CN103018852A

CN103018852A - 光元件模块及其制造方法

Info

Publication number: CN103018852A
Application number: CN2012103796767A
Authority: CN
Inventors: 藁科祯久; 石田雅之
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: JP5226488B2; CN101750674B; US8828250B2; TW201033667A; US20100142886A1; US20130178005A1; JP2010135630A; TWI493239B; CN101750674A; CN103018852B; US8548284B2

Abstract

本发明提供光元件模块及其制造方法。光元件模块（1）的制造方法构成为，光元件模块（1）在硅基板（2）的一个面上装载光元件（8）和半导体电路元件（9），在另一个面上形成大致倾斜45度的镜面（2a），与镜面相对的光纤（7）配置在沿另一个面形成的V槽中；该制造方法包括：相对于另一个面通过第1结晶各向异性蚀刻同时形成镜面（2a）和V槽的V状侧面的工序，通过与第1结晶各向异性蚀刻的结晶面方位不同的第2结晶各向异性蚀刻形成接触面（2b）的工序，接触面（2b）与一个面和另一个面大致垂直，形成在V槽前端侧而碰上光纤（7）前端。由此实现使光元件和光纤的光连接高功能化的光元件模块及其高效的制造方法。

Description

光元件模块及其制造方法

本申请是申请日为2009年12月7日、申请号为200910253644.0、发明名称为光元件模块及其制造方法的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有进行受光或发光的光元件的光元件模块及其制造方法。

背景技术

近年来，为了在通信系统和信息处理系统中传递大量的信息，将激光振荡元件等发光元件发出的光信号经由作为光导波手段的光纤发出、以及通过光电二极管等受光元件接收经由光纤发送的光信号，是不可或缺的技术。因此，在光通信模块、光互连模块、光测量模块等中，已开发了通过小型化、大容量化的设备，容易且廉价地将受光发光元件和光纤进行光学连接的技术。

目前，为使受光发光元件与光纤进行准确的对位，采用所谓的自动对准（active alignment）方法，一边改变两者之间的相对位置一边实际进行光信号的接收和发送，按照其最大强度进行位置设定。但是，这种对准手法既耗费时间和精力，而且使得用于将受光发光元件和光纤进行光连接的光元件模块的生产率、成品率降低。特别是，在并列配置多个光元件而成的光元件阵列、和同样并列配置多个光纤而成的光纤阵列中，对各个光元件和光纤进行对准而进行光连接的情况下，这个问题更明显。

而且，另外的问题是，如果光纤相对于配置了光元件和与该光元件电连接的半导体电路元件的基板成角度地进行连接的话，例如，在不得不像背板那样配置成接近多个基板的情况下，光纤成为物理障碍。

基于这样的问题而提出了如图20所示的光元件模块。图20（A）是侧面图，图20（B）是图20（A）的B-B剖面。光元件8′和半导体电路元件9′装载在基板2′的表面上，通过凸起52′电连接于基板2′表面上的金属电路。在基板2′的相同表面一侧，形成有V槽2B′，在其中配置光纤7′。在光纤7′和光元件8′的光连接路径上形成有：同样形成在基板的表面侧的45度镜面2a′。

于是，通过利用倒装式接合（flip chip bonding）等的凸起52′连接而将光元件8′配置在规定的位置，通过V槽将光纤7′配置在规定的位置，从而可以不实施如上所述的自动对准而使光元件的受光发光部与光纤进行对位。另外，由于装载了光元件8′和半导体电路元件9′的基板2′与光纤7′平行，所以即使在靠近多个基板2′而进行配置的时候，光纤7′也不会妨碍设置。

而且，在这种光元件模块的基板上形成V槽等方面，在专利文献1中公开了利用结晶各向异性蚀刻。

专利文献1：日本特开2005-10766号公报

发明内容

但是，在图20这样的光元件模块中，由于光纤7′与光元件8′和半导体电路元件9′一起配置在基板2′的同一个面的表面上，因而无论将哪个部件先组装在基板2′上，在之后的组装中，先组装的部件都会变成障碍，从而可能损坏先组装的部件。特别是，关于光元件8′和半导体电路元件9′，有时为避免外部环境的影响而将其组装入包装中并进行利用封入有惰性气体的密封包装等的气密密封，但是，由于光纤7′靠近配置在同一面上，使得独立于光纤而进行封装变得困难。而如果同时将光纤组装在包装中的话，则产生密封的可靠性和成本方面的问题。

