DE69125845T2 - Methode zur herstellung von selbstjustierende nuten und wellenleiter - Google Patents

Methode zur herstellung von selbstjustierende nuten und wellenleiter

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DE69125845T2
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer mit einem planaren Wellenleiter auf einem Siliziumsubstrat selbstausgerichteten V-Nut.
  • Planare Siliziumdioxidwellenleiter weisen drei Oxidschichten (eine Pufferschicht, eine Kernschicht und eine Auflage) auf, die auf einem Siliziumsubstrat gebildet sind. Typisch ist die Pufferschicht 6 bis 10 µm dick, und man kann sie thermisch in Dampf aufwachsen lassen oder unter Verwendung plasmaverstärkter chemischer Dampfabscheidung (PECVD) abscheiden. Dabei ist die Kernschicht ein dotierter Film mit höherem Brechungsindex, wie z.B. ein 2 µm dickes Arsensilikatglas (AsG) oder eine 3 bis 6 µm dicke Flammenhydrolyseschicht (FHD) mit Germanium- oder Phosphordotierung. Die Auflage, die abgeschieden wird, nachdem die Kernschicht geätzt und einem Rückfließ/Anlaß-Schritt zur Beseitigung von Oberflächenrauhigkeit unterworfen wurde, ist gewöhnlich ein 4 bis 10 µm dicker PECVD-Oxidfilm.
  • V-Nuten werden in (100)-Siliziumplättchen durch Einbringen der (geeignet maskierten) Plättchen in Ethylendiaminbrenzcatechin (EDP) und Wasser oder ein anderes anisotropes Ätzmittel gebildet. Die Ätzrate von Silizium ist richtungsabhängig, und die langsamsten Ätzkristallflächen bilden die Seiten- und Endwände der V-Nuten. Die Nutengrößen werden durch die entsprechenden Maskenfenster, die Genauigkeit ihrer Ausrichtung mit den Kristallachsen, die Erosionsrate der Ränder der Maske und die relativen Ätzraten der Kristallebenen gesteuert. Typisch können die endgültigen Breiten der V-Nuten auf innerhalb 0,5 bis 1 µm gesteuert werden, wobei diese Steuerung unter Verwendung von Siliziumnitridmasken und EDP als Ätzmittel erzielt wird.
  • Eine eindimensionale Gruppe paralleler planarer Wellenleiter benötigt oft eine genaue Ausrichtung mit einer eindimensionalen Gruppe anderer optischer Bestandteile (wie z.B. paralleler optischer Fasern oder einer anderen Gruppe von parallelen planaren Wellenleitern). Die Ausrichtung wird üblicherweise vorgenommen, indem man beide Gruppen mit Ausrichtungsmitteln vorsieht, die durch Paare von V-Nuten gebildet werden. Mehrere Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der Ausrichtung von V-Nuten und planaren Wellenleitern. Insbesondere müssen die V-Nuten wegen der Schwierigkeit der Freilegung von Mustern auf genuteten Plättchen zum Ende des Verarbeitungsablaufs geätzt werden. ungünstigerweise rauht, da die V-Nutatzmittel Siliziumdioxid in unterschiedlichen Graden angreifen, das späte Ätzen der V-Nuten freiliegende Wellenleiterkerne auf, was ihre Wellenleitereigenschaften ungünstig beeinflußt. Diese widerstreitenden Faktoren zeigen, daß V-Nuten nicht einfach als Zusatz zum bekannten Wellenleiterbildungsverfahren gebildet werden können.
  • Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zur Bildung einer mit einem planaren Wellenleiter auf einem Siliziumsubstrat selbstausgerichteten V-Nut, welches Verfahren die Schritte des gleichzeitigen Ätzens des auf dem Substrat vorgesehenen Wellenleiterkernmaterials zur Bildung eines Wellenleiterkerns über dem Substrat und eines auf dem Substrat vorgesehenen Bereichs eines Schutzmaterials zur Bildung eines Fensters durch das Schutzmaterial zum Substrat in Ausrichtung zum Wellenleiterkern, des Bildens einer Auflage aus Wellenleiterüberzugsmaterial über dem Wellenleiterkern und des Ätzens der V-Nut im Substrat durch das Fenster aufweist.
