目前，鍵合技術(shù)主要有直接鍵合SiO2/SiO2中間層鍵合和苯并環(huán)丁烯(BCB)膠粘劑鍵合三種方式。

直接鍵合工藝簡(jiǎn)單成熟，鍵合強(qiáng)度大。然而鍵合強(qiáng)度很大程度上依賴于晶片表面的潔凈度、粗糙度、粗糙度需小于1nm，并需要對(duì)晶片表面進(jìn)行活化處理。同時(shí)在完成預(yù)鍵合后需要在超低真空條件下進(jìn)行退火處理，整個(gè)工藝過(guò)程十分復(fù)雜，并且對(duì)設(shè)備有很高的要求，另外對(duì)鍵合材料的選擇也有較大的限制。

SiO2/SiO2中間層鍵合實(shí)際上也是一種直接鍵合的方法，不同的是它在鍵合之前分別在兩個(gè)待鍵合晶片表面生長(zhǎng)了一層SiO2。它的優(yōu)點(diǎn)在于鍵合強(qiáng)度大，能精確控制中間層的厚度，并對(duì)材料性能影響較小。然而與直接鍵合類似，SiO2/SiO2中間層鍵合對(duì)熱氧化和等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)的SiO2層的表面粗糙度要求高，對(duì)晶片表面要進(jìn)行嚴(yán)格的處理，并且對(duì)處理的環(huán)境要求高。

BCB鍵合法在工藝難度和要求上都明顯簡(jiǎn)單許多，,而且還能保持較好的鍵合界面平整度和較少的界面空位。同時(shí)，鍵合溫度低，受界面粗糙度和潔凈度的影響較小，鍵合得到的界面空位少，并且它還可以在有結(jié)構(gòu)的晶片表面進(jìn)行鍵合。利用這個(gè)特性，我們可以實(shí)現(xiàn)SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料有源器件的集成。這個(gè)方法也徹底突破了不同材料間鍵合的限制，能靈活自如地運(yùn)用于各種器件的集成，同現(xiàn)有的工藝技術(shù)完全兼容，是一種十分具有發(fā)展前景的鍵合方法。

下面主要介紹一下苯并環(huán)丁烯(BCB)膠粘劑鍵合法，苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene,簡(jiǎn)稱BCB)是一種目前較常用的圓片級(jí)有機(jī)粘結(jié)材料，通常用于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件中的粘結(jié)工藝，近年來(lái)開(kāi)始用于圓片級(jí)鍵合。它是一種有機(jī)高分子聚合物，綜合性能優(yōu)異，具有低的介電常數(shù)，長(zhǎng)波范圍內(nèi)的光學(xué)損耗低。在較低的溫度下固化后，它具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和高的平整度。其鍵合過(guò)程如圖3所示：

2.3光電集成

硅基光子集成之后的下一步目標(biāo)是硅基光電集成， 不僅將光子器件集成在一個(gè)模塊上， 還要包括電子器件。 相比于光子集成， 光電集成要求更高。目前光電集成多用于集成有源光子器件和其外部驅(qū)動(dòng)電路。

2013 年Luxtera 公司[10] 提出用硅光子學(xué)實(shí)現(xiàn)光互連應(yīng)用中的光電一體化集成， 他們將芯片分為光子芯片和電子芯片， 用微小銅柱將兩個(gè)芯片倒裝焊粘連到一起。 如圖4 所示。 這里MZI 為馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，以銅柱作為光學(xué)器件與電學(xué)驅(qū)動(dòng)器件之間的連接元件可以充分減小電容的寄生效應(yīng)，這樣做不僅保持了光子芯片和電子芯片各自的優(yōu)勢(shì)， 也保證了其應(yīng)有的可擴(kuò)展性以應(yīng)對(duì)未來(lái)的數(shù)據(jù)速率和功耗要求。

結(jié)語(yǔ)

硅光子學(xué)中成熟的CMOS 工藝為光子集成回路制造提供了極好的技術(shù)基礎(chǔ)。 而基于人們的要求， 下一步硅基光子的發(fā)展趨勢(shì)將是更高速率、更低功耗以及更集成化。 目前人們對(duì)于硅基光子集成方面的研究工作仍然比較多， 下一步研究工作將不僅局限于硅基單片集成，而要逐漸擴(kuò)展到硅基混合集成和硅基光電集成， 并且日后硅基光電集成將作為硅基光子學(xué)發(fā)展的更高目標(biāo)。