(57)【要約】【課題】この発明は、光導波路のコアに依存したクラッド層の凹凸によって、ＬＳＩや受光素子、発光素子のはんだバンプ強度のばらつきが見られるという課題を解決しようとするものである。【解決手段】この発明は、コア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気配線１２、１８とを備え、発光素子１３と受光素子１７との少なくとも一方の素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線１２、１８に接続される光電気集積装置の製造方法であって、コア層２４上部のクラッド層２５を研磨して平坦化する工程と、この工程に引き続いてクラッド層２５の研磨部分を洗浄する洗浄工程とを有する。【選択図】　図１
2004053659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備えｃかつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続される光電気集積装置の製造方法であって、前記コア層上部の前記クラッド層を研磨して平坦化する工程と、この工程に引き続いて前記クラッド層の研磨部分を洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とする光電気集積装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光電気集積装置の製造方法において、前記コア層上部のクラッド層上に、該クラッド層よりも研磨速度の遅い研磨停止層を設ける工程を有することを特徴とする光電気集積装置の製造方法。
【請求項３】
光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続されている光電気集積装置において、前記コア層上部の前記クラッド層よりも研磨速度の遅い研磨停止層を前記コア層上部の前記クラッド層の上に設けたことを特徴とする光電気集積装置。
【請求項４】
光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続される光電気集積装置の製造方法であって、基板上にクラッド層を形成する工程と、この工程で形成されたクラッド層にコア層となる溝をパターニングする工程と、この工程でパターニングされた溝部分にコア材を埋め込む工程と、研磨によって前記コア材の一部を除去してコア層の形成と平坦化を行う工程と、この工程に引き続いて前記コア層の平坦化面を洗浄する洗浄工程と、前記クラッド層及び前記コア層の上にクラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光電気集積装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の光電気集積装置の製造方法において、前記溝を形成する前記クラッド層の上に、研磨による除去を行う前記コア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層を設ける工程を有することを特徴とする光電気集積装置の製造方法。
【請求項６】
光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続されている光電気集積装置において、前記コア層を形成したクラッド層の上にコア材よりも研磨速度の遅い研磨停止層を設けたことを特徴とする光電気集積装置。
【請求項７】
請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の光電気集積装置の製造方法において、前記研磨において、シリカ、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーを用いることを特徴とする光電気集積装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の光電気集積装置の製造方法において、前記研磨にて、前記スラリーを用いた研磨を行った後に、研磨粒子を含まない研磨を行うことを特徴とする光電気集積基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の光電気集積装置の製造方法において、前記洗浄工程にてブラシスクラブを用いることを特徴とする光電気集積基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電気集積基板の製造方法及び光電気集積基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、より多くの情報をやり取りするために、大容量高速の光通信の要求は高まる一方である。そのため、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。配線基板上の半導体チップ間など短距離の信号伝送においても、高速信号の伝送を行うためには、光による伝送、特に光導波路を伝送路とした光伝送システムを用いることが望ましい。光による信号伝送を行う場合には、配線の静電容量Ｃと抵抗Ｒとで決まる時定数ＣＲによる信号遅延を解消でき、また、電磁ノイズの影響を避けることができる。しかし、ＬＳＩへの電源供給や速度の遅い信号伝送は、電気信号のまま伝送するのが好ましく、電気配線も依然として光導波路と混在する。また、ＬＳＩと受光素子、発光素子との間においても、電気で信号のやり取りを行うため、光導波路と電気配線は混在することとなる。
【０００３】
