JP2003318002A - 薄膜抵抗素子、これを搭載したシリコンオプティカルベンチ及びレーザダイオードモジュール、並びに製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱プロセスによる窒化タンタルの薄膜の抵抗値
変動を低減できる薄膜抵抗素子、これを搭載したシリコ
ンオプティカルベンチ及びレーザダイオードモジュー
ル、並びに製造方法を提供する。 【解決手段】表面に酸化膜３を有するシリコン基板２上
に、電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜２１を形成し、
該薄膜２１に薄膜電極１４，１５を接続してなる薄膜抵
抗素子において、酸化膜３と窒化タンタルの薄膜２１と
の間に窒化物の薄膜１８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜抵抗素子、こ
れを搭載したシリコンオプティカルベンチ及びレーザダ
イオードモジュール、並びに製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体素子（レーザダイオー
ド、ホトダイオード）と光ファイバまたはレンズとの光
結合を行うシリコンオプティカルベンチとして、特開平
８−２０１６６０号公報に開示されるものがある。この
シリコンオプティカルベンチには、光ファイバや球状レ
ンズを搭載するためのシリコン異方性エッチングによる
Ｖ溝が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術に
は、シリコンの異方性エッチングによるＶ溝が形成され
た凹凸の基板に、光半導体素子を実際に駆動させるため
に必要な、光半導体素子に通電するための薄膜電極や薄
膜抵抗等の形成方法については明確に記載されていな
い。

【０００４】本発明の目的は、酸化膜とタンタル薄膜と
の間に窒化シリコンの薄膜を形成し、熱プロセスにおけ
る、抵抗値の変動を低減できる薄膜抵抗素子を提供する
ことにある。

【０００５】また本発明の目的は、上記薄膜抵抗素子を
備えることによって、レーザダイオード、ホトダイオー
ドなどを実装する際の熱プロセスによる抵抗値の変動を
低減できるシリコンオプテカルベンチ、レーザダイオー
ドモジュール、並びに製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る薄膜抵抗素子の発明は、表面に酸化膜
を有するシリコン基板上に、電気抵抗となる窒化タンタ
ルの薄膜を形成し、該薄膜に薄膜電極を接続してなる薄
膜抵抗素子において、前記酸化膜と前記窒化タンタルの
薄膜との間に窒化物の薄膜を形成するものである。

【０００７】上記目的を達成するために、本発明に係る
シリコンオプティカルベンチの発明は、表面に酸化膜を
有するシリコン基板上に、電気抵抗となる窒化タンタル
の薄膜を形成し、該薄膜に薄膜電極を接続してなる薄膜
抵抗素子を備え、該薄膜抵抗素子周囲のシリコン基板上
に、光半導体素子と光ファイバまたはレンズとを固定さ
せて光結合をさせるシリコンオプティカルベンチにおい
て、前記薄膜抵抗素子は、前記窒化タンタルの薄膜、該
窒化タンタルの薄膜と前記酸化膜との間の窒化物、及び
窒化タンタルの薄膜に接続される薄膜電極とから構成さ
れるものである。

【０００８】より好ましくは、窒化物はシリコンの窒化
物とするものである。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
レーザダイオードモジュールの発明は、表面に酸化膜を
有するシリコン基板上に、電気抵抗となる窒化タンタル
の薄膜を形成し、該薄膜に薄膜電極を接続してなる薄膜
抵抗素子を備え、該薄膜抵抗素子周囲のシリコン基板上
に、光半導体素子と光ファイバまたはレンズとを固定さ
せて光結合をさせるシリコンオプティカルベンチが実装
されるレーザダイオードモジュールにおいて、前記薄膜
抵抗素子は、前記窒化タンタルの薄膜、該窒化タンタル
の薄膜と前記酸化膜との間の窒化物、及び前記窒化タン
タルの薄膜に接続される薄膜電極とから構成されるもの
である。

