用于衬底材料的倒圆的对准柱的制作方法
【技术领域】
【背景技术】
[0001]集成电路通常被形成在诸如晶片的硅衬底材料上。各种各样的化学和光刻工艺可被应用于晶片以形成用于相应电路的电路元件和信号迹线。在电路和信号迹线被形成后，所述晶片可被切割成单独的集成电路，其随后可被封装且被利用在给定的电气设计中。信号迹线通常被连接至所封装的集成电路的引脚，然后引脚在给定的应用中连接到该封装外侦_其它外围电路。在纯电气设计中，除了各自的引脚，不需要将所封装的集成电路内的信号迹线联接至任何其它外侧的连接。在电子-机械设计中，可能需要机械联接至衬底，除了在引脚处的联接，可能额外地需要将集成电路的单个电路元件联接至外部的部件。这种联接需求可引起在衬底和该外部部件之间做出适当的信号连接的问题。
【发明内容】
【附图说明】
[0002]图1示出衬底材料的示例，该衬底材料具有形成在其上的对准柱，以能够与连接器对准。
[0003]图2示出形成在衬底材料上的对准柱的示例，该对准柱用于将连接器对准至联接到该衬底材料的玻璃衬底材料。
[0004]图3示出衬底材料的示例，该衬底材料具有通过DRIE工艺形成在其上的对准柱，以能够与连接器对准。
[0005]图4示出衬底材料的示例，该衬底材料具有通过电镀工艺形成在其上的对准柱，以能够与连接器对准。
[0006]图5示出衬底材料的示例，该衬底材料具有通过应用第二材料和光刻工艺形成在其上的对准柱，以能够与连接器对准。
[0007]图6示出用于在衬底材料上形成对准柱的示例方法。
【具体实施方式】
[0008]对准柱可被形成在衬底材料上，以使该衬底材料能够平滑和有效地对准到其它结构，举例来说，比如连接器和/或其它衬底。在一个示例中，该衬底材料可以是硅衬底，且可经由一个或多个对准柱与来自连接器的外部信号精确地对准。该对准柱可通过各种各样的工艺被形成至该衬底材料上。在一个示例中，刻蚀工艺可被应用至衬底材料以形成对准柱的圆柱部分，该圆柱部分在刻蚀后被剩下而附接(left attached)至该衬底材料。倒圆的顶部可被施加于该对准柱的圆柱部分，以使其能够平滑地导入而使对准柱精确地适配(mate)到连接器上的适配腔。在一个示例中，多个对准柱被形成在衬底材料上，且被用于将该衬底材料与另一衬底材料对准，在对准后信号能够在各衬底和/或连接器之间交互。
[0009]图1示出衬底材料100的示例，衬底材料100具有形成在其上的对准柱110，以使其能够与连接器120对准。衬底材料100可包括集成电路130，该集成电路130可被形成在该衬底的顶表面132和/或底表面134上。其它分立的电子和/或光学部件也可被附接至衬底材料100的顶表面132和/或底表面134。衬底材料100通常为诸如硅的半导体材料，但是其它衬底材料也是可能的(例如锗)。对准柱110在一些应用中可以是单个的对准柱，或者在其它应用中被提供为多个对准柱。典型的光刻工艺产生诸如圆柱的具有平的顶表面的特征。进一步考虑圆柱形特征，从圆柱的顶表面至垂直的圆柱壁的过渡突然发生，具有锐利的过渡边缘。在柱和孔的特征均在其顶表面和侧表面之间具有锐利过渡的情况下，难以将一个部件上的圆柱形柱插入第二部件上的圆柱形孔中。当希望在两个连接部件之间实现精确对准时，在圆柱的直径仅略微小于孔的直径的情况下也是这样。通过在过渡处包含倒圆或角度(倒角)而减小该过渡的锐度，使此适配过程更容易。如图所示，倒圆的顶部140被提供在对准柱110上以便于过渡。
[0010]对准柱110包括形成在衬底材料100上的圆柱形部分，其中该对准柱包括形成在该圆柱形部分上的倒圆的顶部140。对准柱110的倒圆的顶部140有助于连接器120的适配腔150和对准柱110的圆柱形部分之间的接合。倒圆的顶部140的加入，在适配部件120和衬底材料100之间产生了更大的“捕获区”。对准柱圆柱和适配腔150的中心轴线比没有倒圆的顶部140的情况可彼此移位更大的距离。
[0011]如图所示，连接器120至衬底材料100的适配可通过连接器上的适配腔150实现，而且适配腔150在对准柱110和倒圆的顶部140的上方被引导。这种对准柱110上的倒圆可被称为用于将要适配到连接器120的适配腔150的对准柱的引入端。连接器120也可包括用于路由光信号的光波导。
