JP2610076B2 - Hybrid integrated circuit and a method of manufacturing the same - Google Patents

Hybrid integrated circuit and a method of manufacturing the same

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JP2610076B2
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哲義 小掠
和生 江田
豊 田口
章大 金星
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松下電器産業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、InPとSiを用いた高性能なハイブリッド集積回路及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to relates to a high performance hybrid integrated circuit and a manufacturing method thereof using the InP and Si.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、ハイブリッド集積回路、例えば半導体レーザーと駆動トランジスタや増幅用トランジスタなどを集積化した光電子集積回路などでは、InPなどの半導体レーザー作製可能な基板の上に、半導体レーザーなどの光素子とトランジスタなどの電子素子を同時に作り込む方法が知られている。 Conventionally, hybrid integrated circuits, optoelectronic integrated circuits in such which integrates a semiconductor laser and the driving transistor and amplifying transistor for example, on a semiconductor laser can be fabricated substrate such as InP, a light such as a semiconductor laser how to fabricate an electronic device such as a device and a transistor at the same time is known.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のInP基板に光素子と電子素子の両者を集積する方法では、InP基板がSi基板よりも数倍高価であること、 [SUMMARY OF THE INVENTION However, in the method of integrating both the optical elements and the electronic device of the above InP substrate, it InP substrate is several times more expensive than Si substrate,
また半導体デバイス形成のプロセスがSi基板の場合よりも複雑であるため、歩留まりが悪く、高密度に集積化できないなどの課題がある。 Since the semiconductor device formation process is more complicated than the case of the Si substrate, the yield is poor, there is a problem of being unable integrated with high density. またInP基板はSi基板よりも熱伝導が数倍悪いため、使用電力量の多い回路の集積化には適さないなどの課題があった。 InP substrate also for several times the thermal conductivity is worse than the Si substrate, there is a problem, such as not suitable for integration of large circuits using electric energy.

【0004】本発明は、従来のこのような課題を考慮し、光素子及び電子素子を高密度に集積化でき、低コストで歩留まりがよく、良好な特性が得られるハイブリッド集積回路とその製造方法を提供することを目的とするものである。 [0004] The present invention is, in view of the prior such problems, an optical device and an electronic device enabling high-density integrated, yield at a low cost good, hybrid integrated circuits good characteristics can be obtained and a manufacturing method thereof it is an object to provide a.

【0005】 [0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明は、InP基板およびSi基板の接合する側の表面のう Means for Solving the Problems The present invention of claim 1, wherein the surface of the side to be bonded of the InP substrate and Si substrate
ち、少なくとも一方の前記表面に、酸化珪素膜または珪 Chi, on at least one of said surface, a silicon oxide film or silicofluoride
素膜を有し、前記InP基板と前記Si基板とが、各接 It has Motomaku, and the InP substrate and the Si substrate, the contact
合表面に付着された水酸基により直接接合されているハ<br>イブリッド集積回路である。 A C <br> hybrid integrated circuit are bonded directly by a hydroxyl group attached to the coupling surface.

【0006】請求項5記載の本発明は、InP基板およびSi基板に能動素子を設ける工程と、前記InP基板 [0006] According to a fifth aspect of the invention, a step of providing an active device on an InP substrate and Si substrate, the InP substrate
および前記Si基板の接合する側の表面のうち、少なく And among the Si substrate bonding to the side surface of the less
とも一方の前記表面に、酸化珪素膜または珪素膜を設け In one of the surfaces, provided the silicon oxide film or silicon film and
る工程と、前記膜を設ける行程により前記膜が形成され And that step, the film is formed by step of providing the film
た表面を少なくとも一方に含む各接合表面に水酸基を付 With a hydroxyl group on the bonding surface including at least one surface was
着させる工程と、前記水酸基の付着された前記各接合表 A step of wearing the respective bonding table the deposited of the hydroxyl group
面を重ね合わせて、前記InP基板と前記Si基板とを Superimposed surfaces, and said Si substrate and the InP substrate
直接接合する工程と、前記InP基板に設けられた前記 And bonding directly, the provided on the InP substrate
能動素子と前記Si基板に設けられた前記能動素子とを And the active element provided on the Si substrate and the active device
電気的に接続する工程とを備えたハイブリッド集積回路の製造方法である。 A method for producing a hybrid integrated circuit comprising the step of electrically connecting.

【0007】 [0007]

【作用】請求項1記載の本発明では、InP基板および [Action] In the present invention according to claim 1, InP substrate and
Si基板の接合する側の表面のうち、少なくとも一方の Of the surface on the side of bonding of the Si substrate, at least one of
前記表面に、酸化珪素膜または珪素膜を有し、それら各 The surface has a silicon oxide film or a silicon film, their respective
接合表面に付着された水酸基により、前記InP基板と The hydroxyl group attached to the bonding surface, and the InP substrate
前記Si基板とが直接接合される。 The Si and the substrate are directly bonded.

