半导体封装件及其形成方法与流程

1.本技术的实施例涉及半导体封装件及其形成方法。


背景技术：

2.电信号和处理是信号传输和处理的一种技术。近年来，光信号和处理的应用越来越多，特别是由于用于信号传输的光纤相关的应用。
3.光信号和处理可与电信号和处理相结合，提供全面的应用。例如，光纤可用于长距离信号传输，而电信号可用于短距离信号传输以及处理和控制。因此，形成了集成了光学元件和电气元件的器件，用于光信号和电信号之间的转换，以及光信号和电信号的处理。因此，封装件可以包括包括光学器件的光学管芯(也被称为光子管芯)和包括电子器件的电子管芯。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个实施例，一种形成半导体封装件的方法，所述方法包括：将第一晶圆接合至第二晶圆，其中所述第一晶圆包括多个电子管芯，并且所述第二晶圆包括多个光子管芯；在接合所述第一晶圆后，在所述第二晶圆中形成位于所述多个光子管芯的相邻光子管芯之间的沟槽；用光学胶填充所述沟槽；以及切割所述第一晶圆和所述第二晶圆，以形成多个光子封装件，其中所述多个光子封装件中的光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯和所述光学胶，其中所述光学胶沿着所述光子封装件的侧壁延伸。
5.根据本发明的又一个实施例，一种形成半导体封装件的方法，所述方法包括：将光子封装件和半导体管芯连接到载体上，其中所述光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；在所述载体上方形成围绕所述光子封装件和所述半导体管芯的模制材料，所述模制材料覆盖所述光学胶的所述第一侧壁；在所述模制材料上方形成重分布结构；以及在形成所述重分布结构后，去除所述模制材料的部分，以暴露所述光学胶的所述第一侧壁。
6.根据本发明的再一实施例，一种半导体封装件，包括：重分布结构；光子封装件，连接到所述重分布结构的第一面，所述光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；模制材料，位于所述重分布结构的第一侧上，其中所述模制材料部分地围绕光子封装件并暴露所述光学胶的所述第一侧壁；衬底，连接到所述重分布结构的第二对立面；以及底部填充材料，位于所述衬底和所述重分布结构之间，其中所述底部填充材料暴露所述光学胶的所述第一侧壁。
7.本技术的实施例公开了封装件结构包括具有嵌入式光学胶的光子封装件。
附图说明
8.当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最佳理解本发明的实施例的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件未按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚起见，可以任意地增大或减小各种部件的尺寸。
9.图1至图6示出了根据实施例，在制造的各个阶段的光子封装件的截面图。
10.图7和图8示出了根据实施例，在制造的各个阶段的半导体封装件的截面图。
11.图9a、图9b、图9c、图9d和图9e示出了根据实施例的半导体封装件的各种视图。
12.图10示出了根据另一实施例的半导体封装件的截面图。
13.图11示出了根据另一实施例的半导体封装件的截面图。
14.图12a、图12b和图12c示出了根据另一实施例的半导体封装件的各种视图。
15.图13示出了根据另一实施例的半导体封装件的截面图。
16.图14示出了根据另一实施例的半导体封装件的截面图。
17.图15示出了根据实施例的形成半导体封装件的方法的流程图。
具体实施方式
18.以下公开提供了许多用于实现本发明的实施例的不同特征的不同的实施例或示例。下面描述了组件和布置的具体示例以简化本发明的实施例。当然，这些仅是示例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。
19.另外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
下面”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间相对描述符可以同样地作相应地解释。在整个说明书中，除非另有说明，不同图中相同或相似的参考数字是指通过相同或相似的形成方法用相同或相似的材料形成的相同或相似的元件。
20.在一些实施例中，光子封装件是通过将光子封装件与电子管芯接合，并用光学胶取代光子封装件的部分介电层而形成的。光子管芯的边缘耦合器靠近光学胶。光学胶的外侧壁与光子封装件的侧壁齐平，并暴露在外，这使得光纤可以很容易地附着在光学胶的外侧壁上，以实现与边缘耦合器的光耦合。在一些实施例中，光子封装件与另一管芯一起嵌入到模制材料中，并在模制材料上形成重分布结构。接下来执行切割工艺，以去除部分模制材料，暴露出光学胶的外侧壁。接下来，重分布结构连接到衬底上，并在重分布结构和衬底之间形成底部填充材料。衬底具有在面对重分布结构的最上介电层处形成的沟槽。该沟槽与光学胶相邻，部分填充材料流入该沟槽，这确保了填充材料不覆盖光学胶的外侧壁。光学胶的外侧壁暴露出来，允许侧装光学元件(如光纤)和边缘耦合器之间进行光学耦合。所披露的结构，通过将光子封装件和电子管芯集成在同一封装件中，可以实现共封装光学(cpo)集成，并实现高带宽和超低功率消耗。
21.图1至图6示出了根据实施例，在制造的各个阶段的光子封装件100的截面图。
