JP2002009379A - 光配線モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光素子と光導波路との間の位置合わせを容易
にして製造コストを低減させ、半導体チップ間の光信号
の高速伝送を可能とし、安定な動作で十分な信頼性を得
ることが可能な光配線モジュールおよびその製造方法を
提供する。 【解決手段】 光配線モジュール１は、半導体チップ１
１、１２と、半導体チップ１１、１２を覆う第１の絶縁
層１４と、第１の絶縁層１４上に配置される発光素子１
５および受光素子１６と、発光素子１５および受光素子
１６を覆う第２の絶縁層１７と、第２の絶縁層１７上に
転写された光導波路１８とを備えている。発光素子１５
は、半導体チップ１１からの電気信号を光信号に変換し
て出射する。この光信号は、光導波路１８を伝搬した
後、受光素子１６に入射する。受光素子１６は、入射し
た光信号を電気信号に変換した後、半導体チップ１２に
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を伝搬可能
な光導波路が形成された光配線モジュールおよびその製
造方法に関し、特に、超高速信号処理回路や並列型デジ
タル信号処理回路などの信号処理回路における光伝送
や、光通信、光リンク、あるいは光ファイバチャネルな
どの光伝送用送受信モジュールにおける光接続が可能な
光配線モジュールおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セルラー電話などに用いられる無
線通信技術やＩＳＤＮ（Integrated Services Digital
Network ）などに用いられる無線通信技術の飛躍的な向
上、パーソナルコンピュータのような情報処理装置の処
理能力の飛躍的な向上、ＡＶ（Audio Video ）機器のデ
ジタル化などにより、情報通信ネットワーク技術を用い
て種々のメディアをネットワークを通して送受信するこ
とが進展している。また、インターネット、ローカルエ
リアネットワーク（ＬＡＮ；Local Area Network）、ワ
イドエリアネットワーク（ＷＡＮ；Wide Area Network
）のような情報通信ネットワークが業務用や個人用に
普及し始めている。これらのことから、将来、家庭内で
パーソナルコンピュータを中心として家電製品やＡＶ機
器によりネットワークを構成し、電話回線、ＣＡＴＶ
（Cable Television；ケーブルＴＶ）、地上波ＴＶ、衛
星放送、衛星通信などを介して種々の情報を自由に通信
する環境が実現すると考えられる。

【０００３】このような環境の中で、例えば、数Ｍｂｐ
ｓから十数Ｍｂｐｓ程度の伝送速度で取り扱われる画像
データを自由に通信するためには、その通信能力とし
て、１０Ｍｂｐｓから１Ｇｂｐｓ程度の伝送速度を有す
ることが望まれる。光通信・伝送技術により、このよう
な伝送速度を実現することが可能である。例えば、海底
に敷設された光テーブルのように、１０ｋｍから１００
ｋｍを越えるような長距離の幹線系通信ネットワークに
おいては、その低損失性や経済性などの観点から、光通
信・伝送技術が広く普及している。

【０００４】また、機器内のボード間、ボード内のチッ
プ間のように、比較的短距離の通信分野においても、光
ファイバチャネルや光データリンクのような光伝送を用
いた技術が普及し始めている。しかし、コスト対効果の
点で、ツイステッドペアケーブルや同軸ケーブルに置き
換えて用いられる程には光ケーブルは普及されていな
い。これは、伝送速度や伝送品質のような光通信の性能
を維持するために、例えば、発光素子と光ファイバとの
間や受光素子と光ファイバとの間で非常に精密な位置合
わせ技術が必要であること、また、漏れ光対策、電磁的
干渉への配慮、ノイズ対策なども必要であり、これによ
り構造が複雑かつ高価になってしまうことなどが起因し
ているからである。

【０００５】一方、ＩＣ（Integrated Circuit；集積回
路）やＬＳＩ（Large Scale Integration ；大規模集積
回路）における技術の進歩により、それらの動作速度や
集積規模が向上し、例えばマイクロプロセッサの高性能
化やメモリチップの大容量化が急速に進んでいる。ま
た、上述したようなネットワークに接続されたパーソナ
ルコンピュータによって取り扱われるデータの量は急速
に増加している。従って、データ処理におけるクロック
や並列度の上昇、メモリへのアクセス時間の高速化など
を行うことが必要である。

【０００６】このような状況下において、半導体素子の
微細化やそれに伴うゲート長の短縮化、駆動能力の高度
化などにより、半導体チップ内では動作速度の高速化が
計られている。しかし、メモリへのアクセス回路やマル
チＭＰＵ（Microprocessor Unit ）構成の処理装置にお
いては、パッケージのような実装時に必要となる部分の
寄生容量成分が大きく、半導体チップの外部に接続され
る電気的配線における高速データ伝送動作が困難となっ
ている。

【０００７】また、電気的配線に対して高速信号を印加
すると、スパイク状の電流変化や電圧変化の原因となる
とともに、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）や
ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility ）などの電磁
干渉ノイズ、反射ノイズ、クロストークノイズの原因と
なる。そこで、ボード上に搭載されている半導体チップ
間のような非常に短距離での高速信号に関しても光伝送
を行うことが考えられる。この光による信号伝送を行う
ことにより、電気的配線のＣＲ（Ｃ：電気的配線の静電
容量、Ｒ：電気的配線の抵抗）時定数による信号遅延を
解消するとともに、電磁的ノイズによる影響を受けずに
高速信号の送受信が可能となる。一般需要者向けの機器
の分野において光通信・伝送技術を普及するためには、
光通信の性能を低下させることなく、低コスト化を計る
ことが望まれている。