【0008】請求項5記載の本発明では、InP基板 [0008] In the present invention according to claim 5, you InP substrate
よびSi基板に能動素子を設け、前記InP基板および And Si substrate provided an active element, the InP substrate and
前記Si基板の接合する側の表面のうち、少なくとも一 Among the Si substrate bonding to the side surface of at least one
方の前記表面に、酸化珪素膜または珪素膜を設け、前記 To the surface of the square, is provided a silicon oxide film or a silicon film, wherein
膜が形成された表面を少なくとも一方に含む各接合表面 The bonding surface including the surface of film is formed on at least one
に水酸基を付着させ、前記水酸基の付着された前記各接 Depositing a hydroxyl group, a deposited said each contact of said hydroxyl groups
合表面を重ね合わせて、前記InP基板と前記Si基板 By overlapping engagement surface, the InP substrate and the Si substrate
とを直接接合し、前記InP基板に設けられた前記能動 Joining the door directly, the active provided in the InP substrate
素子と前記Si基板に設けられた前記能動素子とを電気 Electrical and said active element provided with elements on the Si substrate
的に接続する。 To be connected.

【0009】 [0009]

【実施例】以下、本発明にかかる実施例のハイブリッド集積回路及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the hybrid integrated circuit and a method of manufacturing such an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0010】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施例のハイブリッド集積回路の構造を示す模式断面図である。 [0010] (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hybrid integrated circuit of the first embodiment of the present invention. すなわち、ハイブリッド集積回路を構成しているS That, S constituting the hybrid integrated circuit
i基板1上には、トランジスタなどの電子素子5が形成され、InP基板2上には、半導体レーザなどの光素子4が形成されている。 i on the substrate 1, the electronic element 5 such as a transistor is formed, on the InP substrate 2, the optical device 4 such as a semiconductor laser is formed. 又InP基板2の所定の面には、 The predetermined surface of the InP substrate 2 also
酸化珪素膜(または珪素膜)3が形成され、その酸化珪素膜(又は珪素膜)3とSi基板1とは直接接合されている(接合の方法については後述)。 Silicon oxide film (or silicon film) 3 is formed, (see below for how the junction) thereof is a silicon oxide film (or silicon film) 3 and the Si substrate 1 are bonded directly. それぞれの基板に形成された光素子4及び電子素子5は、電気的配線等により機能的に接続されている。 The optical device 4 and the electronic element 5 formed on the respective substrates, are functionally connected by electrical wiring or the like.

【0011】以上のように、光素子4は、発光などの光特性に優れたInP基板2上に形成されており、トランジスタなどの電子素子5は、大規模集積回路の形成に適したSi基板1上に形成されているので、高性能の光素子4と大規模集積化した電子素子5を一体にして集積化することが可能であった。 [0011] As described above, the optical element 4 is formed on the InP substrate 2 with excellent optical characteristics such as light emission, the electronic element 5 such as a transistor, Si substrate suitable for formation of a large scale integrated circuit because it is formed on the 1, the electronic element 5 which is large-scale integration and high performance of the optical element 4 was possible to integrate and integrally. またSi基板1は、熱伝導率が大きいため、InP基板2に高出力の半導体レーザーを形成しても、十分放熱することが可能であり、したがって、また電力増幅器などの電子素子を集積化することもできた。 The Si substrate 1, thermal conductivity is high, even when a semiconductor laser of high output to the InP substrate 2, it is possible to sufficiently heat radiation, thus, also the integration of electronic devices such as power amplifiers It was also possible.

【0012】(実施例2)図2は、本発明の第2の実施例のハイブリッド集積回路の構造を示す模式断面図である。 [0012] (Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hybrid integrated circuit of the second embodiment of the present invention. すなわち、ハイブリッド集積回路を構成しているS That, S constituting the hybrid integrated circuit
i基板1上には、トランジスタなどの電子素子5が形成され、InP基板2のSi基板1に対向する面の一部には、例えば半導体レーザなどの光素子(発光素子)4が形成されている。 i on the substrate 1 is formed an electronic element 5 such as a transistor, a part of the surface facing the Si substrate 1 of InP substrate 2, for example, an optical element (light emitting element) such as a semiconductor laser 4 is formed there. 又その面の光素子(発光素子)4の周囲の所定の部位には、酸化珪素膜(又は珪素膜)3が形成され、その酸化珪素膜(又は珪素膜)3とSi基板1 Further to the predetermined portion around the optical element (light emitting element) 4 of the surface, the silicon oxide film (or silicon film) 3 is formed, the silicon oxide film (or silicon film) 3 and the Si substrate 1
とは直接接合されている(接合の方法については後述)。 Are bonded directly to the (method will be described later bonding). 更にInP基板2に形成された光素子(発光素子)4に対向するSi基板1の部位には、ホトダイオードなどの光素子(受光素子)4'が形成され、それら光素子(発光素子)4と光素子(受光素子)4'は光で結合されるようになっている。 Furthermore the site of Si substrate 1 facing the optical element (light emitting element) 4 formed on the InP substrate 2 is formed the light element (light receiving element) 4 ', such as a photodiode, these optical elements (light emitting element) 4 and optical device (light receiving elements) 4 'are adapted to be coupled with light. それぞれの基板に形成された光素子4,4'と電子素子5は、必要に応じ電気的配線及び前述の光的結合により機能的に接続されている。 Electronic element 5 and each of the optical elements 4, 4 formed on the substrate 'is operatively connected by electrical wires and optical coupling of the aforementioned necessary.

