(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光構造の製造方法であって、
基板上部表面を備えるシリコン基板を用意し、
前記基板内に、第一の多孔度を有する第一のクラッド層を形成し、前記第一のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記基板上部表面の下方に配置された本体部を備え、前記第一のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第一のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、
前記基板内に、前記第一のクラッド層と接し、前記第一の多孔度より低い第二の多孔度を有する導波路コア層を形成し、前記コア層は第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記第一のクラッド層の下方に配置された本体部を備え、前記コア層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記コア層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、
前記基板内に、前記導波路コア層と接し、前記第二の多孔度より高い第三の多孔度を有する第二のクラッド層を形成し、前記第二のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記コア層の下方に配置された本体部を備え、前記第二のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第二のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、そして
前記第一のクラッド層とコア層は、それぞれの本体部分の厚さを合わせた厚さが、１５μｍ以上２５μｍ以下となるように構成されていることを特徴とする導光構造の製造方法。
【請求項２】
導光構造を備えたインターポーザの製造方法であって、
基板上部表面を備えるシリコン基板を用意し、
前記基板内に、第一の多孔度に基づく第一の密度を有する第一のクラッド層を形成し、前記第一のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記基板上部表面の下方に配置された本体部を備え、前記第一のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第一のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、
前記基板内に、前記第一のクラッド層と接し、前記第一の密度より大きい第二の多孔度に基づく第二の密度を有する導波路コア層を形成し、前記コア層は第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記第一のクラッド層の下方に配置された本体部を備え、前記コア層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記コア層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、
前記基板内に、前記基板上部表面内で終端し、前記導波路コア層と接し、前記第二の密度より小さい第三の多孔度に基づく第三の密度を有する第二のクラッド層を形成し、前記第二のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記コア層の下方に配置された本体部を備え、前記第二のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第二のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端し、
前記第二の多孔度は前記第一と第三の多孔度よりも小さく、そして、
前記第一のクラッド層とコア層は、それぞれの本体部分の厚さを合わせた厚さが、１５μｍ以上２５μｍ以下となるように構成されていることを特徴とする導光構造を備えたインターポーザの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、更に、前記第一のクラッド層を形成する前に、意図した第一のクラッド層の前記第一の多孔度を決定することを特徴とするもの。
【請求項４】
導光構造を備えたインターポーザであって、
シリコン表面を備えるシリコン体と、
