穿硅光学互连的制作方法
【专利说明】穿硅光学互连
[0001]本申请要求于2012年11月14日提交的题为“Through Silicon OpticalInterconnects (穿硅光学互连)”的美国临时申请N0.61/726，249的优先权，其通过引用明确结合于此。
[0002]领域
[0003]各种特征涉及穿硅光学互连。
【背景技术】
[0004]引线接合法和穿硅通孔(TSV)是可被用于将两个或更多个管芯电连接在一起的技术的示例。图1解说了通过使用TSV彼此连接的两个管芯。具体地，图1解说了第一管芯100、第二管芯102、以及若干焊料凸块104a-b和105a_b。
[0005]第一管芯100包括第一区域106和第二区域108。第一区域106可被称为第一管芯100的背面。第一区域106可以是硅材料。第二区域108可被称为管芯100的正面。第二区域108是第一管芯100的有效区域。第二区域/有效区域108可以包括有源和无源器件(例如，晶体管)、导电层(例如，金属层)和介电层。有效区域108包括接触焊盘110a-b。
[0006]第二管芯102包括第一区域112和第二区域114。第一区域112可被称为第一管芯102的背面。第一区域112可以是硅材料。第一区域112包括若干接触焊盘116a-b和若干TSV 118a-b。第二区域114可被称为第二管芯102的正面。第二区域114是第二管芯102的有效区域。第二区域/有效区域114可以包括有源和无源器件、导电层(例如，金属层)、介电层。
[0007]如图1中所示，第一管芯100和第二管芯102通过焊料凸块104a_b耦合在一起。具体地，第一管芯100的有效区域108通过接触焊盘110a-b、焊料凸块104a_b、接触焊盘116a-b和TSV 118a-b电耦合至第二管芯102的有效区域114。在一些实现中，这些连接将功率信号提供给第一管芯100。
[0008]图1还解说了第一管芯100和第二管芯102通过焊料凸块105a_b耦合在一起。具体地，第一管芯100的有效区域108通过接触焊盘llla-b、焊料凸块104a_b、接触焊盘117a-b和TSV 119a-b电耦合至第二管芯102的有效区域114。在一些实现中，这些连接提供其他类型的信号(例如，控制和/或数据信号)。
[0009]除了焊料凸块或者取代焊料凸块，一些实现还可以使用引线接合法(例如，丝焊120a-b)来连接至第一管芯100。这些丝焊120a-b被示为虚线以指示它们是可任选的。丝焊120a-b可以耦合至未示出的印刷电路板(PCB)。类似地，第二管芯102可以可任选地包括耦合至焊料凸块122a-b的接触焊盘121a-b。接触焊盘121a_b可以耦合至TSV 118a_b。焊料凸块122a-b可以耦合至PCB (未示出)。
[0010]在大多数情况下，第一与第二管芯100-102之间的以上电连接可以是用于连接两个管芯的合适解决方案。然而，在一些情况下，电连接可能不是用于将两个或更多个管芯连接在一起的最优解决方案。
[0011]因此，需要改进的用于在封装中将两个或更多个管芯耦合在一起的设计。理想地，此种设计将利用新颖的光学互连技术。
[0012]概述
[0013]各种特征涉及穿硅光学互连。
[0014]第一示例提供了一种半导体器件，其包括第一管芯和光接收器。第一管芯包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。光接收器被配置成接收通过第一管芯的背面层的若干光信号。
[0015]根据一方面，每个光信号源自耦合至第二管芯的对应的光发射器。在一些实现中，背面层是管芯基板。在一些实现中，光信号穿过背面层的基板部分。在一些实现中，第一管芯进一步包括有效层，并且其中光接收器是该有效层的一部分。
[0016]根据一个方面，第一管芯进一步包括有效层，并且光接收器被进一步配置成接收该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。在一些实现中，光接收器与第一管芯分开。
[0017]根据一个方面，光接收器包括多个光传感器。在一些实现中，光接收器被配置成将特定光信号与特定光传感器相关联。在一些实现中，特定光传感器被配置成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自特定发射器。
[0018]根据一方面，半导体器件包括第二管芯，该第二管芯包括光发射器，其中第二管芯耦合至第一管芯的背面。
[0019]根据一个方面，该半导体器件进一步包括包含光发射器的第二管芯，以及位于第一管芯与第二管芯之间的第三管芯，其中光接收器被配置成接收通过第三管芯的特定光信号。
[0020]根据一方面，半导体器件进一步包括被配置成将至少一个光信号反射到光接收器的反射组件。
[0021]根据一个方面，半导体器件进一步包括被配置成散射至少一个光信号的反射组件。
[0022]根据一个方面，该半导体器件被纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
[0023]第二示例提供了一种半导体器件，其包括第一管芯和光发射机。第一管芯包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。光发射器被配置成发射通过第一管芯的背面层的若干光信号。
[0024]根据一方面，每个光信号以耦合至第二管芯的对应的光发射器为目的地。在一些实现中，背面层是管芯基板。在一些实现中，光信号穿过背面层的基板部分。
[0025]根据一个方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器是有效层的一部分。
[0026]根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器被进一步配置成发射该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
[0027]根据一个方面，光发射器与第一管芯分开。在一些实现中，光发射器包括若干光发射机。
[0028]根据一方面，半导体器件进一步包括第二管芯，该第二管芯包括光接收器。第二管芯耦合至第一管芯的背面。
[0029]根据一个方面，半导体器件进一步包括包含光接收器的第二管芯，以及位于第一管芯与第二管芯之间的第三管芯。光发射器被配置成发射通过第三管芯的特定光信号。
[0030]根据一方面，半导体器件进一步包括反射组件，该反射组件被配置成反射来自光发射器的至少一个光信号。