このような光電気集積装置の構成例を図１に示す。集積回路であるＬＳＩ１１は電気信号を伝搬するための電気配線１２を介して発光素子１３に接続され、ＬＳＩ１１における高速データは発光素子１３で光信号に変換される。この光信号は、ミラー１４を介して光導波路１５に導入されて伝搬され、ミラー１６を介して受光素子１７に導入され、ここで、光信号から電気信号に変換される。この電気信号は、電気配線１８を伝搬して集積回路であるＬＳＩ１９にデータとして送られて処理される。ここに、ＬＳＩ１１、１９や受光素子１７、発光素子１３は、微小なはんだバンプ２０によってパッド２１、２２（図６参照）を介して光導波路１５上に実装されるのが一般的である。
【０００４】
光導波路１５の材料としては、ＳｉＯ２や半導体材料等の無機材料と、ポリイミドやエポキシ樹脂などに代表されるポリマー材料が知られている。無機材料を用いた光導波路では、プラズマＣＶＤや常圧ＣＶＤなどのＣＶＤ、ＦＭＤ（ｆｌａｍｅ　ｈｙｄｒｏｓｉｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＳＯＧに代表される塗布、スパッタなどで、クラッド層２３となるＳｉＯ２を成膜する。この上に、コア層として、ＰやＧｅなどのドーパントによって高屈折率にしたＳｉＯ２を成膜する。これをフォトリソグラフィーとドライエッチングによりコアパターン２４を形成し、その上にコア２４よりも屈折率の小さなクラッド層２５を再度成膜する。このようにして、ＳｉＯ２で形成した光導波路は、透明性が非常に高く、０．１ｄＢ／ｃｍと非常に低損失である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記光電気集積装置では、ＳｉＯ２で形成した光導波路１５は、図６に示すように、コアパターン２４にしたがってクラッド層２５の表面に凸部が生じる。
一方、ポリマ材料を用いた光導波路１５は、コア２４やクラッド層２３、２５の成膜において、真空装置などの大型で高価な製造装置を使うことはなく、非常に低コストで形成できる。例えば、信学技報Ｖｏｌ．１０１Ｎｏ．２５６ＥＭＤ２００１−３８に報告されているように、フッ素化ポリイミド材料を用いてフィルム導波路を形成し、その表面に微小はんだバンプで、受光素子や発光素子、ＬＳＩをフリップチップ実装する報告がなされている。この場合、フィルムを使っているため、非常に低コストな光電気集積装置を形成できる。しかし、この場合も、クラッド及びコア層を形成するフッ化ポリイミドを積層した後、ＲＩＥによるコアパターンを形成し、上部クラッド層を積層している。そのため、クラッド層上部には、コアに依存した凸部が形成されている。
【０００６】
従来、このような光導波路１５の凹凸に対して、その上に形成する電気回路の配線パターン１２、１８を形成する際に一様の厚みの成膜ができないことや、検査時の光導波路幅の計測における誤差が発生したり、光導波路を積層する場合に上層の光導波路が凸形状になったりするなどの問題が発生していた。従って、光導波路１５は、塗布による平坦化やクラッド層膜厚の最適化による凸部の緩和が行われている。例えば、特開平２００１−０７４９５３号公報には、ポリイミドフィルムの凹凸により配線が断線するために、クラッド層より低ガラス点温度の平坦化層を設けることによって光導波路を平坦化するものが記載されている。
【０００７】
また、このようなコア層をフォトリソグラフィーとエッチングによって形成する凸型プロセスに対して、クラッド層にコア溝を形成し、そこにコア材を埋め込んで導波路を形成する凹型プロセスが、特開平１０−１９７７３７号公報に開示されている。これは、凸パターンにおいて発生するコア幅の細りを防止する製造方法として導入されているが、コアによるクラッド層の凸部を発生させない方法として注目に値する。
【０００８】
このような光導波路と電気配線が混在する光電気集積装置においては、受発光素子のアライメントにかかるコストが大きいため、フリップチップ実装によるセルフアラインが行われている。また、それらを駆動するドライバやアンプ、ＬＳＩなども高速の電気信号を伝えるために、はんだバンプによる接続を用いる。
【０００９】
このような状況において、これら光導波路のコアに依存したクラッド層の凹凸によって、実装するＬＳＩや受光素子、発光素子のはんだバンプ強度のばらつきが見られ、信頼性が低下するという課題が発生した。これは、光導波路を形成した凹凸のある基板上において、実装するＬＳＩや受光素子、発光素子とクラッド層との間の距離が異なり、各はんだバンプの接触面積が異なるために、はんだバンプ強度のばらつきが発生したためと考えられる。この課題は、光導波路が存在し、受光素子や発光素子、ＬＳＩなどの電気素子をはんだバンプにて実装する際に特有の新たな課題である。
【００１０】
このため、光導波路上にＬＳＩなどを実装しないなどのレイアウト上の制約がかかり、スペースを有効に活用できなくなる。また、特開平２００１−０７４９５３号公報に示す方法では、特開平２００１−０７４９５３公報の図６に自ら示すように、製造条件によってはクラッド層が平坦でない場合が発生し、このようなバンプ強度の信頼性確保には不十分である。