(57)【要約】【課題】設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる光電子装置とその製造方法を提供する。【解決手段】クロック信号光を出射する発光素子２０、受光部１１を持つ半導体チップ１０およびコア３０ｂをクラッド３０ａで被覆したシート状で半導体チップ１０に貼り合わされた光導波シート３０を有し、光導波シート３０は、コア３０ｂの光入射部に発光素子２０から光が入射され、２つに光を分割して反射するミラー面ＭＲvとなり、光導波シート３０の面内方向に垂直な垂直内壁面を有する垂直開口部Ｐvを有する１つ以上のＴ字型分岐Ｓを有し、各光の受光部１１との結合位置において、光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部１１に結合させるミラー面ＭＲａ，ＭＲｂとなり、コア３０ｂの光導波方向に対して傾きを有する傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiを有する構成である。【選択図】図１
2006039391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック信号となる光を出射する発光素子と、
前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、
コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、前記半導体チップに貼り合わされた光導波シートと
を有し、
前記光導波シートは、
前記コアの光入射部に前記発光素子から前記光が入射され、
前記光導波シートに１つ以上のＴ字型分岐が設けられ、各Ｔ字型分岐においては、前記光導波シートの面内方向に対して垂直な垂直内壁面を有する垂直開口部が設けられ、前記垂直内壁面がミラー面として２つの異なる方向に前記光を分割しながら反射して導波し、
分割された前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有する傾斜内壁面を有する傾斜開口部が設けられ、前記傾斜内壁面がミラー面として前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させる
光電子装置。
【請求項２】
前記光導波シートにおいて、前記コアの光入射部の位置から前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置までの前記光を導波する距離は、複数に分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっている
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項３】
前記傾斜開口部の前記傾斜内壁面が、前記コアの光導波方向に対して約４５°傾いている
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項４】
前記半導体チップに前記受光部が複数個設けられており、
前記各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項５】
前記半導体チップとして複数個の半導体チップを有し、
前記複数個の半導体チップにそれぞれ設けられた各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項６】
前記複数個の半導体チップの一部または全部に複数個の受光部が設けられており、
前記各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項５に記載の光電子装置。
【請求項７】
前記光導波シートが貼り合わされている側の前記半導体チップの表面に、前記発光素子が搭載されており、
前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射される
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項８】
前記光導波シートが貼り合わされた前記半導体チップと、前記発光素子が、中間基板上に搭載されており、
前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射される
請求項１に記載の光電子装置。
【請求項９】
複数の前記半導体チップが前記光導波シートに貼り合わされて前記中間基板上に搭載されている
請求項８に記載の光電子装置。
【請求項１０】
クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光を複数に分割して導波し、前記受光部に結合させる位置において前記受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法であって、
ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＴ字型分岐を有するパターンで前記第１クラッド上にコアを形成し、前記コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する工程と、
前記光導波シートに対して、前記Ｔ字型分岐の位置において、前記光導波シートの面内方向に対して垂直であり、２つの異なる方向に前記光を分割しながら反射するミラー面となる垂直内壁面を有する垂直開口部を形成する工程と、
前記光導波シートに対して、前記光を前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有し、前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させるミラー面となる傾斜内壁面を有する傾斜開口部を形成する工程と、
前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程と、
