專利名稱：光元件模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有進行受光或發(fā)光的光元件的光元件模塊及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了在通信系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)中傳遞大量的信息，將激光振蕩元件等 發(fā)光元件發(fā)出的光信號經(jīng)由作為光導(dǎo)波手段的光纖發(fā)出、以及通過光電二極管等受光元件 接收經(jīng)由光纖發(fā)送的光信號，是不可或缺的技術(shù)。因此，在光通信模塊、光互連模塊、光測量 模塊等中，已開發(fā)了通過小型化、大容量化的設(shè)備，容易且廉價地將受光發(fā)光元件和光纖進 行光學(xué)連接的技術(shù)。 目前，為使受光發(fā)光元件與光纖進行準(zhǔn)確的對位，采用所謂的自動對準(zhǔn)(active alignment)方法， 一邊改變兩者之間的相對位置一邊實際進行光信號的接收和發(fā)送，按照 其最大強度進行位置設(shè)定。但是，這種對準(zhǔn)手法既耗費時間和精力，而且使得用于將受光發(fā) 光元件和光纖進行光連接的光元件模塊的生產(chǎn)率、成品率降低。特別是，在并列配置多個光 元件而成的光元件陣列、和同樣并列配置多個光纖而成的光纖陣列中，對各個光元件和光 纖進行對準(zhǔn)而進行光連接的情況下，這個問題更明顯。 而且，另外的問題是，如果光纖相對于配置了光元件和與該光元件電連接的半導(dǎo) 體電路元件的基板成角度地進行連接的話，例如，在不得不像背板那樣配置成接近多個基 板的情況下，光纖成為物理障礙。 基于這樣的問題而提出了如圖20所示的光元件模塊。圖20 (A)是側(cè)面圖，圖20 (B) 是圖20(A)的B-B剖面。光元件8'和半導(dǎo)體電路元件9'裝載在基板2'的表面上，通過 凸起52'電連接于基板2'表面上的金屬電路。在基板2'的相同表面一側(cè)，形成有V槽 2B'，在其中配置光纖7'。在光纖7'和光元件8'的光連接路徑上形成有同樣形成在 基板的表面?zhèn)鹊?5度鏡面2a'。 于是，通過利用倒裝式接合(flip chip bonding)等的凸起52'連接而將光元件 8'配置在規(guī)定的位置，通過V槽將光纖7'配置在規(guī)定的位置，從而可以不實施如上所述 的自動對準(zhǔn)而使光元件的受光發(fā)光部與光纖進行對位。另外，由于裝載了光元件8'和半導(dǎo) 體電路元件9'的基板2'與光纖7'平行，所以即使在靠近多個基板2'而進行配置的時 候，光纖7'也不會妨礙設(shè)置。 而且，在這種光元件模塊的基板上形成V槽等方面，在專利文獻1中公開了利用結(jié) 晶各向異性蝕刻。 專利文獻1 :日本特開2005-10766號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在圖20這樣的光元件模塊中，由于光纖7'與光元件8'和半導(dǎo)體電路元 件9' 一起配置在基板2'的同一個面的表面上，因而無論將哪個部件先組裝在基板2' 上，在之后的組裝中，先組裝的部件都會變成障礙，從而可能損壞先組裝的部件。特別是，關(guān)電路元件9'，有時為避免外部環(huán)境的影響而將其組裝入包裝中并 進行利用封入有惰性氣體的密封包裝等的氣密密封，但是，由于光纖7'靠近配置在同一面 上，使得獨立于光纖而進行封裝變得困難。而如果同時將光纖組裝在包裝中的話，則產(chǎn)生密 封的可靠性和成本方面的問題。 而且，如果考慮光從光纖7'傳輸?shù)焦庠?'的情況的話，光從光纖7'出射到 空氣中，再經(jīng)由鏡面2a'反射，入射到光元件8'中。于是，在各邊界和空氣的傳播中，產(chǎn)生 光的反射和擴展。例如，在光纖7'的包層直徑為125ym的情況下，從光纖7'前端的出 射開始經(jīng)由45度傾斜的鏡面2a'反射至入射到光元件8'為止的空氣中的距離最小也是 125iim，雖然該距離根據(jù)纖芯直徑和數(shù)值孔徑(numerical aperture)不同而不同，但是產(chǎn) 生相當(dāng)大的光擴展。特別是，在多模光纖的情況下，由于光束直徑的較大的擴展，造成由鏡 面2a'反射后的一部分反射光碰到光纖7'，因而，為避免這種情況，必須使光纖7'離鏡 面2a'更遠(yuǎn)，更加增大至入射為止的距離。 另一方面，在專利文獻1中公開了，在這些光元件模塊等的基板的制造中，采用結(jié) 晶各向異性蝕刻來形成V槽等。但是，這不過是設(shè)法利用其他的干蝕刻來使利用結(jié)晶各向 異性蝕刻的槽形成停止等，而并沒有考慮利用結(jié)晶各向異性蝕刻的特異性，高效地在多個 部位進行蝕刻等。 本發(fā)明正是為解決上述問題，目的在于提供一種光元件模塊及其高效的制造方 法，所述光元件模塊中具有進行受光或發(fā)光的光元件和半導(dǎo)體電路元件、以及與光元件光 連接的光纖，其中，光元件和光纖的光連接為高功能性的。 