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Die vorliegende Erfindung betrifft
integrierte Hybridschaltungen und findet besondere Anwendung auf
dem Gebiet der optischen Fasern.
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In den letzten Jahren war ein wesentlicher Anstieg
im Gebrauch von Faseroptiken für
die Datenkommunikation und die Datenverarbeitung zu verzeichnen.
Die Vorteile der Faseroptik sind allgemein bekannt, parallel zu
diesem Anstieg hat sich jedoch ein besonderes Problem ergeben, das
die Verbindung optischer Fasern entweder untereinander oder mit
anderen Komponenten wie Wellenleitern oder optoelektronischen Vorrichtungen
betrifft. Um einen guten Koppel-Wirkungsgrad zwischen zwei optischen Monomodefasern
oder zwischen einer Monomodefaser und einem anderen Element zu erhalten,
muß die Verbindung
mit einer Genauigkeit von besser einem Mikrometer und auf eine zuverlässige und
stabile Art ausgeführt
werden. Diese Erfordernisse führen
dazu, daß die
Kosten für
das Herstellen von optischen Verbindungen zwischen optischen Fasern
und zwischen Fasern und anderen Komponenten im Vergleich zu den
tatsächlichen
Kosten für
die Elemente extrem hoch sind, was entsprechend zu einer spürbaren Einschränkung der
Verbreitung von elektrooptischen Vorrichtungen und insbesondere
bei der Herstellung von elektrooptischen integrierten Hybridschaltungen geführt hat.
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Die Herstellung von integrierten
Hybridschaltungen umfaßt
eine Anzahl von miteinander in Beziehung stehenden Prozessen, von
denen jeder Probleme hinsichtlich des Zusammenbringens von verschiedenen
Arten von Vorrichtungen aufwirft. Diese Vorrichtungen umfassen optische
Fasern, Laserdioden, Photodioden und Wellenleiter. Ebenfalls notwendig
bei der Produktion von integrierten Hybridschaltungen ist das Vorsehen
von Elektroden-Kontaktbereichen und von Wegen, auf denen die Schaltungen
mit anderen elektronischen Vorrichtungen verbunden werden können.
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Es gibt daher eine ganze Anzahl von
Problemen, die bei der Herstellung von optoelektronischen Hybridschaltungen
zu lösen
sind. Neben der genauen Anordnung der verschiedenen Komponenten
und insbesondere der von Faseroptiken ist es wichtig zu berücksichtigen,
daß eine
Verbindung zwischen einem Paar von verschiedenen Vorrichtungen,
die gerade auf einem Substrat ausgebildet wurden, nicht Probleme
hinsichtlich des nachfolgenden Anbringens auf oder der Verbindung
mit anderen Vorrichtungen in anderen Bereichen verursacht, und daß ein nachfolgender
Anbringungsschritt keinen Schaden oder Nachteil bei einem vorherigen
Schritt verursacht.
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In der vorliegenden Beschreibung
deckt der Begriff "elektrooptische
Komponente" sowohl
aktive Komponenten wie Laserdioden und Photodioden als auch passive
Komponenten wie Wellenleiter ab. Natürlich kann ein Wellenleiter
auch mit elektrooptischen Effekten wie dem Kerr-Effekt oder dem
thermooptischen Effekt in Verbindung gebracht werden.
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Die GB 2 297 626 beschreibt ein Miniatur-Befestigungssubstrat
mit Nuten, bei denen eine Faser dadurch in einer geätzten Nut
gehalten wird, daß sich
Klappen einer darüberliegenden
Struktur über
die Nut erstrecken.
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Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Hybridchip gemäß dem Patentanspruch 1 geschaffen.
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Entsprechend einem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Miniatur-Befestigungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 7 geschaffen.
