KR20010035832A - 광통신용 실리콘 광벤치의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신용 시스템에 사용되는 모듈 특히 광가입자모듈에 주로 사용되는 모듈 부품중 광 통신용 실리콘 광 벤치(SiOB; Silicon Optical Bench)의 제작 방법을 기재한다. 본 발명은 실리콘 광 벤치 제작중 솔더(solder)를 재현성있게 형성함에 있어서, 각각의 솔더 패드(solder pad)를 외곽 금속 라인(metal line)에 모두 연결시키고 최종적으로 웨이퍼 일정 부분에만 전류 주입 패드(pad)를 형성함으로써 패드 전체에 균일한 전류를 공급할 수 있도록 한다. 또한, P와 N 패드는 전기적으로 고립시켜야 하기 때문에 이를 위하여 최종 공정에서 완전 고립시키기 위한 돌출형(ㄷ자형) 아이솔레이션 키이(isolation key)를 각 패드와 외곽 금속 라인(metal line)에 특별히 형성한다.

Description

광통신용 실리콘 광벤치의 제작 방법{Method for manufacturing a silicon optical bench}

본 발명은 광통신용 시스템에 사용되는 모듈 특히 광가입자모듈에 주로 사용되는 모듈 부품중 광 통신용 실리콘 광 벤치(SiOB; Silicon Optical Bench)의 제작 방법에 관한 것이다.

광가입자 소자중 트랜시버(Tx; Tranciever)와 레시버(Rx; Reciever)에는 레이저 다이오드(LD; laserdiode)와 포토다이오드(PD; photodiode) 칩(chip)이 사용된다. 이 칩(chip)을 모듈과 연결하는 것이 실리콘 광 벤치(SiOB; Silicon Optical Bench)이다.

도 1은 일반적인 155Mbps Rx 모듈의 내부를 보여주는 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에서 실리콘 광 벤치의 평면을 확대하여 보여주는 평면도이다. 광가입자 모듈의 세계적인 추세는 수동 정렬(passive align)과 저가격(low cost)을 목적으로 개발에 박차를 가하고 있는데, 특히 도 1에 도시된 바와 같은 모듈 제작에 있어서는 칩(chip)과 서브마운트(submount)의 일종인 SiOB(100)의 수동 패키지(passive package)를 위해서는 FCB(Flip chip bonding)이 주로 사용되고 있다. 따라서, 패키지(package)하는 도중 공정의 성공 유무를 일일이 확인하지 않는 수동 정렬(passive align)을 위해서는, 도 2에 도시된 바와 같이, FCB를 위한 20~50㎛ 정도의 아주 미세한 솔더(solder)(200)를 정확한 위치에 정확한 두께로 재현성 있게 형성시켜야 한다.

종래에 솔더(solder)(200)를 형성시키기 위해 사용되었던 방법은 에어 브리지(air bridge)법, 증착 및 에칭(deposition ＆ etching)법, 증발(evaporation)법, 금속 새도우 마스크(metal shadow mask)법 및 솔더 펀칭 공정(solder punching process)법(US5661831) 등이 있다.

그러나 SiOB(100) 제작을 위해서 한가지 고려해야 할 사항은 v자형 홈(V-groove)(300)이 형성되어 있다는 점이다. 이 것의 단차는 150~200㎛로 일반적인 반도체 공정(process)을 적용할 경우 수율이 급격히 낮아지는 단점이 있다. 그리고 상기 언급한 각 방법의 세부 문제점을 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 에어 브리지(air birde)법은 도 3a 내지 도 3e를 참조하면 v-groove (300)단차가 크기 때문에 일차 스핀 코팅(spin coating)이 균일하지 못하고 큰 단차로 인해서 v-groove 주변에 PR(photoresist)(301)가 얇거나 없어서 원치 않는 종자 금속(seed metal)(302)이 증착되므로써 소자(device)가 P/N 패드(pad)를 함께 사용하는 레시버(reciever)의 경우 회로(circuit)가 쇼트(short)될 위험이 높다. 또한, 종자 금속(seed metal)(302)을 통해 전류가 전달되므로 일정 두께(〉500Å)이상을 증착해야하지만 리프트-오프(Lift off)시 금속 꼬리(metal tail)가 패드(pad) 주변에 남아 있게 된다.