本發(fā)明所涉及的光元件模塊的制造方法，其特征在于所述光元件模塊為，在硅基 板的表面或者背面中的一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，在另一個面上形成與所述 一個面及另一個面大致傾斜45度的鏡面，并且與鏡面相對的光纖配置在沿另一個面形成 的V槽中；并且所述制造方法包括通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻而相對于另一個面同時形 成鏡面和V槽的V狀側(cè)面的工序，以及通過在與第1結(jié)晶各向異性蝕刻不同的結(jié)晶面方位 上的第2結(jié)晶各向異性蝕刻而形成接觸面的工序，所述接觸面與一個面和另一個面大致垂 直并且形成在V槽的前端側(cè)從而碰上光纖前端。 根據(jù)本發(fā)明的光元件模塊的制造方法，能夠通過1次結(jié)晶各向異性蝕刻，在硅基 板的同一個面上，高效且高精度地同時形成大致45度的鏡面和用于將光纖定位配置的V槽 的V狀側(cè)面。而且，通過在另外的晶面方位上的結(jié)晶各向異性蝕刻，在V槽的前端側(cè)形成用 于接觸光纖前端來確定位置的垂直的接觸面，從而能夠以使接觸面與鏡面和V狀側(cè)面成規(guī) 定的角度的方式容易地形成接觸面。 另外，本發(fā)明所涉及的光元件模塊，其特征在于，具有硅基板，其表面和背面中的 一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，另一個面上裝載光纖；光元件和半導(dǎo)體電路元件， 裝載在一個面上，并經(jīng)由凸起而連接于形成在該一個面上的金屬線路；沿著另一個面裝載 在該另一個面上的光纖；在硅基板的另一個面上形成有相對于一個面及另一個面傾斜大 致45度的鏡面、用于將與鏡面相面對的光纖沿另一個面定位配置的V槽、以及形成在V槽 的前端側(cè)而與光纖前端接觸的與一個面和另一個面大致垂直的接觸面；在硅基板的一個面 上的光元件的受光部或發(fā)光部與鏡面之間形成有光導(dǎo)(light guide)，該光導(dǎo)由從一個面 沿著基板厚度方向延伸的圓筒狀的孔構(gòu)成。
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根據(jù)本發(fā)明的光元件模塊，因為裝載有光元件和半導(dǎo)體電路元件的面和裝載有光 纖的面是基板的表面和背面中不同的面，所以，能夠分別獨立地組裝到基板上。特別是，將 光元件和半導(dǎo)體電路元件這樣的半導(dǎo)體器件裝載在基板的一個面上，從而可以形成這樣的 構(gòu)成，即，在用密封包裝等氣密密封該面而進行保護的狀態(tài)下，能夠進行在另一個面上的光 纖的組裝。 另外，因為光纖和光元件之間的光傳遞路徑能夠幾乎不在空氣中通過而通過硅基 板的內(nèi)部，所以，能夠防止像在空氣中那樣的光的擴展。而且，因為在45度鏡面和光元件的 受光發(fā)光面之間的硅基板內(nèi)，形成有由圓筒狀的孔構(gòu)成的光導(dǎo)，所以能夠防止由于硅和空 氣的光折射率的不同而使得光向光導(dǎo)之外擴散，即使是在基板的厚度較厚的情況下，也能 夠高效地進行光傳遞。 根據(jù)上述光元件模塊及其制造方法，能夠高精度且高效地制造光元件模塊，該光 元件模塊是在硅基板的一個面上裝載有光元件和半導(dǎo)體電路元件，在另一個面上形成有 大致傾斜45度的鏡面，以大致45度的角度與鏡面相對的光纖被配置在沿另一個面形成的 V槽中。


1是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一
2是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 3是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 4是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 5是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 6是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 7是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 8是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 9是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 IO是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的一 11是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的 12是表示本發(fā)明的第1實施方式的光元件模塊的制造方法的 13是根據(jù)本發(fā)明的各實施方式的制造方法制造的本發(fā)明的光元件模塊的示意圖 