CN1218197C - 光学开关元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
利用化学气相沉积方法(CVD方法)形成下包层、核心和上包层。至少调整氮氧化硅的氧的添加量，氮的添加量和硅的添加量之一，以便核心具有高于包层的所需折射率。此外，形成终点检测器，在刻模形成核心的过程中，所述终点检测器变成干蚀刻的蚀刻限位器。
Description
本申请以在先日本专利申请No.2002-077130(申请日2002年3月19日)和2003-49867(申请日2003年2月26日)为基础，并要求其优先权，所述在先日本专利申请作为参考包含于此。
技术领域
本发明涉及利用半导体工艺技术在半导体基底上形成的，具有和光纤对应的光学功能的光学开关元件，以及制造所述光学开关元件的方法。
背景技术
通常，当制造光学开关元件时，使诸如SiCl4之类原料气体流进氧氢燃烧室，借助火焰水解沉积方法，在火焰中促成氧化反应，从而在硅基底上沉积下包层和呈玻璃颗粒层的核心材料。诸如TiO2或GeO2之类杂质被添加到核心材料中，以便改变其折射率。随后，在1200℃或更高温度下进行热处理，使玻璃颗粒彼此紧密接触，并对核心材料构图，以便形成所需形状的核心。之后，借助火焰水解沉积方法沉积上包层，以便覆盖核心，并且在1200℃或更高温度下进行热处理，从而形成光学开关元件。
但是，当借助上述火焰水解沉积方法沉积核心材料时，存在核心材料中杂质扩散的较大差异导致折射率不均匀，以及要沉积的薄膜中厚度分布不均匀的问题。
另一问题是当在下包层上构图形成核心时，由于由几乎相同的材料形成的下包层和核心材料的蚀刻速度差较小，不能提供足够的选出率，因此在核心的形成过程中，下包层也受到蚀刻，从而不能获得所需形状的核心。特别地，核心的侧壁不能形成垂直面，而是形成具有蔓生的裙状部分的粗糙面，这会导致光的衰减。
发明内容
鉴于上述问题作出了本发明，本发明的一个目的是使得能够形成具有所需均匀折射率的核心，并且既简单又准确地在核心和包层之间获得所需的折射率差，以便提供一种高度可靠的光学开关元件及其制造方法。
本发明的另一目的是使得即使当包层和核心由相同材料制成时，也能够简单并准确地在下包层上刻模形成核心，从而提供一种高度可靠的光学开关元件以及制造所述光学开关元件的方法。
作为认真研究的结果，本发明的发明人设计出本发明的下述方面。
本发明的光学开关元件包括在半导体基底上形成的包层；和被所述包层覆盖，并且使之具有比所述包层高的折射率从而形成光路的核心，其中所述核心由氮氧化硅形成，并且通过调整氧的增添量，氮的增添量和硅的增添量中至少之一，控制所述核心具有所需的折射率，通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器。
本发明的光学开关元件的另一方面包括：在半导体基底上形成的包层；以及被所述包层覆盖，并且使之具有比所述包层高的折射率从而形成光路的核心，其中所述包层具有下包层和上包层，上包层覆盖形成于所述下包层上的所述核心，并且其中所述下包层在其表面层中具有由与所述下包层材料不同的材料制成的蚀刻限位器，其中所述核心材料是氮氧化硅薄膜，并且调整所述源气体的有助于增添氧的气体，有助于增添氮的气体和有助于增添硅的气体至少之一的流速。
一种制造本发明的光学开关元件的方法，包括：利用化学气相沉积方法，在半导体基底上形成下包层的第一步骤；利用化学气相沉积方法在所述下包层上沉积核心材料，并处理核心材料，形成变成光路的核心的第二步骤；和利用化学气相沉积方法，形成覆盖所述核心的上包层的第三步骤，其中在所述第二步骤中，在调整源气体的流速的情况下，借助所述化学气相沉积方法，形成所述核心并控制形成使之具有所需折射率的所述核心，所述所需折射率高于所述下包层和所述上包层的折射率，在所述第三步骤之后，在所述上包层上形成通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器的第四步骤。
