TWI870066B

TWI870066B - 積體電路裝置的製造方法及光學裝置

Info

Publication number: TWI870066B
Application number: TW112139480A
Authority: TW
Inventors: 余振華; 夏興國; 曾智偉; 邱華恭; 巢瑞麟
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2023-08-25
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2025-01-11
Also published as: TW202510212A; US20250067946A1; CN222979838U

Abstract

揭露了光學裝置及其製造方法。在實施例中，提供了光學裝置，其包含光學封裝體，具有第一表面及相對第一表面的第二表面。光學裝置包含雷射晶粒封裝體，具有第三表面及相對第三表面的第四表面。第一表面與第三表面共平面，而第二表面與第四表面共平面。光學裝置包含第一矽支撐件，附接至第二表面及第四表面兩者。光學裝置更包含中介物，附接至第一表面及第三表面兩者。中介物不含矽基板。

Description

積體電路裝置的製造方法及光學裝置

本發明實施例是關於積體電路裝置，特別是關於光學裝置及其製造方法。

電子訊號的發送及處理是訊號傳輸及處理的一種技術。近年來，光學訊號的發送及處理已被用於越來越多的應用中，特別是使用光纖（optical fiber）相關的應用來進行訊號傳輸。

光學訊號的發送及處理通常會與電子訊號的發送及處理互相結合，以提供全面（full-fledged）的應用。舉例來說，光纖可用於長距離訊號傳輸，而電子訊號可用於短距離訊號傳輸以及處理與控制。因此，形成了整合長距離光學元件以及短距離電子元件的裝置，以用於光學訊號與電子訊號之間的轉換以及光學訊號與電子訊號的處理。因此，封裝體可以包含含有光學裝置的光學（光子）晶粒以及包含含有電子裝置的電子晶粒。

本發明實施例提供一種積體電路裝置的製造方法，包含：形成第一重佈結構於第一矽基板上方；將光學引擎接合至第一重佈結構；將第二矽基板附接至光學引擎的頂表面；以及移除第一矽基板。

本發明實施例提供一種光學裝置，包含：光學封裝體，具有第一表面及相對第一表面的第二表面；雷射晶粒封裝體，具有第三表面及相對第三表面的第四表面，其中第一表面與第三表面對準，且第二表面與第四表面對準；第一矽支撐件，附接至第二表面及第四表面兩者；以及中介物，附接至第一表面及第三表面兩者，其中中介物不含矽基板。

本發明實施例提供一種積體電路裝置的製造方法，包含：形成第一重佈結構於第一矽基板上方；將光學封裝體接合至第一重佈結構；將雷射晶粒接合至第一重佈結構；將光學封裝體及雷射晶粒封裝至絕緣材料中；平坦化絕緣材料、光學封裝體、及雷射晶粒且形成平坦表面；將第二矽基板附接至平坦表面；以及移除第一矽基板。

以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在各種範例中重複參考數值以及∕或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的，而非用以表示所討論的不同實施例及∕或配置之間的關係。

再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個（些）部件或特徵與另一個（些）部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時（旋轉90度或其他方位），其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

本揭露現在將針對某些實施例來進行討論，其中至少一個雷射晶粒以及一個光學引擎被接合至薄化的中介物（interposer）並且由矽支撐結構支撐於相對側上。矽支撐結構具有多種功能，包含允許從COUPE裝置中所使用的典型中介物結構中移除矽。然而，本揭露的實施例僅為說明的目的，且不意圖將實施例作出除了所討論的精確描述之外的限制。相反地，所討論的實施例可以併入各種不同的實施例中，且所有這些實施例意圖完全地包含在本揭露的實施例的範圍之內。

現在參見第1圖，根據一些實施例，繪示出光學中介物100（參見第5圖）的初始結構。在第1圖所繪示的特定實施例中，光學中介物100為光子積體電路（photonic integrated circuit；PIC），且在此階段包含第一基板101、第一絕緣體層103、以及用於第一光學元件203（未分別繪示於第1圖中，但下方參見第2圖進行進一步繪示以及討論）的第一主動層201的材料層105。在實施例中，在光學中介物100的製造製程開始時，第一基板101、第一絕緣體層103、以及用於第一光學元件203的第一主動層201的材料層105可以共同成為絕緣體上覆矽（silicon-on-insulator；SOI）基板的一部分。首先參見第一基板101，第一基板101可以是諸如矽或鍺的半導體材料、諸如玻璃的介電材料、或允許對上覆的裝置進行結構支撐的任何其他合適的材料。

第一絕緣體層103可以是將第一基板101與覆蓋的第一主動層201分隔的介電層，且在一些實施例中作為披覆材料的一部分，其圍繞後續製造的第一光學元件203（於下方進一步討論）。在實施例中，第一絕緣體層103可以是氧化矽、氮化矽、氧化鍺、氮化鍺、上述之組合、或其類似物，且使用諸如佈植等方法來形成（例如，以形成埋藏氧化層（buried oxide；BOX）），亦可使用諸如化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）、原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）、物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）、上述之組合、或類似的沉積方法來將其沉積到第一基板101上。然而，亦可使用任何合適的材料以及製造方法。

用於第一主動層201的材料層105最初（在圖案化之前）是將用於開始製造第一光學元件203的第一主動層201的材料的順應（conformal）層。在實施例中，用於第一主動層201的材料層105可以是能用作所需的第一光學元件203的芯材料的半透明材料，諸如半導體材料，例如矽、鍺、矽鍺、上述之組合、或其類似物，而在其他實施例中，用於第一主動層201的材料層105可以是諸如氮化矽或其類似物的介電材料，儘管在其他實施例中，用於第一主動層201的材料層105可以是III-V材料、鈮酸鋰（lithium niobate）材料、或聚合物。在沉積了第一主動層201的材料層105的實施例中，可以使用諸如磊晶生長、化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似的方法來沉積用於第一主動層201的材料層105。在使用佈植方法來形成第一絕緣層103的其他實施例中，在進行用於形成第一絕緣層103的佈植製程之前，第一主動層201的材料層105最初可以是第一基板101的一部分。然而，可以利用任何合適的材料以及製造方法來形成第一主動層201的材料層105。

