半导体结构及其形成方法与流程

本申请涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、当前硅光工艺平台中，多为独立的每个芯粒形成光功能器件的工艺制造，并在完成后进行独立封装和使用。考虑到光器件尺寸较大、种类繁多，现有最大曝光单元无法满足多功能光电器件的设计需求，因此不少平台利用整片电互连实现不同功能的器件连接。

2、然而整片电互连的方案仍然存在缺陷。因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案。

技术实现思路

1、本申请提供一种半导体结构及其形成方法，实现全片光互连并且降低器件延迟和功耗，突破曝光单元的限制，实现多功能器件相连。

2、本申请的一个方面提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供soi衬底，所述soi衬底包括若干器件区和包围每个器件区的切割道区，所述soi衬底上还包括第一介质层；在所述第一介质层表面形成第二介质层以及位于所述第二介质层中的第一波导结构，部分第一波导结构位于所述切割道区，任意相邻器件区的光路通过所述切割道区的第一波导结构连通。

3、在本申请的一些实施例中，所述器件区的soi衬底中还包括光栅结构和硅波导结构，所述第一介质层覆盖所述光栅结构和硅波导结构。

4、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第二介质层表面形成第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构，部分第二波导结构位于所述切割道区，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影互相连接构成分别连通所述器件区相对边的两条光路。

5、在本申请的一些实施例中，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影的连接顺序为：第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构-硅波导结构-光栅结构-硅波导结构-第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构。

6、在本申请的一些实施例中，所述第一波导结构和第二波导结构的光传输方式为倏逝耦合，所述第一波导结构和硅波导结构的光传输方式为倏逝耦合。

7、在本申请的一些实施例中，在所述第一介质层表面形成第二介质层以及位于所述第二介质层中的第一波导结构的方法包括：在所述第一介质层表面形成第一波导结构材料层；刻蚀所述第一波导结构材料层形成所述第一波导结构；在所述第一介质层表面和第一波导结构表面形成所述第二介质层。

8、在本申请的一些实施例中，在所述第二介质层表面形成第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构的方法包括：在所述第二介质层表面形成第二波导结构材料层；刻蚀所述第二波导结构材料层形成所述第二波导结构；在所述第二介质层表面和第二波导结构表面形成所述第三介质层。

9、在本申请的一些实施例中，所述第一波导结构和第二波导结构的材料包括氮化硅、硅、碳氮化硅。

10、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第三介质层表面形成至少一层第四介质层以及位于每层第四介质层中的至少一层第三波导结构，所述第三波导结构与所述第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影重合。

11、在本申请的一些实施例中，所述soi衬底包括底硅层、位于所述底硅层表面的绝缘层以及位于所述绝缘层表面的顶硅层，所述光栅结构和硅波导结构位于所述顶硅层中，所述第一介质层覆盖所述顶硅层。

12、在本申请的一些实施例中，所述第二介质层和第三介质层中还形成有金属互连结构。

13、本申请的另一个方面还提供一种半导体结构，包括：soi衬底，所述soi衬底包括若干器件区和包围每个器件区的切割道区，所述soi衬底上还包括第一介质层；位于所述第一介质层表面的第二介质层以及位于所述第二介质层中的第一波导结构，部分第一波导结构位于所述切割道区，任意相邻器件区的光路通过所述切割道区的第一波导结构连通。

14、在本申请的一些实施例中，所述器件区的soi衬底中还包括光栅结构和硅波导结构，所述第一介质层覆盖所述光栅结构和硅波导结构。

15、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：位于所述第二介质层表面的第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构，部分第二波导结构位于所述切割道区，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影互相连接构成分别连通所述器件区相对边的两条光路。

16、在本申请的一些实施例中，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影的连接顺序为：第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构-硅波导结构-光栅结构-硅波导结构-第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构。

17、在本申请的一些实施例中，所述第一波导结构和第二波导结构的光传输方式为倏逝耦合，所述第一波导结构和硅波导结构的光传输方式为倏逝耦合。

18、在本申请的一些实施例中，所述第一波导结构和第二波导结构的材料包括氮化硅、硅、碳氮化硅。

19、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：位于所述第三介质层表面的至少一层第四介质层以及位于每层第四介质层中的至少一层第三波导结构，所述第三波导结构与所述第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影重合。

