電感（H.m^-1 ）且C為線電容（F.m^-1 ）。然而，在實踐中，使用習知介電質難以達成足夠低從而確保良好阻抗匹配的阻抗，此係由於藉由習知技術（例如，共燒陶瓷）可達成的最小尺寸（臨界尺寸CD）受限於幾十μm的平面內之線寬/線距以及連接通孔導體之直徑/間距。

本發明是鑒於以上問題而完成的。

本發明提供一種電子產品，其包含：
絕緣體上矽基板，其包含基底基板、該基底基板上之絕緣層以及該絕緣層上之矽層；
陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層，其形成於矽層上方；以及
金屬層，其形成於多孔層上方，該金屬層提供至少一條電傳輸線，
其中金屬層下方之區域中多孔層之孔隙比係基於該至少一條電傳輸線中之電信號之需要速率組態。

在具有上述組態之電子產品中，多孔層可形成為含有較大體積之空氣/真空。此外，完成的產品中空氣/真空之比例可藉由控制多孔層中所形成的孔隙之大小而設定。

藉由適當地調整多孔層中所存在的材料與空氣/真空之比率（孔隙比），可獲得多個有利結果。

首先，藉由適當地調整多孔層之孔隙比，可控制介質之表觀電容率ε_eff 。對ε_eff 之控制使得能夠控制與電傳輸線中之電信號之速度有關的速度因數V_f 。可由此獲得例如滿足特定應用需求的電傳輸線中之電信號之需要速率。

其次，尤其在孔隙比較大（亦即，多孔層中空氣/真空之比例較大）時，在電傳輸線之導體下方的介質中包括空氣/真空可使阻抗增加。然而，可藉由減小臨界尺寸（critical dimension；CD）來補償（與耦接電容降低有關的）阻抗增加，例如線寬/線距可相比於已知多層陶瓷電容器（Multilayer Ceramic Capacitor；MLCC）方法減小2個數量級（例如可獲得＜5 μm之最小CD），且此情形允許線阻抗調節至下限值。同樣，豎直尺寸相比於MLCC亦可減小2個數量級。由此，針對給定目標阻抗之整體大小（CD）可減小，且可進一步改良積體密度。

第三，藉由適當地調整多孔層之孔隙比，有可能使電子裝置之特定佈局在維持效能的同時適用於不同驅動器頻率。

在一具體實例中，該電子產品進一步包含形成於該矽層內之光波導，且金屬層下方之區域中多孔層之孔隙比經組態以使得該至少一條電傳輸線中之電信號之速度接近於在該光波導中傳播的光學信號之速度。

在根據本發明之具體實例的電子產品中，該多孔層中之孔隙可為管狀形狀。這些管狀孔隙朝向下方矽層延伸。

典型地，多孔層之孔隙比可介於50%至91%之範圍內。

在一具體實例中，多孔層由陽極氧化鋁（anodic aluminium oxide；AAO）形成。

在一具體實例中，該電子產品進一步包含形成於矽層中之陽極化控制裝置，其經組態以在製造期間控制多孔層之孔隙比。陽極化控制裝置經組態以使得在陽極化期間跨經陽極化之區域出現的壓降（陽極電壓）產生該區域之所要孔隙比。為了控制陽極化控制裝置，在多孔層上方之表面上提供金屬接點，且提供傳導路徑以使金屬接點與陽極化控制裝置互連。在一具體實例中，金屬接點包含延伸穿過多孔層的通孔導體。

在一具體實例中，陽極化控制裝置由二極體提供，該二極體由矽層中所形成的p型區域及n型區域形成。然而，具體實例不限於呈二極體之陽極化控制裝置，且在其他具體實例中可使用整合至矽層中之其他被動裝置（例如，電阻器）。

在另一具體實例中，該電子產品包含多個陽極化控制裝置，其各自經組態以控制多孔層之各別區域之孔隙率。在一具體實例中，該多個陽極化控制裝置經組態使得在多孔區域中產生具有不同孔隙率之區域。在一具體實例中，多孔層包含具有第一孔隙比之第一多孔區域及具有第二孔隙比之第二多孔區域。

在根據本發明之具體實例的電子產品中可提供一或多條相同或不同類型的電傳輸線。該一或多條電傳輸線可包括微帶線類型、共平面波導類型、差動微帶波導類型等之傳輸線。

該一或多條電傳輸線可建構在多孔層之孔隙率均一的同一基板上。或者，該一或多條電傳輸線可提供於具有不同孔隙比之多個多孔區域上方。此情形使得有可能在同一基板上提供支援不同信號速度需求之電傳輸線。

在一具體實例中，可針對同一基板上之各別不同電傳輸線提供多個陽極化控制裝置集合。視需要藉由與各別電傳輸線相關聯的多孔區域所需的孔隙比來設定每一陽極化控制裝置之特性。由此可藉由（例如在基板/晶圓之外圍處）向不同陽極化控制裝置施加共同電壓來達成不同區域中之陽極化。此情形促進陽極化製程。

本發明進一步提供一種製造電子產品之方法，該方法包含：
在絕緣體上矽基板之矽層中形成第一p型區域及第一n型區域，該絕緣體上矽基板包含基底基板、基底基板上之絕緣層以及絕緣層上之矽層，該第一p型區域及該第一n型區域形成第一陽極化控制二極體；
在矽層中形成第二p型區域及第二n型區域，以形成第二陽極化控制二極體；
在矽層上方形成金屬層；
使用該第一陽極化控制二極體及該第二陽極化控制二極體使金屬層陽極化，以形成陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層；以及
在多孔層上方形成金屬層，該金屬層提供至少一條電傳輸線。