而且，如果考虑光从光纤7′传输到光元件8′的情况的话，光从光纤7′出射到空气中，再经由镜面2a′反射，入射到光元件8′中。于是，在各边界和空气的传播中，产生光的反射和扩展。例如，在光纤7′的包层直径为125μm的情况下，从光纤7′前端的出射开始经由45度倾斜的镜面2a′反射至入射到光元件8′为止的空气中的距离最小也是125μm，虽然该距离根据纤芯直径和数值孔径（numerical aperture）不同而不同，但是产生相当大的光扩展。特别是，在多模光纤的情况下，由于光束直径的较大的扩展，造成由镜面2a′反射后的一部分反射光碰到光纤7′，因而，为避免这种情况，必须使光纤7′离镜面2a′更远，更加增大至入射为止的距离。

另一方面，在专利文献1中公开了，在这些光元件模块等的基板的制造中，采用结晶各向异性蚀刻来形成V槽等。但是，这不过是设法利用其他的干蚀刻来使利用结晶各向异性蚀刻的槽形成停止等，而并没有考虑利用结晶各向异性蚀刻的特异性，高效地在多个部位进行蚀刻等。

本发明正是为解决上述问题，目的在于提供一种光元件模块及其高效的制造方法，所述光元件模块中具有进行受光或发光的光元件和半导体电路元件、以及与光元件光连接的光纤，其中，光元件和光纤的光连接为高功能性的。

本发明所涉及的光元件模块的制造方法，其特征在于：所述光元件模块为，在硅基板的表面或者背面中的一个面上装载光元件和半导体电路元件，在另一个面上形成与所述一个面及另一个面大致倾斜45度的镜面，并且与镜面相对的光纤配置在沿另一个面形成的V槽中；并且所述制造方法包括：通过第1结晶各向异性蚀刻而相对于另一个面同时形成镜面和V槽的V状侧面的工序，以及通过在与第1结晶各向异性蚀刻不同的结晶面方位上的第2结晶各向异性蚀刻而形成接触面的工序，所述接触面与一个面和另一个面大致垂直并且形成在V槽的前端侧从而碰上光纤前端。

根据本发明的光元件模块的制造方法，能够通过1次结晶各向异性蚀刻，在硅基板的同一个面上，高效且高精度地同时形成大致45度的镜面和用于将光纤定位配置的V槽的V状侧面。而且，通过在另外的晶面方位上的结晶各向异性蚀刻，在V槽的前端侧形成用于接触光纤前端来确定位置的垂直的接触面，从而能够以使接触面与镜面和V状侧面成规定的角度的方式容易地形成接触面。

另外，本发明所涉及的光元件模块，其特征在于，具有：硅基板，其表面和背面中的一个面上装载光元件和半导体电路元件，另一个面上装载光纤；光元件和半导体电路元件，装载在一个面上，并经由凸起而连接于形成在该一个面上的金属线路；沿着另一个面装载在该另一个面上的光纤；在硅基板的另一个面上形成有：相对于一个面及另一个面倾斜大致45度的镜面、用于将与镜面相面对的光纤沿另一个面定位配置的V槽、以及形成在V槽的前端侧而与光纤前端接触的与一个面和另一个面大致垂直的接触面；在硅基板的一个面上的光元件的受光部或发光部与镜面之间形成有光导（light guide），该光导由从一个面沿着基板厚度方向延伸的圆筒状的孔构成。

根据本发明的光元件模块，因为装载有光元件和半导体电路元件的面和装载有光纤的面是基板的表面和背面中不同的面，所以，能够分别独立地组装到基板上。特别是，将光元件和半导体电路元件这样的半导体器件装载在基板的一个面上，从而可以形成这样的构成，即，在用密封包装等气密密封该面而进行保护的状态下，能够进行在另一个面上的光纤的组装。

另外，因为光纤和光元件之间的光传递路径能够几乎不在空气中通过而通过硅基板的内部，所以，能够防止像在空气中那样的光的扩展。而且，因为在45度镜面和光元件的受光发光面之间的硅基板内，形成有由圆筒状的孔构成的光导，所以能够防止由于硅和空气的光折射率的不同而使得光向光导之外扩散，即使是在基板的厚度较厚的情况下，也能够高效地进行光传递。

根据上述光元件模块及其制造方法，能够高精度且高效地制造光元件模块，该光元件模块是：在硅基板的一个面上装载有光元件和半导体电路元件，在另一个面上形成有大致倾斜45度的镜面，以大致45度的角度与镜面相对的光纤被配置在沿另一个面形成的V槽中。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图2是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图3是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图4是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图5是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图6是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图7是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图8是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图9是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图10是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图11是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图12是表示本发明的第1实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图13是根据本发明的各实施方式的制造方法制造的本发明的光元件模块的示意图。

