KR102604742B1 - 광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 광 소자는, 기판; 상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치; 상기 트렌치 내에 형성된 클래드층; 상기 클래드층 상에 제1 두께로 형성된 제1 구조물; 상기 클래드층 상에 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께로 형성된 제2 구조물;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 광 소자는, 기판; 상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치 내에 형성된 클래드층; 상기 클래드 층 상에 형성된 제1 층 및 상기 제1 층의 일부 영역 상에 적층된 제2 층을 포함하면서 제1 방향으로 연장되는 광 전달 구조체;를 포함하고, 상기 제1 층은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지는 제1 영역과, 상기 제1 영역 중 최소 너비를 가지는 단부와 연결되어, 상기 최소 너비를 가지면서 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 층은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지고, 상기 제2 층의 상면이 삼각 형상을 가질 수 있다.

Description

광 소자 및 그 제조 방법{Optical device and method for manufacturing the same}

본 발명의 기술적 사상은 광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 두께를 가지는 광 구조물을 포함하는 광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고속화 요구에 따라 집적 회로에 광 소자가 도입되고 있다. 광 소자는 SOI 기판을 기반으로 하여 제조되고 있다. 즉, SOI 기판의 실리콘 산화층은 하부 클래딩층으로 기능하며, SOI 기판의 단결정 실리콘층은 목적하는 패턴으로 식각하여 코어층으로 기능하도록 제조될 수 있다. 이에 따라, 광 소자들이 비교적 단순한 구조를 가진다. 최근 개별 광소자의 특성을 최적화할 수 있는 다양한 구조의 광 소자 형상 및 그 제조 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제조 비용을 절감하고, 광 전달 특성이 최적화된 개별 구조물들을 포함하는 광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 광 소자는, 기판; 상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치; 상기 트렌치 내에 형성된 클래드층; 상기 클래드층 상에 제1 두께로 형성된 제1 구조물; 상기 클래드층 상에 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께로 형성된 제2 구조물;을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 및 상기 제2 구조물을 제1 방향으로 서로 연결하는 연결 구조물;을 더 포함하고, 상기 제1 방향을 따라 연장되는 상기 제1 구조물의 너비는 상기 제2 구조물의 너비보다 크고, 상기 연결 구조물은 상기 제1 구조물와 연결된 단부로부터 상기 제2 구조물과 연결된 단부로 연장됨에 따라 너비가 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 크고, 상기 연결 구조물은 상기 제1 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 구조물, 상기 연결 구조물, 및 상기 제2 구조물로 이루어진 광 전달 구조체는, 제1 층 및 상기 제1 층의 일부 영역 상에 적층된 제2 층으로 나뉘고, 상기 제1 구조물은, 상기 제1 층의 제1 영역 및 상기 제2 층의 제1 영역이 적층된 구조이고, 상기 연결 구조물은, 테이퍼 형상을 각각 포함하는, 상기 제1 층의 제2 영역 및 상기 제2 층의 제2 영역이 적층된 구조이고, 상기 제2 구조물은 상기 제1 층의 제3 영역을 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 층의 제2 영역은 상기 제1 방향으로 연장되면서 너비가 점차 감소하는 사다리꼴 형상이고, 상기 제2 층의 제2 영역은 상기 제1 방향으로 연장되면서 너비가 점차 감소하는 삼각 형상인 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 층의 제2 영역의 상기 제1 방향으로의 제1 길이는, 상기 제2 층의 제2 영역의 상기 제1 방향으로의 제2 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 층의 제2 영역은, 상기 제1 층의 제2 영역의 일부 영역 및 상기 제1 층의 제3 영역의 일부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 층은, 상기 제1 층의 상면의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(groove)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 홈을 채우고, 상기 제2 층의 측면 하부의 가장자리를 따라 띠 형상으로 형성된 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 물질층은 상기 제1 및 상기 제2 층을 이루는 물질과 식각 선택비가 다른 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 층의 너비는 상기 제2 층의 너비보다 크고, 상기 제1 층의 상면 중 노출된 면 상에 형성된 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 및 상기 제2 구조물은 단결정층인 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 구조물은 광 커플러이고, 상기 제2 구조물은 광 도파로이고, 상기 연결 구조물은 상기 광 커플러와 상기 광 도파로를 연결시키는 구조인 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 광 소자는, 기판; 상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치 내에 형성된 클래드층; 상기 클래드 층 상에 형성된 제1 층 및 상기 제1 층의 일부 영역 상에 적층된 제2 층을 포함하면서 제1 방향으로 연장되는 광 전달 구조체;를 포함하고, 상기 제1 층은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지는 제1 영역과, 상기 제1 영역 중 최소 너비를 가지는 단부와 연결되어, 상기 최소 너비를 가지면서 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 층은, 상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지고, 상기 제2 층의 상면이 삼각 형상을 가지는 광 소자일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 층은 상기 제1 영역의 일부 영역 및 상기 제2 영역의 일부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소자일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 광 소자는, 개별 구조물들이 각각의 특성이 최적화되도록 서로 다른 두께를 가진다. 또한, 서로 다른 두께의 개별 구조물들을 연결하는 연결 구조물이 복수의 층에서 각각 테이퍼된 형상을 가지므로 광 전달 효율을 높일 수 있다. 또한, 벌크 기판을 기반으로 이용하여 SOI 기판으로 인한 비용 상승을 억제할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 광 소자의 제조 방법은, 서로 다른 두께의 개별 구조물들을 형성하기 위해 식각 정지층을 도입함으로써, 매우 정밀하게 두께를 조절할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 A1-A1 선 단면 및 B1-B1 선 단면에 대응한다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 A2-A2 선 단면 및 B2-B2 선 단면에 대응한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도 3b는 도 3a의 A3-A3 선 단면 및 B3-B3 선 단면에 대응한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 A4-A4 선 단면 및 B4-B4 선 단면에 대응한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 5b는 도 5a의 A5-A5 선 단면 및 B5-B5 선 단면에 대응한다.
도 6a 내지 도 14c는 도 1a 내지 도 1c의 실시예들에 따른 광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다.
도 15a 내지 도 20b는 도 2a 내지 도 3b의 실시예들에 따른 광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다.
도 21a 내지 도 22b는 도 4a 내지 도 5c의 실시예들에 따른 광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자가 적용된 광전 집적 회로 소자를 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "～사이에"와 "직접 ～사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자(100)를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 A1-A1 선 단면 및 B1-B1 선 단면에 대응한다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 광 소자(100)는 기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다.