【００１０】上記目的を達成するために、本発明に係る
シリコンオプティカルベンチの製造方法の発明は、次の
工程を有するものである。すなわち、（ａ）シリコンの
異方性エッチングにより溝を形成する工程（ｂ）表面に
酸化膜を形成したシリコン基板表面に窒化シリコン薄膜
を成膜し、該窒化シリコン薄膜をエッチングする工程
（ｃ）電極薄膜を成膜する工程（ｄ）前記電極薄膜をエ
ッチングし、薄膜電極を形成する工程（ｅ）窒化タンタ
ル薄膜を成膜し、エッチングを行い薄膜抵抗を形成する
工程（ｆ）前記薄膜電極上に薄膜のはんだを形成する工
程 上記目的を達成するために、本発明に係る他のシリ
コンオプティカルベンチの製造方法の発明は、表面に酸
化膜を有するシリコン基板上に、電気抵抗となる窒化タ
ンタルの薄膜を形成し、該薄膜に薄膜電極を接続してな
る薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵抗素子周囲のシリコン
基板上に、光半導体素子と光ファイバまたはレンズとを
固定させて光結合をさせるシリコンオプティカルベンチ
の製造方法において、次の（ａ）から（ｈ）の工程を有
するものである。すなわち、（ａ）シリコンの異方性エ
ッチングにより溝を形成する工程（ｂ）表面に酸化膜を
形成したシリコン基板表面上に窒化シリコン薄膜を成膜
し、該窒化シリコン薄膜をエッチングする工程（ｃ）窒
化タンタル薄膜を成膜し、エッチングを行う工程（ｄ）
前記窒化タンタル薄膜上に保護用のレジストパターンを
形成する工程（ｅ）電極薄膜を成膜する工程（ｆ）前記
電極薄膜をエッチングし、薄膜電極を形成する工程
（ｇ）レジストを除去し、薄膜抵抗を形成する工程
（ｈ）前記薄膜電極上に薄膜のはんだを形成する工程
上記目的を達成するために、本発明に係るさらに他のシ
リコンオプティカルベンチの製造方法の発明は、表面に
酸化膜を有するシリコン基板上に、電気抵抗となる窒化
タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に薄膜電極を接続して
なる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵抗素子周囲のシリコ
ン基板上に、レーザダイオード及びレンズを、該レーザ
ダイオードからの出射光とレンズの光軸とが一致するよ
うに固定し、電気信号を該レーザダイオードに印加して
光信号を送信するシリコンオプティカルベンチの製造方
法において、次の（ａ）から（ｆ）の工程を有するもの
である。すなわち、（ａ）表面に酸化膜を形成したシリ
コン基板表面に窒化シリコン膜を成膜する工程（ｂ）ホ
トマスクのパターンを転写してレジストマスクを形成
し、これをマスクとして窒化シリコン薄膜をエッチング
する工程（ｃ）Au/Pt/Ti薄膜を成膜する工程（ｄ）ホト
マスクのパターンを転写してレジストマスクを形成し、
これをマスクとしてAu/Pt/Ti薄膜をエッチングし、共通
薄膜電極、ホトダイオード用薄膜電極、薄膜抵抗用薄膜
電極を形成する工程（ｅ）窒化タンタル薄膜抵抗用の窒
化タンタル薄膜を成膜する。次に、前記（ｂ）と同様に
して低粘性レジストを塗布する工程（ｆ）低粘性レジス
トにホトマスクのパターンを転写し、窒化タンタル薄膜
抵抗用のレジストパターンを形成する。その後、これを
マスクとして窒化タンタル薄膜をエッチングし、次にAu
Snはんだ膜を成膜する工程 上記目的を達成するため
に、本発明に係るさらに他のシリコンオプティカルベン
チの製造方法の発明は、表面に酸化膜を有するシリコン
基板上に、電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成
し、該薄膜に薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備
え、該薄膜抵抗素子周囲のシリコン基板上に、レーザダ
イオード及びレンズを、該レーザダイオードからの出射
光とレンズの光軸とが一致するように固定し、電気信号
を該レーザダイオードに印加して光信号を送信するシリ
コンオプティカルベンチの製造方法において、次の
（ａ）から（ｋ）の工程を有するものである。すなわ
ち、（ａ）表面に酸化膜を形成したシリコン基板表面に
窒化シリコン膜を成膜する工程（ｂ）ホトマスクのパタ
ーンを転写してレジストマスクを形成し、これをマスク
として窒化シリコン薄膜をエッチングする工程（ｃ）窒
化タンタル薄膜を成膜し、ネガ型の低粘性レジストを塗
布する工程（ｄ）レジストにホトマスクのパターンを転
写し、これをマスクとして窒化シリコン薄膜パターン上
に窒化タンタル薄膜パターンを形成する工程（ｅ）低粘
性レジストを塗布する工程（ｆ）窒化タンタル薄膜パタ
ーン上に保護用レジストパターンを形成する工程（ｇ）
Au/Pt/Ti薄膜を成膜する工程（ｈ）Au/Pt/Ti薄膜上に、
低粘性レジストを塗布する工程（ｉ）レジストにホトマ
スクのパターンを転写し、薄膜電極形成用レジストパタ
ーンを形成する工程（ｊ）Au/Pt/Ti薄膜をエッチングす
る工程（ｋ）保護用レジストパターン及び薄膜電極形成
用レジストパターンを除去し、共通薄膜電極、ホトダイ
オード用第一薄膜電極、ホトダイオード用第二薄膜電
極、薄膜抵抗用第一薄膜電極、薄膜抵抗用第二薄膜電極
を形成する。次に、共通薄膜電極上にレーザダイオード
用AuSnはんだ薄膜を形成する工程。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 図１は、本発明に係るシリコン
オプティカルベンチの実施例の斜視図である。 シリコ
ンオプティカルベンチ１は、表面にシリコン酸化膜３が
形成された結晶面方位（１００）の単結晶シリコン基板
２から形成されている（なお、結晶面方位は面方位｛１
００｝を表せばその他の方位でもよい）。このシリコン
オプティカルベンチ１には、ボールレンズを搭載するた
めのボールレンズ搭載用溝４（溝深さ、おおよそ４５０
μｍ）、レーザダイオードからの出射光を反射させホト
ダイオードに光を入射させるための第二Ｖ溝５（溝深
さ、おおよそ７０μｍ）が形成されている。さらにシリ
コンオプティカルベンチ１には、窒化タンタル薄膜抵抗
（薄膜抵抗素子）６、レーザダイオードと電気的接続を
行うための共通薄膜電極７、この共通薄膜電極７上に形
成され、レーザダイオードを実装するためのレーザダイ
オード用AuSnはんだ薄膜８が形成されている。さらにシ
リコンオプティカルベンチ１には、シリコンオプティカ
ルベンチ１をパッケージに実装させるための接合用裏面
薄膜電極９、ホトダイオードと電気的接続を行うための
ホトダイオード用第一薄膜電極１０、このホトダイオー
ド用第一薄膜電極１０上に形成され、ホトダイオードを
実装するためのホトダイオード用AuSnはんだ薄膜１１、
ホトダイオードのもう一つの電極となるホトダイオード
用第二薄膜電極１２が形成されている。

【００１２】図示するように、窒化タンタル薄膜抵抗６
は、レーザダイオードが実装されるレーザダイオード用
AuSnはんだ薄膜８が形成されている位置の近傍で、共通
薄膜電極７に囲まれるように形成されている。なお、こ
の場合のシリコンオプティカルベンチ１の大きさは、お
およそ３×３×１ｍｍ（厚さ）で、一般には、直径１０
０ｍｍ等のシリコンウエハから多数個が一括して形成さ
れる。