图14是表示本发明的第2实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图15是表示本发明的第2实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图16是表示本发明的第2实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图17是表示本发明的第2实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图18是表示本发明的第2实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图19是表示本发明的第3实施方式的光元件模块的制造方法的一部分的示意图。

图20是表示现有技术的光元件模块的构成的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在说明中，用同样符号标记相同要素或具有相同功能的要素，省略重复的说明。

图1～图13是本发明的第1实施方式的制造方法的说明图。另外，在各图中，（a）图表示从上方看到的表面，（b）图表示在其中央部的纵断面，（c）图表示从下方看到的背面。

首先，根据图13说明完成的光元件模块1。作为绝缘膜的氧化硅膜（SiO₂）4在硅基板2的表面上成膜，在其上表面上配置有规定形状的金属线路5。在其上表面成膜有钝化膜6，并且金属线路5与光元件8和半导体电路元件9经由位于其开口中的凸起52而电连接。

光元件8是光电二极管等受光元件或者是面发光激光等发光元件。如果光元件8是受光元件，则半导体电路元件9例如是放大电路；如果光元件8是发光元件，则半导体电路元件9例如是其激光振荡的驱动电路。这些光元件8及半导体电路元件9装载在硅基板2的表面一侧。

另一方面，氮化硅膜（Si₃N₄）3在硅基板2的背面上成膜，其一部分3a作为反射防止膜起作用。而且，与表面同样的氧化硅膜4在其上表面成膜。

并且，在背面形成有镜面形成用凹部2A，它的在图右侧的面为镜面2a。该镜面2a形成为相对于基板的表面和背面倾斜45度。而且，必然的是，相对于基板2的厚度方向也成45度。光纤7配置成其前端与镜面2a相面对。光纤7以其前端与接触面2b接触的状态，被安装在形成在硅基板2的背面的V槽内，上述接触面2b形成在硅基板2上且与表面和背面相垂直。

在硅基板2的表面侧，在光元件8的受光部或发光部与镜面2a之间形成有光导2C，该光导2C由从硅基板2的表面起沿着基板厚度方向延伸的圆筒状的孔构成。并且，在光导2C内的硅基板表面上，成膜有与上述垂直面2b的表面的反射防止膜3a同样的氮化硅膜的反射防止膜3b。

在图13所示的例子中，光元件8是受光元件，从光纤7出射的光通过倾斜45度的镜面2a反射，在光导2C内通过而入射到光元件8的受光部，用箭头表示光。在此，基板2的表面和背面也可以反过来。而且，表面和背面不必完全平行，镜面2a的倾斜角度以及接触面2b的角度也可以不是完全的45度以及垂直，只要是大致45度和大致垂直的范围内即可。

接着，根据图1～图13对制造该光元件模块1的工序的例子进行说明。作为硅基板2，使用两面被研磨了的（100）硅单晶。在此，（100）硅单晶被制造成表面和背面都是（100）晶面。在该硅基板2的表面和背面上，通过热氧化将氧化硅膜41成膜后，在背面侧的氧化硅膜41上，通过光刻形成如图1所示的开口。为此，在背面侧的氧化硅膜41的表面上涂布抗蚀剂（resist），在抗蚀剂膜上形成开口，之后，通过干蚀刻除去该开口部分的氧化硅膜41，再除去抗蚀剂膜。

在此，开口41A是用于通过第1结晶各向异性蚀刻在硅基板2上形成凹部的开口，该凹部用于形成镜面；开口41B1是用于与此同时形成V槽的开口。而且，开口41B2是用于通过此后的第2结晶各向异性蚀刻在硅基板上形成垂直的接触面的开口。这些开口被设定成，图1（c）中各开口的图面左右的横方向线与结晶的<100>方位一致。因此，硅基板2的定向平面是（110）面的情况下，只要将横方向线设定为使其与垂直于该面的线之间的角度为45度即可。

接着，在氧化硅膜41的上表面，形成如图2所示的氮化硅膜31。为此，通过低压化学气相沉积法（LP-CVD）使氮化硅膜31在硅基板2的表面、背面的整个面上成膜，在其表面上涂布抗蚀剂，在抗蚀剂膜上形成开口，然后通过干蚀刻除去其开口部分的氮化硅膜31，再除去抗蚀剂膜。