【０００８】ボード上の半導体チップ間を光接続するた
めに、例えば特許公開公報（特開平６２−２０４２０８
号）では、ＬＳＩ近傍に配置した発光素子と受光素子と
を光導波路を通して光接続する光配線回路が記載されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ボード上の
半導体チップ間を光接続するための光導波装置として次
のようなものが考えられる。図２１はその光導波装置の
構成の一例を示すものである。この光導波装置は、絶縁
層５０６によって各配線間が絶縁された薄膜多層配線５
０５が形成されているシリコン基板５０１と、シリコン
基板５０１上に形成されている光導波路５０２と、シリ
コン基板５０１上で光導波路５０２の近傍に配置されて
いるＬＳＩ５０４とを備えている。光導波路５０２の各
端部領域の上方には発光素子（図示しない）および受光
素子５０３がそれぞれ配置されている。例えば受光素子
５０３はその近傍に配置されたＬＳＩ５０４と電気的に
接続されている。このように構成されている光導波装置
では、発光素子から出射した光信号が光導波路５０２の
内部を伝搬し、その端面５０２ａで反射されて受光素子
５０３に入射するようになっている。

【００１０】図２１に示した光導波装置では、石英より
なる光導波路５０２をシリコン基板５０１上に形成する
ようにしているため、その形成技術として薄膜形成技術
を基本的に用いる必要があった。この場合、この薄膜形
成技術を用いた光導波路５０２の形成においては、その
寸法精度に優れている反面、数μｍ以上の厚さの膜の形
成や加工が困難であった。これにより、光導波路５０２
の断面積を大きくすることが難しく、光導波路５０２に
対する発光素子や受光素子の位置合わせが極めて困難と
なってしまうという問題があった。

【００１１】また、上述したような光伝送技術を、例え
ばボード上の半導体チップ間での高速信号の送受信に応
用する場合、光信号を高速に伝送することが可能であっ
ても、電源からの電力供給や低速の制御信号の伝送は電
気的配線を通して行う必要がある。しかし、上記のよう
に、薄膜形成技術を用いて、シリコン基板上にこのよう
な電気的配線を形成しようとする場合には、一般のボー
ドサイズ（例えば数十ｃｍ角）やモジュールサイズ（例
えば数ｃｍ角）になると、製造コストがかかりすぎ、実
現性に乏しいという問題があった。

【００１２】さらにまた、半導体チップ、発光素子、受
光素子などが露出していると、その動作が不安定となる
場合があり、信頼性の面で問題があった。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、光素子と光導波路との間の位置
合わせを容易にして製造コストを低減させ、半導体チッ
プ間の光信号の高速伝送を可能とし、安定な動作で十分
な信頼性を得ることが可能な光配線モジュールおよびそ
の製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光配線モジ
ュールは、電子素子と、この電子素子に電気的に接続さ
れた少なくとも１つの光素子と、少なくとも電子素子を
覆う被覆層と、光素子から発せられ、または光素子に向
かう光信号を伝搬可能な光導波路とを備えている。

【００１５】また、本発明による光配線モジュールの製
造方法は、支持基板上に電子素子を形成する工程と、こ
の電子素子を覆うように被覆層を形成する工程と、電子
素子上に光素子を形成する工程と、光素子から発せら
れ、または光素子に向かう光信号を伝搬可能な光導波路
を形成する工程とを含んでいる。

【００１６】本発明による光配線モジュールでは、電子
素子に電気的に接続された光素子と、この光素子から発
せられ、またはこの光素子に向かう光信号を伝搬可能な
光導波路とが設けられており、この光導波路を介して光
信号が伝送される。

【００１７】本発明による光配線モジュールの製造方法
では、支持基板上に電子素子が形成され、この電子素子
を覆うように被覆層が形成される。また、電子素子上に
光素子が形成され、光素子から発せられ、または光素子
に向かう光信号を伝搬可能な光導波路が形成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】（第１の実施の形態）図１は本実施の形態
に係る光配線モジュールの構成を示すものである。図１
に示したように、本実施の形態の光配線モジュール１
は、支持基板１０と、半導体チップ１１、１２と、半導
体チップ１１、１２の上面の所定の位置に形成される突
起電極としての複数のマイクロバンプ１３と、第１の絶
縁層１４と、面発光型の発光素子１５と、面受光型の受
光素子１６と、第２の絶縁層１７と、光導波路１８と、
電気的配線を構成する配線層２３と、接着層２５とを備
えている。ここで、面発光型の発光素子とは、素子の主
たる表面（以下、主表面（発光面）という。）から光が
出射する型の発光素子のことである。また、面受光型の
受光素子とは、素子の主表面（受光面）で光を受ける型
の受光素子のことである。

【００２０】支持基板１０は、金属（例えば、銅、鉄）
またはその合金などから構成されており、その表面に
は、複数のガイド凸部１０ａ、１０ｂが形成されてい
る。

【００２１】半導体チップ１１、１２は、半導体チップ
１１、１２自身を所定の位置に配置するための位置決め
部として機能するガイド溝１１ａ、１１ｂをそれぞれ有
し、支持基板１０上に配置されている。支持基板１０の
ガイド凸部１０ａ、１０ｂと半導体チップ１１、１２の
ガイド溝１１ａ、１２ａとをそれぞれ位置合わせして接
着することによって、支持基板１０上で半導体チップ１
１、１２が位置ずれしないようになっている。

【００２２】また、半導体チップ１１、１２は、信号処
理回路やメモリ回路などの電子回路が集積されたＬＳＩ
のような集積回路によって構成されており、配線層２３
を通して発光素子１５や受光素子１６に電気的に接続さ
れる。ここで、半導体チップ１１、１２が本発明の「電
子素子」の一具体例に対応している。

【００２３】第１の絶縁層１４は、支持基板１０と第２
の絶縁層１７との間に形成されており、エポキシ系樹
脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミ
ド、液晶ポリマーなどの樹脂材料によって構成されてい
る。また、第１の絶縁層１４は、半導体チップ１１、１
２を覆って保護する機能の他に、半導体チップ１１、１
２が形成されている支持基板１０の凹凸を平坦化する機
能や、配線層２３の層間絶縁膜としての機能も有してい
る。