  • Vorzugsweise enthält das Verfahren den Schritt des Bildens von Bereichen des Schutzmaterials und des Wellenleiterkernmaterials über dem Substrat. Ein V-Nutfenster wird vorzugsweise gleichzeitig mit und auf jeder Seite einer Gruppe von planaren Wellenleiterkernen gebildet.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren weiter den Schritt der Bildung einer Pufferoxidschicht auf dem Siliziumsubstrat vor dem Schritt der Bildung des oder jeden Wellenleiterkerns und des oder jeden Fensters auf, wobei der oder jeder Wellenleiterkern auf der Pufferoxidschicht gebildet wird. Zweckmäßig wird die Pufferoxidschicht in einer Vertiefung im Siliziumsubstrat gebildet, und eine Auflageoxidschicht stellt die Schutzschicht dar.
  • Vorzugsweise wird die oder jede V-Nut mittels Ätzens durch das zugehörige Fenster gebildet, und der oder jeder Wellenleiterkern wird aus einer Schicht dotierten Oxids gebildet.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zusätzlich die Schritte der Bildung einer Dämpfoxidschicht auf dem Siliziumsubstrat und dann einer Siliziumnitridschicht auf der Dämpfoxidschicht auf, welche Siliziumnitridschicht eine Maske bildet, durch die nachfolgend die Vertiefung im Siliziumsubstrat gebildet wird. Vorteilhaft läßt man die Dämpfoxidschicht zu einer Dicke von 700 Å wachsen, und die Siliziumnitridschicht wird durch LPCVD zu einer Dicke von 3000 Å abgeschieden. Zweckmäßig wird die Vertiefung durch Ätzen unter Verwendung irgendeines Siliziumätzmittels, wie z.B. KOH, EDP oder einer Mischung von HF, HNO&sub3; und CH&sub3;COOH, gebildet.
  • Vorteilhaft wird ein anisotropes Ätzmittel verwendet, um ein Unterschneiden des Nitrids zu vermeiden.
  • In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zusätzlich die Schritte der Bildung einer Dämpfoxidschicht auf dem Siliziumsubstrat, einer Siliziumnitridschicht auf der Dämpfoxidschicht und einer weiteren Oxidschicht auf der Siliziumnitridschicht auf, welche weitere Oxidschicht eine Maske bildet, durch die nachfolgend die Vertiefung im Siliziumsubstrat gebildet wird. Vorteilhaft läßt man die Dämpfoxidschicht zu einer Dicke von 700 Å thermisch wachsen, scheidet die Siliziumnitridschicht durch LPCVD zu einer Dicke von 1000 Å ab und bildet die weitere Oxidschicht durch PECVD zu einer Dicke von 2000 Å. Vorzugsweise wird die Vertiefung mit vertikalen Seitenwänden durch ein Trockenätzverfahren unter Verwendung einer Mischung von C&sub2;F&sub6; und CHF&sub3; zum Ätzen der Oxid- und Nitridschichten und von Cl&sub2; oder Cl&sub4; zum Ätzen des Siliziumsubstrats gebildet. Dabei kann das Verfahren weiter den Schritt der Bildung von Nitridabstandsstücken auf den vertikalen Seitenwänden der Vertiefung aufweisen, welche Nitridabstandsstücke durch formengleiche Abscheidung von Siliziumnitrid unter LPCVD- Anwendung mit nachfolgendem anisotropem Trockenätzen des Nitridfilms unter Verwendung eines anisotropen Ätzmittels, wie z.B. CHF&sub3; und Sauerstoff, gebildet werden.
