(57)【要約】【課題】携帯用光記録装置に適用可能な超小型化した、光発生器／光検出器モジュールと光ピックアップ装置、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】板状SOI基板、この基板上のシリコン層21が除去された部分にある電極用金属パッド24、このパッド上のレーザーダイオード31、及びダイオードからの光を反射するミラー21aを備える光発生器モジュール20と、このモジュール上に、シリコン基板1、光出射口2を設けた出射口薄膜3、及び前記レーザ光と光ディスクからの光信号を受け入れて電気信号に変換/検出するためシリコン基板上に形成されるフォトダイオード12-16を備える光検出器モジュール10と、光発生器モジュールと光検出器モジュール間に接合され、これらのモジュールを所定間隔に維持するスペーサ7と、を含んで光ピックアップ装置50が構成される。【選択図】図１
2004289122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間部にキャビティが形成されるシリコン基板と、
前記シリコン基板のキャビティ上に形成され、光を通過させるための光出射口が形成される出射口薄膜と、
光源から出射される光及び光ディスクから反射される光信号を受け入れて電気信号に変換/検出するように、前記シリコン基板の上面に形成されるフォトダイオードと、を備えることを特徴とする光検出器モジュール。
【請求項２】
前記出射口薄膜の上面には、反射薄膜が更に形成されることを特徴とする請求項１記載の光検出器モジュール。
【請求項３】
前記フォトダイオードは、
共通の接地電極と、
光源からの光出力をモニタリングして光出力がフィードバッグ制御回路を介して所定レベルに維持される出射レーザービームモニタ用フォトダイオードと、
光ディスクの記録膜から反射される光信号に内包されたデータ情報を有する高周波信号検出用フォトダイオードと、
前記光ディスク上に照射されるレーザービームの焦点形状及び焦点深度に関する情報を検出するため、六つの領域に分割されて左右に配置される複数のフォトダイオードセグメントと、から構成されることを特徴とする請求項１記載の光検出器モジュール。
【請求項４】
前記各フォトダイオードは、半導体素子のP-N接合ダイオードまたはP-I-N接合ダイオードのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項３記載の光検出器モジュール。
【請求項５】
前記シリコン基板の上面両端にスペーサが設置されることを特徴とする請求項１記載の光検出器モジュール。
【請求項６】
前記スペーサは、所定濃度のナトリウム(Na)を含んでいるソーダライムガラスであることを特徴とする請求項４記載の光検出器モジュール。
【請求項７】
上部シリコン層と下部シリコン層間にシリコン酸化膜が形成される板状SOI基板と、
前記SOI基板の上面の中で、上部シリコン層が除去された部分に付着される電極用金属パッドと、
前記電極用金属パッドの上面に付着されるレーザーダイオードと、
前記レーザーダイオードから出射される光を反射するように、前記上部シリコン層の一側に４５゜傾斜して形成されるミラーと、を備えることを特徴とする光発生器モジュール。
【請求項８】
前記SOI基板の上面両端にスペーサが接合されることを特徴とする請求項７記載の光発生器モジュール。
【請求項９】
前記スペーサは、ソーダライムガラスであることを特徴とする請求項８記載の光発生器モジュール。
【請求項１０】
上部シリコン層と下部シリコン層間にシリコン酸化膜が形成される板状SOI基板、前記SOI基板の上面中、上部シリコン層が除去された部分に付着される電極用金属パッド、この電極用金属パッドの上面に付着されるレーザーダイオード、および前記レーザーダイオードから出射される光を反射するように、前記上部シリコン層の一側に４５゜傾斜して形成されるミラーを備える光発生器モジュールと、
前記光発生器モジュールの上側に配置されて中央部にキャビティが形成されるシリコン基板、このシリコン基板のキャビティ上に形成され、中心部分を光が通る光出射口を設けた出射口薄膜、および前記レーザーダイオードから出射される光及び光ディスクから反射されて情報を内包した光信号を受け入れて電気信号に変換/検出するように、前記シリコン基板の上面に形成されるフォトダイオードを備える光検出器モジュールと、
前記光発生器モジュールと光検出器モジュール間に接合され、前記光発生器モジュールと光検出器モジュールを所定の間隔に均一に維持するスペーサと、を含んで構成されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
ｎ型不純物がドーピングされた[100]結晶方向のシリコン基板を母材とし、このシリコン基板の上面に感光膜をパターニングして、p型不純物を注入するための注入口を形成し、前記感光膜をマスクとして前記p型不純物を前記注入口に注入した後、前記感光膜を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経て真性ウェルを形成する第１工程と、
前記シリコン基板の上面に感光膜をパターニングして、前記p型不純物を前記真性ウェルの一部領域に形成した後、前記感光膜を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経てフォトダイオードp型接合を形成し、さらに、熱処理してp-I-n接合構造を有するフォトダイオードを完成する第２工程と、
