一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，包括襯底；基于所述襯底制作的包含石墨烯光電器件的基片；一片或多片電路芯片貼合于所述基片上；所述基片與所述電路芯片電性互聯，并能將基片中傳輸的光信號轉換成電信號傳輸至電路芯片，同時接收電路芯片傳輸過來的電信號，轉換成光信號后繼續在基片中進行傳輸。本實用新型采用石墨烯光電器件與現有的常規集成電路工藝基本兼容，利用現有的常規集成電路工藝就可以結合大規模集成電路芯片，進行比較完整的、低成本、兼容性好的光電集成。同時，石墨烯光電器件具有實現更高光電性能的潛力。
【專利說明】
一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種光電集成電路，更具體地，涉及一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路。
【背景技術】
[0002]隨著大規模集成電路技術的發展，器件特征尺寸不斷減小，集成規模越來越大，信息處理能力不斷增強，以至于我們可以在單個芯片上實現更多功能，形成所謂片上系統(System on a Chip，SoC)。伴隨SoC的發展，與之緊密相光的片上和片間互聯成為整個電子系統的關鍵組成部分。雖然互聯速度隨著集成電路技術的發展也得到極大提高，但與之相關的成本，諸如芯片面積、能量消耗等，也已經相當可觀，使得電互聯已經成為進一步提高整個電子系統性能的瓶頸。在另一方面，光互聯具有功耗低、速度快、不受電磁干擾等優點，使其有望成為電互聯的替代。典型的光互聯包括發送端的光調制、接收端的光探測，以及發送端與接收端之間的光傳輸(通過波導、光纖等光媒體)。因此，實現包含光電轉換和光傳輸媒體等的光互聯與SoC芯片的融合與集成，具有非常重要的意義。
[0003]光電集成主要有單片集成與混合集成兩種方式。對于單片集成，一方面，主流的集成電路工藝仍缺少對光電集成的工藝支持，另一方面，基于光電絕緣體上硅(Silicon-on-1nsulator，S0I)工藝的單片光電集成因兼容性問題仍然局限于小規模電路。混合集成是目前相對比較可行的光電集成方式。然而，實際的混合集成方案其光電部分的制作基本上都采用的是光電SOI工藝，由于光電SOI工藝流程復雜、成本過高，使得現有的混合集成方案都面臨成本和應用前景問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種光電集成方法，在現有的、成熟的、主流的集成電路技術和微電子技術的基礎上，通過引入石墨烯光電器件，形成比較完整的光互聯功能，進一步與大規模集成電路SoC整合，形成光電集成。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:
[0006]—種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，包括:襯底;基于所述襯底制作的包含石墨烯光電器件的基片；一片或多片電路芯片貼合于所述基片上;所述基片與所述電路芯片電性互聯，并能將基片中傳輸的光信號轉換成電信號傳輸至電路芯片，同時接收電路芯片傳輸過來的電信號，轉換成光信號后繼續在基片中進行傳輸。
[0007]進一步的，所述襯底為半導體材料、玻璃、金屬或塑料。
[0008]進一步的，所述基片包含襯底以及形成于襯底上的光器件層。
[0009]進一步的，所述基片包含襯底、形成于襯底上的互聯層以及形成于互聯層上的光器件層，所述互聯層與光器件層電性互聯，并能與電路芯片電性互聯。
[0010]進一步的，所述互聯層為一層或多層結構，每層含有一條或多條導電線，上下層之間通過導電孔連接。[0011 ]進一步的，所述光器件層含有光波導和基于光波導的光電器件。
[0012]進一步的，所述光波導材料為單晶硅、多晶硅、氫化非晶硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0013]進一步的，所述電路芯片與所述基片采用面對面的形式進行貼合。
[0014]進一步的，所述電路芯片與所述基片通過微熔球方式進行貼合。
[0015]進一步的，還包括一個或多個分立式光電器件貼合于所述基片上，并與所述基片上的光波導形成光親合。
[0016]本實用新型的優點在于:所述石墨烯光電器件與現有的常規集成電路工藝基本兼容，也就是說，利用現有的常規集成電路工藝，就可以結合大規模集成電路SoC，進行比較完整的、低成本、兼容性好的光電集成。同時，石墨烯光電器件具有實現更高光電性能的潛力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一較佳實施例的制造過程結構示意圖，所示為在襯底上形成介質層。
[0018]圖2為本實用新型一較佳實施例的制造過程結構示意圖，所示為在介質層上制作包含石墨烯光電器件的光器件層，形成基片。
[0019]圖3為本實用新型一較佳實施例的制造過程結構示意圖，所示為電路芯片與基片進行貼合。
[0020]圖4為本實用新型一較佳實施例的制造過程結構示意圖，所示為完成制造過程后的結構。
[0021]圖5為本實用新型一種采用更復雜基片的光電集成實施例結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明，通過參考下文的描述，將獲得對本實用新型的更完整的理解。