【0013】以上のように、半導体レーザなどの光素子4は、発光などの光特性に優れたInP基板2上に形成されており、ホトダイオードなどのようにSi基板1上でも高性能の得られる一部の光素子4'や、トランジスタなどの電子素子5は、大規模集積回路の形成に適したSi基板1上に形成されているので、高性能の光素子4,4'と大規模集積化した電子素子5を集積化することが可能であった。 [0013] As described above, the optical device 4 such as a semiconductor laser is formed on an InP substrate 2 having excellent optical characteristics such as light emission, obtained with high performance even on Si substrate 1, such as a photodiode some of the optical device 4 'and the electronic element 5 such as a transistor, because it is formed on the Si substrate 1 which is suitable for formation of the large scale integrated circuits, high performance optical elements 4, 4' large scale integration and the electronic device 5 has been turned into was possible to integrate. これにより実施例1と同様の効果が得られた。 Thus the same effect as in Example 1 were obtained. またこの場合には、前述したようにSi基板1上の大規模集積回路とInP基板2上の光素子4を、 In this case, the optical element 4 on the large scale integrated circuit and the InP substrate 2 on the Si substrate 1 as described above also,
電気的配線によらずに、光で信号を直接伝送することも可能であった。 Regardless of the electrical wiring, it was also possible to transmit signals in optical direct. またInP基板2上に、高速の電子素子を同時に集積化することも可能であった。 Also on the InP substrate 2, it was also possible to simultaneously integrate faster electronic devices.

【0014】なお、上記いずれの実施例においても、I [0014] Also in any of the above embodiments, I
nP基板に形成される酸化珪素膜に代えて、非晶質の珪素膜あるいは多結晶の珪素膜を用いてもよい。 Instead of the silicon oxide film formed on nP substrate, it may be used an amorphous silicon film or polycrystalline silicon film.

【0015】また、上記実施例では、InP基板側に発光素子を形成し、Si基板側に受光素子を形成して両基板を光により結合したが、これとは逆にInP基板側に受光素子を形成し、Si基板側に発光素子を形成して光による結合を行ってもよい。 [0015] In the above embodiment, to form a light-emitting element on the InP substrate side, although both substrates to form a light receiving element on the Si substrate side was bonded by the light receiving element on the InP substrate side on the contrary it is formed and may be performed binding by light to form a light-emitting element to the Si substrate.

【0016】また、上記実施例では、発光素子及び受光素子の間は空間であったが、これに限らず、発光素子から発射される光が受光素子に入射されるように構成されていればよい。 [0016] In the above embodiment, although between the light emitting element and the light receiving element were space, not limited to this, if light emitted from the light emitting element is long and is configured to be incident on the light-receiving element good.

【0017】(実施例3)本発明の第3の実施例のハイブリッド集積回路の製造方法について説明する。 The method of manufacturing a hybrid integrated circuit of the third embodiment (Embodiment 3) The present invention will be described.

【0018】まず、Si基板およびInP基板の所定の箇所に、接合力強化のために必要な熱処理温度以上の温度で行うべきプロセス、例えば、拡散プロセスなどを含めて、一連の半導体プロセス処理を行い、電界効果トランジスタ(FET)などの電子素子や半導体レーザーなどの光素子を形成した。 [0018] First, a predetermined portion of the Si substrate and the InP substrate, the process should be conducted at a heat treatment temperature above the temperature necessary to strengthen bonding force, including, for example, a diffusion process, performs a series of semiconductor process treatment to form a light element such as an electronic device or semiconductor laser such as a field effect transistor (FET). それら拡散プロセスなどは、通常1000度C以上の高温で行われる。 Etc. They diffusion process is usually carried out 1000 ° C or more high temperature.