상기 기판(101)은 벌크 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 상기 트렌치(103T)는 상기 기판(101)을 선택적으로 식각하여 상기 기판(101) 내에 형성될 수 있다. 상기 트렌치(103T)의 내부에는 클래드층(105)이 형성될 수 있다. 상기 클래드층(105)은 상기 트렌치(103T)를 완전히 매립하도록 형성될 수 있다.

상기 트렌치(103T) 상에 제1 층(107P) 및 상기 제1 층(107P)의 일부 영역 상에 적층된 제2 층(111P)을 포함하는 광 전달 구조체(107P, 111P)가 형성될 수 있다. 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)는 제1 방향(Y방향)으로 연장될 수 있다.

상기 광 전달 구조체(107P, 111P)는 상기 클래드층(105)보다 굴절률이 높은 단결정 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 상기 클래드층(105)은 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)을 이루는 단결정 실리콘층보다 굴절률이 낮은 실리콘 산화층(SiO), 실리콘 산질화층(SiON) 또는 실리콘 질화층(SiN)으로 이루어질 수 있다. 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)의 측면 및 상면은 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)를 이루는 단결정 실리콘층보다 굴절률이 낮은 공기층에 노출될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)의 측면 및 상면을 덮는 상부 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 상부 클래드층은 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)보다 굴절률이 낮은 물질로 이루어질 수 있다.

상기 광 전달 구조체(107P, 111P)은 광이 전달되는 통로이다. 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)가 연장되는 상기 제1 방향(Y방향)으로 광이 전달될 수 있다. 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)를 통해 통과하는 광이 다른 구성 요소에 의한 광 간섭을 회피하기 위해 상기 클래드층(105)의 중앙부에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 층(107P)은 제1 내지 제3 영역(107Pa, 107Pb, 107Pc)을 포함할 수 있다. 상기 제1 층(107P)의 상기 제1 영역(107Pa)은 일정한 제1 너비(L11)를 가지면서 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 층(107P)의 상기 제2 영역(107Pb)은 상기 제1 영역(107Pa)과 연결되고, 상기 제1 너비(L11)로부터 점차 감소하면서 상기 제1 방향(Y방향)으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층(107P)의 상기 제2 영역(107Pb)은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 층(107P)의 상기 제3 영역(107Pc)은 상기 제1 영역(107Pa) 중 최소 너비, 즉 제3 너비(L13)를 가지는 단부와 연결되고, 상기 제3 너비(L13)를 가지면서 연장될 수 있다.

상기 제2 층(111P)은 제1 및 제2 영역(111Pa, 111Pb)을 포함할 수 있다. 상기 제2 층(111P)의 상기 제1 영역(111Pa)은 일정한 제2 너비(L12)를 가지면서 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다. 상기 제2 층(111P)의 상기 제2 영역(111Pb)은 상기 상기 제2 너비(L12)를 가지는 상기 제1 영역(111Pa)의 단부와 연결되고, 점차 감소하는 너비(W)를 가지면서 상기 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다. 이 때, 상기 제2 층(111P)의 상기 제2 영역(111Pb)의 상면은 삼각 형상을 가질 수 있다.

상기 광 전달 구조체(107P, 111P)은 전술한 바와 같이 상기 기판(101)과 수직한 제2 방향(Z방향)으로 상기 제1 층(107P) 및 제2 층(111P)으로 나뉠 수 있으나, 상기 제1 방향(Y방향)으로의 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)의 너비 차이에 따라 제1 구조물(107Pa, 111Pa), 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 및 제2 구조물(107Pc)로 나뉠 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa), 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 및 상기 제2 구조물(107Pc)은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa), 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 및 상기 제2 구조물(107Pc)은 개별 구조물의 특성을 고려하여 광 전달 효율을 높일 수 있도록 최적화된 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)은 상기 제1 층의 제1 영역(107Pa) 및 상기 제2 층의 제1 영역(111Pa)이 적층된 구조일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)은 상기 제1 층(107P)의 제1 두께(D1)와 상기 제2 층(111P)의 제2 두께(D2)를 더한 두께(D1, D2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)의 너비는 상기 제2 구조물(107Pc)의 너비보다 클 수 있다.

즉, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)은 가장 큰 두께(D1, D2)를 가지면서, 가장 큰 제1 너비(L11)를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)의 단면(XZ평면)은 상기 광 전달 구조체(107P, 111P)의 단면 (XZ평면) 중 가장 넓은 면적을 가질 수 있다.

상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)과 연결된 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)은 상기 제1 층의 제2 영역(107Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(111Pb)이 적층된 구조일 수 있다. 이에 따라, 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)은 상기 제1 층(107P)의 제1 두께(D1)와 상기 제2 층(111P)의 제2 두께(D2)를 더한 두께(D1, D2)를 가질 수 있다.

상기 제1 층의 제2 영역(107Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(111Pb)은 상기 제1 방향(Y방향)으로 연장될수록 너비(W)가 점차 감소하는 테이퍼(taper) 형상을 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층의 제2 영역(107Pb)은 상기 제1 방향(Y방향)으로 너비가 점차 감소하는 사다리꼴 형상이고, 상기 제2 층의 제2 영역(111Pb)은 상기 제1 방향(Y방향)으로 너비가 점차 감소하여 꼭지점에 도달하는 삼각 형상일 수 있다.

