JP3481426B2 - ハイブリッド光導波路デバイスの製造方法 - Google Patents

ハイブリッド光導波路デバイスの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
石英ガラス系の光導波路を形成して、半導体光素子(発
光素子または受光素子)を搭載をするハイブリッド光導
波路デバイスの製造方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、この種のハイブリッド光導波路デ
バイスは図2(a)〜(l)のようにして製造されてい
る。まず(a)のように上面が(100)面の単結晶シ
リコン基板1を用意し、このシリコン基板1の上面を水
酸化カリウム水溶液により選択的に異方性エッチングし
て、周囲より一段高い丘1aを形成する。次に(b)の
ようにシリコン基板1の上面に、石英ガラスの下部クラ
ッド層2を形成する。下部クラッド層2の形成は、シリ
コン基板1上に火炎堆積法により下部クラッド用のガラ
ス微粒子を堆積させた後、透明ガラス化することにより
行う。 【0003】次に(c)のようにシリコン基板の丘1a
の上面と下部クラッド層2の上面が同一平面になるよう
に平らに研磨する。その後(d)のように研磨面上に下
部クラッド層2より屈折率の高い石英ガラスのコア層3
を形成する。コア層3の形成は、研磨面上にコア用のガ
ラス微粒子を堆積させた後、透明ガラス化することによ
り行う。なおコア層3は、研磨面上に下部クラッド層2
と同等の屈折率を有する石英ガラスのバッファ層(図示
せず)を形成したのち、そのバッファ層の上に形成して
もよい。次にコア層3をドライエッチングによりパター
ニングして、(e)のように所望のコアパターン3aを
形成する。 【0004】次に(f)のように上面全面に石英ガラス
の上部クラッド層4を形成する。上部クラッド層4の屈
折率、形成方法は下部クラッド層2と同じである。その
後、シリコン基板の丘1aを含むエリアを、(g)のよ
うに、丘1aの上面が露出するまでドライエッチングす
る。 【0005】次にドライエッチングで露出した面に電極
配線を形成するため、(h)のように電極配線パターン
を残して三層レジスト5を形成する。三層レジストと
は、例えば下層レジストをハードベークし、その上に中
間層としてα−Siをスパッタリングで形成し、その上
にフォトレジストでパターンを形成した後、このパター
ンをRIE(reactive ion etching)等のドライエッチ
ングで下層レジストまで転写することにより形成される
ものである。 【0006】次に電極配線材料を真空蒸着し、リフトオ
フすると、(i)のように丘1aとその周辺の下部クラ
ッド層2の上面に跨がる電極配線6が形成される。次に
電極配線6の上面の一部に半田バンプを形成するため、
(j)のように半田バンプパターンを残して三層レジス
ト7を形成する。このあと半田バンプ材料を真空蒸着
し、リフトオフすると、(k)のように電極配線6の上
面の一部に半田バンプ8を形成することができる。次に
(l)のように半田バンプ8上に半導体光素子9を半田
付けすれば、ハイブリッド光導波路デバイスが出来上が
る。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法では、
図2(g)のようにシリコン基板の丘1aの上面が露出
するまでドライエッチングを行うと、図3のように丘1
aの上面と下部クラッド層2の上面に段差ができる。こ
れは、クラッドおよびコアの膜厚に僅かなバラツキがあ
ることと、エッチング面内でのエッチング速度に僅かな
バラツキがあることから、丘1aの上面全面に(10
0)面を露出させるにはオーバーエッチングをする必要
があるためである。現状ではこの段差は2〜3μm程度
である。 【0008】また上記のドライエッチング工程で、図3
に示すように丘1aと下部クラッド層2の境界に小さな
窪みPが形成されることがある。この窪みPは、シリコ
ン基板1の(111)面にぶつかったプラズマ中のイオ
ンが下部クラッド層の際を二次エッチングするために形
成されるものと考えられる。 【0009】図3のような状態になっているところに、
図4のように電極配線6を蒸着すると、前記窪みPに相
