JP2010122350A

JP2010122350A - 光導波路の作製方法

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Publication number: JP2010122350A
Application number: JP2008294281A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tsuchizawa; 泰土澤; Seiichi Itabashi; 聖一板橋; Koji Yamada; 浩治山田; Toshibumi Watanabe; 俊文渡辺
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: JP4681644B2

Abstract

【課題】シリコンコアの酸化が抑制できる低温条件で形成したクラッドに、この後の工程において損傷が発生しないようにする。
【解決手段】シリコンコア１３１の熱酸化が抑制できる範囲の温度条件で酸化シリコン膜１０６を形成した後、酸化シリコンの粘性流動が起こり始める９５０℃以上の高温条件で、酸化シリコン膜１０６（シリコン基板１０１）を加熱し、シリコンコア１３１を覆う上部クラッド層１６１を形成する。この加熱処理により、シリコンコア１３１の段差により生じていた酸化シリコン膜１０６の脆弱な部分の膜質が改善され、この後の工程において損傷が発生しないようになる。
【選択図】図１Ｇ

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス分野、光通信分野において使用されている光導波路型フィルターなどの平面光回路において、ＳＯＩ基板上に構築されるシリコンをコアとした光導波路の作製方法に関するものである。

シリコン基板の上に形成する光導波路を基本とする平面導波型光回路は、作製プロセスに半導体装置の製造技術を利用できるため、作製が容易であり、集積化および大規模化にも有利であることから、光分岐，光スイッチ，波長フィルターなどの光通信のキー部品に広く利用されている。現在の光通信システムに導入されている平面導波路型光回路は、導波路のコアおよびクラッドが、主に石英系材料で構成されている（特許文献１，非特許文献１参照）。

このような石英系の平面導波型光回路の光導波路の作製について説明すると、まず、図７Ａに示すように、シリコン基板７０１の上に、火炎堆積法を用いて、膜厚３０μｍ程度の屈折率の低い下部クラッドガラス膜７０２を形成する。次に、下部クラッドガラス膜７０２の上に、火炎堆積法により、膜厚６μｍ程度の石英ガラスコア膜７０３を形成する。次に、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により石英ガラスコア膜７０３をパターニングし、図７Ｃに示すように、断面矩形のコア７３１を形成する。この後、図７Ｄに示すように、下部クラッドガラス膜７０２およびコア７３１の上に、火炎堆積法を用いて、層厚１５μｍ程度の屈折率の低い上部クラッド層７０４を形成し、上部クラッド層７０４でコア７３１を埋め込み、光導波路とする。

近年では、光デバイスの小型化および高集積化が求められるようになり、石英ガラスコア膜７０３の屈折率を高くした導波路の開発が盛んになり、石英系導波路においても、コアの石英におけるゲルマニウムやチタンなどの添加量を増加させ、比屈折率差が３％程度にまで高められた導波路も作製されるようになっている。石英系材料を用いる場合であれば、添加物の増量により屈折率を高めたコアを、前述した作製方法と同様にすることで、形成することができる。ただし、石英系材料では、上述以上には屈折率を高めることができず、比屈折率差は３％程度が限界である。比屈折率差が３％の光導波路では、波長１．５μｍの通信波長帯では、導波路の曲げ半径を１ｍｍ程度とすることが可能であり、この範囲で、小型の光デバイスが実現できる。

一方、光デバイスの大幅な小型化、高集積化、さらにはシリコン電子素子との融合を目的に、ここ数年、導波路のコアを石英からシリコンに置き換えることで、比屈折率差を非常に高くし、光閉じ込めを強くしたシリコン導波路の研究が活発になってきている。シリコン導波路は、曲げ半径を数μｍと小さくできるため、非常に微小な光デバイスを実現することが可能となる。

特願平８−０４３６５３号公報特願平５−１８１０３１号公報河内正夫、「プレーナ光波回路デバイス」、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−ＩＩ、Vol.J81-C-II, No.6, pp.513-523, 1998. 植松真司他、「新しい物理モデルに基づいたシリコン熱酸化のシミュレーション」、表面科学、第２３巻、第２号, pp.104-110, 2002.