【００１３】図２は、図１におけるａ−ａ’断面を模式
的に示す断面図である。 上記したように、シリコンオ
プティカルベンチ１は、結晶面方位（１００）の単結晶
シリコン基板２を用いて形成されており、これにはシリ
コンの異方性エッチング（加工方法は後述する）によっ
て形成された角度５４．７°の斜面を備えたボールレン
ズ搭載用溝４が形成されている。ボールレンズ搭載用溝
４の斜面は、シリコン結晶面の｛１１１｝面から形成さ
れ、底面は（１００）面である。このボールレンズ搭載
用溝４は、シリコンの異方性エッチングにより形成され
るので、結晶面で決められた高い精度と再現性とを備え
た形状である。さらにこの表面には、シリコン酸化膜３
が図のように形成されている。

【００１４】図３は、図１におけるｂ−ｂ’断面を模式
的に示すもので、窒化タンタル薄膜抵抗６の第一の構成
例の断面図である。 抵抗率が、おおよそ２２０μΩｃ
ｍの窒化タンタル薄膜２１の下地に、窒化物の窒化シリ
コン薄膜１８が形成され、これらに薄膜抵抗用第一薄膜
電極１４及び薄膜抵抗用第二薄膜電極１５が一部で重な
るように形成されている。当然ながら、窒化シリコン薄
膜１８の抵抗率は、窒化タンタル薄膜２１のそれに比べ
て高く、絶縁性が高い。窒化タンタル薄膜２１は、薄膜
抵抗用第一薄膜電極１４と薄膜抵抗用第二薄膜電極１５
との一部で重なるように（すなわち接続するように）形
成されて電気的導通がとられように構成されている。薄
膜抵抗用第一薄膜電極１４及び薄膜抵抗用第二薄膜電極
１５と重なっていない部分の窒化タンタル薄膜２１の大
きさは、おおよそ３００×３００μｍである。ここで
は、窒化シリコン薄膜１８と薄膜抵抗用第一薄膜電極１
４及び薄膜抵抗用第二薄膜電極１５とは図示するように
一部重なって形成されているが、窒化シリコン薄膜１８
が薄膜抵抗用第一薄膜電極１４及び薄膜抵抗用第二薄膜
電極１５の下に形成されていてもよい。窒化タンタル薄
膜２１がシリコン酸化膜３と接触しないように窒化タン
タル薄膜抵抗６が形成されていればよい。

【００１５】上記構成によって、窒化シリコン薄膜１８
がバリア層となり、シリコン酸化膜３から窒化タンタル
薄膜２１への酸素の拡散が抑制される。そのため、窒化
タンタル薄膜２１の酸化による抵抗値変動が低減でき
る。

【００１６】次に図４を用いて、図３に示した窒化タン
タル薄膜抵抗６を備えたシリコンオプティカルベンチ１
の製造方法を説明する。

【００１７】まず、シリコンの異方性エッチングによっ
て複数の異種形状の溝（深さの異なる溝または、大きさ
の異なる溝）、すなわちボールレンズ搭載用溝４や第二
Ｖ溝５を先に同時に形成する。その後、窒化物の窒化シ
リコン薄膜パターン１６、窒化タンタル薄膜抵抗６、共
通薄膜電極７、ホトダイオード用第一薄膜電極１０、ホ
トダイオード用第二薄膜電極１２の各パターンを形成す
ることに特徴がある。これらパターンを形成するため
に、ネガ型の低粘性レジスト１９（例えば、ＯＭＲ８５
―３５ｃｐ、東京応化工業製）を用いる。レジスト１９
の塗布にはスピンコータを用い、低速回転（例えば、５
００ｒｐｍ）で塗布する。