상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)은 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)과 동일한 두께(D1, D2)를 가지는 동시에, 상기 제2 구조물(107Pc)과 연결된 단부로 연장됨에 따라 상기 제1 너비(L11)보다 작은 너비로 점차 감소하는 너비(W)를 가질 수 있다. 즉, 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)의 단면(XZ평면)은 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)의 단면(XZ평면)으로부터 점차 감소하는 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 방향(Y방향)으로 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)에 입사되는 광은 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)을 통과하면서 압축될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 층의 제2 영역(107Pb)의 상기 제1 방향(Y방향)으로의 제1 길이(S1)는, 상기 제2 층의 제2 영역(111Pb)의 상기 제1 방향(Y방향)으로의 제2 길이(S2)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 층의 제2 영역(111Pb)은, 상기 제1 층의 제2 영역(107Pb)의 일부 영역 및 상기 제1 층의 제3 영역(107Pc)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.

상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)과 연결된 상기 제2 구조물(107Pc)은 상기 제1 층의 제3 영역(107Pc)을 포함하는 구조일 수 있다. 상기 제2 구조물(107Pc)은 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)의 최소 너비와 동일한 제3 너비(L13)를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 구조물(107Pc)의 단면(XZ평면)은 상기 광 전달 구조체(107P, 111P) 의 단면(XZ평면) 중 가장 좁은 면적을 가질 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa), 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 및 상기 제2 구조물(107Pc)을 차례로 통과하는 광은 수직 및 수평 방향으로 압축될 수 있다. 반대로, 상기 제2 구조물(107Pc), 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 및 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)을 차례로 통과하는 광은 수직 및 수평 방향으로 확장될 수 있다.

도 1a 내지 도 1c에서는 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)의 제1 층의 제1 영역(107Pa)의 너비(L11)와 제2 층의 제1 영역(111Pa)의 너비(L12)가 서로 동일한 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제1 층의 제1 영역(107Pa)의 너비(L11)는 상기 제2 층의 제1 영역(111Pa)의 너비(L12)보다 클 수 있다. 마찬가지로, 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)의 제1 층의 제2 영역(107Pb)의 너비와 제2 층의 제2 영역(111Pb)의 너비가 서로 동일한 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 대해서는 도 4a 내지 도 5c를 참조하여 후술하도록 한다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 구조물(107Pa, 111Pa)은 광 커플러이고, 상기 제2 구조물(107Pc)은 광 도파로이고, 상기 연결 구조물(107Pb, 111Pb)은 상기 광 커플러와 상기 광 도파로를 연결시키는 구조일 수 있다.

참고로, 특허청구범위에 기재된 '제1 두께'는 발명의 상세한 설명에서 설명한 제1 층(107P)의 제1 두께(D1)와 제2 층(111P)의 제2 두께(D2)를 합한 두께에 대응하고, 특허청구범위에 기재된 ‘제2 두께’는발명의 상세한 설명에서 설명한 제1 층(107P)의 제1 두께(D1)에 대응할 수 있다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자(200)를 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 A2-A2 선 단면 및 B2-B2 선 단면에 대응한다. 상기 광 소자(200)는 도 1a 내지 도 1c의 광 소자(100)와 유사하나, 제2 층(211Pa)의 형상에 차이가 있을 수 있다. 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 광 소자(200)는 기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다.

상기 트렌치(103T) 상에 제1 층(207P) 및 상기 제1 층(207P)의 일부 영역 상에 적층된 제2 층(211P)을 포함하는 광 전달 구조체(207P, 211P)가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 층(211P)은, 상기 제1 층(207P)의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층(211P)의 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(groove)(G)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 홈(G)을 채우고, 상기 제2 층(211P)의 측면 하부의 가장자리를 따라 띠(band) 형상으로 형성되는 물질층(209PP)을 포함할 수 있다.

상기 물질층(209PP)는 상기 제2 층(211P)을 식각하는 공정에서 상기 제1 층(207P)이 식각되지 않도록 상기 제1 층(207P) 상에 형성된 식각 정지 패턴의 일부가 잔류하여 형성된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 물질층(209PP)은 상기 제1 및 제2 층(207P, 211P)을 이루는 물질과 식각 선택비가 다를 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 층(207P, 211P)은 단결정 실리콘층일 수 있고, 상기 물질층(209PP)은 상기 단결정 실리콘층과는 식각 선택비를 달리하는 실리콘 산화층(SiO), 실리콘 산질화층(SiON) 또는 실리콘 질화층(SiN)으로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 상기 광 소자(200)의 제조 방법에 대한 도 15a 내지 도 20b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

상기 제1 층(207P)은 제1 내지 제3 영역(207Pa, 207Pb, 207Pc)을 포함할 수 있다. 상기 제2 층(211P)은 제1 및 제2 영역(211Pa, 211Pb)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 구조물(207Pa, 211Pa)은 상기 제1 층의 제1 영역(207Pa) 및 상기 제2 층의 제1 영역(211Pa)이 적층된 구조일 수 있다. 연결 구조물(207Pb, 111Pb)은 상기 제1 층의 제2 영역(207Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(211Pb)이 적층된 구조일 수 있다. 제2 구조물(207Pc)은 상기 제1 층의 제3 영역(207Pc)을 포함하는 구조일 수 있다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자(300)를 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도 3b는 도 3a의 A3-A3 선 단면 및 B3-B3 선 단면에 대응한다. 상기 광 소자(300)는 도 2a 내지 도 2b의 광 소자(200)와 유사하나, 홈(G) 내의 물질층(209PP)이 제거되는 차이가 있다.

도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 광 소자(300)는 기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다.

상기 트렌치(103T) 상에 제1 층(307P) 및 상기 제1 층(307P)의 일부 영역 상에 적층된 제2 층(311P)을 포함하는 광 전달 구조체(307P, 311P)가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 층(311P)은, 상기 제1 층(307P)의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층(311P)의 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(groove)(G)을 포함할 수 있다.

상기 홈(G)은 상기 제2 층(311P)을 식각하는 공정에서 상기 제1 층(307P)이 식각되지 않도록 상기 제1 층(307P) 상에 형성된 식각 정지 패턴의 일부가 제거되어 형성된 것일 수 있다.

