JP3213724B2 - Bonding method and method of manufacturing optical integrated circuit - Google Patents

Bonding method and method of manufacturing optical integrated circuit

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JP3213724B2
JP3213724B2 JP14638699A JP14638699A JP3213724B2 JP 3213724 B2 JP3213724 B2 JP 3213724B2 JP 14638699 A JP14638699 A JP 14638699A JP 14638699 A JP14638699 A JP 14638699A JP 3213724 B2 JP3213724 B2 JP 3213724B2
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哲弥 水本
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東京工業大学長
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、接合方法及び光集
積回路の製造方法に係り、特に化合物半導体結晶と磁気
光学結晶とを直接接合する接合方法及び光集積回路の製
造方法に関する。
The present invention relates to a bonding method and a method for manufacturing an optical integrated circuit, and more particularly to a bonding method for directly bonding a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal and a method for manufacturing an optical integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体光素子と磁気光学光素子とが集積
化された光集積回路において、半導体光素子は化合物半
導体結晶からなるウエハ上に形成され、磁気光学光素子
は磁気光学結晶からなるウエハ上に形成される。このよ
うな光集積回路においては、半導体光素子と磁気光学光
素子との間の光結合損失を低減することが求められてお
り、そのためには、これら素子の光導波路を高い寸法精
度で形成すること及びそれらの光軸を高い精度で一致さ
せることが必要である。
2. Description of the Related Art In an optical integrated circuit in which a semiconductor optical device and a magneto-optical device are integrated, the semiconductor optical device is formed on a wafer made of a compound semiconductor crystal, and the magneto-optical device is a wafer made of a magneto-optical crystal. Formed on top. In such an optical integrated circuit, it is required to reduce the optical coupling loss between the semiconductor optical element and the magneto-optical element, and for that purpose, the optical waveguide of these elements is formed with high dimensional accuracy. And it is necessary to match their optical axes with high precision.

【0003】このような光導波路を高い寸法精度で形成
するには、エピタキシャル成長法を用いることが有効で
ある。エピタキシャル成長法によると、所望の厚さの薄
膜を高い精度及び高い再現性で成膜することができる。
したがって、これらウエハ上にエピタキシャル成長法を
用いて光透過性材料からなる薄膜を形成し、この薄膜を
パターニングすることにより、十分な寸法精度で光導波
路を形成することができる。なお、化合物半導体結晶と
磁気光学結晶とは結晶学的に物性が全く異なるため、光
集積回路の製造において、上記薄膜の成膜はこれらウエ
ハに対して別々に行われる。
In order to form such an optical waveguide with high dimensional accuracy, it is effective to use an epitaxial growth method. According to the epitaxial growth method, a thin film having a desired thickness can be formed with high accuracy and high reproducibility.
Therefore, an optical waveguide can be formed with sufficient dimensional accuracy by forming a thin film made of a light transmitting material on these wafers by using the epitaxial growth method and patterning the thin film. Since the compound semiconductor crystal and the magneto-optical crystal have completely different crystallographic properties, the thin films are separately formed on these wafers in the manufacture of an optical integrated circuit.

【0004】上記ウエハを接合する方法としては接着剤
や半田を用いる方法が知られている。しかしながら、こ
のような方法を用いた場合に半導体光素子と磁気光学光
素子との間の光結合損失を十分に低いレベルとするに
は、接着剤層或いは半田層の厚さを10ナノメートル程
度以下とする必要があり且つそれを高い再現性で実現し
なければならない。このような制御は現実的には極めて
困難である。そのため、ウエハの接合に接着剤や半田を
用いた場合、半導体光素子と磁気光学光素子との間で大
きな光結合損失が発生し、光集積回路を実現することが
不可能となる。
[0004] As a method of bonding the wafers, a method using an adhesive or solder is known. However, in order to reduce the optical coupling loss between the semiconductor optical device and the magneto-optical device to a sufficiently low level when using such a method, the thickness of the adhesive layer or the solder layer should be about 10 nm. It must be less than and must be realized with high reproducibility. Such control is extremely difficult in practice. Therefore, when an adhesive or solder is used for bonding the wafers, a large optical coupling loss occurs between the semiconductor optical device and the magneto-optical device, making it impossible to realize an optical integrated circuit.

【0005】大きな光結合損失を発生することなく上記
ウエハを接合する方法として、直接接合法が知られてい
る。この直接接合法を用いたウエハの接合は、これらウ
エハを所定の酸性溶液中に浸漬させることにより表面を
水酸基で修飾し、水酸基で修飾された面同士を接触さ
せ、さらに加熱することにより行われる。この方法によ
ると、接着剤等を介在させることなくこれらウエハを接
合させることができるため、接着剤や半田に関して上述
した問題を発生することがない。
A direct bonding method is known as a method for bonding the wafers without causing a large optical coupling loss. Bonding of wafers using this direct bonding method is performed by immersing these wafers in a predetermined acidic solution to modify the surfaces with hydroxyl groups, bringing the surfaces modified with hydroxyl groups into contact with each other, and further heating. . According to this method, these wafers can be joined without any interposition of an adhesive or the like, and thus the above-described problems regarding the adhesive and the solder do not occur.