根據上述方法，可藉由控制使金屬層陽極化之陽極化製程，而以簡單方式控制在至少一條電傳輸線下方之多孔層中獲得的孔隙比，且因此控制有效電容率。在一具體實例中，金屬層下方之區域中多孔層之孔隙比係基於至少一條電傳輸線中之電信號之需要速率組態。

在另一具體實例中，使金屬層陽極化包含在金屬層之陽極化期間控制第一陽極化控制二極體及第二陽極化控制二極體，使得所形成的多孔層包括具有第一孔隙比之第一多孔區域及具有第二孔隙比之第二多孔區域。在一具體實例中，該方法包含向第一陽極化控制二極體及第二陽極化控制二極體施加一共同電壓，以使該金屬層陽極化以形成多孔層。

在上述方法之變化形式中，陽極化控制裝置係藉由其他類型的被動裝置（諸如電阻器）提供。

本發明進一步提供一種電光學產品，其包含：
絕緣體上矽基板，其包含基底基板、該基底基板上之絕緣層以及該絕緣層上之矽層；
第一對相鄰p型區域及n型區域，其位於矽層中，該第一對相鄰p型區域及n型區域限定其間具有沿下方絕緣層之邊界的第一冶金接面，其中圍繞該第一冶金接面之空乏區為用於第一光波導之光學信號的傳播區域；
限制層，其形成於矽層上且囊封第一光波導之傳播區域；
多孔區域，其由陽極氧化物或陽極氫氧化物形成、位於限制層兩側且由限制層定界；以及
圖案化金屬層，其位於陽極氧化物/氫氧化物區域上方，這些金屬層形成電傳輸線之導體。

在具有上述組態之電光學產品中，陽極氧化物/氫氧化物區域可形成為含有較大體積之空氣/真空。此外，完成的產品中空氣/真空之比例可藉由控制陽極氧化物/氫氧化物區域中所形成的孔隙之大小而設定。

藉由適當地調整陽極氧化物/氫氧化物區域中所存在的材料與空氣/真空之比率，可獲得多個有利結果。

首先，藉由適當地調整陽極氧化物/氫氧化物區域中存在的材料與空氣/真空之比率，可控制介質之表觀電容率ε_eff ，例如ε_eff 可降至使得與電波速度有關的速度因數V_f 能夠增加至接近1的點，從而使得電信號之速度與光波導中之光學速度之間原本存在的失配可減小。增加電信號之速度使得其實質上匹配光學信號之速度消除了在設計中包括額外迴路的需要，且此情形使得能夠減小積體密度（亦即，實施電光學裝置所需的佔據面積）。此外，即使電信號之速度變得更接近光學信號之速度而與其不匹配，但由於可減小所需額外迴路之大小，亦可獲得技術優勢。

其次，尤其在孔隙比較大（亦即，陽極氧化物/氫氧化物區域中空氣/真空之比例較大）時，在電傳輸線之導體下方的介質中包括空氣/真空可使阻抗增加。然而，可藉由減小臨界尺寸（CD）來補償（與耦接電容降低有關的）阻抗增加，如上文所描述。

第三，藉由適當地調整陽極氧化物/氫氧化物區域之孔隙比，有可能使電光學裝置之特定佈局在維持效能的同時適用於不同驅動器頻率。

在根據本發明之具體實例的電光學產品中，傳導路徑可使形成電傳輸線之導體的金屬層與限定第一冶金接面的第一對p型區域及n型區域互連，且這些傳導路徑可包含延伸穿過陽極氧化物/氫氧化物區域之第一通孔導體。

在根據本發明之具體實例的電光學產品中，可在矽層中提供n⁺ 型區域及p⁺ 型區域，且該n⁺ 型區域及p⁺ 型區域可電連接至形成第一冶金接面的第一對n型區域及p型區域。第一通孔導體可使限定電傳輸線之第一信號導體的金屬層與矽層中之n⁺ 型區域互連（且由此與限定第一冶金接面之n型區域互連）。第二通孔導體可使限定電傳輸線之接地導體的金屬層與矽層中之p⁺ 型區域互連（且由此與限定第一PN接面之p型區域互連）。

第一通孔導體及第二通孔導體之大小以及第一通孔導體及第二通孔導體彼此之間距可經組態，以使通孔之阻抗匹配電傳輸線之特徵阻抗。

直接地，例如藉由使用光微影製程來控制通孔導體之大小及間距。因此，藉由以使通孔之阻抗匹配電傳輸線之特徵阻抗的方式設定通孔導體之大小及間距，可以簡單方式達成阻抗匹配。

在根據本發明之具體實例的電光學產品中，可在絕緣層上方之矽層中提供第二對相鄰p型區域及n型區域，該第二對相鄰p型區域及n型區域限定其間的第二冶金接面，且可在矽層中提供與第一n型區域接觸的第二n⁺ 型區域。圍繞第二冶金接面之空乏區可經組態為用於第二光波導之光學信號的傳播區域。圖案化金屬層可包括第二信號導體。第三通孔導體可使限定第二信號導體之金屬層與矽層中之第二n⁺ 型區域互連。第一信號導體及第二信號導體可經組態以傳播互補信號。以此方式，電傳輸線、第一光波導及第二光波導可經組態以形成電光學調變器。

可在同一基板上建構複數個具有不同孔隙率之陽極氧化物/氫氧化物區域的電光學調變器。此情形使得有可能在同一基板上提供具有不同光學長度之光波導（應記住，光學信號長度與在光波導中傳播的光學信號之波長相關）。