フォトダイオードが完成したシリコン基板の上面及び下面に、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の三重構造からなる多層薄膜をそれぞれ蒸着し、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされた感光膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板の上面に形成された多層薄膜中、前記感光膜によりカバーリングされない部分を除去した後、前記感光膜を除去する第３工程と、
前記シリコン基板の上面にフォトダイオード及び反射薄膜を形成するために金属薄膜を蒸着し、前記蒸着された金属薄膜の表面にフォトリソグラフィ工程により感光膜をパターニングし、該感光膜をエッチングマスクとして前記金属薄膜を選択的に除去した後、前記感光膜を除去することで、フォトダイオード用金属電極配線、金属電極パッド及び反射薄膜を形成する第４工程と、
前記シリコン基板の上面に金属薄膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程及び薄膜エッチング技術を利用して、光出射口が形成される部分に位置したエッチングマスク用金属薄膜の一部を除去する第５工程と、
前記シリコン基板の下面に感光膜をパターニングして、前記感光膜をウエハの上面に形成された出射口薄膜と整列されるようにし、前記感光膜を利用して前記シリコン基板の下面にエッチングマスク用多層薄膜をパターニングした後前記感光膜を除去して、次の工程で行う湿式異方性シリコンエッチング技術のためのエッチング領域を確保する第６工程と、
前記エッチングマスク薄膜を通して露出された基板の下面のシリコンを、異方性シリコンエッチング溶液に含浸させてエッチングすることで、キャビティを形成する第７工程と、
前記シリコン基板の上面に形成されているエッチングマスク用金属薄膜を通して露出された多層薄膜を反応性イオンエッチングにより除去し、前記マスク用薄膜を除去して光出射口を完成する第８工程と、
ガラス材のスペーサを前記シリコン基板とウエハ形状に接合した後、個別チップ単位でダイシングを行う第９工程と、
を含むことを特徴とする光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程において、前記p型不純物は、ホウ素またはフッ化ホウ素のいずれかを使用することを特徴とする請求項１１記載の光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程において、前記シリコン基板の上面及び下面に、低応力シリコン窒化膜を化学蒸着法によりそれぞれ蒸着することを特徴とする請求項１１記載の光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程において、前記シリコン基板の上面及び下面に、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の三重構造からなる多層薄膜を化学蒸着法によりそれぞれ蒸着することを特徴とする請求項１１記載の光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記第６工程において、両面整列技術を利用して、前記シリコン基板の下面に感光膜をパターニングすることを特徴とする請求項１１記載の光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記第７工程において、異方性シリコンエッチング溶液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、TMAH及びEDPのいずれかの１つの溶液であることを特徴とする請求項１１記載の光検出器モジュールの製造方法。
【請求項１７】
SOI基板を母材として、前記SOI基板の上面及び下面に、異方性シリコンエッチングマスク層として利用される、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜など、異方性シリコンエッチング溶液にエッチングされないマスク薄膜をそれぞれ形成する第１工程と、
前記SOI基板の上部シリコン層の表面に形成されているエッチングマスク薄膜の表面に感光膜を塗布し、フォトリソグラフィ工程により感光膜をパターニングした後、該感光膜をエッチングマスクとして露出されたエッチングマスク薄膜領域を反応性イオンエッチング技術により除去して異方性エッチング領域を形成し、残留感光膜を除去する第２工程と、
エッチングマスク薄膜の中に露出した上部シリコン層（22）を異方性シリコンエッチング溶液に含浸させてエッチングして、上部シリコン層の[１１１]結晶平面で一次的にエッチングが停止され、その後、シリコン酸化膜で二次的にエッチングが停止され、異方性シリコンエッチング工程が完了した後、エッチングマスクとして使用されるSOI基板の上下面のマスク薄膜を除去する第３工程と、
結晶平面が形成された上部シリコン層の表面に厚膜の感光膜を塗布した後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングし、前記感光膜のパターン上に金属薄膜を蒸着する第４工程と、
前記感光膜を有機溶剤に含浸させて溶解し、前記感光膜と共に該感光膜の上面に形成された金属薄膜を除去して、感光膜が形成されない酸化膜上のSOI基板の所定領域にのみ金属薄膜を残して電極用金属パッドを形成する第５工程と、
ミラー及び電極用金属パッドが形成されたSOI基板に、整列組立用スペーサを整列/組立てた後、個別チップ単位でダイシングを行い、ソルダー接合技術を利用してレーザーダイオードを電極用金属パッドに整列する第６工程と、