【００１８】図４は、シリコンオプティカルベンチ１の
特徴的な構造を形成する製造方法を理解しやすく示す模
式図であり、図１に示すシリコンオプティカルベンチ１
の断面とは、必ずしも一致していない。図４の（ａ）か
ら（ｈ）に従って、以下順に製造プロセスを説明する。
（ａ）まず、結晶面方位（１００）の単結晶シリコン基
板２の両面に、Si₃N₄/SiO₂積層膜１７を成膜する。SiO₂
膜（例えば、膜厚１２０ｎｍ）は熱酸化により形成され
た熱酸化膜で、Si₃N₄膜（例えば、膜厚１６０ｎｍ）は
減圧ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）により成膜される。次に、このSi ₃N₄/Si
O₂積層膜１７に、ボールレンズ搭載用溝４及び第二Ｖ溝
５を形成するための開口部を設ける。この方法には、従
来の半導体技術で用いられる方法（レジスト塗布、レジ
ストパターン形成、レジストをマスク剤としてSi₃N₄/Si
O₂積層膜１７にパターンを転写する）を適用し、また、
Si₃N₄/SiO₂積層膜１７のエッチングには、ＲＩＥ（Ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を適用する。そ
の後、濃度４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液（温度７
０℃）にてシリコンの異方性エッチングを行う。このと
き、ボールレンズ搭載用溝４の深さが４５０μmになる
までエッチングする。第二Ｖ溝５は、Si₃N₄/SiO₂積層膜
１７によるマスク開口部が小さいので、ボールレンズ搭
載用溝４のエッチング深さが４５０μmになる前に｛１
１１｝面が出現してＶ形状の溝（溝深さ７０μm）とな
り、見かけ上エッチングが停止した状態となる。このよ
うに、シリコンの異方性エッチングによる異種形状溝
（深さの異なる溝、大きさの異なる溝）の形成は、深さ
が最も深い溝のエッチングに律速されるが、同時に複数
の溝を形成することができる。 （ｂ）次に、Si₃N₄/SiO₂積層膜１７を熱りん酸、ＢＨＦ
（HF＋NH₄F混合液）を用いて順次剥離し、新たに熱酸化
によりシリコン酸化膜３を１μmの厚さに形成する。次
いで、プラズマＣＶＤにより、ボールレンズ搭載用溝４
が形成された面に窒化シリコン膜１８を約２００ｎｍの
厚さに成膜する。さらに、低粘性レジスト１９をスピン
コータにより低速回転で塗布する。その後、プリベーク
してレジスト１９の溶剤を除去する。必要に応じてこれ
を繰り返し、レジスト１９の膜厚を厚くしてボールレン
ズ搭載用溝４及び第二Ｖ溝５をレジスト１９によってカ
バーする。この場合の窒化シリコン膜１８の膜厚は、下
地のシリコン酸化膜３からの酸素の拡散を抑制できれば
よく、必ずしもこの膜厚でなくてもよい。 （ｃ）この低粘性レジスト１９にホトマスクのパターン
を転写し、ポストベークしてレジストマスクを形成し、
これをマスクとしてＲＩＥによって窒化シリコン薄膜１
８をエッチングする。この後、剥離液を用いてマスクを
剥離し、窒化シリコン薄膜パターン１６を得る。 （ｄ）その後、ボールレンズ搭載用溝４が形成された面
に、Au（例えば、膜厚５００ｎｍ）/Pt（例えば、膜厚
３００ｎｍ）/Ti（例えば、膜厚１００ｎｍ）の薄膜２
０を成膜する。成膜方法には、スパッタ法、真空蒸着法
などのいずれかを適用することができる。この場合、金
属膜であればこれ以外の金属膜でもよく、Al薄膜やCr薄
膜等の単層膜でもよい。次に、前記工程ｂ）と同様に低
粘性レジスト１９を低速回転でスピンコータにて塗布
し、プリベークしてレジストマスクの溶剤を除去する。 （ｅ）低粘性レジスト１９にホトマスクのパターンを転
写し、ポストベークしてレジストマスクを形成し、これ
をマスクとしてイオンミリングによってAu/Pt/Ti薄膜２
０をエッチングする。この後、剥離液を用いてレジスト
マスクを剥離し、共通薄膜電極７、ホトダイオード用第
一薄膜電極１０、ホトダイオード用第二薄膜電極１２、
薄膜抵抗用第一薄膜電極１４、薄膜抵抗用第二薄膜電極
１５を形成する。 （ｆ）窒化タンタル薄膜抵抗６用の窒化タンタル薄膜２
１を成膜する。窒化タンタル薄膜２１は、スパッタ法に
より成膜することができる。この場合のスパッタには、
アルゴン雰囲気中に微量の窒素ガスを導入して成膜する
リアクティブスパッタ法を適用する。その際の窒素分圧
比は、おおおよそ５〜８％である。この条件で成膜した
とき、窒化タンタル薄膜２１の抵抗率は、おおよそ２２
０μΩｃｍとなる。次に、工程（ｂ）と同様にして低粘
性レジスト１９を塗布し、プリベークする。 （ｇ）低粘性レジスト１９にホトマスクのパターンを転
写し、窒化タンタル薄膜抵抗６用のレジストパターンを
ポストベークして形成する。その後、これをマスクとし
てイオンミリングにより窒化タンタル薄膜２１をエッチ
ングし、レジストを除去して窒化タンタル薄膜パターン
１３を形成する。さらに、低粘性レジスト１９を塗布
し、レジストパターン２２を形成する。最後にAuSnはん
だ膜２３を真空蒸着法によって成膜する。 （ｈ）レジストパターン２２を剥離し、リフトオフ法に
よりレーザダイオード用AuSnはんだ薄膜８を共通薄膜電
極７上に形成する。その後、ボールレンズ搭載用溝４及
び第二Ｖ溝５が形成された面と逆側の面に接合用裏面薄
膜電極９を形成する。これには、Au（例えば、膜厚５０
０ｎｍ）/Pt（例えば、膜厚３００ｎｍ）/Ti（例えば、
膜厚１００ｎｍ）薄膜を適用できる。この成膜方法に
は、スパッタ法、真空蒸着法などのいずれかを適用でき
る。上記工程を順次経ることで、シリコンオプティカル
ベンチ１を得ることができる。

【００１９】図５は、図１におけるｂ−ｂ’断面を模式
的に示す断面図であり、窒化タンタル薄膜抵抗(薄膜抵
抗素子)６の第二の構成例を示す。抵抗率が、おおよそ
２２０μΩｃｍの窒化タンタル薄膜２１の下地に窒化物
の窒化シリコン薄膜１８が形成され、薄膜抵抗用第一薄
膜電極１４及び薄膜抵抗用第二薄膜電極１５が一部で重
なるように形成されている。当然ながら、窒化シリコン
薄膜１８の抵抗率は、窒化タンタル薄膜２１のそれに比
べて高く、絶縁性が高い。窒化タンタル薄膜２１は薄膜
抵抗用第一薄膜電極１４と薄膜抵抗用第二薄膜電極１５
との一部で重なるように形成されて電気的導通がとられ
ている。薄膜抵抗用第一薄膜電極１４及び薄膜抵抗用第
二薄膜電極１５と重なっていない部分の窒化タンタル薄
膜２１の大きさは、おおよそ３００×３００μｍであ
る。

【００２０】第一の構成である図３の場合と比較して、
この構成は、窒化タンタル薄膜２１と薄膜抵抗用第一薄
膜電極１４及び薄膜抵抗用第二薄膜電極１５との重なり
かたが上下逆になっている。しかしこの図の構成でも、
図３の場合と同様に窒化タンタル薄膜抵抗６が機能する
ので問題はない。上記構成のように、窒化シリコン薄膜
１８の上層に窒化タンタル薄膜２１が形成されているの
で、酸素の拡散による抵抗値変動が抑制され、図３の場
合と同様の効果を得ることができる。