第一の多孔度を備える第一のクラッド層であって、前記第一のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記基板上部表面の下方に配置された本体部を備え、前記第一のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第一のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端する第一のクラッド層と、
前記第一のクラッド層と接し、前記第一の多孔度より低い第二の多孔度を有する導波路コア層であって、前記コア層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記第一のクラッド層の下方に配置された本体部を備え、前記コア層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記コア層の第一と第二の終端部は、前記シリコン表面内で終端するコア層と、
前記導波路コア層と接し、前記第二の多孔度より高い第三の多孔度を有する第二のクラッド層であって、前記第二のクラッド層は、第一の終端部、第二の終端部、及び前記第一と第二の終端部の間で、前記コア層の下方に配置された本体部を備え、前記第二のクラッド層の本体部分は前記基板上部表面に平行な細長い部分を有しており、前記第二のクラッド層の第一と第二の終端部は、前記基板上部表面内で終端する第二のクラッド層とを備え、
前記第一のクラッド層とコア層は、それぞれの本体部分の厚さを合わせた厚さが、１５μｍ以上２５μｍ以下となるように構成されていることを特徴とする導光構造を備えるインターポーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインターポーザおよびその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は少なくとも１つの光導波路を備えるインターポーザと、導光構造の製造方法とを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンインターポーザは集積回路パッケージに使用され、パッケージの高密度性および高機能性を実現してきた。シリコンインターポーザは数種類の機能を実行できる。シリコンインターポーザには受動部品を埋め込むことができ、受動部品をチップの近くに配置することにより、寄生相互接続インダクタンスを減少させることができる。シリコンインターポーザは集積回路とプリント回路板の熱膨張係数を等しくし、それによりパッケージを機械的に強固  にすることができる。集積回路の動作周波数と相互接続密度が増加すると、チップ間の伝送線の遅延は非常に重要な問題となる。
【０００３】
これらの遅延の主な原因は伝送線の容量負荷と伝送線の固有抵抗であり、いずれも伝播信号の位相速度を制限する。固有抵抗と容量による遅延を低減するために次の２通りの方法が可能である。すなわち、層間誘電の誘電率を低下させること、および金属線の固有抵抗を低減することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの方法も大きな物理的制約がある。一方、光相互接続の大きな利点は容量負荷がなく、導波路内を伝播する光信号の間に交差結合が起きないことであり、互いに非常に接近していてもこの利点は保持される。このため、オプティカルライン上の伝送は電気的な手段に比べてはるかに高速である。さらに、光は自由空間中でも伝送できるため垂直信号伝送にも利用できる。これによって、３次元構造内での広範な応用が可能になる。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ニーズがあり、伝送線の容量負荷と伝送線の固有抵抗の問題を伴わないインターポーザおよび導光構造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】
本発明は以下の点を含む導光構造の製造方法を提供する。すなわち、基板上部表面を備える基板（例えばシリコン基板）を提供することと、低い多孔度をもつ下部クラッド層（例えばシリコンクラッド層）を基板内に形成することと、下部クラッド層に接し、下部クラッド層の多孔度より低い多孔度をもつ導波路コア層を基板内に形成することと、導波路コア層と接し、導波路コア層の多孔度より高い多孔度を持つ上部クラッド層（例えばシリコンクラッド層）を基板内に形成することとである。本発明による方法はさらに下部クラッド層、導波路コア、および基板上部表面内の上部クラッド層の終端方法も提供する。上部クラッド層は上部クラッド表面を備え、この上部クラッド表面は好ましくは基板上部表面とほぼ同一面上に位置する。下部クラッド層の多孔度は上部クラッド層の多孔度にほぼ等しい。上部クラッド層、導波路コア層、および下部クラッド層は、好ましくは電気化学エッチングで上部クラッド層より連続的に形成される。形成された３つの層は形成後、酸化により同時に膨張し得る。このように、導波路コア層は上部クラッド層と下部クラッド層と同時に膨張（例えば酸化により）し得る。