したがって、より平坦性の高い光導波路製造方法が望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、はんだバンプの接続強度を均一にすることができ、信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、より平坦性を向上させることができ、はんだバンプの接続強度を均一にすることができ、より信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、より平坦性を向上させることができ、はんだバンプの接続強度を均一にすることができ、より信頼性の高い光電気集積装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、はんだバンプの接続強度を均一にすることができて信頼性が高く、かつ、クラッド層の厚膜化を必要としない光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、コア深さのばらつきを無くすことができる光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、はんだバンプの接続強度を均一にすることができて信頼性が高く、コア深さのばらつきがない光電気集積装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、研磨速度を速くでき、十分な平坦性を得ることができる光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、研磨時のスラリーの除去を容易にでき、異物による信頼性の低下のない光電気集積装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続される光電気集積装置の製造方法であって、前記コア層上部の前記クラッド層を研磨して平坦化する工程と、この工程に引き続いて前記クラッド層の研磨部分を洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の光電気集積装置の製造方法において、前記コア層上部のクラッド層上に、該クラッド層よりも研磨速度の遅い研磨停止層を設ける工程を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続されている光電気集積装置において、前記コア層上部の前記クラッド層よりも研磨速度の遅い研磨停止層を前記コア層上部の前記クラッド層の上に設けたものである。
【００１８】
請求項４に係る発明は、光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続される光電気集積装置の製造方法であって、基板上にクラッド層を形成する工程と、この工程で形成されたクラッド層にコア層となる溝をパターニングする工程と、この工程でパターニングされた溝部分にコア材を埋め込む工程と、研磨によって前記コア材の一部を除去してコア層の形成と平坦化を行う工程と、この工程に引き続いて前記コア層の平坦化面を洗浄する洗浄工程と、前記クラッド層及び前記コア層の上にクラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の光電気集積装置の製造方法において、前記溝を形成する前記クラッド層の上に、研磨による除去を行う前記コア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層を設ける工程を有することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に係る発明は、光信号が伝搬されるコア層及びクラッド層を有する光導波路と、電気信号が伝搬される電気配線とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路がはんだバンプにより電気配線に接続されている光電気集積装置において、前記コア層を形成したクラッド層の上にコア材よりも研磨速度の遅い研磨停止層を設けたものである。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の光電気集積装置の製造方法において、前記研磨において、シリカ、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーを用いることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項７記載の光電気集積装置の製造方法において、前記研磨にて、前記スラリーを用いた研磨を行った後に、研磨粒子を含まない研磨を行うことを特徴とする。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項７記載の光電気集積装置の製造方法において、前記洗浄工程にてブラシスクラブを用いることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態は、前述した図１に示す光電気集積装置の製造方法であり、化学的機械研磨を光導波路１５の上部クラッド層２５に対して行うか、もしくはクラッド層２３に形成したコア溝にコア材を埋め込んだ後に化学的機械研磨を行うことで、コア２４の形成と平坦化を同時に行う。この研磨は、シリカやアルミナ、酸化セリウムを研磨剤として含むスラリーを用い、研磨パッドとしては発泡ウレタンや不織布からなるパッドを用いることができる。特に、光導波路１５の良好な平坦性を得るには、研磨パッドは２層パッドを用いてもよく、研磨パッドの上層は比較的やわらかくて研磨面に傷をつけない材質のものとし、研磨パッドの下層はより平坦性を得るために比較的硬い材質のものとすれば、平坦性と表面の傷などが問題ないことの両立が可能となる。
【００２５】
また、研磨剤を含むスラリーは、研磨後に研磨表面を乾燥させると、遺物として残留して除去しにくいため、スラリーを用いた研磨を行った後、純水などスラリーを含まない溶媒により、２次研磨を行い、更に、乾燥させる前に、基板の両面をＰＶＡブラシなどによるブラシスクラブ洗浄を行ってから乾燥させるのが望ましい。
