专利名称：具有45度旋转反射镜的硅光学封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有45度旋转反射镜的硅光学封装。
背景技术：
对于远程通信方面的远距离的市场，使用了发射长的波长的激光器。这些激光器典型地发射平行于晶片的光(即它们是边缘发射激光器)。当将一边缘发射激光器插入光学封装时，期望该光垂直于该封装而出射。典型地，采用一45度旋转反射镜来旋转该光线垂直于该封装。由于边缘发射激光器具有大的发散角(根据轴而定为30-70度)，因此将旋转反射镜邻近边缘发射激光器设置，以便最小化反射镜和任意随后的透镜的尺寸。
发明内容
本发明的一个实施例中，一光学封装包括一底座(sub-mount)、一装配在该底座上的边缘发射激光器、一邻近该边缘发射激光器装配在该底座上的准直球透镜、一邻近该准直球透镜装配在该底座上的反射镜。该底座由一下晶片组成。一盖子结合至该底座以形成激光器封装。该盖子由结合至上晶片的中间晶片组成。该中间晶片限定一开口以便容纳边缘发射激光器、准直球透镜和反射镜。该开口由垂直侧壁来限定。上晶片还包括一在反射镜上方的透镜。
图1至10示出了本发明的一个实施例中密封光学封装的构成方法。
图11至13示出了本发明的另一个实施例中密封光学封装的构成方法。
图14至19示出了本发明的另一个实施例中非密封光学封装的构成方法。
图20至22示出了本发明的另一个实施例中非密封光学封装的构成方法。
图23至31J示出了本发明的另一个实施例中非密封光学封装的构成方法。
图32至36N示出了本发明的另一个实施例中密封光学封装的构成方法。
图37至42示出了本发明的另一个实施例中非密封光学封装的形成方法。
在不同附图中相同参考数字的使用表示相似的或相同的元件。
具体实施例方式
图1至10示出了本发明的一个实施例中密封光学封装800(图10)的构成方法。
图1中，提供了上部的底座晶片102。晶片102是一离轴切削硅片，其具有从晶片102的上表面107偏移9.7度取向的<100>平面。晶片102具有大约500微米(μm)的厚度。将晶片102的下表面105各向异性地蚀刻以形成腔104。
在一个实施例中，下表面105的各向异性蚀刻采用由下表面105上的氧化层和氧化层上的氮化层组成的氮化氧化掩模。该氧化层在蒸汽中热生长，而氮化层通过低压化学气相沉积(LPCVD)而沉积。利用光致抗蚀剂，将氮化层干蚀刻(例如，等离子蚀刻)，以暴露将形成图案的氧化层的一区域。将氮化层用作蚀刻掩模，用氢氟酸(HF)溶液将氧化层湿蚀刻，以暴露将被各向异性蚀刻的下表面105上的一区域。利用一溶液来各向异性蚀刻下表面105以形成腔104，该溶液例如氢氧化钾(KOH)。
由于晶片102具有从上表面107偏移9.7度取向的<100>平面，因此腔104具有沿着硅衬底的<111>平面形成的成角度的侧壁106和108。成角度的侧壁106从下表面105偏移115.6度而取向，而成角度的侧壁108从下表面105偏移135度而取向。
图2中，氧化层110形成在晶片102的下表面105和腔104上面。在一个实施例中，氧化层110是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约2,500埃()的厚度。
其次，提供了下部底座晶片202。在一个实施例中，晶片202是标准的<100>切削硅片并具有500μm的厚度。氧化层204形成在晶片202的上表面205的上面。在一个实施例中，氧化层204是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约2,500的厚度。晶片102和202然后通过熔焊而接合。
图3中，晶片102的上表面107向下各向异性蚀刻至腔104以形成腔112。在一个实施例中，上表面107利用氮化氧化掩模用例如KOH的溶液来各向异性蚀刻以形成腔112。反过来参考图2，虚线113和115示出了通过晶片102的预定的蚀刻。
反过来参考图3，腔112至少通过一楔形的侧壁114和一成角度的侧壁118限定。楔形的侧壁114由一当前蚀刻的成角度的上部116和一图1中先前蚀刻的成角度的下部106组成。由于晶片102具有从晶片102的上表面107偏移9.7度取向的<100>平面，因此上部116和成角度的侧壁118沿着硅衬底的<111>平面形成。上部116从上表面107偏移135度而取向，而成角度的侧壁118从上表面107偏移115.6度而取向。
上部116优选具有光滑表面，因为其将被用于形成45度旋转反射镜。然而，在除去用于形成腔112的氮化氧化掩模中的氮化层期间可使上部116粗糙。因此，在蚀刻腔112之后氧化层可热生长在上部116上面。氮化氧化掩模中的氮化层用干蚀刻(例如，等离子蚀刻)来除去，同时氧化层保护晶片102，该晶片102包括上部116。氧化层然后通过湿蚀刻(例如，HF湿蚀刻)来除去。
图4A中，氧化层120形成在侧壁114和118上面，并位于上表面205的暴露部分上形成。氧化层120用于绝缘过后形成的各个组成部分。在一个实施例中，氧化层120是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有至少2,500的厚度。