制造本发明的光学开关元件的方法的另一方面包括：在半导体基底上形成下包层的第一步骤；在所述下包层的表面层中形成由和所述下包层不同的材料制成的蚀刻限位器的第二步骤；通过在所述下包层上沉积核心材料，并且利用所述蚀刻限位器作为蚀刻基准，处理所述核心材料，形成变成光路的核心的第三步骤，所述核心的折射率高于所述下包层和上包层的折射率；和形成覆盖所述核心的所述上包层的第四步骤，其中在所述第三步骤中，通过在调整源气体的流速的情况下，借助所述化学气相沉积方法沉积所述核心材料，并处理所述核心材料，形成所述核心并控制使之具有所需的折射率，其中所述核心材料是氮氧化硅薄膜，并且调整所述源气体的有助于增添氧的气体，有助于增添氮的气体和有助于增添硅的气体至少之一的流速。
附图说明
图1是表示根据本实施例的光学开关元件的一般结构的横截面示意图；
图2A-2C是按照步骤的顺序，表示制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图3A-3D是按照步骤的顺序，表示在图2A-2C之后，制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图4A-4C是按照步骤的顺序，表示在图3A-3D之后，制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图5A-5C是按照步骤的顺序，表示在图4A-4C之后，制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图6A-6C是按照步骤的顺序，表示在图5A-5C之后，制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图7A和7B是按照步骤的顺序，表示在图6A-6C之后，制造根据本发明的光学开关元件的方法的示意横截面图；
图8A-8C是表示其中从硅半导体基底上切下各个光学开关元件的情况的方框图；
图9A和9B是在图8A-8C之后，表示其中从硅半导体基底上切下各个光学开关元件的情况的方框图；
图10是在图9A和9B之后，表示其中从硅半导体基底上切下各个光学开关元件的情况的方框图；
图11A-11C是在图10之后，表示其中从硅半导体基底上切下各个光学开关元件的情况的方框图；
图12A-12E是主要表示根据改进例子1的制造光学开关元件的方法不同于实施例中方法的步骤的示意横截面图；
图13A-13D是主要表示根据改进例子2的制造光学开关元件的方法不同于实施例中方法的步骤的示意横截面图；
图14A和14B是在图13A-13D之后，主要表示根据改进例子2的制造光学开关元件的方法不同于实施例中方法的步骤的示意横截面图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明应用本发明的优选实施例。
(具体实施例)
光学开关元件的一般结构
图1是表示根据本实施例的光学开关元件的一般结构的横截面示意图。
该光学开关元件包括硅半导体基底1；硅半导体基底1上由氧化硅薄膜形成的下包层2；分别由氧化硅薄膜形成，并在下包层2上构图形成以便构成光学通路的核心3；和由在下包层2上形成的氧化硅薄膜构成，以便覆盖核心3的上包层4；均由顺序嵌入凹槽中的TiN和W构成的加热器5，所述凹槽形成于与核心3上方的位置对应的上包层4的表面层部分中；向加热器5提供电能的供电线路6；与和供电线路6相连的外部供电小孔8一起形成的覆盖膜7。
在下包层2的表面层中，形成终点检测器9(下文简称为EPD 9)，如后所述，EPD 9是核心3的构图形成过程中干蚀刻的蚀刻限位器。EPD 9由顺序嵌入在下包层2的表面层中形成的凹槽中的TiN和W构成。
在该光学开关元件中，下包层2、核心3和上包层4由化学气相沉积方法(CVD方法)形成，更具体地说，在至少调整氮氧化硅薄膜中氧的增添数量，氮的增添数量和硅的增添数量之一，以致核心3具有高于包层2和4的所需折射率的情况下，由等离子体增强CVD方法或者热CVD方法形成。此外，也可采用添加硼或磷作为杂质来调整核心3的折射率。由于核心3的折射率高于围绕核心3的包层2及4的折射率，因此，入射在核心3上的光线在被反射的同时通过核心3。为了改变相邻核心3之间的光学通路，加热器5加热核心3，热膨胀核心3，以便改变折射率，从而改变核心3的光学通路。
制造光学开关元件的方法