【0019】次に、各種素子が形成されたSi部およびInP部に保護膜を形成した後、その他の露出Si部およびInP部の表面を極めて清浄にした。 Next, after the various elements to form a protective film on the Si portion and InP portion formed were other exposed Si portion and the surface of the InP of the extremely clean. 具体的には、 In particular,
InP基板は、過酸化水素とアンモニア系エッチング液で表面層をエッチング除去した。 InP substrate, the surface layer was removed by etching with hydrogen peroxide and ammonia-based etchant. 同じくSi基板表面は弗酸系エッチング液により清浄化した。 Also the Si substrate surface was cleaned by hydrofluoric acid etching solution. その時必要部分のみ保護膜を除去した。 Then removing the protective film only necessary portions. その後、InP基板上に化学気相成長法などにより酸化珪素膜を形成した。 Thereafter, a silicon oxide film by chemical vapor deposition on a InP substrate. 膜厚は0. The thickness 0.
1ー3ミクロン程度であり、この厚み及びその厚みの均一性の制御は容易である。 Is about 1 over 3 microns, the control of the uniformity of the thickness and the thickness is easy. さらに酸化珪素膜表面は、バッファード弗酸により清浄化した。 Further the silicon oxide film surface was cleaned by buffered hydrofluoric acid. その時必要部分のみ保護膜を除去した。 Then removing the protective film only necessary portions.

【0020】その後、酸化珪素膜の表面を純水で十分洗浄し、前記Si基板露出部に前記InP基板の酸化珪素膜を一様に重ねあわせると、酸化珪素膜表面およびSi [0020] Then, thoroughly cleaning the surface of the silicon oxide film with pure water, the Si when the substrate exposed portion align uniformly superimposed silicon oxide film of the InP substrate, a silicon oxide film surface and Si
基板表面に吸着した水酸基によって、容易に直接接合が得られた。 The adsorbed hydroxyl groups on the substrate surface, easily direct bonding was obtained. このままでも十分な接合強度が得られるが、 Although sufficient bonding strength can be obtained as it is even,
さらにこの状態で、100度Cから700度Cの温度で熱処理を行うと、その接合は更に強化された。 Further in this state, when a heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C to 100 ° C, its bonding was further strengthened. ここで熱処理温度が高い場合、InP基板の熱膨張率及びSi基板の熱膨張率に差があるため、形状、寸法などに多少の制約が加えられるが、基本的には、高温で熱処理する場合ほど、接合する基板の厚みを薄く、また面積を小さくしていけば、剥離や破損なく接合強度の向上が可能であった。 Here, when the heat treatment temperature is high, because there is a difference in thermal expansion coefficient and Si thermal expansion of the substrate of the InP substrate, the shape, although some constraints such as the size is applied, basically, when the heat treatment at a high temperature more, the thickness of the substrate to be bonded, also if we reduced the area, it was possible to improve the peeling and breakage without bonding strength.

【0021】次に、接合力強化のための熱処理温度以下の温度で処理すべき各種プロセス、例えば電極形成などを実施し、配線パターンを形成した。 Next, various processes to be processed by the heat treatment temperature below the temperature for the reinforced bonding force, implemented, for example, electrodes formed to form a wiring pattern. 配線にはアミニウムや金などを用いた。 Using, for example, aminium and gold in the wiring. これにより、実施例2に示す構造のハイブリッド集積回路が得られた。 Thus, the hybrid integrated circuit structure shown in Example 2 were obtained. 接合強化の熱処理効果は、例えば、200度Cで、1時間程度保持するだけでも接合強度は数倍に上がり、数10Kg/平方cm Annealing Effect of enhancing junction, for example, at 200 ° C, up to several times the bonding strength alone to hold about 1 hour, the number 10 Kg / sq cm
の強度が得られた。 Strength were obtained. 700度C以上に温度を上げると、 Increasing the temperature above 700 degrees C,
InP基板表面からP(りん)が抜けていくため表面の特性劣化が大きく光素子としての所定の性能が得られないので、接合熱処理温度は700度C以下とすることが望ましい。 Since no predetermined performance can be obtained characteristics deterioration of the large optical element surface for escapes P (phosphorus) is an InP substrate surface, bonding heat treatment temperature is preferably set to less 700 ° C.

【0022】上述のSi基板1と酸化珪素膜(又は珪素膜)3との接合を、一般の樹脂などの接着剤を用いて行うと、耐熱性や耐薬品性の面から、接合後は半導体プロセスが行えないなどの問題点があるが、本実施例の方法を用いれば、Si基板とInP基板が直接接合されており、そのような問題点が解決された。 [0022] The bonding between the Si substrate 1 and the silicon oxide film (or silicon film) 3 described above, when using an adhesive such as a general resin, from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance, after bonding the semiconductor there are problems such as process can not be performed, using the method of the present embodiment, Si has a substrate and an InP substrate is joined directly, such problems have been solved.