接触垫124、接触垫125、迹线126和迹线127在氧化层120上形成。在一个实施例中，接触垫和迹线如下地形成。在氧化层120上蒸发铬-金-铬(CrAuCr)金属化。将光致抗蚀剂电镀或喷雾在CrAuCr金属化中的上Cr层。然后将该光致抗蚀剂曝光或显影。利用形成图案的光致抗蚀剂，将CrAuCr金属化湿蚀刻以形成接触垫124、接触垫125、迹线126和迹线127。为了清楚起见，CrAuCr金属化示出为单层。
迹线126和127是三维结构，从上表面205起始，延伸到腔112的侧壁(例如，侧壁118)，并终止于晶片102的上表面107。迹线126和127提供外部电连接(例如，控制和数据信号)。尽管未示出，将安装垫124和125连接至相似的迹线以提供外部电连接(例如，地)。在一个实施例中，迹线126和127是射频(RF)导体。
图4B中，该结构的上面形成有氮化层402。在一个实施例中，氮化层402通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成。铬-镍-金(CrNiAu)金属化404形成在氮化层402上面。在一个实施例中，CrNiAu金属化404通过蒸发作用形成。为了清楚起见，CrNiAu金属化404示出为单层。
图4C中，反射镜122和结合环128由CrNiAu金属化404形成。在一个实施例中，反射镜和结合环如下地形成。将光致抗蚀剂在CrNiAu金属化中的Au层上方电镀或喷雾、形成图案并显影。将不受光致抗蚀剂保护的Au层的区域湿蚀刻而去除。将光致抗蚀剂剥去，而后将不受Au层保护的CrNiAu金属化中的Ni和Cr层的区域湿蚀刻而去除。Ni上保留的Au形成反射镜122和结合环128。注意层404A示出了CrNiAu金属化404中的Cr层(图4C)。
图5中，将位于垫124、垫125、迹线126和迹线127上面的Cr层404A和氮化层402除去。在一个实施例中，Cr层和氮化层如下地除去。将光致抗蚀剂在Cr层404(图4C)的上面电镀或喷雾、形成图案并显影以保护反射镜122和结合环128。将Cr层404不受光致抗蚀剂保护的区域湿蚀刻而去除，同时将氮化层402不受光致抗蚀剂保护的区域干蚀刻(例如等离子蚀刻)而去除。然后将光致抗蚀剂剥去。
图6中，将CrAuCr垫124、垫125、迹线126和迹线127中的上Cr层除去。在一个实施例中，通过湿蚀刻将上Cr层除去。因此，此时垫124、垫125、迹线126和迹线127由下Cr层上的Au组成。注意也将不受反射镜122和结合环128保护的Cr层404A的部分蚀刻除去。由此产生的结构是一底座400。
图7中，边缘发射激光器管芯502由垫124上的金-锡(AuSn)焊料邻近反射镜122装配。激光器管芯502的发射点相对反射镜122设置，以便反射镜基本上接收所有发出的光线。激光器管芯502由结合线504连接至迹线126，其将通向完成的封装的外部。监控光电二极管管芯506通过AuSn焊料来装配在垫125上。光电二极管管芯506由结合线508连接至迹线127，其将通向完成的封装的外部。
注意侧壁114的下部106允许激光器管芯502设置得非常接近反射镜122。没有下表面106，侧壁114的上部116将会斜向外延伸，并限制激光器管芯502能够紧挨着反射镜122设置得多么接近。通过接近反射镜122设置激光器管芯502，能够减小反射镜122和任何随后的透镜的尺寸以制成更紧凑的光学封装。
图8中，提供了顶盖晶片602。在一个实施例中，晶片602是硅，并具有500μm的厚度。上AR覆层604形成在晶片602的上表面605上，同时下AR覆层606形成在晶片602的下表面607上。
透镜608形成在AR覆层606上。根据该实施例，透镜608可以是会聚透镜或准直透镜。在一个实施例中，透镜608是一衍射光学元件(DOE)，该DOE是由沉积在AR覆层606上的相移层的层叠形成图案的。邻近的相移层通过蚀刻停止层分开，该蚀刻停止层用于连续蚀刻该层叠以形成期望的衍射透镜。
结合环612形成在AR覆层606上以与底座400上的结合环128(图6)相匹配。在一个实施例中，结合环612是一蒸发到AR覆层606上的TiPtAu金属化。AuSn焊料可形成在结合环128的顶部上。AuSn焊料可以是一焊料预制件或通过蒸发形成。
图9中，间隙凹槽702形成在晶片602的下表面607上。在一个实施例中，凹槽702利用深反应离子刻蚀(DRIE)形成大约100μm的深度。由此产生的结构是一盖子700。
图10中，将盖子700焊料结合至底座400以形成光学封装800。施加适当的温度以形成结合环612和128之间的焊料结合。注意透镜608设置在反射镜122之上并且凹槽702为结合线504和508提供空间。
实施中，光从激光器管芯502的发射点发散并射到反射镜122。发散光由反射镜122反射至透镜608上。透镜608将该光会聚至一光纤(未示出)。
图11至13示出了本发明的一个实施例中密封光学封装1100(图13)的构成方法。封装1100类似于封装800(图10)，除了具有关键尺寸的迹线此时设置在晶片102的上表面107上。这通过缩短导体长度提高了信号速度。这也由于关键迹线未以多个深度形成而提高特征分辨率(feature definition)，否则将要求散焦构图技术(patterning technique)。这对具有限定在2至5μm范围内特征的RF迹线是尤其重要的。
图11中，形成了底座900。底座900类似于底座400(图6)，除了用迹线924和926代替了迹线126和127。迹线924和926用上述的形成迹线126和127的方法形成在上表面107上。注意相比于垫124和125的尺寸，更紧紧地控制迹线924和926的尺寸。这是因为迹线924和926向管芯502和506传送控制和数据信号，而垫124和125向管芯502和506提供接地线。