【０００７】
本発明はさらに以下の点を含むインターポーザの製造方法を提供する。すなわち、基板を提供することと、低いクラッド密度をもつ下部クラッド層を基板内に形成することと、下部クラッド層に接し、下部クラッド層の密度より大きいコア密度をもつ導波路コア層を基板内に形成することと、導波コア層に接し、コアの密度より小さい密度を有する上部クラッド層を基板内に形成することとである。
【０００８】
本発明はさらに、シリコン表面と、下部クラッド層とを備えるシリコン体を含むインターポーザを提供し、前記下部クラッド層は対向する一対の下部クラッド層終端部を備え、シリコン体内部を貫通し、対向する前記下部クラッド層終端部はシリコン表面で終端する。コア層はつぎのように形成される。すなわち、一対のコア層終端部を備え、下部クラッド層と接しながらシリコン体内部を貫通し、対向するコア層終端部がシリコン表面で終端するように形成される。インターポーザはさらに、上部クラッド表面を有する上部クラッド層を備え、上部クラッド層はコア層と接してシリコン体の中に配置され、上部クラッド表面がシリコン表面とほぼ同一面上になるように配置される。下部クラッド層と上部クラッド層は、好ましくは約４０〜６０％の範囲の多孔度を有する。コア層は下部および上部クラッド層の多孔度より低い多孔度を有する。コア層は好ましくは約２５〜５０％の範囲の多孔度を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
これらの規定は、以下の説明が進むにつれて当業者には明らかになるであろうが、様々な補助的な点や特徴とともに、本発明の方法とインターポーザによって実現される。そして、本発明の実施例として、その好ましい具体例が添付図面を参照して示される。
【００１０】
図面の説明において、本発明の実施例における同じ部品は、いずれの実施例のおいても同じ参照番号で特定される。図１における集積回路のマルチクリップモジュール（ＭＣＭ）パッケージングの全体を符号１０で示す。集積回路１０のパッケージは、基板１２（例えばＬ／Ｄあるいはプリント回路基板（ＰＣＢ）の基板）と、基板１２上に搭載された適当な誘電性アンダーフィル１３ａと、誘電性アンダーフィル１３ａ上に搭載され、全体を符号１４として図示するインターポーザと、インターポーザ１４上に選択的に搭載された誘電性アンダーフィル１３ｂと、誘電性アンダーフィル１３ｂ、インターポーザ１４、およびアンダーフィル１３ａを介して基板１２に電気的に接続された複数の集積回路１６とを備える。したがって、本発明によるインターポーザ１４は、集積回路１０のパッケージの中で基板１２と集積回路１６の間に配置されている。
【００１１】
集積回路１６は、システム性能要求に応じて、フリップチップはんだ接続やワイヤボンディングなどのような適当な手段であればいかなる手段によっても、インターポーザ１４上に取り付け得る。インターポーザ１４の構造は、どんなタイプのチップレベル接続にも調整できる。例えば、図１に示すように、複数のビア２０を形成して基板１２に通じる電気パス、および基板１２から出る電気パスを設け、電力と信号を分配することができる。電気的相互接続長を減じて、寄生インダクタンスを低減するために、インターポーザ１４上の集積回路１６の直下の位置に複数の受動部品２４を搭載できる。このアプリケーションにおいて可能な受動部品の１つとして、デカップリングチップコンデンサが使用できる。さらに、すべてのタイプの抵抗と高いＱのインダクタも高度なプロセス技術によってインターポーザ１４内に組み込むことができる。垂直に電気的に相互接続する代わりに、自由空間における光による伝送が可能であると考えられる。この場合、チップはんだバンプの代わりに、ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ表面発光レーザ）とＰＤ（フォトダイオード）を集積回路１６に取り付け、あるいは接続させることができる。ＶＣＳＥＬは、電気信号を光信号に変換し、これをインターポーザ１４内に形成された貫通孔を通して伝送し、ＰＤが集積回路あるいはチップに伝送された光信号を受信することが従来から知られている。
【００１２】