[0012]在一些示例中，连接器120和衬底100之间的对准可以实现连接器上的电触头的对准，电触头则联接到衬底上的信号迹线。在另一示例中，连接器120中的例如在光纤中传输的光信号，能够被适配到形成在衬底材料100上的光学部件，诸如激光二极管或者光电探测器。在即将示出并在下面关于图2描述的又一示例中，诸如玻璃衬底的另一衬底材料可被联接至衬底材料100。在衬底材料100中可形成腔，以允许光信号在连接器120和玻璃衬底之间流动，其中衬底材料上的对准柱110允许来自连接器的光信号与形成在玻璃衬底上的透镜对准。
[0013]几种方法可被提供用于形成对准柱110和倒圆的顶部140。这可包括生长包括集成电路130的衬底材料100。在生长衬底后，该方法可包括通过以下描述的各种工艺在衬底材料100上形成对准柱110，并随后在对准柱上形成倒圆的顶部150以使连接器120能够对准衬底材料100。在一个示例中，方法可包括在对准柱110上施加液体聚合物，以形成倒圆的顶部140。在另一示例中，这可包括在对准柱110上施加液体焊料，以形成倒圆的顶部140。无论使用的是聚合物、焊料、或是其它倒圆材料，由于作用在材料和柱之间的表面张力和其它接触力能使倒圆材料在柱的顶部形成期望的形状，所以材料的流变能力受控使得该倒圆材料流至对准柱110的边缘而不会更远。
[0014]对准柱110可根据各种方法形成。在一个示例中，该方法可包括刻蚀衬底材料100以形成对准柱110。例如，这可包括利用深反应离子刻蚀(DRIE)以刻蚀衬底材料100，从而形成对准柱110。在另一柱构造工艺中，方法可包括诸如聚酰亚胺或者BCB聚合物的表面涂层的光刻掩膜和形成其图案，随后电镀衬底材料以形成对准柱。这可包括多个电镀工艺以在衬底材料100的顶部生长圆柱形状。在另一类型的柱构造工艺中，方法可包括对衬底材料100施加环氧树脂，以形成对准柱。这可进一步包括通过例如光刻工艺成形环氧树脂。如以下将关于图2所示的，方法可包括在衬底材料100中形成腔，以允许光通过连接器120穿过该腔。这可包括通过对准柱110将衬底材料100对准到另一衬底材料(例如玻璃衬底材料)，其中来自该玻璃衬底材料的光信号可与衬底材料100的集成电路130相交互。
[0015]图2示出形成在衬底材料220上的对准柱210的示例，而且对准柱210被用于将连接器230对准到联接至该衬底材料的玻璃衬底材料240。连接器230可包括光缆250，用于将光信号路由穿过形成在衬底材料220中的腔260。透镜可被形成在玻璃衬底240上，以将光信号路由至玻璃衬底240上的不同位置。在一个示例中，透镜可路由光信号，使之耦联到被集成或者被附接至衬底220的诸如光电探测器的光学部件。透镜也可通过玻璃衬底240将光信号传输至位于玻璃衬底的远(无透镜)侧的光学部件。集成电路和迹线270可位于衬底材料的顶部，和/或衬底材料的底部及与玻璃衬底240之间。连接器230中的适配腔280可与对准柱210对准。适配腔280在一个示例中可以是矩形的或者在另一示例中为圆柱形腔。这样，来自光缆250的光信号可借助于对准柱210通过腔260并对准至玻璃衬底240上的透镜。
[0016]如上面所讨论的，深反应离子刻蚀(DRIE)工艺可被用于在硅中制造各种有用的几何形状，包括诸如孔、沟、凹陷的负形状(negative shapes)，和诸如对准柱210的正形状(positive shapes)。在此示例中，柱和/或沟的组合可被制造在娃衬底220中，以便提供用于附接一个或多个光纤或连接器的精确对准接口。硅衬底220可被结合至玻璃衬底240，玻璃衬底240上形成有例如用于附接和对准诸如激光器或光电二极管的有源光学器件的透镜和电迹线。硅腔260提供间隙，光信号可通过该间隙穿过硅衬底220。对准柱210被事先形成并相对于玻璃透镜定位。其被用于为携带光纤的光学连接器230提供对准，此光纤与电连接至玻璃衬底240的有源器件连通。
[0017]DRIE工艺可形成精确一致的特征，诸如具有大约在几微米或更小范围变化的直径的对准柱210。由于前面提到的制造工艺，对准柱210可自然地具有平的顶表面。因此，对准柱210没有被优化以在对准过程期间帮助将光学连接器230引导入位。为了提供对连接器230的引导，对准柱210应当具有如上所示和所讨论的倒圆的顶部。DRIE工艺可不被优化以产生这些倒圆的几何形状