在根據本發明之具體實例的電光學產品中，電光學調變器沿光學路徑可包含具有不同孔隙比之陽極氧化物/氫氧化物子區。

在根據本發明之具體實例的電光學產品中，可提供電連接至矽層中之p⁺ 型區域及n⁺ 型區域的陽極化控制二極體。陽極化控制二極體使得有可能在製造期間控制在陽極氧化物/氫氧化物區域中達成的孔隙比。此外，若針對同一基板上之各別不同電傳輸線提供多個陽極化控制二極體集合，則可視需要藉由與每一電傳輸線相關聯的陽極氧化物/氫氧化物區域所需的孔隙比彼此不同地設定各陽極化控制二極體集合之特性，且仍可藉由（例如在基板/晶圓之外圍處）向不同陽極化控制二極體施加共同電壓來達成不同區域中之陽極化。

多孔陽極氧化物/氫氧化物區域可由陽極氧化鋁形成。

本發明進一步提供一種製造電光學產品之方法，該方法包含：
在絕緣體上矽基板之矽層中形成第一對相鄰p型區域及n型區域，該絕緣體上矽基板包含基底基板、該基底基板上之絕緣層以及該絕緣層上之矽層，該第一對相鄰p型區域及n型區域限定其間具有沿下方絕緣層之邊界的第一冶金接面；
在矽層上方形成限制層，其囊封圍繞第一冶金接面之空乏區，藉此將空乏區組態為用於第一光波導之光學信號的傳播區域；
在矽層上方形成金屬層；
使金屬層陽極化以形成陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層；
在陽極氧化物/氫氧化物層中形成面向光波導的開口；以及
在開口兩側的陽極氧化物/氫氧化物區域上方形成電傳輸線之金屬導體。

根據上述方法，可藉由控制使金屬層陽極化之陽極化製程，而以簡單方式控制在電傳輸線之導體下方的介電質中獲得的孔隙比，且因此控制有效電容率。

本發明進一步提供一種半導體產品，其包含：
絕緣體上矽基板，其包含基底基板、該基底基板上之絕緣層以及該絕緣層上之矽層；
第一對相鄰p型區域及n型區域，其位於矽層中，該第一對相鄰p型區域及n型區域限定其間具有沿下方絕緣層之邊界的第一冶金接面，其中圍繞該第一冶金接面之空乏區經組態為用於第一光波導之光學信號的傳播區域；
限制層，其形成於矽層上且囊封第一光波導；以及
多孔區域，其由陽極氧化物或陽極氫氧化物形成、位於限制層兩側且由限制層定界。

上述半導體產品可為在製造根據本發明之電光學產品期間形成的中間產品。

本發明進一步提供一種製造半導體產品之方法，該方法包含：
在絕緣體上矽基板之矽層中形成第一對相鄰p型區域及n型區域，該絕緣體上矽基板包含基底基板、該基底基板上之絕緣層以及該絕緣層上之矽層，該第一對相鄰p型區域及n型區域限定其間具有沿下方絕緣層之邊界的第一冶金接面；
在矽層上方形成限制層，其囊封圍繞第一冶金接面之空乏區，藉此將空乏區組態為用於第一光波導之光學信號的傳播區域；
在矽層上方形成金屬層；
使金屬層陽極化以形成陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層；以及
在陽極氧化物/氫氧化物層中形成面向光波導的開口。

圖2A繪示根據一具體實例之例示性電子產品300A之俯視圖及橫截面圖。（同樣地，下方圖2B及圖2C亦示出電子產品之俯視圖及橫截面圖）。如圖2A中所示，電子產品300A包括絕緣體上矽（SOI）基板，其由矽基底基板302、形成於基底基板302上之絕緣層304以及形成於絕緣層304上之薄矽層306形成。在一具體實例中，絕緣層304為由SiO₂ 形成之埋入式氧化物層，且薄矽層306為具有相對較低摻雜（例如用硼以1×10¹⁷ a/cm³ 之濃度摻雜）之p型矽層。

具有指定摻雜類型及程度之區域308a及308b形成於薄矽層306中。在一具體實例中，區域308b為相對輕度n型摻雜之區域，且區域308a為具有相對輕度p型摻雜之區域。PN二極體由區域308a及308b形成。在一具體實例中，如圖2A中所示，區域308a形成為正方形/矩形環，其圍封亦可為正方形/矩形之區域308b。

多孔層310形成於矽層306上方。在一具體實例中，多孔層310由陽極氧化物或陽極氫氧化物形成。舉例而言，多孔層310可由陽極氧化鋁（AAO）形成。在一具體實例中，多孔層310係藉由在電解質中用陽極化製程使金屬層陽極化而形成。在此陽極化製程中，氧化物或氫氧化物形成於金屬層之表面上，且電解質使氧化物或氫氧化物層沿著由電場決定之優先方向（亦即，通常垂直於表面之方向）溶解。隨著電解質使氧化物/氫氧化物層溶解，暴露出的金屬表面上形成新的氧化物/氫氧化物。因此，金屬層逐漸轉變成陽極氧化物或氫氧化物之多孔層310，該多孔層具有自頂面實質上垂直延伸的管狀孔隙，各孔隙由於氧化物或氫氧化物壁而與相鄰孔隙分隔。所產生的多孔層310具有根據六角圖案分佈的圓柱形孔隙（參見圖3A至圖3C及圖7A至圖7D）。可藉由確保在進行陽極化之前遮蔽金屬層之其他部分而在金屬層之所需部分中形成多孔層310。舉例而言，如圖2A中所示，金屬層中應用遮罩之非陽極化區域保留在多孔層310之兩側（鄰近於元件312）。