を含むことを特徴とする光発生器モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第３工程において、異方性シリコンエッチング溶液は、KOH、NaOH、TMAH及びEDPの何れか１つの溶液であることを特徴とする請求項１７記載の光発生器モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記第３工程において、[１００]結晶平面に対し９.７４゜傾斜して研磨された表面を有する上部シリコン層をエッチングした後形成されるエッチング残留面の[１１１]結晶平面は、前記SOI基板の表面と４５゜傾斜をなす結晶平面を有し、前記傾斜面と対向する他のエッチング残留面の[１１１]結晶平面は、SOI基板の表面と６４.４８゜をなすことを特徴とする請求項１７記載の光発生器モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記ガラスは、４５゜傾斜した結晶平面を有することを特徴とする請求項１７記載の光発生器モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記第６工程において、陽極接合及びエポキシ樹脂接合の一方を用いて、前記SOI基板に前記スペーサを接合することを特徴とする請求項１７記載の光発生器モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記憶装置(optical data storage)において、光情報を記録するための光ピックアップ装置に係るもので、詳しくは、光発生器モジュール、光検出器モジュール及び光ピックアップ装置を超小型化することで携帯用光記録装置に適用できる光発生器モジュール、光検出器モジュール及びこれらを結合した光ピックアップ装置、並びにこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、デジタルマルチメディア環境の発展、個人用コンピュータの一般化、データ伝送網の普遍化、並びに無線及び移動通信技術の進歩によって、デジタルテレビ、デジタルオーディオ、個人情報端末機及び画像電話などの移動情報通信手段が普遍化することによって、これらの装置で加工/処理/保存すべき情報容量の大幅な増大と共に、携帯機器に適合した小型、軽量化が主な技術的解決課題として台頭している。
【０００３】
従来、CD及びDVDなどのピックアップ光学系の構成において、集束レンズ、視準レンズ(collimating lens)、偏光分割器(polarizing beam splitter)などの独立的な受動光学部品を、予め製作された組立機構の内部に光経路に合うように整列及び組立て、光検出部の構成においても、個別的にパッケージングされたレーザーダイオード及びフォトダイオードを、光経路に合うように予め製作された組立機構に組立てる方式を採択している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然るに、このような従来の方式においては、各光学部品の小型化の実現が難しく、レーザー光源及びフォトダイオードの部品もそれぞれ分離された形態であるため小型化の実現には限界があり、携帯用光記録装置への適用が難しいという不都合な点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、光発生器モジュール、光検出器モジュール及び光ピックアップ装置を超小型化することで携帯用光記録装置に適用できる光発生器モジュール、光検出器モジュール及びこれらを結合した光ピックアップ装置、並びにこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、マイクロマシニング技術及び半導体素子の製造工程を適用することで、大量生産に適合し、部品の単価を節減し、部品の均一度を向上できる光発生器モジュール、光検出器モジュール及びこれらを結合した光ピックアップ装置、並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、本発明は、中間部にキャビティが形成されるシリコン基板と、シリコン基板のキャビティ上に形成され、光を通過させるための光出射口が形成される出射口薄膜と、光源から出射される光及び光ディスクから反射される光信号を受け入れて電気信号に変換/検出するように、シリコン基板の上面に形成されるフォトダイオードと、を備える光検出器モジュールを提供する。
【０００８】
また、本発明は、上部シリコン層と下部シリコン層間にシリコン酸化膜が形成される板状SOI(Silicon On Insulator)基板と、SOI基板の上面の中で、上部シリコン層が除去された部分に付着される電極用金属パッドと、この電極用金属パッドの上面に付着されるレーザーダイオードと、レーザーダイオードから出射される光を反射するように、上部シリコン層の一側に４５゜傾斜して形成されるミラーと、を備える光発生器モジュールを提供する。
【０００９】
また、本発明は、上部シリコン層と下部シリコン層間にシリコン酸化膜が形成される板状SOI基板、このSOI基板の上面中、上部シリコン層が除去された部分に付着される電極用金属パッド、この電極用金属パッドの上面に付着されるレーザーダイオード、レーザーダイオードから出射される光を反射するように上部シリコン層の一側に４５゜傾斜して形成されるミラーを備える光発生器モジュールと、
前記光発生器モジュールの上側に配置されて中央部にキャビティが形成されるシリコン基板、このシリコン基板のキャビティ上に形成されて中心部分を光が通る光出射口を設けた出射口薄膜、およびレーザーダイオードから出射される光及び光ディスクから反射されて情報を内包した光信号を受け入れて電気信号に変換/検出するように、シリコン基板の上面に形成されるフォトダイオードを備える光検出器モジュールと、