图12中，激光器管芯502和光电二极管管芯506通过AuSn焊料装配在垫124和125上。然后通过结合线504将激光器管芯502连接至迹线924，并且通过结合线508将光电二极管管芯506连接至迹线926。尽管未示出，同样通过结合线将垫124和125连接至上表面107上的迹线。
图13中，利用AuSn焊料将盖子700焊料结合至底座900以形成光学封装1100。
图14至19示出了本发明的一个实施例中密封光学封装1900(图19)的构成方法。光学封装1900类似于光学封装800(图10)，但包括准直球透镜1602(图18)。利用球透镜1602，能够放宽(relaxed)反射镜122和透镜608之间的公差。
图15中，提供了上部底座晶片102。腔104任选地形成在晶片102的下表面105内。腔104至少通过成角度的侧壁106和108限定。
其次，提供了下部底座晶片1202。在一个实施例中，晶片1202是标准的<100>切削硅片并具有500μm的厚度。晶片1202的上表面1205利用氮化氧化掩模用例如KOH的溶液各向异性地蚀刻，以形成球坑1204。球坑1204具有一周边，其将球透镜1602(图18)的中心对准至激光器管芯的发射点。
图15中，氧化层110形成在晶片102的下表面105和腔104上面。氧化层1206形成在上表面1205和球坑1204上面。在一个实施例中，氧化层1206是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约2,500的厚度。晶片102和1202然后通过熔焊而接合。
图16中，腔112通过晶片102形成。腔112至少通过侧壁114和118限定。侧壁114由部分106和116组成。
图17中，氧化层1502形成在侧壁114和118上，并位于上表面1205的暴露部分上面。在一个实施例中，氧化层1502是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有至少2,500的厚度。垫124、垫125、迹线126、迹线127以及结合环128如上所述地形成。由此产生的结构是一底座1500。
图18中，光电二极管管芯506AuSn焊料装配在垫125上并通过结合线508连接至迹线127。激光管芯502通过AuSn焊料装配在垫124上，并通过结合线504连接至迹线126。准直球透镜1602最终通过环氧树脂装配在球坑1204内。激光器管芯502设置得尽可能地接近球透镜1602以提供激光器管芯502的大发散角。
图19中，盖子700焊料结合在底座1500上，以形成光学封装1900。实施中，光从激光器管芯502的发射点发散并射到球透镜1602。准直光从球透镜1602射出，然后由反射镜122垂直反射至透镜608。透镜608将该光会聚至光纤(未示出)。由于光线在出射球透镜1602之后准直，因此封装1900中球透镜1602和反射镜122之间的距离的公差可比上述的封装800(图10)和1100(图13)中的激光器管芯502和反射镜122之间的距离更宽松。
图20至22示出了本发明的一个实施例中密封光学封装2200(图22)的构成方法。封装2200类似于封装1900，除了具有关键尺寸的迹线此时设置在晶片102的上表面107上之外。如上所述，这提高了信号速度和特征分辨率。
图20中，形成了底座2000。底座2000类似于底座1500(图15)，除了用迹线924和926替换了迹线126和127。迹线924和926用上述的形成迹线126和127的方法形成在上表面107上。
图21中，光电二极管管芯506通过AuSn焊料装配在垫125上，并通过结合线508连接至迹线926。激光器管芯502然后通过AuSn焊料装配在垫124上，并通过结合线504连接至迹线924。准直球透镜1602最终通过环氧树脂装配在球坑1204内。
图22中，盖子700焊料结合至底座2000以形成光学封装2200。
图23至31J示出了本发明的一个实施例中非密封光学封装3100(图31)的构成方法。
图23中，提供了一晶片2302。在一个实施例中，晶片2302是一硅片并具有500μm的厚度。会聚透镜2304形成在晶片2302的上表面2306上。在一个实施例中，透镜2304是一由相移层的层叠形成图案的DOE。邻近的相移层通过蚀刻停止层分开，该蚀刻停止层用于连续蚀刻该层叠以形成期望的衍射透镜。会聚透镜2304由与透镜2304在一个平面的氧化层2305包围。
图24中，提供了一透明上盖晶片2402。在一个实施例中，晶片2402是耐热玻璃(Pyrex)晶片，并具有500μm的厚度。晶片2302和2402通过将透镜2304的上表面结合到晶片2402的下表面而接合。在一个实施例中，晶片2302和2304通过阳极结合而接合。
图25中，晶片2302(图24)通过接地随后湿蚀刻而除去。图25中，保留的晶片2402的取向已经翻转从而透镜2304出现在晶片2402的上部。在此刻，晶片2402和透镜2304共同称为透镜晶片2402。
图26中，提供了下盖晶片2602。在一个实施例中，晶片2602是离轴切削硅片，其具有从晶片2602的上表面2604偏移9.7度取向的<100>平面，并具有大约500μm的厚度。上环2606形成在上表面2604上，而下环2608形成在晶片2602的下表面2610上。在一个实施例中，环2606和2608通过干或湿蚀刻(例如，等离子蚀刻)晶片2602而形成，并具有2μm的高度。