22.参照图1，晶圆10的第一侧(例如，图1中晶圆10的下侧)与晶圆20的前侧相连(例如，接合)。晶片10包括多个由切割区分隔的光子封装件120。晶片10的切割区域的位置在图1中用线11表示。晶片20包括由切割区分隔的多个电子管芯110。晶圆20的切割区域的位置由图1中的线21表示。请注意，为了简单起见，并非所有的图中都示出了光子管芯120和电子管芯110的所有细节。光子封装件120和电子管芯110的细节将在下文中参照图6进行说明和讨论。
23.晶圆10通过合适的接合工艺接合到晶圆20上，例如通过电介质到电介质的接合和/或金属到金属的接合(例如，直接接合、融合接合、氧化物到氧化物的接合、混合接合，或类似的)。在这样的实施例中，可在氧化物层之间形成共价键，例如晶圆10的第一侧的最顶层介电层和在晶圆20的前侧的最顶层介电层。在接合过程中，金属接合也可能发生在电子管芯110的管芯连接件109和光子管芯120的管芯连接件127之间。在图1的例子中，晶圆10的切割区域与晶圆20的相应切割区域在晶圆接合过程后对齐。
24.接下来，在图2中，在晶圆10的第二侧(例如，图1和图2中晶圆10的上侧)形成导电凸块145，以电耦合到光子管芯120的导电部件(例如，通孔，或导电焊盘)。导电凸块145，在随后的切割工艺中形成单独的光子封装件100后，作为光子封装件100的外部连接件。导电凸块145可以是任何合适的外部接触件类型，例如球栅阵列(bga)、微凸块、铜柱、铜层、镍层、无铅(lf)层、无电解镍无电解钯浸金(enepig)层、cu/lf层、sn/ag层、sn/pb、其组合、或类似物。
25.接下来，在图3中，在相邻的光子封装件120之间的晶圆10中形成沟槽13(例如，开口)。例如，沟槽13可以沿着晶圆10的切割区域形成。沟槽13可以延伸穿过晶圆10并暴露出下方的晶圆20。在图3的例子中，沟槽13的底部与晶圆10的下表面相平。在一些实施例中，沟槽13的底部可以形成为比晶片10的下表面略高或略低。
26.沟槽13可以使用任何合适的方法形成，例如蚀刻(例如各向异性蚀刻)、刀片切割、激光切割或类似方法。在图示的实施例中，每个光子管芯120沿侧壁(例如，图3中的右侧侧壁)有相应的沟槽13。沟槽13形成于光子管芯120的没有功能电路的区域，这样，沟槽13不会影响光子管芯120的功能。
27.接下来，在图4中，在沟槽13中形成了光学胶147。光学胶147可以填充或过度填充沟槽13。在一些实施例中，光学胶147对特定波长范围内的光是透明的，这些光被用来携带由光子封装件120处理的光信号。
28.接下来，在图5中，沿着晶圆10和20的切割区域执行切割工艺，以产生多个单独的(例如，独立的)光子封装件100，其中每个光子封装件100包括连接(例如，接合)到电子管芯110的光子管芯120。可以例如使用刀片、或激光切割工具来执行切割工艺。切割是为了切穿或沿着光学胶147切割，这样在切割工艺后，每个光子封装件100中的光子封装件120具有嵌入到光子封装件120(例如，的介电层)的光学胶147。由于切割工艺的直线切割路径，在一些实施例中，光子封装件100中的光学胶147的外侧壁147s与电子管芯110的相应侧壁齐平(例如，垂直对齐)。注意，外侧壁147s和电子管芯110的相应侧壁包括光子封装件100的侧壁(例如，图5中的右侧壁)(的部分)。图6中示出了光子封装件100的细节，其中包括光子管芯120、电子管芯110和光学胶147。
29.现在参考图6，该图显示了光子封装件100的细节。请注意，图6中的光子封装件100
与图5中的光子封装件100相对应，但上下翻转。在图6的例子中，光子封装件100包括连接(例如接合)到光子管芯120的电子管芯110，光学胶147嵌入到光子管芯120中，并沿着光子封装件100的侧壁布置。
30.电子管芯110可以是，例如，使用电信号与光子封装件120通信的半导体器件、管芯或芯片。在图示的实施例中，电子管芯110不接收、传输或处理光信号。在本文的讨论中，术语"电子管芯"用于区分"光子管芯"(例如120)，后者是指可以接收、传输或处理光信号的管芯，例如将光信号转换为电信号，或反之亦然。除了光信号，光子封装件120也可以发射、接收或处理电信号。图6中显示了一个电子管芯110，但在其他实施例中，光子封装件100可以包括两个一个或多个电子管芯110。在某些情况下，多个电子管芯110可以被纳入光子封装件100中，以降低工艺成本。
31.在一些实施例中，电子管芯110包括衬底101(例如，半导体衬底，如硅或类似物)。电子元件，例如晶体管、二极管、电容器、电阻器等，可以形成在衬底101中和/或衬底101上，并且可以通过在衬底101上的一个或多个介电层103中由例如金属化图案(例如导电线105和通孔107)形成的互连结构106进行互连以形成集成电路。电子管芯110进一步包括焊盘(未图示)，如铝焊盘，与之进行外部连接。这些焊盘位于电子管芯110的有源侧(或前侧)。一个或多个钝化层形成于电子管芯110的前侧和焊盘的部分上。管芯连接件109，如导电柱(例如，包括金属，如铜)被形成为延伸穿过钝化层，并机械地和电气地耦合到相应的焊盘。管芯连接件109与电子管芯110的集成电路电耦合。
32.请注意，在图6的例子中，电子管芯110的介电层103的部分，即没有功能电路的地方，被介电材料108所取代。在一些实施例中，介电材料108可以是间隙填充材料，它可以包括氧化硅、氮化硅、聚合物等、或其组合。在一些实施例中，介电材料108可以是对位于适合在光子管芯120的光学元件(例如，光栅耦合器)和垂直安装的光纤(例如，见图13中的185)之间传输光信号或光功率的波长的光线基本透明的材料(例如，氧化硅)。