【0006】しかしながら、従来の直接接合法を用いて
化合物半導体結晶と希土類鉄ガーネットのような磁気光
学結晶とを接合した場合、直接接合を形成することがで
きないことがある。また、例え直接接合を形成すること
ができたとしても、以下の問題を生ずる。すなわち、接
合後のウエハに対しては、上記薄膜をパターニングする
ことによる光導波路の形成や電極形成のようなプロセス
が実施されるが、従来の直接接合法を用いた場合、接合
強度が不十分となるため、上記プロセスを実施する際に
これらウエハが剥離してしまう。
However, when a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal such as rare-earth iron garnet are joined using a conventional direct joining method, a direct junction may not be formed. Further, even if a direct junction can be formed, the following problem occurs. That is, processes such as optical waveguide formation and electrode formation by patterning the thin film are performed on the bonded wafer, but when the conventional direct bonding method is used, the bonding strength is insufficient. Therefore, these wafers are peeled off when the above process is performed.

【0007】このように、従来の直接接合法では十分な
接合強度を得ることができないため、接合後に様々なプ
ロセスを実施することは勿論、光集積回路を製造するこ
と自体も困難である。
As described above, a sufficient bonding strength cannot be obtained by the conventional direct bonding method, so that it is difficult not only to carry out various processes after bonding but also to manufacture an optical integrated circuit itself.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、化合物半導体結晶と磁気
光学結晶とを直接接合法により十分に高い強度で接合す
ることを可能とする接合方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and makes it possible to join a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal with a sufficiently high strength by a direct joining method. It is intended to provide a joining method.

【0009】また、本発明は、そのような接合方法を用
いた光集積回路の製造方法を提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical integrated circuit using such a bonding method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、化合物半導体結晶と磁気光学結晶とを接
合する接合方法であって、上記化合物半導体結晶の第1
の表面を水酸基で修飾する工程、上記磁気光学結晶の第
2の表面を活性させる工程、活性化された第2の表面を
水酸基で修飾する工程、及び水酸基で修飾された第1の
表面と水酸基で修飾された第2の表面とを接触させた状
態で加熱する工程を有することを特徴とする接合方法を
提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a joining method for joining a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal.
Modifying the surface of the magneto-optical crystal with a hydroxyl group, activating the second surface of the magneto-optical crystal, modifying the activated second surface with a hydroxyl group, and combining the first surface modified with a hydroxyl group with a hydroxyl group A heating step in a state of contacting the second surface modified with the step (c).

【0011】また、本発明は、半導体光素子と磁気光学
光素子とが集積化された光集積回路の製造方法であっ
て、化合物半導体結晶から実質的になり上記半導体光素
子が形成される第1の基体と、磁気光学結晶から実質的
になり上記磁気光学光素子が形成される第2の基体とを
接合する工程を有し、この接合する工程は、第1の基体
の第1の表面を水酸基で修飾すること、第2の基体の第
2の表面を活性化させること、活性化された第2の表面
を水酸基で修飾すること、及び水酸基で修飾された第1
の表面と水酸基で修飾された第2の表面とを接触させた
状態で加熱することを含むことを特徴とする光集積回路
の製造方法を提供する。
The present invention also relates to a method of manufacturing an optical integrated circuit in which a semiconductor optical device and a magneto-optical device are integrated, wherein the semiconductor optical device is substantially made of a compound semiconductor crystal and the semiconductor optical device is formed. A step of joining the first substrate and a second substrate substantially made of a magneto-optical crystal and on which the magneto-optical element is formed, wherein the joining is performed by a first surface of the first substrate. Modifying with a hydroxyl group, activating the second surface of the second substrate, modifying the activated second surface with a hydroxyl group, and modifying the first surface modified with a hydroxyl group.
Providing a method for manufacturing an optical integrated circuit, which comprises heating the surface of the optical integrated circuit and the second surface modified with a hydroxyl group in contact with each other.

【0012】直接接合法においては、接合面の水酸基密
度が接合強度に極めて大きな影響を与える。すなわち、
例えば、第2の表面を水酸基で高密度に修飾することに
より、十分に高い接合強度を得ることが可能となる。
In the direct joining method, the hydroxyl group density on the joining surface has a very large effect on the joining strength. That is,
For example, a sufficiently high bonding strength can be obtained by modifying the second surface with a hydroxyl group at a high density.

【0013】本発明の接合方法によると、磁気光学結晶
の第2の表面は、例えば、第2の表面を酸素プラズマの
ようなプラズマに晒すことにより活性化される。このよ
うな方法により活性化された第2の表面は水に対して高
い反応性を有している。この活性化された第2の表面に
純水等を接触させることにより、第2の表面を水酸基で
高密度に修飾(或いは終端)させ、さらにそこに水分子
を吸着させることが可能となる。本発明の接合方法によ
ると、このような理由から、化合物半導体結晶と磁気光
学結晶とを十分に高い強度で接合することができるので
ある。
According to the bonding method of the present invention, the second surface of the magneto-optical crystal is activated, for example, by exposing the second surface to a plasma such as an oxygen plasma. The second surface activated by such a method has high reactivity to water. By bringing pure water or the like into contact with the activated second surface, the second surface can be modified (or terminated) with a hydroxyl group at high density, and water molecules can be adsorbed thereon. According to the bonding method of the present invention, for such a reason, the compound semiconductor crystal and the magneto-optical crystal can be bonded with a sufficiently high strength.