【００２６】
凸型の光導波路においては、研磨による平坦化を行う上部クラッド層２５上に、クラッド層２５よりも研磨速度の遅い研磨停止層を形成することによって、より平坦性が向上する。これは、化学的機械研磨において、クラッド層２５の凸部と研磨パッドとの圧力が大きく、この部分の研磨速度が大きいために凸部が平坦化されるのであるが、光導波路における下層にコアがないフラットな部分も研磨速度は小さいものの、研磨により除去されるため、クラッド層２５の平坦化までに時間がかかり、研磨量も多くなる。
【００２７】
一方、クラッド層２５上に、研磨速度の遅い研磨停止層を形成することで、光導波路の凸部は研磨停止層が研磨により除去されてクラッド層が露出する。この時、光導波路におけるフラットな部分には研磨停止層が残っているため、光導波路は凸部のみが選択的に研磨され、より少ない時間、研磨量で、より平坦な面が得られる。
【００２８】
クラッド層を研磨により平坦化する場合には、図６に示すように、少なくともクラッド層２５の凸部の高さｔとコア部２４上の最終的なクラッド層厚みを足した膜厚を成膜する必要がある。また、コア溝にコア材を埋め込む場合には、ＣＶＤなどのコンフォーマルな埋め込み特性の膜では、ほぼコア幅の半分でコア溝の埋め込みが完了し、更にＳＯＧなどの塗布膜のように埋め込みが良好な膜では、コア深さに対して半分以下の成膜量で十分な埋め込みができる。また、上部クラッド層２５の厚みは、最終的なクラッド層厚み分だけでよい。したがって、凹型の光導波路の方が厚膜によるクラックや収縮の問題を受けにくいプロセスである。
【００２９】
また、凹型の光導波路は、凸型の光導波路が上部クラッド層２５の凸部を研磨により平坦化するのに対して、クラッド層２３の平坦な部分に溝を形成して、導波路コアを作製するため、より平坦な面が得られ好ましい。さらに、凹型の光導波路は、コア幅についても、細りなどの課題も発生しにくいことは従来例にある通りで好ましいプロセスである。
【００３０】
図４は本発明の光電気集積装置の製造方法における凹型の光導波路作製プロセスの一例の各工程を示す。
基板２６としては、ＳｉＯ２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料またはポリイミドなどの有機材料、及びプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、ＳｉＯ２などの無機材料や、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの有機材料に関して、コア材２４ａより屈折率の小さな樹脂を用いてクラッド層２３を形成する。後述するように、コア材２４ａの不要部分を研磨によって除去するが、クラッド層２３とコア層２４ａに関しては屈折率を調整した同様の材料を用いる場合には、コア材２４ａの研磨によってクラッド層２３も研磨されてしまい、コア２４の深さにばらつきが生じる恐れがあるため、クラッド層２３の上部に、コア材２４ａに対して研磨速度が遅い研磨停止層２７を形成することによって、コア２４の深さを設計値どおりの均一な深さに形成できる。コア材２４ａとクラッド層２３とが異なる材質で、コア層２４ａの材質の研磨速度に対してクラッド層２３の材質の研磨速度が遅い場合には、研磨停止層２７は特に必要はない。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、研磨停止層２７とクラッド層２３にコア溝パターン２８を形成する。コア溝２８のパターニングの方法としては、研磨停止層２７とクラッド層２３が無機膜の場合には、フォトリソグラフィーとエッチングによる半導体微細加工を用いたものが一般的であるが、研磨停止層２７とクラッド層２３が有機膜の場合には、その他に、インプリンティングやスタンパ−などの型成形によるもの、クラッド層を感光性樹脂とするものなどより低コストな手法が使える。このコア溝２８には、図４（ｃ）に示すように、クラッド層２３より高屈折率のコア材２４ａを埋め込む。
【００３３】
次いで、シリカやアルミナ、酸化セリウムを研磨剤にもつスラリーを用いて、コア材２４ａの化学的機械研磨を行い、コア溝２８以外のコア材２４ａを除去し、図４（ｄ）に示すように、コア２４を形成する。このとき、コア材２４ａとクラッド層２３とは材質が同等で研磨速度に差がない場合でも、コア材２４ａよりも研磨速度が遅い研磨停止層２７を形成しておけば、研磨停止層２７で研磨は停止し、研磨によるコア２４の深さのばらつきはなくなり設計値どおりにコア２４の深さを形成できる。また、研磨停止層２７の研磨速度はコア材２４ａの研磨速度に対して遅いもの程よく、その研磨速度比によって必要な研磨停止層２７の膜厚が決定される。一般には、研磨停止層２７は、コア２４の深さに比べて十分に小さな膜厚でも効果が得られるため、除去せずとも光損失に影響しない。最後に、図４（ｅ）に示すように、クラッド層２３及びコア２４の上にクラッド層２５を形成し、クラッド層２５の表面が非常に平坦な光導波路１５を形成できる。必要があれば、ウエットやドライの選択的なエッチングによって、研磨除去層２７を除いてからクラッド層２５を形成してもよい。
【００３４】
研磨停止層２７としては、被研磨層がＳｉＯ２やＳｉ及びそれらに不純物をドーピングした材料である場合には、ＳｉＮやＳｉＯＮ膜が研磨停止層として有効であり、また、被研磨膜がポリイミドやエポキシ樹脂、ＰＭＭＡなどの樹脂である場合には、ＳｉＯ２やＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｓｉなどの無機膜が研磨停止層として有効である。