在此，由于开口31A形成得比之前形成的氧化硅膜41的开口41A更大，所以氧化硅膜41的开口41A的周边部露出。而且，由于开口31B1形成得比之前形成的氧化硅膜41的开口41B1的宽度更大，所以氧化硅膜41的开口41B1的宽度方向的周边部露出。另外，氧化硅膜41的开口41B2被氮化硅膜31覆盖。

接着，如图3所示，根据针对硅单晶的结晶各向异性蚀刻（第1结晶各向异性蚀刻），形成镜面形成用凹部2A和V槽部2B1。另外，在以下的说明中，如果不区别结晶的（100）面、（010）面、（001）面而将它们作为等价的面进行表示时，记载为{100}面。{110}面、{111}面也同样。

通常，在（100）硅单晶的结晶各向异性蚀刻中，因为{111}面蚀刻速率最慢，所以若以横切{111}面那样的线作为开口进行蚀刻，则出现相对于{100}面具有54.7度倾斜的{111}面。但是，如果将开口41A、41B1、41B2设定在上述那样的方向上的话，开口线不横切{111}面，通过结晶各向异性蚀刻不出现{111}面。并且，根据使用的蚀刻剂的不同，{100}面和{110}面的蚀刻速率不同，因此可以通过选择蚀刻剂，使蚀刻速率慢的一方的{100}面或者{110}面出现。

在该第1结晶各向异性蚀刻中，通过在蚀刻剂中使用EPW（乙二胺、邻苯二酚和水的混合液）或肼（N₂H₄·H₂O），进行使{110}面出现的蚀刻。作为蚀刻剂，使用氢氧化钾（KOH）和异丙醇（IPA）的混合液也可以形成{110}面。在本实施方式中，将氧化硅膜作为开口41A、41B1周边的掩模，氧化硅膜由KOH侵蚀。因此，如果使用KOH和IPA的混合液，优选就100μm蚀刻而言使氧化硅膜的厚度为0.5μm以上的厚度从而使其厚度较大，或者像后述第2实施方式那样用氮化硅膜31覆盖氧化硅膜41，从而使氮化硅膜31具有掩模的功能。

在此，不仅镜面2a，而且就光通过的接触面2b以及进行光纤的侧面定位的V状侧面2d而言，也必须制成平滑的镜面。为此，在第1结晶各向异性蚀刻以及后述的第2结晶各向异性蚀刻中，使用EPW作为蚀刻剂的时候，使用低速蚀刻用的溶液，优选在低温下进行蚀刻。而且，在用KOH和IPA的混合液使{110}面出现的情况下，从抑制蚀丘（hillock）（蚀刻产生的突起物）的出现的方面考虑，优选在KOH为30重量%以上的高浓度、温度约60℃下进行蚀刻。

通过在该工序中的蚀刻形成的{110}面相对于{100}面具有45度的倾斜，因此，如图3所示，蚀刻后的镜面形成用凹部2A和V槽部2B1的周围的面都具有以α表示的45度倾斜。因此，镜面形成用凹部2A中的V槽部2B1一侧的45度倾斜面成为镜面2a，V槽部2B1的宽度方向（图3（c）中的上下方向）上的45度倾斜面成为定位配置光纤的V状侧面2d。

在此，镜面形成用凹部2A和V槽部2B1的蚀刻，因为是通过1次相同的蚀刻进行，而且针对结晶的同等的面进行，所以自不必说是高效的，而且，即使是在由于蚀刻剂、蚀刻时间、温度等的不同，而比当初设定的蚀刻量更多，或是反过来更少的情况下，镜面形成用凹部2A和V槽部2B1的深度通常也几乎相同。因此，将光纤配置在V槽时候的光纤和镜面的相对的位置也几乎相同，因为这点，也能够使光纤的定位变得容易。

接着，如图4所示，在通过蚀刻而现出的镜面形成用凹部2A和V槽部2B1的各内面上，通过热氧化使氧化硅膜42成膜。这是为了在后面工序的第2结晶各向异性蚀刻中，保护这些面不被蚀刻。此后，利用热磷酸除去氮化硅膜31，由此，如图5所示，下层的氧化硅膜41出现在表面上，在图1阶段已经形成的开口41B2再次出现。将该开口41B2作为用于形成垂直接触面2b的第2结晶各向异性蚀刻时候的掩模。

在此，假如不形成这样的掩模，而是在前面工序的形成镜面形成用凹部2A和V槽部2B1的第1结晶各向异性蚀刻中，使用仅用于此的1层掩模，则在用于后面的垂直面形成的第2结晶各向异性蚀刻中，需要重新形成图5所示的掩模。