【0014】また、本発明の光集積回路の製造方法にお
いても、第1の基体と第2の基体とは上述した接合方法
により接合される。したがって、これら基体間に十分に
高い直接接合を形成することができる。
In the method of manufacturing an optical integrated circuit according to the present invention, the first base and the second base are joined by the above-described joining method. Therefore, a sufficiently high direct bond can be formed between these substrates.

【0015】本発明の光集積回路の製造方法によると、
通常、これら基体の接合に先立って、第1及び第2の基
体の少なくとも一方の上に光透過性材料からなる薄膜が
形成され、さらにこの薄膜のパターニングが行われる。
また、第1及び第2の薄膜は、通常、エピタキシャル成
長法を用いて成膜される。エピタキシャル成長法を用い
ることにより、第1及び第2の薄膜を所望の厚さに且つ
高い精度で成膜することができるため、光結合損失をよ
り効果的に抑制することができる。
According to the method of manufacturing an optical integrated circuit of the present invention,
Usually, prior to bonding these substrates, a thin film made of a light-transmitting material is formed on at least one of the first and second substrates, and the thin film is patterned.
Further, the first and second thin films are usually formed by using an epitaxial growth method. By using the epitaxial growth method, the first and second thin films can be formed to a desired thickness and with high accuracy, so that optical coupling loss can be more effectively suppressed.

【0016】本発明の方法において、第1の表面及び第
2の表面は十分に平滑であることが必要である。第1の
表面及び第2の表面の平滑度が低い場合は、必要に応じ
て、接合に先立って研磨による平滑化が実施される。
In the method of the present invention, the first surface and the second surface need to be sufficiently smooth. When the smoothness of the first surface and the second surface is low, if necessary, smoothing by polishing is performed before joining.

【0017】本発明の方法において、化合物半導体結晶
としては、GaAsやInP等の結晶を挙げることがで
き、磁気光学結晶としては、Y3Fe512や(LuNd
Bi)3(FeAl)512のような多元素酸化物結晶等
を挙げることができる。なお、Y3Fe512や(LuN
dBi)3(FeAl)512等の磁気光学結晶は、通
常、これと同様の結晶構造を有するGd3Ga512やC
a,Mg,Zn添加Gd 3Ga512結晶からなる基板上
にエピタキシャル成長される。また、光透過性材料とし
ては、Ga1-xAlxAs(0≦x≦1、GaAlAsと
略記)、GaxIn1-xAsy1-y(GaInAsPと略
記)、(BiY)3Fe512、(CeY)3Fe512
及び(BiGd)3Fe512等を挙げることができる。
In the method of the present invention, the compound semiconductor crystal
For example, a crystal such as GaAs or InP may be used.
And the magneto-optical crystal is YThreeFeFiveO12And (LuNd
Bi)Three(FeAl)FiveO12Multi-element oxide crystals such as
Can be mentioned. Note that YThreeFeFiveO12Ya (LuN
dBi)Three(FeAl)FiveO12Magneto-optical crystals such as
Gd having the same crystal structureThreeGaFiveO12And C
a, Mg, Zn-added Gd ThreeGaFiveO12On a substrate made of crystals
Is epitaxially grown. Also, as a light transmissive material
The Ga1-xAlxAs (0 ≦ x ≦ 1, GaAlAs and
Abbreviations), GaxIn1-xAsyP1-y(Abbreviated as GaInAsP)
Notation), (BiY)ThreeFeFiveO12, (CeY)ThreeFeFiveO12,
And (BiGd)ThreeFeFiveO12And the like.

【0018】本発明の方法において、化合物半導体結晶
と磁気光学結晶との接合は、例えば、以下に示す手順で
行う。光集積回路の製造方法を例に説明する。
In the method of the present invention, the bonding between the compound semiconductor crystal and the magneto-optical crystal is performed, for example, by the following procedure. A method for manufacturing an optical integrated circuit will be described as an example.

【0019】まず、化合物半導体結晶からなるウエハ及
び磁気光学結晶からなるウエハを準備する。これらウエ
ハには、必要に応じて鏡面研磨を施して表面を平滑化す
る。次に、これらの少なくとも一方に、通常のエピタキ
シャル成長法を用いて光透過性材料からなる薄膜を成膜
する。ここでは、化合物半導体結晶からなるウエハ及び
磁気光学結晶からなるウエハの双方に上記薄膜を形成し
た場合を考える。さらに、化合物半導体結晶からなるウ
エハ上に形成した薄膜及び磁気光学結晶からなるウエハ
上に形成した薄膜をリソグラフィ技術を用いてパターニ
ングする。
First, a wafer made of a compound semiconductor crystal and a wafer made of a magneto-optical crystal are prepared. These wafers are mirror-polished as required to smooth their surfaces. Next, a thin film made of a light-transmitting material is formed on at least one of these using a normal epitaxial growth method. Here, a case is considered in which the thin film is formed on both a wafer made of a compound semiconductor crystal and a wafer made of a magneto-optical crystal. Further, the thin film formed on the wafer made of the compound semiconductor crystal and the thin film formed on the wafer made of the magneto-optical crystal are patterned by using a lithography technique.