第2圖繪示出一旦準備好用於第一主動層201的材料層105，則使用用於第一主動層201的材料層105來製造用於第一光學元件203的第一主動層201。在實施例中，第一光學元件203的第一主動層201可以包含諸如光波導（例如，脊形（ridge）波導、肋形（rib）波導、內埋通道波導、擴散波導等）、耦合器（例如，光柵（grating）耦合器、邊緣耦合器，其為具有範圍為約1 nm至約200 nm的寬度的狹窄波導）、定向（directional）耦合器、光學調製器（例如，Mach-Zehnder矽-光子開關、微機電（microelectromechanical）開關、微環諧振器（micro-ring resonators）等）、放大器（amplifiers）、多路復用器（multiplexors）、解復用器（demultiplexors）、光電轉換器（例如，PN接面（junctions））、電光轉換器、雷射、上述之組合、或類似的元件。然而，亦可使用任何合適的第一光學元件203。

為了由初始材料開始形成第一光學元件203的第一主動層201，可以將用於第一主動層201的材料層105圖案化為第一光學元件203的第一主動層201的所需形狀。在實施例中，用於第一主動層201的材料層105可以使用例如一或多道光學微影遮罩以及蝕刻製程來圖案化。然而，亦可利用任何合適的方法對用於第一主動層201的材料層105進行圖案化。對於一些第一光學元件203來說，諸如波導或邊緣耦合器，圖案化製程可以是用於形成這些第一光學元件203的製造的全部或至少大部分製程。

第3圖繪示出對於利用進一步的製造製程的那些元件，諸如利用電阻加熱元件的Mach-Zehnder矽-光子開關，可以在用於第一主動層201的材料層的圖案化之前或之後執行額外的製程。舉例來說，可以利用佈植製程、用於不同材料（例如，電阻加熱元件、用於轉換器的III-V族材料）的額外沉積以及圖案化製程、所有上述製程的組合、或類似的製程來幫助進一步製造各種所需的第一光學元件203。在特定實施例中，且如第3圖中所具體繪示，在一些實施例中，可以對第一主動層201的材料層105的圖案化部分執行諸如鍺的半導體材料301的磊晶沉積（例如用於電∕光訊號調製以及轉換）。在這樣的實施例中，可以磊晶地成長半導體材料301以便幫助製造例如用於光電轉換器的光電二極體。可以製造這些所有製造製程以及所有合適的第一光學元件203，且這些所有組合完全意圖包含在本揭露的實施例的範圍之內。

第4圖繪示出一旦形成各個第一光學元件203的第一主動層201，就可以沉積第二絕緣層401以覆蓋第一光學元件203並提供額外的披覆材料。在實施例中，第二絕緣體層401可以是介電層，其將第一主動層201的各個元件彼此分隔且與覆蓋的結構分隔，以及可以額外地用作圍繞第一光學元件203的披覆材料的另一部分。在實施例中，第二絕緣體層401可以是氧化矽、氮化矽、氧化鍺、氮化鍺、上述之組合、或其類似物，使用諸如化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似的沉積方法來形成。一旦已經沉積了第二絕緣層401的材料，可以使用例如化學機械研磨（chemical mechanical polishing；CMP）製程來平坦化材料，以便平坦化第二絕緣層401的頂表面（在實施例中第二絕緣層401意圖完全覆蓋第一光學元件203）或使第二絕緣層401與第一光學元件203的頂表面平坦化。然而，亦可使用任何合適的材料以及製造方法。

第5圖繪示出一旦已經製造了第一光學元件203的第一主動層201且已經形成第二絕緣層401，就形成第一金屬化層501以電性地連接第一光學元件203的第一主動層201至控制電路、至第一主動層201彼此、以及至隨後附接的裝置。在實施例中，第一金屬化層501由介電材料與導電材料的交替層所形成，且可以透過任何合適的製程（諸如沉積、鑲嵌（damascene）、雙重鑲嵌等）來形成。在特定實施例中，可以存在用於互連各個第一光學元件203的多層金屬化層，但是第一金屬化層501的精確數目取決於光學中介物100的設計。

此外，在第一金屬化層501的製造期間，可以形成一個或多個第二光學元件503作為第一金屬化層501的一部分。在一些實施例中，第一金屬化層501的第二光學元件503可以包含諸如用於連接至外部訊號的耦合器（例如，邊緣耦合器、光柵耦合器等）、光波導（例如，脊形波導、肋形波導、內埋通道波導、擴散波導等）、光學調變器（例如，Mach-Zehnder矽-光子開關、微機電開關、微環諧振器等）、放大器、多路復用器、解復用器、光電轉換器（例如，PN接面）、電光轉換器、雷射、上述之組合、或類似的元件。然而，任何合適的光學元件亦可以用於一個或多個第二光學元件503。

在實施例中，一個或多個第二光學元件503可以藉由首先沉積用於一個或多個第二光學元件503的材料來形成。在實施例中，用於一個或多個第二光學元件503的材料可以是介電材料，諸如氮化矽、氧化矽、上述之組合、或其類似物、或者可以是半導體材料，諸如矽，使用諸如化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合或類似的沉積方法來沉積。然而，可以利用任何合適的材料以及任何合適的沉積方法。

一旦用於一個或多個第二光學元件503的材料已被沉積或以其他方式形成，此材料可被圖案化為一個或多個第二光學元件503的所需形狀。在實施例中，一個或多個第二光學元件503的材料可以使用例如一或多道光學微影遮罩以及蝕刻製程來圖案化。然而，亦可利用任何合適的方法對用於一個或多個第二光學元件503的材料進行圖案化。