光発生器モジュールと光検出器モジュール間に接合されて光発生器モジュールと光検出器モジュールを所定の間隔に均一に維持するスペーサと、を含んで構成される光ピックアップ装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、n型不純物がドーピングされた[100]結晶方向のシリコン基板を母材とし、シリコン基板の上面に感光膜をパターニングして、p型不純物を注入するための注入口を形成し、感光膜をマスクとしてp型不純物を注入口に注入した後、感光膜を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経て真性ウェル(intrinsic  well)を形成する第１工程と、シリコン基板の上面に感光膜をパターニングして、p型不純物を真性ウェルの一部領域に形成した後、感光膜を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経てフォトダイオードp型接合を形成し、さらに熱処理してp-I-n接合構造を有するフォトダイオードを完成する第２工程と、フォトダイオードが完成したシリコン基板の上面及び下面に、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の三重構造からなる多層薄膜をそれぞれ蒸着し、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされた感光膜をエッチングマスクとして、シリコン基板の上面に形成された多層薄膜中、感光膜によりカバーリングされない部分を除去した後、感光膜を除去する第３工程と、シリコン基板の上面にフォトダイオード及び反射薄膜を形成するために金属薄膜を蒸着し、蒸着された金属薄膜の表面にフォトリソグラフィ工程により感光膜をパターニングし、この感光膜をエッチングマスクとして金属薄膜を選択的に除去した後、感光膜を除去することで、フォトダイオード用金属電極配線、金属電極パッド及び反射薄膜を形成する第４工程と、シリコン基板の上面に金属薄膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程及び薄膜エッチング技術を利用して、光出射口が形成される部分に位置したエッチングマスク用金属薄膜の一部を除去する第５工程と、シリコン基板の下面に感光膜をパターニングして、感光膜をウエハの上面に形成された出射口薄膜と整列されるようにし、感光膜を利用してシリコン基板の下面にエッチングマスク用多層薄膜をパターニングした後感光膜を除去して、次の工程で行う湿式異方性シリコンエッチング技術のためのエッチング領域を確保する第６工程と、エッチングマスク薄膜を通して露出された基板の下面のシリコンを、異方性シリコンエッチング溶液に含浸させてエッチングすることで、キャビティを形成する第７工程と、シリコン基板の上面に形成されているエッチングマスク用金属薄膜を通して露出された多層薄膜を反応性イオンエッチングにより除去し、マスク用薄膜を除去して光出射口を完成する第８工程と、ガラス材のスペーサをシリコン基板とウエハ形状に接合した後、個別チップ単位でダイシングを行う第９工程と、を含む光検出器モジュールの製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、SOI基板を母材として、SOI基板の上面及び下面に、異方性シリコンエッチングマスク層として利用される、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜など、異方性シリコンエッチング溶液にエッチングされないマスク薄膜をそれぞれ形成する第１工程と、SOI基板の上部シリコン層の表面に形成されているエッチングマスク薄膜の表面に感光膜を塗布し、フォトリソグラフィ工程により感光膜をパターニングした後、この感光膜をエッチングマスクとして露出されたエッチングマスク薄膜領域を反応性イオンエッチングなどの技術により除去して異方性エッチング領域を形成し、残留感光膜を除去する第２工程と、エッチングマスク薄膜の中に露出した上部シリコン層を異方性シリコンエッチング溶液に含浸させてエッチングして、上部シリコン層の[１１１]結晶平面で一次的にエッチングが停止され、その後、シリコン酸化膜で二次的にエッチングが停止され、異方性シリコンエッチング工程が完了した後、エッチングマスクとして使用されるSOI基板の上下面のマスク薄膜を除去する第３工程と、結晶平面が形成された上部シリコン層の表面に厚膜の感光膜を塗布した後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングし、感光膜のパターン上に金属薄膜を蒸着する第４工程と、感光膜を有機溶剤に含浸させて溶解し、感光膜と共にこの感光膜の上面に形成された金属薄膜を除去して、感光膜が形成されない酸化膜上のSOI基板の所定領域にのみ金属薄膜を残して電極用金属パッドを形成する第５工程と、ミラー及び電極用金属パッドが形成されたSOI基板に、整列組立用スペーサを整列/組立てた後、個別チップ単位でダイシングを行い、ソルダー接合技術を利用してレーザーダイオードを電極用金属パッドに整列する第６工程と、を含む光発生器モジュールの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明に係る光発生器モジュール、光検出器モジュール及びこれらを結合した光ピックアップ装置、並びにこれらの製造方法においては、マイクロマシニング技術及び半導体の一貫製造工程により超小型の光検出器モジュール１０及び光発生器モジュール２０を製造し、製造された光検出器モジュール１０と光発生器モジュール２０とをエポキシ樹脂を利用して接合して光ピックアップ装置を製造することによって、超小型製作が可能で、大量生産に適合し、部品の単価を節減し、部品の均一度を向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る光ピックアップ装置を示した斜視図で、図２は、図１の断面図である。図面に示するように、本発明に係る光ピックアップ装置５０は、光検出器モジュール１０と、この光検出器モジュール１０に結合された光発生器モジュール２０と、を含んでいる。