[0031]根据一个方面，半导体器件进一步包括被配置成散射至少一个光信号的反射组件。
[0032]根据一方面，光发射机是被进一步配置成接收若干光信号的光学器件。
[0033]根据一个方面，该半导体器件被纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
[0034]第三示例提供了一种设备，其包括包含背面层的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该设备进一步包括用于接收通过第一管芯的背面层的若干光信号的装置。
[0035]根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。用于接收的装置被进一步配置成接收该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。在一些实现中，用于接收的装置包括若干光传感器。在一些实现中，用于接收的装置被配置成将特定光信号与特定光传感器相关联。在一些实现中，特定光传感器被配置成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自用于发射光信号的特定装置。
[0036]根据一个方面，该设备进一步包括用于将至少一个光信号反射到用于接收的装置的装置。
[0037]根据一方面，该设备进一步包括用于散射至少一个光信号的装置。
[0038]根据一个方面，该设备被纳入到以下至少一者中:音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机、和/或膝上型计算机。
[0039]第四示例提供了一种设备，其包括包含背面层的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该设备还包括用于发射通过第一管芯的背面层的若干光信号的装置。
[0040]根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。用于发射的装置被进一步配置成发射该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
[0041]根据一个方面，该设备进一步包括用于反射来自用于发射的装置的至少一个光信号的装置。
[0042]根据一方面，该设备进一步包括用于散射至少一个光信号的装置。
[0043]根据一个方面，该装置被纳入到以下至少一者中:音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机、和/或膝上型计算机。
[0044]第五示例提供了一种用于提供半导体器件的方法。该方法提供包括背面层的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该方法提供光接收器，该光接收器被配置成接收通过第一管芯的背面层的若干光信号。
[0045]根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光接收器被进一步配置成接收该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
[0046]根据一个方面，该方法进一步包括提供包括光发射器的第二管芯。该方法还将第二管芯耦合至第一管芯。
[0047]根据一方面，该方法进一步提供被配置成将至少一个光信号反射到光接收器的反射组件。
[0048]根据一个方面，该方法进一步包括提供被配置成散射至少一个光信号的反射组件。
[0049]第六示例提供了一种用于提供半导体器件的方法。该方法包括提供包括背面层的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该方法还提供光发射器，该光发射器被配置成发射通过第一管芯的背面层的若干光信号。
[0050]根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器被进一步配置成发射该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
[0051]根据一个方面，该方法进一步包括提供包括光接收器的第二管芯。该方法还将第二管芯耦合至第一管芯。
[0052]根据一方面，该方法进一步包括提供被配置成反射来自光发射器的至少一个光信号的反射组件。
[0053]根据一个方面，该方法进一步包括提供被配置成散射至少一个光信号的反射组件。
[0054]第七示例提供了一种用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个光学互连的方法。该方法从第一管芯上的发射器发射光信号。该方法基于哪个接收器接收到从发射器发射的光信号来将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联。
[0055]根据一方面，将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联建立了第一管芯与第二管芯之间的光学互连。在一些实现中，第一管芯包括若干发射器并且第二管芯包括若干接收器。在一些实现中，该方法进一步包括为若干发射器中的一个以上发射器迭代地执行发射和关联。
[0056]根据一个方面，将接收器与发射器相关联是在第一管芯被耦合至第二管芯之后执行的。
[0057]第八示例提供了一种包括用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个光学互连的指令的机器可读存储介质，该指令在由处理器执行时使该处理器:从第一管芯上的发射器发射光信号，以及基于哪个接收器接收到从发射器发射的光信号来将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联。
[0058]根据一方面，将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联建立了第一管芯与第二管芯之间的光学互连。在一些实现中，第一管芯包括若干发射器并且第二管芯包括若干接收器。在一些实现中，机器可读存储介质进一步包括在由处理器执行时使该处理器为若干发射器中的一个以上发射器迭代地执行发射和关联的指令。
[0059]根据一个方面，在由处理器执行时使该处理器将接收器与发射器相关联的指令是在第一管芯被