一方、本発明によるインターポーザ１４は、図３から図８に示すように、好ましくは上部表面１４ｔと、クラッド層２８と、導波路層３２と、クラッド表面３４ｓを有するクラッド層３４とを含むシリコン基板１４ｓを備えるシリコンインターポーザである。このように、クラッド層２８、３４、および導波路層３２はすべて好ましくはシリコンで形成される。本発明の好ましい実施例では、クラッド層２８および３４は約２０〜８０％の範囲の多孔度、あるいは約０．４０〜１．９グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）の範囲の密度を有する高多孔度の多孔質シリコン層である。より好ましくは、クラッド層２８および３４の多孔度は約４０〜６０％の範囲である。導波路層３２は好ましくは、約２５〜５０％、より好ましくは約３０〜４０％の範囲の多孔度、あるいは約１．２〜１．８ｇ／ｃｃの、より好ましくは約１．４〜１．７ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する低多孔度の多孔質シリコン層である。したがって、クラッド層２８および３４の多孔度は導波路層３２の多孔度より高く、クラッド層２８および３４の密度は導波路層３２の密度よりも小さい。好ましくは、クラッド層２８の多孔度、あるいは密度はクラッド層３４の多孔度、あるいは密度にほぼ等しい。
【００１３】
クラッド層２８、３４、および導波路層３２は、対向する上向きの弓形終端部２８ａ―２８ａ、３４ａ―３４ａ、および３２ａ―３２ａ（図５参照）と、対向する上向きの弓形側部２８ｂ―２８ｂ、３４ｂ―３４ｂ、および３２ｂ―３２ｂ（図７参照）とにおいて各々終端し、したがって、クラッド層２８、３４、および導波路層３２は透視法の３次元視点からは各々が台皿あるいはボウルの形状に見える。上向きの弓形終端部２８ａ―２８ａ、３４ａ―３４ａ、３２ａ―３２ａ、および上向きの弓形側部２８ｂ―２８ｂ、３４ｂ―３４ｂ、３２ｂ―３２ｂは、すべてシリコン基板１４ｓの上部表面１４ｔ内で終端する。したがって、図示するように本発明による１つの実施例は、好ましくは基板１２の表面と、上部表面１４ｔ内で終端する対向する一対のクラッド終端部２８ａ―２８ａを含むクラッド層２８とを備えるシリコン体を有するインターポーザ１４を供給する。導波路層３２は、対向する一対の導波路終端部３２ａ―３２ａを含み、導波路層３２と接するシリコン体を貫通し、上部表面１４ｔ内で終端する対向する導波路終端部３２ａ―３２ａを備える。インターポーザ１４はさらに、クラッド表面３４ｓを備え、導波路層３２と接してシリコン体の中に形成されたクラッド層３４を含み、クラッド表面３４ｓはシリコン基板１４ｓの上部表面１４ｔとほぼ同一面上に位置する。前述のように、クラッド層２８および３４は好ましくは約４０〜６０％の範囲の多孔度を有し、導波路層３２は好ましくは約２５〜５０％の多孔度を有する。たとえば導波路層３２との光通信などのために、表面発光レーザ４４やフォトダイオード４６のような適当ないかなる光学装置も上向きの弓形終端部３２ａ―３２ａ（図８参照）に配置できる。ＳｉＯ2やＳｉＮ3のような成分を有する適当なキャッピング層４８を図８に明瞭に示すように基板１２の表面とクラッド層３４の表面３４ｓの上に装着することができる。
【００１４】
再びインターポーザ１４の製造方法に関する図３〜８を参照する。基板１４ｓ（すなわちシリコン基板１４ｓ）はパターン化した開口部４０（図３〜４参照）を備えるフォトレジストマスク３８で被覆する。アンダーカットの問題が懸念される場合はフォトレジストマスク３８の代わりにハードマスクを使用することもできる。フォトレジストマスク３８用に選定される材料は、好ましくは高濃度（たとえば３０％位）のフッ化水素酸溶液に対するエッチング抵抗のある材料である。フォトレジストマスク３８は導波路層３２の設計上の要求によるいかなる形状にも対応してパターン化できる。フォトレジストマスク３８が要求通りにパターン化された後、次に、好ましくはシリコン基板１４ｓの電気化学（陽極）エッチングによる適当な手段により、１つおきに多孔質シリコン層がシリコン基板１４ｓ上に形成される。一般的には、クラッド層２８、３４、および導波路層３２は好ましくは、電気化学エッチングにより上部クラッド層３４から始まって連続的に形成される。シリコン基板１４ｓは多孔質であるため、エッチングは上部表面１４ｔからシリコン体内部に進行して第一のクラッド層３４を形成し、次に導波路層３２を形成し、続いてクラッド層２８を形成する。このようにして、クラッド層３４が最初に形成され、エッチングがシリコン基板１４ｓ内を進行するにつれて、次に導波路層３２が形成され、その次にクラッド層２８が形成される。
【００１５】