20、在本申请的一些实施例中，所述soi衬底包括底硅层、位于所述底硅层表面的绝缘层以及位于所述绝缘层表面的顶硅层，所述光栅结构和硅波导结构位于所述顶硅层中，所述第一介质层覆盖所述顶硅层。

21、在本申请的一些实施例中，所述第二介质层和第三介质层中还形成有金属互连结构。

22、本申请提供一种半导体结构及其形成方法，将部分波导结构设置在后段工艺的金属互连层中，减少了前段介质层的厚度，相邻器件区的光路还通过所述切割道区的第一波导结构连通，实现全片光互连并且降低器件延迟和功耗，突破曝光单元的限制，实现多功能器件相连。

技术特征：

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述器件区的soi衬底中还包括光栅结构和硅波导结构，所述第一介质层覆盖所述光栅结构和硅波导结构。

3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第二介质层表面形成第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构，部分第二波导结构位于所述切割道区，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影互相连接构成分别连通所述器件区相对边的两条光路。

4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影的连接顺序为：第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构-硅波导结构-光栅结构-硅波导结构-第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构。

5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一波导结构和第二波导结构的光传输方式为倏逝耦合，所述第一波导结构和硅波导结构的光传输方式为倏逝耦合。

6.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层表面形成第二介质层以及位于所述第二介质层中的第一波导结构的方法包括：

7.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述第二介质层表面形成第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构的方法包括：

8.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一波导结构和第二波导结构的材料包括氮化硅、硅、碳氮化硅。

9.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第三介质层表面形成至少一层第四介质层以及位于每层第四介质层中的至少一层第三波导结构，所述第三波导结构与所述第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影重合。

10.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述soi衬底包括底硅层、位于所述底硅层表面的绝缘层以及位于所述绝缘层表面的顶硅层，所述光栅结构和硅波导结构位于所述顶硅层中，所述第一介质层覆盖所述顶硅层。

11.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二介质层和第三介质层中还形成有金属互连结构。

12.一种半导体结构，其特征在于，包括：

13.如权利要求12所述的半导体结构，其特征在于，所述器件区的soi衬底中还包括光栅结构和硅波导结构，所述第一介质层覆盖所述光栅结构和硅波导结构。

14.如权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述第二介质层表面的第三介质层以及位于所述第三介质层中的第二波导结构，部分第二波导结构位于所述切割道区，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影互相连接构成分别连通所述器件区相对边的两条光路。

15.如权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述光栅结构、硅波导结构、第一波导结构和第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影的连接顺序为：第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构-硅波导结构-光栅结构-硅波导结构-第一波导结构-第二波导结构-第一波导结构。

16.如权利要求15所述的半导体结构，其特征在于，所述第一波导结构和第二波导结构的光传输方式为倏逝耦合，所述第一波导结构和硅波导结构的光传输方式为倏逝耦合。

17.如权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述第一波导结构和第二波导结构的材料包括氮化硅、硅、碳氮化硅。

18.如权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述第三介质层表面的至少一层第四介质层以及位于每层第四介质层中的至少一层第三波导结构，所述第三波导结构与所述第二波导结构在所述soi衬底表面的垂直投影重合。

19.如权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述soi衬底包括底硅层、位于所述底硅层表面的绝缘层以及位于所述绝缘层表面的顶硅层，所述光栅结构和硅波导结构位于所述顶硅层中，所述第一介质层覆盖所述顶硅层。

20.如权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述第二介质层和第三介质层中还形成有金属互连结构。

技术总结
本申请提供半导体结构及其形成方法，所述半导体结构包括：SOI衬底，所述SOI衬底包括若干器件区和包围每个器件区的切割道区，所述SOI衬底上还包括第一介质层；位于所述第一介质层表面的第二介质层以及位于所述第二介质层中的第一波导结构，部分第一波导结构位于所述切割道区，任意相邻器件区的光路通过所述切割道区的第一波导结构连通。本申请提供一种半导体结构及其形成方法，通过设置于切割道区的第一波导结构实现全片光互连并且降低器件延迟和功耗。

技术研发人员：夏初晴,郑凯,苏悦阳,周亦康
受保护的技术使用者：北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13