氧化层2612形成在上表面2604上，而氧化层2614形成在下表面2610上。在一个实施例中，氧化层2612和2614是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有至少2,500的厚度。氮化层2616形成在氧化层2612上，而氮化层2618形成在氧化层2614上。在一个实施例中，氮化层2616和2618是通过LPCVD形成的氮化硅。
利用光致抗蚀剂，将氮化层2616干蚀刻(例如，等离子蚀刻)以暴露氧化层2612的一区域。将氮化层2616用作蚀刻掩模，氧化层2612用HF溶液湿蚀刻以暴露上表面2604上的一区域。氮化层2616和氧化层2612为晶片2602形成氮化氧化掩模。
图27中，晶片2602的上表面2604(图26)利用氮化氧化掩模用例如KOH的溶液各向异性地蚀刻，以形成通过晶片2602的孔2702。孔2702由至少一从上表面2604(图26)偏离135度取向的成角度的侧壁2704和一从上表面2604偏离115.6度取向的成角度的侧壁2705限定。
侧壁2704优选具有光滑表面，因为其将被用于形成45度旋转反射镜。然而，在除去用于形成腔2702的氮化氧化掩模中的氮化层2616和2618期间，侧壁2704可被粗糙。因此，在蚀刻腔2702之后，氧化层可热生长在上部侧壁2704上。氮化层2616和2618(图26)通过干蚀刻(例如，等离子蚀刻)来除去，然后在侧壁2704上面的氧化层以及氧化层2612和2614通过湿蚀刻(例如，HF湿蚀刻)来除去。
45度旋转反射镜2706通过在晶片2602上形成金属化2708而形成在侧壁2704上。在一个实施例中，金属化2708是通过蒸发形成的钛-铂-金(TiPtAu)金属化。
图28中，透镜晶片2402接合到晶片2602。在一个实施例中，晶片2402和2602通过环氧树脂2802接合。注意环2606使得过多的环氧树脂分布而不会溢流到其它区域。由此产生的结构是一盖子2800。
下文中，晶片2902(图29)的两个剖面图用于示出晶片2902上的各种各样的组成部分的形成。图29至31A示出了沿着线AA’的晶片2902的剖面图。注意线AA’和BB’不必正交，如图30中所示。
图29中，提供了底座晶片2902。在一个实施例中，晶片2902是一硅片，并具有500μm的厚度。氧化层2904形成在晶片2902的上表面2906上。在一个实施例中，氧化层2904是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约1μm的厚度。
图30中，氮化钽(TaN)金属化形成在氧化层2904上，然后形成图案以形成阻抗匹配电阻器2908(例如，RF匹配电阻器)。在一个实施例中，TaN金属化通过溅射形成，并通过干或湿蚀刻(例如，等离子蚀刻)形成图案。
图31A中，形成了迹线2910、2912和2914。迹线2910和2912连接至电阻器2908。迹线2914将用于形成温度测量电阻器2915(图31C)。
图31B示出了沿着线BB’的晶片2902的剖面图。
图31B中，形成了垫2942、垫2944、迹线2946和2948。迹线2946和2948提供外部电连接。尽管未示出，垫2942和2944连接至类似于用于外部电连接的迹线2946和2948的迹线。
在一个实施例中，将TiPtAu金属化2916抬起以形成迹线和垫，如图31A和31B中所示。金属化2916由Au导体层2918、Pt阻挡层2920和Ti粘附层2922组成。
图31C至31H示出了沿着线AA’的晶片2902的剖面图。
图31C中，形成了温度测量电阻器2915。在一个实施例中，将迹线2914(图31A)的Au层2918形成图案以形成TiPt温度测量电阻器2915。在一个实施例中，Au通过湿蚀刻形成图案。保留的TiPtAu金属化2916变成连接至电阻器2915的迹线2914A和2914B。
图31D中，将氧化层2904形成图案，以形成暴露晶片2902的上表面2906上的一区域的窗口2924。在一个实施例中，氧化层2904通过HF湿蚀刻而形成图案。
图31E中，铬-金(CrAu)金属化2926形成在该结构上面。将CrAu金属化2924形成图案，以形成暴露上表面2906上的一区域的窗口2928。注意CrAu金属化2926需要保形以便在蚀刻2902晶片以形成球锥期间保护Ti层2922和Au层2918。在一个实施例中，通过溅射形成NiCr金属化2926，并通过湿蚀刻形成图案。
图31F中，晶片2902的上表面2906利用例如KOH的溶液各向异性蚀刻以形成球坑2930。
图31G中，除去在球坑2930周围的氧化层2904，以清除超出球坑2930的所有突出。在一个实施例中，通过HF湿蚀刻除去氧化层2904。
图31H中，除去了CrAu金属化2926(图31G)。在一个实施例中，通过利用金蚀刻剂然后利用Cr蚀刻剂顺序地湿蚀刻来除去CrAu金属化2926。
图31I和31J示出了沿着BB’的晶片2902的剖面图。
图31I中，光电二极管管芯506通过垫2944上的AuSn焊料装配并通过结合线508连接至迹线2948。然后激光器管芯502通过垫2942上的AuSn焊料装配，并通过结合线504连接至迹线2946。准直球透镜1602最终通过环氧树脂装配在球坑2930内。由此产生的结构是一底座2950。
