一种适用于高速激光器芯片封装的硅基板的制作方法

1.本技术属于光电子器件技术领域，具体涉及一种适用于高速激光器芯片封装的硅基板。


背景技术：

2.在光纤通信技术中，主要采用半导体激光器作为信号源。随着激光器芯片制备技术的不断完善，不但激光器芯片的成本大大降低，而且单个激光器芯片的调制频率也已达到10ghz甚至几十ghz。目前制约信号源特性和成本的关键因素主要在于封装技术。在封装工艺中，封装基板要给激光器提供高频信号。为了满足高频传输和信号的耦合，去耦等功能，电路要匹配电容，电阻，电感等器件，硅基非常适合电阻电容等元件的集成，也可形成共面波导。
3.普通的硅半导体衬底，由于在高频条件下的漏电损耗和电磁耦合损耗，不能直接在上面制作微波传输共面波导。针对这一问题，目前主要有以下两种解决方法：第一种方法是采用高阻硅，例如(ieeetrans.microwave theory tech.，ovol.43，p.705，apr.1995.)所介绍的方法，高阻硅的电阻率要求高于2500ωωcm.在这种高阻硅上可以直接制作微波传输共面波导。但高阻硅的成本很高，与大规模低成本生产的初衷不符；第二种方法是在硅衬底上生长一层十几微米厚的sio2绝缘介质材料，再在这层厚的sio2介质上制作微波传输共面波导(ieee phtonics technology letters，vol.9，no.3，p.306，march 1997)。由于在共面波导与硅衬底之间加入了十几微米厚的sio2绝缘层，从而大大减少了微波传输损耗；但在硅的表面生长致密的厚sio2介质层需要很长的时间或需采用昂贵的先进设备，此外，厚sio2热导率差，不利于激光器芯片散热。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的缺点或不足，本技术要解决的技术问题是提供一种适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其可支持50ghz以上的信号传输。
5.为解决上述技术问题，本技术通过以下技术方案来实现：
6.本技术提出了一种适用于高速激光器芯片封装的硅基板，包括：硅衬底，在所述硅衬底的表面设有共面波导结构，在所述硅衬底的信号线两侧的接地金属区还分布有通孔；在所述硅衬底的背面设有金属接地层，其中，所述接地金属区与所述金属接地层连接；所述硅衬底的背面还贴合有低阻硅片。
7.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述硅衬底的厚度为100～500um之间。
8.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述共面波导结构采用钛、金、铝、铜、银或铂制成；和/或，所述共面波导结构的厚度在0.1～2μm。
9.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述接地金属区采用钛、金、铝、铜、银或铂制成；和/或，所述接地金属区的厚度在0.1～2μm。
10.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述金属接地层采用钛、铜、铝、银或锡制成。
11.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述通孔内填充有第一导电材料，其中，所述第一导电材料包括：钛、金、铜或铝。
12.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，在所述通孔的侧壁还设有一层二氧化硅，所述二氧化硅的厚度范围0.1～1μm。
13.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，在所述硅衬底和所述金属接地层之间还设有一层二氧化硅，所述二氧化硅的厚度范围0.1～1μm。
14.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述硅衬底的背面通过第二导电材料贴合所述低阻硅片，所述第二导电材料包括金-锡、铜-锡或银-锡共晶薄膜。
15.可选地，上述的适用于高速激光器芯片封装的硅基板，其中，所述低阻硅片的厚度为100～500um。
16.与现有技术相比，本技术具有如下技术效果：
17.与现有技术相比，本技术避免了千欧级别的高阻硅，当高频传输要求衬底厚度小于200微米时，为了避免基板太薄易碎，本技术采用了背面低阻硅片贴装，下部低阻硅片与上部硅衬底背面接地金属区电学导通，成为共同的接地部分；保证了足够的机械强度，同时也有良好的接地电学特性。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1：本技术一实施例适用于高速激光器芯片封装的硅基板的俯视图；
20.图2：本技术一实施例适用于高速激光器芯片封装的硅基板的剖视图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.如图1和图2所示，在本技术的其中一个实施例中，一种适用于高速激光器芯片封装的硅基板，包括：硅衬底1，在所述硅衬底1的表面设有共面波导结构3，在所述硅衬底1的信号线两侧的接地金属区还分布有通孔2；在所述硅衬底1的背面设有金属接地层，其中，所述接地金属区与所述金属接地层连接；所述硅衬底1的背面还贴合有低阻硅片5。本实施例采用了背面低阻硅片5贴装，下部低阻硅片5与上部硅衬底1背面接地金属区电学导通，成为共同的接地部分；保证了足够的机械强度，同时也有良好的接地电学特性；本实施例可以支持50ghz以上的信号传输。
23.其中，在本实施例中，所述硅衬底1的厚度为100～500um之间。进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为100～450um之间；进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为150～450um之间；
进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为150～400um之间；进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为200～400um之间；进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为200～350um之间；进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为250～350um之间；进一步优选地，所述硅衬底1的厚度为250～300um之间。
24.进一步地，所述硅衬底1的阻值在200ω.cm以上。
25.在本实施例中，所述共面波导结构3采用钛、金、铝、铜、银或铂中的一种或多种制成。