当する位置で電極配線6が浮いた状態となる。この状態
で半田バンプ形成用の三層レジストを形成し、半田バン
プ材料Sn/Auを蒸着し、リフトオフすると、シリコ
ン基板の丘1aと下部クラッド層2の境界で電極配線6
が盛り上がってしまうという現象が起きる。 【0010】この点を図5を参照して説明すると次のと
おりである。図5において、1aはシリコン基板の丘、
2は下部クラッド層、6はこれらの上面に跨がって形成
された電極配線、8は電極配線6の一部に形成された半
田バンプである。従来の製造方法では、電極配線6の、
丘1aと下部クラッド層2の境界上に位置する部分に盛
り上がり部Qができてしまうのである。このような電極
配線の盛り上がりが生じるのは、半田バンプ形成用の三
層レジストを形成するときに前記窪み内の空気がそのま
ま密閉されてしまい、三層レジストのベーク時の熱や半
田バンプ材料の蒸着時の熱で、その空気が膨張するため
と考えられる。 【0011】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑
み、電極配線の盛り上がりが生じないハイブリッド光導
波路デバイスの製造方法を提供することにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、シリコン基板の上面の一部に選択的異方性
エッチングにより一段高い丘を形成する工程、丘を形
成したシリコン基板の上面に石英ガラスの下部クラッド
層を形成する工程、シリコン基板の丘の上面と下部ク
ラッド層の上面が同一平面になるように研磨する工程、
研磨面上に直接または石英ガラスのバッファ層を介し
て石英ガラスのコア層を形成した後、コア層をパターニ
ングして所望のコアパターンを形成する工程、コアパ
ターンを形成した面の上に石英ガラスの上部クラッド層
を形成する工程、シリコン基板の丘を含むエリアを、
その丘の上面が露出するまでドライエッチングする工
程、ドライエッチングで露出した丘の上面と下部クラ
ッド層の上面に跨がるように電極配線を形成する工程、
電極配線の上面の一部に半田バンプを形成する工程、
を含むハイブリッド光導波路デバイスの製造方法におい
て、前記半田バンプの形成を、電極配線を形成した面全
面に真空蒸着により半田バンプ層を形成し、その半田バ
ンプ層上に半田バンプパターンを残すようにエッチング
レジストを形成した後、半田バンプ層をエッチングする
ことにより行うことを特徴とするものである。 【0013】この製造方法によると、半田バンプ層を真
空蒸着する時に、シリコン基板の丘と下部クラッド層と
の境界の窪みに残っていた空気が除去され、かつ真空蒸
着された半田バンプ層により全面が覆われるため窪みに
空気が入り込まない。したがってその後に、三層レジス
トを形成しても、電極配線に盛り上がりが生じることが
なくなる。 【0014】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図1(a)〜(d)は本発明
の一実施形態を示す。図1(a)は、シリコン基板1の
丘1aとその付近の下部クラッド層2の上面に跨がって
電極配線6を形成した状態を示す。この状態は図2の
(i)に相当しており、電極配線6を形成するまでの工
程は従来と同じであるので、説明を省略する。 【0015】この製造方法では、図1(a)のように電
極配線6を形成したのち、(b)のように全面に真空蒸
着により半田バンプ層8aを形成する。半田バンプ層8
aは真空蒸着により形成されるため、電極配線6を形成
したときに丘1aと下部クラッド層2の境界の窪みに残
っていた空気はこのときに除去される。そして半田バン
プ層8が全面に形成されてしまえば、窪みに空気が入り
込むおそれがない。 【0016】このあと(c)のように半田バンプ層8a
上に半田バンプパターンを残すようにエッチングレジス
ト10を形成する。エッチングレジスト10を形成する
時に加熱されても前記窪みに空気が残っていないから、
電極配線6に盛り上がりが生じるおそれはない。次に半
田バンプ層8の不要部分をエッチングにより除去したの
ち、エッチングレジスト10を除去すれば、(d)のよ
うに半田バンプ8を形成することができる。 【0017】 【実施例】シリコン基板の丘の上面と下部クラッド層の
上面に3.2μmの段差がある基板に次の手順で電極配
線を形成した。 下層レジストとしてAZ4620A(ヘキスト社
製)を塗布。3000rpm×30分。 AZ4620Aをハードベーク。160℃×30
分。 中間層としてα−Siをスパッタリングで0.5μ
mの厚さに形成。 高解像度用ポジレジストTSMR8900(東京応
化社製)で電極配線パターンを形成。 RIE装置を用い、α−SiはC2 6 ガスで、A
Z4620Aは酸素ガスで、エッチングを行った(図2
(h)の状態)。 真空蒸着装置で、電極配線としてTi/Ni/Au
をそれぞれ0.1/0.4/0.3μmの厚さに形成し
た。 剥離液で三層レジストを除去して、電極配線を形成
した(図1(a)の状態)。 【0018】このあと次の手順で半田バンプを形成し
た。 真空蒸着装置で、半田バンプ層としてSn/Auを
それぞれ2.5/0.1μmの厚さに形成した(図1
(b)の状態)。 ポジレジストを用いて半田バンプパターンを形成し
た後、200℃でハードベークを行った(図1(c)の
状態)。 RIE装置を用い、アルゴンガスでSn/Au層を
エッチングした後、剥離液でポジレジストを除去した
(図1(d)の状態)。 これにより電極配線に盛り上がりを生じさせることなく
半田バンプを形成することができた。 【0019】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコン基板の丘の上面と下部クラッド層の上面に跨がる
ように電極配線を形成した後、その電極配線の上面に半
田バンプを形成する場合に、電極配線に盛り上がりを生
じさせることなく半田バンプを形成することができ、電
極配線の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 (a)〜(d)は本発明の製造方法の一実施
形態を工程順に示す断面図。 【図2】 (a)〜(l)は従来の製造方法を工程順に
示す断面図。 【図3】 シリコン基板の丘と下部クラッド層の境界部
付近を拡大して示す断面図。 【図4】 図4の基板の上面に電極配線を形成した状態
を示す断面図。 【図5】 シリコン基板の丘と、電極配線と、半田バン
プの位置関係を示す平面図。 【符号の説明】 1:シリコン基板 1a:丘 2:下部クラッド層 3:コア層 3a:コアパターン 4:上部クラッド層 5:三層レジスト 6:電極配線 8:半田バンプ 8a:半田バンプ層 10:エッチングレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/13 - 6/14 G02B 6/42 - 6/43 H01L 21/60

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】シリコン基板の上面の一部に選択的異方
    性エッチングにより一段高い丘を形成する工程、丘を
    形成したシリコン基板の上面に石英ガラスの下部クラッ
    ド層を形成する工程、シリコン基板の丘の上面と下部
    クラッド層の上面が同一平面になるように研磨する工
    程、研磨面上に直接または石英ガラスのバッファ層を
    介して石英ガラスのコア層を形成した後、コア層をパタ
    ーニングして所望のコアパターンを形成する工程、コ
    アパターンを形成した面の上に石英ガラスの上部クラッ
    ド層を形成する工程、シリコン基板の丘を含むエリア
    を、その丘の上面が露出するまでドライエッチングする
    工程、ドライエッチングで露出した丘の上面と下部ク
    ラッド層の上面に跨がるように電極配線を形成する工
    程、電極配線の上面の一部に半田バンプを形成する工
    程、を含むハイブリッド光導波路デバイスの製造方法に
    おいて、 前記半田バンプの形成を、電極配線を形成した面全面に
    真空蒸着により半田バンプ層を形成し、その半田バンプ
    層上に半田バンプパターンを残すようにエッチングレジ
    ストを形成した後、半田バンプ層をエッチングすること
    により行うことを特徴とするハイブリッド光導波路デバ
    イスの製造方法。
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