【００３５】
次に、本発明の実施例１について説明する。この実施例１は前述した図１に示す光電気集積装置の製造方法である。
図２は実施例１により製造した光電気集積装置の一部を示す。
この実施例１では、基板２６としてＳｉ基板を用い、その上部に公知技術により、ＴＥＯＳ−Ｏ３を使った常圧ＣＶＤにて、ＳｉＯ２からなるクラッド層２３を形成し、このクラッド層２３の上にＰやＧｅなどのドーパント濃度を調整して、より屈折率の高いコア層を形成した。次いで、このコア層はフォトリソグラフィー及びＲＩＥによるエッチングにより、コアパターンに形成した。このコアパターンのコア２４のサイズは、シングルモード導波路となるように６×６μｍとした。同様に常圧ＣＶＤにてクラッド層２３及びコア２４の上にクラッド層２５を形成した。ここで、研磨パッドとして、２層の構造の発泡ウレタンパッドであるＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ−ＩＶ（ロデール製）を用い、スラリーとして、シリカ粒子を含むＳＳ−１２（キャボット製）を用いて、クラッド層２５の化学的機械研磨を行った。スラリーを用いた研磨に引き続いて、スラリーを用いず純水のみで、パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ（ロデール製）を用いて、クラッド層２５の２次研磨をし、その表面を乾燥させないまま、ブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。初期にほぼコア段差分約６μｍ存在したクラッド層２５表面の凹凸は、研磨後に１／２０となった。
【００３６】
このクラッド層２５の上部に、電気配線１２、１８及びパッド２２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕで形成した。また、受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１は同様に最表面をＡｕとした。はんだバンプ２０として、Ａｕ−Ｓｎを用い、３５０℃でリフローして、クラッド層２５上の電気配線１２、１８及びパッド２２と受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１とをはんだバンプ２０で接続して光電気集積装置を形成した。この光電気集積装置は、クラッド層２５の表面が平坦で、はんだバンプ２０の接触面積が均一であるため、はんだバンプ２０は１個あたりのせん断接着強度のばらつきが小さく、十分な強度を示した。また、この光電気集積装置は、高温高圧のプレッシャクッカー試験でも、問題となる不良が発生しなかった。
ここでは、シリカ粒子を含むスラリーを用いたが、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーでもクラッド層２５の十分な研磨速度と平坦性が得られる。
【００３７】
この実施例１によれば、光信号が伝搬されるコア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気信号が伝搬される電気配線１２、１８とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子１３と、光信号を電気信号に変換するための受光素子１７との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線１２、１８に接続される光電気集積装置の製造方法であって、コア層２４上部のクラッド層２５を研磨して平坦化する工程と、この工程に引き続いてクラッド層２５の研磨部分を洗浄する洗浄工程とを有するので、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００３８】
次に、本発明の実施例２について説明する。
図３は実施例２により製造した光電気集積装置の一部を示す。
この実施例２では、研磨停止層以外については、上記実施例１と同様の手順で作製した。Ｓｉ基板２６上に公知技術により、ＴＥＯＳ−Ｏ３を使った常圧ＣＶＤにて、ＳｉＯ２からなるクラッド層２３を形成し、このクラッド層２３の上にＰやＧｅなどのドーパント濃度を調整して、より屈折率の高いコア層を形成し、次いで、このコア層はフォトリソグラフィー及びＲＩＥによるエッチングにより、コアパターンに形成した。このコアパターンのコア２４のサイズは、６×６μｍとした。クラッド層２３及びコア２４の上には常圧ＣＶＤにてクラッド層２５を形成した。
【００３９】
さらに、このクラッド層２５の上部に、研磨停止層２９として、ＳｉＨ４とＮＨ３ガスを用いて、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を膜厚０．５μｍ形成した。クラッド層２５のＳｉＯ２に対して、プラズマＣＶＤで形成したＳｉＮ膜２９の研磨速度比は、１／１２であった。ここで、研磨パッドとして、発泡ウレタンパッドであるＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ−ＩＶ（ロデール製）を用い、スラリーとして、シリカ粒子を含むＳＳ−１２（キャボット製）を用いて、研磨停止層２９の化学的機械研磨を行った。スラリーを用いた研磨に引き続いて、スラリーを用いず純水のみで、パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ（ロデール製）を用いて、研磨停止層２９の２次研磨をし、その表面を乾燥させないまま、ブラシスクラブを行って研磨面の洗浄を行った。初期にほぼコア段差分約６μｍ存在した光導波路１５の凹凸は、研磨後には１／５０となった。