图31J中，盖子2800结合至底座2950以形成光学封装3100。在一个实施例中，盖子2800和底座2900通过环氧树脂3102结合。注意环2608使得过多的环氧树脂分布而不会溢流到封装3100的其它区域。
实施中，光从激光器管芯502的发射点发散，并射到球透镜1602。准直光从球透镜1602出射，并然后由反射镜2706垂直反射至透镜2304。透镜2304将该光会聚到光纤(未示出)。
图32至36N示出了本发明的一个实施例中密封光学封装3600(图36C)的构成方法。
图32中，提供了晶片3202。在一个实施例中，晶片3202是离轴切削硅片，其具有从晶片3202的上表面3204偏移9.7度取向的<100>平面，并具有大约500μm的厚度。环3206形成在晶片3202的下表面3208上。在一个实施例中，环3206通过干或湿蚀刻(例如，等离子蚀刻)晶片3202而形成，并具有2μm的高度。
图33中，氧化层3210形成在上表面3204上面，而氧化层3212形成在下表面3208上。在一个实施例中，氧化层3210和3212是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约2,500的厚度。氮化层3214形成在氧化层3210在上面，而氮化层3216形成在氧化层3212上面。在一个实施例中，氮化层3214和3216是通过LPCVD形成的氮化硅，并具有高达大约2,000的厚度。
图34中，密封环3218形成在环3206上。在一个实施例中，密封环3218是从环3206上抬起的TiPtAu金属化。
图35A中，将氮化层3216形成图案以暴露氧化层3208上的一区域。在一个实施例中，氮化层3214通过干蚀刻(例如等离子体蚀刻)而形成图案。
图35B中，将氮化层3214和氧化层3210形成图案以暴露上表面3204上的一区域。在一个实施例中，将氮化层3214干蚀刻(例如，等离子蚀刻)以暴露将被形成图案的氧化层3210的一区域，并将氧化层3210用HF溶液湿蚀刻以暴露将被各向异性蚀刻的上表面3204上的一区域。
图35C中，利用蜡3222将晶片3202装配至支撑晶片3220。在一个实施例中，蜡3222具有0.003英寸的厚度，并预切割成晶片3202的形状。
图35D中，将晶片3202浸入缓冲HF溶液中以除去自然氧化物。然后利用例如KOH的溶液各向异性地蚀刻上表面3204以形成通过晶片3202并向下到氧化层3212的孔3224。孔3224由至少一从上表面3204偏离135度取向的成角度的侧壁3226，和一从上表面3204偏离115.6度取向的成角度的侧壁3228限定。
图35E中，除去了孔3224处的氧化层3212。在一个实施例中，利用缓冲HF溶液将氧化层3212湿蚀刻。
图35F中，TiPtAu金属化3230形成在该结构上面。为了清楚起见，TiPtAu金属化示出为单层。在一个实施例中，TiPtAu金属化3230通过蒸发形成。
图35G中，光致抗蚀剂3232旋转并聚集在孔3224中。然后将光致抗蚀剂3232曝光并显影。实施干蚀刻(例如，等离子蚀刻)以净化所有残余的光致抗蚀剂的TiPtAu金属化3230的上表面。
图31H中，除去了不受光致抗蚀剂3232的保护的TiPtAu金属化3230的部分。在一个实施例中，利用王水溶液通过湿蚀刻将部分TiPtAu金属化3230除去。在成角度的侧壁3226上保留的TiPtAu金属化3230形成45度旋转反射镜3234。注意代替了图35F至35H中示出的步骤，遮蔽掩模可用于形成旋转反射镜3234。
图35I中，除去了氮化层3214(图35H)。在一个实施例中，利用干蚀刻(例如，等离子蚀刻)将氮化层3214除去。然后将光致抗蚀剂3232剥去。
图35J中，将晶片3202从支撑晶片3220(图35I)上取下。在一个实施例中，利用n-甲基吡咯酮将晶片3202上的所有保留的蜡3222除去。
图35K中，除去了氧化层3210(图35J)和所有不受氮化层3216保护的氧化层3212。在一个实施例中，利用HF湿蚀刻将氧化层除去。
图35L中，提供了具有会聚透镜2304的透明晶片2402。晶片2402和会聚透镜2304如上所述与图23至25有关地构成。透明晶片2402接合至晶片3202。在一个实施例中，晶片2402和3202通过阳极结合而连结。由此产生的结构是一盖子3500。
下文中，晶片3602(图36A)的两个剖面图用于示出晶片3602上的各种各样的组成部分的结构。图36A至36F示出了沿着线AA’的晶片2902的剖面图。
图36A中，提供了晶片3602。在一个实施例中，晶片3602是一硅片，并具有500μm的厚度。氧化层3604形成在晶片3602的上表面3606上。在一个实施例中，氧化层3604是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有大约2,500的厚度。互连3608形成在氧化物层3604上。在一个实施例中互连3608是从氧化物3504上抬起的钛-金-钛(TiAuTi)金属化，并具有大约0.5μm的厚度。
图36B中，氧化层3610形成在该结构上面。在一个实施例中，氧化层3610是通过PECVD形成的二氧化硅，并具有大约1.5μm的厚度。然后将氧化层3610平面化到TiAuTi金属化3608。在一个实施例中，氧化层3610通过化学机械抛光(CMP)方法向下延伸到接近TiAuTi金属化3608而平面化，以与TiAuTi金属化3608同水平。