對於一個或多個第二光學元件503中的某一些元件，諸如波導或邊緣耦合器，圖案化製程可以是用於形成這些元件的製造的全部或至少大部分製程。此外，對於利用進一步的製造製程的那些元件，諸如利用電阻加熱元件的Mach-Zehnder矽-光子開關，可以在用於一個或多個第二光學元件503的材料的圖案化之前或之後執行額外的製程。舉例來說，佈植製程、用於不同材料的額外沉積以及圖案化製程、所有上述製程的組合、或類似的製程可用於幫助進一步製造各種所需的一個或多個第二光學元件503。可以製造這些所有製造製程以及所有合適的一個或多個第二光學元件503，且這些所有組合完全意圖包含在本揭露的實施例的範圍之內。

一旦已經製造了第一金屬化層501的一個或多個第二光學元件503，就形成第一接合層505於第一金屬化層501上方。在實施例中，第一接合層505可以用於介電質對介電質以及金屬對金屬的接合。根據一些實施例，第一接合層505是由諸如氧化矽、氮化矽、或其類似物的第一介電材料509所形成。可以使用任何合適的方法來沉積第一介電材料509，諸如化學氣相沉積（CVD）、高密度電漿化學氣相沉積（high-density plasma chemical vapor deposition；HDPCVD）、物理氣相沉積（PVD）、原子層沉積（ALD）、或類似的製程。然而，亦可利用任何合適的材料以及沉積製程。

一旦已經形成第一介電材料509，就形成第一開口於第一介電材料509中以露出下方膜層的導電部分，為在第一接合層505之內形成第一接合墊（pads）507做準備。一旦形成第一開口於第一介電材料509之內，第一開口可以以晶種（seed）層以及電鍍金屬（plate metal）填充，以形成第一接合墊507於第一介電材料509之內。晶種層可以坦覆（blanket）沉積於第一介電材料509的頂表面、下方膜層的露出的導電部分、以及開口與第二開口的側壁上方。晶種層可以包含銅層。晶種層可以使用諸如濺鍍（sputtering）、蒸鍍（evaporation）、或電漿增強化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD）、或類似的製程來沉積，取決於所需的材料。電鍍金屬可以透過諸如電鍍或無電電鍍的電鍍製程來沉積於晶種層上方。電鍍金屬可以包含銅、銅合金、或其類似物。電鍍金屬可以是填充材料。在形成晶種層之前，阻障層（未分別繪示）可以坦覆沉積於第一介電材料509的頂表面及開口與第二開口的側壁上方。阻障層可以包含鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、或其類似物。

在填充第一開口之後，執行諸如CMP的平坦化製程以移除晶種層以及電鍍金屬的多餘部分，並形成第一接合墊507於第一接合層505之內。在一些實施例中，接合墊導孔（未分別繪示）亦可用於將第一接合墊507與下方的導電部分連接，且透過下方的導電部分將第一接合墊507與第一金屬化層501連接。

此外，第一接合層505亦可包含併入第一接合層505之內的一個或多個第三光學元件511。在這樣的實施例中，在沉積第一介電材料509之前，可以使用與一個或多個第二光學元件503（如上所述）近似的方法以及近似的材料來製造一個或多個第三光學元件511，諸如藉由至少部分地透過沉積以及圖案化製程所形成的波導以及其他結構。然而，可以利用任何合適的結構、材料、以及任何合適的製造方法。

第6圖繪示出一旦形成了光學中介物100，亦可將第一半導體裝置601接合至光學中介物100。在一些實施例中，第一半導體裝置601是電子積體電路（electronic integrated circuit；EIC，例如，不具有光學裝置的裝置）且可以具有第一半導體基板603、第一主動裝置層605、上覆的第一互連結構607、第二接合層609、以及相關的第二接合墊611。在實施例中，第一半導體基板603可以近似於第一基板101（例如，諸如矽或矽鍺的半導體材料），第一主動元件605可以是形成於第一半導體基板603上方的電晶體、電容器、電阻器、及其類似物，第一互連結構607可以近似於第一金屬化層501（不具有光學元件），第二接合層609可以近似第一接合層505，且第二接合墊611可以近似於第一接合墊507。然而，亦可利用任何合適的裝置。

在實施例中，第一半導體裝置601可以被配置為與光學中介物100共同工作以實現所需的功能。在一些實施例中，第一半導體裝置601可以是高頻寬記憶體（high bandwidth memory；HBM）模組、處理單元（x processing unit；xPU）、邏輯晶粒、三維積體電路（three-dimensional integrated circuit；3DIC）晶粒、中央處理單元（central processing unit；CPU）、圖像處理單元（graphic processing unit；GPU）、系統單晶片（system-on-a-chip；SoC）晶粒、微機電系統（micro-electro-mechanical system；MEMS）晶粒、上述之組合、或其類似物。可以使用具有任何合適的功能的任何合適的裝置，且所有這樣的裝置完全意圖包含在本揭露的實施例的範圍之內。

一旦準備好第一半導體裝置601，就可以將第一半導體裝置601接合至光學中介物100。在實施例中，可以使用例如介電質對介電質以及金屬對金屬的接合製程將第一半導體裝置601接合至光學中介物100。在這樣的實施例中，藉由將第一接合墊507接合至第二接合墊611且藉由將第一接合層505之內的介電質接合至第二接合層609之內的介電質兩者，來將第一半導體裝置601接合至光學中介物100的第一接合層505。在此實施例中，作為示例，第一半導體裝置601以及光學中介物100的頂表面可以先利用例如乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露於惰性氣體、暴露於H ₂、暴露於N ₂、暴露於O ₂、或上述之組合。然而，可以使用任何合適的活化製程。

在活化製程之後，第一半導體裝置601以及光學中介物100可以使用例如化學潤洗（rinse）來清洗，接著第一半導體裝置601被對準並放置為與光學中介物100實體（physical）接觸。接著對第一半導體裝置601以及光學中介物100進行熱處理以及接觸壓力，以接合第一半導體裝置601以及光學中介物100。舉例來說，可以對第一半導體裝置601以及光學中介物100施加約200 kPa或更小的壓力，以及施加範圍為約25℃至約250℃的溫度，以熔焊第一半導體裝置601以及光學中介物100。接著可以使第一半導體裝置601以及光學中介物100經受等於或高於第一接合墊507的材料的共晶點（eutectic point）的溫度，例如範圍為約150℃至約650℃，以熔焊金屬接合墊。以此方式，第一半導體裝置601以及光學中介物100的熔焊形成了接合裝置。在一些實施例中，接合的晶粒被烘烤、退火、壓製、或以其他方式處理以加強或完成接合。