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Zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung werden nun verschiedene Ausführungsformen
davon beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf einen Wafer;
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1A schematisch
eine Vergrößerung eines
Bereichs auf dem Wafer der 1;
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2 eine
perspektivische Ansicht einen elektrooptischen Hybridchips;
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3 eine
Endansicht der Laserdiode in der 2; 4 eine Aufsicht auf die
Laserdiode der 3;
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5A einen
Querschnitt durch den Wellenleiter der 2; die 5B,
SC und SD zeigen, wie eine optische Faser an den Wellenleiter der 5A angekoppelt werden kann;
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6 ist
eine schematische Seitenansicht des Wellenleiters mit einer daran
angebrachten Photodiode;
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6A ist
eine Aufsicht auf einen Wellenleiter mit einem Beugungsgitter;
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7 ist
eine Endansicht einer vergrabenen optischen Faser bei einem nicht
erfindungsgemäßen Chip;
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8 ist
eine End-Schnittansicht einer vergrabenen optischen Faser bei einem
nicht erfindungsgemäßen Chip;
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9 zeigt
eine Aufsicht auf eine Befestigung für eine optische Faser; die 10A und 10B zeigen die Verbindung zwischen einer
optischen Faser und einer Laserdiode;
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11 zeigt
eine Endansicht einer erfindungsgemäß befestigten optischen Faser;
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12 eine
Aufsicht auf eine zusätzliche Maske,
die bei dem Prozeß zur
Anbringung der Faser bei der 11 verwendet
wird.
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Die 1 der
Zeichnung zeigt einen Wafer in der Form eines kreisrunden Siliziumsubstrats.
Wie allgemein bekannt, ist der Wafer deshalb kreisrund, weil ein
wichtiges Verfahren zum Aufbringen von Schichten auf den Wafer das
sogenannte Aufschleudern des aufzubringenden Materials umfaßt. Dieser eine
Wafer ergibt die Substrate für
eine große
Anzahl von integrierten Hybridchips, die Fläche, die von einem einzigen
potentiellen Chip belegt wird, wird mit IHC angegeben. Die 1A zeigt IHC in einem vergrößerten Maßstab. Es
ist klar, daß die
auf dem einen Chip in der 1A gezeigten
Komponenten keine funktionierende Schaltung darstellen. Der Chip
zeigt nur die wichtigsten Kom ponenten, die zur Herstellung eines
funktionierenden integrierten elektrooptischen Hybridchips verwendet
werden können.
Die Darstellung ist nicht maßstäblich. Es
ist auch klar, daß bei
der Herstellung der Chips der ganze Wafer einer Anzahl von photolithographischen
Operationen und Ätzvorgängen unterworfen
wird, die später
noch beschrieben werden, um die erforderlichen elektrischen Kontakte
herzustellen und die Befestigungspositionen für Komponenten und außerdem die
Ausbildung von Wellenleitern vorzusehen. Erst nach Beendigung dieser
Vorgänge
wird der eine Wafer zerschnitten, um die getrennten Chips der in
der 2 gezeigten Art
zu erzeugen. Der Punkt, an dem die auf der Oberfläche anzubringenden
Komponenten auf die einzelnen Chips aufgebracht werden, kann entweder
vor oder nach diesem Trennvorgang liegen. Das Einsetzen von optischen
Fasern in die Chips setzt jedoch voraus, daß der Trennvorgang bereits erfolgt
ist.
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Die in der 1A und 2 gezeigten
Chips umfassen ein Substrat 1 auf kristallinem Silizium
mit einer widerstandsfähigen
Abdeckschicht 2 aus Siliziumnitrid oder einem anderen geeigneten
Material, etwa einem glasartigen Material.
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An dem in der 1A gezeigte Chip sind zwei optische Fasern 3 und 4 angebracht.
Wie im folgenden noch beschrieben, ist jede dieser Fasern auf eine
etwas andere Art angebracht. Zur Vereinfachung zeigt der Chip der 2 nur die erste dieser beiden
optischen Fasern, nämlich
die Faser 3. Diese optische Faser 3 führt zu dem
Eingangsabschnitt 5 eines Wellenleiters 6, der
auf der Siliziumnitridschicht 2 angebracht ist. Ein Arm 7 des
Wellenleiters führt
zu dem Lichtausgang 8 einer Laserdiode 9 und der
andere Arm 7' ist
mit einem Kontakt 11 verbunden, durch den ein elektrisches
Feld an den Arm angelegt werden kann, um den Brechungsindex des
Wellenleiters zu verändern.