クラッド層２８、３４、および導波路層３２を備えるインターポーザ１４の形成方法に関してより具体的には、抵抗率が５〜１５ｘ１０-3Ωｃｍのドープしたシリコンウェーハをシリコン基板１４ｓとして使用できる。シリコン基板１４ｓのマスキングに続いて、多孔質シリコン層を形成するために電気化学エッチングが行われる。エッチング用の電気化学セルと多孔質シリコン形成方法は当業者にはよく知られている。Ｌ．Ｃａｎｈａｍ編集のProperties of Porous Silicon (INSPEC London UK発行のEMIS data reviews Series No. 18 ISN: 0 85296 952 5)を参照のこと。３つの層すべて（クラッド層３８、コア層３２、クラッド層２８）の形成は一回で実行される。すなわち、基板１４ｓをエッチング溶液に浸漬し、単にプロセス中に陽極酸化電流を変化させることにより、層の多孔度を変化させることができる。本実施例では電解液は２５％の酢酸あるいはフッ化水素（ＨＦ）酸水溶液である。先ず、上部クラッド３４が約３０〜２００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で陽極酸化によって形成される。約１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で上部クラッド層３４の適当な多孔度（すなわち約５０％の多孔度）が得られる。エッチング率は約２〜９μｍ／分の範囲となる。約１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度でエッチング率は約５μｍ／分である。エッチング率は経験的に較正される。エッチングの先頭部分はシリコン基板１４ｓの上部表面１４ｔから、それにつながるバルク内部へと広がっていく点に注目すべきである。形成される構造が多孔質であるため、電解溶液は孔を通して浸透し、各多孔質層の底部に到達し、その結果各多孔質層の下でエッチングが継続する。上部クラッド層３４が必要な厚さに達すると、陽極酸化の電流密度は導波路層３２を形成するために約５〜３０ｍＡ／ｃｍ2の範囲の電流密度に変更される。約１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で約０．５μｍ／分のエッチング率となり、適当な多孔度（すなわち約３５％の多孔度）のシリコンが生成される。上部クラッド層３２を生成するエッチング率は約０．２〜２．０μｍ／分の範囲である。導波路層３２が必要な厚さに達すると、下部クラッド層２８を適当な多孔度（たとえば約１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で約５０％の多孔度となる）で形成するために、電流密度を上部クラッド層３４の形成に採用された初期値（たとえば約３０〜２００ｍＡ／ｃｍ2）に戻す。エッチング処理が完了すると、基板１４ｓをエッチング槽から取り出し、エッチング溶液を孔から取り除くために乾燥させる。たとえばシリコン基板１４ｓのドーピングレベル、電解液のＨＦ濃度、および陽極酸化電流のような適当なパラメータを選定するこの技法により、様々な多孔度の範囲（たとえば約２０〜８０％）を実現できる。
【００１６】
多孔質シリコン層の多孔度は２０〜８０％の範囲で変動し得る。多孔度の変動は陽極酸化条件を変更することによって可能となる。この範囲の多孔度で、非酸化多孔質シリコンの屈折率は約２．７〜１．５に変化し、完全に酸化した多孔質シリコンの屈折率は１．６〜１．２に変化する。図５〜７に示す層構造（高多孔度／低多孔度／高多孔度）を形成するために、陽極酸化条件をエッチング処理中に調整する必要がある。導波路の正面断面が図５および７に図示されている。多孔質シリコンのエッチングは本質的に等方性であるため、クラッド層２８、３４、および導波路層３２がほぼ半円柱形状に成形できる。前述のように、クラッド層２８、３４、および導波路３２は形成された後に酸化など、より詳細には、結合したクラッド層２８、３４、および導波路層３２を特に酸化する適当なプラズマ反応炉の中での基板１４ｓの酸化によって膨張し得る。
【００１７】
導波路を通して伝送される光の波長によっては、多孔質二酸化珪素（ＳｉＯ2）の導波路を使用できる。多孔質二酸化珪素で導波路を形成するために、多孔質シリコン構造の形成に続いてシリコンを酸化する必要がある。多孔質シリコンの酸化は高温の処理であり、１０００℃を超える温度で基板を充分に焼きなます必要がある。さらに、素材の体積は酸化中に約２．１の係数で増大する。酸化多孔質シリコンにおける屈折率の変動は非酸化多孔質シリコンより著しく小さい。多孔質シリコンは約４６％の臨界多孔度より低い多孔度では完全には酸化されない点に留意する必要がある。損傷や全体積の過度の膨張を回避して多孔質シリコン層２８、３４、および３２を酸化するために、すべての多孔質層の多孔度は約５５％より高くなければならない。多孔質シリコン導波路を含む基板１４ｓはキャップ層４８で覆って発生し得る汚染を回避する。キャップ層は光信号の入／出力用の開口部を形成するためにパターン化される（図８参照）。ＶＣＳＥＬ４４とＰＤ４６（ＩＣ１６に接続される）は開口部に装着する。
【００１８】