圖3A至圖3C繪示可藉由此方法獲得的一些幾何形狀。圖3A繪示孔隙直徑與孔隙間距之比值為33%，從而產生11%之孔隙比的情形，其中孔隙比為多孔層310中孔隙之體積與多孔層310之體積的比值。圖3B繪示孔隙直徑與孔隙間距之比值為66%，對應於54%之孔隙比的情形。圖3C繪示孔隙直徑與孔隙間距之比值為87%（實用最大值）且得到91%之孔隙比的情形。

返回至圖2A，傳導路徑312（諸如通孔導體）延伸穿過多孔層310，以使多孔層10上部表面上形成的金屬接點316與PN二極體之n型區域308b互連。此情形允許控制由區域308a及308b提供之PN二極體。

在一具體實例中，由區域308a及308b形成之PN二極體提供陽極化控制二極體，其可用於控制在製造電子產品300A期間產生多孔層310之陽極化製程。更特定言之，陽極化控制二極體可用於控制多孔層310之孔隙比，該孔隙比為多孔層310內孔隙之間距P及直徑D之函數（參見圖3A）。相鄰孔隙之間的間距P與陽極化（及電解質調整）期間所施加之電壓有關，且孔隙之直徑D可藉由控制後續各向同性蝕刻步驟期間之蝕刻時間而加以調整。因此，可調整結構中空氣（或真空）之分數與氧化物/氫氧化物之分數（參見圖3A至圖3C），且可在以下界限內調整介質之表觀電容率：ε_真空 ＜ ε_多孔層 ＜ ε_{氧化物 / 氫氧化物 （無孔隙）} 。

在另一具體實例中，由區域308a及308b形成的PN二極體經形成為矽層306的不同類型之被動裝置（諸如電阻器）替換。該被動裝置可經組態為用於控制多孔層310之孔隙比的陽極化控制裝置。

返回至圖2A，金屬層314形成於多孔層310上方以提供至少一條電傳輸線。在圖2A之具體實例中，金屬層314包括單一信號（S）導線，且絕緣層304提供接地，從而產生微帶線組態。提供連接件（圖中未示）以用於將電信號供應至微帶線之導線。

在一具體實例中，使用上述陽極化控制特徵，基於至少一條電傳輸線中電信號之所需速度組態多孔層310之孔隙比。電信號之所需速度可為滿足特定應用需求所需的速度。特定言之，為了獲得電信號之較大速度，增加多孔層310之孔隙率以降低電傳輸線下層介質之有效電容率。相反，較低速度係藉由降低多孔層310之孔隙率以增加電傳輸線下層介質之有效電容率而實現。

圖4為示出y軸上的電傳輸線中之電信號速度隨x軸上的頻率變化的圖式。圖4說明如下事實：藉由增加多孔層之孔隙率，電傳輸線之導體下層的介質之表觀電容率降低，且有可能增加電信號之速度。使用除AAO以外的陽極氧化物及氫氧化物獲得此相同效應。

圖5為示出y軸上的電傳輸線之特徵阻抗隨x軸上的頻率變化的圖式。圖5說明由陽極氧化鋁形成之多孔層310之孔隙率之增加引起電傳輸線之特徵阻抗之增加的方式。此阻抗增加可藉由減小臨界尺寸而補償，如上文所提及。

在使用除陽極氧化鋁以外的陽極氧化物及氫氧化物時，亦獲得圖5及圖6中所展現之效應。

一般而言，多孔區域之孔隙率的均一性取決於供應至在陽極化製程期間陽極化的金屬層之不同部分之陽極化電流的均一性。在積體電路製造之上下文中，考慮到需要/必需在晶圓外圍處施加陽極化電壓之事實，在陽極化製程期間是否有可能達成合適的均一度可存在質疑。然而，值得注意的係，出於下文所解釋之原因，在自晶圓外圍處之接觸區域施加陽極化電壓時，可達成合適的均一性。

根據其他具體實例，可藉由多孔層310上方形成的金屬層提供不同類型的電傳輸線。舉例而言，在圖2B中所示之具體實例中，金屬層包括形成於兩條接地導線318a與318b之間的信號導線314，由此至少一條電傳輸線包括GSG共平面波導。在圖2C中所示之另一具體實例中，金屬層包括差動信號導線336a及336b，由此至少一條電傳輸線包括差動微帶波導。在類似於圖2A之微帶線組態之此組態中，絕緣層304提供接地。在其他具體實例中，多孔層310上方形成的金屬層可提供相同及/或不同類型的多條電傳輸線。

根據其他具體實例，多孔層310可包含具有不同孔隙比的複數個多孔區域。相同電傳輸線及/或不同電傳輸線可形成於該複數個多孔區域上方。圖2C中示出說明此概念的例示性電子產品300C。如所示，電子產品300C包括第一多孔區域324及第二多孔區域326。第一多孔區域324藉由第一孔隙比表徵，且第二多孔區域326藉由第二孔隙比表徵。第一及第二孔隙比可經組態為不同或相同。

出於獨立控制第一及第二多孔區域之陽極化的目的，提供單獨的陽極化控制裝置及相關傳導路徑。舉例而言，在圖2C之具體實例中，矽層306包括p型區域308a及308c以及n型區域308b及308d。p型區域308a及n型區域308b提供用於第一多孔區域324之第一陽極化控制二極體，且p型區域308c及n型區域308d提供用於第二多孔區域326之第二陽極化控制二極體。傳導路徑328（諸如通孔導體）延伸穿過多孔區域324以使金屬接點332與第一二極體之n型區域308b互連，從而允許控制第一二極體。傳導路徑330（諸如通孔導體）延伸穿過多孔區域326以使金屬接點334與第二二極體之n型區域308d互連，從而允許控制第二二極體。