[0023]圖1-4是根據本實用新型的一個較佳實施例的制造過程結構示意圖。
[0024]首先，如圖1所示，提供襯底101，并在襯底101上生長一定厚度的諸如氧化物(如氧化娃等)的介質材料1 7。
[0025]所述襯底101可以為半導體材料(如硅等)、玻璃、金屬和塑料。
[0026]然后，如圖2所示，制作包含石墨烯光電器件201的光器件層101。具體步驟如下:對第一步所生長的介質材料107進行平坦化處理以保證后續制作的光波導204有比較平整的下表面;在介質材料107表面上形成所需厚度的光波導材料，并進行光刻和刻蝕得到光波導204;再次生長一定厚度的介質材料107，并再次進行平坦化處理，以形成比較平坦的光波導204上表面;采用轉移的方式，在所述光波導204之上放置石墨烯材料203，并進行光刻和刻蝕得到所需的圖形。對于采用兩層或多層石墨烯材料的光電器件，需要生長一定厚度的介質材料，然后放置石墨烯材料203，并進行光刻和刻蝕形成所需的圖形;采用蒸發、沉積或濺射等方式生長所需厚度的金屬材料105，通過剝離或刻蝕等方式，一方面形成與石墨烯材料的接觸，另一方面形成其他所需金屬圖形。
[0027]所述光波導材料可以為單晶硅、多晶硅、氫化非晶硅、氮化硅或氮氧化硅等。所述石墨烯材料可以是通過機械剝離、化學沉積或生長的若干工藝來制造。圖中所述的光波導和石墨烯器件結構，以及制造石墨烯光電器件所涉及工藝步驟，僅用于幫助理解本實用新型的內容，并不是對光波導和石墨烯器件結構，以及所涉及制造工藝步驟的具體限定。
[0028]所述光器件層103制作完成之后形成基片100。
[0029]最后，如圖3所示，電路芯片401與所述基片100采用面對面的方式進行貼合，圖中所示為采用微熔球301的貼合方式。在更為復雜的實施例中，可進一步增加諸如微型激光器的分立式光電器件501米用諸如綁定的方式與基片貼合，分立式光電器件501與光波導204形成光耦合，由此構成功能更為完善、集成度更高的系統。
[0030]圖4所示為完成制造過程后的總體結構。
[0031]圖5所示為一種采用更為復雜的基片結構的實施例結構示意圖。基片的制造方法為:提供襯底101，并在襯底101上生長一定厚度的介質材料107;制作互聯層102，所述互聯層102為單層或多層結構，每層含一條或多條金屬線105，上層與下層金屬線之間通過介質材料107進行隔離，并通過導電孔106形成連接。所述互聯層102的作用在于:可以提供更為復雜的電路芯片401之間的電互聯;繼續在互聯層102上生長一定厚度的介質材料107，并進行光器件層103的制作流程，在生長金屬材料105之前，需制作連接互聯層102最上層金屬的導電孔106;所述光器件層103制作完成之后形成基片100。電路芯片401、分立式光電器件501與基片100的貼合方式與圖3所示類似。
[0032]以上所描述的實施例僅用于幫助理解本實用新型的內容，但并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，包括: 襯底； 基于所述襯底制作的包含石墨烯光電器件的基片； 一片或多片電路芯片貼合于所述基片上； 所述基片與所述電路芯片電性互聯，并能將基片中傳輸的光信號轉換成電信號傳輸至電路芯片，同時接收電路芯片傳輸過來的電信號，轉換成光信號后繼續在基片中進行傳輸。2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述襯底為半導體材料、玻璃、金屬或塑料。3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述基片包含襯底以及形成于襯底上的光器件層。4.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述基片包含襯底、形成于襯底上的互聯層以及形成于互聯層上的光器件層，所述互聯層與光器件層電性互聯，并能與電路芯片電性互聯。5.根據權利要求4所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述互聯層為一層或多層結構，每層含有一條或多條導電線，上下層之間通過導電孔連接。6.根據權利要求3-5中任意一項所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述光器件層含有光波導和基于光波導的光電器件。7.根據權利要求6所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述光波導材料為單晶硅、多晶硅、氫化非晶硅、氮化硅或氮氧化硅。8.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述電路芯片與所述基片采用面對面的形式進行貼合。9.根據權利要求8所述的一種基于石墨烯光電器件的光電集成電路，其特征在于，所述電路芯片與所述基片通過微熔球方式進行貼合。10.根據權利要求1，2，6-8中任一項所述的基于石墨烯光電器件的光電集成電路，進一步包括:一個或多個分立式光電器件貼合于所述基片上，并與所述基片上的光波導形成光規A柄口 O
【文檔編號】H01L23/522GK205670200SQ201620502280
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】鄒望輝, 曾云
【申請人】湖南大學