此外，雖然上方描述了介電質對介電質及金屬對金屬接合製程，但這只是為了說明的目的而不意圖作出限制。在又一些實施例中，光學中介物100可以藉由金屬對金屬接合或另一接合製程接合至第一半導體裝置601。舉例來說，第一半導體裝置601以及光學中介物100可以藉由熔合（fusing）導電元件所實現的金屬對金屬接合來進行接合。可以使用任何合適的接合製程，且所有這樣的方法完全意圖包含在本揭露的實施例的範圍之內。

第7圖繪示出一旦第一半導體裝置601已經附接至光學中介物100，就可以沉積第一間隙填充材料701（也稱為絕緣材料），以便填充以及過度填充第一半導體裝置601周圍的空間並提供額外的支撐。在實施例中，第一間隙填充材料701可以是諸如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似的材料。然而，亦可利用任何合適的材料以及沉積方法。

一旦已經沉積了第一間隙填充材料701，就可以透過第一平坦化製程750來平坦化第一間隙填充材料701，以便露出第一半導體裝置601。一旦經過平坦化，第一半導體裝置601以及第一間隙填充材料701的頂表面在第一平坦化製程750之後在製程變異之內為實質上共平面。在實施例中，第一平坦化製程750可以是CMP製程、研磨（grinding）製程、或類似的製程。然而，亦可利用任何合適的平坦化製程。

第8圖繪示出一旦第一半導體裝置601以及第一間隙填充材料701的頂表面已經被平坦化，就可以將第二基板801附接至第一半導體裝置601以及第一基板101的頂表面，且移除第一絕緣層103。在實施例中，第二基板801支撐了移除的第一基板101以及第一絕緣層103，且支撐在目前露出的第一主動層201上方形成的後續結構。在實施例中，第二基板801可以包含矽，諸如塊體（bulk）矽，且可以使用接合製程或者單獨的黏合劑來附接。此外，可以使用平坦化製程（例如，CMP）或者一或多道蝕刻製程來移除第一基板101以及第一絕緣層103。亦可使用任何合適的方法來附接第二基板801並移除第一基板101以及第一絕緣層103。

第8圖進一步繪示出一旦已經移除第一基板101以及第一絕緣層103，就可以形成具有第四光學元件803的第二主動層800於第一主動層201上方。在實施例中，第二主動層800可以以與上方關於第一金屬化層501的第二光學元件503所討論的近似的方式以及由類似的材料所形成。在實施例中，第四光學元件803可以以與上方關於第二光學元件503所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。然而，形成第二主動層800以及第四光學元件803亦可使用任何合適的方法或材料。

第9圖繪示出一旦已經形成第二主動層800，就可以形成具有第三接合墊901的第三接合層900，且可以形成第一貫通裝置導孔（through device vias；TDVs）903（所得的結構可以被稱作第一光學裝置950）。在實施例中，第一TDVs 903延伸穿過第二主動層800以及第一主動層201，以便提供穿過光學中介物100的電力、數據、以及接地的快速通道。在實施例中，第一TDVs 903可以藉由首先形成貫通裝置導孔的開口於光學中介物100之中。貫通裝置導孔的開口可以藉由施加以及顯影合適的光阻（未繪示）並移除第二主動層800以及光學中介物100露出的多個部分來形成。

一旦形成了貫通裝置導孔的開口於光學中介物100之內，就可以以襯件內襯於貫通裝置導孔的開口。襯件可以是例如由四乙氧基矽烷（tetraethylorthosilicate；TEOS）所形成的氧化物或氮化矽，但亦可替代地使用任何合適的介電材料。襯件可以使用電漿增強化學氣相沉積（PECVD）製程來形成，但是亦可替代地使用其他合適的製程，諸如物理氣相沉積或熱製程。

一旦形成了沿著貫通裝置導孔的開口的側壁以及底部的襯件，就可以形成阻障層（亦未獨立繪示），且可以以第一導電材料填充貫通裝置導孔的開口的剩餘部分。第一導電材料可包含銅，但亦可替代地使用其他合適的材料，諸如鋁、合金、摻雜多晶矽、上述之組合、以及其類似物。第一導電材料可以藉由將銅電鍍至晶種層（未繪示）之上、填充以及過度填充貫通裝置導孔的開口來形成。一旦填充了貫通裝置導孔的開口，就可以透過諸如化學機械研磨（CMP）的平坦化製程移除貫通裝置導孔的開口之外的多餘襯件、阻障層、晶種層、以及第一導電材料，但亦可使用任何合適的移除製程。

可選地（Optionally），在一些實施例中，一旦已經形成第一TDVs 903，就可以形成與第一TDVs 903電性地連接的第二金屬化層（未單獨繪示於第9圖中）。在實施例中，可以以與上方關於第一金屬化層501所討論的方法來形成第二金屬化層，諸如使用鑲嵌製程、雙重鑲嵌製程、或類似的製程所形成的介電材料與導電材料的交替層。在其他實施例中，第二金屬化層可以使用電鍍製程來形成，使用導電材料來成形，接著以介電材料來覆蓋導電材料。然而，亦可利用任何合適的結構以及製造方法。

第9圖進一步繪示出具有第三接合墊901的第三接合層900的形成。在實施例中，第三接合層900可以以與上方關於第一接合層505所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。在實施例中，第三接合墊901可以以與上方關於第一接合墊507、第二接合墊611等所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。然而，第三接合層900以及第三接合墊901的形成亦可利用任何合適的方法或材料。此外，在實施例中，第三接合墊901可以與第一TDVs 903以及第二金屬化層電性地連接，以提供進出第一光學裝置950的電性連接。