  • In jedem dieser bevorzugten Ausführungsbeispiele kann man das Pufferoxid in der Vertiefung thermisch wachsen lassen. Im ersten der bevorzugten Ausführungsbeispiele kann das Pufferoxid einem Einebnungsschritt unterworfen werden, wonach die Schicht aus dotiertem Oxid abgeschieden wird. In diesem Fall kann die dotierte Oxidschicht in dem Bereich entfernt werden, wo die oder jede V-Nut zu bilden ist. Vorzugsweise wird ein gepuffertes HF-Naßätzverfahren angewandt, um die dotierte Oxidschicht in dem oder jedem der Bereiche zu entfernen.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Pufferoxid über der ganzen Oberfläche des Substrats gebildet und anschließend überall mit Ausnahme eines Bereichs entfernt, der den größten Teil der Vertiefung einnimmt. Dabei kann man das Pufferoxid thermisch wachsen lassen, und das Pufferoxid kann mittels Ätzens unter Verwendung von gepuffertem HF als Ätzmittel durch eine oben auf dem Pufferoxid abgeschiedene Photoresistmaske entfernt werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Pufferoxid durch poröse Anodisierung des Siliziumsubstrats gebildet. Vorteilhaft weist das poröse Anodisierungsverfahren die Schritte auf:
  • (i) Abscheiden eines Siliziumnitridfilms auf einem n- Typ-Siliziumsubstrat;
  • (ii) Bilden eines Fensters in der Siliziumnitridschicht;
  • (iii) Diffusion einer hohen Borkonzentration durch das Fenster zur Bildung eines p&spplus;-Siliziumbereichs;
  • (iv) Umwandeln des p&spplus;-Siliziumbereichs zu porösem Silizium durch Anodisierung in HF; und
  • (v) Behandlung des Substrats mit einem thermischen Oxidationsschritt, bei dem das poröse Silizium zu einem völlig dichten Oxid mit im wesentlichen keiner Volumenänderung umgewandelt wird.
  • Die Erfindung wird nun im einzelnen beispielsmäßig unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Figur 1 verschiedene Stufen in einem stilisierten Verfahren zur Bildung selbstausgerichteter V-Nuten und planarer Wellenleiter gemäß der Erfindung veranschaulicht;
  • Figur 2 die Vorstufen eines praktischen Verfahrens zur Bildung selbstausgerichteter V-Nuten und planarer Wellenleiter gemäß der Erfindung veranschaulicht;
  • Figuren 3 und 4 die übrigen Stufen des Verfahrens der Figur 2 veranschaulichen; und
  • Figuren 5, 6 und 7 drei andere Verfahren zur Durchführung der obenerwähnten Vorstufen veranschaulichen.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt Figur 1a eine Anfangsstufe in einem stilisierten Verfahren zur Bildung selbstausgerichteter V-Nuten und planarer Wellenleiter. Die gezeigte Struktur enthält ein Pufferoxid 2 und ein (dotiertes) Kernoxid 3, die in einem vertieften Bereich 1a eines Siliziumplättchens 1 gebildet sind, wobei der Rest des Plättchens mit einem dünnen (1000 Å) Siliziumnitridfilm 4 überzogen ist. Es werden dann Muster für alle Merkmale (d.h. die Wellenleiter und die V-Nuten) bestimmt, und die Wellenleiterkerne 5 werden plasmageätzt. Dieser Ätzschritt öffnet auch ein Fenster 6 für die V-Nuten im Siliziumnitridfilm 4, hält jedoch an der Siliziumoberfläche an (siehe Figur 1b).
  • Irgendwelche Oberflächenrauhigkeit der Wellenleiterkerne 5 wird dann durch einen Rückfließ/Anlaß-Schritt bei einer Temperatur über 875 ºC beseitigt. Eine (undotierte) Oxidauflageschicht 7 wird dann unter PECVD-Anwendung abgeschieden. Das Auflageoxid wird dann (bei 7a) selektiv von der Nitridmaske 4 in den Bereichen der Fenster 6 entfernt (siehe Figur 1c). Schließlich werden V-Nuten 8 mittels Ätzens durch die Fenster 6 gebildet (siehe Figur 1d).
  • Das oben dargelegte Verfahren ermöglicht eine Selbstausrichtung der V-Nuten und planaren Wellenleiter auf einem Substrat durch Aufteilung des Substrats in getrennte Bereiche, von denen jeder entweder Wellenleiter oder V-Nuten, jedoch nicht beide enthält. Das Substrat wird so vorbereitet, daß die Oberfläche der Wellenleiterkerne 5 im wesentlichen koplanar mit der dünnen Maskierschicht 4 ist, die die V-Nutenfenster 6 begrenzt.