14是表示本發(fā)明的第2實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 15是表示本發(fā)明的第2實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 16是表示本發(fā)明的第2實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 17是表示本發(fā)明的第2實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 18是表示本發(fā)明的第2實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 19是表示本發(fā)明的第3實施方式的光元件模塊的制造方法的一部分的示意圖 20是表示現(xiàn)有技術(shù)的光元件模塊的構(gòu)成的示意圖。
部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 部分的示意圖。 一部分的示意圖, 一部分的示意圖, 一部分的示意圖,
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細(xì)說明。另外，在說明中，用同樣符號標(biāo)記相同要素或具有相同功能的要素，省略重復(fù)的說明。 圖1 圖13是本發(fā)明的第1實施方式的制造方法的說明圖。另外，在各圖中，(a) 圖表示從上方看到的表面，(b)圖表示在其中央部的縱斷面，(c)圖表示從下方看到的背 面。 首先，根據(jù)圖13說明完成的光元件模塊1。作為絕緣膜的氧化硅膜(Si02)4在硅 基板2的表面上成膜，在其上表面上配置有規(guī)定形狀的金屬線路5。在其上表面成膜有鈍化 膜6，并且金屬線路5與光元件8和半導(dǎo)體電路元件9經(jīng)由位于其開口中的凸起52而電連 接。 光元件8是光電二極管等受光元件或者是面發(fā)光激光等發(fā)光元件。如果光元件8 是受光元件，則半導(dǎo)體電路元件9例如是放大電路；如果光元件8是發(fā)光元件，則半導(dǎo)體電 路元件9例如是其激光振蕩的驅(qū)動電路。這些光元件8及半導(dǎo)體電路元件9裝載在硅基板 2的表面一側(cè)。 另一方面，氮化硅膜(Si3N4)3在硅基板2的背面上成膜，其一部分3a作為反射防 止膜起作用。而且，與表面同樣的氧化硅膜4在其上表面成膜。 并且，在背面形成有鏡面形成用凹部2A，它的在圖右側(cè)的面為鏡面2a。該鏡面2a 形成為相對于基板的表面和背面傾斜45度。而且，必然的是，相對于基板2的厚度方向也 成45度。光纖7配置成其前端與鏡面2a相面對。光纖7以其前端與接觸面2b接觸的狀 態(tài)，被安裝在形成在硅基板2的背面的V槽內(nèi)，上述接觸面2b形成在硅基板2上且與表面 和背面相垂直。 在硅基板2的表面?zhèn)?，在光元?的受光部或發(fā)光部與鏡面2a之間形成有光導(dǎo) 2C，該光導(dǎo)2C由從硅基板2的表面起沿著基板厚度方向延伸的圓筒狀的孔構(gòu)成。并且，在 光導(dǎo)2C內(nèi)的硅基板表面上，成膜有與上述垂直面2b的表面的反射防止膜3a同樣的氮化硅 膜的反射防止膜3b。 在圖13所示的例子中，光元件8是受光元件，從光纖7出射的光通過傾斜45度的 鏡面2a反射，在光導(dǎo)2C內(nèi)通過而入射到光元件8的受光部，用箭頭表示光。在此，基板2 的表面和背面也可以反過來。而且，表面和背面不必完全平行，鏡面2a的傾斜角度以及接 觸面2b的角度也可以不是完全的45度以及垂直，只要是大致45度和大致垂直的范圍內(nèi)即 可。 接著，根據(jù)圖1 圖13對制造該光元件模塊1的工序的例子進行說明。作為硅 基板2，使用兩面被研磨了的(100)硅單晶。在此，(100)硅單晶被制造成表面和背面都是 (100)晶面。在該硅基板2的表面和背面上，通過熱氧化將氧化硅膜41成膜后，在背面?zhèn)鹊?氧化硅膜41上，通過光刻形成如圖l所示的開口。為此，在背面?zhèn)鹊难趸枘?1的表面上 涂布抗蝕劑(resist)，在抗蝕劑膜上形成開口 ，之后，通過干蝕刻除去該開口部分的氧化硅 膜41，再除去抗蝕劑膜。 在此，開口 41A是用于通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻在硅基板2上形成凹部的開口， 該凹部用于形成鏡面；開口 41B1是用于與此同時形成V槽的開口 。而且，開口 41B2是用于 通過此后的第2結(jié)晶各向異性蝕刻在硅基板上形成垂直的接觸面的開口。這些開口被設(shè)定 成，圖l(c)中各開口的圖面左右的橫方向線與結(jié)晶的〈100〉方位一致。因此，硅基板2的 定向平面是(110)面的情況下，只要將橫方向線設(shè)定為使其與垂直于該面的線之間的角度為45度即可。 接著，在氧化硅膜41的上表面，形成如圖2所示的氮化硅膜31。為此，通過低壓化 學(xué)氣相沉積法(LP-CVD)使氮化硅膜31在硅基板2的表面、背面的整個面上成膜，在其表面 上涂布抗蝕劑，在抗蝕劑膜上形成開口 ，然后通過干蝕刻除去其開口部分的氮化硅膜31 ，再 除去抗蝕劑膜。 