在圖2C之例示性具體實例中，同一電傳輸線（差動微帶波導）在第一多孔區域324及第二多孔區域326上方延伸。然而，在其他具體實例中，形成於多孔層上方之金屬層可包括第一電傳輸線及第二電傳輸線，使得第一多孔區域324下伏於第一電傳輸線且耦接至接地，且第二多孔區域326下伏於第二電傳輸線且耦接至接地。第一及第二電傳輸線可具有相同或不同類型。舉例而言，第一電傳輸線及第二電傳輸線可分別包含微帶線、共平面波導或差動微帶波導。

諸如例示性電子產品300C之電子產品可由晶圓，諸如圖6A中所繪示之晶圓50開始製造。如所示，晶圓50包括不同的陽極氧化鋁（AAO）區52、54、56。在區52中，AAO之孔隙比為90%。在區54中，AAO之孔隙比為45%。在區56中，AAO之孔隙比為70%。晶圓50之其餘部分58具有一層孔隙比為11%的AAO。

藉由在同一基板上實施具有不同孔隙率的特定區域，有可能整合具有不同電信號速度需求之結構。圖6B繪示就基板部分60而言的此類積體結構，該基板部分具有不同的AAO區62、64、68。在區62中，AAO之孔隙比為90%。在區64中，AAO之孔隙比為45%。在區68中，AAO之孔隙比為11%。在圖6B中所繪示之實例中，第一馬赫-任德（Mach-Zehnder）調變器72形成於對應於AAO區68之區域中，且第二馬赫-任德調變器74形成於對應於AAO區62及64之區域中（圖6B中僅指示光波導之位置）。因此，MZM 72及74可具有不同光學長度。又，在MZM 74中，由於有效電容率沿光波導之長度改變，因此所獲得的電子速度沿傳播方向改變。如所屬領域中具有知識者基於本文中之教示將理解，圖6B中所示的具體實例不限於嵌入其中的馬赫-任德調變器，且可包括使用至少一條電傳輸線的任何結構。

圖7A至圖7D繪示根據本發明之某些具體實例的多孔陽極氧化鋁層之結構，該多孔陽極氧化鋁層可提供於電子產品或半導體產品中。圖7A以立體圖且以極大放大比例示意性地示出多孔AAO層的一部分。圖7B表示穿過圖7A之一部分的橫截面。圖7C及圖7D分別為自側面及上方查看的真實多孔AAO層之TEM高解析度影像。

在下文中，將參看圖8描述根據一具體實例的利用本發明之態樣的電光學產品。將在併有馬赫-任德類型之積體電光學調變器的電光學產品1之上下文中描述該具體實例。然而，應理解，根據本發明之電光學產品不限於併有馬赫-任德電光學調變器之電光學產品，且可包括在各種裝置中包含彼此相關的電波導及光波導的其他類型電光學產品。舉例而言（但非限制性地），根據具體實例之電光學產品可包括環形調變器、光電二極體等。

圖8中所繪示的電光學產品1利用絕緣體上矽基板，其由矽基底基板2（圖9中所示）、形成於基底基板2上之絕緣層3以及形成於絕緣層3上之薄矽層4形成。在此實例中，絕緣層3為由SiO₂ 形成之埋入式氧化物層，且薄矽層為具有相對較低摻雜（例如用硼以1×10¹⁷ a/cm³ 之濃度摻雜）之p型矽層。具有指定摻雜類型及程度之區域4a至4e形成於薄矽層中。區域4b為具有相對輕度n型摻雜之區域，且區域4d為具有相對輕度p型摻雜之區域。區域4c為圍繞區域4b與4d之間的冶金接面的具有極低p型摻雜之區域。PN或PIN二極體由包夾區域4c之區域4b及4d形成。冶金接面向下延伸至下層的埋入式氧化物層3。

區域4a為具有相對重度n型摻雜之區域，本文中稱為n⁺ 型區域，且區域4e為具有相對重度p型摻雜之區域，本文中稱為p⁺ 型區域。n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e用於促進PIN二極體之摻雜區4b及4c與電傳輸線之導體（在此實例中為共平面波導，參見下文）之電連接，且降低對冶金接面之接觸阻抗（access impedance）。

凹口6a、6b形成於冶金接面兩側，且與冶金接面間隔一定距離。凹口之間的區8充當光學信號之傳播區域。區8由經提供上覆於凹口區域且填充凹口6a、6b的限制材料9包圍。限制材料9可由與絕緣層3相同的材料（例如SiO₂ ）形成。限制材料9確保在光學路徑與限制材料9之間的邊界表面處出現恰當的折射率過渡，其避免了由此等邊界處之寄生反射所引起的非所要光學信號損失。

限制材料9在n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e之邊緣上方重疊，且抵靠由陽極氧化物或陽極氫氧化物之多孔層形成的相鄰區域10。在此實例中，多孔區域10由陽極氧化鋁形成。穿過上覆於光學路徑之多孔陽極氧化物/氫氧化物層10提供開口17，且開口17不含陽極氧化物/氫氧化物，以避免原本會在光學路徑與陽極氧化物/氫氧化物之間的界面處出現的非所要反射。限制材料具有圍繞開口17之外圍向上且在多孔陽極氧化物/氫氧化物層10上方延伸的保護部分19。保護部分19用於控制區域10與保護部分19鄰接的豎直表面之孔隙率，且避免形成橫向孔隙。