  • Die Figuren 2 bis 4 veranschaulichen die verschiedenen Stufen eines praktischen Verfahrens zur Bildung selbstausgerichteter V-Nuten und planarer Wellenleiter. Dieses Verfahren wendet die gut bekannte Technik der örtlichen Oxidation von Silizium (LOCOS) an, bei der Siliziumdioxid thermisch nur in ausgewählten Bereichen eines Siliziumsubstrats aufwächst, wobei die anderen Teile des Substrats geschützt werden. Wenn ein dicker Oxidfilm benötigt wird, bildet man üblicherweise vor der Oxidation eine Vertiefung im Silizium, um die große Volumenausdehnung auszugleichen, die während der Oxidation auftritt.
  • Figur 2 zeigt die Stufen der Substratvorbereitung unter Verwendung der mit Vertiefung versehenen LOCOS. Eine thermisch gewachsene, 700 Å dicke Dämpfoxidschicht 12 wird auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet. Auf der Dämpfoxidschicht 12 wird dann eine Siliziumnitridschicht 13 durch chemische Niederdruckdampfabscheidung (LPCVD) gebildet. Die Nitridschicht 13 wird zum Schutz der nichtoxidierten Bereiche des Substrats 11 verwendet und dient auch als eine Maske zum Ätzen einer Vertiefung 11a im Substrat. Dieser Ätzschritt verwendet ein anisotropes Ätzmittel, wie z.B. EDP oder KOH, um so eine Unterschneidung der Nitridschicht 13 zu vermeiden. Alternativ könnte ein isotropes Ätzmittel, wie z.B. eine Mischung von HF, HNO&sub3; und CH&sub3;COOH, verwendet werden. In diesem Fäll sollte ein etwaiger Nitridüberhangsflügel, z.B. mit Ultraschall, beseitigt werden. Diese Stufe des Verfahrens ist in Figur 2a gezeigt. Um die gewünschte Dicke des Pufferoxids zu erhalten, muß die Nitridschicht 13 relativ dick (3000 Å) sein, und das Dämpfoxid 12 ist wesentlich, die Spannungen in der Nitridschicht zu mildern.
  • Man läßt dann eine 6 µm dicke Schicht 14 aus Pufferoxid in der Vertiefung 11a thermisch wachsen, indem man das Substrat 130 Stunden in Dampf bei 1000 ºC erhitzt. Die Schicht 14 wird durch Seitenwandoxidation und örtliche Spannung beeinflußt, und die erhaltene Topologie zeigt (siehe Figur 2b), was als ein Vogelkopf 14a bekannt ist. Das Oxidationsverfahren bildet auch eine oxidierte Nitridschicht 15 oben auf der Nitridschicht 13. Da sich Siliziumnitrid auch oxidiert, jedoch viel langsamer, als es Silizium tut, verringert dieses Verfahren die Dicke der Schicht 13 auf etwa 1000 Å. Der Vogelkopf 14a wird durch ein Einebnungsverfahren beseitigt, das die Bildung einer Photoresistmaske 16 um den Kopf herum (siehe Figur 2c) und das Ansätzen der Nitridschicht 13 und von Teilen des Pufferoxids 14 unter Verwendung eines Plasmaätzens oder eines anderen anisotropen Ätzmittels vorsieht. Die Photoresistmaske 16 wird dann unter Verwendung eines Photoresistabstreifers, wie z.B. HNO&sub3;, entfernt. Figur 2d zeigt das Substrat in dieser Stufe des Verfahrens, welche Stufe der in Figur 1a gezeigten äquivalent ist.