为此，首先，在硅基板2的表面形成氧化硅膜之后，在其上表面的整个面上涂布用于光刻的抗蚀剂。但是，如果像本实施方式一样，已经通过前面的工序的第1结晶各向异性蚀刻，在表面形成有凹部的话，抗蚀剂的涂布是困难的。通常，抗蚀剂的涂布是，用旋转涂布机使基板旋转，在其上面滴加抗蚀剂，通过离心力使抗蚀剂扩展，从而形成抗蚀剂膜。因此，利用这样的通常的抗蚀剂涂布方法，进行抗蚀剂的涂布特别困难。

在本实施方式中，作为第1结晶各向异性蚀刻工序的掩模，使用层叠了氧化硅膜41和氮化硅膜31而成的掩模。并且，在后面的工序的第2结晶各向异性蚀刻中，在之前工序蚀刻后的应该保护的部位上形成保护膜，再除去上层的氮化硅膜31，至此使之前被氮化硅膜31覆盖了的氧化硅膜41中的开口41B2露出，由此，可以不重新形成抗蚀剂涂布工序所需的掩模，而将氧化硅膜41作为掩模使用。

在本实施方式中，就2种各向异性蚀刻的掩模而言，如上所述，是通过用氮化硅膜和氧化硅膜预先加入来实现的。但是，如果在形成垂直面的工序前先进行形成45度的晶面的工序的话，也可以通过在抗蚀剂涂布中采用喷涂机，形成45度的晶面之后，形成用于形成垂直面的掩模。

然后，如图6所示，进行第2结晶各向异性蚀刻，形成用于使光纤前端接触定位的垂直接触面2b。在此，作为蚀刻剂，使用对{100}面的蚀刻速率比对{110}面的蚀刻速率更慢的TMAH（四甲基氢氧化铵，（CH₃）₄NOH）。除此之外，也可以用KOH（不混合IPA）、CsOH等进行出现{100}面的蚀刻。

如第1结晶各向异性蚀刻中也描述的那样，接触面2b也必须制成平滑的镜面。在使用TMAH的情况下，优选以浓度22重量%以上的高浓度进行蚀刻，在使用KOH的情况下，与上述第1结晶各向异性蚀刻中在与IPA的混合液中的条件同样，从抑制突起的出现方面考虑，优选在KOH为30重量%以上的高浓度、温度约60℃的条件下进行蚀刻。

在该蚀刻中，原本是进行从开口41B2起向基板2的厚度方向（深度方向）的蚀刻和向开口41B2周围的四边在图6（c）中扩大的方向的蚀刻，形成长方体状的垂直面形成部2B2，其中与镜面2a相对的垂直面成为光纤前端的接触面2b。但是，实际上是，从掩模的开口41B2的角部开始，进行出现X线所示的{111}面的各向异性蚀刻。因此，在本实施方式中，为了尽可能将接触面2b维持得较宽，预先形成在沿镜面2a的方向上较长的开口41B2。另外，根据情况，也可以采用结晶各向异性蚀刻中的角部补偿法。

接着，如图7所示，用氟化氢除去基板2的表面的氧化膜41。在该图7中，基板2的背面的结构已完成，镜面形成用凹部2A的垂直面形成部2B2侧的45度面是镜面2a，V槽部2B1和垂直面形成部2B2连通，形成用于光纤的导槽2B。并且，V槽部2B1的V状侧面2d进行在光纤的侧方的定位，在垂直面形成部2B2中与镜面2a相对的垂直面成为进行光纤的前后方向的定位的接触面2b。

接着，如图8所示，在基板2的背面的整个面上和表面的光通过的部位上，形成氮化硅膜32。在此，背面侧的接触面2b的部分的氮化硅膜3a和表面侧的氮化硅膜3b作为反射防止膜起作用，因此以所使用的光的波长的约四分之一（λ/4）的厚度进行成膜。

为了形成该氮化硅膜32，通过LP-CVD或等离子CVD法使氮化硅膜32在基板2的表面和背面的整个面上成膜。然后，在基板2的表面上，涂布抗蚀剂，形成使该抗蚀剂膜只残留在相当于氮化硅膜3b的部位的图形，再用干蚀刻除去其他部位的氮化硅膜。

接着，如图9所示，通过CVD法使氧化硅膜43在基板2的表面和背面上成膜，并在表面的其上面形成规定图形的金属线路5。在此形成的表面侧的氧化硅膜43作为绝缘膜起作用。并且，在背面侧也可以不必形成氧化硅膜43，但是，只在表面形成的情况下，该成膜会导致基板2弯曲。因此，为了使弯曲最小化，优选按表面和背面同样的厚度在背面也成膜。