【００２１】次に図６を用いて、図５に示す窒化タンタ
ル薄膜抵抗６を備えたシリコンオプティカルベンチ１の
製造方法を説明する。ただし、図６はシリコンオプティ
カルベンチ１の特徴的な構造を形成する製造方法を理解
しやすいように示した模式図であり、図１に示すシリコ
ンオプティカルベンチ１の断面と必ずしも一致していな
い。

【００２２】図６の（ａ）から（ｉ）に従って、以下、
順に製造プロセスを説明する。この製造プロセスは、図
４で示す（ａ）〜（ｃ）までと同様の工程を有している
ので、これらの工程の説明を省略する。つまり、ここで
は、結晶面方位（１００）の単結晶のシリコン基板２の
表面にシリコン酸化膜３を１μmの厚さで形成し、その
上に膜厚約２００ｎｍの窒化シリコン薄膜パターン１６
が形成されている状態を初期状態として説明を行う。こ
の場合の窒化シリコン薄膜パターン１６の膜厚は、下地
のシリコン酸化膜３からの酸素の拡散を抑制できればよ
く、必ずしもこの膜厚でなくてもよい。 （ａ）ボールレンズ搭載用溝４及び第二Ｖ溝５が形成さ
れた面に、図４の場合と同様に窒化タンタル薄膜２１を
成膜する。窒化タンタル薄膜２１は、スパッタ法により
成膜することができる。この場合のスパッタには、アル
ゴン雰囲気中に微量の窒素ガスを導入して成膜するリア
クティブスパッタ法を適用する。その際の窒素分圧比
は、おおよそ５〜８％でよい。この条件で成膜したと
き、窒化タンタル薄膜２１の抵抗率は、おおよそ２２０
μΩｃｍとなる。次に、ネガ型の低粘性レジスト１９
（例えば、ＯＭＲ８５―３５ｃｐ、東京応化工業製）を
スピンコートにより低回転（例えば、５００ｒｐｍ）で
塗布し、プリベークして溶剤成分を除去する。必要に応
じてこれを繰り返し、レジストの膜厚を厚くして上記溝
４，５をレジストでカバーする。 （ｂ）この後、露光・現像・ポストベークを行い、レジ
ストにホトマスクのパターンを転写し、これをマスクと
してイオンミリングにより窒化シリコン薄膜パターン１
６上に窒化タンタル薄膜パターン１３を形成する。その
後前記レジストを剥離液にて除去する。 （ｃ）再度低粘性レジスト１９を塗布し、プリベークを
行う。 （ｄ）露光・現像・ポストベークして、窒化タンタル薄
膜パターン１３上に保護用レジストパターン２４を形成
する。 （ｅ）スパッタまたは蒸着により、Au/Pt/Ti薄膜２０を
成膜する。このときの膜厚は、例えばAuが膜厚５００ｎ
ｍ、Ptが膜厚３００ｎｍ、Tiが膜厚１００ｎｍである。
さらに、金属膜であればこれ以外の金属膜でもよく、Al
薄膜やCr薄膜等の単層膜でもよい。 （ｆ）この上に、低粘性レジスト１９を同様に塗布し、
プリベークを行う。 （ｇ）露光・現像・ポストベークして、このレジストに
ホトマスクのパターンを転写し、薄膜電極形成用レジス
トパターン２５を形成する。 （ｈ）イオンミリングにより、Au/Pt/Ti薄膜２０をエッ
チングする。この際、窒化タンタル薄膜パターン１３上
に保護用レジストパターン２４が形成されているので、
イオンミリングのオーバーエッチングで窒化タンタル薄
膜パターン１３がエッチングされるのを防ぐことができ
る。すなわち、窒化タンタル薄膜パターン１３の膜厚が
薄くなることを防ぐことができ、窒化タンタル薄膜抵抗
６の抵抗値上昇を防ぐことができる。 （ｉ）保護用レジストパターン２４及び薄膜電極形成用
レジストパターン２５を剥離液により除去することによ
って、共通薄膜電極７、ホトダイオード用第一薄膜電極
１０、ホトダイオード用第二薄膜電極１２、薄膜抵抗用
第一薄膜電極１４、薄膜抵抗用第二薄膜電極１５を形成
することができる。最後に、共通薄膜電極７上にレーザ
ダイオード用AuSnはんだ薄膜を形成すればよいが、図４
で示す工程（ｇ）、（ｈ）と同様なのでここでは説明は
省略する。 上記工程を順次経ることで、図５で示した構成の窒化タ
ンタル薄膜抵抗６を備えたシリコンオプティカルベンチ
１を得ることができる。

【００２３】図７は、窒化タンタル薄膜２１の下地膜を
窒化シリコン薄膜１８（図では、Si ₃N₄ 薄膜、膜厚約１
６０ｎｍ）としたときと、シリコン酸化膜３（図ではSi
O₂薄膜、膜厚約１０００ｎｍ）のみとしたときの温度依
存性を測定した結果である。横軸は、レーザダイオード
及びホトダイオードをシリコンオプティカルベンチ１に
実装する際に適用される温度（℃）を示し、縦軸は抵抗
値の変化率（％）を示す。