  • Eine (dotierte) Oxidkernschicht 17 wird dann unter Verwendung einer Atmosphärendruck-CVD und von bis zu 10 % Arsen enthaltendem Siliziumdioxid abgeschieden. Diese Stufe des Verfahrens ist in Figur 3a gezeigt. Die dotierte Oxidschicht 17 wird dann in den Bereichen, wo V-Nuten zu bilden sind, durch ein gepuffertes HF-Naßätzmittel entfernt. Dieser Ätzschritt entfernt auch die oxidierte Siliziumnitridschicht 15 (siehe Figur 3b). Muster für alle Merkmale (d.h. die Wellenleiterkerne und die V-Nuten) werden dann unter Verwendung von Photoresist 18 gemustert, und die Wellenleiterkerne 19 werden unter Verwendung einer Mischung von CHF&sub3; und C&sub2;F&sub6; trockengeätzt. Dieser Ätzschritt öffnet auch Fenster 20 für die V-Nuten (siehe Figur 3c). Diese Stufe des Verfahrens ist der in Figur 1b gezeigten äquivalent. Nach dem Abstreifen des Photoresists 18 werden ein Rückfließen und ein Anlassen der Wellenleiterkerne 19 durch Erhitzen in Sauerstoff bei 950 ºC für 20 Minuten bewirkt. Eine 4 µm dicke Auflageschicht 21 aus Oxid wird dann unter Verwendung von PECVD abgeschieden (siehe Figur 3d). Dies vollendet die Bildung der Wellenleiterkerne 19.
  • Die Auflageschicht 21 wird dann grob gemustert, und ein gepuffertes HF-Ätzmittel wird zur Entfernung solcher Teile dieser Schicht in den Bereichen der V-Nutenfenster 20 verwendet. Diese Stufe des Verfahrens, die der in Figur 1c gezeigten äquivalent ist, wird in Figur 4a veranschaulicht. Schließlich werden V-Nuten 22 mittels Ätzens (unter Verwendung eines anisotropen Ätzmittels, wie z.B. EDP) durch die Fenster 20 gebildet (Fig. 4b).
  • Bei einer Abänderung des oben unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschriebenen Verfahrens kann der Vogelkopf eliminiert werden, indem man eine Oxidation der Seitenwand der Vertiefung verhindert, in der das Pufferoxid wächst. Figur 5 zeigt die Anfangsstufen des abgeänderten Verfahrens, welche Stufen denen in Figur 2 gezeigten äquivalent sind. Eine thermisch gewachsene, 700 Å dicke Dämpfoxidschicht 32 wird auf einem Siliziumsubstrat 31 gebildet. Eine 1000 Å dicke Siliziumnitridschicht 33 wird dann durch LPCVD oben auf der Dämpfoxidschicht 32 gebildet. Dann wird eine 2000 Å dicke Oxidschicht 34 durch PECVD gebildet, und eine vertikalwandige Vertiefung 31a wird durch ein Trokkenätzverfahren gebildet. Dieses Verfahren verwendet CHF&sub3;, um die Oxid- und Nitridschichten 32, 33 und 34 zu ätzen, und dann Cl&sub2;, um das Siliziumsubstrat 31 zu ätzen. Diese Stufe des Verfahrens ist in Figur 5a gezeigt. Die Oxidschicht 34 verhindert eine Verdünnung der Nitridschicht 33 während des Seitenwandabstandsstück-Ätzschrittes.
  • Siliziumnitridabstandsstücke 35 werden dann auf den vertikalen Seitenwänden der Vertiefung 31a gebildet. Die Abstandsstücke 35 werden durch die formengleiche Abscheidung eines Nitridfilms 35a unter Verwendung von LPCVD gebildet, worauf eine Trockenrückätzung des Nitridfilms unter Verwendung eines anisotropen Ätzmittels, wie z.B. CHF&sub3; und Sauerstoff, folgt. Diese Stufe des Verfahrens ist in Figur 5b gezeigt. Eine 6 µm dicke Schicht aus Pufferoxid 36 läßt man dann thermisch in der Vertiefung 31a durch Erhitzen des Substrats für 130 Stunden in Dampf bei 1000 ºC wachsen. Diese Stufe des Verfahrens ist in Figur 5c gezeigt. Die weitere Verfahrensweise folgt dann den oben anhand der Figuren 3 und 4 beschriebenen Schritten.