33.电子管芯110可以包括用于与光子管芯120的光子元件135(例如，光电探测器和/或调制器)对接的集成电路。电子管芯110可以包括用于控制光子元件135的操作的电路。例如，电子管芯110可以包括控制器、驱动器、跨阻放大器等、或其组合。在一些实施例中，电子管芯110还可以包括中央处理单元(cpu)。在一些实施例中，电子管芯110包括用于处理从包括光电探测器的光子元件135接收的电信号的电路。在一些实施例中，电子管芯110可以根据从另一器件或管芯收到的电信号(数字或模拟)控制光子元件135的高频信号。在一些实施例中，电子管芯110可以是电子集成电路(eic)或类似物，提供串行器/解串器(serdes)功能。以这种方式，电子管芯110可以作为光子封装件100内光信号和电信号之间的i/o接口的部分。在一些实施例中，本文所述的光子封装件100可被视为系统管芯(soc)或系统集成电路(soic)器件。
34.仍然参考图6，光子封装件120包括一个或多个介电层131、在介电层131中形成的导电部件(例如导电线143和通孔141)以及在介电层131中形成的各种光子器件，例如波导133、光子元件135、氮化物波导137(例如137a、137b和137c)、边缘耦合器139、或类似物。此外，光子封装件120包括介电层131上的重分布结构129，以及介电层131下的导电凸块145。
35.在一些实施例中，波导133是通过图案化硅层形成的硅波导。一个波导133或多个波导133可以由硅层图案化。如果形成多个波导133，多个波导133可以是单独的独立波导
133，也可以连接成连续的结构。在一些实施例中，一个或多个波导133形成连续的回路。
36.光子元件135可以与波导133集成，并且可以与波导133一起形成。光子元件135可与波导133光学耦合，以与波导133内的光信号互动。光子元件135可以包括，例如，光子器件，如光电探测器和/或调制器。例如，光电探测器可以光学耦合到波导133，以检测波导133内的光信号，并产生与光信号相对应的电信号。调制器可与波导133光学耦合，以接收电信号并通过调制波导133内的光功率在波导133内产生相应的光信号。以这种方式，光子元件135促进了光信号在波导133内的输入/输出(i/o)。在其他实施例中，光子元件135可以包括其他有源或无源元件，如激光二极管、光信号分配器，或其他类型的光子结构或器件。光功率可以通过例如与外部光源耦合的光纤(见，例如，图9a中的185)提供给波导133。接触件136(例如，铜通孔)的形成是为了将光子元件135与光子管芯120的重分布结构129进行电耦合。
37.虽然没有显示，但一个或多个光栅耦合器可与波导133集成，并可与波导133一起形成。光栅耦合器是一种光子结构，它允许光信号和/或光功率在波导133和光子部件之间传输，如垂直安装的光纤(见，例如，图13中的光纤185)或另一光子系统的波导。
38.图6进一步示出了在介电层131的不同层中形成的多个氮化物波导137(例如，137a、137b和137c)。氮化物波导137可以通过图案化氮化硅层来形成。一个氮化物波导137或多个氮化物波导137可以通过图案化氮化硅层来形成。如果形成多个氮化物波导137，则多个氮化物波导137可以是单独的独立的氮化物波导137，也可以连接成单一的连续结构。在一些实施例中，一个或多个氮化物波导137形成连续的回路。在一些实施例中，氮化物波导137可以包括光子结构，如光栅耦合器、边缘耦合器139或耦合器(如模式转换器)，允许光信号在两个氮化物波导137之间和/或在氮化物波导137和波导133之间传输。在图6的例子中，氮化物波导137a包括边缘耦合器139，靠近光子管芯120面向光学胶147的侧壁。边缘耦合器139允许光信号和/或光功率在氮化物波导137a和水平安装在光子封装件100侧壁上的外部光子元件(例如，见图9a中的光纤185)之间传输。在本文的讨论中，波导133(例如硅波导)和氮化物波导137(例如氮化硅波导)可统称为波导133/137。
39.嵌入光子管芯120的光学胶147比光子管芯120的介电层131/121对光信号有更好的透明度(例如，更少的光损耗)，因此有利于边缘耦合器139和例如水平安装的光纤(例如，见图9a中的光纤185)之间的光通信。在图6的例子中，光学胶147从介电层131的下表面伸出来。光学胶147的表面147t具有弯曲的形状(例如，凸形)，这可以通过光学胶147过度填充沟槽13而形成。
40.当相邻的波导(例如，133、137a、137b、137c)之间的水平距离很小时，例如，当存在横向重叠时，以及当相邻的波导(例如，133、137a、137b、137c)之间的垂直距离很小时，光可以在相邻的波导(例如，133、137a、137b、137c)之间光学地相互耦合。因此，氮化物波导137a中的光可以通过氮化物波导137b和137c光学耦合到上面的波导133，从而形成所谓的"光通道"(类似于通孔提供的垂直电耦合路径的垂直光学耦合路径)。因此，来自水平安装的光纤(例如，堆积在边缘耦合器139旁边的光学胶147的外侧壁)的光信号能够被边缘耦合器139接收，然后垂直穿过"光通道"，到达嵌入波导133的光子元件135(例如，光电探测器/调制器)。光子元件135执行光信号和电信号之间的转换，这使得电子管芯110能够处理从光信号转换而来的电信号。