接着，如图10所示，通过CVD法从表面的金属线路5的上面开始形成以氧化硅膜为主的钝化膜6，再在其上制作用于与金属线路5电连接的电极、以及用于形成光导2C的抗蚀剂掩模M。为此，在涂布后的抗蚀剂膜上，形成与电极部对应的开口ME和与光导对应的环状开口MC的图形。

然后，如图11所示，通过掩模M的开口部进行干蚀刻，在电极部分中，除去钝化膜6直至使金属线路5露出为止。并且，在光导部分中，除去钝化膜6和氧化硅膜43直至使硅基板2露出为止。

接着，重新形成抗蚀剂膜M，形成具有使光导部分露出为圆形而非环状的开口MC的掩模M。之后，如图12所示对硅基板2进行干式深蚀刻，形成光导2C。此时，留在开口MC的平面看为中央部的圆形氧化硅膜43相对于蚀刻起保护膜的作用。

该干式深蚀刻采用Bosch工艺，将SF₆作为蚀刻剂，将C₄F₈用作用于保护膜形成的沉积用气体。即，最初用SF₆进行各向同性蚀刻，再用C₄F₈在蚀刻后的面上形成保护膜。接着，通过电场使SF₆的等离子溅射在开口的底面从而除去底面的保护膜，再次通过SF₆的各向同性蚀刻，挖掘已除去保护膜的底面。重复该工序，进行深掘。

如果使光导2C形成至规定的深度，然后，用氢氟酸（HF）除去在开口MC内作为保护膜起作用的圆形氧化硅膜43，使作为反射防止膜的氮化硅膜3b露出。然后，除去掩模M，如图13所示，通过倒装式接合等经由凸起52的连接，使光元件8和半导体电路元件9电连接于金属线路5的电极部位，从而装载在基板表面上。并且，对光纤7进行利用V状侧面2d的侧方的定位和利用接触面2b的前后方向的定位，从而将光纤7配置在背面。

此时，将光元件8和半导体电路元件9组装入密封包装来实现保护，之后，用粘着剂将光纤7固定在导槽2B中。在光纤7的固定中，当光纤7的前端碰到接触面2b的时候，涂布与光纤相同折射率1.5的紫外线硬化树脂来防止端面的损伤，并且也可以采用与将光纤7的侧面固定于V槽时候的粘着剂相同的紫外线硬化树脂，来实现操作的容易化。

这样，就光元件8和半导体电路元件9的装载与光纤7的装载而言，能够分别独立地组装到基板上。而且，可以在用包装保护光元件8和半导体电路元件9之后，组装光纤7，能够实现对半导体元件类的进一步保护以及操作效率的提高。

另外，因为光纤7和光元件8之间的光传递路径能够不在空气中通过而通过硅基板内部，所以能够防止像在空气中那样的光扩展。而且，因为在45度镜面2a和光元件8的受光发光面之间的硅基板2内，形成了由圆筒状的孔构成的光导2C，所以可以防止因为硅和空气的光折射率的不同而使光向光导2C外扩散，即使是在基板厚度较厚的情况下，也能够高效地进行光传递。

在这个实施方式中，虽然是形成背面的镜面形成用凹部2A和导槽2B之后，再形成表面的反射防止膜3b，但是，也可以在图1的掩模图形形成了的氧化硅膜41的形成阶段，针对表面的氧化硅膜41，预先将后面形成反射防止膜3b的部位作为开口，然后，将氮化硅膜31在基板表面和背面成膜时候的氮化硅膜31的该部位的部分作为反射防止膜。

接着，根据图14～图17对本发明的第2实施方式进行说明。如上所述，在第1结晶各向异性蚀刻中，即使将KOH和IPA的混合液作为蚀刻剂，氧化硅膜作为掩模，也能够使{110}面出现，但是在这种情况下，氧化硅膜的厚度必须增厚。因此，在本实施方式中，使第1结晶各向异性蚀刻的掩模为氮化硅膜。

如图14所示，与第1实施方式的情况相比，将氧化硅膜41的开口41A形成得较大，开口41B1的宽度形成得较宽。并且，通过将形成在其上表面上的氮化硅膜31的开口31A形成得比其更小，开口31B1的宽度形成得更窄，如图所示，从而使得氧化硅膜41没有露出于各开口。

接着，如图15所示，使氮化硅膜31作为覆盖各开口周边的掩模发挥作用，将KOH和IPA的混合液作为蚀刻剂进行第1结晶各向异性蚀刻。因而，与第1实施方式同样，在镜面形成用凹部2A和V槽部2B1周围的面上使具有以α表示的45度倾斜的{110}面出现，形成镜面2a和V状侧面2d。