图36C中，氧化层3612形成在该结构的上面。在一个实施例中，氧化层3612是通过PECVD形成的二氧化硅，并具有2μm的厚度。图36C之后，氧化层3610与氧化层3612整体示出。
图36D中，形成了温度测量电阻器3614和RF匹配电阻器3616。在一个实施例中，TiPt金属化在氧化层3612上抬起以形成温度测量电阻器3614。在一个实施例中，TaN金属化(示出为单层)通过反应溅射沉积并通过干蚀刻(例如，等离子蚀刻)形成图案，以形成RF匹配电阻器3616。
图36E中，至互连3608的孔3618通过氧化层3612形成。在一个实施例中，孔3618利用光致抗蚀剂掩模通过湿蚀刻而形成。
图36F中，形成了插塞(plug)和迹线。具体地，插塞3620和3622将温度测量电阻器3614连接至各个互连3608，而多个插塞3624(仅一个可见)将各个互连3608连接至将提供外部电连接的多个迹线3625(仅一个可见)。类似地，插塞3626和3628将RF匹配电阻器3616连接至各个互连3608，而多个插塞3630(仅一个可见)将各个互连3608连接至将提供外部电连接的多个迹线3632(仅一个可见)。
图36G示出了沿着线BB’的晶片3602的剖面图。
图36G中，形成了插塞、垫、迹线和密封环。具体地，形成垫3632和3634以接收激光器和发光二极管管芯，而形成垫3636和3638以接收结合线。插塞3640、3642、3644和3646将各个垫3632、3634、3636、3638连接至各个互连3608。多个插塞3648(仅一个可见)将各个互连3608连接至提供外部电连接的多个迹线3650(仅一个可见)。密封环3651围绕将在完成的封装中密封的多个组成部分形成。
在一个实施例中，将TiPtAu金属化3652抬起，以形成图36F和36G中所示的插塞、垫、迹线和密封环。金属化3652由Ti粘附层3654、Pt阻挡层3656和Au导体层3658组成。
图36H至36L示出了沿着线AA’的晶片2902的剖面图。
图36H中，CrAu金属化3660形成在该结构的上面。注意CrAu金属化3660需要保形以便在蚀刻晶片3602以形成球坑期间保护TiPtAu金属化中的Ti和Au层。在一个实施例中，通过溅射形成NiCr金属化3660。
图36I中，将CrAu金属化3660形成图案以暴露氧化层3612的一区域。在一个实施例中，通过干或湿蚀刻(例如，等离子蚀刻)将CrAu金属化形成图案。然后将氧化层3612和3604向下构图至晶片3602的上表面3606。在一个实施例中，通过HF湿蚀刻将氧化层3612形成图案。
图36J中，利用例如KOH的溶液将上表面3606各向异性地蚀刻，以形成球坑3662。
图36K中，将球坑3662周围的氧化层3604和3612蚀刻以净化所有超出球坑3662的突出部分。
图36L中，除去了CrAu金属化3660。在一个实施例中，CrAu金属化3660通过湿蚀刻除去。由此产生的结构是一底座3664。
图36M和36N示出了沿着线BB’的晶片2902的剖面图。
图36M中，发光二极管管芯506通过垫3634上的AuSn焊料装配并通过结合线508连接至粘结垫3638。然后激光器管芯502通过垫3632上AuSn焊料装配并通过结合线504连接至垫3636。最后将准直球透镜1602通过环氧树脂装配在球坑3662内。由此产生的结构是一底座3664。
图36N中，将盖子3500焊料结合至底座3664以形成光学封装3600。施加适当的温度以形成结合环3218和3651之间的焊料结合。实施中，光从激光器管芯502的发射点发散，并进入球镜1602。准直光从球透镜1602射出，然后由反射镜3234垂直反射至透镜2304上。透镜2304将该光会聚至一光纤(未示出)。
图37至42示出了本发明的一个实施例中光学封装4200(图42)的形成方法。封装4200类似于封装3100和3600，除了盖子此时具有垂直侧壁并且没有旋转反射镜设置在该盖子的侧壁上。代替为单独的反射镜设置在底座上。利用具有垂直侧壁的盖子有助于减小光学封装的总尺寸。这是因为成角度的侧壁比垂直侧壁会产生较大的占地面积。光学封装4200能够非密封状封装3100或密封状封装3600。
图37中，提供了晶片3702。在一个实施例中，晶片3702是耐热玻璃晶片，并具有500μm的厚度。孔3704通过晶片3702形成。孔3704通过垂直侧壁3706限定。在一个实施例中，孔3704通过超声波加工形成。
图38中，提供了晶片3802。在一个实施例中，晶片3802是硅片，并具有500μm的厚度。会聚透镜3804形成在晶片3804的上表面3806上。会聚透镜3804由与透镜3804在一个平面的氧化层3805包围。在一个实施例中，透镜3804是一由相移层的层叠形成图案的DOE。邻近的相移层通过蚀刻停止层分开，该蚀刻停止层用于连续蚀刻该层叠以形成期望的衍射透镜。下文中将晶片3802和透镜3804共同称为透镜晶片3802。
图39中，透镜晶片3802接合至晶片3702以形成盖子3900。在一个实施例中，透镜晶片3802和晶片3702通过阳极结合而连结。