둘째, 증착 및 에칭(deposition ＆ etching)법은 도 4a 내지 도 4d를 참조하면 에어 브리지(air birdge)법 처럼 평판 패턴(plating pattern)하면 v-groove 주위에 PR 코팅이 힘들고 여기에 솔더(solder)가 형성될 수 있으며 증착 금속을 다시 제거해야하므로 금속 증착과 에칭 공정이 추가되면서 공정 수율의 감소가 한꺼번에 나타난다.

셋째, 증발(evaporation)법은 가장 간단히 적용할 수 있지만 v-goove의 단차를 극복하는 패턴(pattern)을 형성한 후 패턴(pattern)을 형성해야하기 때문에 공정 재현성이 떨어지고 솔더(solder) 역할을 하려면 3~20㎛를 형성해야하는데 일반적인 패턴(pattern)으로는 도달할 수 없는 두께이다.

네째, 금속 새도우 마스크(matal shadow mask)법으로 가장 이상적인 방법이면서 가장 힘든 공정이다. 왜냐하면 솔더(solder) 형성 위치가 매우 미세하므로 금속 마스크(metal mask)를 정확히 정렬(align)할 수 있는 장비가 필요하고 이렇게 정렬(align)된 것을 그대로 웨이퍼(wafer)와 금속 마스크(metal mask)를 ±2㎛ 이내로 움직임 없이 금속 증착을 하기는 매우 힘들다.

다섯째, 펀칭 공정(punching process)법은, NEC에서 사용하는 가장 최신의 방법으로, 솔더(Solder)를 장비를 이용해서 하나씩 하나씩 웨이퍼 위에 형성하는 방법이다. 그러나 이 방법은 완전 웨이퍼(full wafer)일 때만 가능하며 매우 고가의 장비가 필요한 공정(process)이다. 앞서 언급했듯이 SiOB 제조공정은 대량생산을 통해 생산단가를 낮추고 기존의 장비로써 추가 공정을 최소화할 수 있도록 개발해야만 경쟁력있는 부품을 생산할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 칩(chip)과 SiOB를 연결하는데 사용되는 솔더(solder)를 형성하는 방법을 간단화하고 재현성 있게 구현하는 광통신용 실리콘 광벤치의 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 155Mbps Rx 모듈의 내부를 보여주는 부분 절개 사시도,

도 2는 도 1에서 실리콘 광 벤치의 평면을 확대하여 보여주는 평면도,

도 3a 내지 도 3e는 종래의 에어 브리지법에 의한 실리콘 광 벤치의 제작 공정을 단계별로 보여주는 단면도들,

도 4a 내지 도 4e는 종래의 증착 및 에칭법에 의한 실리콘 광 벤치의 제작 공정을 단계별로 보여주는 단면도들,

도 5는 본 발명에 따른 실리콘 광 벤치 제작 방법에 의해 웨이퍼 상에 형성된 광 벤치들의 모습(자르기 전)을 보여주는 평면도,

도 6은 도 5에서 하나의 실리콘 광 벤치를 확대하여 보여주는 평면도,

그리고 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6의 실리콘 광 벤치의 일부를 더욱 확대하여 보여주는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100. 실리콘 광 벤치 200. 솔더