【００２４】この図より、温度が３５０℃のとき、下地
がシリコン酸化膜３のみの場合（○印）でおおよそ１．
６７％抵抗値が変動し、下地にさらに窒化シリコン薄膜
１８を成膜した場合（□印）でおおよそ１．３６％変動
するが、低下している。また、温度が３７０℃のとき、
下地がシリコン酸化膜３のみの場合でおおよそ２．５１
％変動し、下地にさらに窒化シリコン薄膜１８を成膜し
た場合でおおよそ１．９２％変動するが、低下してい
る。図からわかるように、下地にさらに窒化シリコン薄
膜１８を成膜した場合には、下地がシリコン酸化膜３の
みの場合に比べ、窒化タンタル薄膜抵抗６の抵抗値の変
動を低減できる効果がある。

【００２５】図８は、本発明に係るシリコンオプティカ
ルベンチ１に、レーザダイオード２６、ホトダイオード
２７、ボールレンズ２８等を実装したときの状態を示す
模式図である。

【００２６】ボールレンズ２８は接着剤によってボール
レンズ搭載用溝４に固定される。レーザダイオード２６
及びホトダイオード２７は、レーザダイオード用AuSnは
んだ薄膜８、ホトダイオード用AuSnはんだ薄膜１１に熱
を加えて溶かすことにより、それぞれシリコンオプティ
カルベンチ１に固定される。その際、レーザダイオード
２６、ホトダイオード２７、ボールレンズ２８の光軸が
合致するようにアライメントされる。

【００２７】各光部品を実装したシリコンオプティカル
ベンチ１に高周波の電気信号を印可して外部へ光信号を
送信するために、ワイヤボンディングによって各部品の
電気的接続を行う。高周波電気信号を取り扱うので、ワ
イヤの長さが短くなるように、共通薄膜電極７、薄膜抵
抗用第一薄膜電極１４、薄膜抵抗用第二薄膜電極１５等
から成る窒化タンタル薄膜抵抗６（図３参照）、ホトダ
イオード用第一薄膜電極１０、ホトダイオード用第二薄
膜電極１２が予め最適な位置に形成されている。また、
上記各薄膜はレーザダイオード２６やホトダイオード２
７とインピーダンス整合がとれるようにパターンの形状
が予め決められてある。

【００２８】次に、ワイヤボンディングを用いた電気的
結線について説明する。第一ボンディングワイヤ２９
は、共通薄膜電極７とシリコンオプティカルベンチ１の
外部にある外部電極（図示せず）とを接続している。ま
た第二ボンディングワイヤ３０は、窒化タンタル薄膜抵
抗６を構成する薄膜抵抗用第一薄膜電極１４とシリコン
オプティカルベンチ１の外部にある外部電極（図示せ
ず）とを接続し、第三ボンディングワイヤ３１は、レー
ザダイオード２６と窒化タンタル薄膜抵抗６を構成する
薄膜抵抗用第二薄膜電極１５とを接続している。さらに
第四ボンディングワイヤ３２は、ホトダイオード用第二
薄膜電極１２とシリコンオプティカルベンチ１の外部に
ある外部電極（図示せず）とを接続している。さらに第
五ボンディングワイヤ３３は、ホトダイオード２７とホ
トダイオード用第二薄膜電極１２とを接続し、第六ボン
ディングワイヤ３４は、ホトダイオード用第一薄膜電極
１０とシリコンオプティカルベンチ１の外部にある外部
電極（図示せず）とを接続している。

【００２９】高周波電気信号は、第二ボンディングワイ
ヤ３０を通じてシリコンオプティカルベンチ１に印加さ
れ、シリコンオプティカルベンチ１上の窒化タンタル薄
膜抵抗６を通ってレーザダイオード２６に印加される。
ここで窒化タンタル薄膜抵抗６は、終端抵抗の役割をす
る。レーザダイオード２６において電気信号は光信号に
変換され、レーザダイオード２６から出射された光信号
はボールレンズ２８を通って光ファイバ等の外部へ送信
される。このとき、レーザダイオード２６から出射され
た光信号は、ホトダイオード２７においてモニタされ
る。

【００３０】図９は、本発明に係るシリコンオプティカ
ルベンチ１をバタフライタイプのレーザダイオードモジ
ュールに実装した例を示す模式図である。レーザダイオ
ード２６、ホトダイオード２７、ボールレンズ２８がそ
れぞれ実装され、窒化タンタル薄膜抵抗６が形成された
シリコンオプティカルベンチ１が、バタフライパッケー
ジ３５の中に実装されている。詳しくは、レーザダイオ
ード２６からの光信号は、ボールレンズ２８、非球面レ
ンズ３６、リング状のフェルール３７で固定された光フ
ァイバ３８を通って外部に発信されるもので、このよう
な構成によって本発明に係るリコンオプティカルベンチ
１は、例えばレーザダイオードモジュールに適用され
る。

【００３１】なお以上の説明において、シリコンオプテ
ィカルベンチ１のボールレンズ搭載用溝４や第二Ｖ溝５
の形成には水酸化カリウム水溶液を用いたが、ＴＭＡＨ
（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＥＤＰ（エチレ
ンジアミンピロカテコール水）等のシリコンの異方性エ
ッチングが可能な他のエッチング液を適用してもよい。
ただし、エッチング形状及び取扱の観点から、水酸化カ
リウム水溶液がより適している。

【００３２】また本実施例では、単結晶シリコン基板２
を用いたシリコンオプティカルベンチ１に関して述べた
が、シリコン酸化膜３が形成された単結晶シリコン基板
２の代わりに、例えばガラス基板を用いたサブマウント
にも上記の窒化タンタル薄膜抵抗６を適用することがで
きる。この場合、ダイシングカッタによる加工によって
ボールレンズや光ファイバ用の溝を製作することが好ま
しい。ただし、サブマウントの場合、レーザダイオード
２６やホトダイオード２７を実装できればよく、必ずし
もこれに溝を必要としない。例えば、溝をシリコン基板
等の別の基板に製作して組み合わせてもよい。

