(57)【要約】【課題】反応性イオンエッチング法により電極形成領域をドライエッチングすることを含む光導波路デバイスの製造方法によっても、低下した外観を示さない電極を提供する光導波路の製造方法を提供すること。【解決手段】酸化シリコン膜を有するシリコン基板上に光導波路を形成した後、反応性イオンエッチング法により基板表面を露出して電極形成領域を形成し、前記領域に電極を形成する光導波路デバイスの製造方法であって、前記反応性イオンエッチング後かつ電極形成前に、基板表面を溶解可能な溶液を用いて前記露出基板表面をウェットエッチングすることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化シリコン膜を有するシリコン基板上に光導波路を形成後、前記光導波路の反応性イオンエッチングにより基板表面を露出して電極形成領域を形成し、前記領域に電極を形成する光導波路デバイスの製造方法であって、前記反応性イオンエッチング後かつ電極形成前に、基板表面を溶解可能な溶液を用いて前記露出基板表面をウェットエッチングすることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【請求項２】
基板表面を溶解可能な溶液がフッ化水素酸含有溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該フッ化水素酸含有溶液が、フッ化水素酸水溶液またはフッ化水素酸／フッ化アンモニウム水溶液である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該ウェットエッチングにより、基板表面を３００〜７００Åエッチングする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
該光導波路がポリマーで形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
該ポリマーがフッ素化ポリイミドである、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化シリコン膜を有するシリコン基板上に光導波路及び電極を有する光導波路デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路を、安価かつ大量に製造する必要がある。
光導波路の材料としては、ガラスや半導体材料等の無機材料と、樹脂が知られている。無機材料により光導波路を製造する場合には、真空蒸着装置やスパッタ装置等の成膜装置により無機材料膜を成膜し、これを所望の導波路形状にエッチングすることにより製造する方法が用いられる。また、樹脂によって光導波路を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により大気圧中で行う。このような樹脂としては、種々のものが知られているが、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れるポリイミドが特に期待されている。ポリイミドによりコアおよびクラッド層を形成した場合、長期信頼性が期待でき、半田付けにも耐えることができる。このポリイミドの中でも透過率、屈折率特性から通常フッ素を含むポリイミドが適用されている。
【０００３】
このような光導波路を設けた基板上に電極を設け、さらにその上に発光素子であるレーザーダイオードや受光素子であるフォトダイオードを搭載した光導波路デバイスは、光通信用モジュールとして既に実用化されている。
上記光導波路デバイスの製造方法としては、シリコン基板等の基板上に光導波路を設けた後、電極形成位置をパターニングしたマスクを設けて反応性イオンエッチング法により電極形成領域をドライエッチングし、その後電極を設けて製造する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、前記方法により製造される電極は黒い外観となるため、製品として問題があり、さらに上記電極はダイシング時のマーカーとして使用される場合もあるが、そのような場合にも黒い外観のためマーカーとして機能せず、問題であった。さらにこのような電極上に上記光素子を搭載する場合、搭載精度が低下する可能性もあり問題である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１３３２５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、反応性イオンエッチング法により電極形成領域をドライエッチングすることを含む光導波路デバイスの製造方法によっても、上述したような低下した外観を示さない電極を提供する光導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、酸化シリコン膜を有するシリコン基板上に光導波路を形成した後、前記光導波路の反応性イオンエッチングにより基板表面を露出して電極形成領域を形成し、前記領域に電極を形成する光導波路デバイスの製造方法であって、前記反応性イオンエッチング後かつ電極形成前に、基板表面を溶解可能な溶液を用いて前記露出基板表面をウェットエッチングすることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法により解決される。
さらに上記方法において、基板表面を溶解可能な溶液はフッ化水素酸含有溶液であることが好ましい。また、更に好ましくは該フッ化水素酸含有溶液は、フッ化水素酸水溶液またはフッ化水素酸／フッ化アンモニウム水溶液である。
また、本発明の他の好ましい実施態様は、ウェットエッチングにより、基板表面を３００〜７００Åエッチングする上記方法である。
本発明の他の好ましい実施態様は、上記方法において、該光導波路がポリマーで形成されており、さらに好ましくは、該ポリマーがフッ素化ポリイミドである。
【０００７】
上記本発明の光導波路デバイスの製造方法により、従来の方法では黒い外観を呈する電極が、本来の金属色の電極となった。これは以下の理由が考えられる。従来の方法で反応性イオンエッチング法により光導波路をドライエッチングして基板表面を露出させ、電極形成領域を形成すると、光導波路の下層のシリコン酸化膜までエッチングが進み、電極形成領域の露出基板表面（すなわちシリコン酸化膜表面）に微細な凹凸が生じていた。このような表面上に電極を形成すると、電極も下層の凹凸を反映して凹凸を有する形状となり、これにより外観が悪化すると考えられる。