【0023】また樹脂などの接着剤を用いて接着すると、接着剤の厚みを高精度で制御することが困難なため、接着後の基板平行度が悪くなり、ホトリソグラフィーの精度が悪くなるが、そのような問題も解決された。 [0023] When bonding using an adhesive such as resin, because it is difficult to control the thickness of the adhesive with high accuracy, it deteriorates substrate parallelism after adhesion, although the accuracy of photolithography is deteriorated, such a problem was also solved.
また直接接合の場合の方が、熱伝導がよくなるため、消費電力の大きい回路にも適用することができた。 The person in the case of direct bonding is because the thermal conductivity is improved, but also can be applied to a large circuit power consumption.

【0024】以上の直接接合のメカニズムは、珪素膜または酸化珪素膜表面を、適当な表面処理を行った後純水に浸すことにより、その表面に水酸基が付着し、接合させようとする両表面に付着した水酸基によって、接合が行われると考えられる。 The mechanism of the above direct joining, by immersing the silicon film or silicon oxide film surface, in pure water after a suitable surface treatment, both surfaces of hydroxyl groups attached to its surface, an attempt is bonded the hydroxyl group attached to, believed bonding is performed. その後熱処理を行うと、相互拡散により接合が強化されるものと考えられる。 When subsequently subjected to heat treatment, it is believed that joining the interdiffusion is enhanced.

【0025】(実施例4)本発明の第4の実施例のハイブリッド集積回路の製造方法について説明する。 The method of manufacturing a hybrid integrated circuit of the fourth embodiment (Embodiment 4) The present invention will be described.

【0026】実施例3と同様にして、Si基板およびI [0026] In the same manner as in Example 3, Si substrate and I
nP基板の所定の箇所に、電子素子または光素子を形成し、その後、保護膜形成、表面洗浄を行った後、接合面になるInP基板上に、非晶質珪素の膜を、プラズマC At a predetermined point nP substrate, to form an electronic device or an optical device, then the protective film formation, after surface cleaning, on the InP substrate to be joint surface, a film of amorphous silicon, the plasma C
VDなどにより形成した。 It was formed by a VD. 形成する非晶質珪素の膜厚は、実施例3の場合とほぼ同様、0.1ー3ミクロン程度である。 The film thickness of the amorphous silicon to be formed, almost the same as in Example 3, about 0.1 -3 microns. その後、実施例3と同様に、非晶質珪素膜とSi基板表面を極めて清浄にした。 Thereafter, in the same manner as in Example 3, it was extremely clean the amorphous silicon film and the Si substrate surface. 具体的方法は、実施例3とほぼ同じである。 Specifically method is substantially the same as in Example 3. 非晶質珪素膜表面は、バッファード弗酸系エッチング液により清浄化した。 Amorphous silicon film surface was cleaned by buffered hydrofluoric acid etching solution. その後非晶質珪素膜及びSi基板の表面を純水で十分洗浄し、すぐに一様に重ねあわせることにより、非晶質珪素膜表面に吸着した水酸基により、容易に接合が得られた。 Then an amorphous silicon film and the Si surface of the substrate was sufficiently washed with pure water, by quickly uniformly superimposed Awa, the adsorbed hydroxyl surface of the amorphous silicon film, easily bonded was obtained.

【0027】次に必要に応じて実施例3と同様のプロセスを行うことにより、InP基板上に形成された光素子と、Si基板上に形成された電子素子が一体に集積化されたハイブリッド集積回路の製造が可能となり、実施例3と同様の効果が得られた。 [0027] By now performing the same process as in Example 3 as required, hybrid integration of an optical element formed on an InP substrate, an electronic element formed on the Si substrate are integrated together It enables the manufacture of circuits was obtained an effect similar to that of example 3. この場合の接合強度は、酸化珪素膜を用いた場合よりも、2−5倍の値が得られた。 Bonding strength of the case, than with a silicon oxide film, 2-5 times values ​​were obtained.

【0028】(実施例5)本発明の第5の実施例のハイブリッド集積回路の製造方法について説明する。 The method of manufacturing a hybrid integrated circuit of the fifth embodiment (Embodiment 5) The present invention will be described.

【0029】実施例3または4と同様にして、Si基板およびInP基板の所定の箇所に、電子素子または光素子を形成し、その後、保護膜形成、表面洗浄を行った後、接合面になるInP基板上に、酸化珪素膜または非晶質珪素膜を形成した。 [0029] In the same manner as in Example 3 or 4, the predetermined portion of the Si substrate and the InP substrate, to form an electronic device or an optical device, then the protective film formation, after surface cleaning, the joint surfaces on the InP substrate to form a silicon oxide film or an amorphous silicon film. その後、実施例3または4と同様に、酸化珪素膜または非晶質珪素膜とSi基板表面を極めて清浄にした。 Thereafter, as in Example 3 or 4 was extremely clean a silicon oxide film or an amorphous silicon film and the Si substrate surface. 具体的方法は、実施例3または4とほぼ同じである。 Specifically method is substantially the same as in Example 3 or 4. 酸化珪素膜または非晶質珪素膜表面は、バッファード弗酸系エッチング液により清浄化した。 Silicon film or amorphous silicon film surface oxidation was cleaned by buffered hydrofluoric acid etching solution. その後酸化珪素膜又は非晶質珪素膜の表面を純水で十分洗浄し、接合させる面を重ね合わた。 Then the surface of the silicon oxide film or an amorphous silicon film was sufficiently washed with pure water, it was superimposed surfaces to be joined.