  • Figur 6 zeigt ein alternatives Verfahren anstelle des LOCOS-Verfahrens nach entweder Figur 2 oder Figur 5. Dieses alternative Verfahren sieht eine globale Oxidation auf einer Vertiefung vor. Zuerst wird eine Vertiefung 41a im Substrat 41 geätzt, wobei die Vertiefung in der gleichen Weise wie die Vertiefung 11a des Ausführungsbeispiels der Figur 2 gebildet wird. Die (Nitrid-)Maske 42, durch die die Vertiefung 41a geätzt wird, wird dann unter Verwendung von Orthophosphorsäure abgestreift (siehe Figur 6a). Eine Pufferoxidschicht 43 wird dann durch PECVD über der gesamten Oberfläche des Substrats 41 abgeschieden. Alternativ kann man die Oxidschicht 43 thermisch wachsen lassen. Die Oxidschicht 43 wird dann unter Verwendung einer Photoresistschicht 44 grob gemustert (siehe Figur 6b). Die Oxidschicht 43 wird dann unter Verwendung von gepuffertem HF als Ätzmittel in den nichtgemusterten Bereichen entfernt, wodurch eine Insel 43a aus Pufferoxid zur nachfolgenden Wellenleiterbildung verbleibt. Eine Rinne 45 umgibt die Insel 43a innerhalb der Vertiefung 41a, wobei die Rinne wegen Ausrichtungsfehlern gebildet wird. Alternativ kann man eine enge, die Vertiefung 41a umgebende Rippe zurückbehalten, bevor sie durch ein Einebnungs- und Rückätzverfahren entfernt wird. In diesem Fall füllt das Pufferoxid 43a völlig die Vertiefung 41a, und es gibt keine Rinne 45.
  • Eine 1000 Å dicke Nitridschicht 47 wird dann auf der gesamten Oberfläche durch LPCVD abgeschieden. Eine Photoresistmaske 47 (zur groben Ausrichtung der V-Nuten) wird dann auf der Nitridschicht 46 gebildet (siehe Figur 6c). Dann wird ein anschließender Ätzschritt unter Verwendung von CHF&sub3; und Sauerstoff als Ätzmittel durchgeführt, um die Maske zu begrenzen, durch die die V-Nuten ggf. gebildet werden (siehe Figur 6d). Die anschließende Verfahrensweise folgt den oben bezüglich der Figuren 3 und 4 beschriebenen Schritten.
  • Figur 7 zeigt ein weiteres alternatives Verfahren anstelle des LOCOS-Verfahrens nach Figur 2 oder Figur 5. Dieses Verfahren basiert auf der porösen Anodisierung von Silizium.
  • So wird, wenn ein Siliziumsubstrat in einer elektrochemischen, einen HF-Elektrolyt enthaltenden Zelle anodisch vorgespannt wird, das Silizium zu einer porösen Matrix umgewandelt, wobei die Porosität der Matrix in Beziehung zum Stromfluß durch das Substrat und zu seinem Dotierniveau steht und wobei p&spplus;-Silizium bevorzugt anodisiert wird. Eine anschließende rasche Diffusion von Sauerstoff durch die poröse Matrix führt zu einer raschen Bildung von dicken Oxidfilmen. In dem in Figur 7 gezeigten Verfahren wird ein 1000 Å dicker Siliziumnitridfilm 52 durch LPCVD auf einem n-Typ-Siliziumplättchen 51 abgeschieden. Es wird dann unter Verwendung von Orthophosphorsäure als Ätzmittel ein Fenster 53 geöffnet, wo Oxid benötigt wird. Eine hohe Borkonzentration wird durch das Fenster 53 diffundiert, um einen p&spplus;- Siliziumbereich 54 zu bilden (siehe Figur 7a). Dieser Bereich 54 wird dann porös anodisiert und anschließend zu einem völlig stöchiometrischen Oxid 55 während eines kurzen thermischen Oxidationsschritts umgewandelt. Figur 7b zeigt das Siliziumplättchen 51 in dieser Stufe des Verfahrens, wobei die nachfolgenden Verarbeitungsschritte so wie die oben bezüglich der Figuren 3 und 4 beschriebenen sind.
  • Es versteht sich, daß jedes der grundsätzlichen, oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Verfahren modifiziert oder erweitert werden könnte. Von einigen möglichen Erweiterungen gegenüber dem grundsätzlichen Wellenleiterverfahren sind zwei von besonderem Interesse: Und zwar die Vorsehung von Schlitzen zum Einsetzen von Bauteilen wie Lasern und die Zufügung einer zweiten Wellenleiterschicht aus Silizium(oxi)nitrid unter den Wellenleiterkernen aus dotiertem Oxid.