41.图6进一步示出了光子管芯120的重分布结构129。重分布结构129包括一个或多个介电层121和在介电层121中形成的导电部件(例如，导电线123和通孔125)。光子封装件120的管芯连接件127(例如，铜柱、铜焊盘或类似物)形成在光子封装件120的上表面，并与重分布结构129的导电部件电耦合。在一些实施例中，介电层121和131由介电材料(例如，氧化硅)形成，该材料对适合传输光信号的波长的光基本透明。请注意，图6中说明的元件的类型、元件的数量、元件的排列/配置只是非限制性的例子，其他类型/数量的元件，以及元件的其他排列/配置也是可能的，并完全意在包括在本公开的实施例的范围内。
42.图7和图8示出了根据实施例，在制造的各个阶段的半导体封装件150的截面图。
43.在图7中，两个光子封装件100和电子管芯153连接到载体151上。载体151可以是，例如，晶圆(例如，硅晶圆)、面板、玻璃衬底、陶瓷衬底或类似物。光子封装件100和电子管芯153可以使用例如接合剂或释放层(未显示)连接到载体151上。电子管芯153可以是，例如，cpu，特定应用集成电路(asic)，高带宽存储器(hbm)管芯、或类似物。电子管芯153可以包括衬底154，在衬底154中和/或衬底上形成的电子元件，以及连接电子元件以形成管芯功能电路的互连结构。电子管芯153的管芯连接件155提供与电子管芯153的电连接。细节与电子管芯110的细节相似，因此不再重复。请注意，光子封装件100的定位是，对于每个光子封装件100，光学胶147位于光子封装件100的外侧壁(例如，不面对电子管芯153)，以便在随后的加工中便于将光纤耦合到光学胶147。
44.接下来，在载体151上、光子封装件100和电子管芯153周围形成模制材料157。模制材料157覆盖光子封装件100中的光学胶147的外侧壁。模制材料157可以通过固化工艺进行固化。在模制材料157形成之后，执行平面化工艺，例如化学机械平面化(cmp)，以实现光子封装件100、电子管芯153和模制材料157之间的共面上表面。
45.接下来，在模制材料157上形成重分布结构160，并与光子封装件100和电子管芯153电耦合。在一些实施例中，重分布结构160包括一个或多个介电层161和一个或多个在介电层161中形成的导电部件(例如，导电线163和通孔165)。在一些实施例中，一个或多个介电层161由聚合物形成，如聚苯并恶唑(pbo)、聚酰亚胺、苯并环丁烯(bcb)等。在其他实施例中，介电层161由氮化物形成，如氮化硅；氧化物，如氧化硅、磷硅酸盐玻璃(psg)、硼硅酸盐玻璃(bsg)、掺硼磷硅酸盐玻璃(bpsg)、或类似物；或类似物。一个或多个介电层161可以通过任何可接受的沉积工艺形成，如旋涂、化学气相沉积(cvd)、层压等，或其组合。导电部件163/165可由合适的导电材料形成，如铜、钛、钨、铝或类似材料。
46.在一些实施例中，重分布结构160是通过以下方式形成的：在模制材料157上形成介电层161，在介电层161上形成开口以暴露下面的导电部件，在介电层161上和开口处形成种子层，在种子层上形成具有设计图案的光刻胶，镀(例如，电镀或无电解镀)设计图案中和种子层上的导电材料，并去除光刻胶和种子层上未形成导电材料的部分。上述工艺可以重复多次，直到形成目标数量的介电层161和导电部件165/163。形成重分布结构160的其他方式也是可能的，并且完全意在包括在本公开的实施例的范围内。
47.接下来，在重分布结构160上形成导电凸块167，并与之电耦合。导电凸块167可以是任何合适的外部接触类型，例如球栅阵列(bga)、微凸块、铜柱、铜层、镍层、无铅(lf)层、无电解镍无电解钯浸金(enepig)层、cu/lf层、sn/ag层、sn/pb、其组合、或类似物。
48.正如本领域技术人员容易理解的那样，多个(例如，相同的)半导体封装件150可以
同时(例如，在相同的加工步骤中)在载体151上形成。这些半导体封装件150将被随后的切割工艺分开，形成单独的、独立的半导体封装件150。
49.接下来，在图8中，通过载体去结合工艺将载体151移除。图7的结构被翻转过来，导电凸块167连接到切割带(未显示)。接下来，沿线148执行切割工艺，以产生多个单独的(例如，独立的)半导体封装件150，如图8所示。
50.切割工艺可以使用刀片、或激光切割工具来执行，作为例子。执行切割以切开或沿着光学胶147切割，这样在切割工艺之后，覆盖光学胶147的外侧壁147s的模制材料157的部分被移除，并且光学胶147的外侧壁147s被暴露出来，如图8中所示。
51.图9a、图9b、图9c、图9d和图9e示出了根据实施例的半导体封装件200的各种视图(例如，截面图、平面图)。如图9a所示，半导体封装件200是通过将图8中的半导体封装件150连接(例如，接合)到衬底170上而形成。接下来，形成底部填充材料189，以填补衬底170和半导体封装件150之间的间隙。图9b是图9a中区域183的放大图，其中显示了更多的细节。
52.衬底170，其可以是印刷电路板(pcb)，包括介电核心171，该介电核心由介电材料形成，例如在一些实施例中，预浸料、环氧树脂、二氧化硅填料、味之素建立膜(abf)、聚酰亚胺、模制化合物或类似物。在一些实施例中，介电核心171包括双马来酰亚胺三嗪(bt)树脂、fr-4(一种由编织的玻璃纤维布与环氧树脂接合剂组成的复合材料，具有阻燃性)、陶瓷、玻璃、塑料、胶带、薄膜或其他支撑材料。形成延伸穿过介电核心171的通孔173。在一些实施例中，通孔173是通过在介电核心171上钻贯穿孔，并沿着贯穿孔的侧壁形成(例如，镀)导电材料(例如，铜)而形成的。在导电材料沿着贯穿孔的侧壁形成后，贯穿孔的剩余部分可以用介电材料172填充，如图9a的例子所示。