【0030】乾燥後、両基板を加熱しながら、酸化珪素膜部または非晶質珪素膜部に高電圧の直流電圧を加えた。 [0030] After drying, while heating the substrates, it was added a DC voltage of a high voltage to the silicon oxide film unit or an amorphous silicon film unit. これにより静電力が働き、強固な直接接合が得られた。 Thus work electrostatic force, joining strong direct were obtained. 次に必要に応じて実施例3と同様のプロセスを行うことにより、InP基板上に形成された光素子と、とS By depending on next necessary perform the same process as in Example 3, an optical element formed on an InP substrate, and S
i基板上に形成された電子素子が一体に集積化されたハイブリッド集積回路の製造が可能となり、実施例3と同様の効果が得られた。 i electronic elements formed on the substrate becomes possible to produce a hybrid integrated circuit integrated together was obtained an effect similar to that of Example 3. この場合の接合強度は、単に熱処理したものよりもさらに強くなった。 Bonding strength in this case, was even stronger than simply those heat treated.

【0031】このとき、接合部の膜に高電圧が加わるように、Si基板およびInP基板に半導体性基板を用いたり、基板一部に低抵抗部を設けることにより、接合に用いる酸化珪素膜または非晶質珪素膜に有効に高電圧を加えることができた。 [0031] At this time, as a high voltage is applied to the membrane of the joint, or a semiconductor substrate on a Si substrate and an InP substrate, by providing the low-resistance portion in a part substrate, a silicon oxide film used for the bonding or It could be added effectively high voltage to the amorphous silicon film. この場合酸化珪素膜は本来、高抵抗であるが、非晶質珪素膜の場合は、できるだけ高抵抗にすることが望ましい。 Originally this silicon oxide film is a high resistivity, in the case of the amorphous silicon film, it is desirable to possible high resistance.

【0032】印加する電圧は、1ミクロンの膜厚に対し、50から1000Vが適当であり、電圧が高い場合は、パルス的に加える方が良かった。 The voltage to be applied, to a film thickness of 1 micron, it is suitably 1000V 50, when the voltage is high, was better added in pulses.

【0033】(実施例6)本発明の第6の実施例のハイブリッド集積回路の製造方法について説明する。 The method of manufacturing a hybrid integrated circuit of the sixth embodiment (Embodiment 6) The present invention will be described.

【0034】実施例3と同様にして、Si基板およびI [0034] In the same manner as in Example 3, Si substrate and I
nP基板の所定の箇所に、電子素子または光素子を形成し、その後、保護膜形成、表面洗浄を行った後、接合面になるInP基板上に、多結晶珪素の膜を、プラズマC At a predetermined point nP substrate, to form an electronic device or an optical device, then the protective film formation, after surface cleaning, on the InP substrate to be joint surface, a film of polycrystalline silicon, the plasma C
VDなどにより形成した。 It was formed by a VD. 形成する多結晶珪素の膜厚は、実施例3の場合とほぼ同様、0.1ー3ミクロン程度である。 The film thickness of the polycrystalline silicon to be formed, almost the same as in Example 3, about 0.1 -3 microns. その後、実施例3と同様に、多結晶珪素膜とSi基板表面を極めて清浄にした。 Thereafter, in the same manner as in Example 3, it was a polycrystalline silicon film and the Si substrate surface extremely clean. 具体的方法は、実施例3とほぼ同じである。 Specifically method is substantially the same as in Example 3. 多結晶珪素膜表面は、バッファード弗酸系エッチング液により清浄化した。 Polycrystalline silicon film surface was cleaned by buffered hydrofluoric acid etching solution. その後多結晶珪素膜及びSi基板の表面を純水で十分洗浄し、すぐに一様に重ねあわせることにより、多結晶珪素膜表面に吸着した水酸基により、容易に接合が得られた。 Then a polycrystalline silicon film and the Si surface of the substrate was sufficiently washed with pure water, by quickly uniformly superimposed Awa, the adsorbed hydroxyl groups on surface of the polycrystalline silicon film, easily bonded was obtained. 次に必要に応じて実施例3と同様のプロセスを行うことにより、InP基板上に形成された光素子と、Si基板上に形成された電子素子が一体に集積化されたハイブリッド集積回路の製造が可能となり、実施例3と同様の効果が得られた。 By performing the same process as in Example 3, if needed next, the manufacture of hybrid integrated circuits and optical element formed on an InP substrate, an electronic element formed on the Si substrate are integrated together It becomes possible to obtain an effect similar to that of example 3.