【００２４】面発光型の発光素子１５は、例えば発光ダ
イオードによって構成され、マイクロバンプ１３を介し
て半導体チップ１１上に配置されている。また、発光素
子１５は、配線層２３を通して半導体チップ１１と電気
的に接続されている。これにより、発光素子１５は、半
導体チップ１１から配線層２３を通して供給される電気
信号を光信号に変換し、変換したこの光信号を発光面か
ら出射するようになっている。

【００２５】面受光型の受光素子１６は、例えばフォト
ダイオードによって構成され、マイクロバンプ１３を介
して半導体チップ１２上に配置されている。また、受光
素子１６は、配線層２３を通して半導体チップ１２と電
気的に接続されている。これにより、受光素子１６は、
その受光面に入射した光信号を電気信号に変換し、変換
したこの電気信号を配線層２３を通して半導体チップ１
２に出力するようになっている。

【００２６】ここで、発光素子１５または受光素子１６
が本発明の「光素子」の一具体例に対応している。

【００２７】第２の絶縁層１７は、第１の絶縁層１４上
に形成されており、第１の絶縁層１４の場合と同様の樹
脂材料によって構成されている。また、第２の絶縁層１
７は、第１の絶縁層１４の場合と同様に、半導体チップ
１１、１２、発光素子１５、および受光素子１６を覆っ
て保護する機能の他に、発光素子１５、受光素子１６な
どが形成されている支持基板１０の凹凸を平坦化する機
能も有している。第２の絶縁層１７は、発光素子１５や
受光素子１６に関しては、特にその発光面や受光面を保
護するようになっている。

【００２８】ここで、第１の絶縁層１４が本発明の「第
１の被覆層」の一具体例に対応し、第２の絶縁層１７が
本発明の「第２の被覆層」の一具体例に対応している。

【００２９】接着層２５は、第２の絶縁層１７上に形成
され、後述する光導波路１８の転写の際に、光導波路１
８を第２の絶縁層１７に接着するためのものである。

【００３０】光導波路１８は、コア層１９、およびコア
層１９を覆うクラッド層２０、２１からなり、その長手
方向（光伝搬方向）における両端部には、所定の傾斜角
（例えば、支持基板１０の表面に垂直な方向に対してほ
ぼ４５°）で傾斜した面である傾斜面２２ａ、２２ｂが
形成されている。傾斜面２２ａ、２２ｂは光反射用ミラ
ーとして機能するものである。

【００３１】傾斜面２２ａは、発光素子１５の発光面か
ら出射された光信号を反射して光導波路１８の長手方向
に向かわせる機能を有している。また、傾斜面２２ｂ
は、光導波路１８の内部を伝搬してきた光信号を反射し
て受光素子１６の受光面の方向に向かわせる機能を有し
ている。

【００３２】配線層２３は、アルミニウム（Ａｌ）、ま
たは銅（Ｃｕ）などによって構成され、電気的配線とし
て用いられるものである。この配線層２３は、半導体チ
ップ１１、１２、発光素子１５、および受光素子１６に
対して電源（図示しない）からの電力を供給する機能を
有するとともに、半導体チップ１１、１２と発光素子１
５および受光素子１６との間で電気信号の伝送を行う機
能を有している。具体的には、半導体チップ１１、１
２、発光素子１５、および受光素子１６に電力を供給す
るための電源配線、半導体チップ１１、１２、発光素子
１５、および受光素子１６に制御信号を供給するための
制御配線、半導体チップ１１、１２と発光素子１５およ
び受光素子１６との間でデータを伝送するためのデータ
配線などが形成されている。

【００３３】次に、以上のように構成されている光配線
モジュール１の作用について説明する。

【００３４】この光配線モジュール１では、配線層２３
を通して電源から電力が供給されることにより、半導体
チップ１１、１２、発光素子１５、受光素子１６が動作
可能な状態となる。この動作可能な状態において、半導
体チップ１１から発光素子１５に電気信号が出力される
と、発光素子１５は、この電気信号を光信号に変換し、
変換した光信号を発光面より出射する。発光素子１５の
発光面から出射した光信号は、光導波路１８の一方の端
部に形成されている傾斜面２２ａに入射し、その入射方
向に対してほぼ垂直な方向（光伝搬方向）に反射する。
傾斜面２２ａにおいて反射した光信号は、光導波路１８
のコア層１９の内部を光伝搬方向に沿って伝搬し、光導
波路１８の他方の端部に形成されている傾斜面２２ｂに
入射する。傾斜面２２ｂに入射した光信号は、その入射
方向に対してほぼ垂直な方向に反射した後、受光素子１
６の受光面に入射する。受光素子１６は、この光信号を
電気信号に変換し、変換した電気信号を半導体チップ１
２に出力する。このようにして、半導体チップ１１と半
導体チップ１２との間で光導波路１８を通して光信号が
高速に伝送される。

【００３５】次に、図２から図１６を参照して、光配線
モジュール１の製造方法について説明する。図２から図
１６は光配線モジュール１の製造工程を示したものであ
る。なお、図７は光配線モジュール１において形成され
る発光素子１５の一例である垂直共振器レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）の構
成を示したものであり、図８から図１１はこの発光素子
１５の転写工程を示したものであり、図１２から図１６
は光配線モジュール１において形成される光導波路１８
の形成工程を示したものである。

【００３６】まず、図２に示したように、支持基板１０
および半導体チップ１１、１２をそれぞれ準備する。な
お、必要に応じて、半導体チップ１１、１２を、例えば
ラッピングによって５０μｍから２０μｍ程度の厚さに
なるように予め加工する。

【００３７】次に、半導体チップ１１、１２のガイド溝
１１ａ、１１ｂを支持基板１０のガイド凸部１０ａ、１
０ｂにそれぞれ位置合わせした後、導電性ペーストのよ
うな導電性接着剤を用いて半導体チップ１１、１２を支
持基板１０上に接着する。これにより、半導体チップ１
１、１２が支持基板１０上に精度良く位置合わせされて
固定される。また、半導体チップ１１、１２上の発光素
子１５および受光素子１６が配置される位置には、メッ
キ法などにより、例えばニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）に
よって構成されるマイクロバンプ１３を予め形成する。