图2A-2C、图3A-3D、图4A-4C、图5A-5C、图6A-6C、图7A和7B是按照步骤顺序表示根据本实施例的光学开关元件的制造方法的横截面示意图。
为了制造本实施例的光学开关元件，首先，如图2A中所示，利用等离子体增强CVD方法或者热CVD方法在硅半导体基底1上形成膜厚约为15微米的氧化硅薄膜，从而形成下包层2。下包层2的折射率约为1.46。
随后，如图2B中所示，在下包层2的表面层中刻模形成深度约为0.4微米的凹槽11(或者沟槽)。在下包层2上沉积金属薄膜，这里是TiN薄膜12和W薄膜13的层状薄膜，以便填充凹槽11。代替利用TiN和W作为金属薄膜，也可采用使用Cu、Ti和Al，或者把这些与TiN和W组合来形成薄膜。
随后，如图2C中所示，在下包层2的平面作为限位器的情况下，利用CMP(化学机械抛光)方法整平TiN薄膜12和W薄膜13，以便形成由只填充在凹槽11中的TiN薄膜12和W薄膜13组成的EPD 9。
之后，如图3A中所示，通过利用高密度等离子体，借助等离子体增强CVD，在具有在其表面层中形成的EPD 9的下包层上沉积膜厚约为1.5微米的变成核心材料的氮氧化硅薄膜14。这种情况下，通过至少调整源气体的有助于氧的添加的气体，有助于氮的添加的气体和有助于硅的添加的气体之一的流速，控制氮氧化硅薄膜14，以便具有比包层2和4高的所需折射率，这里约为1.51。SiH4、N2O和N2的混合气体用作源气体。这样，SiH4是有助于硅的添加的气体，N2O和N2是有助于氧和氮的添加的气体。这里，可使用NO2、O2或O3气体代替N2O。
这种情况下，可使用TEOS(Si(OC2H5)4)代替作为混合气体成分之一的SiH4。另外最好至少添加一种包含硼或磷的杂质，例如B2H6，B(OCH3)3，PH3，和PO(OCH3)3，NH3等等，以便调整核心材料的折射率。
随后，对氮氧化硅薄膜14刻模，以便形成核心3。
具体地说，首先，如图3B中所示，在下包层2上涂覆光刻胶15。
随后，如图3C中所示，利用光刻法处理光刻胶15，形成呈核心形状的保护掩模16。
随后，在保护掩模16作为掩模的情况下，利用等离子体干蚀刻法蚀刻氮氧化硅薄膜14，从而刻模形成所需形状的核心3。这里，EPD 9被用作该蚀刻过程中的蚀刻限位器。更具体地说，在位于不形成核心3的位置的氮氧化硅薄膜14被蚀刻，以致露出EPD 9之后，等离子体到达EPD 9，导致光发射强度和光波长方面的变化。通过检测这种变化，认识到蚀刻的完成，并且在继续进行短时间的过蚀刻之后终止蚀刻。进行过蚀刻是为了消除易于在借助等离子体增强CVD方法形成的下包层2中出现的“空穴”，并且阻止“空穴”与核心3直接接触。这种过蚀刻可防止光线的衰减。
随后，如图3D中所示，通过灰化等除去保护掩模16，以便完成核心3。为了除去核心3中的氢，在氮气气氛中在1100℃下进行大约30分钟的热处理。在该热处理中，以20℃/min或更小控制加热和冷却，以防止晶片破损。
随后，形成将与下包层结合，从而覆盖核心3的上包层。
具体地说，首先，如图4A中所示，借助等离子体CVD方法或者热CVD方法沉积覆盖核心3的氧化硅薄膜，从而形成上包层4。这里，类似于下包层2，使上包层4的折射率约为1.46。
随后，由于在上包层4的表面上产生和核心对应的台阶，因此通过利用用于进行平整的CMP方法除去这些台阶。这种情况下，如果台阶过大，以致不能利用CMP方法直接除去，则只需要把光刻胶10涂覆在上包层4的表面上，从而如图4B中所示埋入这些台阶，这种情况下，利用干蚀刻或湿蚀刻从其表面除去预定部分，之后利用CMP方法对其进行整平。按照这种方式，台阶被除去，从而形成如图4C中所示的具有平整表面的上包层4。
随后，如图5A中所示，在上包层4的表面层中形成加热器5。
具体地说，在和核心3上方的位置对应的上包层4的表面层部分刻模形成深度约为0.15微米的凹槽17(或者沟槽)。在上包层4上沉积金属薄膜，这里是TiN薄膜18(膜厚约为50纳米)和W薄膜19(膜厚约为100纳米)的层状薄膜，以便填充凹槽17。在上包层4的表面作为限位器的情况下，利用CMP方法平整TiN薄膜18和W薄膜19，从而形成由只填充凹槽17的TiN薄膜18和W薄膜19组成的加热器5。另外还可采用在上包层上与加热器5相同的位置处，刻模形成作为加热器的TiN薄膜18和W薄膜19的层状薄膜。