53.参照图9a和图9b，导电部件，如导电线175a、通孔175b和导电焊盘174(在图9a中没有标注，但在图9b中标注)，形成在介电核心171的相对两侧，作为重分布层，将电信号从衬底170的第一位置重新分配到衬底170的第二位置。导电部件形成于多个介电层177中，这些介电层可以由合适的介电材料形成，如abf或预浸料。图9a进一步示出了衬底170的最上介电层179和最下介电层179。最上介电层179和最下介电层179可以由例如阻焊剂形成，作为例子。衬底170的导电焊盘174通过最上/最下介电层179的开口暴露出来。在一些实施例中，半导体封装件150的导电凸块167与衬底170的相应导电焊盘174(见图9b)对齐，并执行回流工艺，通过焊接区域176将导电凸块167与各导电焊盘174结合起来。如图9b所示，在回流工艺中，焊料区域176完全填充了这些开口。请注意，与下文讨论的沟槽191(填充材料189流入其中)不同，没有填充材料189流入这些开口(因为这些开口被焊料区域176填充)。
54.如图9a所示，光纤185连接到光子封装件100中的光学胶147的外侧壁上，并与光子封装件100的边缘耦合器139(见图9b)光学耦合，以支持光子封装件100与外部器件之间的光通信。图9a进一步示出了使用例如接合剂(未显示)连接到半导体封装件150周围的衬底170的上表面的环181。环181可由刚性材料形成，如玻璃、金属或类似材料，并可用于提供结构支持和改善衬底170的平面性。外部连接件178，如焊球，在衬底170的下表面形成。
55.图9b是图9a的区域183的放大视图。如图9b所示，光纤185是水平安装的，并通过例如光学胶187连接到光学胶147的外侧壁147s。光学胶187可以是也可以不是与光学胶147相同的材料。在一些实施例中，光学胶147的高度h1在约1微米和约787微米之间，并且光学胶147的厚度w1大于0微米和小于约5000微米。
56.在图9b中，光学胶的表面147t是平面，并且与模制材料157的下表面相平。这个平坦的表面147t可以由图7中模制材料157后进行的cmp工艺形成。例如，如果图6中的光学胶147的表面147t比导电凸块145进一步突出于光子管芯120的下表面，则图7中对模制材料157执行的cmp工艺也将光学胶147的部分去除，以形成图9b中的平坦表面147t。然而，如果图6中光学胶147的表面147t比图6中导电凸块145的下表面更靠近光子封装件120的下表面，则对图7中的模制材料157执行的cmp工艺可能不会到达光学胶147，因此，光学胶147的表面147t在最终产品(见图10)中可能保留图6的形状，或者在模制材料157重新塑造表面147t后可能保留另一种形状(见图11)。
57.值得注意的是，在图9b中，在最上介电层179(例如，阻焊层)中，在靠近光学胶147的位置形成沟槽191。在一些实施例中，沟槽191的宽度w2在约5微米和约100微米之间，沟槽191的深度h2在约10微米和约30微米之间。图9c和图9d进一步示出了沟槽191相对于光子封装件100、光学胶147和边缘耦合器139的位置，其细节将在下文中讨论。
58.如图9b所示，由于沟槽191，底层填充材料189流入沟槽191，从而降低了底层填充材料189的圆角的高度h3，该高度是在衬底170的最上介电层179的上表面和位于光学胶147下面(例如，直接下面)的底层填充材料189的圆角的最上层表面之间测量的。作为例子，底部填充材料189的圆角的h3可以大于0微米，小于约100微米。在图9b中，光学胶147下的填充材料189的圆角部分覆盖(例如，接触并沿着)重分布结构160的下侧壁，并暴露出重分布结构160的上侧壁。因此，光学胶147的外侧壁147s完全暴露于(例如，不存在)底部填充材料189，这确保了光学胶147的外侧壁147s不受阻碍，便于光纤185的连接。在一些实施例中，光纤185连接到外侧壁147s的位置，从而使光纤185指向边缘耦合器139，以实现高效的光耦合。
59.图9c是半导体封装件200的俯视图。为了简单起见，没有说明半导体封装件200的所有部件。图9c示出了光子封装件100、电子管芯153和半导体封装件150中的模制材料157。图9c还示出了半导体封装件150侧壁周围的底层填充材料189的圆角、衬底170的最上介电层179、以及半导体封装件150周围的环181。图9c进一步示出了光子封装件100的边缘耦合器139，由于它们在俯视图中不可见，所以用幻影来示出。此外，最上介电层179中的沟槽191也是用幻影表示的，因为它们可能被底部填充材料189覆盖。为了避免杂乱，图9c没有显示光学胶147。图9d显示了图9c的部分的放大视图，进一步以幻影的方式示出了光子封装件100中的光学胶147。因此，图9c(或图9d)，在显示了边缘耦合器139、沟槽191和光学胶147的情况下，也可以被称为半导体封装件200的平面图。
60.如图9c所示，沟槽191是在边缘耦合器139旁边形成的。在图9c的俯视图中，边缘耦合器139的中心轴193(例如，边缘耦合器139/氮化物波导137的纵轴)与沟槽191相交(例如，一分为二)。在示例性的实施例中，沟槽191是围绕中心轴193对称地设置的。沟槽191与光子封装件100的右侧侧壁(也是半导体封装件150的侧壁)间隔开。图9c显示了两条线a-a和b-b，其中线a-a与边缘耦合器139的中心轴193重合，而线b-b与线a-a平行，但不与沟槽191相交。图9b是沿线a-a的截面图，图9e是沿线b-b的截面图。