此后，采用与第1实施方式同样的方法，如图16所示，通过热氧化而在蚀刻后的镜面形成用凹部2A和V槽部2B1周围的面上使氧化硅膜42成膜。接着，如图17所示，通过热磷酸除去氮化硅膜31，从而与第1实施方式的图5同样，能够使得用于第2结晶各向异性蚀刻的具有开口41B2的氧化硅膜41的掩模露出于表面。除了以上说明以外，其他与第1实施方式同样。

但是，在第1结晶各向异性蚀刻中，必须以使掩模下的钻蚀（underetching）到达掩模的开口31A,31B1的方式进行蚀刻。例如，在图18中，由于钻蚀到达L1，所以在蚀刻后的面上使氧化硅膜42成膜时，该膜与基板2的背面的氧化硅膜41连续，从而形成在第2结晶各向异性蚀刻中的保护膜。

但是，如果钻蚀至未达到开口缘部L2的L3位置，则即使在蚀刻后的面上使氧化硅膜42成膜，也会在L2和L3之间形成开口，并在该处进行不需要的第2结晶各向异性蚀刻。另外，在第1结晶各向异性蚀刻中{110}面和{100}面的蚀刻速率大致为1：10，因此，例如，在蚀刻100μm的情况下预估10μm左右的钻蚀来预先进行设定即可。

接着，根据图19对本发明的第3实施方式进行说明。在该实施方式中，将（110）硅单晶作为硅基板2使用。并且，将第1实施方式中图1的氧化硅膜41的开口41A的在（c）图的上下方向上的线（镜面2a延伸的方向）设定为横切（100）面的方向。在此情况下，通过第1结晶各向异性蚀刻，使镜面2a上出现{100}面，形成相对于基板2的表面和背面（110）为45度的镜面2a。另一方面，在V槽部2B1的V状壁面2d上出现35.3度的倾斜的{111}面。

在第2结晶各向异性蚀刻中，在成为接触面2b的垂直面上出现{110}面。并且，在垂直面形成部2B2中与其正交的面，出现图中由X所示那样的{111}面。除了以上说明以外，其他与实施方式1中说明的相同。

但是，在这个实施方式中，出现{110}面的垂直面的蚀刻需要耗费的时间是实施方式1,2中的垂直面的蚀刻所需时间的10倍左右。而且，由于使V状侧面2d与表里和背面所成的倾斜角度较小为35.3度，所以如果要在与第1,第2实施方式相同的深度配置光纤的话，必须使槽加深。

另外，在各实施方式中，也可以在光导2C的基板2的表面上制作聚光透镜。这是光从镜面2a通过光导2C内从而由表面向光元件8的受光部出射的形态，特别是，入射到光导2C的光束的直径较大，因而，光导2C的直径也设定得较大的情况下，使光向光元件8的受光部聚光的情况下，是有效的。

在形成聚光透镜的情况下，在硅基板2的表面和背面形成氧化硅膜41之前，在后面形成光导2C的部位，首先形成聚光透镜。作为形成方法，例如，使用日本特开平6-194502号公报所公开的那种方法即可。即，在透镜形成部开了口的保护膜的开口部中，配置从平面看为圆形的抗蚀剂，通过将该抗蚀剂加热到热变形温度以上，利用热变形和表面张力，使抗蚀剂成为规定的曲率半径的凸面形状。从其上方对硅基板实施反应性离子蚀刻（RIE），从而能够将抗蚀剂的凸面形状复制到硅基板表面上，形成透镜。

另外，在各实施方式中，为了便于说明，记载了用于光连接1个光元件8和1根光纤7的光元件模块，但是也可以为了将多个并列的光元件和同样多个并列的光纤作为列阵进行光连接，而在1个硅基板2上并列形成光纤的导槽2B、光导2C等。

在此，在上述实施方式的光元件模块的制造方法中所用的构成是，所述光元件模块为，在硅基板的表面或者背面的其中一个面上装载光元件和半导体电路元件，在另一个面上形成相对于上述一个面及另一个面大致倾斜45度的镜面，并且与镜面相面对的光纤配置在沿另一个面形成的V槽中；并且包括以下工序：通过第1结晶各向异性蚀刻相对于另一个面同时形成镜面和V槽的V状侧面的工序，以及，通过在与第1结晶各向异性蚀刻不同的结晶面方位上的第2结晶各向异性蚀刻而形成接触面的工序，所述接触面与一个面和另一个面大致垂直并且形成在V槽的前端侧从而碰上光纤前端。