【0020】なお、本方法により形成される光集積回路
は、これらウエハの主面同士を部分的に貼り合せた形状
を有しており、それぞれのウエハにおいて光導波路は接
合面側に形成される。すなわち、接合部においては、光
導波路はこれらウエハ間に位置する。通常、これらウエ
ハ間に位置する薄膜を接合後にパターニングすることは
不可能であるので、光集積回路を形成するためには、少
なくとも接合部の光導波路をウエハの接合前に形成して
おく。
The optical integrated circuit formed by this method has a shape in which the main surfaces of these wafers are partially bonded to each other, and the optical waveguide is formed on the bonding surface side in each wafer. . That is, at the junction, the optical waveguide is located between these wafers. Normally, it is impossible to pattern a thin film located between these wafers after bonding, so that in order to form an optical integrated circuit, at least an optical waveguide at a bonding portion is formed before bonding the wafers.

【0021】上記薄膜をパターニングした後、これらウ
エハの表面に付着した有機物をエタノール及びアセトン
等で洗浄することにより除去する。その後、磁気光学結
晶からなるウエハを真空容器内に速やかに搬入する。こ
のウエハを、真空容器内に対向して配置された一対の電
極の一方の上に、その接合面がプラズマに晒されるよう
に配置した後、真空容器内のガスを排気する。このとき
の真空容器内の到達真空度は、ウエハ表面の洗浄度に影
響を与えるため、10-3Pa以下とすることが望まし
い。
After patterning the thin film, the organic substances adhering to the surface of the wafer are removed by washing with ethanol, acetone or the like. Thereafter, the wafer made of the magneto-optical crystal is quickly carried into the vacuum vessel. After arranging the wafer on one of a pair of electrodes opposed to each other in the vacuum vessel so that the joint surface is exposed to plasma, the gas in the vacuum vessel is exhausted. At this time, the ultimate degree of vacuum in the vacuum vessel affects the degree of cleaning of the wafer surface, and thus is desirably 10 −3 Pa or less.

【0022】真空排気後、真空容器に微量の高純度酸素
を導入する。導入する酸素の純度は、通常、99.99
9%以上とする。また、高純度酸素の導入は、通常、真
空容器内の圧力が0.1〜100Pa程度となるように
制御する。
After evacuation, a trace of high-purity oxygen is introduced into the vacuum vessel. The purity of the introduced oxygen is usually 99.99.
9% or more. The introduction of high-purity oxygen is usually controlled so that the pressure in the vacuum vessel is about 0.1 to 100 Pa.

【0023】その後、上記一対の電極間に高周波数(1
3.56MHz)のマイクロ波を印加し、真空容器内で
プラズマ放電を生じさせる。このとき、真空容器内には
適当量の高純度酸素を導入し続ける。
Thereafter, a high frequency (1) is applied between the pair of electrodes.
A microwave of 3.56 MHz is applied to generate plasma discharge in the vacuum chamber. At this time, an appropriate amount of high-purity oxygen is continuously introduced into the vacuum vessel.

【0024】プラズマ処理を、例えば1秒〜3分程度行
った後、マイクロ波の印加を停止して、真空容器内での
プラズマ放電を停止させる。さらに、真空容器内への高
純度酸素の導入を停止し、真空容器内のガスを排気す
る。なお、このときの真空容器内の到達真空度は、例え
ば、10-3Pa以下とする。
After the plasma treatment is performed, for example, for about 1 second to 3 minutes, the application of the microwave is stopped to stop the plasma discharge in the vacuum vessel. Further, the introduction of high-purity oxygen into the vacuum vessel is stopped, and the gas in the vacuum vessel is exhausted. At this time, the ultimate degree of vacuum in the vacuum vessel is, for example, 10 −3 Pa or less.

【0025】その後、プラズマ処理を施したウエハを真
空容器から搬出し、速やかに純水中に浸漬させる。通
常、純水中への浸漬時間は1秒以上とする。以上のよう
にして、磁気光学結晶からなるウエハの表面を水酸基で
修飾する。
Thereafter, the wafer subjected to the plasma treatment is carried out of the vacuum vessel and immediately immersed in pure water. Usually, the immersion time in pure water is 1 second or more. As described above, the surface of the wafer made of the magneto-optical crystal is modified with the hydroxyl group.

【0026】次に、磁気光学結晶からなるウエハと化合
物半導体結晶からなるウエハとを、光集積回路に関して
説明した形態で接触させる。さらに、これらウエハを加
熱することにより、直接接合が形成される。なお、この
化合物半導体結晶からなるウエハの接合面は、これらウ
エハの接合に先立って予め水酸基で修飾しておく。
Next, the wafer made of the magneto-optical crystal and the wafer made of the compound semiconductor crystal are brought into contact with each other in the form described for the optical integrated circuit. Further, by heating these wafers, a direct bond is formed. The bonding surface of the wafer made of the compound semiconductor crystal is modified in advance with a hydroxyl group before bonding these wafers.