【0035】なお、上記ハイブリッド集積回路の製造方法の実施例では、いずれも、実施例2の構造の例について説明したが、実施例1の構造を得るには、各製造方法の実施例において、酸化珪素膜または珪素膜を、単にI [0035] In the embodiment of the method for manufacturing the hybrid integrated circuit, both, an example has been described of the structure of Example 2, to obtain the structure of the first embodiment, in the embodiment of the manufacturing method, a silicon oxide film or a silicon film, simply I
nP基板の裏面に形成すれば実現することができた。 It could be realized by forming on the back surface of nP substrate. この場合のInP基板上の光素子などと、Si基板上の電子素子などとの結線は、外部のワイヤーで行ったり、I This and like optical device on an InP substrate of the case, connection between an electronic device on the Si substrate, and go outside the wire, I
nP基板にビアホールを形成するなどして行った。 It was carried out, such as to form a via hole in nP board.

【0036】また、上記実施例では、いずれも、Si基板上には他の膜を形成しなかったが、Si基板上にも酸化珪素膜又は珪素膜を形成しても同様の直接接合が可能であった。 Further, in the embodiment, either, but is on the Si substrate was not formed other films, also similar direct bonding be a silicon oxide film or a silicon film on a Si substrate Met.

【0037】また、上記実施例では、いずれの場合も接合に用いる膜表面の平坦度が重要であり、製膜の方法、 [0037] In the above embodiment, it is important flatness of the film surface for use in joining any case, the method of film formation,
条件が悪く、表面の凹凸が大きい場合には接合が困難となるため、十分な注意が必要であった。 Condition is bad, the junction becomes difficult when the surface irregularities are large, great care was required.

【0038】また、いずれの実施例においても、まず第1に、Si基板に形成された電子素子などとInP基板に形成された光素子などを、一体に集積しているので、 [0038] In any embodiment, first of all, and an optical element formed on an InP substrate and an electronic element formed on a Si substrate, since the integrated together,
ハイブリッド集積回路を大幅に小型、軽量化する事が可能となった。 Much smaller a hybrid integrated circuit, has become possible to reduce the weight of.

【0039】また、大規模集積回路は、歩留まり良く形成できるSi基板上に、光素子は高性能の得られるIn Further, large scale integrated circuits, the Si substrate that can yield good form, the optical element is obtained with high performance In
P基板上に形成できるため、単一基板を用いて集積した場合よりも、高性能のハイブリッド集積回路が歩留まり良く得られた。 Since it can be formed into a P substrate, than when integrated with a single substrate, a high performance of the hybrid integrated circuit is obtained in a high yield.

【0040】また、いずれの実施例においても、接合方法は、InP基板とSi基板を膜厚の制御された珪素系無機材料で直接接合しているので、平面性が極めて良く、大規模集積に必要な、サブミクロンのホトリソグラフィーが可能となるとともに、熱や振動などに対する信頼性も大幅に向上した。 [0040] In any embodiment, the bonding method, since the bonded directly controlled silicon-based inorganic material having a thickness of the InP substrate and the Si substrate, very good flatness, a large scale integrated required, with photolithography becomes possible submicron, with significantly improved reliability against heat or vibration.

【0041】 [0041]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本発明は、光素子及び電子素子を高密度に集積化でき、低コストで歩留まりがよく、良好な特性が得られるという長所がある。 The present invention, as is apparent from the above description, according to the present invention is an optical and electronic elements can densely integrated, the yield at a low cost well, there is an advantage in that satisfactory properties can be obtained.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明にかかる第1の実施例のハイブリッド集積回路の構成を示す模式断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a hybrid integrated circuit of the first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明にかかる第2の実施例のハイブリッド集積回路の構成を示す模式断面図である。 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a hybrid integrated circuit of the second embodiment according to the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 Si基板 2 InP基板 3 酸化珪素膜または珪素膜 4 光素子(発光素子) 4' 光素子(受光素子) 5 電子素子 1 Si substrate 2 InP substrate 3 a silicon oxide film or silicon film 4 optical element (light emitting element) 4 'optical element (light receiving element) 5 electronic devices