【００１４】
光発生器モジュール２０から出射されたレーザー光L１は、光検出器モジュール１０に形成された光出射口(aperture)２を通過して、視準レンズ、対物レンズ及び各種光分割器などの受動光学部品の組合により構成されたピックアップ光学系(図示せず)に入射され、その入射されたレーザー光(レーザービーム）は、ピックアップ光学系を経て光ディスク(図示せず)の記録膜(recording layer)に集束されて照射され、光ディスクの記録膜から反射された光は、光経路を逆行してピックアップ光学系の所定の光分割器により複数のレーザー光L２-L８に分割されて、光検出器モジュール１０に形成されたフォトダイオード１２-１６に入射される。
【００１５】
このとき、光ディスクの記録膜に保存されたデータ信号、記録膜上に照射されるレーザー光の焦点補正信号、出射レーザー光の強さを所定水準に維持するためのフィードバッグ信号などを得るようになる。
【００１６】
以下、光検出器モジュールについて、図３〜図７に基づいて説明する。
【００１７】
図示されたように、光検出器モジュール１０は、レーザー光源から出射されるレーザー光の状態、及び光ディスクから反射されて所定の情報を内包した光信号を受け入れて電気信号に変換して検出する半導体素子のP-N接合(junction)またはP-I-N接合ダイオードであるフォトダイオードが集積化されたシリコン基板１を含む。
【００１８】
フォトダイオードには、このフォトダイオードで変換される光信号の電気信号出力を外部の信号処理回路及び電源回路などに印加する電極が配列されることから、以下のフォトダイオードは電極を含むフォトダイオードを意味する。
【００１９】
シリコン基板１の中央部には、マイクロマシニング技術により加工されたキャビティ(etched cavity)６が形成され、シリコン基板１のキャビティの上部には、複合薄膜層により構成された出射口薄膜(membrane)３が形成されている。また、この出射口薄膜３の上面には、所定厚さの金属または複合薄膜層構造の反射薄膜４が形成される。出射口薄膜３及び反射薄膜４の中央には、レーザー光が通過できる光出射口２が形成されている。
レーザー光源から出射されたレーザー光がレーザーダイオード３１に戻ってくる場合、レーザーダイオード３１の性能が劣化する憂いがあるため、レーザーダイオード３１に戻ってくるレーザー光を遮断し得るように、反射薄膜４は不透明材から形成されることが好ましい。
【００２０】
フォトダイオードは、共通接地電極１１と、レーザー光源の光出力をモニタリングしてフィードバッグ制御回路を通して光出力を所定レベルに維持する出射レーザー光モニタ用フォトダイオード１２と、光ディスクの記録膜から反射される光信号に内包されたデータ情報を有する高周波信号検出用フォトダイオード１３、１４と、六つの領域に分割されて左右に配置されるフォトダイオードセグメント１５(１５a-１５f)、１６(１６a-１６f)と、から構成されている。
【００２１】
光ディスクの記録膜に保存されたデータ信号の高周波(RF)信号は、二つのフォトダイオード１３、１４の出力の差から検出される。
フォトダイオードセグメント１５、１６は、各セグメント１５、１６の出力信号の組合を利用して、光ディスク上に照射されるレーザー光の焦点形状及び焦点深度に関する情報を検出する。焦点状態に関する検出信号は、フィードバッグ制御回路を通してフォーカシングサーボ制御などに利用されて、一定の水準に集束された焦点性能を維持できるようになる。
【００２２】
光出射口２の下部に形成されたキャビティ６は、湿式異方性シリコンエッチング方法によりピラミッド状に加工され、キャビティ６の壁面(side wall)は斜めに傾斜して形成される。
キャビティ６は、反応性イオンエッチング(RIE：Reactive Ion Etching)の一種のシリコンの深いエッチング(silicon deep RIE)技術などの乾式エッチング技術により製造されたものである。
【００２３】
また、シリコン基板１の上面の所定領域に、所定厚さを有するスペーサ７が接合(bonding)されることで、光検出器モジュール１０が完成する。
スペーサ７は、PYREX(R)ガラスなどの所定濃度のナトリウム(Na)が含有されたソーダライムガラスを母材とする。
【００２４】
母材を所望の厚さに研磨し、シリコン基板との接合部分以外の領域を除去した後、母材、即ち、スペーサ７をシリコン基板１と陽極接合方法により整列/組立するか、または接合部に予め金属ソルダーをパターニングした後、熱を加えて組立てる、所謂ソルダー接合方法により接合する。
【００２５】