【0027】化合物半導体からなるウエハの表面処理
は、接合面を水酸基で修飾することができればどのよう
な方法で行ってもよい。例えば、接合面を燐酸(H3
4)水溶液のような酸性溶液で処理する従来の方法を
用いることができる。また、磁気光学結晶からなるウエ
ハに関して説明したのと同様の方法を用いてもよい。こ
の場合、より強力な直接接合を形成することができる。
The surface treatment of the compound semiconductor wafer may be performed by any method as long as the bonding surface can be modified with a hydroxyl group. For example, if the bonding surface is phosphoric acid (H 3 P
Conventional methods of treating with an acidic solution such as an aqueous solution of O 4 ) can be used. Further, the same method as described for the wafer made of the magneto-optical crystal may be used. In this case, a stronger direct bond can be formed.

【0028】また、これらウエハの加熱温度は、例えば
100〜700℃とし、加熱時間は、例えば1秒〜12
0分とする。以上のようにしてウエハを接合した後、必
要に応じて、ウエハ上に形成した薄膜をリソグラフィ技
術を用いてパターニングすることにより光導波路を形成
し、さらに、ウエハ上に電極等を形成する。このように
して光集積回路を得る。
The heating temperature of these wafers is, for example, 100 to 700 ° C., and the heating time is, for example, 1 second to 12 seconds.
0 minutes. After bonding the wafers as described above, if necessary, an optical waveguide is formed by patterning the thin film formed on the wafer by using a lithography technique, and further, electrodes and the like are formed on the wafer. Thus, an optical integrated circuit is obtained.

【0029】なお、これら接合後の工程においては、上
記接合したウエハに対して、例えば、反応性溶液を用い
たウェットエッチング、プラズマ中でのドライエッチン
グ、結晶再成長、レジスト塗布及びそのベーキング等の
ような様々な処理が光集積回路の製造に必要なデバイス
化プロセスとして施される。
In these post-bonding steps, the bonded wafer is subjected to, for example, wet etching using a reactive solution, dry etching in plasma, crystal regrowth, resist coating and baking thereof. Such various processes are performed as a device process required for manufacturing an optical integrated circuit.

【0030】上述したように、従来の直接接合法による
と、このようなデバイス化プロセスに十分に耐え得る強
度の接合を形成することはできなかった。それに対し、
本発明の方法によると、十分に高い強度の直接接合を形
成することができるため、上記デバイス化プロセスを実
施してもウエハが剥離することがない。したがって、本
発明の方法によると、これらウエハの接合後に上記デバ
イス化プロセスを実施することができる。
As described above, according to the conventional direct bonding method, it was not possible to form a bond having a strength enough to withstand such a device forming process. For it,
According to the method of the present invention, a direct bond having a sufficiently high strength can be formed, so that the wafer does not peel even when the above-described device forming process is performed. Therefore, according to the method of the present invention, the device-forming process can be performed after bonding these wafers.

【0031】このように、本発明によると、ウエハの接
合後に様々なデバイス化プロセスを実施することができ
るので、面内方向で光軸を高い精度で一致させることが
でき、光結合損失を低減することができる。さらに、光
集積回路を完成させた後にチップへと切断することがで
きるので、1対のウエハでより多くのチップを得ること
ができる。
As described above, according to the present invention, since various device processes can be performed after wafer bonding, optical axes can be aligned with high accuracy in the in-plane direction, and optical coupling loss can be reduced. can do. Furthermore, since the optical integrated circuit can be cut into chips after completion, more chips can be obtained from a pair of wafers.

【0032】すなわち、本発明によると、高い自由度で
光集積回路を製造することが可能であり、且つ低コスト
化、量産性の向上、及び高性能化が実現される。
That is, according to the present invention, an optical integrated circuit can be manufactured with a high degree of freedom, and cost reduction, improvement in mass productivity, and high performance can be realized.

【0033】[0033]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 [水酸基によるウエハ表面の修飾]まず、以下に示す方
法で、本発明の方法によると接合面が水酸基で高密度に
修飾されることについて確認した。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Modification of Wafer Surface with Hydroxyl Group] First, it was confirmed by the following method that the bonding surface was modified with a hydroxyl group at a high density according to the method of the present invention.

【0034】すなわち、Gd3Ga512からなるウエハ
及び磁気光学結晶である(LuNdBi)3(FeA
l)512からなるウエハのそれぞれに対し、上述した
条件のもとで、30秒間の酸素プラズマ処理を施した。
次に、酸素プラズマ処理後のウエハを純水中に10分間
浸漬させた。
That is, a wafer made of Gd 3 Ga 5 O 12 and a magneto-optical crystal (LuNdBi) 3 (FeA
l) Each of the 5 O 12 wafers was subjected to an oxygen plasma treatment for 30 seconds under the conditions described above.
Next, the wafer after the oxygen plasma treatment was immersed in pure water for 10 minutes.