各層（たとえば導波路層３２）の寸法は適用される設計ルールに従って変更できる。導波路の通常の寸法は、下部クラッド層２８は３〜１５μｍ、コア層（導波路層）は１〜１０μｍ、上部クラッド層は３〜１５μｍである。したがって、導波路全体の寸法は約７〜４０μｍとなる。クラッド／コアの屈折率の違いによって、クラッド層／コア層の幅は変動する。マルチモード導波路用に、コア層３２の厚さは３０μｍまで設定できる。導光路間にクロストークがないため、損失や遅延を増大させることなく伝送線を５〜１０μｍまで接近させることができる。このようにして、相互接続ピッチを減少させる高い可能性を提供する。さらに、クラッド／コアの境界における散乱損を低減するために、緩やかに多孔度の勾配をつけた導波路を形成することもできる。この場合には、多孔質シリコンの多孔度はコア層からクラッド層に向かって徐々に増加する。光モードはコアの内部に拘束されたままだが、散乱損失は低減される。しかしながら、多孔度の勾配をつけた導波路の製作はより複雑になる可能性もある。
【００１９】
本発明は以下に示す実施例によって説明されるが、この実施例は単なる例示にすぎず、本発明に何らの制限を加えるものではない。例えば、本実施例に示された濃度、混合比率、温度、圧力、率、化合物、等のいかなるパラメータも、本発明の範囲を不当に制限するように解釈されてはならない。
実施例１
個々の具体的な導波路の設計においては、導波路の終端部における導波路の曲部（湾曲）の形状が注意深く検討される。多孔質シリコン層の深さを変更すると導波路の終端部におけるコア層の曲部の湾曲形状を変えることになり得る。提案された導波路構造の可否について評価するために、図１０に示された導波路構造用の多孔質シリコン導波路の光屈折特性が評価される。
【００２０】
導波路層３２のコアを３５％の多孔度の多孔質シリコンで形成するとすると、標準的な多孔質シリコンエッチング技法で容易に形成され、該当する屈折率は図１０に示すようにｎ2である。下部クラッド層の多孔度は増加させる。図１０において、導波路層３２は垂直方向に１８０度回転する点に注目すべきである。したがって、下部クラッド層２８が一番上になり、臨界角より小さい角度での光の全内部反射を可能とする屈折率（ＲＩ）の差を出すことができる。図９において、異なる多孔質シリコンの多孔度の屈折率はいかなる適当な文献でも知ることができる点に留意すべきである。図１０において、下部クラッド層２８の屈折率はｎ1で、上部クラッド層３４の屈折率もｎ1である。臨界角（ＣＡ）の計算結果は図９に示されている。図中で、臨界角は下部クラッド層２８の多孔度に対してプロットされている。多孔度にともなう屈折率の変化の範囲はかなり大きいので、図９から３０〜５０度の臨界角が得られることが読み取れる。このことは、コア層３２側からコア層３２と下部クラッド２８の間の境界への光入射は臨界角より小さい角度で完全に屈折することを意味する。
【００２１】
光は何度の最大入射角で導波路内のコア層３２／クラッド層２８の境界にさしかかるかを知るために、図１０に示す構造に基づいて以下の考察がなされた。コア層３２の幅は５μｍとされ、Ｒは導波路の終端部における導波路曲部の湾曲形状の半径である。図１０中で、光がコア層の底部開口部から導波路層３２に進入する。導波路層３２は上部弓形導波路境界３２x、および下部弓形導波路境界３２yを含む。境界上での光の最大入射角の発生位置は図１０中の直線Ａ上になる。接点６０（すなわち直線あるいは平面Ａが弓形下部導波路境界３２ｙと交わる点）における直線Ｂ（図１０参照）の勾配は、点６０における曲率関数の導関数を計算することにより得られる。次に、臨界角θが直線Ａと直線Ｂの交角として算出される。湾曲部の各半径Ｒにおける計算結果がつぎのテーブルＩに示されている。
テーブルＩ
半径（μｍ）    １０    １３      １５      ２０      ２５      ３０
入射角（度）θ  ６０    ５３．１  ４８．２  ４１．４  ３６．８  ３３．６
約１５μｍよりも大きい値の湾曲部の半径Ｒにおいては、コア層／クラッド層の境界上における光の入射角θは約５０度以下であり、約５０〜３０度の範囲内であることがテーブルＩからわかる。図９から、この範囲の臨界角は約４５〜５５％のクラッド多孔度で得られることがわかる。この範囲の多孔度は標準的な多孔質シリコンエッチング処理で容易に得られる。
【００２２】
（付記１）  導光構造の製造方法であって、
基板上部表面を備える基板を用意し、
前記基板内に、第一の多孔度を有すると共に、前記基板上部表面内で終端する第一のクラッド層を形成し、
前記基板内に、前記第一のクラッド層と接し、前記第一の多孔度より低い第二の多孔度を有すると共に、前記基板上部表面内で終端する導波路コア層を形成し、そして、
前記基板内に、前記導波路コア層と接し、前記第二の多孔度より高い第三の多孔度を有すると共に、前記基板上部表面内で終端する第二のクラッド層を形成することを特徴とする導光構造の製造方法。（１）
