소개
실리콘 포토닉스 이종집적에서는 재료를 붙일 때마다 열에 약한 광소자가 접합 온도에 다시 노출된다. 광을 설계된 접합계면에서만 열로 바꾸는 계면선택 접합의 원리와 공정, 장비를 정리한 기술 자료다.
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요약
광소자는 같은 접합 온도에서 전자 소자보다 쉽게 특성이 저하되는데, 기존 접합은 칩 전체를 가열한다. 1.55 μm 광은 Si와 InP를 투과해 계면의 수십 nm 흡수층에서만 열로 바뀐다. 펄스폭으로 가열 깊이를, 조사 위치와 순서로 가열 부피를 제한해 접합 온도와 광소자 온도를 분리한다. 관련 출원 특허 목록을 함께 싣는다.
결론
광소자는 전자 소자와 달리 접합 온도에서 특성이 저하되므로, 최소의 열로 붙이는 것이 광집적의 조건이다. 기존 접합은 칩 전체를 가열해 접합에 필요한 열이 광소자 전체에 걸리고, 재료를 하나 더 붙일 때마다 앞서 만든 광소자가 다시 가열된다. 계면선택 접합은 접합 온도를 낮추는 대신 접합 온도와 광소자 온도를 분리한다. 파장 1.55 μm의 광자 에너지 0.80 eV는 Si(1.12 eV)와 InP(1.34 eV)의 밴드갭보다 낮아, 광은 도파로·클래드·핸들러를 지나 계면에 도달한다. 계면에 배치한 20~60 nm 두께의 흡수층이 이 광을 열로 바꾸며, 열원의 위치와 두께는 접합 패드 마스크로 함께 확정된다. 열확산거리가 조사 시간의 제곱근에 비례하므로 펄스폭이 가열 깊이를 정한다. 조사 위치·순서·조사량을 개별 제어하면 가열되는 부피는 웨이퍼 전체가 아니라 접합부의 합이 된다. 원본은 1 μs 펄스 조건에서 접합계면 375 °C, 계면에서 30 μm 떨어진 광활성층 52 °C를 제시한다. 같은 시각 두 지점의 온도차 323 K는 접합 온도를 낮추지 않고 얻은 값이다. 승온과 냉각이 마이크로초 단위로 끝나므로 산화막 처리와 금속 접합이 재산화보다 먼저 완료되고, 플럭스 도포와 세정 공정이 흐름에서 빠진다. 같은 선택흡수 원리로 박리·치유·접합을 수행하는 층전사는 InP·InGaAsP 활성층을 한 장의 도너에서 반복 회수한다. 사파이어 핸들러 양면 패키지에서는 접합 횟수가 늘어도 앞서 붙인 계면의 열이력이 갱신되지 않는다. 본더는 가압 헤드가 하중과 평탄도만 맡고 열은 하부 광경로로 공급하는 구조여서, 헤드를 승온·냉각하는 시간이 공정 시간에서 빠진다. 첫 적용처는 EIC와 PIC를 반드시 붙여야 하는 CPO다. 접합 온도에 노출되던 PIC를 계면만 가열하는 방식으로 보호한다. 실리콘 포토닉스에서 전자부와 광부를 붙이는 공정이 늘어날수록 이 원리가 적용되는 계면도 함께 늘어난다. 원본 뒤에는 선택흡수·광경로 같은 상위 제조원리부터 재료별 응용, 장비·제어·검사까지를 포함한 출원 특허 107건의 목록을 실었다.
주제
- 포토닉스
- CPO