【0035】さらに、浸漬後のウエハについて表面の親
水性を接触角法により評価した。なお、接触角法とは、
所定の体積(本実施例においては1マイクロリットル)
の純水を測定対象の表面に滴下し、図1に示すように、
測定対象物1の表面と水滴2の表面とがなす角度(接触
角)θを測定することにより測定対象物表面の親水性を
評価する方法である。この接触角法により小さな接触角
が得られた場合、ウエハ表面の親水性が高く、ウエハ表
面における水酸基の密度が高いものと判断される。
Further, the hydrophilicity of the surface of the immersed wafer was evaluated by a contact angle method. The contact angle method is
Predetermined volume (1 microliter in this embodiment)
Is dropped on the surface of the object to be measured, as shown in FIG.
This is a method for evaluating the hydrophilicity of the surface of the measurement target by measuring the angle (contact angle) θ between the surface of the measurement target 1 and the surface of the water droplet 2. When a small contact angle is obtained by this contact angle method, it is determined that the hydrophilicity of the wafer surface is high and the density of hydroxyl groups on the wafer surface is high.

【0036】また、比較のために、未処理のウエハ、酸
性水溶液で処理したウエハ、及び酸素プラズマ処理のみ
行ったウエハについても、表面の親水性を接触角法によ
り評価した。酸性水溶液としてはH3PO4水溶液を用い
た。
For comparison, the hydrophilicity of the surface of an untreated wafer, a wafer treated with an acidic aqueous solution, and a wafer subjected to only oxygen plasma treatment were evaluated by a contact angle method. As the acidic aqueous solution, an H 3 PO 4 aqueous solution was used.

【0037】なお、ウエハを酸性溶液中に浸漬させるこ
とによりウエハ表面を水酸基で修飾する従来の処理法に
おいて、Gd3Ga512や(LuNdBi)3(FeA
l)512のような他元素酸化物結晶からなるウエハに
対しては、H3PO4水溶液が使用可能である。
In a conventional treatment method in which the surface of a wafer is modified with a hydroxyl group by immersing the wafer in an acidic solution, Gd 3 Ga 5 O 12 or (LuNdBi) 3 (FeA
l) For a wafer made of another element oxide crystal such as 5 O 12 , an H 3 PO 4 aqueous solution can be used.

【0038】下記表1に、処理方法並びに測定結果を示
す。
Table 1 below shows the treatment methods and the measurement results.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】上記表1に示すように、Gd3Ga512
エハ及び(LuNdBi)3(FeAl)512ウエハの
いずれについても、本実施例の方法に係る酸素プラズマ
処理及び純水中への浸漬を行った場合、他の方法により
処理した場合に比べて、より小さな接触角を実現するこ
とができた。すなわち、本発明の方法によると、磁気光
学結晶の表面を水酸基で高密度に修飾可能であることが
確認された。
As shown in Table 1, both the Gd 3 Ga 5 O 12 wafer and the (LuNdBi) 3 (FeAl) 5 O 12 wafer were subjected to oxygen plasma treatment and pure water treatment according to the method of this embodiment. When immersion was performed, a smaller contact angle could be realized as compared with the case where the treatment was performed by another method. That is, it was confirmed that according to the method of the present invention, the surface of the magneto-optical crystal can be modified with a hydroxyl group at a high density.

【0041】[直接接合]次に、本発明の方法によると
十分な強度を有する直接接合が形成されることについて
確認した。なお、接合強度を直接的に測定するかわり
に、以下に示す方法により、直接接合が形成されるかど
うか、及び形成された直接接合がデバイス化プロセスに
対して十分な耐性を有しているかを調べた。
[Direct Bonding] Next, it was confirmed that a direct bond having a sufficient strength was formed according to the method of the present invention. Instead of directly measuring the bonding strength, the following method is used to determine whether a direct bond is formed and whether the formed direct bond has sufficient resistance to the device fabrication process. Examined.

【0042】すなわち、まず、化合物半導体結晶である
InPからなるウエハの接合面をH 2SO4水溶液とH2
2水溶液との混合液(H2SO4:H22:H2O=5:
1:1)中に3分間浸漬させた。次に、このウエハと、
上記条件で酸素プラズマ処理及び純水中への浸漬を行っ
たGd3Ga512ウエハとを接触させ、これらウエハを
220℃で90分間加熱した。なお、これらウエハの接
合面は、予め平滑化されている。上述した処理を複数の
サンプルについて行い、この処理により直接接合が形成
されたかどうかを調べたところ、全てのサンプルにおい
て直接接合を形成することができた。
That is, first, a compound semiconductor crystal is used.
The bonding surface of the InP wafer is H TwoSOFourAqueous solution and HTwo
OTwoLiquid mixture with aqueous solution (HTwoSOFour: HTwoOTwo: HTwoO = 5:
1: 1) for 3 minutes. Next, this wafer and
Perform oxygen plasma treatment and immersion in pure water under the above conditions
GdThreeGaFiveO12Contact the wafers and remove these wafers
Heated at 220 ° C. for 90 minutes. Note that the contact of these wafers
The joint surface is smoothed in advance. The above-mentioned processing
Performed on sample, this process forms a direct bond
I checked whether all samples were smelled
Thus, a direct bond could be formed.