（付記２）  付記１に記載の方法であって、前記第一のクラッド層が、前記基板上部表面とほぼ同一面上に配置されたクラッド上部表面を備えることを特徴とするもの。
【００２３】
（付記３）  付記２に記載の方法であって、前記第二のクラッド層が、前記基板上部表面とほぼ同一面上に配置されたクラッド上部表面を備えることを特徴とするもの。
【００２４】
（付記４）  付記１に記載の方法であって、前記第一の多孔度が前記第三の多孔度にほぼ等しいことを特徴とするもの。
【００２５】
（付記５）  付記４に記載の方法であって、前記第二の多孔度が前記第三の多孔度にほぼ等しいことを特徴とするもの。
【００２６】
（付記６）  付記１に記載の方法であって、前記第一のクラッド層、および前記第二のクラッド層がシリコンを含むことを特徴とするもの。
【００２７】
（付記７）  付記１に記載の方法であって、更に、前記第一のクラッド層と、前記導波路コア層と、前記第二のクラッド層とが膨張することを特徴とするもの。
【００２８】
（付記８）  付記１に記載の方法であって、更に、前記第一のクラッド層と、前記導波路コア層と、前記第二のクラッド層とが酸化されることを特徴とするもの。
【００２９】
（付記９）  インターポーザの製造方法であって、
基板上部表面を備える基板を用意し、
前記基板内に、第一の密度を有し、前記基板上部表面内で終端する第一のクラッド層を形成し、
前記基板内に、前記第一のクラッド層と接し、前記第一の密度より大きい第二の密度を有し、前記基板上部表面内で終端する導波路コア層を形成し、そして、前記基板内に、前記基板上部表面内で終端し、前記導波路コア層と接し、前記第二の密度より小さい第三の密度を有し、前記基板上部表面内で終端する第二のクラッド層を形成することを特徴とするインターポーザの製造方法。（２）
（付記１０）  付記１または９に記載の方法であって、更に、前記第一のクラッド層を形成する前に、意図した第一のクラッド層の前記第一の多孔度を決定することを特徴とするもの。（３）
（付記１１）  付記１０に記載の方法であって、前記第一の多孔度の前記決定が、第一のクラッド層の幅を定めることと、意図された第一のクラッド層の第一の側に接する第一の平面の、意図された第一のクラッド層の第二の側に接する第二の平面との、前記第一の平面と前記第二の側との交線上の点における角度を得ることを特徴とするもの。（４）
（付記１２）  インターポーザであって、
シリコン表面を備えるシリコン体と、
クラッド層の対向する第一の終端部の一対を備え、前記シリコン体内部を貫通し、クラッド層の対向する前記第一の終端部が前記シリコン表面内で終端する第一のクラッド層と、
コア層の対向する一対の終端部を備え、前記第一のクラッド層と接して前記シリコン体内部を貫通し、コア層の対向する前記終端部が前記シリコン表面内で終端するコア層と、
第二のクラッド表面を備え、前記コア層と接して前記シリコン体内に配置され、前記第二のクラッド表面が前記シリコン表面とほぼ同一面上に配置された第二のクラッド層とを備えることを特徴とするインターポーザ。（５）
（付記１３）  付記１２に記載のインターポーザであって、前記第一のクラッド層と前記第二のクラッド層が約２０％〜８０％の範囲の多孔度を有することを特徴とするもの。
【００３０】
（付記１４）  付記１３に記載のインターポーザであって、前記コア層が、前記第一、および第二のクラッド層の多孔度より低い多孔度を有することを特徴とするもの。
【００３１】
（付記１５）  付記１４に記載のインターポーザであって、前記コア層が、約２５〜５０％の範囲の多孔度を有することを特徴とするもの。
【００３２】
【発明の効果】
このように、本発明に従えば、幅広いアプリケーション向けの高機能のＭＣＭパッケージに使用される一体化した導波路層３２を備える多機能のインターポーザ１４が供給される。電気的な手段と比べると、光導波路には、容量性誘導損失、クロストーク、およびＲＣ信号伝送遅延がない。シリコンインターポーザ１４の中に光相互接続を一体化することにより、ＭＣＭ上に搭載された集積回路間の相互作用のスピードを著しく向上させることができる。多孔質シリコン、あるいは二酸化珪素の導光路に加え、シリコンインターポーザ１４もポリマ導波路用のキャリアとして使用できる。このようなポリマ導波路はシリコンインターポーザ１４内に深い溝を形成し、たとえばポリイミドのようなもので充填することにより基板内に組み込むことができる。導波路層(コア層)３２はポリマをドーピングすることにより形成される。
【００３３】