圖8繪示相同材料用於凹口6a、6b中之限制材料9、用於此等凹口上方以及用於形成保護部分19之情形。

在穿過陽極氧化物/氫氧化物區域10之通孔中提供通孔電極12a、12b，這些通孔電極的一端分別與n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e接觸，且電傳輸線之分別對應於信號線及接地線的金屬帶14、15與通孔電極12a、12b之另一端接觸。以此方式，電傳輸線之信號線14經由n⁺ 區域4a電連接至PIN二極體之n型區域4b，且電傳輸線之接地線15經由p⁺ 區域4e電連接至PIN二極體之p型區域4d。提供用於將電信號供應至電傳輸線之導體的連接件（圖中未示），且亦提供至光波導之輸入/輸出連接件（圖中未示）。

由於多孔區域10係由陽極氧化物或陽極氫氧化物形成，因此有可能將此等區域形成為使得其含有較大比例且比例可調整的空氣或真空。此情形使得能夠將電傳輸線之導體下層的介質之有效電容率降低至指定值。有效電容率之降低使得電傳輸線中電信號之速度能夠更接近光學信號之速度。可藉由適當地控制孔隙之尺寸及間距而設定多孔區域10之孔隙比，如下文將論述。

現將參考圖10A至圖10H描述根據本發明之一具體實例的製造電光學產品之方法。

根據此實例之製造方法，絕緣體上矽（SOI）基板晶圓之矽層4經受摻雜，較佳獲得相對較低程度之p型摻雜，例如1×10¹⁷ a/cm³ 之硼濃度（SOI晶圓包含絕緣層3上方之p型矽層4，該絕緣層在本文為埋入式氧化物層）。在矽層4中形成至少一個PIN二極體結構，使得PN接面之豎直深度延伸至內埋氧化物3之深度。藉由將相反類型的摻雜劑植入限定具有極低p型摻雜之矽體積的各別區域中來實施PIN二極體結構。植入製程之後為啟動/進行形成在兩側具有低摻雜程度之冶金接面之製程步驟（熱處理）。或者，所需PIN二極體結構可藉由如下方式形成：執行連續植入步驟以產生對應的高摻雜n/p子區（對應於PIN結構之p型及n型區域）及低摻雜n/p子區（對應於PIN二極體之中心部分）。為了減小對本質區域之接觸阻抗，較佳將與PIN二極體之P及N電極之接觸區域形成為具有較重度摻雜（或甚至較佳形成為矽化物）以形成上文所提及之n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e。

向下蝕刻p及n摻雜區，以在對應於用於光學信號之波導的低摻雜區域附近（冶金接面附近）形成凹口6a、6b。圖10A表示此階段之所得結構。

如圖10B中所示，隨後在晶圓表面上沈積材料層90，在此實例中為氧化矽。對材料層90進行圖案化（參見圖10C），以便形成限制材料9，其確保光學路徑與該限制材料之間的邊界處之恰當折射率過渡。可藉由習知微影步驟產生所要圖案化。

如圖10D中所繪示，在結構上方沈積厚金屬薄膜100。金屬薄膜由至少一個可陽極化的金屬層構成。厚金屬薄膜100較佳為厚度超過1 μm且小於500 μm的鋁薄膜。然而，可使用其他金屬類型，包括例如鈦（Ti）、鎢（W）或鉭（Ta）。在此文件中，表述「陽極化」及「陽極」係指藉由在電解質中進行陽極化製程而自金屬層形成的氧化物或氫氧化物（參見下文）。

如圖10E中所繪示，對厚金屬薄膜100進行圖案化，以便在光學路徑附近形成開口17。此步驟之目的為避免金屬100與光學路徑之間的界面處之非所要反射。該圖案化可藉由任何合適之光微影製程，例如藉由微影及蝕刻進行。

沈積具有適當折射率值的其他材料，以覆蓋開口17外圍處金屬層100之表面且形成保護部分19（參見圖10F）。較佳地，此其他材料經選擇具有與圖10C之限制材料9相同的折射率。

藉由在電解質中進行陽極化製程而使金屬層100陽極化。在此陽極化製程中，氧化物或氫氧化物形成於金屬之表面上，且電解質使氧化物或氫氧化物層沿著由電場決定之優先方向（亦即，通常垂直於表面之方向）溶解。隨著電解質使氧化物/氫氧化物層溶解，暴露出的金屬表面上形成新的氧化物/氫氧化物。因此，金屬層100逐漸轉變成陽極氧化物或氫氧化物之多孔層10，該多孔層具有自頂面實質上垂直延伸的管狀孔隙，各孔隙由於氧化物或氫氧化物壁而與相鄰孔隙分隔。多孔區域10較佳為具有圓柱形孔隙之陽極氧化鋁區域，這些孔隙根據六角圖案分佈（參見圖3A至圖3C及圖7A至圖7D）。圖10G示出所得結構，其可被視為中間半導體產品21。

穿過多孔區域10蝕刻通孔以暴露下層n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e，並且隨後在結構上方沈積金屬層且藉由已知光微影製程進行蝕刻，以形成通孔導體12及電傳輸線之導體14、15。因此，共平面波導信號（S）線及接地（GND）線連接至限定光波導所使用之PN接面的各別n型及p型區域（如圖10H中所繪示）。