【００３８】図３に示したように、半導体チップ１１、
１２およびマイクロバンプ１３が形成されている支持基
板１０の全面に樹脂材料をコーティングした後、この樹
脂材料を融点以上の温度でリフローすることによって表
面が平坦になるようにする。これにより、半導体チップ
１１、１２を覆う第１の絶縁層１４が形成される。半導
体チップ１１、１２は第１の絶縁層１４によって埋め込
まれたような状態になる。

【００３９】図４に示したように、表面が平坦になって
いる第１の絶縁層１４に対してＣＭＰ（Chemical Mecha
nical Polishing ；化学機械研磨）法などにより研磨加
工を行ってその表面の平坦さを維持するとともに、マイ
クロバンプ１３の一部が第１の絶縁層１４の表面に露出
するようにする。その後、フォトリソグラフィ法のよう
な光処理により、第１の絶縁層１４の表面に配線層２３
を形成する。

【００４０】さらに、発光素子１５および受光素子１６
を、半導体チップ１１、１２上のマイクロバンプ１３が
形成されている位置に後述するようにして転写する。こ
れにより、発光素子１５および受光素子１６が半導体チ
ップ１１、１２上に精度良く配置されて固定される。

【００４１】次に、図５に示したように、発光素子１
５、受光素子１６などを覆うように第２の絶縁層１７を
形成する。具体的には、半導体チップ１１、１２、発光
素子１５、受光素子１６などが形成されている支持基板
１０の全面に樹脂材料をコーティングした後、この樹脂
材料を融点以上の温度でリフローすることによって表面
が平坦になるようにする。これにより、発光素子１５お
よび受光素子１６を覆う第２の絶縁層１７が形成され
る。この場合、発光素子１５および受光素子１６は第２
の絶縁層１７によって埋め込まれたような状態になる。

【００４２】さらに、表面が平坦になっている第２の絶
縁層１７に対してＣＭＰ法などにより研磨加工を行って
その表面の平坦さを維持するとともに、発光素子１５や
受光素子１６にそれぞれ形成されている信号取り出し電
極の一部が第２の絶縁層１７の表面に露出するようにす
る。

【００４３】図６に示したように、第２の絶縁層１７の
所定の位置に貫通穴を形成した後、この貫通穴を通して
配線層２３に電気的に接続するための配線層を第２の絶
縁層１７上に形成する。これにより、配線層２３を通し
て、半導体チップ１１、１２、発光素子１５、および受
光素子１６に対する電力や各種の信号の供給などが可能
となる。

【００４４】なお、第２の絶縁層１７の構成材料として
光感光性の樹脂を用いれば、光処理によって、発光素子
１５および受光素子１６の信号取り出し電極の露出と、
第２の絶縁層１７の貫通穴の形成とを同時に行うことが
可能である。

【００４５】次に、光導波路１８を形成する。この光導
波路１８の形成は、例えば、後述するような転写方法に
よって行う。

【００４６】以上のような工程により、図１に示した光
配線モジュール１が製造される。

【００４７】ここで、発光素子１５の転写方法について
説明する。なお、受光素子１６は発光素子１５とほぼ同
様の転写方法によって転写することが可能であるので、
ここではその説明は省略する。

【００４８】図７に示したように、発光素子１５の一例
である垂直共振器レーザ５０は、ｎ型ガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）基板３０と、ｎ型ＧａＡｓ基板３０上に形成さ
れた、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる剥離層３
１と、剥離層３１上に形成され、反射鏡を構成する多層
反射膜（ＤＢＲ；Distributed Brag Reflector）３２と
を含んでいる。剥離層３１は酸に対して可溶性を有する
ものである。

【００４９】また、垂直共振器レーザ５０は、多層反射
膜３２上に形成されたｎ型クラッド層３３と、ｎ型クラ
ッド層３３上の中央部分に形成された、ｐｎ接合よりな
る活性層３４と、活性層３４上に形成されたｐ型クラッ
ド層３５と、ｐ型クラッド層３５上に形成された多層反
射膜３６とを含んでいる。さらに、垂直共振器レーザ５
０は、絶縁層３７、３８と、ポリイミド層３９と、信号
取り出し電極として機能するメッキ電極４０とを含んで
いる。ポリイミド層３９は、ｎ型クラッド層３３、活性
層３４、ｐ型クラッド層３５などを保護するためのもの
である。

【００５０】以上のように構成されている垂直共振器レ
ーザ５０を、図８に示したように、熱可塑性を有するワ
ックスのような接着剤６１を用いて、ダイヤフラム６０
に接着する。図８では、３つの垂直共振器レーザ５０
ａ、５０ｂ、５０ｃをそれぞれ接着剤６１によりダイヤ
フラム６０に接着した状態を示している。ここで、ダイ
ヤフラム６０が本発明の「転写用部材」の一具体例に対
応している。

【００５１】さらに、必要があれば、図９に示したよう
に、垂直共振器レーザに関してダイシングによって素子
間分離を行った後、これをフッ化水素酸溶液などに浸し
て剥離層を溶かすことにより、各垂直共振器レーザから
ｎ型ＧａＡｓ基板を剥離する。これにより、垂直共振器
レーザ５０ａ、５０ｂ、５０ｃが形成される。

【００５２】形成された垂直共振器レーザ５０ａ、５０
ｂ、５０ｃをよく洗浄し、乾燥した後、図１０に示した
ように、各垂直共振器レーザ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに
例えば直径数十μｍのＡｕからなるボール６３、６４、
６５を形成する。