一方、反応性イオンエッチングの後、電極形成前にフッ化水素酸含有溶液等の基板を溶解可能な溶液を用いて露出した基板表面のウェットエッチングを行うと、上述したシリコン酸化膜上の凹凸が平坦化され、その上に形成される電極も平坦となり、通常の金属色を呈するものと考えられる。
また、従来の方法により作成した電極上に光素子等を搭載した場合、上述したような段差により搭載精度が低下するおそれがあるが、本発明の方法により平坦化された電極を用いる場合には係る問題が生じない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法について以下に詳細に説明する。
本発明の方法は、酸化シリコン膜を有するシリコン基板上に光導波路を形成した後、前記光導波路の反応性イオンエッチングにより基板表面を露出して電極形成領域を形成し、前記領域に電極を形成する光導波路デバイスの製造方法であって、前記反応性イオンエッチング後かつ電極形成前に、基板表面を溶解可能な溶液を用いて前記露出基板表面をウェットエッチングすることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法である。
【０００９】
本発明の方法に使用される基板は、酸化シリコン膜を有するシリコン基板である。特に酸化シリコン膜を有するシリコン基板において、反応性イオンエッチングによる外観低下が顕著であるからである。
酸化シリコン膜は、通常、熱酸化法や気相堆積法等によりシリコン基板上に設けることができる。酸化シリコン膜の膜厚は、通常１μｍ程度である。
【００１０】
本発明において、光導波路とは屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドから構成されるものをいう。このような光導波路の材料は、反応性イオンエッチング法によりエッチング可能な材料であればよく、具体的には、ガラス、ポリマー、半導体結晶、無機結晶等が挙げられる。本発明の好ましい実施態様において、光導波路はポリマーで形成されている。すなわち、好ましくはコア材料及びクラッド材料がポリマーである。ポリマーとしては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（ｄｙｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でもフッ素化ポリイミド樹脂が特に好ましい。
本発明において、基板上に光導波路を形成する方法は、光導波路の材料により様々な方法が知られており、いずれの方法でもよい。光導波路がポリマーで形成されている場合には、選択重合法、ＲＩＥ法、直接露光法、フォトブリーチ法等種々の方法が知られており、使用する材料により適宜選択して用いることができる。
【００１１】
上述したように光導波路を形成した後、反応性イオンエッチング法により、電極形成領域をエッチングし、電極を形成する。
反応性イオンエッチング法は、様々な材料とエッチングガスの組み合わせが知られているので光導波路の材料等に応じて適宜エッチングガスを選択すればよい。また、その他電力、ガス流量、エッチング圧力、温度等種々の条件があるが、これらも適宜選択すればよい。
電極形成領域のサイズは目的に応じて適宜決定されるが、例えば、１．２〜１．６×０．１〜０．３ｍｍ程度である。
電極としては様々な公知のものを使用できるが、例えばＣｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕが適するものとして挙げられる。
電極の形成方法は、材料に応じて適宜選択できるが、例えば蒸着法により形成することができる。
【００１２】
本発明の方法は、上記反応性イオンエッチングによる電極形成領域のエッチング後、電極を形成する前に、基板表面を溶解可能な溶液で、基板表面をウェットエッチングすることを特徴とする方法である。
基板表面を溶解可能な溶液とは、基板表面を一定量溶解し得る溶液であればよいが、例えば、ＳｉＯ２を容易に溶解できるフッ化水素酸含有溶液が好ましい例として挙げられる。
フッ化水素酸含有溶液は、フッ化水素酸を含有する溶液であればよいが、好ましくは、フッ化水素酸水溶液またはフッ化水素酸／フッ化アンモニウム水溶液、さらに好ましくは、３〜７％フッ化水素酸水溶液または１５〜２５ｗｔ％フッ化水素酸／フッ化アンモニウム水溶液（フッ化水素酸：フッ化アンモニウム＝０．５：１．５〜５．５：６．５）である。反応方式としては、浸漬、流水、スプレー、ジェット、電解などの方法が挙げられ、液組成、ｐＨ、粘度、温度、攪拌条件、処理時間、処理済み面積等が制御因子であり、目的に適した条件を適宜選択すればよい。
【００１３】
上記ウェットエッチングにより、基板表面を３００〜７００Åエッチングすることにより、シリコン酸化膜の凹凸が効率よく平坦化され、好ましい。
例えば、反応性イオンエッチング法で光導波路をドライエッチングした後、酸化シリコン膜を有するシリコン基板を３〜７％フッ化水素酸水溶液（または１５〜２５ｗｔ％フッ化水素酸／フッ化アンモニウム水溶液）に５〜１５秒間浸漬することにより、基板表面を３００〜７００Å程度エッチングすることができる。
【００１４】
本発明の光導波路デバイスの製造方法の具体的手順の一例を図２（１）〜（３）を用いて説明する。図１は本発明の方法による光導波路デバイスの製造の一過程を示す図であり、光導波路デバイスが多数配列されたウエハを表している。図２（３）は図１のＡ−Ａ’の部分断面図に相当する。本発明の製造方法は、シリコン基板１（厚み：１ｍｍ）上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）の被膜２（厚み：１μｍ）を形成する工程、酸化シリコン皮膜２上に下部クラッド３、コア４及び上部クラッド５からなる光導波路積層体１０（合計厚み：２７μｍ）を設ける工程、光導波路積層体１０の上にフォトレジスト６を設ける工程（図２（１））、フォトレジスト６をマスクとして反応性イオンエッチング法（条件：Ｏ２８０％、Ａｒ２０％、６００Ｗ、３Ｐａ）により基板１の表面を露出させて電極形成領域７（１．４×０．２ｍｍ）を設ける工程（図２（２））、フッ化水素酸含有溶液（５％）に１０秒間浸漬してウェットエッチングする工程、及び電極形成領域７に電極８（Ｃｒ／Ａｕ）を形成する工程（図２（３））、をこの順に実施することにより行われる。