【0043】また、比較のために、従来の方法を用いた
場合に直接接合が形成されるかどうかを調べた。すなわ
ち、酸素プラズマ処理及び純水中への浸漬を行ったGd
3Ga512ウエハの代わりに、接合面をH3PO4水溶液
中に10分間浸漬させたGd3Ga512ウエハを用いた
こと以外は同様にして上述した処理を複数のサンプルに
ついて行い、この処理により直接接合が形成されたかど
うかを調べた。その結果、従来の方法では2/3以上の
サンプルで直接接合が形成されなかった。
For comparison, it was examined whether or not a direct bond was formed when the conventional method was used. That is, Gd subjected to oxygen plasma treatment and immersion in pure water
Instead of 3 Ga 5 O 12 wafers, bonding surface H 3 PO 4 is performed for a plurality of samples processed as described above in the same manner except for using Gd 3 Ga 5 O 12 wafers were immersed for 10 minutes in an aqueous solution Then, it was examined whether or not a direct bond was formed by this treatment. As a result, in the conventional method, a direct bond was not formed in two-thirds or more of the samples.

【0044】次に、本実施例に係る方法により形成した
直接接合のデバイス化プロセスに対する耐性を調べた。
下記表2に、デバイス化プロセスの条件と結果とを示
す。
Next, the resistance of the direct junction formed by the method according to the present embodiment to the device-forming process was examined.
Table 2 below shows the conditions and results of the device fabrication process.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】上記表2に示すように、本実施例に係る方
法により形成した直接接合は、いずれのプロセスに対し
ても十分な耐性を有していた。以上の結果から、本発明
の方法によると、化合物半導体結晶と磁気光学結晶との
間に、実用上十分な強度を有する直接接合を確実に形成
することが可能であることが確認された。
As shown in Table 2, the direct junction formed by the method according to the present example had sufficient resistance to any of the processes. From the above results, it was confirmed that according to the method of the present invention, a direct junction having practically sufficient strength can be reliably formed between the compound semiconductor crystal and the magneto-optical crystal.

【0047】[光集積回路]本発明の方法によると光結
合損失の少ない光集積回路を実現可能であることを以下
に示す方法により確認した。
[Optical Integrated Circuit] It has been confirmed by the following method that an optical integrated circuit having a small optical coupling loss can be realized according to the method of the present invention.

【0048】まず、化合物半導体結晶であるInPから
なるウエハAの一方の主面に、エピタキシャル成長法に
より、光透過性材料であるGaInAsPからなる薄膜
を成膜した。なお、原料ガスとしては(C253
a,(CH33In,AsH3,PH3を用い、薄膜の厚
さは0.4μmとした。
First, a thin film made of GaInAsP, which is a light transmitting material, was formed on one main surface of a wafer A made of InP, which is a compound semiconductor crystal, by an epitaxial growth method. The source gas is (C 2 H 5 ) 3 G
a, (CH 3 ) 3 In, AsH 3 , and PH 3 were used, and the thickness of the thin film was 0.4 μm.

【0049】また、Gd3Ga512からなるウエハBの
一方の主面にも、エピタキシャル成長法により、光透過
性材料である磁気光学結晶(LuNdBi)3(FeA
l)512からなる薄膜を成膜した。なお、原料として
はLu23,Nd33,Bi33,Fe23,Al23
を用い、薄膜の厚さは0.5μmとした。
Also, on one main surface of the wafer B made of Gd 3 Ga 5 O 12 , a magneto-optical crystal (LuNdBi) 3 (FeA
It was deposited a thin film made of l) 5 O 12. As raw materials, Lu 2 O 3 , Nd 3 O 3 , Bi 3 O 3 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3
And the thickness of the thin film was 0.5 μm.

【0050】次に、ウエハBに形成した薄膜を、リソグ
ラフィー技術及びエッチング技術を用いてパターニング
し、幅2μm、3μm、5μm、及び10μmの光導波
路をそれぞれ形成した。
Next, the thin film formed on the wafer B was patterned using lithography and etching to form optical waveguides having widths of 2 μm, 3 μm, 5 μm, and 10 μm, respectively.

【0051】さらに、ウエハA並びにウエハBの接合面
に対して、上述した酸素プラズマ処理及び純水への浸漬
を行った。
Further, the above-described oxygen plasma treatment and immersion in pure water were performed on the bonding surfaces of the wafers A and B.

【0052】その後、これらウエハA,Bの薄膜を形成
した面同士を部分的に接触させた。さらに、これらウエ
ハA,Bを220℃で90分間加熱することにより、直
接接合を形成した。
Thereafter, the surfaces of the wafers A and B on which the thin films were formed were partially brought into contact with each other. Furthermore, these wafers A and B were heated at 220 ° C. for 90 minutes to form a direct bond.

【0053】次に、ウエハA上に形成した薄膜を、リソ
グラフィー技術及びエッチング技術を用いて一括的にパ
ターニングし、光導波路を形成した。なお、光導波路を
形成することによるウエハの剥離は生じなかった。
Next, the thin film formed on the wafer A was collectively patterned by using a lithography technique and an etching technique to form an optical waveguide. In addition, the peeling of the wafer due to the formation of the optical waveguide did not occur.