第10圖繪示出光學元件是以晶圓所形成的實施例。在此實施例中，一個或多個第二半導體裝置1001是以與第一半導體裝置601近似的方式以及由近似的材料所形成，且形成為第一晶圓的一部分（僅繪示出其一部分），光學中介物100是以與上方所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成，且形成為第二晶圓的一部分（未分別繪示）。在此實施例中，第一晶圓可以以與上方關於將第一接合層505接合至第二接合層609所討論的近似的方式來接合至第二晶圓。在將第一晶圓接合至第二晶圓之後，可以執行單粒化（singulation）製程1025以從接合的晶圓形成單獨的光學裝置（其可以被稱作第二光學裝置1050）。在實施例中，單粒化製程1025可以是鋸切製程。然而，亦可利用任何合適的單粒化製程。在單粒化製程1025之後，第二光學裝置1050的側壁可以在製程變異之內為實質上共平面。在此實施例中，第二主動層800、第三接合層900、以及第一TDVs 903可以是由晶圓所形成或是在單粒化製程1025之後所形成。

第11圖繪示出第一重佈（redistribution）結構1100的形成，各種光學裝置（例如，第一光學裝置950、第二光學裝置1050等，分別參見第12圖以及第15圖）可以隨後附接至第一重佈結構1100以及雷射晶粒1200（參見第12圖）。在實施例中，第一重佈結構1100可以形成於第三基板1101上方，其中第三基板1101可以為後續製程步驟提供支撐。在實施例中，第一重佈結構1100可以包含第三金屬化層1125以及第四接合層1150。第三金屬化層1125可以以與上方關於第一金屬化層501所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。此外，第四接合層1150可以以與上方關於第一接合層505所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。此外，在實施例中，第四接合層1150亦包含第四接合墊1151，其可以以與上方關於第一接合墊507所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。在實施例中，第一重佈結構1100亦可包含第五光學元件1175，其可以以與上方關於第二光學元件503所討論的近似的方式以及由近似的材料所形成。

在實施例中，形成第一重佈結構1100以將光學裝置（例如，第一光學裝置950、第二光學裝置1050）電性地連接至雷射晶粒1200、至控制電路、至第一重佈結構1100彼此、以及至後續附接的結構。此外，在實施例中，第五光學元件1175可以用於光學裝置與雷射晶粒1200之間的光學連接，或可提供其他與訊號相關的功能。

第12圖繪示出在形成第一重佈結構1100之後，可以將第一光學裝置950以及雷射晶粒1200附接至第一重佈結構1100。在實施例中，雷射晶粒1200接合至第一重佈結構1100以為第一光學裝置950提供電源。在一些實施例中，雷射晶粒1200可以包含光生成結構，諸如被第一支撐基板1205上方的介電質及∕或披覆材料所圍繞的一個或多個雷射二極體1201。在實施例中，第一支撐基板1205可以包含矽材料，諸如塊體矽。在特定實施例中，雷射二極體可以是Fabry-Perot二極體，且可以基於III-V族材料、II-VI族材料、或任何其他合適的材料組（set）。

在特定的實施例中，一個或多個雷射二極體1201可以包含第一接觸件、第一緩衝層、包含數個量子阱（quantum wells；MQWs）的第一主動二極體層、第二緩衝層、以及第二接觸件（為了清楚起見僅繪示了其中的一些部件，如第12圖所繪示），以生成所需的光。此外，所生成的光可以透過例如第一接觸件以及相關的波導自雷射晶粒1200輸出。然而，亦可利用任何合適的結構來形成一個或多個雷射二極體1201並生成所需的光。

此外，雷射晶粒1200亦可包含第五接合墊1203。在實施例中，第五接合墊1203可以近似於第一接合墊507。在實施例中，第五接合墊1203可以是接觸件的墊層。然而，任何合適的材料以及連接形狀亦可用於第五接合墊1203。

一旦雷射晶粒1200已經形成及∕或以其他方式接收，就可以將雷射晶粒1200接合至第一重佈結構1100。在實施例中，雷射晶粒1200可使用介電質對介電質以及金屬對金屬接合來接合至第一重佈結構1100，近似於上方關於第一接合層505以及第二接合層609所描述的方法。然而，亦可利用任何合適的接合製程。

在實施例中，所需的光是由雷射晶粒1200所生成且耦合至第一重佈結構1100之中。第一重佈結構1100接收光並將光路由穿過第五光學元件1175至第一光學裝置950。

第12圖亦繪示出將第一光學裝置950附接至第一重佈結構1100。在實施例中，可以在將雷射晶粒1200附接至第一重佈結構1100之前，將第一光學裝置950附接至第一重佈結構1100，同時將雷射晶粒1200附接至第一重佈結構1100，或在將雷射晶粒1200附接至第一重佈結構1100之後，才將第一光學裝置950附接至第一重佈結構1100。在實施例中，第一光學裝置950是藉由以與上方關於將第一接合層505接合至第二接合層609所討論的近似的方式，將第三接合層900接合至第四接合層1150來附接至第一重佈結構1100。然而，任何合適的接合或附接方法亦可用於將第一光學裝置950附接至第一重佈結構1100。

在將雷射晶粒1200以及第一光學裝置950附接至第一重佈結構1100之後，可以沉積第二間隙填充材料1250，以填充以及過度填充第一光學裝置950以及雷射晶粒1200周圍的空間，並提供額外的支撐。在實施例中，第二間隙填充材料1250可以以與第一間隙填充材料701近似的方式以及由近似的材料所沉積與形成。然而，亦可利用任何合適的沉積材料以及方法來沉積第二間隙填充材料1250。在沉積第二間隙填充材料1250之後，可以執行第二平坦化製程1275，以移除第二間隙填充材料1250的多餘部分。在實施例中，可以藉由第二平坦化製程1275來移除第二基板801。在此實施例中，第一半導體裝置601、第一間隙填充材料701、第二間隙填充材料1250、以及第一支撐基板1205的頂表面在第二平坦化製程1275之後在製程變異之內為實質上共平面，其中這些頂表面可以統稱作第一平坦頂表面。在實施例中，第二平坦化製程1275可以是CMP製程、研磨製程、或類似的製程。然而，亦可利用任何合適的平坦化製程。