前記光導波シートを前記受光部に対して位置合わせして前記半導体チップと貼り合わせる工程と、
前記発光素子からの光が前記コアの光入射部に入射するように前記発光素子を配置して搭載する工程と
を有する光電子装置の製造方法。
【請求項１１】
前記光導波シートを形成する工程において、前記コアの光入射部の位置から前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置までの前記光を導波する距離が、複数に分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるように形成する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ダミー基板上に前記光導波シートを形成する工程の前に、前記ダミー基板の表面に剥離層を形成する工程をさらに有し、
前記光導波シートを形成する工程においては前記剥離層の上層に形成し、
前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程においては、前記光導波シートと前記剥離層の界面において剥離する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１３】
前記剥離層が、チタン層と銅層の積層体または酸化シリコン層である
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１４】
前記傾斜開口部を形成する工程において、前記傾斜開口部の前記傾斜内壁面を前記コアの光導波方向に対して約４５°傾かせて形成する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１５】
前記発光素子を搭載する工程において、前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射されるように、前記光導波シートが貼り合わされている側の前記半導体チップの表面に、前記発光素子を搭載する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１６】
前記光導波シートが貼り合わされた前記半導体チップを中間基板に搭載する工程をさらに有し、
前記発光素子を搭載する工程において、前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射されるように、前記中間基板上に前記発光素子を搭載する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電子装置およびその製造方法に関し、特にクロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタル携帯電話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であり、これに応えるために近年のＶＬＳＩなどの半導体装置においては３年で７割の縮小化を実現してきた。
この一方で、半導体装置のパッケージ形態としても、ＤＩＰ（Dual Inline Package）などのリード挿入型から表面実装型やフリップチップ実装へと進展し、さらには能動素子を設けた半導体チップと受動素子とをパッケージ化したシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる複雑な形態へと進展している。
【０００３】
上記のように、近年の半導体技術の進展は目覚しく、特にＣＰＵや高速ロジックのＬＳＩ世界ではクロック周波数が既にＧＨｚオーダーを超えるに至っている。
ＧＨｚを超える信号の配線には、ＬＳＩの内部、外部を問わず従来問題とならなかった数多くの課題があり、これらを解決することが近々の半導体の更なる集積化、高速化において非常に重要な要素となっている。
それらの課題とは、信号の歪み（Signal Integrity）、電気的配線の周波数限界、配線のロス、配線の遅延、配線からの輻射、信号のスキュー（Ｓｋｅｗ）、配線駆動に関わる消費電力の増大などである。
【０００４】
特に、近年ＬＳＩチップ中あるいは異なるＬＳＩに供給するクロックのスキュー（タイミング差）が問題とされ、例えば１ＧＨｚクロックのＩｄｉｇｉｔの時間は５００ｐｓであり、立ち上がり、立ち下りの時間は数１０ｐｓから〜２００ｐｓ程度以下であり、これに対し一般のε＝４程度の誘電体上の配線では、概略の電気信号の伝播速度は６７ｐｓ／ｃｍであり、立ち上がり時間に対して無視できない領域に到達している。
【０００５】
そこで、実装基板上やＬＳＩ上の配線においても完全等長配線を用い、Ｈバ−と称されるＨの文字の形状を有する配線にクロックを分配して配線スキューを抑える試みが数多くなされている。
これら、従来の電気配線でクロック分配を行なった場合は、配線の負荷を常にクロック周波数で駆動しつづけ、さらに各分配点において波形整形も行うため、消費電力が大きくなってしまうということなどの欠点があった。
【０００６】
そこで、上記の課題を克服するため、アルミニウムや銅などの金属を用いた電気配線の変わりに、光を配線に用いて、クロックを分配することが提案されている。
例えば、非特許文献１では、シリコン基板上に光導波路を形成、それらをマスクを用いて、一つのＬＳＩ毎に半導体プロセスで加工する事で光クロックツリーを有する配線板を得る技術が記載されている。
【０００７】
しかし、前記のようなシリコンまたはセラミックや有機基板などの基板上に半導体プロセスによって順次クロック配線層を形成して行く方法では、特定のＬＳＩに対応した設計やマスクを作製し、その度ごとに加工を行うという煩わしさが存在する。
また、全ての作製プロセスがシーケンシャルに行なわれるため、全体のＴＡＴが長期化し、小さな変更に対応しにくいという欠点が存在する。