在此，由于開口 31A形成得比之前形成的氧化硅膜41的開口 41A更大，所以氧化 硅膜41的開口 41A的周邊部露出。而且，由于開口 31B1形成得比之前形成的氧化硅膜41 的開口 41B1的寬度更大，所以氧化硅膜41的開口 41B1的寬度方向的周邊部露出。另外， 氧化硅膜41的開口 41B2被氮化硅膜31覆蓋。 接著，如圖3所示，根據(jù)針對硅單晶的結(jié)晶各向異性蝕刻(第1結(jié)晶各向異性蝕 刻)，形成鏡面形成用凹部2A和V槽部2B1。另外，在以下的說明中，如果不區(qū)別結(jié)晶的 (100)面、(010)面、(001)面而將它們作為等價的面進行表示時，記載為{100}面。{110} 面、{111}面也同樣。 通常，在(100)硅單晶的結(jié)晶各向異性蝕刻中，因為{111}面蝕刻速率最慢，所以 若以橫切{111}面那樣的線作為開口進行蝕刻，則出現(xiàn)相對于{100}面具有54.7度傾斜的 {111}面。但是，如果將開口 41A、41B1、41B2設(shè)定在上述那樣的方向上的話，開口線不橫切 {111}面，通過結(jié)晶各向異性蝕刻不出現(xiàn){111}面。并且，根據(jù)使用的蝕刻劑的不同，{100} 面和{110}面的蝕刻速率不同，因此可以通過選擇蝕刻劑，使蝕刻速率慢的一方的{100}面 或者{110}面出現(xiàn)。 在該第1結(jié)晶各向異性蝕刻中，通過在蝕刻劑中使用EPW(乙二胺、鄰苯二酚和 水的混合液)或肼(^114*1120)，進行使{110}面出現(xiàn)的蝕刻。作為蝕刻劑，使用氫氧化鉀 (K0H)和異丙醇(IPA)的混合液也可以形成{110}面。在本實施方式中，將氧化硅膜作為 開口 41A、41B1周邊的掩模，氧化硅膜由K0H侵蝕。因此，如果使用K0H和IPA的混合液，優(yōu) 選就100 ii m蝕刻而言使氧化硅膜的厚度為0. 5 ii m以上的厚度從而使其厚度較大，或者像 后述第2實施方式那樣用氮化硅膜31覆蓋氧化硅膜41，從而使氮化硅膜31具有掩模的功 能。 在此，不僅鏡面2a，而且就光通過的接觸面2b以及進行光纖的側(cè)面定位的V狀側(cè) 面2d而言，也必須制成平滑的鏡面。為此，在第1結(jié)晶各向異性蝕刻以及后述的第2結(jié)晶各 向異性蝕刻中，使用EPW作為蝕刻劑的時候，使用低速蝕刻用的溶液，優(yōu)選在低溫下進行蝕 刻。而且，在用K0H和IPA的混合液使{110}面出現(xiàn)的情況下，從抑制蝕丘(hillock)(蝕 刻產(chǎn)生的突起物)的出現(xiàn)的方面考慮，優(yōu)選在K0H為30重量％以上的高濃度、溫度約60°C 下進行蝕刻。 通過在該工序中的蝕刻形成的{110}面相對于{100}面具有45度的傾斜，因此， 如圖3所示，蝕刻后的鏡面形成用凹部2A和V槽部2B l的周圍的面都具有以a表示的45 度傾斜。因此，鏡面形成用凹部2A中的V槽部2B1 —側(cè)的45度傾斜面成為鏡面2a，V槽部 2B l的寬度方向(圖3(c)中的上下方向)上的45度傾斜面成為定位配置光纖的V狀側(cè)面 2d。 在此，鏡面形成用凹部2A和V槽部2B1的蝕刻，因為是通過1次相同的蝕刻進行， 而且針對結(jié)晶的同等的面進行，所以自不必說是高效的，而且，即使是在由于蝕刻劑、蝕刻時間、溫度等的不同，而比當(dāng)初設(shè)定的蝕刻量更多，或是反過來更少的情況下，鏡面形成用 凹部2A和V槽部2B1的深度通常也幾乎相同。因此，將光纖配置在V槽時候的光纖和鏡面 的相對的位置也幾乎相同，因為這點，也能夠使光纖的定位變得容易。 接著，如圖4所示，在通過蝕刻而現(xiàn)出的鏡面形成用凹部2A和V槽部2B1的各內(nèi) 面上，通過熱氧化使氧化硅膜42成膜。這是為了在后面工序的第2結(jié)晶各向異性蝕刻中， 保護這些面不被蝕刻。此后，利用熱磷酸除去氮化硅膜31，由此，如圖5所示，下層的氧化硅 膜41出現(xiàn)在表面上，在圖1階段已經(jīng)形成的開口 41B2再次出現(xiàn)。將該開口 41B2作為用于 形成垂直接觸面2b的第2結(jié)晶各向異性蝕刻時候的掩模。 在此，假如不形成這樣的掩模，而是在前面工序的形成鏡面形成用凹部2A和V槽 部2B1的第1結(jié)晶各向異性蝕刻中，使用僅用于此的1層掩模，則在用于后面的垂直面形成 的第2結(jié)晶各向異性蝕刻中，需要重新形成圖5所示的掩模。 為此，首先，在硅基板2的表面形成氧化硅膜之后，在其上表面的整個面上涂布用 于光刻的抗蝕劑。但是，如果像本實施方式一樣，已經(jīng)通過前面的工序的第1結(jié)晶各向異性 蝕刻，在表面形成有凹部的話，抗蝕劑的涂布是困難的。通常，抗蝕劑的涂布是，用旋轉(zhuǎn)涂布 機使基板旋轉(zhuǎn)，在其上面滴加抗蝕劑，通過離心力使抗蝕劑擴展，從而形成抗蝕劑膜。因此， 利用這樣的通常的抗蝕劑涂布方法，進行抗蝕劑的涂布特別困難。 在本實施方式中，作為第1結(jié)晶各向異性蝕刻工序的掩模，使用層疊了氧化硅膜 41和氮化硅膜31而成的掩模。