図８〜図１０に示したように、光発生器モジュール２０には、所定厚さ及び面積を有する下部シリコン層２３の上面にエッチング停止酸化膜２２が形成され、このエッチング停止酸化膜２２の上面に上部シリコン層２１が形成されたSOI(Silicon On Insulator)基板２６の所定領域が、異方性シリコンエッチング工程により除去されている。ここで、除去された部分、即ち、除去部２７により露出されたエッチング停止酸化膜２２の上面に電極用金属パッド２４がソルダー接合され、この電極用金属パッド２４の上面に発光素子のレーザーダイオード３１が接合されている。
【００２６】
除去部２７の一側、より詳しくは、上部シリコン層２１には、４５゜の傾斜面をなすミラー(mirror)２１aが形成されて、ミラー２１aがレーザーダイオード３１から出射される光を反射できるようになっている。
【００２７】
レーザーダイオード３１の電極用金属パッド２４は、半導体の製造工程のフォトリソグラフィ(photolithography)技術により稼働されるため、４５゜傾斜したミラー２１aと電極用金属パッド２４間の整列誤差をマイクロメータ水準に精密に維持することができる。
【００２８】
このようなレーザーダイオード３１の接合前に、整列組立用ソーダライムガラスからなる第２スペーサ２５を、上部シリコン層２１の上面に、通常のウエハ加工のようにウエハ形態で陽極接合などにより組立て、個別チップの形態でダイシング(dicing)を行った後、その個別チップの形態にレーザーダイオード３１をソルダー接合方式により組立てることで、光発生器モジュール２０が完成する。
【００２９】
以下、光検出器モジュールの製造方法について説明する。
図１１(A)〜図１１(J)は、本発明に係る光検出器モジュールの製造工程を順次示した断面図である。
【００３０】
図１１(A)に示したように、まず、n型の不純物によりドーピングされた[１００]結晶方向のシリコン基板１を母材とする。
【００３１】
フォトリソグラフィ工程を適用して、シリコン基板１の上面に感光膜１０１をパターニングして、ホウ素(boron)またはフッ化ホウ素(BF2)などのp型不純物を注入するための注入口１０２aを形成し、その感光膜１０１をマスクとして、イオン注入法によりp型不純物を注入口１０２aに注入する。このとき、シリコン基板１のn型不純物の濃度だけp型不純物を注入した後、感光膜１０１を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経て真性ウェル１０２を形成する。
【００３２】
その後、図１１(B)に示したように、フォトリソグラフィ工程を適用して、シリコン基板１の上面に感光膜１０３をパターニングして、ホウ素(boron)またはフッ化ホウ素(BF２)などのp型不純物を真性ウェル１０２の一部領域に形成する。その後、感光膜１０３を除去し、アニーリング及び拡散のための熱処理工程を経てフォトダイオードp型接合を形成する。
【００３３】
図１１(C)に示したように、熱処理工程時、シリコン基板１の表面に発生する酸化膜などを除去することで、p-I-n接合構造を有するフォトダイオード１２(図示せず)、１３〜１６を完成する。
このようにフォトダイオード１２(図示せず)、１３〜１６が完成したシリコン基板１の上面及び下面に、図１１(D)に示したように、化学蒸着法(CVD)により、低応力シリコン窒化膜(low stress silicon nitride)をそれぞれ蒸着するか、またはシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の三重構造により応力補償(stress compensated)された多層薄膜１０６、１０７をそれぞれ蒸着することができる。
【００３４】
フォトリソグラフィ工程により、パターニングされた感光膜１０５をエッチングマスクとして、シリコン基板１の上面に形成された多層薄膜１０６の感光膜１０５によりカバーリングされない部分を除去した後、感光膜１０５を除去する。
【００３５】
その後、図１１(E)に示したように、シリコン基板１の上面にフォトダイオード１２(図示せず)、１３〜１６及び反射薄膜４(図１１(F)参照)を形成するため、金属薄膜１０８を蒸着する。蒸着された金属薄膜１０８の表面にフォトリソグラフィ工程により感光膜１０９をパターニングし、この感光膜１０９をエッチングマスクとして金属薄膜１０８を選択的に除去した後、感光膜１０９を除去する。この工程で、フォトダイオード用金属配線、金属パッド及び反射薄膜４を形成する。
【００３６】
その後、図１１(F)に示したように、シリコン基板１の上面にエッチングマスク用薄膜に利用されるクロムなどの金属薄膜１１０を蒸着した後、光出射口２(図１１(I)参照)が形成される部分に位置したエッチングマスク用金属薄膜１１０の一部をフォトリソグラフィ工程及び薄膜エッチング技術により除去する。
【００３７】
その後、図１１(G)に示したように、シリコン基板１の下面に感光膜１１１をパターニングするが、このとき、両面整列技術を利用して感光膜１１１をウエハの上面に形成された出射口薄膜と整列されるようにする。
【００３８】
また、感光膜１１１を利用して反応性イオンエッチング技術によりシリコン基板１の下面のエッチングマスク用多層薄膜１０７をパターニングした後、感光膜１１１を除去して、次の工程で行う湿式異方性シリコンエッチング技術のためのエッチング領域を確保する。
【００３９】
その後、図１１(H)に示したように、エッチングマスク用多層薄膜１０７を通して露出された基板１の下面のシリコンを、異方性シリコンエッチング溶液の水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、TMAH(tetra-methyl  ammonium  hydroxide)、EDP(ethylenediamine pyrocatecol)などの異方性シリコンエッチング溶液に含浸させてエッチングすると、[１１１]結晶平面により囲まれた斜めの側壁面を有するピラミッド状のキャビティ６が加工される。この工程では、シリコンエッチング時、シリコン基板１の上面にパターニングされた低応力薄膜または多層薄膜１０６でエッチングが停止される。