【非特許文献１】Shiou Lin Sam, Anantha Chandrakasan, and Duane Boning, Variation Issues in On-Chip Optical Clock Distribution, Sixth International Workshop on Statistical Methodologies for IC Processes, Devices, and Circuits, Kyoto, Japan, June, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、上記のような方法では、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが困難であり、少量多品種の生産に対応することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、前記半導体チップに貼り合わされた光導波シートとを有し、前記光導波シートは、前記コアの光入射部に前記発光素子から前記光が入射され、前記光導波シートに１つ以上のＴ字型分岐が設けられ、各Ｔ字型分岐においては、前記光導波シートの面内方向に対して垂直な垂直内壁面を有する垂直開口部が設けられ、前記垂直内壁面がミラー面として２つの異なる方向に前記光を分割しながら反射して導波し、分割された前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有する傾斜内壁面を有する傾斜開口部が設けられ、前記傾斜内壁面がミラー面として前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させる。
【００１０】
上記の本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、光を受光する受光部を備えた半導体チップと、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、半導体チップに貼り合わされた光導波シートとを有する。
ここで、光導波シートは、コアの光入射部に発光素子から光が入射され、１つ以上のＴ字型分岐が設けられ、各Ｔ字型分岐においては、光導波シートの面内方向に対して垂直な垂直内壁面を有する垂直開口部が設けられて、垂直内壁面がミラー面として２つの異なる方向に光を分割しながら反射して導波し、さらに、分割された光のそれぞれを受光部に結合させる位置において、コアの光導波方向に対して傾きを有する傾斜内壁面を有する傾斜開口部が設けられ、傾斜内壁面がミラー面として光を光導波シートの面外方向に反射して受光部に結合させる構成となっている。
【００１１】
本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光を複数に分割して導波し、前記受光部に結合させる位置において前記受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法であって、ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＴ字型分岐を有するパターンで前記第１クラッド上にコアを形成し、前記コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する工程と、前記光導波シートに対して、前記Ｔ字型分岐の位置において、前記光導波シートの面内方向に対して垂直であり、２つの異なる方向に前記光を分割しながら反射するミラー面となる垂直内壁面を有する垂直開口部を形成する工程と、前記光導波シートに対して、前記光を前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有し、前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させるミラー面となる傾斜内壁面を有する傾斜開口部を形成する工程と、前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程と、前記光導波シートを前記受光部に対して位置合わせして前記半導体チップと貼り合わせる工程と、前記発光素子からの光が前記コアの光入射部に入射するように前記発光素子を配置して搭載する工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、光を受光する受光部を備えた半導体チップと、光を複数に分割して導波し、受光部に結合させる位置において受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法である。
まず、ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＴ字型分岐を有するパターンで第１クラッド上にコアを形成し、コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する。
次に、光導波シートに対して、Ｔ字型分岐の位置において、光導波シートの面内方向に対して垂直であり、２つの異なる方向に光を分割しながら反射するミラー面となる垂直内壁面を有する垂直開口部を形成する。
次に、光導波シートに対して、光を受光部に結合させる位置において、コアの光導波方向に対して傾きを有し、光を光導波シートの面外方向に反射して受光部に結合させるミラー面となる傾斜内壁面を有する傾斜開口部を形成する。
次に、光導波シートをダミー基板から剥離し、光導波シートを受光部に対して位置合わせして半導体チップと貼り合わせる。
次に、発光素子からの光がコアの光入射部に入射するように所定の位置に発光素子を配置して搭載する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光電子装置は、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００１４】