Es ist dies nur ein Beispiel für
eine der vielen Arten, in denen die Fähigkeiten des Wellenleiters
durch ein Signal von einer externen Quelle verändert werden können. Die
Laserdiode 9, die Photodiode 10 und der Anschluß 11 sind
alle über
entsprechende metallisierte Leiterbahnen mit Kontaktpunkten 12 auf
der Siliziumnitridschicht 2 verbunden.
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Es wird nun eine Abfolge der Schritte
beschrieben, mit denen die gerade beschriebenen Hauptkomponenten
auf dem Chip ausgebildet werden können. Nachdem die einzelnen
Prozesse beschrieben wurden, erfolgt dann die Beschreibung des umfassenden
erfindungsgemäßen Prozesses,
mit dem die einzelnen elektrooptischen integrierten Hybridchips
aus dem Wafer der 1 hergestellt
werden können.
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Eine wichtige Komponente bei der
Herstellung eines elektrooptischen Hybridchips ist die Laserdiode.
Es wird nun der Prozeß zur
Anbringung der Laserdiode 9 beschrieben.
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Die 3 ist
eine Endansicht der Laserdiode, die wie bereits erwähnt bei
8 Licht emittiert. Bei der beispielhaften Ausführungsform der 2 ist dieser aktive Punkt mit dem Arm 7 des
Wellenleiters 6 verbunden. Es ist jedoch genausogut möglich, daß der Ausgang
der Laserdiode mit einer optischen Faser verbunden wird. Es ist
wichtig, daß der
Hauptkörper
der Laserdiode bezüglich
des Restes des Chips exakt angeordnet ist. Dies wird durch zwei
Sockel 30 und 31 erreicht, die von der Siliziumnitridschicht 2 vorstehen.
Diese Sockel befinden sich auf den beiden Seiten von Kontakten 32 und 33.
Die 4 der Zeichnung
zeigt die räumliche
Beziehung (nicht maßstäblich) zwischen
den Kontakten und den Sockeln. In dieser Darstellung ist der aktive
Streifen der Laserdiode bei 8' gezeigt.
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Die Schritte zur Anbringung der Laserdiode sind
die folgenden. Zuerst wird ein Material wie Polysilizium über der
Siliziumnitridschicht 2 abgeschieden. Die Schicht wird
photolithographisch strukturiert und dann mit einem geeigneten Ätzmittel
geätzt.
Die Art des Ätzmittels
hängt von
der Art des Materials der Schicht ab. Der Zweck dieser Schritte
ist, die beiden Sockel 30 und 31 auf jedem der Chips im Wafer 1 herzustellen.
Die tatsächlich
ausgeführten
Schritte in der Prozedur sind die dafür üblichen Schritte. Dann werden
die Kontakte 32 und 33 auf der Siliziumnitridschicht 2 abgeschieden.
Schließlich
wird die Laserdiode 9 durch das sogenannte Flip-Chip-Löten oder durch
die Verwendung eines leitenden Klebstoffs auf den Sockeln 30, 31 angebracht
und mit den Kontakten 32, 33 in Kontakt gebracht.
Die Höhe
der Sockel 30, 31 wird sorgfältig so gewählt, daß sich der Lichtausgang 8 in
der richtigen Höhe über der
Oberfläche des
Substrats sowohl in Relation zu der aktiven Schicht des Wellenleiters 5 als
auch, wie es später noch
beschrieben wird, in Relation zu dem Kern einer optischen Faser
befindet. Wie bereits erwähnt
kann die Laserdiode auch direkt mit einem Wellenleiter verbunden
werden oder mit einer optischen Faser verbunden werden.
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Es wird nun der Prozeß beschrieben,
mit dem der Wellenleiter 6 auf dem Wafer ausgebildet wird.
Es ist klar, daß dieser
Prozeß für jeden
der vielen Chips wiederholt wird, die aus dem einzigen Wafer hergestellt
werden, so daß,
wenn der Wafer 100 Chips enthält, jeder Schritt dieses Prozesses
gleichzeitig auf jedem der Chips ausgeführt wird.