  • Wo ein Schlitz in ein Substrat zum Bauteileinsetzen einzuschneiden ist, muß das Maskenmuster vor der V-Nutenbildung definiert, jedoch der Schlitz nachher geätzt werden. Dies erfordert eine Maskierschicht, die während der Wellenleiterkern- oder V-Nutenätzschritte nicht geätzt wird. Eine Doppelschichtmaske, die polykristallines Silizium und Nitrid aufweist, würde geeignet sein, oder ein geeignetes Metall könnte verwendet werden.
  • Es gibt viele Verwendungen für ein Substrat, das getrennte Wellenleiterfilme aus Oxid und Nitrid enthält. Siliziumnitrid wurde auch für Linienbelastung von Wellenleitern, insbesondere für Fourier-Elemente, wie z.B. Linsen, Beugungsgitter oder andere Hologramme, vorgeschlagen. Eine dünne Nitridschicht unter dem dotierten Oxid dient einer oder beiden dieser Funktionen, und dieses Nitrid kann auch als V-Nutmaske dienen. Mit der kritischen Ausrichtung muß sorgfältig verfahren werden, da sie sich mit der Verwendung ändert. Wenn linienbelastete Leiter verwendet werden, ist die kritische Ausrichtung zwischen der Linienbelastungsschicht (d.h. dem Nitrid, nicht dem Oxid) und den Nuten. Wenn zwei Wellenleiterschichten verwendet werden, sollten für Fasern verwendete V-Nuten zu den Oxidwellenleiterstreifen ausgerichtet sein, doch andere, z.B. solche für Einfallaser, sollten zu den Nitridwellenleiterstreifen ausgerichtet sein.
  • Es sei bemerkt, daß die obigen Hinweise auf dotierte Oxidschichten Dotiermittel betreffen, die den Brechungsindex dieser Schichten erhöhen. Es versteht sich, daß undotierte Oxidschichten für die Wellenleiterkernbildung verwendet werden könnten, wenn sowohl die Puffer- als auch die Auflageschichten so dotiert werden, daß ihre Brechungsindizes verkleinert werden. Außerdem könnte die Kernschicht aus irgendeinem anderen geeigneten Material, wie z.B. Siliziumnitrid, Titandioxid oder Germaniumdioxid, gebildet werden.
  • Es kann, wenn Wellenleiterkerne, die Verfahrensschritte bei sehr hoher Temperatur, wie z.B. FHD, erfordern, verwendet werden, zweckmäßig sein, die Schutznitridschicht vor Abscheidung der Kernschicht zu entfernen. In diesem Fall muß eine Ersatznitridschicht vor der kritischen Musterbildung der Bauteile abgeschieden und vom Wellenleiterbereich abgeschnitten werden.

Claims (24)

1. Verfahren zur Bildung einer mit einem planaren Wellenleiter auf einem Siliziumsubstrat (1; 11; 31; 41; 51) selbstausgerichteten V-Nut (8; 22), welches Verfahren die Schritte
des gleichzeitigen Ätzens des auf dem Substrat vorgesehenen Wellenleiterkernmaterials (3; 16) zur Bildung eines Wellenleiterkerns (5; 19) über dem Substrat und eines auf dem Substrat vorgesehenen Bereichs eines Schutzmaterials (4; 12, 13) zur Bildung eines Fensters (6; 20) durch das Schutzmaterial zum Substrat in Ausrichtung zum Wellenleiterkern (5; 19) , des Bildens einer Auflage (7; 21) aus Wellenleiterüberzugsmaterial über dem Wellenleiterkern und
des Ätzens der V-Nut im Substrat durch das Fenster aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Bildens von Bereichen des Schutzmaterials und des Wellenkernmaterials über dem Substrat enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein V-Nutfenster gleichzeitig mit und auf jeder Seite einer Gruppe von planaren Wellenleiterkernen gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das weiter den Schritt der Bildung einer Pufferoxidschicht (2; 14; 36; 43) auf dem Substrat aufweist, wobei der Bereich des Wellenleiterkernmaterials auf der Pufferoxidschicht gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Pufferoxidschicht in einer Vertiefung (11a; 31a; 41a) im Substrat gebildet wird.