【００１５】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
（実施例１）
基板１として直径１２６ｍｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に図１に示されるように光導波路デバイスの構成単位を多数配列して形成した後、構成単位毎にダイシングにより切り離すことで、多数の光導波路デバイスを一度に製造した。この実施例では、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板全体で一度に行った。下記説明における符号は全て図１及び図２に基づくものである。
【００１６】
（１）光導波路積層体１０の形成工程
酸化シリコン膜（厚さ１μｍ）２を有するシリコン基板１の上面全体にフッ素含有ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ１００５：日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３７０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、厚さ６μｍの下部クラッド３を形成した。
この下部クラッド３の上に、フッ素含有ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ３２０５：日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、厚さ６μｍのコア４となる層を形成した。
【００１７】
次に、コア４となる層上に、シリコン含有レジスト層（通常は膜厚約１μｍ程度）を設け、該レジスト層を所望のコア４のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。
該レジストパターンをエッチングマスクとして、コア４となる樹脂層をエッチングして、所望のコア４を形成した。エッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、酸素イオンを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ２−ＲＩＥ）により行った。その後、レジストパターンを剥離した。
次に、コア４及び下部クラッド３を覆うように、フッ素含有ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ１００５：日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３７０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、厚さ６μｍの上部クラッド５を形成した。
【００１８】
（２）フォトレジスト６の形成工程
上部クラッド５の上にフォトレジスト（ＲＵ−１６００Ｐ；日立化成工業株式会社製商品名）を乾燥膜厚２μｍとなるようにスピン塗布し、１００℃で乾燥後、電極形成領域７の形状のパターンを有するマスクを介して水銀ランプで露光、現像して、フォトレジスト６を形成した（図２（１））。
【００１９】
（３）電極形成領域７のエッチング工程
上記フォトレジスト６をマスクとして、光導波路積層体１０を酸素で反応性イオンエッチング（Ｏ２−ＲＩＥ）（条件：Ｏ２８０％、Ａｒ２０％、６００Ｗ、３Ｐａ）することにより酸化シリコン膜２の表面を露出させて、電極形成領域７（１．４×０．２ｍｍ）を形成した（図２（２））。
【００２０】
（４）ウェットエッチング工程
電極形成領域７を形成したデバイスを、２１ｗｔ％フッ化水素酸／フッ化アンモニウム（１：６）水溶液に室温で１０秒間浸漬した。その後、水洗を行った。ウェットエッチングにより約５００Åエッチングされた。エッチングの深さは段差計ディックタック（アネルバ製）で測定した。
【００２１】
（５）電極形成工程
ウェットエッチングを行った酸化シリコン膜２上に、Ｃｒ／Ａｕを蒸着することにより電極８（厚さ：２．３６μｍ）を形成した（図２（３））。
【００２２】
（実施例２）
実施例１において、ウェットエッチングの条件を下記表１に記載されるように変えて同様に電極形成工程まで行った。
【００２３】
（比較例１）
（４）のウェットエッチング工程を行わない他は、実施例１と全く同様にして電極形成工程まで行った。
【００２４】
【表１】
2004109425.tif 000002
【００２５】
（評価）
実施例１、２及び比較例１で製造した実施例１、２及び比較例１で製造した電極についてそれぞれ視覚により観察した。実施例１及び２の電極は、滑らかな金属光沢を有する金色であったが、比較例１の電極は、全体的に黒い外観であった。
次に、各ウエハ状の基板を構成単位毎にダイシングを行ったところ、比較例１の光導波路デバイスを用いた場合には電極はダイシング時のマーカーとして認識されなかった。一方、実施例１及び２の光導波路デバイスでは電極がダイシング時のマーカーとして認識され、マーカー基準にて測長して目的位置にダイシングを行うことができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の光導波路デバイスの製造方法によれば、良好な外観を有し、光素子の搭載精度が高い平滑な電極を有するデバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路デバイスが多数配列されたウエハである。
【図２】本発明の光導波路デバイスの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１：シリコン基板
２：酸化シリコン膜
３：下部クラッド
４：コア
５：上部クラッド
６：フォトレジスト
７：電極形成領域
８：電極
１０：光導波路積層体
【図１】
2004109425.tif 000003
【図２】
2004109425.tif 000004