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Die 5A der
Zeichnungen zeigt einen Querschnitt (nicht maßstäblich) des Wellenleiters 6. Der
Wellenleiter umfaßt
eine untere Elektrode 20 und eine obere Elektrode 22.
Die aktive Wellenleiterschicht ist bei 23 gezeigt, sie liegt zwischen
Pufferschichten 24 und 25.
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Der erste Schritt bei der Herstellung
des Wellenleiters ist die Abscheidung einer Aluminiumschicht auf
der Siliziumnitridschicht 2. Diese Aluminiumschicht wird
auf die bekannte photolithographische Art strukturiert und geätzt, um
die unteren Elektroden 20 zu erzeugen. Der nächste Schritt
ist das Aufschleudern der unteren Pufferschicht 24 und
der mittleren aktiven Schicht 23. Die aktive Schicht 23 wird mit
ultraviolettem Licht strukturiert, um den tatsächlichen Weg des Wellenleiters
festzulegen, wie es in der 2 durch
7 und T gezeigt ist. Dann wird die obere Pufferschicht 25 aufgeschleudert.
Der nächste Schritt
bei der Herstellung des tatsächlichen
Wellenleiters umfaßt
das Maskieren des Substrats mit einer Chromschicht, so daß die unerwünschten
Bereiche des Wellenleiteraufbaus mittels reaktivem Ionenätzen weggeätzt werden
können.
Dieser Prozeß macht es
möglich,
daß der
verbleibende Wellenleiter vertikale Endflächen 26 und 27 aufweist.
Die Vertikalität dieser
Endflächen
ist wichtig, wenn Licht mit einer Faseroptik in den Wellenleiter
ein und daraus ausgekoppelt werden soll. Es ist ersichtlich, daß als Ergebnis
dieses gesamten Prozesses die aktive Schicht des Wellenleiters nur
wenig über
der Oberseite der Siliziumnitridschicht 2 liegt.
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Der Prozeß, mit dem die optischen Fasern am
fertigen Chip angebracht werden, wird zwar erst später beschrieben,
die 5B, 5C und 5D zeigen jedoch
alternative Arten zum optischen Ankoppeln der Faseroptik 3 an
die aktive Schicht 26 des Wellenleiters 6. Die
Faser 3 wird in einer V-Nut 5 angeordnet. Diese
Nut kann so geätzt
werden, daß sie
eine schräge
Endfläche 5' aufweist. In
einem solchen Fall stößt das Ende
der Faser nicht direkt an der aktiven Schicht 26 an. Alternativ
kann eine vertikale Vertiefung 5" an der vertikalen Seite des Wellenleiters 6 ionengeätzt werden.
Dies erfolgt vor dem Ätzen
der Nut 51. Wenn das Ätzen,
wie es später
noch beschrieben wird, zum Ätzen
der Nut 51 erfolgt, erhält die
Vertiefung 51'' die in der
5D gezeigte Gestalt.
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Eine andere wichtige Koppelanordnung
in einem Hybridchip ist die einer Photodiode an einen Wellenleiter.
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Die 2 der
Zeichnungen zeigt eine Photodiode 10, die an den Arm 7' des Wellenleiters 6 angekoppelt
ist. Die 6A der Zeichnungen
ist eine schematische Seitenansicht der Photodiode 10 und des
Wellenleiters 6. Bekanntlich befindet sich der aktive Bereich
an der Unterseite der Photodiode und wird an den Wellenleiter 6 mittels
eines Beugungsgitters angekoppelt, das bei der Strukturierung der
aktiven Schicht mit ultraviolettem Licht in die aktive Schicht 23 des
Wellenleiters einstrukturiert wird. Die Photodiode 10 wird
an den Wellenleiter entweder angeklebt oder mit einer Drahtbondung
oder einer Flip-Chip-Bondung
verbunden. Die unteren Kontakte 40 für die Photodiode werden an
der Oberseite der oberen Pufferschicht 24 des Wellenleiters
durch einen photolithographischen Strukturierungsprozeß ausgebildet.