【００４０】
その後、図１１(I)に示したように、シリコン基板１の上面に形成されているエッチングマスク用金属薄膜１１０を通して露出された低応力薄膜または多層薄膜１０６を反応性イオンエッチングにより除去し、エッチングマスク用金属薄膜１１０を除去することによって光出射口２を完成する。
【００４１】
最後に、図１１(J)に示したように、ガラス材のスペーサ７をシリコン基板１にウエハ形態で接合した後、個別チップ単位でダイシングを行って、光検出器モジュール１０を完成する。
【００４２】
スペーサ７が複数形成されたガラス基板は、ウエハ形態で加工され、ガラス基板とシリコン基板１との接合は、高温で二つの基板に高電圧を印加して行う陽極接合(anodic bonding)により可能である。
【００４３】
また、ガラス基板の接合面に予め金属ソルダーを形成した後、シリコンウエハとウエハ形態のガラス基板とを整列/接触させた後、熱を加えてソルダーを溶着するソルダー接合方法も適用することができる。
【００４４】
以下、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法について説明する。
図１２(A)〜図１２(F)は、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法を示した断面図である。
【００４５】
図１２(A)に示したように、SOI基板２００を母材として、SOI基板２００の上面及び下面に、異方性シリコンエッチングマスク層として利用される、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜など、異方性シリコンエッチング溶液にエッチングされないマスク薄膜２０１、２０２を酸化または蒸着などの方法によりそれぞれ形成する。
【００４６】
SOI基板２００は、下部シリコン層２３と、[１００]結晶方向に対し９.７４゜程斜めに研磨された表面を有する上部シリコン層２１と、二つのシリコン領域間に挿入されて形成されたシリコン酸化膜２２と、からなる。
【００４７】
その後、図１２(B)に示したように、SOI基板２００の上部シリコン層２１の表面に形成されたエッチングマスク薄膜２０１の表面に感光膜２０３を塗布し、フォトリソグラフィ工程により感光膜２０３をパターニングした後、この感光膜２０３をエッチングマスクとして、露出されたエッチングマスク薄膜２０１領域を反応性イオンエッチングなどの技術により除去することで、異方性エッチング領域を形成し、残留感光膜２０３を除去する。
【００４８】
その後、図１２(C)に示したように、エッチングマスク薄膜２０１の間に露出された上部シリコン層２１をKOH、TMAH、EDP、NaOHのような異方性シリコンエッチング溶液のに含浸させてエッチングすると、図面のように、上部シリコン層２１の[１１１]結晶平面で一次的にエッチングが停止され、その後、シリコン酸化膜２２で二次的にエッチングが停止されて、正確に上部シリコン層２１の厚さのエッチング深さを得ることができる。特に、[１００]結晶平面に対し９.７４゜傾斜して研磨された表面を有する上部シリコン層２１をエッチングした後形成されるエッチング残留面の[１１１]結晶平面は、図面のように、SOI基板２００の表面と４５゜傾斜をなす結晶平面２００aを得ることができる。この傾斜面と対向する他のエッチング残留面の[１１１]結晶平面２００bは、SOI基板２００の表面と６４.４８゜をなすようになる。これは、通常、シリコンの[１００]結晶方向と[１１１]結晶方向とが５４.７４゜をなす結晶構造の性質を利用したものである。異方性シリコンエッチング工程が完了した後、エッチングマスクとして使用されたSOI基板２００の上下面のマスク薄膜２０１、２０２は除去する。
【００４９】
その後、図１２(D)に示したように、４５゜傾斜した結晶平面２００aが形成された上部シリコン層２１の表面に厚膜感光膜２０４を塗布(coating)した後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングし、厚膜感光膜２０４のパターン上に金属薄膜２０５を昇華(evaporation)またはスパッタリングなどの方法により蒸着する。
【００５０】
その後、図１２(E)に示したように、厚膜感光膜２０４(図１２(D)参照)をアセトンなどの有機溶剤に溶解すると、感光膜２０４と共にこの感光膜２０４の上面に形成された金属薄膜２０５(図１２(D)参照)が除去され、感光膜２０４が形成されないSOI基板２００の酸化膜２２上の所定領域にのみ金属薄膜２０５が残るようになって、電極用金属パッド２４が形成される。このようなパターニング方法をリフトオフ(lift-off)という。その後、図１２(F)に示したように、４５゜傾斜したミラー２１a及び電極用金属パッド２４が形成されたSOI基板２００に、整列組立用スペーサ２５を陽極接合、エポキシ樹脂接合、金属ソルダーを接合層として利用するソルダー接合などの多様な方法により整列/組立てた後、個別チップ単位でダイシングを行う。その後、ソルダー接合技術によりレーザーダイオード３１を電極用金属パッド２４に整列することで光発生器モジュール２０を完成する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明に係る光ピックアップ装置を示した斜視図である。