由於在陽極化製程期間設定至p型矽層（特定言之設定至區域4a）的電壓為陽極電壓（正電壓），因此經形成具有n⁺ 區域的二極體為正向偏壓二極體（因此為無阻塞二極體）。因此，厚金屬層100所經歷之電壓為施加至晶圓邊緣處之p型矽層4之電壓減去二極體之前向壓降V_F （其大約為0.6 V）。就p⁺ 區域而言，接觸點為電阻性的，且因此對電壓分佈沒有影響（考慮陽極反應涉及較低電流密度）。因此，在矽層4上方形成的陽極氧化物/氫氧化物區域具有大致相同的孔隙率，而與其係在具有p型極性抑或n型極性之區域上方形成無關。

如上文所描述，由於本發明之具體實例採用孔隙比在製造期間可設定成期望值的陽極氧化物/氫氧化物區域，因此有可能在同一基板（晶圓）上形成具有不同有效電容率（孔隙比）的不同區。舉例而言，在圖9中所繪示的變體電光學產品31中，矽層4可經形成為具有低p型摻雜，且可在n⁺ 區域4a/p⁺ 區域4e之外部邊緣處提供陽極化控制二極體40a、40b，其為NP二極體。陽極化控制二極體40a、40b可用於使得能夠形成具有不同孔隙比之區域。

可藉助於兩個額外植入步驟形成陽極化控制二極體40a、40b。此等植入步驟中之一者將p型摻雜劑分別植入接觸n⁺ 區域4a及p⁺ 區域4e之較小區中。此等植入步驟中之另一者將n型摻雜劑植入位於結構外側的相鄰較小區中。

隨後，在陽極化製程期間，向矽層4施加陽極電壓，且厚金屬層100所經歷之電壓對應於陽極電源之電壓（VAnodic）減去上文所描述的陽極化控制二極體40a、40b之反向偏壓電壓（Vz）。因此，藉由恰當地調整晶圓上不同位置處所提供之陽極化控制二極體40a、40b之特性（尤其Vz），可在同一基板上之不同位置處施加不同電壓從而在這些不同位置處產生不同水準之孔隙率，同時仍使用施加至矽層4之共同VAnodic電壓。可視需要藉由恰當地調整NP二極體40a、40b之摻雜來設定陽極化控制二極體40a、40b之特性（例如Vz）。在另一具體實例中，陽極化控制二極體40a、40b可經設計成向同一基板之不同位置施加實質上相同及不同的陽極電壓，這些陽極電壓經組態以產生不同的陽極化水準。
其他變體

儘管上文已參看某些特定具體實例描述了本發明，但應理解，本發明不受特定具體實例之特定細節限制。在隨附申請專利範圍之範圍內的上述具體實例中可進行眾多變化、修改及開發。