另外，上述制造方法优选进一步包括通过干式深蚀刻在光元件的受光部或发光部和镜面之间的硅基板内形成圆筒状的光导部的工序，该光导部从一个面起向基板厚度方向延伸。根据这种制造方法，在光元件的受光部或发光部和镜面之间的硅基板中，即使长度很长，也可以通过干式深蚀刻形成圆筒状的孔，从而，能够防止通过其间的光扩散。

另外，上述制造方法优选：硅基板是（100）硅单晶，第1结晶各向异性蚀刻是使{110}面出现的蚀刻，第2结晶各向异性蚀刻是使{100}面出现的蚀刻。根据这种制造方法，镜面和V槽的V状侧面都作为截面呈大致45度倾斜的面而被同时形成。并且，因为这些面的深度也被形成得大致相同，所以即使蚀刻条件等发生变化，配置于V槽中的光纤和镜面在基板厚度方向上的相对位置也是一定的，因而更加容易确定光纤和镜面的位置。

另外，上述制造方法优选：通过层叠了氧化硅膜及在其上面的氮化硅膜而成的掩模来进行第1结晶各向异性蚀刻，然后，使保护膜在蚀刻后的面上成膜之后，利用通过除去氮化硅膜使氧化硅膜的开口露出而成的掩模来进行第2结晶各向异性蚀刻。

根据这种制造方法，使用层叠了氧化硅膜和氮化硅膜而成的掩模，作为用于形成镜面和V槽的V状侧面的第1结晶各向异性蚀刻工序的掩模。并且，在后面的用于形成大致垂直的接触面的第2结晶各向异性蚀刻中，通过使保护膜在前一工序蚀刻后应该保护的部位成膜，再除去上层的氮化硅膜，使之前已被氮化硅膜覆盖了的氧化硅膜中的开口（成为在后面的用于形成大致垂直的接触面的结晶各向异性蚀刻中的开口）露出，从而将具有该开口的氧化硅膜作为掩模使用。

如果要通过第1结晶各向异性蚀刻，而在形成有用于形成镜面和V槽的凹部的硅基板的另一个面上形成新的氧化硅膜的掩模的话，虽然在氧化硅膜成膜之后，在其上涂布抗蚀剂膜，在抗蚀剂膜上形成开口的图形，从而将该开口复制到氧化硅膜上，但是将抗蚀剂涂布在形成有凹部的面上是困难的。而在上述制造方法的情况下，可以不产生这样的困难而使用氧化硅膜的掩模。

另外，上述制造方法优选进一步包括：在垂直面及光元件装载面中的至少一个面的光通过部位，形成作为反射防止膜的氮化硅膜的工序。根据这种制造方法，能够在垂直面及光元件装载面中的至少一个面上高效地形成作为反射防止膜的氮化硅膜。

上述实施方式中的光元件模块所采用的构成是，具有：硅基板，其表面和背面中的一个面上装载光元件和半导体电路元件，另一个面上装载光纤；光元件和半导体电路元件，装载在一个面上，并经由凸起而连接于形成在该一个面上的金属线路；沿着另一个面装载在该另一个面上的光纤；在硅基板的另一个面上形成有：相对于一个面及另一个面倾斜大致45度的镜面、用于将与镜面相面对的光纤沿另一个面定位配置的V槽、以及形成在V槽的前端侧而与光纤前端接触的与一个面和另一个面大致垂直的接触面；在硅基板的一个面上，在光元件的受光部或发光部与镜面之间形成有光导，该光导由从一个面起沿着基板厚度方向延伸的圆筒状的孔构成。

本发明可以用作，在具有进行受光或发光的光元件和半导体电路元件以及与光元件光连接的光纤的光元件模块中，使光元件和光纤的光连接为高功能化的光元件模块，及其高效的制造方法。

Claims

1.一种光元件模块，其特征在于：

具有：

硅基板，在其表面和背面中的一个面上装载光元件和半导体电路元件，在另一个面上装载光纤；

光元件和半导体电路元件，装载在所述一个面上，并经由凸起而连接于形成在该一个面上的金属线路；

沿着所述另一个面而装载在该另一个面上的光纤；

在所述硅基板的所述另一个面上形成有：相对于所述一个面及另一个面倾斜大致45度的镜面、用于将与所述镜面相面对的光纤沿所述另一个面定位配置的V槽、以及形成在V槽的前端侧而与所述光纤前端接触的与所述一个面和另一个面大致垂直的接触面。