61.现在参考图9d，它显示了图9c的部分的放大视图。请注意，在图9d中，光子封装件100中的光学胶147是以幻影的方式显示。如图9d所示，光学胶147的外侧壁与光子封装件100的侧壁重叠(齐平)。在图9d的例子中，边缘耦合器130的中心轴193与光学胶147和沟槽
191都相交(例如，一分为二)。在一些实施例中，图9d中中心轴193和沟槽191的低侧壁之间的垂直偏移量d1在约100微米和约5毫米之间。底部填充材料189的圆角的宽度d3可以在约20微米和约5毫米之间。在一些实施例中，沟槽191的中心轴195(例如，图9d中沟槽191的纵轴)与光子封装件100面向沟槽191的相应侧壁之间的水平偏移量d2大于0微米且小于约2毫米。
62.图9e是半导体封装件200的沿图9c中b-b线的截面图。衬底170的最上介电层179中的沟槽191不在图9e的截面图中。请注意，由于在图9e中所示的最顶层介电层179的部分没有形成沟槽191，所以图9e中所示的底部填充材料189的圆角(其配置在沟槽191之外)沿重分布结构160的侧壁延伸的高度高于图9b中所示的底部填充材料189的圆角(其延伸在沟槽191之内)。例如，图9e中的底部填充材料189的圆角可以完全覆盖重分布结构160的侧壁，如图9e所示，或者甚至可以覆盖光子管芯120的下侧壁，如图9e中的虚线189'所示。换句话说，如果没有沟槽191，图9b中底部填充材料189的圆角可能覆盖光学胶147的外侧壁的至少部分，从而阻碍光纤185的连接。
63.图10示出了根据另一实施例的半导体封装件200a的部分的截面图。半导体封装件200a类似于图9b中的半导体封装件200，但是对于光学胶147的表面147t具有不同的形状。在图10中，光学胶147的表面147t从模制材料157的下表面凹入，并且是弯曲的(例如，凸的)表面。如上所述，如果模制材料157的cmp工艺没有达到光学胶147，那么表面147t的形状可以保留图6中的原始形状。
64.图11示出了根据另一实施例的半导体封装件200b的部分的截面图。半导体封装件200b类似于图9b中的半导体封装件200，但是对于光学胶147的表面147t具有不同的形状。在图11中，光学胶147的表面147t从模制材料157的下表面凹入，并且是弯曲的(例如，凹陷的)表面。表面147t的凹陷形状可能是由模制材料157的形成和模制材料157形成工艺中传递给光学胶147的热能造成的，它塑造或重新塑造了光学胶147的表面147t。模制材料157的cmp工艺没有达到光学胶147，因此，没有产生图9b中所示的平坦表面147t。
65.图12a、图12b和图12c示出了根据另一实施例的半导体封装件200c的部分的各种视图。半导体封装件200c类似于图9b中的半导体封装件200，但沟槽191延伸到光子封装件100的下方(例如，直接下方)。与图9b不同的是，沟槽191布置在光子封装件100的侧向外侧，图12a中的沟槽191有部分布置在光子封装件100的侧向外侧。在一些实施例中，沟槽191的第一侧壁配置在光子封装件100的边界内(例如，由侧壁限定)，而沟槽191的第二相对侧壁配置在光子封装件100的边界外。在一些实施例中，沟槽191的第一侧壁与光子封装件100的相应侧壁(例如，最接近的侧壁)之间的横向偏移量d4大于0毫米且小于0.5毫米。
66.图12b显示了半导体封装件200c的俯视图。半导体封装件200c的俯视图类似于图9c中的俯视图，但沟槽191延伸到光子封装件100的边界。图12c是图12b的部分的放大图。光学胶147也在图12c中以幻影形式显示。如图12c所示，沟槽191延伸到光子封装件100的边界，并且还可以与边缘耦合器139的至少部分重叠。图12c还示出了图12a中所示的横向偏移d4。
67.图13示出了根据另一实施例的半导体封装件200d的截面图。半导体封装件200d类似于图9a的半导体封装件200，但图9a中的光子封装件100之一被光子封装件100a取代，而图9a中的环181被盖201取代。盖201在其顶部部分有开口，以允许将例如光纤185连接到光
子封装件100/100a。例如，光纤阵列单元(fau)203连接到光子封装件100上，用于垂直安装的光纤185和光子封装件100的边缘耦合器139之间的光学耦合。此外，另一垂直安装的光纤185连接到光子封装件100a，并与光子封装件100a的光子组件(例如，光栅耦合器)进行光学耦合。盖201可以通过例如粘合材料连接到衬底170上。盖201的中心部分可以直接或通过热界面材料(tim)接触光子封装件100/100a和电子管芯153，以促进散热。
68.在一些实施例中，光子封装件100a类似于图6的光子封装件100，但是氮化物波导137、边缘耦合器139以及形成氮化物波导137的介电层131被类似于图6的重分布结构129的重分布结构取代。此外，光栅耦合器可以集成在光子封装件100a的光子封装件的波导133中。图13进一步示出了在光子封装件100a的电子管芯的衬底中形成的微透镜209。光纤185使用光学胶187垂直地安装在微透镜209上方的光子封装件100a的背面，并与光子封装件100a的光子封装件的波导133中的光栅耦合器进行光学耦合。
69.fau 203使用粘合材料207连接到光子封装件100的背面，并使用光学胶205连接到光学胶147的外侧壁。垂直安装的光纤185使用光学胶187连接到fau 203的上表面。fau 203提供了接口，使光子封装件100的光子管芯的边缘耦合器139与连接到fau 203的垂直安装的光纤185之间能够进行光耦合。