并且，在后面的工序的第2結(jié)晶各向異性蝕刻中，在之前工 序蝕刻后的應(yīng)該保護的部位上形成保護膜，再除去上層的氮化硅膜31，至此使之前被氮化 硅膜31覆蓋了的氧化硅膜41中的開口 41B2露出，由此，可以不重新形成抗蝕劑涂布工序 所需的掩模，而將氧化硅膜41作為掩模使用。 在本實施方式中，就2種各向異性蝕刻的掩模而言，如上所述，是通過用氮化硅膜 和氧化硅膜預(yù)先加入來實現(xiàn)的。但是，如果在形成垂直面的工序前先進行形成45度的晶面 的工序的話，也可以通過在抗蝕劑涂布中采用噴涂機，形成45度的晶面之后，形成用于形 成垂直面的掩模。 然后，如圖6所示，進行第2結(jié)晶各向異性蝕刻，形成用于使光纖前端接觸定位的 垂直接觸面2b。在此，作為蝕刻劑，使用對{100}面的蝕刻速率比對{110}面的蝕刻速率更 慢的TMAH(四甲基氫氧化銨，(CH3)4N0H)。除此之外，也可以用K0H(不混合IPA) 、 CsOH等 進行出現(xiàn){100}面的蝕刻。 如第1結(jié)晶各向異性蝕刻中也描述的那樣，接觸面2b也必須制成平滑的鏡面。在 使用TMAH的情況下，優(yōu)選以濃度22重量％以上的高濃度進行蝕刻，在使用K0H的情況下， 與上述第1結(jié)晶各向異性蝕刻中在與IPA的混合液中的條件同樣，從抑制突起的出現(xiàn)方面 考慮，優(yōu)選在K0H為30重量％以上的高濃度、溫度約6(TC的條件下進行蝕刻。
在該蝕刻中，原本是進行從開口 41B2起向基板2的厚度方向(深度方向)的蝕刻 和向開口 41B2周圍的四邊在圖6(c)中擴大的方向的蝕刻，形成長方體狀的垂直面形成部 2B2，其中與鏡面2a相對的垂直面成為光纖前端的接觸面2b。但是，實際上是，從掩模的開 口 41B2的角部開始，進行出現(xiàn)X線所示的{111}面的各向異性蝕刻。因此，在本實施方式 中，為了盡可能將接觸面2b維持得較寬，預(yù)先形成在沿鏡面2a的方向上較長的開口 41B2。 另外，根據(jù)情況，也可以采用結(jié)晶各向異性蝕刻中的角部補償法。
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接著，如圖7所示，用氟化氫除去基板2的表面的氧化膜41。在該圖7中，基板2 的背面的結(jié)構(gòu)已完成，鏡面形成用凹部2A的垂直面形成部2B2側(cè)的45度面是鏡面2a，V槽 部2B1和垂直面形成部2B2連通，形成用于光纖的導(dǎo)槽2B。并且，V槽部2B1的V狀側(cè)面2d 進行在光纖的側(cè)方的定位，在垂直面形成部2B2中與鏡面2a相對的垂直面成為進行光纖的 前后方向的定位的接觸面2b。 接著，如圖8所示，在基板2的背面的整個面上和表面的光通過的部位上，形成氮 化硅膜32。在此，背面?zhèn)鹊慕佑|面2b的部分的氮化硅膜3a和表面?zhèn)鹊牡枘?b作為反 射防止膜起作用，因此以所使用的光的波長的約四分之一 (A/4)的厚度進行成膜。
為了形成該氮化硅膜32，通過LP-CVD或等離子CVD法使氮化硅膜32在基板2的 表面和背面的整個面上成膜。然后，在基板2的表面上，涂布抗蝕劑，形成使該抗蝕劑膜只 殘留在相當(dāng)于氮化硅膜3b的部位的圖形，再用干蝕刻除去其他部位的氮化硅膜。
接著，如圖9所示，通過CVD法使氧化硅膜43在基板2的表面和背面上成膜，并在 表面的其上面形成規(guī)定圖形的金屬線路5。在此形成的表面?zhèn)鹊难趸枘?3作為絕緣膜起 作用。并且，在背面?zhèn)纫部梢圆槐匦纬裳趸枘?3，但是，只在表面形成的情況下，該成膜會 導(dǎo)致基板2彎曲。因此，為了使彎曲最小化，優(yōu)選按表面和背面同樣的厚度在背面也成膜。
接著，如圖10所示，通過CVD法從表面的金屬線路5的上面開始形成以氧化硅膜 為主的鈍化膜6，再在其上制作用于與金屬線路5電連接的電極、以及用于形成光導(dǎo)2C的抗 蝕劑掩模M。為此，在涂布后的抗蝕劑膜上，形成與電極部對應(yīng)的開口 ME和與光導(dǎo)對應(yīng)的環(huán) 狀開口 MC的圖形。 然后，如圖11所示，通過掩模M的開口部進行干蝕刻，在電極部分中，除去鈍化膜6 直至使金屬線路5露出為止。并且，在光導(dǎo)部分中，除去鈍化膜6和氧化硅膜43直至使硅 基板2露出為止。 接著，重新形成抗蝕劑膜M，形成具有使光導(dǎo)部分露出為圓形而非環(huán)狀的開口MC 的掩模M。之后，如圖12所示對硅基板2進行干式深蝕刻，形成光導(dǎo)2C。此時，留在開口MC 的平面看為中央部的圓形氧化硅膜43相對于蝕刻起保護膜的作用。 該干式深蝕刻采用Bosch工藝，將SF6作為蝕刻劑，將C4F8用作用于保護膜形成的 沉積用氣體。即，最初用SFe進行各向同性蝕刻，再用C;F8在蝕刻后的面上形成保護膜。接 著，通過電場使SF6的等離子濺射在開口的底面從而除去底面的保護膜，再次通過SF6的各 向同性蝕刻，挖掘已除去保護膜的底面。重復(fù)該工序，進行深掘。 如果使光導(dǎo)2C形成至規(guī)定的深度，然后，用氫氟酸(HF)除去在開口MC內(nèi)作為保 護膜起作用的圓形氧化硅膜43，使作為反射防止膜的氮化硅膜3b露出。然后，除去掩模M， 如圖13所示，通過倒裝式接合等經(jīng)由凸起52的連接，使光元件8和半導(dǎo)體電路元件9電連 接于金屬線路5的電極部位，從而裝載在基板表面上。并且，對光纖7進行利用V狀側(cè)面2d 的側(cè)方的定位和利用接觸面2b的前后方向的定位，從而將光纖7配置在背面。