상기 제1 층(307P)은 제1 내지 제3 영역(307Pa, 307Pb, 307Pc)을 포함할 수 있다. 상기 제2 층(311P)은 제1 및 제2 영역(311Pa, 311Pb)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 구조물(307Pa, 311Pa)은 상기 제1 층의 제1 영역(307Pa) 및 상기 제2 층의 제1 영역(311Pa)이 적층된 구조일 수 있다. 연결 구조물(307Pb, 111Pb)은 상기 제1 층의 제2 영역(307Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(311Pb)이 적층된 구조일 수 있다. 제2 구조물(307Pc)은 상기 제1 층의 제3 영역(307Pc)을 포함하는 구조일 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자(400)를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 A4-A4 선 단면 및 B4-B4 선 단면에 대응한다. 상기 광 소자(400)는 도 1a 내지 도 1c의 광 소자(100)와 유사할 수 있으나, 제1 층(407P)의 너비(L41)가 제2 층(401P)의 너비(L42)보다 크다는 차이가 있다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 광 소자(400)는 기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다. 상기 트렌치(103T) 상에 제1 층(407P) 및 상기 제1 층(407P)의 일부 영역 상에 적층된 제2 층(411P)을 포함하는 광 전달 구조체(407P, 411P)가 형성될 수 있다.

상기 제1 층(407P)은 제1 내지 제3 영역(407Pa, 407Pb, 407Pc)을 포함할 수 있다. 상기 제1 층(407P)의 상기 제1 영역(407Pa)은 일정한 제1 너비(L41)를 가지면서 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 층(407P)의 상기 제2 영역(407Pb)은 점차 감소하면서 상기 제1 방향(Y방향)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 층(407P)의 상기 제3 영역(407Pc)은 일정한 제3 너비(L43)를 가지면서 연장될 수 있다.

상기 제2 층(411P)은 제1 및 제2 영역(411Pa, 411Pb)를 포함할 수 있다. 상기 제2 층(411P)의 상기 제1 영역(411Pa)은 일정한 제2 너비(L42)를 가지면서 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다. 이 때, 상기 제1 영역(411Pa)의 상기 제2 너비(L42)는 상기 제1 층(407P)의 상기 제1 영역(407Pa)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층(407P)과 상기 제2 층(411P)의 가장자리에는 단차가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 상기 광 소자(400, 500)의 제조 방법에 대한 도 21a 내지 도 22b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

상기 제2 층(411P)의 상기 제2 영역(111Pb)은 점차 감소하는 너비를 가지면서 상기 제1 방향(Y방향)을 따라 연장될 수 있다.

상기 제1 층의 제1 영역(407Pa) 및 상기 제2 층의 제1 영역(411Pa)이 적층되어 제1 구조물(407Pa, 411Pa)를 이룰 수 있다. 상기 제1 층의 제2 영역(407Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(411Pb)이 적층되어 연결 구조물(407Pb, 111Pb)을 이룰 수 있다. 상기 제1 층의 제3 영역(407Pc)은 제2 구조물(407Pc)일 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자를 나타내는 사시도, 단면도, 및 평면도이다. 도 5b는 도 5a의 A5-A5 선 단면 및 B5-B5 선 단면에 대응한다. 상기 광 소자(500)는 도4a 내지 도 4c의 광 소자(400)와 유사할 수 있으나, 제1 층(507P)의 너비(L41)와 제2 층(401P)의 너비(L42) 차이에 의해 발생한 상기 제1 층(507P)의 노출면 상에 물질층(509PP)를 더 포함하는 차이가 있다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 광 소자(400)는 기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다.

상기 트렌치(103T) 상에 제1 층(407P) 및 상기 제1 층(407P)의 일부 영역 상에 적층된 제2 층(411P)을 포함하는 광 전달 구조체(407P, 411P)가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 층(411P)의 너비(L42)는 상기 제1 층(507P)의 너비보다 좁을 수 있으며, 이에 의해 상기 제1 층(507P) 중 상기 제2 층(411P)와 오버랩되지 않고 상기 제1 층(407P) 중 노출되는 면이 생길 수 있다. 상기 노출면 상에는 물질층(509PP)이 형성될 수 있다.

상기 물질층(509PP)는 상기 제2 층(511P)을 식각하는 공정에서 상기 제1 층(507P)이 식각되지 않도록 상기 제1 층(507P) 상에 형성된 식각 정지 패턴의 일부가 잔류하여 형성된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 물질층(509PP)은 상기 제1 및 제2 층(507P, 511P)을 이루는 물질과 식각 선택비가 다를 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 층(507P, 511P)은 단결정 실리콘층일 수 있고, 상기 물질층(509PP)은 상기 단결정 실리콘층과는 식각 선택비를 달리하는 실리콘 산화층(SiO), 실리콘 산질화층(SiON) 또는 실리콘 질화층(SiN)으로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 상기 광 소자(400, 500)의 제조 방법에 대한 도 21a 내지 도 22b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

상기 제1 층(507P)은 제1 내지 제3 영역(507Pa, 507Pb, 507Pc)을 포함할 수 있다. 상기 제2 층(511P)은 제1 및 제2 영역(511Pa, 511Pb)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 구조물(507Pa, 511Pa)은 상기 제1 층의 제1 영역(507Pa) 및 상기 제2 층의 제1 영역(511Pa)이 적층된 구조일 수 있다. 연결 구조물(507Pb, 111Pb)은 상기 제1 층의 제2 영역(507Pb) 및 상기 제2 층의 제2 영역(511Pb)이 적층된 구조일 수 있다. 제2 구조물(507Pc)은 상기 제1 층의 제3 영역(507Pc)을 포함하는 구조일 수 있다.

도 6a 내지 도 14c는 도 1a 내지 도 1c의 실시예들에 따른 광 소자(100)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 벌크 형태의 기판(101)을 준비할 수 있다. 이 때, 상기 기판(101)은 벌크 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 기판(101)을 선택적으로 식각하여, 상기 기판(101)의 일부분에 트렌치(103T)를 형성할 수 있다. 상기 트렌치(103T)의 깊이 및 너비는 도 1a 내지 도 1c의 광 전달 구조체(107P, 111P)의 하부에 형성되는 클래드층(105)의 너비 및 두께가 될 수 있다.

