DE-102025133804-A1 - CO-GEPACKTE OPTISCHE SYSTEME, DIE OPTISCHE ENGINES AUFWEISEN, UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DAVON

Abstract

Optische Engines und Verfahren zum Fertigen optischer Engines. In Ausführungsformen weist die optische Engine ein Siliziumsubstrat und eine Photonikkomponente auf, die auf dem Siliziumsubstrat montiert ist. Die Photonikkomponente weist einen Randkoppler und eine Kopplungsgrenzfläche auf, die eingerichtet ist, an eine oder mehrere externe optische Komponenten angebunden zu werden. Der Randkoppler weist einen Photonikkomponentenrand an der Kopplungsgrenzfläche auf. Das Siliziumsubstrat weist einen Substratkopplungsrand an der Kopplungsgrenzfläche auf. Der Photonikkomponentenrand ragt über den Substratkopplungsrand an der Kopplungsgrenzfläche hinaus.

Inventors

• WEI-KANG LIU
• Cheng-Tse Tang
• Hau-yan Lu
• Chung-Heng Chen
• I-Chun WANG
• Tsung-Hsueh Yang
• Lee-Chuan Tseng

Assignees

• TAIWAN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING CO., LTD.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250825

Priority Date

20241104

Claims (20)

1. Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterpackage, wobei das Verfahren umfasst: Montieren einer Photonikkomponente auf einem Siliziumsubstrat, wobei: die Photonikkomponente einen Randkoppler und eine Kopplungsgrenzfläche aufweist, die eingerichtet ist, an eine externe optische Komponente angebunden zu werden; der Randkoppler einen ersten Rand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist; und das Siliziumsubstrat einen zweiten Rand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist; und Entfernen eines Abschnitts des Siliziumsubstrats, sodass der erste Rand über den zweiten Rand an der Kopplungsgrenzfläche hinausragt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , das Durchführen einer Facettenätzung und Ätzen des Siliziumsubstrats umfasst, um eine Vertiefung in dem Siliziumsubstrat unter dem ersten Rand zu schaffen.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei Ätzen des Siliziumsubstrats Hinterschneiden des Siliziumsubstrats unter Verwendung von Schwefelhexafluorid umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei Hinterschneiden des Siliziumsubstrats unter Verwendung von Schwefelhexafluorid eine halbkreisförmige Kerbe in dem Siliziumsubstrat unterhalb des ersten Rands bildet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei Ätzen des Siliziumsubstrats, um die Vertiefung in dem Siliziumsubstrat unter dem ersten Rand zu bilden, Hinterschneiden des Siliziumsubstrats unter Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxid umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , das Vereinzeln des Siliziumsubstrats umfasst, um einen Abschnitt des Siliziumsubstrats zu entfernen durch: Bilden mindestens eines Ritzgrabens auf dem Siliziumsubstrat unter Verwendung eines Lasers; und Spalten des Siliziumsubstrats entlang des Ritzgrabens, um den Abschnitt des Siliziumsubstrats zu entfernen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei Entfernen des Abschnitts des Siliziumsubstrats Durchführen einer Laservereinzelung umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , das Montieren einer elektronischen IC auf dem Siliziumsubstrat neben der Photonikkomponente umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , das Montieren einer elektronischen IC auf der Oberseite der Photonikkomponente umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei der Randkoppler einen Punktgrößenwandler (SSC, Spot Size Converter), eine vergrabene Oxidschicht und Ummantelung aufweist.
11. Halbleiterpackage, aufweisend: ein Siliziumsubstrat; und eine Photonikkomponente, die auf dem Siliziumsubstrat montiert ist, wobei: die Photonikkomponente einen Randkoppler und eine Kopplungsgrenzfläche aufweist, die eingerichtet ist, an eine oder mehrere externe optische Komponenten angebunden zu werden; der Randkoppler einen Photonikkomponentenrand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist; das Siliziumsubstrat einen Substratkopplungsrand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist; der Photonikkomponentenrand über den Substratkopplungsrand an der Kopplungsgrenzfläche hinausragt; und eine Form des Siliziumsubstrats eine halbkreisförmige Kerbe unterhalb des Photonikkomponentenrands aufweist; und einen leitfähigen Anschluss, der eine elektrische Verbindung für eine Masse- oder Leistungsversorgungsspannung zwischen dem Halbleiterpackage und einer externen Komponente bereitstellt, wobei der leitfähige Anschluss eine Lötregion und eine Region einer intermetallischen Verbindung (IMC, Intermetallic Compound) aufweist.
12. Halbleiterpackage nach Anspruch 11 , wobei sich die Kopplungsgrenzfläche entlang einer Kopplungsebene erstreckt, der Substratkopplungsrand einen Vertiefungsabschnitt, der von der Kopplungsebene um eine erste vorbestimmte Distanz ungleich null beabstandet ist, und einen Endabschnitt, der von der Kopplungsebene um eine zweite vorbestimmte Distanz ungleich null beabstandet ist, aufweist, und die erste und zweite vorbestimmte Distanz ungleich null unterschiedlich sind.
13. Halbleiterpackage nach Anspruch 12 , wobei der Randkoppler einen Punktgrößenwandler (SSC), eine vergrabene Oxidschicht und Ummantelung aufweist.
14. Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 11 bis 13 , das eine elektronische IC aufweist, die auf dem Siliziumsubstrat neben der Photonikkomponente montiert ist.
15. Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 11 bis 14 , das eine elektronische IC aufweist, die auf der Oberseite der Photonikkomponente montiert ist.
16. Photonisches Halbleiterpackage, aufweisend: ein Siliziumsubstrat; und eine Photonikkomponente, die auf dem Siliziumsubstrat montiert ist, wobei die Photonikkomponente einen Randkoppler und eine Kopplungsgrenzfläche aufweist, die eingerichtet ist, an eine oder mehrere externe optische Komponenten angebunden zu werden, wobei der Randkoppler einen Photonikkomponentenrand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist, wobei das Siliziumsubstrat einen Substratrand an der Kopplungsgrenzfläche aufweist, wobei, aus einer Draufsicht des photonischen Halbleiterpackage, der Randkoppler sich entlang einer Richtung von einer Position über dem Siliziumsubstrat zu einer Position über den Substratrand hinaus erstreckt, und wobei die Breite des Randkopplers allmählich entlang der Richtung abnimmt.
17. Photonisches Halbleiterpackage nach Anspruch 16 , das eine elektronisches IC-Hybrid aufweist, das an eine Oberseite der Photonikkomponente gebondet ist.
18. Photonisches Halbleiterpackage nach Anspruch 17 , wobei die Photonikkomponente eine oder mehrere Siliziumdurchkontaktierungen (TSVs, Through-Silicon Vias) aufweist, die elektrisch einen oder mehrere Transistoren der elektronischen IC mit einer externen Komponente verbinden.
19. Photonisches Halbleiterpackage nach Anspruch 18 , wobei die Photonikkomponente eine oder mehrere Interconnect-Strukturen aufweist, die die TSVs mit einem oder mehreren leitfähigen Pads verbinden.
20. Photonisches Halbleiterpackage nach Anspruch 19 , wobei die Photonikkomponente einen oder mehrere leitfähige Anschlüsse über den leitfähigen Pads aufweist.