此時，將光元件8和半導(dǎo)體電路元件9組裝入密封包裝來實現(xiàn)保護，之后，用粘著 劑將光纖7固定在導(dǎo)槽2B中。在光纖7的固定中，當(dāng)光纖7的前端碰到接觸面2b的時候， 涂布與光纖相同折射率1. 5的紫外線硬化樹脂來防止端面的損傷，并且也可以采用與將光 纖7的側(cè)面固定于V槽時候的粘著劑相同的紫外線硬化樹脂，來實現(xiàn)操作的容易化。
這樣，就光元件8和半導(dǎo)體電路元件9的裝載與光纖7的裝載而言，能夠分別獨立地組裝到基板上。而且，可以在用包裝保護光元件8和半導(dǎo)體電路元件9之后，組裝光纖7， 能夠?qū)崿F(xiàn)對半導(dǎo)體元件類的進一步保護以及操作效率的提高。 另外，因為光纖7和光元件8之間的光傳遞路徑能夠不在空氣中通過而通過硅基 板內(nèi)部，所以能夠防止像在空氣中那樣的光擴展。而且，因為在45度鏡面2a和光元件8的 受光發(fā)光面之間的硅基板2內(nèi)，形成了由圓筒狀的孔構(gòu)成的光導(dǎo)2C，所以可以防止因為硅 和空氣的光折射率的不同而使光向光導(dǎo)2C外擴散，即使是在基板厚度較厚的情況下，也能 夠高效地進行光傳遞。 在這個實施方式中，雖然是形成背面的鏡面形成用凹部2A和導(dǎo)槽2B之后，再形成 表面的反射防止膜3b，但是，也可以在圖1的掩模圖形形成了的氧化硅膜41的形成階段，針 對表面的氧化硅膜41，預(yù)先將后面形成反射防止膜3b的部位作為開口 ，然后，將氮化硅膜 31在基板表面和背面成膜時候的氮化硅膜31的該部位的部分作為反射防止膜。
接著，根據(jù)圖14 圖17對本發(fā)明的第2實施方式進行說明。如上所述，在第1結(jié) 晶各向異性蝕刻中，即使將K0H和IPA的混合液作為蝕刻劑，氧化硅膜作為掩模，也能夠使 {110}面出現(xiàn)，但是在這種情況下，氧化硅膜的厚度必須增厚。因此，在本實施方式中，使第 1結(jié)晶各向異性蝕刻的掩模為氮化硅膜。 如圖14所示，與第1實施方式的情況相比，將氧化硅膜41的開口 41A形成得較大， 開口 41B1的寬度形成得較寬。并且，通過將形成在其上表面上的氮化硅膜31的開口 31A 形成得比其更小，開口 31B1的寬度形成得更窄，如圖所示，從而使得氧化硅膜41沒有露出 于各開口。 接著，如圖15所示，使氮化硅膜31作為覆蓋各開口周邊的掩模發(fā)揮作用，將K0H 和IPA的混合液作為蝕刻劑進行第1結(jié)晶各向異性蝕刻。因而，與第1實施方式同樣，在鏡 面形成用凹部2A和V槽部2B l周圍的面上使具有以a表示的45度傾斜的{110}面出現(xiàn)， 形成鏡面2a和V狀側(cè)面2d。 此后，采用與第1實施方式同樣的方法，如圖16所示，通過熱氧化而在蝕刻后的鏡 面形成用凹部2A和V槽部2B1周圍的面上使氧化硅膜42成膜。接著，如圖17所示，通過 熱磷酸除去氮化硅膜31，從而與第1實施方式的圖5同樣，能夠使得用于第2結(jié)晶各向異 性蝕刻的具有開口 41B2的氧化硅膜41的掩模露出于表面。除了以上說明以外，其他與第 1實施方式同樣。 但是，在第1結(jié)晶各向異性蝕刻中，必須以使掩模下的鉆蝕(皿deretching)到達 掩模的開口 31A，31B1的方式進行蝕刻。例如，在圖18中，由于鉆蝕到達L1，所以在蝕刻后 的面上使氧化硅膜42成膜時，該膜與基板2的背面的氧化硅膜41連續(xù)，從而形成在第2結(jié) 晶各向異性蝕刻中的保護膜。 但是，如果鉆蝕至未達到開口緣部L2的L3位置，則即使在蝕刻后的面上使氧化硅 膜42成膜，也會在L2和L3之間形成開口 ，并在該處進行不需要的第2結(jié)晶各向異性蝕刻。 另外，在第1結(jié)晶各向異性蝕刻中{110}面和{100}面的蝕刻速率大致為1 : IO，因此，例 如，在蝕刻lOOym的情況下預(yù)估lOym左右的鉆蝕來預(yù)先進行設(shè)定即可。
接著，根據(jù)圖19對本發(fā)明的第3實施方式進行說明。在該實施方式中，將(110)硅 單晶作為硅基板2使用。并且，將第1實施方式中圖1的氧化硅膜41的開口 41A的在(c) 圖的上下方向上的線(鏡面2a延伸的方向)設(shè)定為橫切(100)面的方向。在此情況下，通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻，使鏡面2a上出現(xiàn){100}面，形成相對于基板2的表面和背面 (110)為45度的鏡面2a。另一方面，在V槽部2B1的V狀壁面2d上出現(xiàn)35.3度的傾斜的 {111}面。 在第2結(jié)晶各向異性蝕刻中，在成為接觸面2b的垂直面上出現(xiàn){110}面。并且， 在垂直面形成部2B2中與其正交的面，出現(xiàn)圖中由X所示那樣的{111}面。除了以上說明 以外，其他與實施方式1中說明的相同。 但是，在這個實施方式中，出現(xiàn){110}面的垂直面的蝕刻需要耗費的時間是實施 方式1，2中的垂直面的蝕刻所需時間的IO倍左右。