이후, 상기 트렌치(103T) 내에 채우는 클래드용 물질층을 형성한 후, 화학적 기계적 연마하여 클래드층(105)을 형성할 수 있다. 상기 클래드층(105)은 도 1a 내지 도 1c의 광 전달 구조체(107P, 111P)를 이루는 물질보다 굴절률이 낮은 물질로 이루어진다. 예를 들어, 상기 클래드층(105)은 실리콘 산화층(SiO), 실리콘 산질화층(SiON) 또는 실리콘 질화층(SiN)으로 이루어질 수 있다.

기판(101), 상기 기판(101)의 일부분에 형성된 트렌치(103T), 상기 트렌치(103T) 내에 형성된 클래드층(105)을 포함할 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 클래드층(105) 및 기판(101)의 전면에 제1 예비층(107L) 및 식각 정지층(etch stop layer)(109L)을 차례로 형성할 수 있다. 상기 제1 예비층(107L)은 제1 두께(D1)를 가지도록 형성되며, 도 1a 내지 도 1c의 광 전달 구조체(107P, 111P) 중 제1 층(107P)으로 이용될 수 있다. 상기 제1 예비층(107L)은 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제1 예비층(107L)은 후에 결정화 공정을 통해 결정질 실리콘층, 특히 단결정 실리콘층으로 변경될 수 있다.

상기 식각 정지층(109L)은 광 소자를 구성하는 개별 구조물마다 최적화된 두께를 가질 수 있도록 제어하는 기능을 할 수 있다. 일반적으로, 개별 구조물의 두께를 제어하기 위해 단순히 식각 공정의 공정 수행 시간을 조절하는 방법이 이용되고 있다. 이 경우, 정밀하게 두께를 조절하기가 어려워 공정 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다. 반면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 광 소자의 제조 방법에 따르면, 식각 정지층(109L)을 도입하여 서로 다른 두께를 가지는 복수의 구조물들을 동시에 형성하면서, 개별 구조물마다 정밀하게 두께를 조절할 수 있다. 상기 식각 정지층(109L)은 제1 예비층(107L)의 추가적인 식각을 방지하여, 제1 두께(D1)를 가지는 구조물이 형성되도록 도입될 수 있다.

상기 식각 정지층(109L)은 후속 공정으로 상기 식각 정지층(109L) 상에 형성되는 제2 예비층(111L)과 식각 선택비를 달리하는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 예비층(107L, 111L)은 실리콘층이고, 상기 식각 정지층(109L)은 실리콘 산화층(SiO), 실리콘 산질화층(SiON) 또는 실리콘 질화층(SiN)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 도 7a 및 도 7b의 식각 정지층(109L)은 상기 제1 예비층(107L) 상에 추가적인 두께가 형성되는 부분이 노출되도록 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 예비층(107L) 상에 식각 정지 패턴(109P)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 식각 정지 패턴(109P)은 도 1a 내지 도 1c의 제1 층의 제1 영역(107Pa) 및 제1 층의 제2 영역(107Pb)의 상면의 전부를 노출시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지 패턴(109P)은 도 1a 내지 도 1c의 제1 층의 제1 영역(107Pa)과 대응되는 영역에서, 상기 제1 층의 제1 영역(107Pa)의 너비(L11)와 실질적으로 동일한 너비(W11)로 형성될 수 있다.

도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 도 8a 내지 도 8c의 식각 정지 패턴(109P)과, 상기 식각 정지 패턴(109P)에 의해 노출된 제1 예비층(107L) 상에 제2 예비층(111L) 및 제1 마스크층(113L)을 차례로 형성할 수 있다.

상기 제2 예비층(111L)은 제2 두께(D2)를 가지도록 형성되며, 도 1a 내지 도 1c의 광 전달 구조체(107P, 111P) 중 제2 층(111P)으로 이용될 수 있다. 상기 제2 예비층(111L)은 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 상기 제2 예비층(111L)은 후에 결정화 공정을 통해 결정질 실리콘층으로 변경될 수 있다.

상기 제1 마스크층(113L)은 포토레지스트 패턴과 같은 소프트 마스크 패턴 또는 실리콘 산화층(SiO)이나 실리콘 질화층(SiN)과 같은 하드 마스크 패턴일 수 있다.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 도 9a 및 도 9b의 제1 마스크층(113L)은 도 1a 내지 도 1c의 제2 층(111P)을 한정하도록 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 예비층(111L) 상에 제1 마스크 패턴(113P)이 형성될 수 있다. 후속 공정에서는, 상기 제1 마스크 패턴(113P)을 식각 마스크로 이용하여 도 1a 내지 도 1c의 제2 층(111P)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 1a 내지 도 1c의 제2 층의 제1 영역(111Pa)의 너비(L12)는, 이와 대응하는 영역의 상기 제1 마스크 패턴(113P)의 너비(W12)와 동일할 수 있다.

또한, 상기 제1 마스크 패턴(113P)의 너비(W12)는 이와 대응하는 영역에서의 상기 식각 마스크 패턴(109P)의 너비(W11)와도 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 상기 제1 마스크 패턴(113P)은 제2 예비층(111L)을 식각하기 위한 식각 마스크로 이용되고, 상기 제1 마스크 패턴(113P)과 반전된 패턴을 가지는 상기 식각 정지 패턴(109P)은 상기 식각 공정에서 제1 예비층(107L)의 식각을 방지하기 위한 식각 방어 마스크로 이용될 수 있다.

도 11a 내지 도 11b를 참조하면, 제1 마스크 패턴(113P)를 식각 마스크로 이용하여, 도 10a 내지 도 10c의 제2 예비층(111L)를 선택적으로 식각하여 제2 층(111P)을 형성할 수 있다. 상기 제2 층(111P)은 도 1a 내지 도 1c의 광 전달 구조체 (107P, 111P)의 일부이다.

상기 제1 마스크 패턴(113P)에 의해 노출되는 상기 제2 예비층(111L)이 모두 식각되면 식각 정지 패턴(109P)의 상면이 노출될 수 있다. 상기 식각 정지 패턴(109P)은 그 하부에 형성된 제1 예비층(107L)이 상기 식각 공정에 의해 식각되지 않도록 상기 제1 에비층(107L)을 보호할 수 있다.