Die 6A zeigt schematisch
die Beziehung zwischen dem Beugungsgitter, gezeigt bei 41, auf der
aktiven Schicht des Wellenleiters und der Photodiode 10.
Der aktive Bereich der Photodiode ist bei 10' gezeigt.
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Wie bereits erwähnt ist es für die Endfertigung
des integrierten Hybridchips wichtig, daß bestimmte Komponenten des
Chips mit optischen Fasern verbunden werden können. Während die vorstehende Beschreibung
das Anbringen von elektrooptischen Komponenten an der Oberfläche des
Wafers 1 betraf, ist ein extrem wichtiges Merkmal der vorliegenden
Erfindung die Art, mit der auch optische Fasern exakt am Substrat
angeordnet und mit den elektrooptischen Komponenten wie dem Wellenleiter
und der Laserdiode verbunden werden. Es werden nun zwei Arten beschrieben,
mit denen die optischen Fasern angebracht werden können. Bei
der ersten, nicht erfindungsgemäßen Art
wird die optische Faser effektiv im Substrat "vergraben". Das heißt, daß der Kern der Faser unter
der Siliziumnitridschicht 2 liegt. Die zweite Art des Anbringens
der Faser wird im folgenden als "vorstehende" Anbringung bezeichnet,
in diesem Fall liegt der Kern der optischen Faser über der
Siliziumnitridschicht 2, und diese Art ist erfindungsgemäß. Damit
kann dann der aktive Kern der Faser direkt an die aktive Schicht
des Wellenleiters 6 und an den Lichtausgang 8 der
Laserdiode 9 angekoppelt werden, die wie beschrieben über der
Siliziumnitridschicht 2 liegen. Da der Prozeß für die vorstehende
Anbringung einer optischen Faser hinsichtlich des Prozesses zum
Anbringen einer vergrabenen Faser zusätzliche Schritte beinhaltet,
wird nun der erste Prozeß beschrieben.
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Die 1 a
der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine vergrabene Faser 4,
die an eine Photodiode 50 angekoppelt ist. Die optische
Faser 4 ist in einer Nut 51 angeordnet, deren
mittlerer Abschnitt V-förmig
ist, wie es am besten in der 7 der
beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist. An der Stelle, an der die
Nut 51 den Rand des fertigen Chips erreicht,. erweitert
sich die Nut 51 nach außen, um eine vergrößerte Öffnung zu
schaffen, die am besten in den 9 und 10 zu sehen ist. Dieser erweiterte Öffnungsabschnitt
ist sowohl tiefer als auch weiter als die mittlere V-förmige Nut 51.
Die Tiefe der Nut 51 liegt im Bereich von 150 Mikrometern.
In der 9 ist zu sehen,
daß die
Siliziumnitridschicht 2 so geätzt wurde, daß elastische
Lippen entstehen, die die Faser 4 ergreifen, wenn sie über die
erweiterte Öffnung der
Nut in die Nut 51 eingeführt wird. Die Anordnung der
Faser in der Nut ist dahingehend vollständig passiv, daß außer dem
Akt des Einführens
und Zuführens
der Faser keine andere aktive Einstellung erforderlich ist. Die
Ausbildung der Nut und der elastischen Lippen erfolgt durch die
folgenden Schritte. Über
die Siliziumnitridschicht 2 wird eine photolithographische
Maske gelegt. Die Maske kann die in der 9 gezeigte Form haben, sie kann aber
natürlich auch
eine Anzahl von verschiedenen Ausgestaltungen haben. Die Maske ist
erforderlich, damit für
jede Nut, in der eine Faser angeordnet werden soll, ein Schlitz 52 in
der Siliziumnitridschicht 2 festgelegt wird, der die äußeren Ränder der
elastischen Lippen bestimmt, die die eingesetzte Faser einklemmen. Zweitens
legt sie die V-Nut im Silizium fest, einschließlich der Endschräge, die
die vergrößerte Öffnung ergibt.
Dies wird durch die Strukturierung der Räume im Siliziumnitrid erreicht,
die ein Unterätzen der
Lippen durch das Silizium-Ätzmittel
ermöglichen.