しかしながら、シリコン導波路を作製する場合、次に示すような問題が生じる。

石英系材料をコアとする光導波路は、クラッドとなる厚い酸化膜の形成に熱ＣＶＤ法の一種である火炎堆積法が用いられている。このような熱ＣＶＤ法で酸化膜を形成する場合、基板を１０００℃程度に加熱することになり、また、膜の形成中は酸化雰囲気となるため、基板の上に形成されているコアなどの各パターンも酸化されることになる。ここで、コアをシリコンから構成する場合、上述したように上部クラッドを形成すると、コアが酸化され、コアの断面形状や屈折率が変化し、導波路のコアとしての機能を維持することが維持できなくなる。このため、シリコンをコアとする場合、シリコンのコアが酸化しない、もしくは酸化が進行しにくい低温条件で、コアを覆うクラッドとなる酸化膜を形成することが重要となる。

シリコンの酸化が抑制できるような低温の条件で酸化膜を形成する方法としては、プラズマＣＶＤ法が知られており、この成膜方法は、電子回路や導波路作製にも応用されている。ところが、プラズマＣＶＤ法のような低温プロセスで、コアの上に酸化膜を堆積してクラッドを形成した場合、これより後における、新たな膜の形成や洗浄などの工程において、コアの上面縁部よりクラッド表面にかけて、侵食されたような損傷部分が発生するという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコンコアの酸化が抑制できる低温条件で形成したクラッドに、この後の工程において損傷が発生しないようにすることを目的とする。

本発明に係る光導波路の作製方法は、酸化シリコンよりなる下部クラッド層の上にシリコンよりなるコアを形成する第１工程と、下部クラッド層の上に、コアを覆う酸化シリコンもしくは酸窒化シリコンよりなる膜を、コアにおける熱酸化が抑制される温度条件の範囲で形成する第２工程と、膜を粘性流動が起こり始める温度以上に加熱することでコアを覆う上部クラッド層を下部クラッド層の上に形成する第３工程とを少なくとも備える方法である。

上記光導波路の作製方法において、酸化シリコンもしくは酸窒化シリコンよりなる膜は、ＣＶＤ法で形成するようにすればよい。特に、ＣＶＤ法は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法であるとよい。また、第３工程では、窒素ガス雰囲気もしくは真空中で行うとよい。

以上説明したように、本発明によれば、コアを覆う酸化シリコンもしくは酸窒化シリコンよりなる膜を、コアにおける熱酸化が抑制される温度条件の範囲で形成した後、この膜を粘性流動が起こり始める温度以上に加熱するようにしたので、シリコンコアの酸化が抑制できる低温条件で形成したクラッドに、この後の工程において損傷が発生しないようにすることができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
始めに、本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法について説明する。まず、図１Ａに示すように、シリコン基板１０１と、酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層１０２と、単結晶シリコン層１０３とを備えるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意する。例えば、埋め込み絶縁層１０２は、層厚１〜３μｍ程度とされ、単結晶シリコン層１０３は、層厚１５０〜２５０ｎｍ程度とされている。

次に、単結晶シリコン層１０３の上に酸化シリコン層１０４を形成し、酸化シリコン層１０４の上にレジスト層１０５を形成する。例えば、ＳｉＨ₄およびＯ₂をソースガスとしたよく知られたプラズマＣＶＤ法により、酸化シリコン層１０４が形成できる。また、紫外線感光レジストや電子線感光レジストなどを、回転塗布法などにより塗布することで、レジスト層１０５が形成できる。

次に、よく知られたフォトリソグラフィ技術によりレジスト層１０５をパターニングし、図１Ｂに示すように、酸化シリコン層１０４の上にレジストパターン１５１を形成する。例えば、レジスト層１０５が紫外線感光レジストである場合、紫外線露光装置を用いて所望の形状のパターンの潜像を露光し、この後、現像することでレジストパターン１５１が形成できる。また、レジスト層１０５が電子線感光レジストである場合、電子線露光装置を用いて所望の形状のパターンの潜像を露光し、この後、現像することでレジストパターン１５１が形成できる。なお、現像により形成したレジストパターン１５１は、例えば、１００℃程度の加熱処理（ポストベーク）を施しておく。

次に、レジストパターン１５１をマスクとして酸化シリコン層１０４を選択的に除去し、図１Ｃに示すように、マスクパターン１４１を形成する。例えば、フッ化炭素系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、高い異方性を備えた状態で酸化シリコン層１０４をエッチングしてレジストパターン１５１の形状を酸化シリコン層１０４に転写することで、マスクパターン１４１を形成すればよい。

次に、レジストパターン１５１を除去した後、マスクパターン１４１をマスクとして単結晶シリコン層１０３を選択的に除去し、図１Ｄに示すように、シリコンコア１３１を形成する。例えば、塩素系またはフッ素系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、高い異方性を備えた状態で単結晶シリコン層１０３をエッチングしてマスクパターン１４１の形状を酸化シリコン層１０４に転写することで、シリコンコア１３１を形成すればよい。この後、マスクパターン１４１を除去することで、図１Ｅに示すように、埋め込み絶縁層１０２よりなる下部クラッド層の上に、シリコンコア１３１が形成された状態が得られる。シリコンコア１３１は、例えば、断面の形状が、幅４００ｎｍ，高さ２００ｎｍ程度に形成されればよい。