도 12a 내지 도 12b를 참조하면, 도 11a 내지 도 11b의 제1 마스크 패턴(113P) 및 식각 정지 패턴(109P)을 제거할 수 있다.

이후, 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제1 예비층(107L) 및 제2 층(111P)은 결정화 공정을 통해 결정질 실리콘층으로 변경될 수 있다.

상기 결정화 공정은 LEG(laser epitaxial growth), SPE(solid phase epitaxy), ELO(epitaxial lateral overgrowth), SEG(selective epitaxial growth), 또는 SPC(solid phase crystallization) 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 결정화 공정은 비정질 실리콘층에 에너지, 예를 들어 열에너지나 레이저 에너지를 가하여 결정질 실리콘층으로 결정화하는 공정일 수 있다.

도 13a 내지 도 13b를 참조하면, 제1 예비층(107L) 및 제2 층(111P) 상에 제2 마스크층(115L)을 형성할 수 있다. 상기 제2 마스크층(115L)은 포토레지스트 패턴과 같은 소프트 마스크 패턴 또는 실리콘 산화층(SiO)이나 실리콘 질화층(SiN)과 같은 하드 마스크 패턴일 수 있다. 상기 제2 마스크층(115L)은 도 1a 내지 도 1c의 제1 층(107P)을 한정하도록 패터닝될 수 있다.

도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 도 13a 내지 도 13b의 제2 마스크층(115L)은 도 1a 내지 도 1c의 제1 층(107P)을 한정하도록 패터닝되어, 제2 마스크 패턴(115P)으로 형성될 수 있다.

후속 공정에서는, 상기 제2 마스크 패턴(115P)을 식각 마스크로 이용하여 도 1a 내지 도 1c의 제1 층(111P)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 1a 내지 도 1c의 제1 층의 제1 영역(107Pa)의 너비(L11)는, 이와 대응하는 영역의 상기 제1 마스크 패턴(113P)의 너비(W13)와 동일할 수 있다. 또한, 도 1a 내지 도 1c의 제1 층의 제3 영역(107Pc)의 너비(L13)는, 이와 대응하는 영역의 상기 제1 마스크 패턴(113P)의 너비(W14)와 동일할 수 있다.

이후, 상기 제1 마스크 패턴(115P)을 제거하여, 서로 다른 두께와 형상을 갖는 복수의 구조물들, 즉 제1 구조물 (107Pa, 111Pa), 연결 구조물(107Pb, 111Pb), 제2 구조물(107Pc)을 포함하는 도 1a 내지 도 1c의 광 소자(100)를 제조할 수 있다.

다만, 상기 광 소자(100)를 제조하기 위한 방법은 도 6a 내지 도 14c에 따른 제조 방법에 한정되지 않으며, 식각 시간 제어를 통한 일반적인 식각 공정 또는 리프트 오프 공정을 통해서도 형성할 수 있다. 다만, 전술한 방법을 통해 보다 매우 정밀한 두께 제어가 가능하여, 광 소자(100)를 구성하는 개별 구조물들의 기능을 최적화시킬 수 있다.

도 15a 내지 도 20b는 도 2a 내지 도 3b의 실시예들에 따른 광 소자(200, 300)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다. 이 경우, 선행 공정은 도 4a 내지 도 9b에 따른 공정 단계와 동일할 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 도 9a 및 도 9b의 제1 마스크층(113L)은 도 2a 내지 도 2b의 제2 층(211P)을 한정하도록 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 예비층(211L) 상에 제1 마스크 패턴(213P)이 형성될 수 있다. 후속 공정에서는, 상기 제1 마스크 패턴(213P)을 식각 마스크로 이용하여 도 2a 내지 도 2c의 제2 층(211P)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제1 마스크 패턴(213P)의 너비(W22)는 이와 대응하는 영역에서의 상기 식각 마스크 패턴(209P)의 너비(W21)보다 클 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 제1 마스크 패턴(213P)은 제2 예비층(211L)을 식각하기 위한 식각 마스크로 이용될 수 있다. 또한, 상기 제2 예비층(211L)의 하부에서 상기 제1 마스크 패턴(213P)과 반전된 패턴의 형상을 가지는 상기 식각 정지 패턴(209P)은, 상기 식각 공정에서 제1 예비층(207L)의 식각을 방지하기 위한 식각 방어 마스크로 이용될 수 있다. 이 때, 상기 제1 마스크 패턴(213P)과 상기 식각 정지 패턴(209P)간의 정렬이 맞지 않은 경우, 상기 제1 예비층(207L)의 일부 영역이 상기 식각 정지 패턴(209P)에 의해 노출된 영역이 상기 제1 마스크 패턴(213P)에 의해 보호되지 못하고 식각될 수 있다. 따라서, 상기 제1 마스크 패턴(213P)의 너비(W22)를 상기 식각 정지 패턴(209P)의 너비(W21)보다 소정의 너비만큼 크게 형성하여, 정렬이 맞지 않은 경우에도 상기 식각 정지 패턴(209P)에 의해 노출된 영역이 상기 제1 마스크 패턴(213P)에 의해 보호될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 예비층(211L)의 식각 공정에서 상기 제1 예비층(207L)의 의도하지 않은 식각을 방지할 수 있다.

도 16a 내지 도 16b를 참조하면, 제1 마스크 패턴(213P)를 식각 마스크로 이용하여, 도 15a 내지 도 15c의 제2 예비층(211L)를 선택적으로 식각하여 제2 층(211P)을 형성할 수 있다. 상기 제2 층(121P)은 도 2a 내지 도 2b의 광 전달 구조체 (207P, 211P)의 일부이다.

상기 제1 마스크 패턴(213P)에 의해 노출되는 상기 제2 예비층(211L)이 모두 식각되면 식각 정지 패턴(209P)의 상면이 노출될 수 있다. 상기 식각 정지 패턴(209P)은 그 하부에 형성된 제2 예비층(107L)이 상기 식각 공정에 의해 식각되지 않도록 상기 제1 예비층(207L)을 보호할 수 있다.