本発明の光電子装置の製造方法は、クロックを分配する光導波シートを半導体チップと貼り合わせて形成しており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るクロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
第１実施形態
図１（ａ）は本実施形態に係る光電子装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
半導体チップ１０の表面に、半導体レーザダイオードなどのクロック信号となる光を出射する発光素子２０が搭載され、さらにこの半導体チップ１０の表面上に、光導波方向にストライプ状に延伸するコア３０ｂの外周をクラッド３０ａが被覆してシート状に成形された光導波シート３０が接着層３１によって半導体チップ１０に貼り合わされている。
半導体チップ１０は、フォトダイオードなどの受光部１１を含む電子回路が形成されている。
発光素子２０は、バンプ２１を介して半導体チップ１０のパッドに接続するように、半導体チップ１０上に搭載されている。
【００１７】
光導波シート３０は、光導波シート３０の側面からコア３０ｂの光入射部に発光素子２０から光が入射され、コアに設けられた１つ以上（図面上は１５個）のＴ字型分岐Ｓにおいて光を複数（図面上は１６個）に分割して導波する。
【００１８】
半導体チップ１０には、受光部１１が複数個設けられており、各受光部１１に、光導波シート３０において分割された光をそれぞれ結合させるように、分割された光のそれぞれを受光部１１に結合させる位置において、コア３０ｂの光導波方向に対して傾きを有する傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiが設けられ、傾斜内壁面がミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）として光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部１１に結合させる構成となっている。
傾斜開口部Ｐiの傾斜内壁面の傾きは、例えば、コア３０ｂの光導波方向に対して約４５°である。コアの延伸方向の違いにより、ミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）の傾く方向が異なっている。
【００１９】
上記のＴ字型分岐Ｓについて説明する。図２は垂直開口部の構成を説明する模式図である。
上記のＴ字型分岐Ｓとは、クラッド３０ａ中において、１つの導波路が２つに分岐され、分岐後の２つの導波方向のなす角が１８０°となるようにコア３０ｂがパターン形成された分岐点である。
上記のＴ字型分岐Ｓにおいては、光導波シートの面内方向に対して垂直な垂直内壁面を有する垂直開口部Ｐvが設けられており、垂直内壁面がミラー面（ＭＲｃ，ＭＲｄ）として２つの異なる方向に光Ｌを分割しながら反射して導波する。ミラー面（ＭＲｃ，ＭＲｄ）は、Ｔ字型分岐Ｓの入射方向と出射方向のそれぞれに対して、例えば４５°の角度を持つ面となっている。
【００２０】
光導波シートは、用いる光の波長に対して透明であり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、またはこれらのフッ化物などの有機系材料を用いることができる。
【００２１】
半導体チップ１０の受光部１１は、フォトダイオードなどから構成され、さらに例えばこの近傍の半導体チップ１０上にアンプが設けられており、入射される光のクロック信号を電気のクロック信号に復調する。
【００２２】
また、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部３０ｐが形成されている。光導波シート３０を貫通するパッド用開口部３０ｐは、光を導波しない領域にのみ形成されている。
【００２３】
上記の光電子装置の光導波シート３０において、コア３０ｂの光入射部の位置から光のそれぞれを受光部１１に結合させる位置までの光を導波する距離は、複数に分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっていることが好ましい。
このように、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部１１に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００２４】
上記の本実施形態に係る光電子装置によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００２５】
また、光の分岐にＹ字型分岐を用いると、コアとクラッドの屈折率差にもよるが、通常の有機導波路材料では全反射によりロスなく曲げることができる曲率半径は３〜５ｍｍ程度であり、通常のＬＳＩの大きさが１０ｍｍ角程度であるとすると、Ｈツリー状の光分配を行うには１６ポイント以上の多点での信号入力を行うには適応しがたかったが、上記の本実施形態に係る光電子装置ではＴ字型分岐を用いており、１６ポイント以上の多点での信号入力に対応することができる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る光電子装置の製造方法について説明する。
半導体チップと発光素子については、従来より知られているプロセスを用いて製造することができる。
光導波シートの形成方法としては、まず、図３（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどからなるダミー基板４０の表面に、例えば、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法などにより、チタン層と銅層の積層体を形成し、剥離層４１とする。あるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはスパッタリング法により、酸化シリコン層を形成し、剥離層４１とすることもできる。この場合には、ダミー基板４０はシリコンなどを用いる。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａとする。