1‧‧‧電光學產品

2‧‧‧矽基底基板

3‧‧‧絕緣層

4‧‧‧矽層

4a‧‧‧n⁺ 型區域

4b‧‧‧n型區域

4c‧‧‧極低p型區域

4d‧‧‧p型區域

4e‧‧‧p⁺ 型區域

6a‧‧‧凹口

6b‧‧‧凹口

8‧‧‧凹口之間的區

9‧‧‧限制材料

10‧‧‧多孔陽極氧化物/氫氧化物層

12‧‧‧通孔導體

12a‧‧‧通孔電極

12b‧‧‧通孔電極

14‧‧‧金屬帶/信號線

15‧‧‧金屬帶/接地線

17‧‧‧開口

19‧‧‧保護部分

21‧‧‧中間半導體產品

31‧‧‧電光學產品

40a‧‧‧陽極化控制二極體

40b‧‧‧陽極化控制二極體

50‧‧‧晶圓

52‧‧‧陽極氧化鋁區

54‧‧‧陽極氧化鋁區

56‧‧‧陽極氧化鋁區

58‧‧‧晶圓之其餘部分

60‧‧‧基板部分

62‧‧‧陽極氧化鋁區

64‧‧‧陽極氧化鋁區

68‧‧‧陽極氧化鋁區

72‧‧‧第一馬赫-任德調變器

74‧‧‧第二馬赫-任德調變器

90‧‧‧材料層

100‧‧‧積體功能結構/金屬薄膜

300A‧‧‧電子產品

300B‧‧‧電子產品

300C‧‧‧電子產品

302‧‧‧矽基底基板

304‧‧‧絕緣層

306‧‧‧矽層

308a‧‧‧p型區域/區域

308b‧‧‧n型區域/區域

308c‧‧‧p型區域/區域

308d‧‧‧n型區域/區域

310‧‧‧多孔層

312‧‧‧元件/傳導路徑

314‧‧‧金屬層/信號導線

316‧‧‧金屬接點

318a‧‧‧接地導線

318b‧‧‧接地導線

324‧‧‧第一多孔區域

326‧‧‧第二多孔區域

328‧‧‧傳導路徑

330‧‧‧傳導路徑

332‧‧‧金屬接點

334‧‧‧金屬接點

336a‧‧‧差動信號導線

336b‧‧‧差動信號導線

D‧‧‧孔隙直徑

G‧‧‧條形電導體

P‧‧‧孔隙間距

S‧‧‧條形電導體/信號導體

本發明之其他特徵及優點將自僅藉助於說明之方式、非限制、參考附圖給出的本發明之某些具體實例的以下描述變得顯而易見，在這些附圖中：

圖1為例示性積體半導體結構之平面圖；

圖2A繪示根據本發明之一具體實例的例示性電子產品；

圖2B繪示根據本發明之另一具體實例的例示性電子產品；

圖2C繪示根據本發明之另一具體實例的例示性電子產品；

圖3A至圖3C繪示具有不同孔隙比值之多孔陽極氧化物/氫氧化物材料，其中：

圖3A繪示11%之孔隙比，

圖3B繪示54%之孔隙比，且

圖3C繪示91%之孔隙比；

圖4為示出多孔陽極氧化物/氫氧化物層之孔隙率影響電信號速度之方式的圖式；

圖5為示出多孔陽極氧化物/氫氧化物層之孔隙率影響電傳輸線之特徵阻抗之方式的圖式；

圖6A及圖6B繪示具有不同區域之基板，這些不同區域具有具備不同程度之孔隙率的多孔介電質；

圖7A至圖7D繪示在陽極氧化鋁中形成的孔隙之結構，其中：

圖7A為多孔AAO層的一部分的特寫的立體示意圖，

圖7B表示穿過圖7A之一部分的橫截面，

圖7C為自側面查看的多孔AAO層之TEM高解析度影像；且

圖7D為自上方查看的多孔AAO層之TEM高解析度影像。

圖8繪示根據本發明之一具體實例的電光學產品之橫截面；

圖9為繪示包括陽極化控制二極體之變體具體實例之圖式；且

圖10A至圖10H繪示製造圖8之電光學產品之例示性方法中的各階段。

Claims (15)

1. 一種電子產品（1、300A、300B、300C），其包含： 絕緣體上矽基板，其包含基底基板（2、302）、該基底基板（2、302）上之絕緣層（3、304）以及該絕緣層（3、304）上之矽層（4、306）； 陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層（10、310），其形成於該矽層（4、306）上方；以及 金屬層（14/15、314），其形成於該多孔層（10、310）上方，該金屬層提供至少一條電傳輸線， 其中該多孔層（10、310）包含具有第一孔隙比之第一多孔區域（324）及具有第二孔隙比之第二多孔區域（326），且 其中該金屬層（14/15、314）下方之一區域中該多孔層（10、310）之孔隙比係基於該至少一條電傳輸線中之電信號之需要速率來組態。
2. 如請求項1所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其中該多孔層（10、310）中之孔隙為管狀形狀。
3. 如請求項1或2所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其中該金屬層（14/15、314）下方之該區域中該多孔層（10、310）之該孔隙比介於50%至91%之範圍內。
4. 如請求項1或2所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其進一步包含形成於該矽層（4、306）中之陽極化控制裝置，其經組態以控制該金屬層（14/15、314）下方之該區域中該多孔層（10、310）之該孔隙比。
5. 如請求項4所述之電子產品（300A、300B、300C），其進一步包含： 金屬接點（316），其位於該多孔層（310）上方之一表面上；以及 傳導路徑，其使該金屬接點（316）與該陽極化控制裝置互連，其中該金屬接點（316）包含延伸穿過該多孔層（310）之通孔導體（312a）。
6. 如請求項4所述之電子產品（300A、300B、300C），其中該陽極化控制裝置包含二極體或電阻器。
7. 如請求項1或2所述之電子產品（300A、300B、300C），其中該金屬層（314）包含信號導線，由此該至少一條電傳輸線包含微帶線。
8. 如請求項1或2所述之電子產品（300A、300B、300C），其中該金屬層（314）包含位於兩條接地導線之間的信號導線，由此該至少一條電傳輸線包含共平面波導。
9. 如請求項1或2所述之電子產品（300A、300B、300C），其中該金屬層（314）包含差動信號導線，由此該至少一條電傳輸線包含差動微帶波導。
10. 如請求項1或2所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其中該至少一條電傳輸線包含第一電傳輸線及第二電傳輸線，且其中該第一電傳輸線經由該第一多孔區域（324）耦接至接地，且該第二電傳輸線經由該第二多孔區域（326）耦接至接地。
11. 如請求項1或2所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其進一步包含： 光波導，其形成於該矽層（4、304）內， 其中該金屬層（14/15、314）下方之該區域中該多孔層（10、310）之該孔隙比經組態以使得該電信號之該速度接近於在該光波導中傳播的光學信號之速度。
12. 如請求項1或2所述之電子產品（1、300A、300B、300C），其中該多孔層（10、310）包含由陽極氧化鋁（AAO）形成的區域。
13. 一種製造電子產品之方法，該方法包含： 在絕緣體上矽基板之矽層（306）中形成第一p型區域（308a）及第一n型區域（308b），該絕緣體上矽基板包含基底基板（302）、該基底基板上之絕緣層（304）以及該絕緣層（304）上之該矽層（306），該第一p型區域（308a）及該第一n型區域（308b）形成第一陽極化控制二極體； 在該矽層（306）中形成第二p型區域（308c）及第二n型區域（308d），該第二p型區域（308c）及該第二n型區域（308d）形成第二陽極化控制二極體； 在該矽層（306）上方形成金屬層； 使用該第一陽極化控制二極體及該第二陽極化控制二極體使該金屬層陽極化，以形成陽極氧化物或陽極氫氧化物多孔層（310），其中使該金屬層陽極化包含控制該第一陽極化控制二極體及該第二陽極化控制二極體，使得所形成之該多孔層（310）包含具有第一孔隙比之第一多孔區域（324）及具有第二孔隙比之第二多孔區域（326）；以及 在該多孔層（310）上方形成金屬層（314），該金屬層（314）提供至少一條電傳輸線。
14. 如請求項13所述之方法，其包含向該第一陽極化控制二極體及該第二陽極化控制二極體施加共同電壓，以使該金屬層陽極化以形成該多孔層（310）。
15. 如請求項13或14所述之方法，其中該金屬層（314）下方之一區域中該多孔層（310）之孔隙比係基於該至少一條電傳輸線中之電信號之需要速率來組態。