이 때, 상기 제1 마스크 패턴(213P)의 너비(W22)는 이와 대응하는 영역에서의 상기 식각 정지 패턴(209P)의 너비(W21)보다 클 수 있다.

도 17a 내지 도 17b를 참조하면, 제2 층(211P) 상에 형성된 도 16a 내지 도 16b의 제1 마스크 패턴(213P)과, 도 16a 내지 도 16b의 식각 정지 패턴(209P) 중 상면이 외부로 노출된 영역을 선택적으로 제거할 수 있다.

이 때, 상기 제2 층(211P)의 너비(W22)는 도 16a 내지 도 16b의 식각 정지 패턴(209P)의 너비(W21)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 층(211P)의 측면 하부의 가장자리를 따라 상기 식각 정지 패턴(209P)의 일부 영역이 띠(band) 형상으로 형성될 수 있다.

이후, 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제1 예비층(207L) 및 제2 층(211P)은 결정화 공정을 통해 결정질 실리콘층으로 변경될 수 있다. 상기 결정화 공정은 비정질 실리콘층에 에너지, 예를 들어 열에너지나 레이저 에너지를 가하여 결정질 실리콘층으로 결정화하는 공정으로, 상세한 방법은 전술한 바와 같다.

도 18a 내지 도 18b를 참조하면, 제1 예비층(207L) 및 제2 층(211P) 상에 제2 마스크층(215L)을 형성할 수 있다. 상기 제2 마스크층(215L)은 소프트 마스크 패턴 또는 하드 마스크 패턴일 수 있다.

도 19a 내지 도 19b를 참조하면, 도 18a 내지 도 18b의 제2 마스크층(215L)은 도 2a 내지 도 2c의 제1 층(207P)을 한정하도록 패터닝되어 제2 마스크 패턴(215P)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제2 마스크 패턴(215P)의 너비(W23)는 상기 제2 층(211P)와 동일한 너비를 갖도록 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 20a 내지 도 20b를 참조하면, 제2 마스크 패턴(215P)을 식각 마스크로 이용하여 도 19a 내지 도 19b의 제1 예비층(211L)을 식각하여 제1 층(211P)을 형성할 수 있다. 상기 제1 층(207P)의 너비는, 상기 제1 층(207P) 상에 형성된 제2 층(211P)의 너비와 동일할 수 있다.

이후, 상기 제1 마스크 패턴(215P)을 제거하여, 서로 다른 두께와 형상을 갖는 복수의 구조물들, 즉 제1 구조물 (207Pa, 211Pa), 연결 구조물(207Pb, 211Pb), 제2 구조물(207Pc)을 포함하는 도 2a 내지 도 2b의 광 소자(200)를 제조할 수 있다.

도 3a 내지 도 3b의 광 소자(300) 또한 도 15a 내지 도 20b에서 전술한 공정과 유사한 공정으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 제2 층(211P)의 측면 하부의 가장자리를 따라 띠 형상으로 형성된 식각 정지 패턴(209PP)을 추가적으로 제거하여 상기 광 소자(300)를 제조할 수 있다. 이 경우, 등방성 식각 공정이 이용될 수 있다.

이에 따라, 도 3a 및 도 3c를 다시 참조하면, 상기 광 소자(300)는 제1 층(207P)의 상면의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층(211P)의 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(G)을 포함하도록 제조될 수 있다.

도 21a 내지 도 22b는 도 4a 내지 도 5c의 실시예들에 따른 광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도, 단면도, 및 평면도들이다. 이 경우, 선행 공정은 도 4a 내지 도 13b에 따른 공정 단계와 동일할 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 21a 및 도 21b를 참조하면, 도 13a 내지 도 13b의 제2 마스크층(415L)은 도 4a 내지 도 4c의 제1 층(407P)을 한정하도록 패터닝되어, 제2 마스크 패턴(415P)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 층(407P)을 패터닝하기 위한 상기 제2 마스크 패턴(415P)의 너비(W43)는 상기 제2 층(411P)의 너비(W42)보다 클 수 있다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 제2 마스크 패턴(415P)을 식각 마스크로 이용하여 제1 층(411P)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층(407P)의 너비(W43)는 상기 제2 층(411P)의 너비(W42)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층(407P) 및 제2 층(411P) 간에는 단차가 생길 수 있다.

이후, 상기 제1 마스크 패턴(415P)을 제거하여, 서로 다른 두께와 형상을 갖는 복수의 구조물들, 즉 제1 구조물 (407Pa, 411Pa), 연결 구조물(407Pb, 411Pb), 제2 구조물(407Pc)을 포함하는 도 4a 내지 도 4c의 광 소자(400)를 제조할 수 있다.

도 5a 내지 도 5b의 광 소자(500) 또한 도 6a 내지 도 13b, 및 도 21a 내지 도 21b에서 전술한 공정과 유사한 공정으로 형성할 수 있다.

다만, 도 11a 및 도 13b에서, 제2 층(113P) 상에 형성된 제1 마스크 패턴(113P)만을 제거하고, 식각 정지 패턴(109P)은 제거하지 않을 수 있다. 이후, 상기 식각 정지 패턴(109P) 및 상기 제2 층(113P) 상에 제2 마스크층(115L)을 형성할 수 있다.

도 21a 내지 도 22b를 다시 참조하면, 상기 식각 정지 패턴(109P) 상에 제2 층(411P)의 너비(W42)보다 큰 너비(W43)를 가지는 제2 마스크 패턴(415P)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 층(407P) 및 제2 층(411P)의 너비 차이에 의해, 상기 제2 층(411P)와 오버랩되지 않고 상기 제1 층(407P) 중 노출되는 면이 생길 수 있다.

이후, 도 5a 및 도 5c를 참조하면, 상기 제1 마스크 패턴(415P)을 제거하여, 광 소자(500)를 제조할 수 있다. 상기 제1 층(407P) 중 상기 제2 층(411P)와 오버랩되지 않는 가장자리 영역에는 식각 정지 패턴(509PP)이 띠 형상으로 형성될 수 있다. 전술한 과정을 따라 서로 다른 두께와 형상을 갖는 복수의 구조물들, 즉 제1 구조물 (507Pa, 511Pa), 연결 구조물(507Pb, 511Pb), 제2 구조물(507Pc)을 포함하는 도 5a 내지 도 5c의 광 소자(500)를 제조할 수 있다.