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Das Siliziumsubstrat 1 weist
eine bestimmte Kristallorientierung auf, die es ermöglicht,
das Ätzen so
auszuführen,
daß die
erforderliche Form der Nut und ihres Eingangsabschnitts sichergestellt
ist. Das Ätzen
kann mit Kaliumhydroxid als Naßätzmittel
ausgeführt
werden.
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Dieses Ätzen erfolgt auf eine anisotrope
Weise, wie es zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 5 087 124 beschrieben
ist. Das Ätzen
erfolgt in der <100>-Richtung des kristallinen
Siliziums mit <111>-Seitenwänden.
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Aufgrund der Anisotropie der Silizumätzung sind
die Ränder
der fertigen V-Nut durch die Ränder des
Musters in der Maske genau festgelegt. Es ergibt sich ein Kanal,
dessen Tiefe durch die Maske bestimmt wird und der von der Konzentration
des Ätzmittels
oder der Zeit, für
die die Vorrichtung geätzt wird,
unabhängig
ist. Die Ätzung
wird durch die <111>-Kristallebene gestoppt,
die über
die ganze Länge
der Nut 51 gleich bleibt. Die Ausrichtung der Faser 4,
die in die Nut 51 eingesetzt wird, ist daher entsprechend
der Konsistenz dieser Kristallebene genau. Das Ätzen der Siliziumnitridschicht 2 zur
Ausbildung der Muster, die zur Erzeugung der Nut 51 unterätzt werden,
kann so erfolgen, daß das
Unterätzen entweder
einen einzigen mittleren Schlitz in der Siliziumnitridschicht 2 hinterläßt, der
durch die fortlaufenden Lippen festgelegt wird, oder daß sich eine
Anzahl von etwas, was effektiv freitragende Elemente sind, senkrecht
zur Faserachse erstreckt. Bei der Herstellung der Nut hinterläßt die Anisotropie
der Siliziumätzung
Rippen im vergrößerten Endabschnitt der
Nut, da die Seiten dieser Abschnitte nicht parallel zu den Seiten
der Kristallebene liegen. Diese Rippen steigen die Seitenwände des
erweiterten Abschnitts unter einem Winkel hinan und bilden eine
eigene Abschrägung,
die die Faser in die Nut führt.
Diese Rippen können
durch eine kurze isotrope Ätzung
zum Entfernen der Schärfe
der Rippenkanten geglättet werden.
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Die 10A und 10B der Zeichnungen zeigen
die vergrabene Faser 4, die an die Laserdiode 50 angekoppelt
ist.
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Wie beschrieben ist es in vielen
Situationen wie bei Verbindungen mit Wellenleitern oder Laserdioden
vorteilhaft, wenn der Kern der optischen Faser über der Oberfläche der
Siliziumnitridschicht 2 liegt. Dies ist die Situation hinsichtlich
des Ankoppelns der Faser 3 an den Wellenleiter 6.
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Um diese vorstehende Anbringung der
optischen Faser 3 derart zu erreichen, daß der Kern
der Faser genau zu der aktiven Schicht 26 des Wellenleiters 6 ausgerichtet
ist, zeigt die 11 eine
Endansicht der Faser 3 mit ihrer Anordnung in einer V-Nut 51,
die der Nut 51 für
die Faser 4 ähnlich
ist, wobei die Faser 3 auch hier durch elastische Lippen ähnlich denen,
die die Faser 4 halten, an Ort und Stelle gehalten wird.
Es ist jedoch ersichtlich, daß im
vorliegenden Fall die V-Nut flacher ist als für die Anordnung der vergrabenen
Faser. Dieses Ergebnis wird wie folgt erreicht. Nach der Strukturierung
der Siliziumnitridschicht 2 zur Freilegung der Stelle für die V-Nut
und auch zur Festlegung der Bereiche, die zum Erzeugen der elastischen
Lippen zu unterätzen
sind, wird eine zweite Maskierungsschicht aus Siliziumoxid auf der
strukturierten Siliziumnitridschicht und über dem Teil der Oberfläche des
Siliziumsubstrats abgeschieden oder thermisch aufgebracht, der durch das Ätzen der
Siliziumnitridschicht 2 freigelegt wurde. Diese Konfiguration
ist in der 12 der Zeichnungen
gezeigt. Die zweite Schicht engt die Breite der Nut ein, die anisotrop
geätzt
wird, und beschränkt wie
erwähnt
damit ihre Tiefe. Wenn das anisotrope Ätzen mit Kaliumhydroxid wie
im Falle der Ausbildung der Nut für das Anbringen der Faser 4 erfolgt, werden
die Lippen der V-Nut durch das Ende der Siliziumoxidmaske festgelegt.