【００４０】
この光導波路１５の上部には、電気配線１２、１８及びパッド２２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕで形成した。また、受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１は同様に最表面をＡｕとした。はんだバンプ２０として、Ａｕ−Ｓｎを用い、３５０℃でリフローして、クラッド層２５及び研磨停止層２９上の電気配線１２、１８及びパッド２２と受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１とをはんだバンプ２０で接続して光電気集積装置を形成した。この光電気集積装置は、クラッド層２５及び研磨停止層２９の上面が平坦で、はんだバンプ２０の接触面積が均一であるため、はんだバンプ２０は１個あたりのせん断接着強度のばらつきが小さく、十分な強度を示した。また、この光電気集積装置は、高温高圧のプレッシャクッカー試験でも、問題となる不良が発生しなかった。
ここでは、シリカ粒子を含むスラリーを用いたが、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーでも研磨停止層２９の十分な研磨速度と平坦性が得られる。
【００４１】
この実施形態２によれば、光信号が伝搬されるコア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気信号が伝搬される電気配線１２、１８とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子１３と、光信号を電気信号に変換するための受光素子１７との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線１２、１８に接続される光電気集積装置の製造方法であって、コア層２４上部のクラッド層２５を研磨して平坦化する工程と、この工程に引き続いてクラッド層２５の研磨部分を洗浄する洗浄工程と、コア層２４の上部のクラッド層２５上に、該クラッド層２５よりも研磨速度の遅い研磨停止層２９を設ける工程とを有するので、より信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００４２】
また、実施形態２によれば、光信号が伝搬されるコア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気信号が伝搬される電気配線１２、１８とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子１３と、光信号を電気信号に変換するための受光素子１７との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線に接続されている光電気集積装置において、コア層２４上部のクラッド層２５よりも研磨速度の遅い研磨停止層２９をコア層２４上部のクラッド層２５の上に設けたので、光導波路上部の平坦性がより向上し、はんだバンプの接続強度を均一にでき、より信頼性の高い光電気集積装置を提供できる。
【００４３】
次に、本発明の実施例３について説明する。
図５は実施例３により製造した光電気集積装置の一部を示す。
この実施例３では、基板上にクラッド２３層を形成する工程は基板とクラッド層２３を兼ねた耐熱性の厚さ１００μｍのフッ素化ポリイミドフィルムを製作する工程とし、このフッ素化ポリイミドフィルムに研磨停止層３０としてＳｉＯ２膜を厚さ０．２μｍだけコーティングした。これにフォトリソグラフィーを行い、まずフッ素ガスを用いたＲＩＥによりＳｉＯ２膜をエッチングしてレジスト除去を行い、このＳｉＯ２膜をマスクに下層のポリイミドフィルムをエッチングしてコア溝パターンを形成した。このコア溝パターンのコア溝のサイズは、マルチモード導波路となるように５０×５０μｍとした。ここに、より高屈折率のフッ素化ポリイミド樹脂をコア材としてコア溝に塗布し、コア層をコア溝に埋め込んだ。このとき、コア層以外にも、フッ素化ポリイミドが形成される。ここで、研磨パッドとして、発泡ウレタンパッドであるＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ−ＩＶ（ロデール製）を用い、スラリーとして、０．３μｍのアルミナ粒子を含む研磨剤を用いて、コア材の化学的機械研磨を行った。このとき、コア材と研磨停止層３０の研磨速度比は、２０：１であった。
【００４４】
次いで、スラリーを用いず純水のみで、パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ（ロデール製）を用いて、コア材の２次研磨をし、その表面を乾燥させないまま、ブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。これにより、コア溝にのみコア材を残すことができ、コア２４を形成できた。また、研磨面には、研磨停止層３０のみが露出しており、下層のクラッド層２３の露出はなく、設計値どおりのコア２４の深さを得、十分な平坦性を得ることができる。この研磨停止層３０及びコア２４の上にフッ素化ポリイミド樹脂を塗布形成してクラッド層２５とした。この上部クラッド層２５は、非常に平坦な光導波路１５を形成できた。
【００４５】