도 23은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 소자가 적용된 광전 집적 회로 소자를 설명하기 위한 블록도이다. 광신호는 참조번호 74, 80, 82로 표시하고, 전기신호는 76, 78, 84로 표시되어 있다.

도 23을 참조하면, 광전 집적 회로 소자(1000)는 제1 및 제2 광 소자(600, 700), 제1 및 제2 광전 소자(62, 70), 제1 및 제2 전자 소자(64, 72), 및 전광 소자(66)를 포함한다. 각 소자 사이에는 광 신호(74, 80, 82) 또는 전기 신호(76. 78, 84)가 전달될 수 있다.

제1 및 제2 전자 소자(64, 72)는 디램과 같은 메모리 소자일 수 있다. 도 23의 제1 및 제2 광 소자(600, 700)는 도 1a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 광 소자(100, 200, 300, 400, 500) 중 적어도 하나일 수 있다. 도 23의 광전 집적 회로 소자는 두 개의 광 소자(600, 700) 와 두 개의 전자 소자(64, 72)를 예시하였으나, 세 개 이상의 광소자 또는 세 개 이상의 전자 소자를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 광 소자(600, 700)로부터 제1 및 제2 전자 소자(64, 72)로의 통신은 제1 및 제2 광전 소자(62, 70)를 이용하여 수행될 수 있다. 제1 및 제2 광전 소자(62, 70)는 광 신호를 받아 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 및 제2 전자 소자(64, 72)로부터 제1 및 제2 광 소자(600, 700)의 통신은 전광 소자(66)를 이용하여 수행할 수 있다. 전광 소자(66)는 전기 신호를 받아 광신호를 발생시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

101: 기판, 103T: 트렌치, 105: 클래드층, 107P(107a, 107b, 107c): 제1 층, 111P(111a, 111b): 제2층, 107a, 111a: 제1 구조물, 107Pb, 111Pb: 연결 구조물, 107Pc: 제2 구조물, 107L: 제1 예비층, 111L: 제2 예비층, 109L: 식각 정지층, 109P: 식각 정지 패턴, 113L: 제1 마스크층, 113P: 제1 마스크 패턴, 115L: 제2 마스크층, 115P: 제2 마스크 패턴

Claims (10)

1. 기판;
   상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치;
   상기 트렌치 내에 형성된 클래드층;
   상기 클래드층 상에 제1 두께로 형성된 제1 구조물; 및
   상기 클래드층 상에 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께로 형성된 제2 구조물;을 포함하고,
   상기 제1 구조물, 및 상기 제2 구조물로 이루어진 광 전달 구조체는, 제1 층 및 상기 제1 층의 일부 영역 상에 적층된 제2 층으로 나뉘고,
   상기 제1 구조물은, 상기 제1 층의 제1 영역 및 상기 제2 층의 제1 영역이 적층된 구조이고,
   상기 제2 층은,
   상기 제1 층의 상면의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(groove)을 포함하는, 광 소자.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 구조물을 제1 방향으로 서로 연결하는 연결 구조물;을 더 포함하고,
   상기 제1 방향을 따라 연장되는 상기 제1 구조물의 너비는 상기 제2 구조물의 너비보다 크고,
   상기 연결 구조물은 상기 제1 구조물와 연결된 단부로부터 상기 제2 구조물과 연결된 단부로 연장됨에 따라 너비가 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 크고,
   상기 연결 구조물은 상기 제1 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광 소자.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 연결 구조물은, 테이퍼 형상을 각각 포함하는, 상기 제1 층의 제2 영역 및 상기 제2 층의 제2 영역이 적층된 구조이고,
   상기 제2 구조물은 상기 제1 층의 제3 영역을 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 광 소자.
5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 층의 제2 영역은 상기 제1 방향으로 연장되면서 너비가 점차 감소하는 사다리꼴 형상이고, 상기 제2 층의 제2 영역은 상기 제1 방향으로 연장되면서 너비가 점차 감소하는 삼각 형상인 것을 특징으로 하는 광 소자.
6. 제4 항에 있어서, 상기 제2 층의 제2 영역은, 상기 제1 층의 제2 영역의 일부 영역 및 상기 제1 층의 제3 영역의 일부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소자.
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서, 상기 홈을 채우고, 상기 제2 층의 측면 하부의 가장자리를 따라 띠 형상으로 형성된 물질층을 더 포함하고,
   상기 물질층은 상기 제1 및 상기 제2 층을 이루는 물질과 식각 선택비가 다른 것을 특징으로 하는 광 소자.
9. 제4 항에 있어서, 상기 제1 층의 너비는 상기 제2 층의 너비보다 크고, 상기 제1 층의 상면 중 노출된 면 상에 형성된 물질층을 더 포함하고,
   상기 물질층은 상기 제1 및 상기 제2 층을 이루는 물질과 식각 선택비가 다른 것을 특징으로 하는 광 소자.
10. 기판;
    상기 기판의 일부분에 형성된 트렌치 내에 형성된 클래드층;
    상기 클래드 층 상에 형성된 제1 층 및 상기 제1 층의 일부 영역 상에 적층된 제2 층을 포함하면서 제1 방향으로 연장되는 광 전달 구조체;를 포함하고,
    상기 제1 층은,
    상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지는 제1 영역과,
    상기 제1 영역 중 최소 너비를 가지는 단부와 연결되어, 상기 최소 너비를 가지면서 연장되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 층은,
    상기 제1 방향을 따라 연장되면서 점차 감소하는 너비를 가지고, 상기 제2 층의 상면이 삼각 형상을 가지며,
    상기 제2 층은,
    상기 제1 층의 상면의 가장자리를 노출시키면서, 상기 제2 층 하부의 가장자리를 따라 형성되는 홈(groove)을 포함하는, 광 소자.

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