随后，刻模形成向加热器5供电的供电线路6。
具体地说，首先，如图5B中所示，在上包层4上顺序层叠金属薄膜，这里是用于连接加热器的Ti薄膜(膜厚约为60纳米)，TiN薄膜(膜厚约为30纳米)，A1-Cu薄膜(膜厚约为1.0微米)和用于防止反射的TiN薄膜(膜厚约为100纳米)，形成金属薄膜20。这里可利用W薄膜和TiN薄膜形成金属薄膜。
随后，如图5C中所示，在金属薄膜20上涂覆光刻胶21。之后，如图6A中所示，利用光刻法把光刻胶21处理成这样的形状，使得在和加法器5之间的一部分金属薄膜20对应的位置分离光刻胶，从而形成保护掩模22。随后，利用保护掩模22作为掩模，干蚀刻金属薄膜20。之后，如图6B中所示，通过灰化等措施除去保护掩模22，从而形成将与加热器5相连的供电线路6。
随后，如图6C中所示，利用等离子体增强CVD方法沉积膜厚约为500纳米的氮化硅薄膜，以便覆盖供电线路6，从而形成覆盖膜7。
随后，如图7A中所示，以暴露和供电线路6上的位置对应的预定部分的覆盖膜7的形状，形成保护掩模23。利用保护掩模23作为掩模，干蚀刻覆盖膜7，以便暴露供电线路6的表面的相应部分。之后，如图7B中所示，通过灰化等措施除去保护掩模23，从而完成和外部供电小孔8一起形成的覆盖膜7。
随后，通过形成将与通过外部供电小孔8的供电线路6相连的外部线路(图中未示出)，完成光学开关元件。
随后，从硅半导体基底1上切下各个光学开关元件。
具体地说，如图8A-8C(图8A是平面图，图8B是横截面图，图8C是放大的一个光学开关元件的平面图)中所示首先，以矩阵形式在硅半导体基底1上形成光学开关元件41，并使光学开关元件41之间的部分成为划线区42。在上述情况下，如图9A和9B(图9A是平面图，图9B是横截面图)中所示，根据光学开关元件41的元件区43的形状，形成保护掩模44。
随后，如图10中所示，利用保护掩模44作为掩模，借助蚀刻除去存在于元件区43周围的氧化膜和EPD 9等等。这里，当氧化膜和EPD 9在蚀刻选出率方面不同时，可进行多级蚀刻，换句话说，首先蚀刻氧化膜，之后蚀刻EPD 9。
之后，借助灰化等措施除去保护掩模44，并且如图11A-11C(图11A是平面图，图11B是横截面图，图11C是表示分离后的各个元件的横截面图)中所示，通过在划线区42把相应的光学开关元件41切成小方块，切下相应的光学开关元件41。这里最好进行蚀刻，以致划线区42的宽度大于切块机的刀片的宽度，以防止刀片接触光学开关元件的侧面，从而不对光学开关元件施加破裂力。
如上所述，根据本实施例，通过至少调整源气体中氧的增添量，氮的增添量和硅的增添量之一，借助CVD方法形成具有所需均匀折射率的核心3。这实现了和使用常规的火焰水解沉积方法，并且通过添加诸如TiO2、GeO2之类杂质调整折射率的情况相比，具有均匀杂质浓度和膜厚分布的核心3，从而能够简单并且准确地获得核心3和包层2及4之间的所需折射率差。此外，通过在下包层2中设置EPD 9，即使当包层2及4和核心3由类似的材料制成时，也能够简单并且准确地在下包层2上刻模形成核心3，从而得到高度可靠的光学开关元件。
改进例子
下面说明本实施例的各种改进例子。为了方便起见，同时描述光学开关元件的结构及其制造方法。注意和上述实施例中相同的组件被赋予相同的附图标记。
改进例子1
在改进例子1中，公开了和实施例相似的光学开关元件的结构及其制造方法。这种技术适合应用于由于核心材料的厚度相对大于实施例的核心材料的厚度，光刻胶不能经受刻模形成核心过程中的蚀刻的情况。
图12A-12E是主要表示根据改进例子1的制造光学开关元件的方法不同于实施例的制造方法的步骤的示意横截面图。
首先，如图12A中所示，和实施例中一样，借助等离子体增强CVD方法或者热CVD方法，在硅半导体基底1上沉积膜厚约15微米的氧化硅薄膜，从而形成下包层2(折射率约为1.46)，之后在下包层的表面层中刻模形成深度约0.4微米的凹槽11(或者沟槽)。