Description

HINTERGRUND Siliziumphotoniktechnologie kann für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung und optische Kommunikationssystem nützlich sein. Eine der Komponenten in einigen dieser optischen Kommunikationssysteme ist der Randkoppler, der die effiziente Übermittelung optischer Signale zwischen Siliziumphotonikbauelemente des optischen Kommunikationssystems und externen optischen Elementen erleichtert. Diese externen Elemente weisen für gewöhnlich zum Beispiel eine Faserarrayeinheit (FAU, Fiber Array Unit) oder eine Mikrooptiklinse auf, die zum Leiten und Fokussieren der optischen Signale in und aus dem Siliziumphotonikchip verwendet werden kann. Die Integration eines effektiven Randkopplers kann dabei helfen, Kopplungsverluste zu minimieren und Hochleistungsbetrieb des gesamten optischen Kommunikationssystems sicherzustellen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.1A - 1G veranschaulichen ein beispielhaftes co-gepacktes optisches System, das eine optische Engine einer Ausführungsform aufweist.2A - 2B sind vertikale Querschnittansichten einer Konfiguration einer alternativen Ausführungsform für die optische Engine.3A - 3E veranschaulichen verschiedene Zwischenstrukturen, die in einem Ausführungsformprozess zur Fertigung einer optischen Engine, die einen Randkoppler aufweisen kann, gebildet und verwendet werden können.4A - 4E veranschaulichen verschiedene Zwischenstrukturen, die in einem Ausführungsformprozess zur Fertigung einer optischen Engine, die einen Randkoppler mit einem Punktgrößenwandler aus Siliziumnitrid (SiN) aufweist, gebildet und verwendet werden können.5A - 5D veranschaulichen verschiedene Zwischenstrukturen, die in einem anderen Ausführungsformprozess zur Fertigung einer optischen Engine, die einen Randkoppler aufweist, gebildet und verwendet werden können.6A - 6D veranschaulichen verschiedene Zwischenstrukturen, die in einem anderen Ausführungsformprozess zur Fertigung einer optischen Engine, die einen Randkoppler aufweist, gebildet und verwendet werden können.7A - 7D veranschaulichen Elemente einer optischen Engine einer Ausführungsform nach Entfernen einer Siliziumkante.8A - 8B veranschaulichen verschiedene Zwischenstrukturen, die in einem Ausführungsformprozess zum Ausrichten eines Randkopplers mit einer beispielhaften optischen Komponente gebildet und verwendet werden können.9 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsformverfahrens zur Fertigung einer optischen Engine. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich bloß Beispiele und nicht beabsichtigt begrenzend zu sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Strukturelement in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Strukturelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Strukturelement gebildet sein können, sodass das erste und das zweite Strukturelement nicht in direktem Kontakt sein könnten. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Referenznummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Klarheit und gibt selbst keine Beziehung zwischen den unterschiedlichen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor. Weiter können räumlich relative Ausdrücke wie „unterliegend“, „unterhalb“, „unter“, „überliegend“, „ober“ und dergleichen hierin zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu (einem) anderen Element(en) oder Strukturelement(en) wie in den Figuren veranschaulicht zu beschreiben. Die räumlich relativen Ausdrücke sind beabsichtigt, verschiedene Ausrichtungen des Bauelements in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung zu umschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder bei anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungsausdrücke können ebenso entsprechend ausgelegt werden. Außer es wird ausdrücklich anderes vorgegeben, wird von jedem Element, das dasselbe Bezugszeichen aufweist, angenommen, dieselbe Materialzusammensetzung aufzuweisen und eine Dicke innerhalb eine