300. v-홈 301. 포토레지스트

302. 금속

20. 솔더 30. v-홈

40. 금속 라인(sawing line)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광통신용 실리콘 광벤치의 제작 방법은, 광통신용 실리콘 광벤치 제작에 있어서, (가) 웨이퍼 상에 모든 패드가 연결되도록 전기도금법으로 솔더를 형성하는 단계; 및 (나) 상기 연결된 패들들 중 P와 N 패드는 전기적으로 연결된 상태에서 자르기 공정에 의해 자동적으로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 (나) 단계의 자동 분리가 일어날 수 있도록 상기 솔더의 외곽 금속 라인에 돌출형 소잉 우회 패턴을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 (가) 단계에 이전에 상기 모든 패드를 형성하는 공정과 동시에 이 모든 패드을 연결하는 금속 라인을 형성하는 공정을 더 포함하는 것은 더욱 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광통신용 실리콘 광벤치의 제작 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명은 실리콘 광 벤치 제작중 솔더(solder)를 제현성있게 형성하는데 있다. 기존의 방법은 추가적인 증착(deposition) 공정이 필요하지만 본 발명에서는 추가 증착 공정이 없이 진행하면서 재현성이 있기 때문에 소자 수율 향상을 획기적으로 높일 수 있는 방법이다. 도 5 및 도 6을 참조하면 각각의 솔더 패드(solder pad)(20)를 외곽 금속 라인(metal line)(40)에 모두 연결시키고 최종적으로 웨이퍼 일정 부분에만 전류 주입 패드(pad)를 형성함으로써 패드 전체에 균일한 전류를 공급할 수 있도록 한다. 또한, P와 N 패드는 전기적으로 고립시켜야 하기 때문에 이를 위하여 최종 공정에서 완전 고립시키기 위한 돌출형(ㄷ자형) 아이솔레이션 키이(isolation key)(40a)를 각 패드와 외곽 금속 라인(metal line)(40)에 특별히 형성한다. 따라서, 아이솔레이션 공정에서 100% 수율이 얻어지도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플립칩 본딩 패드(bonding pad)(20)는 6개 형성되는데 전기도금시 균일한 전류를 인가하기 위해 6개 패드를 모두 연결한다. 즉, P와 N 패드가 동시에 연결된다. 그러나, P와 N pad를 SiOB chip fabrication 제일 마지막 공정인 Sawing 공정에서 P와 N pad를 분리시키게 된다. 다시 설명하면 sawing시 커터날의 두께가 약 100μm정도이기 때문에 금속 라인(metal line)을 이 보다 작게가져가게 되면 PN 분리는 완성된다. 그러나, 공정상 정밀 정렬(align)을 해야하는 등 추가 공정시간을 가져가야 하는데 본 발명은 p와 n의 연결선이 소잉 라인(sawing line)과 수직으로 만나지 않고 N 패드(pad) 쪽으로 우회 라인을 만들어서 소잉(sawing) 공정시 정렬(align)과 상관없이 항상 전기적으로 단락될 수 있도록 하는것이 특징이다. 도 6은 본 발명에 따른 제작 방법을 Tx-SiOB 에 적용한 실시예를 보여주는 도면이다. 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6의 실시예를 확대한 도면이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광통신용 실리콘 광 벤치의 제작 방법은 다음과 같은 장점이 있다.

1. 기존에 형성된 metal line(총두께 5000Å)을 plating 전류 공급 line으로 사용하므로써 plating base-metal(총두께 200~500Å)저항보다 극소화할수 있었고 재현성있는 plating이 가능하다.

2. 추가적인 plating base-metalization 및 metal etching을 제거하여 공정 단순화를 이루었다.

3. 150um이상의 pattern 단차로 인하여 v-groove edge에 원치않는 metal 과 solder 형성을 방지할 수 있다.

4. V-groove 단차 극복을 위한 추가적인 평탄화 공정이 필요치 않아 공정 감소 효과가 있다.

5. 솔더 펀칭 공정(solder punching process)을 위한 추가적인 장비가 필요치 않아 chip 단가를 낮출수 있다.

Claims (3)

1. 광통신용 실리콘 광벤치 제작에 있어서,

   (가) 웨이퍼 상에 모든 패드가 연결되도록 전기도금법으로 솔더를 형성하는 단계; 및

   (나) 상기 연결된 패들들 중 P와 N 패드는 전기적으로 연결된 상태에서 자르기 공정에 의해 자동적으로 분리하는 단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 실리콘 광 벤치의 제작 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (가) 단계에서 상기 (나) 단계의 자동 분리가 일어날 수 있도록 상기 솔더의 외곽 금속 라인에 돌출형 소잉 우회 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 광통신용 실리콘 광 벤치의 제작 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 (가) 단계에 이전에 상기 모든 패드를 형성하는 공정과 동시에 이 모든 패드을 연결하는 금속 라인을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 실리콘 광 벤치의 제작 방법.