70.图14示出了根据又一实施例的半导体封装件200e的截面图。半导体封装件200e类似于图13的半导体封装件200d，但右边的光子封装件100也被光子封装件100a取代。
71.实施例可以实现优势。例如，通过在光子管芯120中嵌入光学胶147，边缘耦合器139和外部光纤185之间的光耦合效率得到改善。此外，衬底170中的沟槽191确保了底部填充材料189不会沿着光子封装件100的侧壁向高处延伸，并确保光学胶147的外侧壁暴露出来，以便于附着或耦合到光纤185。公开的结构和方法允许与光子封装件的边缘耦合器139(例如，通过光学胶147在光子封装件的侧壁)和光栅耦合器(例如，通过垂直安装的光纤)进行光学耦合，如图13和14所示。所公开的半导体封装件(如150、200)，通过将光子管芯和电子管芯集成在同一封装件中，可以实现共封装光学(cpo)集成，并实现高带宽和超低功率消耗。
72.图15示出了根据一些实施例的形成半导体封装件的方法1000的流程图。应该理解，图15所示的实施方法只是许多可能的实施方法的例子。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替代方案和修改。例如，图15中所示的各种步骤可以被添加、移除、替换、重新安排或重复。
73.参照图15，在区块1010，第一晶圆结合到第二晶圆，其中第一晶圆包含多个电子管芯，并且第二晶圆包含多个光子管芯。在框1020处，接合第一晶圆之后，在第二晶圆中形成位于多个光子管芯的相邻光子管芯之间的沟槽。在框1030处，用光学胶填充沟槽。在框1040处，切割第一晶圆和第二晶圆以形成多个光子封装件，其中多个光子封装件的光子封装件包括电子管芯、结合到电子管芯的光子管芯、和光学胶，其中光学胶沿着光子封装件的侧壁延伸。
74.根据实施例，一种形成半导体封装件的方法，所述方法包括：将第一晶圆接合至第二晶圆，其中所述第一晶圆包括多个电子管芯，并且所述第二晶圆包括多个光子管芯；在接合所述第一晶圆后，在所述第二晶圆中形成位于所述多个光子管芯的相邻光子管芯之间的沟槽；用光学胶填充所述沟槽；以及切割所述第一晶圆和所述第二晶圆，以形成多个光子封
装件，其中所述多个光子封装件中的光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯和所述光学胶，其中所述光学胶沿着所述光子封装件的侧壁延伸。在实施例中，第一晶圆具有第一切割区域，并且所述第二晶圆具有第二切割区域，其中在所述第一晶圆接合至所述第二晶圆后，所述第一切割区域与所述第二切割区域中的相应的切割区域对齐。在实施例中，沟槽沿着第二切割区域形成。在实施例中，沟槽形成为延伸穿过第二晶圆。在实施例中，光子封装件的光学胶的外侧壁与光子封装件的侧壁齐平。在实施例中，光子管芯包括第一波导和与第一波导光学耦合的边缘耦合器，其中边缘耦合器靠近光子管芯的面向光学胶的第一侧壁。在实施例中，光学胶形成为与光子管芯的第一侧壁接触并沿着该侧壁延伸。在实施例中，该方法进一步包括：将光子封装件连接到载体上；将管芯连接到所述载体上并与所述光子封装件横向相邻；在所述载体上方以及所述光子封装件和所述管芯周围形成模制材料；以及在所述管芯和所述光子封装件上方形成第一重分布结构，并且所述第一重分布结构与所述管芯和所述光子封装件电耦合。在实施例中，该方法进一步包括，在形成第一重分布结构后，执行切割工艺，其中所述切割工艺去除所述模制材料的部分并暴露所述光学胶的所述外侧壁。在实施例中，该方法进一步包括：在执行所述切割工艺之后，将所述第一重分布结构连接到衬底的第一面；以及在所述第一重分布结构和所述衬底之间形成底部填充材料，其中所述底部填充材料暴露所述光学胶的所述外侧壁。在实施例中，该方法进一步包括将光纤连接到光学胶的外侧壁。在实施例中，衬底包括：介电核心；第二重分布结构，位于所述介电核心的第一侧；和阻焊层，位于在所述衬底的所述第一侧处的第二重分布结构上方，其中沟槽位于所述阻焊层中，其中连接所述第一重分布结构包括将所述光学胶与位于所述阻焊层中的所述沟槽对齐，使得在平面图中，所述边缘耦合器的中心轴所述与光学胶和位于所述阻焊层中的所述沟槽相交。
75.根据实施例，一种形成半导体封装件的方法包括：将光子封装件和半导体管芯连接到载体上，其中所述光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；在所述载体上方形成围绕所述光子封装件和所述半导体管芯的模制材料，所述模制材料覆盖所述光学胶的所述第一侧壁；在所述模制材料上方形成重分布结构；以及在形成所述重分布结构后，去除所述模制材料的部分，以暴露所述光学胶的所述第一侧壁。在实施例中，该方法进一步包括，在去除所述模制材料的所述部分后：将所述重分布结构连接到衬底；以及形成位于所述重分布结构和所述衬底之间的底部填充材料。在实施例中，衬底包括介电核心、沿所述介电核心的第一表面延伸的导电部件、以及位于所述导电部件上的介电层，其中沟槽位于所述介电层中，其中在连接所述重分布结构后，所述光学胶与所述沟槽相邻。在实施例中，光子管芯包括包括用于光通信的边缘耦合器，其中边缘耦合器与所述光子管芯的面向所述光学胶的侧壁相邻，其中在连接所述重分布结构后，所述边缘耦合器、所述光学胶和所述沟槽在平面图中沿同一线对齐。在实施例中，该方法进一步包括，在形成底部填充材料之后，通过光学胶将外部光纤光学耦合到边缘耦合器。
76.根据实施例，一种半导体封装件包括：重分布结构；光子封装件，连接到所述重分布结构的第一面，所述光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；模制材料，位于所述重分布结构的第一侧上，其中所述模制材料部分地围绕光子封装件并暴露