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小掠 哲義 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−262143(JP,A) 特開 平1−293664(JP,A) 特開 昭62−217633(JP,A) OPTICAL AND QUANT UM ELECTRONICS 20 (1988)PP. ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor small blurred Tetsuyoshi Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita unit intra-industry Co., Ltd. (56) reference Patent flat 3-262143 (JP, a) JP flat 1 -293664 (JP, A) JP Akira 62-217633 (JP, A) OPTICAL AND QUANT UM ELECTRONICS 20 (1988) PP. 441−474 JOURNAL OF LIGHTW AVE TECHNOLOGY. 441-474 JOURNAL OF LIGHTW AVE TECHNOLOGY. VO L. VO L. 8NO. 8NO. 6(1990)PP. 6 (1990) PP. 846−862 SOLAR CELLS,19(1986− 1987)PP. 846-862 SOLAR CELLS, 19 (1986- 1987) PP. 85−96 85-96

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 InP基板およびSi基板の接合する側 1. A side for joining the InP substrate and Si substrate
    の表面のうち、少なくとも一方の前記表面に、酸化珪素 Of the surface of at least one of said surface, silicon oxide
    膜または珪素膜を有し、 前記InP基板と前記Si基板とが、各接合表面に付着 It has a film or a silicon film, and the InP substrate and the Si substrate, adhered to each of the junction surface
    された水酸基により直接接合されていることを特徴とするハイブリッド集積回路。 Hybrid integrated circuit, characterized by being bonded directly by hydroxy groups.
  2. 【請求項2】 InP基板およびSi基板の接合する側 Wherein the side of bonding of the InP substrate and Si substrate
    の表面のうち、少なくとも一方の前記表面に、酸化珪素 Of the surface of at least one of said surface, silicon oxide
    膜または珪素膜を有し、 前記InP基板と前記Si基板とが、各接合表面へ水酸 It has a film or a silicon film, and the InP substrate and the Si substrate, hydroxyl to each bonding surface
    基を付着させる処理と、重ね合わせる処理と、熱処理と A process of attaching groups, a process of overlaying a heat treatment
    を施されて直接接合されていることを特徴とするハイブリッド集積回路。 Hybrid integrated circuit, characterized in that it is directly bonded is subjected to.
  3. 【請求項3】 InP基板およびSi基板の接合する側 Wherein the side of bonding of the InP substrate and Si substrate
    の表面のうち、少なくとも一方の前記表面に、酸化珪素 Of the surface of at least one of said surface, silicon oxide
    膜または珪素膜を有し、 前記InP基板と前記Si基板とが、各接合表面へ水酸 It has a film or a silicon film, and the InP substrate and the Si substrate, hydroxyl to each bonding surface
    基を付着させる処理と、重ね合わせる処理と、接合界面 A process of attaching groups, a process of superimposing, the joint interface
    に直流電圧を加えながら行う熱処理とを施されて直接接 It is subjected to a heat treatment performed while applying a DC voltage directly contact
    合されていることを特徴とするハイブリッド集積回路。 Hybrid integrated circuit, characterized by being engaged.
  4. 【請求項4】 100℃から700℃の温度範囲で前記 Wherein said temperature range of 700 ° C. from 100 ° C.
    熱処理を施すことを特徴とする請求項2または3記載の According to claim 2 or 3, wherein the heat treatment
    ハイブリッド集積回路。 Hybrid integrated circuit.
  5. 【請求項5】 InP基板およびSi基板に能動素子を 5. The InP substrate and Si substrate active devices
    設ける工程と、 前記InP基板および前記Si基板の接合する側の表面 Process and the InP substrate and the Si bonding to the lateral surface of the substrate to provide
    のうち、少なくとも一方の前記表面に、酸化珪素膜また Of, on at least one of said surfaces, the silicon oxide film also
    は珪素膜を設ける工程と、 前記膜を設ける行程により前記膜が形成された表面を少 A step of providing a silicon film, a surface where the membrane by step of providing the film is formed small is
    なくとも一方に含む各接合表面に水酸基を付着させる工 Engineering of attaching hydroxyl groups on the bonding surface including the one even without
    程と、 前記水酸基の付着された前記各接合表面を重ね合わせ Superposing a degree, the deposited said each bonding surface of said hydroxyl groups
    て、前記InP基板と前記Si基板とを直接接合する工 Te, Engineering for bonding the Si substrate and the InP substrate directly
    程と、 前記InP基板に設けられた前記能動素子と前記Si基 And extent, and the active element provided on the InP substrate a Si group
    板に設けられた前記能動素子とを電気的に接続する工程 A step of electrically connecting the active elements provided in the plate
    と、 を備えたことを特徴とするハイブリッド集積回路の製造 Manufacture of hybrid integrated circuit comprising the, the
    方法 Method.
  6. 【請求項6】 直接接合する工程の後に、100℃から After wherein direct bonding to step, from 100 ° C.
    700℃の温度範囲で熱処理する工程を加えたことを特 JP that adding step of heat treatment at a temperature range of 700 ° C.
    徴とする請求項5記載のハイブリッド集積回路の製造方法。 Method for manufacturing a hybrid integrated circuit according to claim 5, symptoms.
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