【００３３】上記実施例の説明では、窒化物の膜として
窒化タンタル薄膜よりも抵抗率が高く絶縁性の高い窒化
シリコン薄膜を適用した。また、窒化アルミニウムや窒
化チタン等の窒化物膜でも、絶縁性が高ければ同様の効
果を得ることができる。窒化アルミニウムの場合、アル
ゴン雰囲気に窒素を導入して成膜するリアクティブスパ
ッタリングによって成膜することができる。本実施例に
よれば、酸化膜と窒化タンタル薄膜との間に窒化物の薄
膜を形成しているので、レーザダイオード、ホトダイオ
ードを実装するときの熱プロセスにより、酸化膜から窒
化タンタル薄膜への酸素の拡散を防止して、窒化タンタ
ル薄膜の抵抗値変動を低減することができる。また、酸
化膜と窒化タンタルの薄膜の間にのみ窒化シリコン薄膜
を部分的に形成すればよいので、シリコンオプティカル
ベンチの構造や構成を変える必要がない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の薄膜抵抗素
子によれば、酸化膜とタンタル薄膜との間に窒化物の薄
膜を形成し、熱プロセスにおける、酸化膜から窒化タン
タルの薄膜への酸素の拡散を防止することによって、抵
抗値の変動を低減することができる。また本発明のシリ
コンオプティカルベンチ及びレーザダイオードモジュー
ルによれば、上記薄膜抵抗素子を搭載することによっ
て、シリコンダイオード、ホトダイオードなどを実装す
る際の熱プロセスによる抵抗値の変動を低減することが
できる。

【００３５】さらに本発明によれば、上記シリコンオプ
ティカルベンチの製造方法を提供することができる。さ
らにまた、酸化膜と窒化タンタルの薄膜との間にのみ窒
化物の薄膜を部分的に形成すればよいので、シリコンオ
プティカルベンチの構造や構成を変える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリコンオプティカルベンチの実
施例の斜視図である。

【図２】図１におけるａ−ａ’断面を模式的に示す断面
図である。

【図３】図１におけるｂ−ｂ’断面を模式的に示すもの
で、窒化タンタル薄膜抵抗（薄膜抵抗素子）の第一の構
成例の断面図である。

【図４】窒化タンタル薄膜抵抗の第一の構成例の製造方
法の説明図である。

【図５】窒化タンタル薄膜抵抗（薄膜抵抗素子）の第二
の構成例の断面図である。

【図６】窒化タンタル薄膜抵抗の第二の構成例の製造方
法の説明図である。

【図７】窒化タンタル薄膜パターンの下地膜を、窒化シ
リコン薄膜パターンとシリコン酸化膜としたときの抵抗
値の変化率を比較して示す図である。

【図８】本発明に係るシリコンオプティカルベンチに光
部品を実装した模式図である。

【図９】本発明に係るシリコンオプティカルベンチを、
バタフライタイプのレーザダイオードモジュールに実装
した模式図である。

【符号の説明】

１…シリコンオプティカルベンチ、２…単結晶シリコン
基板、３…シリコン酸化膜、４…ボールレンズ搭載用
溝、５…第二Ｖ溝、６…窒化タンタル薄膜抵抗、７…共
通薄膜電極、８…レーザダイオード用AuSnはんだ薄膜、
９…接合用裏面薄膜電極、１０…ホトダイオード用第一
薄膜電極、１１…ホトダイオード用AuSnはんだ薄膜、１
２…ホトダイオード用第二薄膜電極、１３…窒化タンタ
ル薄膜パターン、１４…薄膜抵抗用第一薄膜電極、１５
…薄膜抵抗用第二薄膜電極、１６…窒化シリコン薄膜パ
ターン、１７…Si₃N₄/SiO₂積層膜、１８…窒化シリコン
薄膜、１９…低粘性レジスト、２０…Au/Pt/Ti薄膜、２
１…窒化タンタル薄膜、２２…レジストパターン、２３
…AuSnはんだ膜、２４…保護用レジストパターン、２５
…薄膜電極形成用レジストパターン、２６…レーザダイ
オード、２７…ホトダイオード、２８…ボールレンズ、
２９…第一ボンディングワイヤ、３０…第二ボンディン
グワイヤ、３１…第三ボンディングワイヤ、３２…第四
ボンディングワイヤ、３３…第五ボンディングワイヤ、
３４…第六ボンディングワイヤ、３５…バタフライパッ
ケージ、３６…非球面レンズ、３７…フェルール、３８
…光ファイバ。

フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 一弘 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者 東山 賢史 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内 Ｆターム(参考） 5E033 AA06 BA01 BB02 BC01 BD01 BE04 BG02 5F073 FA08 FA13 FA30