第13圖繪示出在第二平坦化製程1275之後，可以將第二支撐基板1300附接至第一平坦頂表面。在實施例中，第二支撐基板1300可以包含矽，諸如塊體矽。此外，在實施例中，第二支撐基板1300可以透過諸如直接接合製程（例如，第一支撐基板1205的矽、第一半導體基板603的半導體材料、及第二支撐基板1300之間的接合製程）、藉由熔合接合製程（例如，第二支撐基板1300的矽以及第一間隙填充材料701與第二間隙填充材料1250的氧化物或氮化物之間的熔合接合製程）、類似的製程、或上述之組合來附接至第一平坦頂表面。在實施例中，第一接合製程可以包含活化第一平坦頂表面以及第二支撐基板1300的接合表面的步驟。第一平坦頂表面可以利用例如乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露於惰性氣體、暴露於H ₂、暴露於N ₂、暴露於O ₂、或上述之組合來活化。然而，可以利用任何合適的活化過程。

在活化製程之後，第一平坦頂表面以及第二支撐基板1300可以使用例如化學潤洗來清洗，接著第二支撐基板1300被對準並放置為與第一平坦頂表面實體接觸。接著對第一平坦頂表面以及第二支撐基板1300進行熱處理以及接觸壓力，以將第二支撐基板1300接合至雷射晶粒1200以及第一光學裝置950。舉例來說，可以對第二支撐基板1300以及第一平坦頂表面施加約200 kPa或更小的壓力，以及施加範圍為約25℃至約250℃的溫度，以熔焊第二支撐基板1300至第一平坦頂表面。以此方式，第二支撐基板1300、雷射晶粒1200、以及第一光學裝置950形成了接合裝置。在一些實施例中，接合的結構被烘烤、退火、壓製、或以其他方式處理以加強或完成接合。

在實施例中，第二支撐基板1300可以形成至第一厚度TH ₁，第一厚度TH ₁的範圍為700毫米（mm）至1500 mm。如果第二支撐基板1300的厚度小於第一厚度TH ₁，則第二支撐基板1300可能會太薄而不能適當地接合以用於後續製程的機械處理，且太薄亦不能適當地支撐最終的光學封裝結構的長期穩定性。如果第二支撐基板1300的厚度大於第一厚度TH ₁，則第二支撐基板1300可能會太厚而不能適當地接合以用於後續製程的機械處理，且對於最終的光學封裝結構關於穿過第二支撐基板1300的光傳輸所需的功能來說亦可能太厚。

第13圖進一步繪示出在第二支撐基板1300的附接之後，可以自第一重佈結構1100移除第三基板1101。在實施例中，可以藉由第三平坦化製程1350來移除第三基板1101。在實施例中，第三平坦化製程1350可以是CMP製程、研磨製程、或類似的製程、或上述之組合。在一實施例中，藉由研磨製程移除第三基板1101的第一部分（例如，第三基板1101材料的塊體部分），且藉由CMP製程來移除第三基板1101的第二部分（例如，更受控制的移除）。然而，亦可利用任何合適的平坦化製程。在實施例中，在第三平坦化製程1350之後，露出第一重佈結構1100的導電材料。

第14圖繪示出在移除第三基板1101之後，可以形成第二重佈結構1400於露出的第一重佈結構1100上方且電性地耦合至第一重佈結構1100的導電材料。在實施例中，第二重佈結構1400包含具有第一凸塊下金屬化層（under-bump metallizations；UBMs）1403的第四金屬化層1401。在實施例中，第一外部連接器1405可以形成於第一UBMs 1403上方的第二重佈結構1400上。

在實施例中，第四金屬化層1401可以以與第一金屬化層501近似的方式以及由近似的材料所形成。在實施例中，第一外部連接器1405可以放置於第一UBMs 1403上且與第一重佈結構1100電性地連接，且可以是例如球柵陣列（ball grid array；BGA），其包含諸如焊料的共晶材料，但是亦可使用任何合適的材料。在第一外部連接器1405為焊錫凸塊或微型凸塊（micro-bumps）的實施例中，第一外部連接器1405可以使用落球（ball drop）方法（諸如直接落球製程）來形成。在另一實施例中，焊料凸塊或微型凸塊可以藉由首先透過任何合適的方法來形成錫層，諸如蒸鍍、電鍍、印刷、焊料轉移，接著執行回焊（reflow）以將材料塑型為所需的凸塊形狀。一旦形成了第一外部連接器1405，就可以執行測試以確保結構適合進一步的製程。第一重佈結構1100以及第二重佈結構1400的組合結構可以稱作第一中介物1425。在實施例中，第一中介物1425可以沒有不含塊體矽（例如，不含矽基板）且可以額外地不含貫通矽導孔（through silicon vias）（例如，不含延伸穿過塊體矽的導孔）。

在實施例中，第一中介物1425可以形成至第二厚度TH ₂，第二厚度TH ₂的範圍為10微米（μm）至150μm。如果第一中介物1425的厚度小於第二厚度TH ₂，則第一中介物1425可能會太薄而無法適當支撐接合至第一中介物1425的結構且可能不具有足夠的結構可靠性。如果第一中介物1425的厚度大於第二厚度TH ₂，則第一中介物1425可能會發生不適當的電損耗、不適當的寄生電容（parasitic capacitance）、以及不適當的資料傳輸速率。

第14圖進一步繪示出在形成第一外部連接器1405之後，支撐第一光學裝置950以及雷射晶粒1200的第一中介物1425可以以例如第一外部連接器1405來接合至封裝基板1450。在實施例中，封裝基板1450可以是封裝基板，其可以是印刷電路板（printed circuit board；PCB）或其類似物。封裝基板1450可以包含一層或多層的介電層以及電性的導電部件，諸如導線以及導孔。在一些實施例中，封裝基板1450可以包含貫通導孔、主動裝置、被動裝置、以及其類似物。封裝基板1450亦可包含形成於封裝基板1450的上表面及下表面處的導電墊。