而且，由于使V狀側(cè)面2d與表里和背 面所成的傾斜角度較小為35.3度，所以如果要在與第1，第2實施方式相同的深度配置光纖 的話，必須使槽加深。 另外，在各實施方式中，也可以在光導(dǎo)2C的基板2的表面上制作聚光透鏡。這是 光從鏡面2a通過光導(dǎo)2C內(nèi)從而由表面向光元件8的受光部出射的形態(tài)，特別是，入射到光 導(dǎo)2C的光束的直徑較大，因而，光導(dǎo)2C的直徑也設(shè)定得較大的情況下，使光向光元件8的 受光部聚光的情況下，是有效的。 在形成聚光透鏡的情況下，在硅基板2的表面和背面形成氧化硅膜41之前，在后 面形成光導(dǎo)2C的部位，首先形成聚光透鏡。作為形成方法，例如，使用日本特開平6-194502 號公報所公開的那種方法即可。即，在透鏡形成部開了口的保護膜的開口部中，配置從平面 看為圓形的抗蝕劑，通過將該抗蝕劑加熱到熱變形溫度以上，利用熱變形和表面張力，使抗 蝕劑成為規(guī)定的曲率半徑的凸面形狀。從其上方對硅基板實施反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，從而 能夠?qū)⒖刮g劑的凸面形狀復(fù)制到硅基板表面上，形成透鏡。 另外，在各實施方式中，為了便于說明，記載了用于光連接1個光元件8和1根光 纖7的光元件模塊，但是也可以為了將多個并列的光元件和同樣多個并列的光纖作為列陣 進行光連接，而在1個硅基板2上并列形成光纖的導(dǎo)槽2B、光導(dǎo)2C等。
在此，在上述實施方式的光元件模塊的制造方法中所用的構(gòu)成是，所述光元件模 塊為，在硅基板的表面或者背面的其中一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，在另一個 面上形成相對于上述一個面及另一個面大致傾斜45度的鏡面，并且與鏡面相面對的光纖 配置在沿另一個面形成的V槽中；并且包括以下工序通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻相對于 另一個面同時形成鏡面和V槽的V狀側(cè)面的工序，以及，通過在與第1結(jié)晶各向異性蝕刻不 同的結(jié)晶面方位上的第2結(jié)晶各向異性蝕刻而形成接觸面的工序，所述接觸面與一個面和 另一個面大致垂直并且形成在V槽的前端側(cè)從而碰上光纖前端。 另外，上述制造方法優(yōu)選進一步包括通過干式深蝕刻在光元件的受光部或發(fā)光部
和鏡面之間的硅基板內(nèi)形成圓筒狀的光導(dǎo)部的工序，該光導(dǎo)部從一個面起向基板厚度方向
延伸。根據(jù)這種制造方法，在光元件的受光部或發(fā)光部和鏡面之間的硅基板中，即使長度很
長，也可以通過干式深蝕刻形成圓筒狀的孔，從而，能夠防止通過其間的光擴散。 另外，上述制造方法優(yōu)選硅基板是(100)硅單晶，第1結(jié)晶各向異性蝕刻是使
{110}面出現(xiàn)的蝕刻，第2結(jié)晶各向異性蝕刻是使{100}面出現(xiàn)的蝕刻。根據(jù)這種制造方
法，鏡面和V槽的V狀側(cè)面都作為截面呈大致45度傾斜的面而被同時形成。并且，因為這
些面的深度也被形成得大致相同，所以即使蝕刻條件等發(fā)生變化，配置于V槽中的光纖和
鏡面在基板厚度方向上的相對位置也是一定的，因而更加容易確定光纖和鏡面的位置。
另外，上述制造方法優(yōu)選通過層疊了氧化硅膜及在其上面的氮化硅膜而成的掩 模來進行第1結(jié)晶各向異性蝕刻，然后，使保護膜在蝕刻后的面上成膜之后，利用通過除去 氮化硅膜使氧化硅膜的開口露出而成的掩模來進行第2結(jié)晶各向異性蝕刻。
根據(jù)這種制造方法，使用層疊了氧化硅膜和氮化硅膜而成的掩模，作為用于形成 鏡面和V槽的V狀側(cè)面的第1結(jié)晶各向異性蝕刻工序的掩模。并且，在后面的用于形成大 致垂直的接觸面的第2結(jié)晶各向異性蝕刻中，通過使保護膜在前一工序蝕刻后應(yīng)該保護的 部位成膜，再除去上層的氮化硅膜，使之前已被氮化硅膜覆蓋了的氧化硅膜中的開口 (成 為在后面的用于形成大致垂直的接觸面的結(jié)晶各向異性蝕刻中的開口 )露出，從而將具有 該開口的氧化硅膜作為掩模使用。 如果要通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻，而在形成有用于形成鏡面和V槽的凹部的硅 基板的另一個面上形成新的氧化硅膜的掩模的話，雖然在氧化硅膜成膜之后，在其上涂布 抗蝕劑膜，在抗蝕劑膜上形成開口的圖形，從而將該開口復(fù)制到氧化硅膜上，但是將抗蝕劑 涂布在形成有凹部的面上是困難的。而在上述制造方法的情況下，可以不產(chǎn)生這樣的困難 而使用氧化硅膜的掩模。
另外，上述制造方法優(yōu)選進一步包括在垂直面及光元件裝載面中的至少一個面
的光通過部位，形成作為反射防止膜的氮化硅膜的工序。根據(jù)這種制造方法，能夠在垂直面
及光元件裝載面中的至少一個面上高效地形成作為反射防止膜的氮化硅膜。
上述實施方式中的光元件模塊所采用的構(gòu)成是，具有硅基板，其表面和背面中的