6. Verfahren nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, bei dem die oder jede V-Nut durch Ätzen durch ein zugehöriges Fenster gebildet wird.
7. Verfahren nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, bei dem das Wellenleiterkernmaterial ein dotiertes Oxid ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 oder 7 bei Rückbeziehung auf Anspruch 4, das zusätzlich die Schritte der Bildung einer Dämpfoxidschicht (12; 32) auf dem Substrat und dann einer Siliziumnitridschicht (13; 33) auf der Dämpfoxidschicht aufweist, welche Siliziumnitridschicht eine Maske bildet, durch die nachfolgend die Vertiefung im Siliziumsubstrat gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man die Dämpfoxidschicht zu einer Dicke von 700 Å thermisch wachsen läßt und die Siliziumnitridschicht durch LPCVD zu einer Dikke von 3000 Å abgeschieden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Vertiefung durch ein Naßätzverfahren gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 oder 7 bei Rückbeziehung auf Anspruch 5, das zusätzlich die Schritte der Bildung einer Dämpfoxidschicht (32) auf dem Siliziumsubstrat, einer Siliziumnitridschicht (33) auf der Dämpfoxidschicht und einer weiteren Oxidschicht (34) auf der Siliziumnitridschicht aufweist, welche weitere Oxidschicht eine Maske bildet, durch die nachfolgend die Vertiefung im Siliziumsubstrat gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man die Dämpfoxidschicht zu einer Dicke von 700 Å thermisch wachsen läßt, die Siliziumnitridschicht durch LPCVD zu einer Dicke von 1000 Å abgeschieden wird und die weitere Oxidschicht durch PECVD zu einer Dicke von 2000 Å gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Vertiefung mit vertikalen Seitenwänden durch ein Trockenätzverfahren gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiter den Schritt der Bildung von Nitridabstandsstücken (35) auf den vertikalen Seitenwänden der Vertiefung aufweist, welche Nitridabstandsstücke durch formengleiche Abscheidung von Siliziurnnitrid unter LPCVD-Anwendung mit nachfolgendem anisotropem Trockenätzen des Nitridfilms gebildet werden.
15. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem man das Pufferoxid in der Vertiefung thermisch wachsen läßt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei Rückbeziehung auf irgendeinen der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das Pufferoxid einem Einebnungsschritt unterworfen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei Rückbeziehung auf Anspruch 6, bei dem die Schicht aus dotiertem Oxid nach dem Einebnungsschritt abgeschieden wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die dotierte Oxidschicht in dem Bereich entfernt wird, wo die oder jede V-Nut zu bilden ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein gepuffertes HF- Naßätzverfahren angewandt wird, um die dotierte Oxidschicht in dem oder jedem der Bereiche zu entfernen.
20. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8, 9 oder 10, bei dem das Pufferoxid über der ganzen Oberfläche des Substrats gebildet und anschließend überall mit Ausnahme eines Bereiches entfernt wird, der den größten Teil der Vertiefung einnimmt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem man das Pufferoxid thermisch wachsen läßt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Pufferoxid mittels Ätzens durch eine oben auf dem Pufferoxid abgeschiedene Maske (47) entfernt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Pufferoxid durch poröse Anodisierung des Siliziumsubstrats gebildet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das poröse Anodisierungsverfahren die Schritte aufweist:
(i) Abscheiden eines Siliziumnitridfilms (52) auf einem n-Typ-Siliziumsubstrat (51):
(ii) Bilden eines Fensters (53) in der Siliziumnitridschicht;
(iii) Diffusion einer hohen Borkonzentration durch das Fenster zur Bildung eines p&spplus;-Siliziumbereichs (54);
(iv) Umwandeln des p&spplus;-Siliziumbereichs durch Anodisierung in HF; und
(v) Behandlung des Substrats mit einem thermischen Oxidationsschritt, bei dem das poröse Silizium zu einem völlig dichten Oxid mit im wesentlichen keiner Volumenänderung umgewandelt wird.
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