所述光学胶的所述第一侧壁；衬底，连接到所述重分布结构的第二对立面；以及底部填充材料，位于所述衬底和所述重分布结构之间，其中所述底部填充材料暴露所述光学胶的所述第一侧壁。在实施例中，所述衬底包括介电核心、沿所述介电核心的第一表面延伸的导电部件、以及位于所述导电部件上的介电层，其中沟槽位于所述介电层中。在实施例中，光子管芯包括用于光通信的边缘耦合器，其中所述边缘耦合器与所述光子管芯的面向所述光学胶的侧壁相邻，其中在平面图中，所述边缘耦合器的中心轴与所述光学胶和所述沟槽相交。
77.前面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的实施例的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明的实施例作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造不背离本发明的实施例的精神和范围，并且在不背离本发明的实施例的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

技术特征：
1.一种形成半导体封装件的方法，所述方法包括：将第一晶圆接合至第二晶圆，其中所述第一晶圆包括多个电子管芯，并且所述第二晶圆包括多个光子管芯；在接合所述第一晶圆后，在所述第二晶圆中形成位于所述多个光子管芯的相邻光子管芯之间的沟槽；用光学胶填充所述沟槽；以及切割所述第一晶圆和所述第二晶圆，以形成多个光子封装件，其中所述多个光子封装件中的光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯和所述光学胶，其中所述光学胶沿着所述光子封装件的侧壁延伸。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一晶圆具有第一切割区域，并且所述第二晶圆具有第二切割区域，其中在所述第一晶圆接合至所述第二晶圆后，所述第一切割区域与所述第二切割区域中的相应的切割区域对齐。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述沟槽沿着所述第二切割区域形成。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述沟槽形成为延伸穿过第二晶圆。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述光子封装件的所述光学胶的外侧壁与光子封装件的所述侧壁齐平。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述光子管芯包括第一波导和与所述第一波导光学耦合的边缘耦合器，其中所述边缘耦合器靠近所述光子管芯的面向所述光学胶的第一侧壁。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光学胶形成为与所述光子管芯的所述第一侧壁接触并沿所述第一侧壁延伸。8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：将所述光子封装件连接到载体上；将管芯连接到所述载体上并与所述光子封装件横向相邻；在所述载体上方以及所述光子封装件和所述管芯周围形成模制材料；以及在所述管芯和所述光子封装件上方形成第一重分布结构，并且所述第一重分布结构与所述管芯和所述光子封装件电耦合。9.一种形成半导体封装件的方法，所述方法包括：将光子封装件和半导体管芯连接到载体上，其中所述光子封装件包括电子管芯、接合至所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；在所述载体上方形成围绕所述光子封装件和所述半导体管芯的模制材料，所述模制材料覆盖所述光学胶的所述第一侧壁；在所述模制材料上方形成重分布结构；以及在形成所述重分布结构后，去除所述模制材料的部分，以暴露所述光学胶的所述第一侧壁。10.一种半导体封装件，包括：重分布结构；光子封装件，连接到所述重分布结构的第一面，所述光子封装件包括电子管芯、接合至
所述电子管芯的光子管芯、以及嵌入所述光子管芯的光学胶，其中所述光学胶的第一侧壁与所述电子管芯的侧壁齐平；模制材料，位于所述重分布结构的第一侧上，其中所述模制材料部分地围绕光子封装件并暴露所述光学胶的所述第一侧壁；衬底，连接到所述重分布结构的第二对立面；以及底部填充材料，位于所述衬底和所述重分布结构之间，其中所述底部填充材料暴露所述光学胶的所述第一侧壁。

技术总结
一种形成半导体封装件的方法包括将第一晶圆接合到第二晶圆，其中第一晶圆包括多个电子管芯，第二晶圆包括多个光子封装件；在接合第一晶圆后，在第二晶圆的多个光子管芯的相邻光子管芯之间形成沟槽；用光学胶填充该沟槽。切割第一晶圆和第二晶圆，以形成多个光子封装件，其中多个光子封装件中的光子封装件包括电子管芯、与电子管芯接合的光子管芯、和光学胶，其中光学胶沿着光子封装件的侧壁延伸。本申请的实施例公开了半导体封装件及其形成方法。的实施例公开了半导体封装件及其形成方法。的实施例公开了半导体封装件及其形成方法。


技术研发人员：吴俊毅 余振华
受保护的技术使用者：台湾积体电路制造股份有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/20