随后，在下包层2上沉积氮化硅薄膜或多晶硅薄膜，以便填充凹槽11，并且利用下包层的表面作为限位器，利用CMP方法平整所述氮化硅薄膜或者多晶硅薄膜，从而形成由只填充凹槽11的氮化硅薄膜或多晶硅薄膜组成的EPD 31。与实施例中的EPD 9相反，这里把氮化硅薄膜或多晶硅薄膜填入凹槽11中。这是因为考虑到确保作为蚀刻限位器的EPD 31的功能，需要用和后面所述金属材料不同的材料形成EPD。
随后，在具有形成于其表面层中的EPD 31的下包层2上，利用高密度等离子体，借助等离子体CVC方法沉积膜厚约0.25微米的变成核心材料的氮氧化硅薄膜14(折射率约为1.51)。这种情况下，包含SiH4(或TEOS)，N2O和N2的混合气体被用作源气体，如同实施例中一样，根据需要，向其中加入杂质。
随后，借助溅射方法在氮氧化硅薄膜14上形成代替蚀刻中的光刻胶的金属薄膜，这里是Al薄膜32。
随后，如图12B中所示，在Al薄膜32上涂覆光刻胶，并利用光刻法将其处理成核心形状，从而形成保护掩模33。
随后，如图12C中所示，利用保护掩模33作为掩模，对Al薄膜32进行干蚀刻，以便模仿保护掩模33将其处理成核心形状，从而形成Al掩模34。
随后，如图12D中所示，在借助灰化等措施除去保护掩模33之后，在Al掩膜34作为掩膜的情况下，利用等离子体干蚀刻法蚀刻氮氧化硅薄膜14，从而刻模形成所需形状的核心3。这里，EPD 31被用作该蚀刻过程中的蚀刻限位器。更具体地说，在蚀刻位于不形成核心3的位置的氮氧化硅薄膜，以便暴露EPD 31之后，等离子体到达EPD31，导致光发射强度和光波长方面的变化。通过检测这种变化，认识到蚀刻的完成。由于蚀刻速度远高于光刻胶的蚀刻速度的Al薄膜被用作蚀刻过程中的蚀刻掩模，因此即使当核心材料厚度较大时，也可充分进行蚀刻。另外，这种情况下，由和EPD 31不同的材料制成的Al掩模34不可能干扰对光发射强度和光波长变化的检测。随后，出于和实施例相同的目的，在继续进行短时间的过蚀刻之后终止蚀刻。
随后，如图12E中所示，借助湿蚀刻等方法除去Al掩模34，从而完成核心3。
之后，通过和实施例的图4A-4C到图7A和7B中的步骤相同的步骤，完成光学开关元件。
如上所述，根据改进例子1，通过至少调整源气体中氧的增添量，氮的增添量和硅的增添量之一，借助CVD方法形成具有所需均匀折射率的核心3。和使用常规的火焰水解沉积方法，并且通过添加诸如TiO2、GeO2之类杂质调整折射率的情况相比，这实现了具有均匀杂质浓度和膜厚分布的核心3，从而能够简单并且准确地获得核心3和包层2及4之间的所需折射率差。此外，通过在下包层2中设置EPD 31，并且利用金属薄膜作为蚀刻掩模，即使当包层2及4和核心3由类似的材料制成，并且核心材料较厚时，也能够简单并且准确地在下包层2上刻模形成核心3，从而得到高度可靠的光学开关元件。
改进例子2
在改进例子2中，公开了和实施例相似的光学开关元件结构及其制造方法，但是形成核心的方法有所不同。
图13A-13D和图14A及14B是主要表示根据改进例子2的制造光学开关元件的方法不同于实施例的制造方法的步骤的示意横截面图。
首先，如图13A中所示，和实施例中一样，借助等离子体增强CVD方法或者热CVD方法，在硅半导体基底1上沉积膜厚约15微米的氧化硅薄膜，从而形成下包层2(折射率约为1.46)，之后在下包层的表面层中刻模形成深度约0.4微米的凹槽11(或者沟槽)。在下包层2上沉积金属薄膜，这里是TiN薄膜12和W薄膜13的层状薄膜，以便填充凹槽11。
随后，在下包层2的表面作为限位器的情况下，利用CMP方法平整Tin薄膜12和W薄膜13，从而形成由只填充凹槽11的TiN薄膜12和W薄膜13组成的EPD 9。之后，在具有形成于其表面层中的EPD 9的下包层2上，利用高密度等离子体，借助等离子体增强CVD方法沉积膜厚约0.25微米的变成核心材料的氮氧化硅薄膜14(折射率约为1.51)。这种情况下，包含SiH4(或TEOS)，N2O和N2的混合气体被用作源气体，如同实施例中一样，根据需要，向其中加入杂质。
随后，在氮氧化硅薄膜14上形成膜厚约为0.25微米的金属薄膜，这里是TiN薄膜51。
随后，如图13B中所示，在TiN薄膜51上涂覆光刻胶，并利用光刻法将其处理成核心形状，从而形成保护掩模52。