本発明の導波路層３２を導入することによって、クロスカップリングと寄生遅延を伴わずに、パッケージ上のチップ間の信号を高速で伝送することが可能になる。様々なタイプの平面光導波路をシリコンで形成できる。ここに記載する導波路は光伝導媒体として多孔質シリコンを使用する。多孔度の異なる多孔質シリコンは異なった密度を有し、従って異なった屈折率を有する。したがって、多孔質シリコン導波路のコア層が低多孔度の多孔質シリコンから、またクラッド層が高多孔度の多孔質シリコンから生成されている場合は、光波はコア内に閉じ込められる。これによって、光導波構造の形成が可能となる。導波路層３２を備えるシリコンインターポーザ１４は多孔質シリコン導波路構造に限定されない。ドープされた二酸化珪素のコアを備える通常の二酸化珪素平面導波路もまたインターポーザ１４に一体化することができる。通常の二酸化珪素（非多孔質）導波路（すなわちＳｉＯ2導波路）は光損失がはるかに小さい。
【００３４】
信号をマルチプルチップモジュール（ＭＣＭ）から外部に導くことなく、多くの機能を「パッケージ上」で実行できる。多くの場合に、集積回路間の非常に高速な通信が、たとえばメインフレームコンピュータ上の多重プロセッサ、ＰＣチップ上のＣＰＵやキャッシュメモリ、あるいはＲＦアプリケーション用のディジタルおよびアナログ回路、などで必要である。ＭＣＭのＩＣ間の高速通信を可能にするために、本発明による光相互接続を、光導波路層３２をインターポーザ１４内に一体化させることによって導入できる。数種類のタイプの平面光導波路構造が製造可能で、陽極エッチングによりシリコン基板内に形成される多孔質シリコン製の導波路が一例である。導波路のコア層とクラッド層のいずれも多孔質シリコンを素材として形成されるが、コア層は低多孔度（高密度）を有し、そのため光波を閉じ込めることができる。
【００３５】
以上のように、本発明を特定の実施例を参照して記述してきたが、前述の開示には自由に様々な変更を加えたり、置換する可能性が意図されており、何らかの実施例において、本発明の何らかの特徴が、それ以外の特徴を同じように利用することなく、また、ここに記述した本発明の範囲と意図を逸脱することなく、導入されることが可能である。したがって、本発明の本質的な範囲と意図を逸脱することなく、多くの変更を施して、特定の状況や本発明の説明用資料に適合させることもできる。本発明が、本発明を実行に移すために企図された最善の方法として開示された特定の実施例に限定されることが意図されているのではなく、本発明が、請求項の範囲内のあらゆる実施形態および同等の内容を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリント回路板のような基板が、一体化した光導波路を備えたシリコンのインターポーザを支持している様子を示す垂直断面図である。
【図２】図１の基板が、電気的に集積回路に接続された光学装置の中の一体化した光導波路を備えたシリコンインターポーザを支持している様子の平面図である。
【図３】フォトレジストマスクを支持している基板の立面図である。
【図４】図３のフォトレジストマスクと基板の平面図である。
【図５】２つの高多孔度シリコン被膜層と１つの低多孔度シリコン導波路コア層がインターポーザ中に形成された後のフォトレジストと基板の垂直断面図である。
【図６】図５のフォトレジストマスクと基板の平面図である。
【図７】図６中の直線７−７で示す平面上で矢印方向に見た垂直断面図である。
【図８】フォトレジストマスクが除去され、低多孔度のシリコン導波路層と通信する一対の光学装置が配置され、およびキャップ層が基板表面上に装着された後の図５におけるシリコン基板の側面図である。
【図９】導波路クラッドの多孔度の関数として内部光反射の様子を表すグラフである。
【図１０】光屈折特性を含むインターポーザの部分垂直断面図である。
【符号の説明】
１０…集積回路
１２…基板
１２ｓ…表面
１３ａ，１３ｂ…アンダーフィル
１４…インターポーザ
１４ｓ…シリコン基板
１４ｔ…上部表面
１６…集積回路
２０…バイアス
２４…受動部品
２８…導波層
２８ａ…弓形終端部
２８ｂ…弓形側部
３２…導波路層
３２ａ…弓形終端部
３２ｂ…弓形側部
３２ｘ…弓形上部導波路境界
３２ｙ…弓形下部導波路境界
３４…クラッド層
３４ａ…弓形終端部
３４ｂ…弓形側部
３４ｓ…クラッド表面
３８…フォトレジストマスク
４０…パターン化した開口部
４４…ＶＣＳＥＬ
４６…ＰＤ
４８…キャップ層
６０…接点
【図１】
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【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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【図１０】
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