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子において、 前記酸化膜と前記窒化タンタルの薄膜との間に窒化物の
   薄膜を形成することを特徴とする薄膜抵抗素子。
2. 【請求項２】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、光半導体素子と光ファ
   イバまたはレンズとを固定させて光結合をさせるシリコ
   ンオプティカルベンチにおいて、 前記薄膜抵抗素子は、前記窒化タンタルの薄膜、該窒化
   タンタルの薄膜と前記酸化膜との間の窒化物、及び窒化
   タンタルの薄膜に接続される薄膜電極とから構成される
   ことを特徴とするシリコンオプティカルベンチ。
3. 【請求項３】前記窒化物は、シリコンの窒化物であるこ
   とを特徴とする請求項２に記載のシリコンオプティカル
   ベンチ。
4. 【請求項４】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、光半導体素子と光ファ
   イバまたはレンズとを固定させて光結合をさせるシリコ
   ンオプティカルベンチが実装されるレーザダイオードモ
   ジュールにおいて、 前記薄膜抵抗素子は、前記窒化タンタルの薄膜、該窒化
   タンタルの薄膜と前記酸化膜との間の窒化物、及び前記
   窒化タンタルの薄膜に接続される薄膜電極とから構成さ
   れることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
5. 【請求項５】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、光半導体素子と光ファ
   イバまたはレンズとを固定させて光結合をさせるシリコ
   ンオプティカルベンチの製造方法において、 次の（ａ）から（ｆ）の工程を有することを特徴とする
   シリコンオプティカルベンチの製造方法。 （ａ）シリコンの異方性エッチングにより溝を形成する
   工程 （ｂ）表面に酸化膜を形成したシリコン基板表面に窒化
   シリコン薄膜を成膜し、該窒化シリコン薄膜をエッチン
   グする工程 （ｃ）電極薄膜を成膜する工程 （ｄ）前記電極薄膜をエッチングし、薄膜電極を形成す
   る工程 （ｅ）窒化タンタル薄膜を成膜し、エッチングを行い薄
   膜抵抗を形成する工程 （ｆ）前記薄膜電極上に薄膜のはんだを形成する工程
6. 【請求項６】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、光半導体素子と光ファ
   イバまたはレンズとを固定させて光結合をさせるシリコ
   ンオプティカルベンチの製造方法において、 次の（ａ）から（ｈ）の工程を有することを特徴とする
   シリコンオプティカルベンチの製造方法。 （ａ）シリコンの異方性エッチングにより溝を形成する
   工程 （ｂ）表面に酸化膜を形成したシリコン基板表面上に窒
   化シリコン薄膜を成膜し、該窒化シリコン薄膜をエッチ
   ングする工程 （ｃ）窒化タンタル薄膜を成膜し、エッチングを行う工
   程 （ｄ）前記窒化タンタル薄膜上に保護用のレジストパタ
   ーンを形成する工程 （ｅ）電極薄膜を成膜する工程 （ｆ）前記電極薄膜をエッチングし、薄膜電極を形成す
   る工程 （ｇ）レジストを除去し、薄膜抵抗を形成する工程 （ｈ）前記薄膜電極上に薄膜のはんだを形成する工程
7. 【請求項７】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、レーザダイオード及び
   レンズを、該レーザダイオードからの出射光とレンズの
   光軸とが一致するように固定し、電気信号を該レーザダ
   イオードに印加して光信号を送信するシリコンオプティ
   カルベンチの製造方法において、 次の（ａ）から（ｆ）の工程を有することを特徴とする
   シリコンオプティカルベンチの製造方法。 （ａ）表面に酸化膜を形成したシリコン基板表面に窒化
   シリコン膜を成膜する工程 （ｂ）ホトマスクのパターンを転写してレジストマスク
   を形成し、これをマスクとして窒化シリコン薄膜をエッ
   チングする工程 （ｃ）Au/Pt/Ti薄膜を成膜する工程 （ｄ）ホトマスクのパターンを転写してレジストマスク
   を形成し、これをマスクとしてAu/Pt/Ti薄膜をエッチン
   グし、共通薄膜電極、ホトダイオード用薄膜電極、薄膜
   抵抗用薄膜電極を形成する工程 （ｅ）窒化タンタル薄膜抵抗用の窒化タンタル薄膜を成
   膜する。次に、前記（ｂ）と同様にして低粘性レジスト
   を塗布する工程 （ｆ）低粘性レジストにホトマスクのパターンを転写
   し、窒化タンタル薄膜抵抗用のレジストパターンを形成
   する。その後、これをマスクとして窒化タンタル薄膜を
   エッチングし、次にAuSnはんだ膜を成膜する工程
8. 【請求項８】表面に酸化膜を有するシリコン基板上に、
   電気抵抗となる窒化タンタルの薄膜を形成し、該薄膜に
   薄膜電極を接続してなる薄膜抵抗素子を備え、該薄膜抵
   抗素子周囲のシリコン基板上に、レーザダイオード及び
   レンズを、該レーザダイオードからの出射光とレンズの
   光軸とが一致するように固定し、電気信号を該レーザダ
   イオードに印加して光信号を送信するシリコンオプティ
   カルベンチの製造方法において、 次の（ａ）から（ｋ）の工程を有することを特徴とする
   シリコンオプティカルベンチの製造方法。 （ａ）表面に酸化膜を形成したシリコン基板表面に窒化
   シリコン膜を成膜する工程 （ｂ）ホトマスクのパターンを転写してレジストマスク
   を形成し、これをマスクとして窒化シリコン薄膜をエッ
   チングする工程 （ｃ）窒化タンタル薄膜を成膜し、ネガ型の低粘性レジ
   ストを塗布する工程 （ｄ）レジストにホトマスクのパターンを転写し、これ
   をマスクとして窒化シリコン薄膜パターン上に窒化タン
   タル薄膜パターンを形成する工程 （ｅ）低粘性レジストを塗布する工程 （ｆ）窒化タンタル薄膜パターン上に保護用レジストパ
   ターンを形成する工程 （ｇ）Au/Pt/Ti薄膜を成膜する工程 （ｈ）Au/Pt/Ti薄膜上に、低粘性レジストを塗布する工
   程 （ｉ）レジストにホトマスクのパターンを転写し、薄膜
   電極形成用レジストパターンを形成する工程 （ｊ）Au/Pt/Ti薄膜をエッチングする工程 （ｋ）保護用レジストパターン及び薄膜電極形成用レジ
   ストパターンを除去し、共通薄膜電極、ホトダイオード
   用第一薄膜電極、ホトダイオード用第二薄膜電極、薄膜
   抵抗用第一薄膜電極、薄膜抵抗用第二薄膜電極を形成す
   る。次に、共通薄膜電極上にレーザダイオード用AuSnは
   んだ薄膜を形成する工程