【００５３】図１１に示したように、セラミック、金属
などからなる加熱ツール７０を用い、３００°Ｃ程度の
加熱温度で、半導体チップ１１、１２のマイクロバンプ
１３が形成されている位置に対して垂直共振器レーザ５
０ａ、５０ｂ、５０ｃの熱圧着を行う。なお、熱圧着を
行う代わりに、例えば超音波を用いた圧着を行うように
してもよい。その後、加熱処理または有機溶剤を用いた
処理により接着剤６１を溶かし、ダイヤフラム６０から
垂直共振器レーザ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを分離する。

【００５４】なお、例えば、シリコン基板を用いたピン
フォトダイオードを上述したような転写方法によって半
導体チップに転写する場合には、ラッピング工程などに
よりシリコン基板を数十μｍまで薄くすることが可能で
ある。

【００５５】ここで、光導波路１８の形成方法について
説明する。

【００５６】図１２に示したように、例えばガラス基板
である基板８０を準備し、プラズマＣＶＤ（Chemical V
apor Deposition ）法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などに
よって、数百ｎｍの厚さを有する二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂ ）よりなる基板分離層８１を基板８０上に形成す
る。

【００５７】次に、この基板分離層８１上に、スピンコ
ート法などにより例えば樹脂材料を数μｍ程度の厚さに
なるように塗布した後、加熱硬化処理を行ってこの樹脂
材料を硬化させる。これにより、基板分離層８０上にク
ラッド層２０ａを形成する。また、クラッド層２０ａ上
に、このクラッド層２０ａの構成材料よりも屈折率が高
い樹脂材料をスピンコート法などにより数十μｍ程度の
厚さになるように塗布し、さらに、クラッド層２０ａの
構成材料と同様な屈折率を有する樹脂材料をスピンコー
ト法などにより数μｍ程度の厚さになるように塗布す
る。その後、加熱硬化処理を行ってこれらの樹脂材料を
十分に硬化させる。これにより、コア層１９ａおよびク
ラッド層２１ａをそれぞれ形成する。

【００５８】ここで、コア層１９ａやクラッド層２０
ａ、２１ａの構成材料として、ポリイミド、ＰＭＭＡ
（Polymethyl Methacrylate ；ポリメチルメタクリレー
ト）などのアクリル樹脂、ビスフェノールなどを主成分
とするエポキシ樹脂、ポリエチレンやポリスチレンなど
のポリオレフィン樹脂、またはこれらの材料にフッ素を
付加したものを用いることが可能である。

【００５９】さらに、クラッド層２１ａ上に、数十μｍ
の厚さを有するフォトレジスト膜を形成した後、このフ
ォトレジスト膜に対して光処理を行うことにより、所定
のパターンを有するフォトレジスト膜８２ａを形成す
る。そして、このフォトレジスト膜８２ａをガラス転移
温度以上の温度で加熱処理する。これにより、図１３に
示したように、フォトレジスト膜８２ａの端部が流動す
ることにより、なだらかに傾斜した端部を有するフォト
レジスト膜８２が形成される。

【００６０】このフォトレジスト膜８２をマスクとし
て、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッ
チング）法、ＥＣＲ（Electro Cyclotron Resonance ；
電子サイクロトロン共鳴）法などによりドライエッチン
グを行う。これにより、コア層１９およびこのコア層１
９を覆うクラッド層２０、２１から構成され、その両端
部に所定の傾斜角（例えば、ガラス基板８０の表面に垂
直な方向に対してほぼ４５°）で傾斜している傾斜面２
２ａ、２２ｂを有する光導波路１８が形成される。その
後、フォトレジスト膜８２を除去する。

【００６１】図１４に示したように、コア層１９および
クラッド層２０、２１から構成される光導波路１８が形
成されている基板８０を上下反転させる。また、基板８
０とは別の転写用基板８５を準備し、印刷法などにより
この転写用基板８５上の所定の位置に例えば熱可塑性の
樹脂材料で構成される接着剤を塗布することにより、接
着層８６を形成する。

【００６２】上下反転させた基板８０上の光導波路１８
のクラッド層２１を転写用基板８５上の接着層８６に圧
着する。そして、基板８０および転写用基板８５を例え
ば低濃度のフッ化水素溶液またはＢＨＦ（Buffered HF
；緩衝フッ化水素）溶液に浸すことにより、図１５に
示したように、基板分離層８１が溶解除去され、基板８
０が光導波路１８から分離される。これにより、光導波
路１８が転写用基板８５に転写される。

【００６３】図１６に示したように、光導波路１８が転
写された転写用基板８５を上下反転させる。また、第２
の絶縁層１７上で光導波路１８を配置する位置に光硬化
樹脂材料（ここでは、例えば紫外光硬化樹脂材料）から
構成される接着層２５を印刷法などにより形成する。

【００６４】そして、光導波路１８と発光素子１５およ
び受光素子１６との間で位置合わせを行う。具体的に
は、光導波路１８の傾斜面２２ａを発光素子１５の発光
面に位置合わせし、光導波路１８の傾斜面２２ｂを受光
素子１６の受光面に位置合わせする。このような位置合
わせの後、転写用基板８５上の光導波路１８のクラッド
層２０を接着層２５に密着させながら、紫外光を照射し
て接着層２５を硬化させ、光導波路１８を第２の絶縁層
１７上に固定する。なお、転写用基板８５が紫外光を透
過するような特性を有するものである場合には、例え
ば、転写用基板８５の上方から紫外光を照射することが
可能である。その後、転写用基板８５を除去する。これ
により、支持基板１０上に光導波路１８が転写される。

【００６５】以上のように、本実施の形態では、支持基
板上に、半導体チップ、面発光型の発光素子、および面
受光型の受光素子を位置合わせして形成するとともに、
これらを覆う被覆層の平坦な面に光導波路を位置合わせ
して転写により形成している。従って、発光素子および
受光素子と光導波路との間の位置合わせを精度良く簡単
にしかも少ない手間で行うことができ、製造工程数を少
なくし、製造コストを低減することが可能となる。ま
た、被覆層によって半導体チップ、発光素子、および受
光素子を覆って保護しているので、安定な動作で十分な
信頼性を得ることができる。