Der nächste
Schritt ist das Entfernen der zweiten Maskierungsschicht, zum Beispiel
durch Flußsäure, so
daß die
ebene Oberfläche
des Siliziumsubstrats freigelegt wird, die sich auf den beiden Seiten
der vorher mittels der Strukturierung der Siliziumnitridschicht 2 anisotrop
geätzten Nut
erstreckt. Es erfolgt dann eine zweite Ätzung mit Kaliumhydroxid, um
die eingetieften Abschnitte 53 auf den beiden Seiten der
mittleren V-Nut zu erzeugen, die in der 11 gezeigt sind. Die Verwendung der zweiten
Maskierungsschicht hat zur Folge, daß das anfängliche Maskierungsmuster so
gewählt
werden kann, daß die
elastischen Lippen oder Elemente jede gewünschte Länge haben. Es ist auch ersichtlich,
daß der Ätzprozeß mit beträchtlicher
Genauigkeit ausgeführt
werden kann, so daß,
nachdem die Faser in der Nut angeordnet ist, sich ihr aktiver Kern auf
der gleichen Höhe
befindet wie die aktive Schicht 26 des Wellenleiters oder
gegebenenfalls der Lichtausgang der Laserdiode.
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Die vorstehende Beschreibung betraf
das Anbringen von einzelnen Komponenten zur Herstellung einer elektrooptischen
Hybridschaltung der in der 2 gezeigten
Art.
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Dies erfolgte so, daß die einzelnen
Anforderungen für
jede Komponente verstanden werden können. Die vorliegende Erfindung
betrifft jedoch einen vollständigen
Prozeß für die Herstellung
des kompletten Chips, in den die Herstellung der verschiedenen individuellen
Komponenten integriert ist.
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Wie bereits erwähnt beginnt der komplette Prozeß mit einem
kreisrunden. Siliziumwafer, der dann eventuell in die einzelnen
Hybridchips zerschnitten wird. Schritt 1 des Prozesses ist die Beschichtung
des ganzen Wafers mit der Schicht 2 aus Siliziumnitrid.
Ein Verfahren dafür
ist der bekannte Prozeß der
Hochfrequenz-Plasmaabscheidung. Der nächste Schritt oder Schritt
2 im vollständigen
Prozeß ist
die Ausbildung der Sockel 30, 31 für die Laserdiode,
wie es anhand der 3 und 4 beschrieben ist. Es wird
dies durch die Abscheidung einer Polysiliziumschicht auf der Siliziumnitridschicht 2 erreicht.
Die Polysiliziumschicht wird wie beschrieben strukturiert, um den
Ort für
die Sockel 30 und 31 für die Laserdiode festzulegen,
und dann geätzt,
damit diese Sockel von der Siliziumnitridschicht 2 vorstehen.
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Schritt 3 im vollständigen Prozeß ist die
Erzeugung eines lithographischen Maskenmusters in der Siliziumnitridschicht 2,
das die V-Nuten festlegt und die zugehörigen elastischen Lippen oder
Klappen, in denen die optischen Fasern angeordnet werden. Mit diesem
Muster wird dann die Siliziumnitridschicht 2 geätzt, um
die erforderlichen Muster in der Siliziumnitridschicht zu erzeugen,
mit denen in der Folge die V-Nuten anisotrop mit Kaliumhydroxid
geätzt
werden können.
An dieser Stelle in der Produktion des kompletten Chips wird jedoch
nicht das anisotrope Ätzen
der V-Nut ausgeführt,
wie es mit Bezug zu den 8 bis 11 beschrieben wurde.