このクラッド層２５の上部には、電気配線１２、１８及びパッド２２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕで形成した。また、受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１は同様に最表面をＡｕとした。はんだバンプ２０として、Ａｇ−Ｓｎを用い、２５０℃でリフローして、クラッド層２５上の電気配線１２、１８及びパッド２２と受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１とをはんだバンプ２０で接続して光電気集積装置を形成した。この光電気集積装置は、クラッド層２５の上面が平坦で、はんだバンプ２０の接触面積が均一であるため、はんだバンプは１個あたりのせん断接着強度のばらつきが小さく、十分な強度を示した。また、この光電気集積装置は、高温高圧のプレッシャクッカー試験でも、問題となる不良が発生しなかった。ここでは、アルミナ粒子を含むスラリーを用いたが、シリカ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーでも研磨停止層３０の十分な研磨速度と平坦性が得られる。
【００４６】
この実施例３によれば、光信号が伝搬されるコア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気信号が伝搬される電気配線１２、１８とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子１３と、光信号を電気信号に変換するための受光素子１７との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線１２、１８に接続される光電気集積装置の製造方法であって、基板上にクラッド層２３を形成する工程と、この工程で形成されたクラッド層２３にコア層となる溝をパターニングする工程と、この工程でパターニングされた溝部分にコア材を埋め込む工程と、研磨によって前記コア材の一部を除去してコア層２４の形成と平坦化を行う工程と、この工程に引き続いて前記コア層の平坦化面を洗浄する洗浄工程と、前記クラッド層２３及び前記コア層２４の上にクラッド層２５を形成する工程とを有するので、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供でき、かつ、クラッド層の厚膜化を必要としない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００４７】
さらに、実施例３によれば、溝を形成するクラッド層２３の上に、研磨による除去を行うコア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層３０を設ける工程を有するので、コア深さが設計値どおりで深さバラツキのない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００４８】
次に、本発明の実施例４について説明する。
この実施例４では、上記実施例１と同様に、基板として、Ｓｉ基板を用い、その上部に公知技術により、ＴＥＯＳ−Ｏ３を使った常圧ＣＶＤにて、ＳｉＯ２からなるクラッド層２３を形成した。さらに、このクラッド層２３の上部には、研磨停止層として、ＳｉＨ４とＮＨ３ガスを用いて、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を膜厚０．２μｍ形成した。クラッド層２３のＳｉＯ２に対して、プラズマＣＶＤで形成したＳｉＮ膜の研磨速度比は、１／１２であった。凹型光導波路形成プロセスにおいては、研磨面は比較的フラットであり、研磨停止層は凸型光導波路に比べて薄くてもよい。
【００４９】
次いで、研磨停止層のフォトリソグラフィーを行い、ＣＨＦ３とＣＦ４ガスを用いたＲＩＥにより上層のＳｉＮ膜及び下層のＳｉＯ２膜をエッチングしてレジスト除去を行い、コア溝パターンを形成した。このコア溝パターンのコア溝のサイズは、シングルモード導波路となるように６×６μｍとした。次いで、ＴＥＯＳ−Ｏ３を使った常圧ＣＶＤにて、ＰやＧｅなどのドーパント濃度を調整して、より屈折率の高いコア材をコア溝に埋め込んだ。
【００５０】
ここで、実施例１と同様に、研磨パッドとして、２層の構造の発泡ウレタンパッドであるＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ−ＩＶ（ロデール製）を用い、スラリーとして、シリカ粒子を含むＳＳ−１２（キャボット製）を用いて、コア材の化学的機械研磨を行い、ＳｉＮ膜が露出した時点でコア材をコア溝以外から除去して平坦化を行った。スラリーを用いたコア材の研磨に引き続いて、スラリーを用いず純水のみで、パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ（ロデール製）を用いて、コア材を２次研磨し、その表面を乾燥させないまま、ブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。
【００５１】
化学的機械研磨によってコア層２４が形成され、研磨停止層としてのＳｉＮ膜厚は非常に薄く光学的に問題ないため、ここでは特に除去せずに、さらにその上層に、ＴＥＯＳ−Ｏ３を使った常圧ＣＶＤにて、ＳｉＯ２からなるクラッド層２５を形成した。このような凹型光導波路プロセスで、平坦性の高い光導波路１５を形成した。ここでは研磨停止層は、除去しなかったが、熱リン酸を用いてＳｉＮ膜を選択的に除去してもよい。
【００５２】