随后，如图13C中所示，利用保护掩模52作为掩模，对TiN薄膜51进行干蚀刻，以便模仿保护掩模52将其处理成核心形状，从而形成具有呈核心形状的凹槽53a的TiN掩模53。之后，借助灰化等措施除去保护掩模52。
随后，如图13D中所示，利用高密度等离子体，借助等离子体增强CVD方法，沉积变成核心材料的氮氧化硅薄膜54(折射率约为1.51)，以便填充凹槽53a并覆盖TiN掩模53。这种情况下，包含SiH4(或TEOS)，N2O和N2的混合气体被用作源气体，如同实施例中一样，根据需要，向其中加入杂质。
随后，如图14A中所示，借助TiN掩模53作为限位器，利用CMP方法抛光氮氧化硅薄膜54。这种情况下，氮氧化硅薄膜54仍然填充凹槽53a。
之后，如图14B中所示，利用湿蚀刻等方法除去TiN掩膜53，从而在下包层2上刻模形成核心3。
之后，通过和实施例的图4A-4C到图7A和7B中的步骤相同的步骤，完成光学开关元件。
如上所述，根据改进例子2，通过至少调整源气体中氧的增添量，氮的增添量和硅的增添量之一，借助CVD方法形成具有所需均匀折射率的核心3。和使用常规的火焰水解沉积方法，并且通过添加诸如TiO2、GeO2之类杂质调整折射率的情况相比，这实现了具有均匀杂质浓度和膜厚分布的核心3，从而能够简单并且准确地在核心3和包层2及4之间获得所需的折射率差。此外，通过在下包层2中设置EPD 9，并采用通过利用具有呈核心形状的凹槽53a的TiN薄膜53，以自对准方式形成核心3的技术，即使当包层2及4和核心3由类似的材料制成时，也能够简单并且准确地在下包层2上形成甚至较厚的核心3，从而得到高度可靠的光学开关元件。
根据本发明，能够形成具有所需均匀折射率的核心，并且能够在核心和包层之间获得所需的折射率差。
此外，即使当包层和核心由类似的材料制成时，也能够简单并且准确地在下包层上刻模形成核心，从而得到高度可靠的光学开关元件。
本实施例应被理解成对本发明的举例说明，而不是对本发明的限制，在权利要求等同物的精神和范围内的所有变化都包含在权利要求中。在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，还可以其它具体形式体现本发明。
Claims (30)
1、一种光学开关元件，包括：
在半导体基底上形成的包层；和
被所述包层覆盖，并且使之具有比所述包层高的折射率从而形成光路的核心，
其中所述核心由氮氧化硅形成，并且通过调整氧的增添量，氮的增添量和硅的增添量中至少之一，控制所述核心具有所需的折射率，
通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器。
2、按照权利要求1所述的光学开关元件，其中所述包层由氧化硅制成。
3、按照权利要求1所述的光学开关元件，其中所述核心包含作为杂质的硼或磷，并且由所述杂质的数量调整折射率。
4、按照权利要求1所述的光学开关元件，其中在调整SiH4、N2O和N2至少之一的流速的情况下，利用包含SiH4、N2O和N2的混合气体作为源气体，借助化学气相沉积方法形成所述核心。
5、按照权利要求1所述的光学开关元件，其中在调整Si(OC2H5)4、N2O和N2至少之一的流速的情况下，利用包含Si(OC2H5)4、N2O和N2的混合气体作为源气体，借助化学气相沉积方法形成所述核心。
6、按照权利要求4所述的光学开关元件，其中所述混合气体包含NH3，B2H6，B(OCH3)3，PH3和PO(OCH3)3至少之一作为杂质。
7、一种光学开关元件，包括：
在半导体基底上形成的包层；以及
被所述包层覆盖，并且使之具有比所述包层高的折射率从而形成光路的核心，
其中所述包层具有下包层和上包层，上包层覆盖形成于所述下包层上的所述核心，并且
其中所述下包层在其表面层中具有由与所述下包层材料不同的材料制成的蚀刻限位器，
其中所述核心材料是氮氧化硅薄膜，并且调整所述源气体的有助于增添氧的气体，有助于增添氮的气体和有助于增添硅的气体至少之一的流速。
8、按照权利要求7所述的光学开关元件，还包括：
通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器。
9、按照权利要求7所述的光学开关元件，其中通过用和所述下包层不同的材料填充在所述下包层的表面层中形成的凹槽，形成所述蚀刻限位器。