【図２】図２は、図１の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る光検出器モジュールを示した斜視図である。
【図４】図４は、図３の背面斜視図である。
【図５】図５は、図３の平面図である。
【図６】図６は、図５の背面図である。
【図７】図７は、図５のA-A'線断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る光発生器モジュールを示した斜視図である。
【図９】図９は、図８の平面図である。
【図１０】図１０は、図９のB-B'線断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第１工程を示した断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第２工程を示した断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第３工程を示した断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第４工程を示した断面図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第５工程を示した断面図である。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第６工程を示した断面図である。
【図１１Ｇ】図１１Ｇは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第７工程を示した断面図である。
【図１１Ｈ】図１１Ｈは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第８工程を示した断面図である。
【図１１Ｉ】図１１Ｉは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第９工程を示した断面図である。
【図１１Ｊ】図１１Ａは、本発明に係る光検出器モジュールの製造方法の第１０工程を示した断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第１工程を示した断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第２工程を示した断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第３工程を示した断面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第４工程を示した断面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第５工程を示した断面図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、本発明に係る光発生器モジュールの製造方法の第６工程を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：シリコン基板                    ２：光出射口
３：出射口薄膜                      ６：キャビティ
７、２５：スペーサ                １０：光検出器モジュール
１１：共通接地電極                １２：出射レーザー光モニタ用光ダイオード
１３、１４：RF信号検出用光ダイオード
２０：光発生器モジュール
２１：上部シリコン層             ２１a：ミラー
２２：シリコン酸化膜              ２３：下部シリコン層
２４：電極用金属パッド    ２６、２００：SOI基板
２７：除去部                      ３１：レーザーダイオード
５０：光ピックアップ装置        １０２：真性ウェル
１０６：低応力薄膜              １１０：エッチングマスク用薄膜
２００a：結晶平面       ２０１、２０２：マスク薄膜
２０４：厚膜感光膜              ２０５：金属薄膜
【図１】
2004289122.tif 000003
【図２】
2004289122.tif 000004
【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】
2004289122.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004289122.tif 000012
【図１１Ａ】
2004289122.tif 000013
【図１１Ｂ】
2004289122.tif 000014
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
2004289122.tif 000016
【図１１Ｅ】
2004289122.tif 000017
【図１１Ｆ】
2004289122.tif 000018
【図１１Ｇ】
2004289122.tif 000019
【図１１Ｈ】
2004289122.tif 000020
【図１１Ｉ】
2004289122.tif 000021
【図１１Ｊ】
2004289122.tif 000022
【図１２Ａ】
2004289122.tif 000023
【図１２Ｂ】
2004289122.tif 000024
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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