第一外部連接器1405可以與封裝基板1450上對應的導電連接處對準。一旦對準，則可以對第一外部連接器1405進行回焊，以將封裝基板1450接合至第一中介物1425。然而，任何合適的接合製程都可以用於將第一中介物1425連接至封裝基板1450。在一些實施例中，可以沉積底部填充材料1501（未繪示於第14圖中，但繪示於第15圖中）於第一外部連接器1405與封裝基板1450之間，以在第一外部連接器1405周圍提供接點支撐。

此外，封裝基板1450可以藉由在封裝基板1450與第一中介物1425相對的一側上形成第二外部連接器1451來準備進一步放置。在實施例中，第二外部連接器1451可以使用近似於第一外部連接器1405的製程以及材料來形成。然而，亦可利用任何合適的材料以及製程。

在實施例中，第14圖額外繪示出第二支撐基板1300包含了耦合透鏡1475，其被定位為促進自光纖1477移動到例如第一光學元件203、第一金屬化層501的第二光學元件503、或第三光學元件511的光柵耦合器之內。在實施例中，耦合透鏡1475可以藉由使用遮罩以及蝕刻製程對第二支撐基板1300的材料（例如，矽）進行塑形來形成。然而，亦可利用任何合適的製程。光纖1477可以使用例如光學膠1479維持位置。在一些實施例中，光學膠1479包含諸如環氧丙烯酸酯低聚物（epoxy-acrylate oligomers）的聚合物材料，且可以具有範圍為約1至約3的折射率。然而，亦可利用任何合適的材料。

此外，儘管光纖1477被繪示為在製造製程中的此時間點被附接，但這只是為了說明的目的而不意圖作出限制。相反地，光纖1477可以在製程中的任何合適的時間點進行附接，諸如在後續封裝之後的時間點（下方將進一步描述）。可以利用任何合適的附接的時間點，且在製程中的任何時間點的所有這些附接完全意圖包含在本揭露的實施例的範圍內。

第15圖繪示出第14圖中所繪示的最終結構的替代實施例，差別在於不是將第一光學裝置950接合至第一中介物1425，而是將第二光學裝置1050接合至第一中介物1425。在此實施例中，第二平坦化製程1275平坦化了第二半導體元件1001、第二間隙填充材料1250、以及第一支撐基板1205的頂表面，其中在第二平坦化製程1275之後，這些頂表面在製程變異之內為實質上共平面，且可以統稱作第二平坦頂表面。在此實施例中，第二支撐基板1300可以以與上方關於將第二支撐基板1300接合至第一平坦頂表面所討論的近似的方式來接合至第二平坦頂表面。在此實施例中，所有其他結構以及形成這些結構的方法是以與形成第14圖所繪示的結構所討論的近似或相同的方式來執行。

第15圖繪示出沉積於第一外部連接器1405與封裝基板1450之間的可選的底部填充材料1501。底部填充材料1501可以降低應力（stress）並保護由第一外部連接器1405的回焊所產生的接點。底部填充材料1501可以在附接第一中介物1425以及封裝基板1450之後，藉由毛細管流動（capillary flow）製程來形成。

第16圖繪示出第14圖所繪示的最終結構的另一實施例，其中在將第一光學裝置950接合至第一重佈結構1100之後，第二平坦化製程1275不移除第二基板801。在此實施例中，第二平坦化製程1275平坦化了第二基板801、第二間隙填充材料1250、以及第一支撐基板1205的頂表面，其中在第二平坦化製程1275之後，這些頂表面在製程變異之內為實質上共平面，且可以統稱作第三平坦頂表面。在此實施例中，第二支撐基板1300可以以與上方關於將第二支撐基板1300接合至第一平坦頂表面所討論的近似的方式來接合至第三平坦頂表面。此外，在此實施例中，第二基板801可以作為且稱作第三支撐基板。在此實施例中，所有其他結構以及形成這些結構的方法是以與形成第14圖所繪示的結構所討論的近似或相同的方式來執行。

本揭露討論的實施例實現了多個好處。在上述實施例中，第二支撐基板1300的使用允許了從第一中介物1425移除塊體矽，從而改善與光學裝置（例如，第一光學裝置950以及第二光學裝置1050）的電性連接的接近度（proximity），以及允許了雷射晶粒1200自封裝基板1450穿過第一中介物1425。藉由以第二支撐基板1300自上方支撐光學封裝體，第一中介物1425可以薄化，無須透過第一中介物1425進行長導孔金屬路由（long via metal routing），從而大大減輕了典型的中介物中由貫通矽導孔穿過塊體矽所引起的電損耗以及寄生電容的影響。此外，這些減輕的負面影響以及改善的電子部件與功能裝置的接近度促進了改善的高速操作以及更高的資料傳輸速率。同樣地，藉由移除對穿過第一中介物1425的貫通矽導孔的需求，消除了因形成這些導孔至第一中介物1425而造成損壞的風險。此外，支撐基板（例如，第一支撐基板1305以及作為第三支撐基板的第二基板801）的使用允許了在整合到第一中介物1425上之前對光學裝置以及雷射晶粒進行單獨的最佳化。此外，藉由將功能裝置（例如，雷射晶粒1200以及光學裝置）設置於第一中介物1425與第二支撐基板1300之間並結合使用第二間隙填充材料1250來提供支撐，消除了對結構模鑄化合物（structural molding compound）的需求，以及提供更均勻的封裝結構。