一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，另一個面上裝載光纖；光元件和半導(dǎo)體電路元件，
裝載在一個面上，并經(jīng)由凸起而連接于形成在該一個面上的金屬線路；沿著另一個面裝載
在該另一個面上的光纖；在硅基板的另一個面上形成有相對于一個面及另一個面傾斜大
致45度的鏡面、用于將與鏡面相面對的光纖沿另一個面定位配置的V槽、以及形成在V槽
的前端側(cè)而與光纖前端接觸的與一個面和另一個面大致垂直的接觸面；在硅基板的一個面
上，在光元件的受光部或發(fā)光部與鏡面之間形成有光導(dǎo)，該光導(dǎo)由從一個面起沿著基板厚
度方向延伸的圓筒狀的孔構(gòu)成。 本發(fā)明可以用作，在具有進行受光或發(fā)光的光元件和半導(dǎo)體電路元件以及與光元 件光連接的光纖的光元件模塊中，使光元件和光纖的光連接為高功能化的光元件模塊，及 其高效的制造方法。
1權(quán)利要求
一種光元件模塊的制造方法，其特征在于所述光元件模塊為，在硅基板的表面或者背面的其中一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，在另一個面上形成相對于所述一個面及另一個面大致傾斜45度的鏡面，并且與所述鏡面相面對的光纖配置在沿所述另一個面形成的V槽中；所述制造方法包括相對于所述另一個面，通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻同時形成所述鏡面和所述V槽的V狀側(cè)面的工序，以及，通過在與所述第1結(jié)晶各向異性蝕刻不同的結(jié)晶面方位上的第2結(jié)晶各向異性蝕刻而形成接觸面的工序，所述接觸面與所述一個面和另一個面大致垂直并且形成在所述V槽的前端側(cè)從而碰上所述光纖前端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光元件模塊的制造方法，其特征在于進一步包括通過干式深蝕刻在所述光元件的受光部或發(fā)光部和所述鏡面之間的所述 硅基板內(nèi)形成圓筒狀的光導(dǎo)的工序，該光導(dǎo)從所述一個面起向基板厚度方向延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光元件模塊的制造方法，其特征在于所述硅基板是(100)硅單晶，所述第1結(jié)晶各向異性蝕刻是使{110}面出現(xiàn)的蝕刻，所 述第2結(jié)晶各向異性蝕刻是使{100}面出現(xiàn)的蝕刻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光元件模塊的制造方法，其特征在于利用層疊了氧化硅膜及在其上面的氮化硅膜而成的掩模來進行所述第1結(jié)晶各向異 性蝕刻，然后，使保護膜在蝕刻后的面上成膜之后，利用通過除去所述氮化硅膜使所述氧化硅膜的開口露出而成的掩模來進行所述第2結(jié)晶各向異性蝕刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光元件模塊的制造方法，其特征在于進一步包括在所述接觸面及所述一個面中的至少一個面的光通過部位，形成作為反射防止膜的氮化硅膜的工序。
6. —種光元件模塊，其特征在于 具有硅基板，在其表面和背面中的一個面上裝載光元件和半導(dǎo)體電路元件，在另一個面上 裝載光纖；光元件和半導(dǎo)體電路元件，裝載在所述一個面上，并經(jīng)由凸起而連接于形成在該一個 面上的金屬線路；沿著所述另一個面而裝載在該另一個面上的光纖；在所述硅基板的所述另一個面上形成有相對于所述一個面及另一個面傾斜大致45 度的鏡面、用于將與所述鏡面相面對的光纖沿所述另一個面定位配置的V槽、以及形成在V 槽的前端側(cè)而與所述光纖前端接觸的與所述一個面和另一個面大致垂直的接觸面；在所述硅基板的所述一個面上，在所述光元件的受光部或發(fā)光部與所述鏡面之間形成 有光導(dǎo)，該光導(dǎo)由從所述一個面起沿著基板厚度方向延伸的圓筒狀的孔構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供光元件模塊及其制造方法。光元件模塊(1)的制造方法構(gòu)成為，光元件模塊(1)在硅基板(2)的一個面上裝載光元件(8)和半導(dǎo)體電路元件(9)，在另一個面上形成大致傾斜45度的鏡面(2a)，與鏡面相對的光纖(7)配置在沿另一個面形成的V槽中；該制造方法包括相對于另一個面通過第1結(jié)晶各向異性蝕刻同時形成鏡面(2a)和V槽的V狀側(cè)面的工序，通過與第1結(jié)晶各向異性蝕刻的結(jié)晶面方位不同的第2結(jié)晶各向異性蝕刻形成接觸面(2b)的工序，接觸面(2b)與一個面和另一個面大致垂直，形成在V槽前端側(cè)而碰上光纖(7)前端。由此實現(xiàn)使光元件和光纖的光連接高功能化的光元件模塊及其高效的制造方法。
文檔編號G02B6/13GK101750674SQ20091025364
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者石田雅之, 藁科禎久 申請人:浜松光子學(xué)株式會社