图40A中，提供了底座晶片4002。晶片4002是一硅片并具有500μm的厚度。氧化层4004形成在晶片4002的上表面4006上。在一个实施例中，氧化层4004是在蒸汽中热生长的二氧化硅，并具有高达大约2,500的厚度。垫4008、垫4010、迹线4012以及迹线4014形成在氧化层4004上。在一个实施例中，该垫和迹线是通过蒸发形成的钛-金(TiAu)金属化，然后通过湿蚀刻形成图案。将上表面4006各向异性地蚀刻，以形成球坑4016。在一个实施例中，球坑4016通过KOH湿蚀刻形成，同时在湿蚀刻期间垫和迹线受铬/金蚀刻掩模保护。
图40B中，利用与球坑4016相同的蚀刻掩模形成基准标志4018和4020。基准标志4018用于对准激光器管芯，同时基准标志4020用于对准旋转反射镜。在个实施例中，基准标志4018象一十字一样地成形，同时基准标志4020象一槽一样地成形。由此产生的结构是一底座4000。
尽管未示出，另外的组成部分能够形成在晶片4002上。例如，RF匹配电阻器和温度测量电阻器可形成在晶片4002上。这些电阻器可象它们在封装3100(图31J)和3600(图36N)中的对应物一样地形成。此外，尽管底座4000上的迹线示出为在氧化层4002上，但是它们也可通过插塞连接至氧化层4004下面的互连，其可通过插塞连接至导向完成的封装的外部的迹线。迹线、插塞和互连可象它们在封装3100和3600中的对应物一样地形成。
图41中，发光二极管管芯506装配在垫4010上并通过结合线508连接至迹线4014。激光器管芯502装配在垫4008上，从而其发射点503用基准标志4018(图40B)对准。激光器管芯502通过结合线504连接至迹线4012。准直球透镜1602最终装配在球锥4016内。在一个实施例中，球透镜1602通过环氧树脂固定。
分立的45度旋转反射镜4102装配在上表面4006上，从而其前边缘用基准标志4020(图40B)对准。在一个实施例中，当其前边缘在基准标志4020范围内时，反射镜4102被对准。在一个实施例中，反射镜4102通过环氧树脂固定。在一个实施例中，反射镜4102如下以晶片级(wafer-scale)方法制成。将离轴切削晶片湿蚀刻以形成多个具有135度侧壁的腔。然后在135度侧壁上对该晶片涂敷反射材料。最终对晶片单个化以形成单独的反射镜。
图42中，盖子3900接合至底座4000，以形成光学封装4200。在一个实施例中，盖子3900和底座4000通过环氧树脂4201接合。可选择地，类似于封装3600，盖子3900和底座4000可通过焊料结合而接合。
实施中，光从激光器管芯502的发射点发散并进入球透镜1602。准直光从球透镜1602射出，然后由反射镜4102垂直反射至透镜3804。透镜3804将该光会聚至光纤4202。
披露的实施例的特征的各种其它改进或合并落在本发明的范围内。随后的权利要求包括了许多实施例。
权利要求
1.一种封装，包括用于限定腔的底座，该腔包括一侧壁和一下腔表面，该侧壁包括一旋转反射镜；边缘发射激光器，该边缘发射激光器设置在邻近侧壁的该下腔表面上，从而该边缘发射激光器在该反射镜对面；以及盖子，其装配在该底座的上面，其中该旋转反射镜引导来自该边缘发射激光器的光通过该盖子。
2.权利要求1的封装，其中该底座包括用于限定该下腔表面的下晶片，；位于该下晶片上面的中间晶片，该中间晶片限定该腔，该腔的该侧壁包括具有上成角度的部分和下成角度的部分的楔形形状，该上成角度的部分包括该反射镜；该盖子包括上晶片。
3.权利要求1的封装，还包括一准直球透镜，该准直球透镜装配在位于该边缘发射激光器和该旋转反射镜之间的该下腔表面上。
4.权利要求1的封装，还包括一检测器，该检测器装配在邻近该边缘发射激光器的该下腔表面上。
5.权利要求1的封装，还包括迹线，包括该下腔表面上的第一部分、该腔的另一侧壁向上的第二部分以及在该底座的上表面上的第三部分；以及结合线，用于连接该迹线的第一部分和该边缘发射激光器。
6.权利要求5的封装，其中该盖子在该边缘发射激光器之上限定一凹槽，以容纳该结合线。
7.权利要求1的封装，还包括迹线，在该底座的上表面上；以及结合线，连接该迹线和该边缘发射激光器。
8.权利要求1的封装，其中该盖子包括在该反射镜之上的一透镜，该透镜选自由一准直透镜和一会聚透镜组成的组。
9.一种用于形成一封装的方法，包括形成具有腔的底座，该腔包括一侧壁和一下腔表面；在该侧壁上形成一旋转反射镜；邻近该反射镜在该下腔表面上装配一边缘发射激光器；以及将一盖子结合至该底座上，以形成该封装，其中旋转反射镜引导来自边缘发射激光器的光通过该盖子。
10.权利要求9的方法，其中所述形成具有腔的底座包括蚀刻一中间晶片的下表面，该中间晶片是一离轴切削晶片；将该中间晶片结合至一下晶片上，以形成一底座；蚀刻该中间晶片的一上表面，以形成该腔，该腔的该侧壁包括一楔形形状，该楔形形状具有(1)一由所述蚀刻该中间晶片的上表面形成的上成角度的部分和(2)一由所述蚀刻该中间晶片的下表面形成的下成角度的部分；在该上成角度的部分上形成该旋转反射镜；该盖子包括上晶片。
11.权利要求9的方法，其中所述形成一旋转反射镜包括在该侧壁上沉积—金属，以形成该旋转反射镜。
12.权利要求9的方法，还包括在该下腔表面内形成一球坑；将一准直球透镜装配在该球坑内，从而该准直透镜设置在该边缘发射激光器和该旋转反射镜之间。
13.权利要求9的方法，还包括在该下腔表面上邻近该边缘发射激光器装配一检测器。
14.权利要求9的方法，还包括从该下腔表面至该底座的上表面形成一迹线；以及形成连接该下腔表面上的该迹线的一部分和该发射激光器的一结合线。
15.权利要求9的方法，还包括在该边缘发射激光器之上，在该盖子的下表面上蚀刻一凹槽，以容纳该结合线。