根據實施例，積體電路裝置的製造方法包含形成第一重佈結構於第一矽基板上方，將光學引擎接合至第一重佈結構；將第二矽基板附接至光學引擎的頂表面，以及移除第一矽基板。在實施例中，其中移除第一矽基板的步驟包含透過研磨製程移除第一矽基板的第一部分，以及透過化學機械研磨製程移除第一矽基板的第二部分。在實施例中，更包含形成多個導電連接件耦合至第一重佈結構，以及將導電連接件附接至基板。在實施例中，更包含將雷射裝置接合至第一重佈結構，以及在將第二矽基板附接至光學引擎的步驟期間，將第二矽基板附接至雷射裝置。在實施例中，其中第一重佈結構將雷射裝置光學地耦合至光學引擎。在實施例中，更包含將光學引擎封裝至絕緣材料中，其中在附接第二矽基板的步驟之後，絕緣材料設置於第一重佈結構與第二矽基板之間。在實施例中，更包含形成透鏡於第二矽基板之內，透鏡位於光學引擎上方。

根據實施例，光學裝置，包含光學封裝體，具有第一表面及相對第一表面的第二表面，雷射晶粒封裝體，具有第三表面及相對第三表面的第四表面，其中第一表面與第三表面對準，且第二表面與第四表面對準，第一矽支撐件，附接至第二表面及第四表面兩者，以及中介物，附接至第一表面及第三表面兩者，其中中介物不含矽基板。在實施例中，其中第一表面與第三表面共平面，且第二表面與第四表面共平面。在實施例中，更包含第一絕緣材料，封裝光學封裝體及雷射晶粒封裝體兩者，其中第一絕緣材料自中介物跨越（spans）至第一矽支撐件。在實施例中，其中雷射晶粒封裝體包含雷射二極體，以及第二矽支撐件，於雷射二極體上方且與中介物相對，其中第二矽支撐件具有第四表面。在實施例中，其中光學封裝體包含光學中介物，附接至中介物，電子積體電路，接合至光學中介物且與中介物相對，第三矽支撐件，於電子積體電路上方，其中第三矽支撐件具有第四表面，以及第二絕緣材料，封裝電子積體電路，其中第二絕緣材料自光學中介物跨越至第三矽支撐件。在實施例中，其中光學封裝體包含電子積體電路，其中電子積體電路與光學封裝體具有相同寬度。在實施例中，其中第一矽支撐件具有範圍為700毫米至1500毫米的厚度。

根據實施例，積體電路裝置的製造方法包含形成第一重佈結構於第一矽基板上方，將光學封裝體接合至第一重佈結構，將雷射晶粒接合至第一重佈結構，將光學封裝體及雷射晶粒封裝至絕緣材料中，平坦化絕緣材料、光學封裝體、及雷射晶粒且形成平坦表面，將第二矽基板附接至平坦表面，以及移除第一矽基板。在實施例中，其中移除第一矽基板的步驟包含透過研磨製程移除第一矽基板的第一部分，以及透過化學機械研磨製程移除第一矽基板的第二部分。在實施例中，更包含形成光學透鏡於光學封裝體上方的第二矽基板之內，以及將光纖相鄰附接至光學透鏡。在實施例中，更包含在移除第一矽基板之後，形成第二重佈結構於第一重佈結構上方。在實施例中，其中第一重佈結構以及第二重佈結構兩者皆不含矽基板。在實施例中，更包含形成多個微型凸塊於第二重佈結構的多個導電部件上，將微型凸塊接合至基板，以及形成外部連接件（external connectors）於基板與微型凸塊相對的相對側面上。

以上概述數個實施例之特徵，以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本發明實施例的觀點。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可輕易地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及∕或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解，此類等效的結構並無悖離本發明的精神與範圍，且可以在不違背本發明之精神和範圍下，做各式各樣的改變、取代、以及替換。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。

100:光學中介物

101:第一基板

103:第一絕緣體層

105:材料層

201:第一主動層

203:第一光學元件

301:半導體材料

401:第二絕緣層

501:第一金屬化層

503:第二光學元件

505:第一接合層

507:第一接合墊

509:第一介電材料

511:第三光學元件

601:第一半導體裝置

603:第一半導體基板

605:第一主動裝置層

607:第一互連結構

609:第二接合層

611:第二接合墊

701:第一間隙填充材料

750:第一平坦化製程

800:第二主動層

801:第二基板

803:第四光學元件

900:第三接合層

901:第三接合墊

903:貫通裝置導孔

950:第一光學裝置

1001:第二半導體裝置

1025:單粒化製程

1050:第二光學裝置

1100:第一重佈結構

1101:第三基板

1125:第三金屬化層

1150:第四接合層

1151:第四接合墊

1175:第五光學元件

1200:雷射晶粒

1201:雷射二極體

1203:第五接合墊

1205:第一支撐基板

1250:第二間隙填充材料

1275:第二平坦化製程

1300:第二支撐基板

1350:第三平坦化製程

1400:第二重佈結構

1401:第四金屬化層

1403:第一凸塊下金屬化層

1405:第一外部連接器

1425:第一中介物

1450:封裝基板

1451:第二外部連接器

1475:耦合透鏡

1477:光纖

1479:光學膠

1501:底部填充材料

TH₁:第一厚度

TH₂:第二厚度

由以下的詳細敘述配合所附圖式，可最好地理解本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用於說明。事實上，可任意地放大或縮小各種元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例之特徵。第1圖至第9圖是根據一些實施例，繪示出包含光子積體電路上方單粒化的電子積體電路的第一光學裝置的形成。第10圖是根據一些實施例，繪示出具有在晶圓尺度接合以及單粒化以形成個別的光學裝置的電子積體電路及光子積體電路的第二光學裝置。第11圖是根據一些實施例，繪示出光學封裝體中介物的第一重佈結構的形成。第12圖至第14圖是根據一些實施例，繪示出具有頂部支撐結構及薄化的光學封裝體中介物的第一光學封裝體的形成。第15圖是根據一些實施例，繪示出具有頂部支撐結構及薄化的光學封裝體中介物的第一光學封裝體的實施例，其為使用晶圓形成製程形成第一光學封裝體的光學裝置。第16圖是根據一些實施例，繪示出具有頂部支撐結構及薄化的光學封裝體中介物的第一光學封裝體的實施例，其在第一光學封裝體之內具有位於光學裝置上方的額外支撐結構。