この光導波路１５の上部には、電気配線１２、１８及びパッド２２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕで形成した。また、受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１は同様に最表面をＡｕとした。はんだバンプ２０として、Ａｕ−Ｓｎを用い、３５０℃でリフローして、クラッド層２５上の電気配線１２、１８及びパッド２２と受光素子１７、発光素子１３、ＬＳＩ１１、１９側のパッド２１とをはんだバンプ２０で接続して光電気集積装置を形成した。この光電気集積装置は、クラッド層２５の上面が平坦で、はんだバンプの接触面積が均一であるため、はんだバンプは１個あたりのせん断接着強度のばらつきが小さく、十分な強度を示した。また、この光電気集積装置は、高温高圧のプレッシャクッカー試験でも、問題となる不良が発生しなかった。ここでは、シリカ粒子を含むスラリーを用いたが、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーでも光導波路の十分な研磨速度と平坦性が得られる。
【００５３】
この実施例４によれば、光信号が伝搬されるコア層２４及びクラッド層２３、２５を有する光導波路１５と、電気信号が伝搬される電気配線１２、１８とを備え、かつ、電気信号を光信号に変換するための発光素子１３と、光信号を電気信号に変換するための受光素子１７との少なくとも一方の素子を備え、この素子との間で電気信号の授受を行う集積回路１１、１９がはんだバンプ２０により電気配線１２、１８に接続されている光電気集積装置において、コア層２４を形成したクラッド層２３の上にコア材よりも研磨速度の遅い研磨停止層を設けたので、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性が高く、かつコア深さが設計値どおりで深さバラツキのない光電気集積装置を提供できる。
【００５４】
また、実施例１〜３によれば、前記研磨において、シリカ、アルミナ、酸化セリウムの研磨剤を含むスラリーを用いることにより、十分な研磨速度を得ながら、良好な平坦性を得られる光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００５５】
また、実施例１〜３によれば、前記研磨において、前記スラリーを用いた研磨を行った後に、研磨粒子を含まない研磨を行うので、研磨面における研磨剤の残留を防止でき、異物による信頼性の低下のない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００５６】
また、実施例１〜３によれば、洗浄工程にてブラシスクラブを用いるので、研磨面における研磨剤の残留を防止でき、異物による信頼性の低下のない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、より信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、光導波路上部の平坦性がより向上し、はんだバンプの接続強度を均一にでき、より信頼性の高い光電気集積装置を提供できる。
【００５８】
また、本発明によれば、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性の高い光電気集積装置の製造方法を提供でき、かつ、クラッド層の厚膜化を必要としない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、コア深さが設計値どおりで深さバラツキのない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【００５９】
また、本発明によれば、はんだバンプの接続強度を均一にでき、信頼性が高く、かつコア深さが設計値どおりで深さバラツキのない光電気集積装置を提供できる。
また、本発明によれば、十分な研磨速度を得ながら、良好な平坦性を得られる光電気集積装置の製造方法を提供できる。
さらに、本発明によれば、研磨面における研磨剤の残留を防止でき、異物による信頼性の低下のない光電気集積装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光電気集積装置の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１により製造した光電気集積装置の一部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２により製造した光電気集積装置の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の光電気集積装置の製造方法における凹型の光導波路作製プロセスの一例の各工程を示す工程図である。
【図５】本発明の実施例３により製造した光電気集積装置の一部を示す断面図である。
【図６】図１に示す光電気集積装置の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１１、１９　　　ＬＳＩ
１２、１８　　　電気配線
１３　　　発光素子
１４、１６　　　ミラー
１５　　　光導波路
１７　　　受光素子
２０　　　はんだバンプ
２１、２２　　　パッド
２４　　　コア
２４ａ　　　コア材
２５　　　クラッド層
２６　　　基板
２７、２９、３０　　　研磨停止層
２８　　　コア溝
【図１】
2004053659.tif 000003
【図２】
2004053659.tif 000004
【図３】
2004053659.tif 000005
【図４】
2004053659.tif 000006
【図５】
2004053659.tif 000007
【図６】
2004053659.tif 000008