10、一种制造光学开关元件的方法，包括：
利用化学气相沉积方法，在半导体基底上形成下包层的第一步骤；
利用化学气相沉积方法在所述下包层上沉积核心材料，并处理核心材料，形成变成光路的核心的第二步骤；和
利用化学气相沉积方法，形成覆盖所述核心的上包层的第三步骤，
其中在所述第二步骤中，在调整源气体的流速的情况下，借助所述化学气相沉积方法，形成所述核心并控制使之具有所需折射率，所述所需折射率高于所述下包层和所述上包层的折射率，
在所述第三步骤之后，在所述上包层上形成通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器的第四步骤。
11、按照权利要求10所述的制造光学开关元件的方法，其中所述核心材料是氮氧化硅薄膜，并且调整所述源气体的有助于增添氧的气体，有助于增添氮的气体和有助于增添硅的气体至少之一的流速。
12、按照权利要求11所述的制造光学开关元件的方法，其中所述源气体是包含SiH4、N2O和N2的混合气体，并且调整SiH4、N2O和N2至少之一的流速。
13、按照权利要求11所述的制造光学开关元件的方法，其中所述源气体是包含Si(OC2H5)4、N2O和N2的混合气体，并且调整Si(OC2H5)4、N2O和N2至少之一的流速。
14、按照权利要求12所述的制造光学开关元件的方法，其中所述混合气体包含NH3，B2H6，B(OCH3)3，PH3和PO(OCH3)3至少之一作为杂质。
15、按照权利要求10所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，所述化学气相沉积方法是等离子体增强化学气相沉积方法或者热化学气相沉积方法。
16、按照权利要求10所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，通过在所述核心材料上形成金属薄膜，把所述金属薄膜处理成核心形状，在所述金属薄膜作为掩模的情况下处理所述核心材料，之后除去所述金属薄膜，形成所述核心。
17、按照权利要求10所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，通过在所述下包层上形成具有呈所述核心形状的凹槽的薄膜，在所述凹槽中填充所述核心材料，以及之后除去所述薄膜，形成所述核心。
18、一种制造光学开关元件的方法，包括：
在半导体基底上形成下包层的第一步骤；
在所述下包层的表面层中形成由和所述下包层不同的材料制成的蚀刻限位器的第二步骤；
通过在所述下包层上沉积核心材料，并且利用所述蚀刻限位器作为蚀刻基准，处理所述核心材料，形成变成光路的核心的第三步骤，所述核心的折射率高于所述下包层和上包层的折射率；和
形成覆盖所述核心的所述上包层的第四步骤，
其中在所述第三步骤中，通过在调整源气体的流速的情况下，借助所述化学气相沉积方法沉积所述核心材料，并处理所述核心材料，形成所述核心并控制使之具有所需的折射率，
其中所述核心材料是氮氧化硅薄膜，并且调整所述源气体的有助于增添氧的气体，有助于增添氮的气体和有助于增添硅的气体至少之一的流速。
19、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第一步骤，所述第三步骤和所述第四步骤中，借助化学气相沉积方法形成所述下包层，所述核心材料和所述上包层。
20、按照权利要求19所述的制造光学开关元件的方法，其中所述化学气相沉积方法是等离子体增强化学气相沉积方法或者热化学气相沉积方法。
21、按照权利要求19所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第三步骤中，利用高密度等离子体，借助等离子体增强化学气相沉积方法，形成所述核心材料。
22、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中所述源气体是包含SiH4、N2O和N2的混合气体，并且调整SiH4、N2O和N2至少之一的流速。