【００２８】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば感光性ポリイミドなどの第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する感光性樹脂層を形成し、パターニング用マスクを用いて露光を行い、さらに現像およびキュア処理を行って、コア３０ｂを形成する。
実装を簡便にするため、マルチモードの伝播を仮定すると、コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、クラッド３０ａの厚みとしてはコア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００２９】
次に、図４（ａ）に示すように、上記と同様に、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、必要に応じて加熱リフローを行い、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａを形成する。
このようにして、コア３０ｂの外周をクラッド３０ａが被覆してシート状に成形された光導波シート３０を形成する。
図４（ｂ）は図４（ａ）の状態においてコアの延伸方向に平行な断面を示し、これは図４（ａ）とは直交する方向の断面であり、以降の工程はこの方向の断面に沿って行う。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、Ｔ字型分岐の形成領域を開口するパターンのメタルマスクＭＭをパターン形成する。これは、例えばメタル層を全面に形成し、フォトリソグラフィー工程によってＴ字型分岐の形成領域を開口するパターンのレジスト膜をパターン形成し、これをマスクとしてメタル層をエッチングして形成することができる。
次に、メタルマスクＭＭをマスクとして、光導波シート３０に垂直にＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの異方性ドライエッチングを行って、光導波シート３０に垂直開口部Ｐvを形成する。このときの異方性を高めるために、エッチング側壁を保護する保護膜の堆積とエッチングを交互に繰り返すステップエッチングを行ってもよい。また、エッチング雰囲気のガス圧を下げたり、あるいは温度を低温に保つなどの手法で行うとよい。また、このときのガス種としては、フルオロカーボン系ガスに、添加剤としてＯ2、Ｈ2などを混合するか、Ａｒ、Ｘｅなどの不活性ガスを混合することで、同時にエッチング残渣の発生を予防することができる。
上記の工程により、垂直開口部Ｐvの垂直内壁面が、コア３０ｂを導波する光を２つの異なる方向に分割しながら反射して導波するミラー面（ＭＲｃ，ＭＲｄ）となるように、垂直開口部Ｐvのパターンを形成する。
この工程の後、メタルマスクＭＭを剥離する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、光導波シート３０上に光を受光部に結合させる位置を開口するパターンのレジスト膜Ｒ１をフォトリソグラフィー工程によってパターン形成し、レジスト膜Ｒ１をマスクとして、光導波シート３０に対して斜め（例えば約４５°）に傾けて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの異方性エッチングを行う。これによって、コア３０ｂの光導波方向に対して傾き（例えば約４５°）を有し、導波している光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部に結合させるミラー面ＭＲａとなる傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiを形成する。
この工程の後、レジスト膜Ｒ１を剥離する。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に示すように、上記のミラー面ＭＲａとなる傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiとはコアの延伸方向が異なる部分において、光を受光部に結合させる位置を開口するパターンのレジスト膜Ｒ２をフォトリソグラフィー工程によってパターン形成し、レジスト膜Ｒ２をマスクとして、光導波シート３０に対して斜め（例えば約４５°）に傾けて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの異方性エッチングを行う。これによって、上記のミラー面ＭＲａとなる傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiとは異なる方向に、コア３０ｂの光導波方向に対して傾き（例えば約４５°）を有するミラー面ＭＲｂとなる傾斜内壁面を有する傾斜開口部Ｐiを形成する。
この工程の後、レジスト膜Ｒ２を剥離する。
【００３３】
次に、図６（ａ）に示すように、光導波シート３０の表面に、接着性があり、ある特定の温度で剥離が可能な熱剥離シート５０を貼り合わせ、剥離層４１と光導波シート３０のクラッド３０ａの界面において剥離する。
この熱剥離シートは、例えば、ＰＥＴフィルム上に発泡カプセルを接着剤中に分散させて構成されたものであり、例えば、日東電工社製のリバーアルファなどを用いることができる。例えば、ＰＥＴフィルムを７０℃〜１５０℃に加熱することで間単に取り去ることができるものである。
剥離は、例えば剥離層４１としてチタン層と銅層の積層体を用いている場合、塩酸などの酸中に上記熱剥離シート５０でサポートされている光導波シート３０を浸漬して行う。あるいは、剥離層４１として酸化シリコン層を用いている場合には、フッ酸あるいはバッファードフッ酸などの酸中に上記熱剥離シート５０でサポートされている光導波シート３０を浸漬し、剥離層４１を溶解して行う。
【００３４】
次に、図６（ｂ）に示すように、表面に予め受光部１１を形成した半導体チップ１０上に、用いる光の波長に対して透明な接着剤シート（接着層）３１を介して、傾斜開口部Ｐiのミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）の位置と受光部１１の位置を位置合わせしながら、光導波シート３０を貼り合わせる。
【００３５】
次に、図６（ｃ）に示すように、熱剥離シート５０を剥離して光導波シート３０を半導体チップ１０上に転写する。
この後、必要に応じて、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部（不図示）を形成する。これには、半導体チップ１０側に予めパッドを形成しておき、例えばＣＯ2レーザやエキシマレーザなどのレーザ光を照射することで開口することができる。このとき、パッドはレーザ光のストッパとなる。
【００３６】
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、例えばワイヤボンディングなどによって予めレーザダイオードなどの発光素子２０に金バンプなどのバンプ２１を形成しておき、これを半導体チップ１０の光導波シート３０の貼り合わせ面上に搭載する。図面上は、ミラー面となる内壁面を有する開口部の表示を省略している。
ここでは、半導体チップ１０の搭載部分にはハンダ２２を印刷法などによりプリコートして、発光素子２０の光出射部とコアの光入射部とを位置合わせしながら、搭載する。このとき、ヒーターを有するヘッドを用い、加熱しながらハンダを溶融し、ヒーターのスイッチをオフにした後冷却するまでの時間保持してから、ヒーターを開放することで、搭載精度を高めることができる。
【００３７】
金のバンプ２１の高さ、ハンダ２２のプリコート厚は、位置合わせを行う光導波シートのコアの位置によって決定される。
金のバンプ２１は溶解しないので、バンプ２１がスペーサとして機能し、バンプ２１の高さによって発光素子２０の高さを決定することができ、一定に高い精度を確保することができる。
【００３８】
この他、発光素子２０を搭載する方法としては、発光素子側に銅コアをハンダでコートしたバンプを形成し、半導体チップ側にハンダのプリコートを形成し、プリップチップで実装する方法や、発光素子や半導体チップのいずれかにニッケルメッキなどでスペーサを形成しておき、ハンダバンプあるいはハンダプリコートでプリップチップで実装する方法を用いることができる。
【００３９】
上記の本実施形態に係る光電子装置の製造方法によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応して製造することができる。特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００４０】
さらに、上記のようにして形成されたクロック信号となる光を分配する光導波シートは、ベースとなるフィルムを常に大量に作製しておくことができ、又任意の場所に、後加工でミラー面となる傾斜内壁面を有する傾斜開口部を形成することが可能であるため、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能である。
結果として、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００４１】
上記の本実施形態に係る光電子装置の製造方法においては、ベースとなる光導波シートをシリコンなどのダミー基板上に逐次プロセスで作製して行く例を示したが、もちろんベースのポリイミドフィルムをロールで用意し、コア材を例えばRoll to Rollプロセスにて塗布、パターンニングして一括作製する方法もあり、この様にすることでさらに大幅なコストの削減が実現できる。
【００４２】
第２実施形態
図８は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
光導波シート３０が貼り合わされた半導体チップ１０と、発光素子２０が、中間基板６０上に搭載されており、発光素子２０からの光が光導波シート３０の側面からコアに入射される構成であり、これ以外については、実質的に第１実施形態と同様である。
【００４３】
即ち、半導体チップ１０の表面に、半導体レーザダイオードなどのクロック信号となる光を出射する発光素子２０が搭載され、この表面上に、光導波方向にストライプ状に延伸するコア３０ｂの外周をクラッド３０ａが被覆してシート状に成形された光導波シート３０が接着層３１によって半導体チップ１０に貼り合わされている。
半導体チップ１０は、フォトダイオードなどの受光部１１を含む電子回路が形成されている。
また、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部が形成されており、パッドに接続するようにバンプ１２が形成されている。
【００４４】
第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第３樹脂層６３が積層され、それらの界面およびこれらを貫通するように配線パターン６４が形成されてなる中間基板６０に、光導波シート３０が貼り合わされた半導体チップ１０がバンプ１２を介して搭載されている。
また、中間基板６０の半導体チップ１０搭載面と同じ面に、発光素子２０が搭載されている。
中間基板６０の半導体チップ１０搭載面と逆の面には、バンプ６５が形成されており、さらなる実装基板に実装されて用いられる。
【００４５】
中間基板６０としては、いわゆるＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板やＢＴ−レジン基板、ポリイミド基板などあらゆるタイプの有機配線基板や、アルミナ、ガラスセラミックなどのセラミック配線基板を用いることができる。
【００４６】
一方で、光クロックの光源となるレーザダイオードは、例えば、光導波シートの端部に光導波路のコアに効率良く、光が入射出来る様近接して実装され、レーザダイオードをドライブするレーザドライバはその近傍において中間基板６０上に実装される。
【００４７】
上記の本実施形態に係る光電子装置によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００４８】
第３実施形態
図９は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
複数個の半導体チップ（１０ａ，１０ｂ）が光導波シート３０が貼り合わされて、中間基板６０上に搭載されている。また、発光素子２０も中間基板６０上に搭載され、発光素子２０からの光が光導波シート３０の側面からコアに入射される構成であり、これ以外については、実質的に第１実施形態と同様である。
【００４９】
本実施形態の光電子装置において、複数個の半導体チップにはそれぞれ受光部が設けられており、各受光部に、光導波シートにおいて分割された光をそれぞれ結合させる構成とすることができる。
さらに、複数個の半導体チップの一部または全部に複数個の受光部が設けられており、各受光部に、光導波シートにおいて分割された光をそれぞれ結合させる構成としてもよい。
例えば、第１の半導体チップ１０ａには、複数個の受光部１１ａが形成されており、光導波シートに設けられたミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）によって光結合する。
一方、第２の半導体チップ１０ｂには、複数個の受光部１１ｂが形成されており、光導波シートに設けられたミラー面（ＭＲｃ，ＭＲｄ）によって光結合する。
【００５０】
また、例えば、発光素子２０には放熱器２３が接続し、さらに中間基板中を貫通するサーマルビアＴＶが設けられている構造とすることで、光電子装置の信頼性を高めることができる。
【００５１】
光導波シートを光の出射側を上面として保持し、順次半導体チップを出射部と半導体チップ上の受光部の位置を合わせながら接着シートを介して実装していき、さらに半導体チップのパッドに至るパッド用開口部を設け、バンプを介して中間基板に実装することで製造することができる。
【００５２】
上記の本実施形態に係る光電子装置によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００５３】
上記の各実施形態の光電子装置によれば、従来、半導体チップが高速化したときのクロックスキューの問題が解決され、誤動作を防止することが可能になるほか、従来の設計手法ではかなりの時間を労していたクロックのタイミング解析が不要となり、設計開発期間の大幅な短縮が可能になる。
また、各実施形態の光電子装置の製造方法のように、別途光導波シートを作製することで、従来の様に半導体チップ上に光導波路を毎回形成する場合に比べて、著しく、早く、安価なクロック供給の仕組みを実現することができる。
半導体チップの設計変更などにもフレキシブルに対応する事が可能であり、少量多品種の特に開発試作段階における利便性、再利用性は非常に高いものである。
【００５４】
また、上記の各実施形態の光電子装置における分岐路は、Ｙ字型分岐路と異なり、曲げに関する制限がないため、１０ｍｍ角程度のＬＳＩに６分岐〜１０分岐（ポイント数で６４ポイント〜１０２４ポイント）程度まで、かなりのポイントへのスキューレスクロックの供給が可能となる。
【００５５】
本実施形態の光電子装置は、コンピュータ機器の特に、ゲーム用コンピュータ、ネットワークサーバ、ホームサーバ、ロボットの頭脳など、大容量、高速信号処置が求められる、ＭＰＵもしくは画像処理プロセサ、高速キャッシュメモリなど超高速信号処理ＬＳＩに用いることが可能である。
【００５６】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光導波シートと貼り合わされる半導体チップとしては、ＳｉＰ（システムジンパッケージ形態の半導体装置）を用いることができ、例えば、トランジスタなどの能動素子を有する半導体チップと、インダクタンス、キャパシタあるいは電気抵抗素子などの受動素子とを組み合わせたパッケージを用いることができる。
ＳｉＰに内蔵される光デバイスは、レーザダイオードの他、発光ダイオードなどを用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置に適用できる。
【００５８】
本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置を製造するのに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】図２は垂直開口部の構成を説明する模式図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…半導体チップ、１１，１１ａ，１１ｂ…受光部、１２…バンプ、２０…発光素子、２１…バンプ、２２…ハンダ、２３…放熱器、３０…光導波シート、３０ａ…クラッド、３０ｂ…コア、３０ｐ…パッド用開口部、３１…接着層、４０…ダミー基板、４１…剥離層、５０…熱剥離シート、６０…中間基板、６１…第１樹脂層、６２…第２樹脂層、６３…第３樹脂層、６４…配線６４、６５…バンプ、ＭＭ…メタルマスク、Ｒ１，Ｒ２…レジスト膜、Ｌ…光、Ｐi…傾斜開口部、Ｐv…垂直開口部、ＭＲａ，ＭＲｂ，ＭＲｃ，ＭＲｄ…ミラー面、Ｓ…Ｔ字型分岐、ＴＶ…サーマルビア
【図１】
2006039391.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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