【００６６】また、本実施の形態では、光導波路の形成
を転写により行っているので、例えばスピンコート法に
よる膜形成が困難であるような形状の基板に対しても光
導波路を簡単に形成することができる。従って、基板の
形状や形成膜の材料などの選択の自由度が広がるので、
これにより、製造コストを低減させることが可能とな
る。

【００６７】また、本実施の形態では、高速動作用の信
号伝送配線として光導波路を形成して光信号を伝送させ
るとともに、低速動作用の信号伝送配線や電源配線とし
て電気的配線を形成して電気信号を伝送させるようにし
ている。従って、電気的配線では実現できなかった高速
の信号伝送が可能になるとともに、電磁輻射ノイズや信
号波形の乱れなどに起因する誤動作を防止することがで
きる。また、これにより、光配線モジュールなどにより
構築される上位のシステムやネットワークの性能を飛躍
的に向上させることが可能となる。

【００６８】（第２の実施の形態）次に、図１７を参照
して、本発明の第２の実施の形態に係る光配線モジュー
ルの構成について説明する。本実施の形態の光配線モジ
ュールは、端面発光型の発光素子および端面受光型の受
光素子を配置するとともに、両端部に光伝搬方向に対し
て垂直な面が形成された光導波路を形成し、発光素子お
よび受光素子を通して半導体チップ間の光信号の伝送を
可能としたものである。本実施の形態は、端面発光型の
発光素子および端面受光型の受光素子を用いて光信号の
高速伝送が可能なように構成した点を除いて、第１の実
施の形態の場合と同様に構成されており、同様に動作す
るようになっている。ここで、第１の実施の形態の場合
と同一の構成要素には同一の符号を付しており、ここで
は、その詳細な説明を省略する。

【００６９】図１７に示したように、本実施の形態の光
配線モジュール２は、支持基板１０と、半導体チップ１
１、１２と、マイクロバンプ１３と、第１の絶縁層１４
と、端面発光型の発光素子７１と、端面受光型の受光素
子７２と、第２の絶縁層９５と、光導波路９０と、配線
層２３と同様に機能し、電気的配線を構成する配線層９
６と、接着層２６を備えている。ここで、端面発光型の
発光素子とは、素子の主表面に対して垂直な端面（発光
面）から光が出射する型の発光素子のことである。ま
た、端面受光型の受光素子とは、素子の主表面に対して
垂直な端面（受光面）で光を受ける型の受光素子のこと
である。

【００７０】端面発光型の発光素子７１は、配線層９６
を通して半導体チップ１１と電気的に接続されている。
これにより、発光素子７１は、半導体チップ１１から配
線層９６を通して供給される電気信号を光信号に変換
し、変換したこの光信号を発光面から出射するようにな
っている。

【００７１】端面受光型の受光素子７２は、配線層９６
を通して半導体チップ１２と電気的に接続されている。
これにより、受光素子７２は、その受光面に入射した光
信号を電気信号に変換し、変換したこの電気信号を配線
層９６を通して半導体チップ１２に出力するようになっ
ている。

【００７２】第２の絶縁層９５は、第１の絶縁層１４上
に形成されており、第１の絶縁層１４の場合と同様な樹
脂材料によって構成されている。また、第２の絶縁層９
５は、第１の絶縁層１４の場合と同様に、半導体チップ
１１、１２、発光素子７１、および受光素子７２を覆っ
て保護する機能の他に、発光素子７１、受光素子７２な
どが形成されている支持基板１０の凹凸を平坦化する機
能も有している。

【００７３】ここで、第２の絶縁層９５が本発明の「第
２の被覆層」の一具体例に対応している。

【００７４】接着層２６は、第１の絶縁層１４上に形成
され、後述する光導波路９０の転写の際に、光導波路９
０を第１の絶縁層１４に接着するためのものである。

【００７５】光導波路９０は、コア層９１、およびコア
層９１を覆うクラッド層９２、９３からなり、その長手
方向（光伝搬方向）における両端部には、その長手方向
に対して垂直な面である垂直面９４ａ、９４ｂが形成さ
れている。

【００７６】次に、以上のように構成されている光配線
モジュールの作用について説明する。

【００７７】この光配線モジュール２では、配線層９６
を通して電源から電力が供給されることにより、半導体
チップ１１、１２、発光素子７１、受光素子７２が動作
可能な状態となる。この動作可能な状態において、半導
体チップ１１から発光素子７１に電気信号が出力される
と、発光素子７１は、この電気信号を光信号に変換し、
変換した光信号をその端部の発光面より出射する。発光
素子７１の端部の発光面から出射した光信号は、光導波
路９０の一方の垂直面９４ａに入射する。この垂直面９
４ａに入射した光信号は、光導波路９０のコア層９１の
内部をその入射方向に沿って伝搬し、光導波路９０の他
方の垂直面９４ｂから出射する。この垂直面９４ｂから
出射した光信号は、受光素子７２の端部の受光面に入射
する。受光素子７２は、この光信号を電気信号に変換
し、変換した電気信号を半導体チップ１２に出力する。
このようにして、半導体チップ１１と半導体チップ１２
との間で光導波路９０を通して光信号が高速に伝送され
る。

【００７８】次に、図１８から図２０を参照して、本実
施の形態に係る光配線モジュールの製造方法について説
明する。図１８から図２０は光配線モジュール２の製造
工程を示したものである。

【００７９】まず、第１の実施の形態の場合の図１から
図４に示した工程と同様の工程を行った後、図１２から
図１４に示した工程と同様な工程を行って光導波路９０
を形成する。ここで、光導波路９０を形成する際には、
光導波路１８を形成する場合とは異なり、その両端部
に、垂直な面である垂直面９４ａ、９４ｂが形成される
ような処理を行う。すなわち、基板８０上に、基板分離
層８１、クラッド層、コア層、クラッド層を順に形成し
た後、さらに、端部を流動させることなく、垂直な端面
を有するフォトレジスト膜（図示しない）を形成する。
形成したこのフォトレジスタ膜をマスクとしてドライエ
ッチングを行った後、このフォトレジスタ膜を除去す
る。そして、図１８に示したように、転写用基板８５上
に光導波路９０を転写する。

【００８０】次に、図１９に示したように、光導波路９
０が転写された転写用基板８５を上下反転させる。ま
た、第１の絶縁層１４上で光導波路９０を配置する位置
に光硬化樹脂材料から構成される接着層２６を形成す
る。

【００８１】そして、光導波路９０と発光素子７１およ
び受光素子７２との間で位置合わせを行う。具体的に
は、光導波路９０の垂直面９４ａを発光素子７１の端部
の発光面に位置合わせし、光導波路９０の垂直面９４ｂ
を受光素子７２の端部の受光面に位置合わせする。この
ような位置合わせの後、転写用基板８５上の光導波路９
０のクラッド層９２を接着層２６に密着させながら、紫
外光を照射して接着層２６を硬化させることにより、光
導波路９０を第１の絶縁層１４上に固定する。その後、
転写用基板８５を除去する。

【００８２】以上のような工程により、支持基板１０上
に光導波路９０を転写した後、図２０に示したように、
発光素子７１、受光素子７２、光導波路９０などを覆う
ように第２の絶縁層９５を形成する。具体的には、発光
素子７１、受光素子７２、光導波路９０などが形成され
ている支持基板１０の全面に樹脂材料をコーティングし
た後、この樹脂材料を融点以上の温度でリフローするこ
とによって表面が平坦になるようにする。これにより、
発光素子７１および受光素子７２を覆う第２の絶縁層９
５が形成される。この場合、発光素子７１、受光素子７
２、および光導波路９０は第２の絶縁層９５によって埋
め込まれたような状態になる。

【００８３】表面が平坦になっている第２の絶縁層９５
の所定の位置に貫通穴を形成した後、この貫通穴を通し
て配線層９６に電気的に接続するための配線層を第２の
絶縁層９５上に形成する。

【００８４】以上のような工程により、図１７に示した
光配線モジュール２が製造される。

【００８５】以上のように、本実施の形態では、支持基
板上に形成された、半導体チップ、端面発光型の発光素
子、および端面受光型の受光素子だけでなく、光導波路
をも被覆層で覆って保護しているので、さらに安定な動
作で十分な信頼性を得ることができる。

【００８６】また、端面発光型の発光素子および端面受
光型の受光素子の場合には、これらの素子と光導波路と
の間の上下方向（垂直方向）における位置合わせが難し
いが、本実施の形態では、発光素子、受光素子、および
光導波路を被覆層の平坦な面に形成するようにしている
ので、上下方向における位置合わせも容易に行うことが
可能である。

【００８７】以上、本発明のいくつかの実施の形態につ
いて説明したが、本発明は上記の各実施の形態に限定さ
れることなく、種々の変形が可能である。

【００８８】例えば、支持基板に、半導体チップ、発光
素子、受光素子、光導波路などの支持する機能の他に、
放熱板としての機能を持たせることが可能である。ま
た、支持基板は、光配線モジュールが完成した後には不
要となるので、別の光配線モジュールの製造時に再度利
用することが可能であり、これにより光配線モジュール
の製造コストを低減することができる。

【００８９】また、光導波路は、コア層およびこれを覆
うクラッド層からなるものに限られず、コア層のみから
なる光導波路を用いるようにしてもよい。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１から１０
のいずれか１項に記載の光配線モジュールまたは請求項
１１から２２のいずれか１項に記載の光配線モジュール
の製造方法によれば、電子素子に電気的に接続された光
素子から発せられ、または光素子に向かう光信号を伝搬
可能な光導波路を形成するようにしたので、光信号を高
速伝送することができるという効果を奏する。また、少
なくとも電子素子を被覆層で覆うようにしたので、安定
な動作で十分な信頼性を得ることができるという効果を
奏する。

【００９１】特に、請求項１５に記載の光配線モジュー
ルの製造方法によれば、平坦な面を有するように第１の
被覆層を形成したので、光素子と光導波路との間の位置
合わせを容易にしてそれらをこの第１の被覆層上に精度
良く形成することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光配線モジュ
ールの構成を示す断面図である。

【図２】図１に示した光配線モジュールの製造方法の一
例を説明するための断面図である。

【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための
断面図である。

【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための
断面図である。

【図５】図４に示した工程に続く工程を説明するための
断面図である。

【図６】図５に示した工程に続く工程を説明するための
断面図である。

【図７】図１に示した光配線モジュールにおいて形成さ
れる発光素子の一例である垂直共振器レーザの構成を示
す断面図である

【図８】図７に示した発光素子の転写方法を説明するた
めの断面図である。

【図９】図８に示した工程に続く工程を説明するための
断面図である。

【図１０】図９に示した工程に続く工程を説明するため
の断面図である。

【図１１】図１０に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図１２】図１に示した光導波路の形成方法を説明する
ための断面図である。

【図１３】図１２に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図１４】図１３に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図１５】図１４に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図１６】図１５に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る光配線モジ
ュールの構成を示す断面図である。

【図１８】図１７に示した光配線モジュールにおいて形
成される光導波路の構成を示す断面図である。

【図１９】図１７に示した光配線モジュールの製造方法
の一例を説明するための断面図である。

【図２０】図１９に示した工程に続く工程を説明するた
めの断面図である。

【図２１】光導波装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１，２…光配線モジュール、１０…支持基板、１０ａ，
１０ｂ…ガイド凸部、１１，１２…半導体チップ、１１
ａ，、１２ａ…ガイド溝、１３…マイクロバンプ、１４
…第１の絶縁層、１５，７１…発光素子、１６，７２…
受光素子、１７，９５…第２の絶縁層、１８，９０…光
導波路、１９，９１…コア層、２０，２１，９２，９３
…クラッド層、２２ａ，２２ｂ…傾斜面、９４ａ，９４
ｂ…垂直面、２３，９６…配線層、２５，２６…接着
層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 CA00 DA03 DA35 5F041 AA37 AA43 CA12 CA14 EE25 FF14 5F073 AB17 BA01 CB02 DA34 DA35 FA15 FA23 FA30 5F088 AA01 BB01 JA14 JA20

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子素子と、 前記電子素子に電気的に接続された少なくとも１つの光
   素子と、 少なくとも前記電子素子を覆う被覆層と、 前記光素子から発せられ、または前記光素子に向かう光
   信号を伝搬可能な光導波路とを備えたことを特徴とする
   光配線モジュール。
2. 【請求項２】 前記電子素子は、半導体集積回路を構成
   するものであることを特徴とする請求項１記載の光配線
   モジュール。
3. 【請求項３】 前記電子素子は、電気的配線により前記
   光素子に接続されていることを特徴とする請求項１記載
   の光配線モジュール。
4. 【請求項４】 さらに、 前記電子素子を支持する支持基板を備え、 前記電子素子は、前記支持基板上の所定の位置に前記電
   子素子自身を配置するするための位置決め部を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の光配線モジュール。
5. 【請求項５】 前記被覆層は、前記光素子をも覆ってい
   ることを特徴とする請求項１記載の光配線モジュール。
6. 【請求項６】 前記被覆層は、前記光導波路をも覆って
   いることを特徴とする請求項１記載の光配線モジュー
   ル。
7. 【請求項７】 前記光素子は、面発光型の発光素子また
   は面受光型の受光素子の少なくとも一方を含むことを特
   徴とする請求項１記載の光配線モジュール。
8. 【請求項８】 前記光導波路は、光信号の伝搬方向に対
   して傾斜した面が形成された端部を有することを特徴と
   する請求項７記載の光配線モジュール。
9. 【請求項９】 前記光素子は、端面発光型の発光素子ま
   たは端面受光型の受光素子の少なくとも一方を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の光配線モジュール。
10. 【請求項１０】 前記光導波路は、光信号の伝搬方向に
    対して垂直な面が形成された端部を有することを特徴と
    する請求項９記載の光配線モジュール。
11. 【請求項１１】 支持基板上に電子素子を形成する工程
    と、 前記電子素子を覆うように被覆層を形成する工程と、 前記電子素子上に光素子を形成する工程と、 前記光素子から発せられ、または前記光素子に向かう光
    信号を伝搬可能な光導波路を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする光配線モジュールの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記電子素子を形成する工程は、 前記電子素子を前記支持基板上の所定の位置に位置合わ
    せする工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の光
    配線モジュールの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記被覆層を形成する工程の前に、前
    記電子素子に電極を形成する工程をさらに含み、 前記被覆層を形成する工程は、 前記電極の形成された電子素子を覆うように、前記被覆
    層の一部をなす第１の被覆層を形成する工程と、 前記第１の被覆層を研磨して前記電極を露出させる工程
    とを含み、 前記光素子を形成する工程は、露出した前記電極に前記
    光素子を電気的に接続する工程を含むことを特徴とする
    請求項１１記載の光配線モジュールの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記被覆層を形成する工程は、前記光
    素子を覆うように、前記被覆層の他の一部をなす第２の
    被覆層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請
    求項１３記載の光配線モジュールの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の被覆層は、平坦な面を有す
    るように形成したことを特徴とする請求項１３記載の光
    配線モジュール。
16. 【請求項１６】 前記電子素子上に前記光素子を形成す
    る工程は、 所定の基板上に前記光素子を形成する工程と、 前記所定の基板上に形成された状態の前記光素子を転写
    用部材に取り付ける工程と、 前記転写用部材に取り付けられた光素子から前記所定の
    基板の少なくとも一部を除去する工程と、 前記所定の基板が除去された光素子を前記電子素子に接
    着する工程と、 前記光素子を前記電子素子に接着した後、前記光素子を
    前記転写用部材から分離する工程とを含むことを特徴と
    する請求項１１記載の光配線モジュールの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記電子素子上に前記光素子を形成す
    る工程において、前記光素子に信号取り出し電極を予め
    形成するようにしたことを特徴とする請求項１１記載の
    光配線モジュールの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記光素子を前記転写用部材に取り付
    ける工程と前記所定の基板を除去する工程との間に、取
    り付けられた複数の光素子の相互間を分離する工程を含
    むことを特徴とする請求項１６記載の光配線モジュール
    の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記所定の基板上に前記光素子を形成
    する工程は、前記所定の基板と前記光素子との間に剥離
    層を形成する工程を含み、 前記光素子から前記所定の基板の少なくとも一部を除去
    する工程は、前記所定の基板と前記光素子との間に形成
    されている前記剥離層を溶かす工程を含むことを特徴と
    する請求項１６記載の光配線モジュールの製造方法。
20. 【請求項２０】 前記光素子から前記所定の基板の少な
    くとも一部を除去する工程は、前記所定の基板の一部を
    ラッピングにより取り去る工程を含むことを特徴とする
    請求項１６記載の光配線モジュールの製造方法。
21. 【請求項２１】 前記光導波路を形成する工程は、 前記光導波路を転写用基板に形成する工程と、 前記被覆層上に接着層を形成する工程と、 前記転写用基板に形成された前記光導波路と前記光素子
    との間で位置合わせを行って、前記光導波路を前記接着
    層に接着する工程とを含むことを特徴とする請求項１１
    記載の光配線モジュールの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記接着層の構成材料として、光硬化
    性樹脂を用い、前記光導波路を前記接着層に接着する工
    程において、前記接着層に光を照射して前記接着層を硬
    化させるようにしたことを特徴とする請求項２１記載の
    光配線モジュールの製造方法。