23、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中所述源气体是包含Si(OC2H5)4、N2O和N2的混合气体，并且调整Si(OC2H5)4、N2O和N2至少之一的流速。
24、按照权利要求22所述的制造光学开关元件的方法，其中所述混合气体包含NH3，B2H6和PH3至少之一作为杂质。
25、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，还包括：
在所述第四步骤之后，在所述上包层上形成通过加热所述核心，改变和控制光路的加热器的第五步骤。
26、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第三步骤中，通过在所述下包层上形成具有呈所述核心形状的凹槽的薄膜，在所述凹槽中填充所述核心材料，以及之后除去所述薄膜，形成所述核心。
27、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第三步骤中，通过在所述核心材料上形成金属薄膜，把所述金属薄膜处理成核心形状，在所述金属薄膜作为掩模的情况下处理所述核心材料，以及之后除去所述金属薄膜，形成所述核心。
28、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，通过在所述下包层的表面层中形成凹槽，并且用与所述下包层不同的材料填充所述凹槽，形成所述蚀刻限位器。
29、按照权利要求27所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，通过在所述下包层的表面层中形成凹槽，并且利用与所述金属薄膜和所述下包层不同的材料填充所述凹槽，形成所述蚀刻限位器。
30、按照权利要求18所述的制造光学开关元件的方法，其中在所述第二步骤中，当利用等离子体干蚀刻方法蚀刻所述核心材料时，通过检测由到达所述蚀刻限位器的等离子体引起的光发射强度或光波长的变化，终止所述核心材料的蚀刻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20081219 Address after: Tokyo, Japan Patentee after: Fujitsu Microelectronics Ltd. Address before: Kanagawa, Japan Patentee before: Fujitsu Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
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Owner name: FUJITSU SEMICONDUCTOR CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: FUJITSU MICROELECTRON CO., LTD. |
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Address after: Kanagawa Patentee after: FUJITSU MICROELECTRONICS Ltd. Address before: Kanagawa Patentee before: Fujitsu Microelectronics Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: Kanagawa Patentee after: Fujitsu Microelectronics Ltd. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: Fujitsu Microelectronics Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050907 Termination date: 20200319 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |