KR0155508B1 - 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법 - Google Patents
자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법은 실리콘 기판의 표면에 제1 절연막을 형성하고 이 제1 절연막의 상부에 소정 이격 거리를 갖는 금속 패드를 형성하는 공정과; 상기 제1 절연막과 금속 패드의 상부에 제2 절연막을 형성하는 공정과; 상기 제2 절연막의 상부에 금속 패드의 주위와 소정 부분이 중첩되며 대응하는 제1 개구와 광섬유가 실장될 광섬유의 직경과 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 V-홈에 실장된 광섬유 코아 중심의 높이의 상관관계에 의해 결정되는 폭을 갖는 제2 개구를 갖는 감광막을 형성하는 공정과, 상기 감광막을 마스크로 사용하여 상기 제1 및 제2 개구에 의해 노출된 상기 제1 및 제3 절연막을 제거하여 실리콘 기판과 금속 패드를 노출시키는 공정과; 상기 감광막을 제거하고 상기 제1 및 제2 절연막을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 노출된 부분에 V-홈을 형성하는 공정과; 상기 금속 패드의 상부에 솔더 범프를 형성하는 공정을 구비한다.
따라서, V-홈과 솔더 범프 사이의 정렬 오차의 발생을 방지하여 본딩된 광소자와 실장된 광섬유 사이의 광결합 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
제1도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조공정도.
제2도는 제1도에 의해 제조된 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치에 광섬유와 광소자를 결합시킨 구조의 평면도.
제3도는 제2도를 I-I 선으로 자른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 실리콘 기판 13,17 : 제1 및 제2 절연막
15 : 금속 패드 19 : 감광막
21,23 : 제1 및 제2 개구 25 : 솔더 댐
27 : V-홈 29 : 솔더 범프
31 : 광섬유 33 : 광소자
35 : 도파로
본 발명은 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 실장될 광소자의 도파로와 광섬유의 중심을 정렬시킬 수 있는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드 또는 포토 다이오드 등과 같은 광소자를 광섬유와 광결합시킬 때 효율적으로 결합시키기 위해 광소자의 도파로와 광섬유의 중심(Core)을 수평 방향으로 ±1㎛, 수직 방향으로 ±0.5㎛ 내외의 정밀도로 일직선으로 정렬시켜야 광소자에서 발생된 광을 손실없이 광섬유로 전송시킬 수 있다.
광소자와 광섬유를 정밀하게 정렬시키기 위해서 광섬유를 실장하기 위한 V-홈과 광소자를 플립 칩 본딩하기 위한 패드가 형성된 광섬유-광소자 결합장치가 사용되고 있다.
상술한 광섬유-광소자 결합장치를 이용하여 광섬유와 광소자를 자기정렬시키는 방법이 IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL. 13, NO. 4, pp. 780-786, DECEMBER(1990)에 개시되어 있다.
상기 방법은 정밀한 치수 제어가 가능한 V-홈을 갖는 실리콘 기판에 광섬유를 실장하고 광소자를 솔더 범프를 이용하여 도파로가 광섬유의 중심과 일치하도록 플립 칩 본딩한다.
이 방법은 광소자의 도파로와 광섬유가 수직 방향으로 ±1㎛, 수평 방향으로 ±0.5㎛ 정도의 작은 오차로 정렬할 수 있어 우수한 광 결합효율을 얻을 수 있으며, 기존의 와이어 본딩에 비해 우수한 전기적 특성과 열 특성을 갖는다.
한편, 상기 광섬유와 광소자를 자기 정렬시키는 광섬유-광소자 결합장치는 표면에 절연막이 형성된 실리콘 기판 상부의 소정 부분에 진공 증착 및 포토리소그래피 방법에 의해 금속 패드가 형성되고 이방성 식각(amisotropic etching) 방법에 의해 V-홍이 형성된다.
그리고, 상기 금속 패드 상부의 솔더 범프가 형성될 소정 부분이 노출되게 제거된 절연막이 형성되며, 상기 금속 패드의 노출된 부분에 솔더 범프가 형성된다.
그러나, 상기 V-홈의 형성과 솔더 범프를 형성하기 위한 금속 패드의 노출은 각기 다른 마스크 및 공정으로 실행되므로 V-홈과 솔더 범프 사이에 정렬 오차가 발생되는데, 특히 V-홈이 넓은 폭과 깊이를 갖는 경우에 반도체 제조공정이 가지는 본래의 정렬정밀도 보다 큰 정렬오차가 발생하므로 광소자와 광섬유 사이의 광결합 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 V-홈과 솔더 범프 사이의 정렬 오차의 발생을 방지하며 광소자와 광섬유 사이의 광결합 효율을 향상시킬 수 있는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법은 실리콘 기판의 표면에 제1 절연막을 형성하고 이 제1 절연막의 상부에 소정 이격 거리를 갖는 금속 패드를 형성하는 공정과, 상기 제1 절연막과 금속 패드의 상부에 제2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제2 절연막의 상부에 상기 금속 패드의 주위와 소정 부분이 중첩되며 대응하는 제1 개구와 상기 제1 개구 사이의 중간에 일측이 상기 제1 개구와 중첩되지 않고 타측이 상기 실리콘 기판의 측면까지 연장되는 제2 개구를 갖는 감광막을 형성하는 공정과, 상기 감광막을 마스크로 사용하여 상기 제1 및 제2 개구에 의해 노출된 상기 제1 및 제2 절연막을 제거하여 실리콘 기판과 금속 패드를 노출시키는 공정과, 상기 감광막을 제거하고 상기 제1 및 제2 절연막을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 노출된 부분에 V-홈을 형성하는 공정과, 상기 금속 패드의 상부에 솔더 범프를 형성하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도(a)∼(d)는 본 발명에 따른 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조공정도이다.
제1도(a)를 참조하면, 결정면이 100인 실리콘 기판(11) 상부 및 하부 표면에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등을 화학기상증착법 또는 열산화법으로 증착하여 제1 절연막(13)을 형성한다.
그리고, 상기 제1 절연막(13) 상부의 소정 부분에 통상의 포토리소그래피 방법 또는 리프트-오프 방법에 의한 금속 패드(15)를 소정 거리 이격되도록 형성한다.
상기에서 금속 패드(15)는 Cr/Cu/Pt/Au 또는 Ti/Ni/Pt/Au 등의 금속으로 형성된다.
상기에서, 상기 제1 절연막(13)은 상기 실리콘 기판(11)4와 금속 패드(15) 사이를 절연시킨다.
제1도(b)를 참조하면, 상기 제1 절연막(13)과 금속 패드(15)의 상부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등을 화학기상증착법 또는 열산화법으로 증착하여 제2 절연막(17)을 형성한다.
그리고, 상기 제2 절연막(17)의 상부에 감광막(19)을 도포하고 노광 및 현상 고정에 의해 상기 제2 절연막(17)이 노출되도록 제1 및 제2 개구(21)(23)를 형성한다.
상기에서 제1 개구(21)는 상기 금속 패드(15)와 대응하고 주위의 소정 부분이 중첩되게 형성하며 상기 제2 개구(23)는 광섬유가 실장될 위치에 실장될 광섬유의 직경과 상기 기판(11)의 표면으로부터 V-홈에 실장된 광섬유 코아 중심의 높이에 상관관계에 의해 결정되는 폭을 갖도록 형성된다.
상기에서 제1 개구(21)와 제2 개구(23)는 실리콘 웨이퍼의 110 플랫(flat)면과 평행하도록 정렬된다.
그리고, 상기 감광막(19)을 마스크로 사용하여 반응성 이온 식각 방법 등의 건식 식각에 의해 제1 및 제2 개구(21)(23)에 의해 노출된 상기 제1 및 제2 절연막(13)(17)을 제거하여 실리콘 기판(11)과 금속 패드(15)를 노출시킨다.
이때, 금속 패드(15) 상부의 제2 절연막(17)은 제2 개구(23)를 통해 노출되는 가운데 부분만 식각되고 감광막(19)에 의해 노출되지 않은 소정 부분은 제거되지 않고 남게된다.
상기에서, 금속 패드(15) 상부의 제거되지 않은 제2 절연막(17)은 이후에 형성될 솔더 범프가 플립 칩 본딩시 넓게 퍼져 인접하는 솔더 범프와 접촉되는 것을 방지하기 위한 솔더 댐(25)이 된다.
제1도(c)를 참조하면, 상기 감광막(19)을 제거하고 상기 제1 및 제2 절연막(13)(17)을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판(11)의 제2 개구부(23)를 KOH 용액 또는 EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol) 용액으로 식각하여 V-홈(27)을 형성한다.
상기에서, 실리콘 기판(11)에 형성되는 V-홈(27)의 경사면은 111의 결정면을 갖는데, 실리콘 기판(11)은 KOH 용액 또는 EDP 용액에 대해 100 및 111 결정면 사이의 식각률이 100 : 1정도가 되므로 수평 방향보다 수직 방향으로 식각 속도가 빠르게되어 V-홈(27)이 형성된다.
이때, 상기 금속 패드(15)는 막을 이루는 Au 및 Pt 성분에 의해 하부의 성분들이 식각되는 것이 방지된다.
제1도(d)를 참조하면, 상기 금속 패드(15)의 상부에 리프트-오프 방법에 의해 PbSn 등과 같이 전기전도도가 양호하고 융점이 낮은 금속으로 솔더 범프(29)를 형성한다.
일반적으로, 솔더 범프(29)는 광소자를 플립 본딩하기 위한 리플로우(refolw)시 용융된 솔더 범프는 솔더물질과 비접촉성(nonwettable)인 솔더댐(25)보다 솔더물질과 접촉성(wettable)인 금속 패드(15)위로 모이는 특성을 갖는다.
그러므로, 상기에서 금속패드(15)와 솔더 범프(29) 사이에 미세한 정렬 오차의 발생이 허용된다.
제2도는 본 발명에 따라 제조된 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치에 광섬유와 광소자를 결합시킨 구조의 평면도이고, 제3도는 제2도를 I-I 선으로 자른 단면도이다.
상기 제2도 및 제3도는 광섬유(31)가 실리콘 기판(11)에 형성된 V-홈(27)내에 실장되고, 광소자(33)가 솔더 범프(29)에 의해 본딩된 것을 도시한다.
상기에서, 광섬유-광소자 결합장치는 V-홈(27)과 솔더 범프(29)가 정렬 오차 없이 형성되므로 상기 광소자(33)의 도파로(35)가 광섬유(31)의 중심과 일치되게 정렬된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 실리콘 기판 상에 V-홈을 형성하기 위한 식각 패턴과 광소자의 실장 위치를 결정하는 솔더 댐이 동일한 마스크와 동일한 공정으로 형성된다.
따라서, V-홈과 솔더 범프 사이의 정렬 오차의 발생을 방지하여 본딩된 광소자와 실장된 광섬유 사이의 광결합 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (5)
- 실리콘 기판의 표면에 제1 절연막을 형성하고 이 제1 절연막의 상부에 소정 이격 거리를 갖는 금속 패드를 형성하는 공정과; 상기 제1 절연막과 금속 패드의 상부에 제2 절연막을 형성하는 공정과; 상기 제2 절연막의 상부에 상기 금속 패드의 주위와 소정 부분이 중첩되며 대응하는 제1 개구와 광섬유가 실장될 위치에 실장될 광섬유의 직경과 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 V-홈에 실장된 광섬유 코아 중심의 높이의 상관관계에 의해 결정되는 폭을 갖는 제2 개구를 형성하는 공정과; 상기 감광막을 마스크로 사용하여 상기 제1 및 제2 개구에 의해 노출된 상기 제1 및 제2 절연막을 제거하여 실리콘 기판과 금속 패드를 노출시키는 공정과; 상기 감광막을 제거하고 상기 제1 및 제2 절연막을 식각 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판의 제2 개구부에 V-홈을 형성하는 공정과; 상기 금속 패드의 상부에 솔더 범프를 형성하는 공정을 구비하는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 실리콘 기판이 100 결정면이 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 절연막을 상기 금속 패드의 상부에 소정 부분 중첩되게 제거하는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 V-홈이 실리콘 기판의 플랫(flat)면과 평행하도록 110 방향으로 형성하는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 KOH 용액 또는 EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol) 용액으로 식각하여 V-홈을 형성하는 자기 정렬된 광섬유-광소자 결합장치의 제조방법.
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