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Schritt 4 des Prozesses ist die Abscheidung der
Siliziumoxidschicht, wie es bei dem Prozeß für die V-Nut-Anbringung für die "vorstehende" Faser 3 beschrieben
wurde, gefolgt von der Ausbildung eines photolithographischen Musters
auf dieser Schicht und dem selektiven Entfernen der Siliziumoxidschicht
zur Festlegung des engen Schlitzes für die flachere Nut für die "vorstehende" Faseranbringung.
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Schritt 5 ist die Abscheidung der
strukturierten Aluminiumschicht für die Kontakte 12,
die in der 2 gezeigt
sind, für
die unteren Elektroden 20 des Wellenleiters 6,
die Kontakte 32, 33 der Laserdiode 9 plus
aller anderen erforderlichen Kontakte und elektrischen Wegen.
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Schritt 6 ist die Herstellung des
Wellenleiters 5, wie es oben mit Bezug zu den 3 und 6A der beiliegenden Zeichnungen beschrieben
ist.
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Schritt 7 umfaßt das Strukturieren der oberen Elektroden
des Wellenleiters. Die obere Elektrode des Wellenleiters hat auch
die Funktion, als Maske für
die Erzeugung der vertikalen Vertiefung 51' zu dienen, die, wie beschrieben,
dazu erforderlich ist, damit die optische Faser 3 an die
aktive Schicht 26 des Wellenleiters anstoßen kann.
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Schritt 8 umfaßt das Vorsehen einer Chrom-Passivierungsschicht
auf dem Chip. Der Zweck dieser Schicht ist der Schutz des Wellenleiters 6 beim Ätzen der
tiefen Vertie fung 51'', der V-Nuten 51 und
der Ausnehmungen 53 bei der vorstehenden Faseranbringung.
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Schritt 9 umfaßt das reaktive Ionenätzen der vertikalen
Vertiefung 51''. Es ist klar,
daß an
dieser Stelle im Prozeß der
Wafer nun zwei Schichten auf seiner Oberfläche aufweist, die verschiedene
Bereiche der Oberfläche
maskieren, wobei die eine Schicht aus Chrom ist und die andere aus
Aluminium. Das reaktive Ionenätzen,
in der Regel mit CF4 + O2, beeinflußt weder
das Chrom noch das Aluminium.
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Schritt 10 umfaßt das anisotrope Ätzen der V-Nuten
für die
optischen Fasern 3 und 4 mit einer flüssigen KOH-Ätze. Bei
diesem Ätzen
der V-Nuten wird das Aluminium durch das Ätzmittel entfernt, mit Ausnahme
der Stellen, an denen es durch das Chrom abgedeckt ist, so daß die Siliziumnitridschicht 2 freigelegt
wird und das anisotrope Ätzen
möglich wird.
Das Chrom und das Siliziumnitrid werden durch das KOH nicht beeinflußt. Im Falle
der vorstehenden Faser 3 wird die Breite und damit die
Tiefe der V-Nut durch die im Schritt 4 aufgebrachte Sliziumoxid-Maskierungsschicht
festgelegt.
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Schritt 11 umfaßt das Entfernen der Siliziumoxidschicht
und dann das Ausführen
der anisotropen Ätzung
der Ausnehmungen an beiden Seiten der V-Nut für die vorstehende Faseranbringung,
wieder unter Verwendung von Kaliumhydroxid.
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Bei all diesen Ätzschritten 9 bis 11 ist
der Wellenleiter 6 durch die Chrom-Passivierungsschicht geschützt. Nachdem
die letzte Kaliumhydroxidätzungim
Schritt 11 ausgeführt
wurde, wird die Chrom-Passivierungsschicht entfernt.
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Der Chip ist nun bereit für die Anbringung
der Laser- und Photodioden auf der Waferoberfläche. Dies ist dann Schritt
12.
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Der Endschritt in der Prozedur ist
der Schritt 14 zum Zerschneiden des Wafers in die einzelnen Chips,
Einsetzen der optischen Fasern und Befestigen der Fasern an Ort
und Stelle.