16.权利要求9的方法，还包括在该盖子上形成一透镜，该透镜选自准直透镜和会聚透镜组成的组。
17.一种封装，包括底座，包括一下晶片；边缘发射激光器，装配在该下晶片的上面；准直球透镜，装配在邻近该边缘发射激光器的该下晶片的上面；盖子，装配在该底座的上面，包括中间晶片，限定一容纳该准直球透镜和该边缘发射激光器的开口，该开口由至少一个成角度的侧壁限定，该成角度的侧壁包括一邻近该准直球透镜的旋转反射镜；上晶片，在该中间晶片的上面，该上晶片包括一会聚透镜，其中边缘发射激光器发射一光，该光通过该准直球透镜至该旋转反射镜上，并且该旋转反射镜引导该光在该透镜处通过该盖子。
18.权利要求17的封装，其中该下晶片在该边缘发射激光器的装配位置和该成角度的侧壁之间限定一球坑；以及该准直球透镜装配在该球坑内，从而使该准直球透镜设置在该边缘发射激光器和该反射镜之间。
19.权利要求17的封装，还包括检测器，在该开口中邻近该边缘发射激光器装配在该下晶片的上面；以及温度传感器和一阻抗匹配电阻器中至少之一。
20.权利要求17的封装，其中该上晶片包括耐热玻璃，该中间晶片包括硅，以及该下晶片包括硅，该封装还在该中间晶片和该上晶片之间包括一阳极结合。
21.权利要求17的封装，其中该底座还包括一迹线和一连接该边缘发射激光器和该迹线的结合线。
22.一种用于形成封装的方法，包括在牺牲晶片(sacrificial wafer)上形成透镜；将透镜结合至上晶片；除去该牺牲晶片；在中间晶片中形成开口，该开口由至少一个成角度的侧壁限定；在该成角度的侧壁上形成一旋转反射镜；将该中间晶片结合至该上晶片以形成一盖子；装配一设置在底座上的准直球透镜，该底座包括下晶片；邻近该准直球透镜装配一装配在该底座上的一边缘发射激光器；以及在该底座上结合该盖子以形成该封装，其中该边缘发射激光器发射一光，该光通过该准直球透镜并至该旋转反射镜上，并且该旋转反射镜引导该光通过该盖子。
23.权利要求22的方法，还包括蚀刻该下晶片以在该边缘发射激光器的装配位置和该成角度的侧壁之间限定一球坑；以及将该准直球透镜装配在该球坑内，从而使该准直球透镜设置在该边缘发射激光器和该反射镜之间。
24.权利要求22的方法，其中所述形成该旋转反射镜包括在该成角度侧壁上沉积金属以形成该旋转反射镜。
25.权利要求22的方法，还包括在该下晶片上邻近该边缘发射激光器装配检测器；以及在该底座上形成温度传感器和阻抗匹配电阻器至少之一。
26.权利要求22的方法，其中该上晶片包括耐热玻璃，该中间晶片包括硅，以及该下晶片包括硅，该封装还在该中间晶片和该上晶片之间包括一阳极结合。
27.权利要求22的方法，还包括在该下晶片上形成一迹线；以及形成一连接该边缘发射激光器和该迹线的结合线。
28.一种封装，包括包括下晶片的底座，该下晶片用相同的掩模蚀刻以限定一球坑，一第一基准标志和一第二基准标志；边缘发射激光器，基于第一基准标志装配在该下晶片的上面；准直球透镜，装配在邻近该边缘发射激光器的该下晶片上的球坑内；分立的反射镜，基于该第二基准标志装配在该下晶片的上面，该分立的反射镜包括蚀刻以形成一成角度的侧壁的离轴切削硅，该成角度的侧壁涂敷有金属；盖子，装配在该底座的上面，包括中间基片，限定一容纳该边缘发射激光器、该准直球透镜以及该分立的反射镜的开口，该开口由垂侧壁限定；上晶片，在该中间晶片的上面，该上晶片包括一透镜，其中该边缘发射激光器发射一光，该光通过该准直球透镜并至该分立的反射镜上，该分立的反射镜引导该光线在该透镜处通过该盖子。
29.权利要求28的封装，其中该中间晶片包括耐热玻璃。
30.权利要求28的封装，还包括检测器，在该开口中邻近该边缘发射激光器装配在该下晶片的上面；以及在该下晶片上的一温度传感器和一阻抗匹配电阻器至少之一。
31.权利要求30的封装，还包括在该下晶片上的迹线；以及结合线，用于连接该边缘发射激光器和该迹线。
32.一种用于形成封装的方法，包括用一相同的掩模蚀刻一底座以形成球坑、第一基准标志以及第二基准标志，该底座包括下基片；基于该第一基准标志在该底座上装配一边缘发射激光器；邻近该边缘发射激光器在该底座上的该球坑内装配一准直球透镜；基于该第二基准标志在一底座上装配一分立的反射镜；在中间晶片内形成开口，该开口由垂直侧壁限定；在上晶片上形成透镜；将该上晶片结合至该中间晶片以形成盖子；以及在该底座上装配该盖子以形成该封装。
33.权利要求32的方法，其中该中间晶片包括耐热玻璃。
34.权利要求32的方法，其中该分立的反射镜包括一离轴切削硅，其具有一涂敷有金属的成角度的侧壁。
35.权利要求32的方法，还包括邻近该边缘发射激光器装配一设置在该底座上的检测器；以及温度传感器和阻抗匹配电阻器至少之一。
36.权利要求32的方法，其中该底座包括迹线和耦合该边缘发射激光器和该迹线的结合线。
全文摘要
一种光学封装，包括底座、装配在底座上的边缘发射激光器、邻近边缘发射激光器装配在底座上的准直球透镜、邻近准直球透镜装配在底座上的反射镜。底座由下晶片组成。盖子结合至该底座以形成激光器封装。盖子由结合至上晶片的中间晶片组成。中间晶片限定一容纳边缘发射激光器、准直球透镜和反射镜的开口。该开口由垂直侧壁限定。该上晶片还在反射镜之上包括一透镜。
文档编号H01S5/00GK1874090SQ200610089869
公开日2006年12月6日 申请日期2006年4月30日 优先权日2005年5月4日
发明者T·K·王 申请人:阿瓦戈科技通用Ip(新加坡)股份有限公司