【0054】以上のように形成した光導波路は、ウエハ
の面内方向だけでなく厚さ方向についても極めて高い寸
法精度を有していた。また、これらウエハ間で光導波路
の光軸を極めて高い精度で一致させることができた。す
なわち、本発明の方法によると、光結合損失の少ない光
集積回路を実現可能であることが確認された。
The optical waveguide formed as described above has extremely high dimensional accuracy not only in the in-plane direction of the wafer but also in the thickness direction. Further, the optical axes of the optical waveguides could be matched with extremely high precision between these wafers. That is, it was confirmed that the method of the present invention can realize an optical integrated circuit with small optical coupling loss.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法にお
いて、磁気光学結晶の表面は活性化された後に水酸基で
修飾されるので、高い水酸基密度を実現することができ
る。そのため、化合物半導体結晶と磁気光学結晶との間
に強力な直接接合を形成することが可能である。
As described above, in the method of the present invention, since the surface of the magneto-optical crystal is modified with hydroxyl groups after being activated, a high hydroxyl group density can be realized. Therefore, a strong direct junction can be formed between the compound semiconductor crystal and the magneto-optical crystal.

【0056】すなわち、本発明によると、化合物半導体
結晶と磁気光学結晶とを直接接合法により十分に高い強
度で接合することを可能とする接合方法、及びそのよう
な接合方法を用いた光集積回路の製造方法が提供され
る。
That is, according to the present invention, a bonding method capable of bonding a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal with sufficiently high strength by a direct bonding method, and an optical integrated circuit using such a bonding method Is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】接触角法を概略的に示す側面図。FIG. 1 is a side view schematically showing a contact angle method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…測定対象物 2…水滴 1: Measurement object 2: Water drop

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 H01S 5/00 - 5/50 H01L 41/22 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 H01S 5/00-5/50 H01L 41/22 JICST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 化合物半導体結晶と磁気光学結晶とを接
合する接合方法であって、 前記化合物半導体結晶の第1の表面を水酸基で修飾する
工程、 前記磁気光学結晶の第2の表面を酸素プラズマに晒して
活性化させる工程、 前記活性化された第2の表面を水酸基で修飾する工程、
及び前記水酸基で修飾された第1の表面と前記水酸基で
修飾された第2の表面とを接触させた状態で加熱する工
程を具備することを特徴とする接合方法。
1. A bonding method for bonding a compound semiconductor crystal and a magneto-optical crystal, wherein the first surface of the compound semiconductor crystal is modified with a hydroxyl group, and the second surface of the magneto-optical crystal is oxygen plasma. Exposing the activated second surface to a hydroxyl group,
And a step of heating in a state where the first surface modified with the hydroxyl group and the second surface modified with the hydroxyl group are in contact with each other.
【請求項2】 前記第2の表面を水酸基で修飾する工程
は、前記活性化された第2の表面に水を接触させること
を含む請求項1に記載の接合方法。
2. A step of modifying the second surface with a hydroxyl group.
Contacting water with said activated second surface
The bonding method according to claim 1, comprising:
【請求項3】 前記第1の表面を水酸基で修飾する工程
の前に、前記第1の表面を活性化させる工程をさらに具
備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載
の接合方法。
3. A step of modifying the first surface with a hydroxyl group.
Prior to the step of activating the first surface further comprises
The method according to claim 1 or 2, wherein
Joining method.
【請求項4】 半導体光素子と磁気光学光素子とが集積
化された光集積回路の製造方法であって、 化合物半導体結晶から実質的になり前記半導体光素子が
形成される第1の基体と、磁気光学結晶から実質的にな
り前記磁気光学光素子が形成される第2の基体とを接合
する工程を具備し、 前記接合する工程は、 前記第1の基体の第1の表面を水酸基で修飾すること、 前記磁気光学結晶の第2の表面を酸素プラズマに晒して
活性化させること、 前記活性化された第2の表面を水酸基で修飾すること、
及び 前記水酸基で修飾された第1の表面と前記水酸基で
修飾された第2の表面とを接触させた状態で加熱するこ
とを含むことを特徴とする光集積回路の製造方法。
4. The semiconductor optical device and the magneto-optical device are integrated.
A method of manufacturing an integrated optical circuit, wherein the semiconductor optical device is substantially made of a compound semiconductor crystal.
A first substrate formed and substantially free of magneto-optic crystal.
Bonding the second base on which the magneto-optical element is formed
Comprising the step of step of the bonding includes modifying the first surface of the first substrate by a hydroxyl group, a second surface of the magneto-optical crystal is exposed to an oxygen plasma
Activating , modifying the activated second surface with hydroxyl groups,
And the first surface modified with the hydroxyl group and the hydroxyl group
Heating in contact with the modified second surface.
And a method for manufacturing an optical integrated circuit.
【請求項5】 前記接合する工程の前に、前記第1及び
第2の表面の少なくとも一方の上に光透過性材料からな
る薄膜をエピタキシャル成長法により形成し、この薄膜
をパターニングする工程をさらに具備することを特徴と
する請求項4に記載の光集積回路の製造方法。
5. The method according to claim 1 , further comprising:
A light transmissive material on at least one of the second surfaces;
This thin film is formed by an epitaxial growth method.
Characterized by further comprising a step of patterning
The method for manufacturing an optical integrated circuit according to claim 4.
【請求項6】 前記第1の表面を水酸基で修飾する前
に、前記第1の表面を活性化することを特徴とする請求
項4または請求項5に記載の光集積回路の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the first surface is not modified with a hydroxyl group.
And activating the first surface.
6. The method for manufacturing an optical integrated circuit according to claim 4 or claim 5.
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