26.其中，所述共面波导结构3的厚度在0.1～2μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.2～1.9μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.3～1.8μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.4～1.6μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.5～1.5μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.6～1.4μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.7～1.3μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.8～1.2μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.9～1.1μm；进一步优选地，所述共面波导结构3的厚度在0.9～1.0μm。
27.所述接地金属区采用钛、金、铝、铜、银或铂中的一种或多种制成。
28.其中，所述接地金属区的厚度在0.1～2μm，进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.2～1.9μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.3～1.8μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.4～1.6μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.5～1.5μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.6～1.4μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.7～1.3μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.8～1.2μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.9～1.1μm；进一步优选地，所述接地金属区的厚度在0.9～1.0μm。
29.在本实施例中，所述金属接地层采用钛、铜、铝、银或锡中的一种或多种制成。
30.所述通孔2内填充有第一导电材料，其中，所述第一导电材料包括：钛、金、铜或铝中的一种或多种组合。通过所述第一导电材料，实现所述接地金属区与所述金属接地层导电连通。
31.还需要说明地是，所述述通孔2的分布与数量与孔径根据产品需求优化得出。
32.在所述通孔2的侧壁还设有一层二氧化硅，所述二氧化硅的厚度范围0.1～1μm。进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.2～0.8μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.3～0.7μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.4～0.6μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.4～0.5μm。
33.在所述硅衬底1和所述金属接地层之间还设有一层二氧化硅，所述二氧化硅的厚度范围0.1～1μm。进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.2～0.8μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.3～0.7μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.4～0.6μm；进一步优选地，所述二氧化硅的厚度范围0.4～0.5μm。
34.所述硅衬底1的背面通过第二导电材料4贴合所述低阻硅片5，所述第二导电材料4包括金-锡、铜-锡或银-锡共晶薄膜。
35.所述低阻硅片5的厚度为100～500um。进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为100～450um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为150～450um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为150～400um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为200～
400um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为200～350um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为250～350um之间；进一步优选地，所述低阻硅片5的厚度为250～300um之间。其中，当所述阻值200ω.cm以上的硅衬底1厚度低于200微米时，背面低阻硅片5起到支撑件的作用。
36.在本实施例中，所述低阻硅片5的阻值在1ω.cm以下。
37.其中，在本实施例的正面可以贴装或者用薄膜集成电容，电阻等器件。
38.通过该结构，优化上部硅衬底1的阻值，共面波导结构3，上部硅衬底1的厚度，可以得到大于50g赫兹的微波波导结构。
39.本实施例的其中一种制作方法如下所示。
40.采用一300ω.cm的硅衬底1，首先刻蚀通孔2，通孔2深度为200微米，刻蚀完长2000埃米的二氧化硅。然后背面减薄至200微米，至通孔2背面露出。然后背面溅射和电镀铜层，厚度为10微米。再蒸镀1um锡层。同时采用阻值为0.01ω.cm的低阻硅片5，厚度为300微米，表面蒸镀铜。用键合方式与通孔2衬底贴合在一起。
41.基于此基片结构，采用经典电磁场理论计算，可以优化出50g赫兹，损耗小于1.5db的传输线。
42.键合后的衬底，用掩模的方式在正面制作共面波导，包括传输线，采用ti/ni/au结构，厚度为100/1000/10000埃米；并且，可同时在正面制作出氮化钽薄膜电阻。
43.与现有技术相比，本技术避免了千欧级别的高阻硅，当高频传输要求衬底厚度小于200微米时，为了避免基板太薄易碎，本技术采用了背面低阻硅片5贴装，下部低阻硅片5与上部硅衬底1背面接地金属区电学导通，成为共同的接地部分；保证了足够的机械强度，同时也有良好的接地电学特性。
44.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
45.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
47.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本技术进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本技术的权利要求范围内。