次に、図１Ｆに示すように、埋め込み絶縁層１０２の上に酸化シリコン膜１０６を形成し、形成した酸化シリコン膜１０６でシリコンコア１３１が埋め込まれるようにする。この酸化シリコン膜１０６の形成は、既に形成されているシリコンコア１３１が、酸化されることで形状が崩れ、また、屈折率が変化しないような条件で行うことが重要である。例えば、酸化シリコン膜１０６をＣＶＤ法で形成する場合、よく知られた熱酸化がシリコンコア１３１に生じない範囲の温度で行う。

一般に、シリコンの酸化プロセスは、８００〜１２００℃で行われている（非特許文献２参照）。従って、酸化性の雰囲気で行われるＣＶＤ法で酸化シリコン膜１０６を形成する場合、少なくとも８００℃よりも低い温度を条件とすることが重要となる。この条件においても、酸化をより抑制するという観点では、安全を見て、６００℃以下の温度条件とすることが望ましいものと考えられる。

ここで、酸化シリコン膜１０６は、ＳｉＨ₄およびＯ₂ガスを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により形成することができる。例えば、よく知られたＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用い、全圧が１Ｐａ程度の条件でＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを２：１程度の割合で導入し、マイクロ波パワー４００ＷでＥＣＲプラズマを生成し、酸化シリコン膜１０６を堆積すればよい。この方法によれば、２００℃程度の低温の温度条件で、成膜速度０．１５μｍ／ｍｉｎで、酸化シリコン膜１０６を形成することができる。また、形成される酸化シリコン膜１０６は、屈折率が１．４６程度となる。なお、ＥＣＲプラズマに限るものではなく、前述したように、シリコンコア１３１の熱酸化が抑制できる範囲の温度条件であれば、他のプラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜１０６を形成してもよい。

上述したように酸化シリコン膜１０６を形成した後、酸化シリコンの粘性流動が起こり始める９５０℃以上の高温条件で、酸化シリコン膜１０６（シリコン基板１０１）を加熱し、図１Ｇに示すように、シリコンコア１３１を覆う上部クラッド層１６１を形成する。この加熱処理により、シリコンコア１３１の段差により生じていた酸化シリコン膜１０６の脆弱な部分の膜質が改善され、この後の工程において損傷が発生しないようになる。

この熱処理では、シリコンコア１３１は酸化シリコン膜１０６で覆われているため、高温条件で加熱しても酸化されにくい状態となっている。ただし、上記熱処理を数秒の短時間で行う、もしくは、減圧排気（真空）状態や窒素ガス雰囲気など酸素のない雰囲気で行うことで、シリコンコア１３１の酸化がより抑制できるようになる。また、酸素のない雰囲気で加熱処理を行うことで、上部クラッド層１６１の屈折率が、この加熱処理により変化することも抑制できるようになる。

以上に説明した製造方法により形成されるシリコン導波路は、図２の断面図に示すように、断面視矩形のシリコンコア２０３に限らず、断面視リブ型のシリコンコア層２０４であってもよい。図２では、基板２０１の上に、下部クラッド層２０２，シリコンコア２０３，シリコンコア層２０４、および上部クラッド層２０６を備えたシリコン光導波路を示している。リブ型のシリコンコア層２０４では、よく知られているように、コアとなるリブ部の両脇にシリコンのスラブ部を残した形状となっている。シリコンコア２０３は、断面寸法が、幅４００ｎｍ，高さ２００ｎｍ程度に形成されている。また、シリコンコア層２０４は、リブ部の断面形状が、幅６００ｎｍ，高さ２００ｎｍ程度に形成されている。これらのシリコン光導波路では、シリコンのコアと酸化シリコンのクラッドとの比屈折率差が４０％程度と大きいため、シングルモード条件を満たすコアの断面寸法は、１００〜６００ｎｍ程度の小さいものとなる。

ここで、シリコンコア１３１の段差により生じる酸化シリコン膜１０６の脆弱性について説明する。シリコンコア１３１などの段差を有するパターンの上に、前述したプラズマＣＶＤ法のように低温条件のＣＶＤ法で膜（酸化シリコン膜１０６）を形成する場合、図３に示すように、段差部となるコア上面縁部を基点とし、膜質が脆弱な領域である脆弱部３０１が形成されることが判明している。脆弱部３０１は、他の領域に比較してエッチング耐性が低く、例えば、ＨＦ系の洗浄液を用いた洗浄などで、選択的にエッチングされて侵食され、損傷部分となる。また、ゲルマニウムの堆積にソースガスとして用いられるＧｅＨ₄ガスなどの還元雰囲気中に晒すことによっても、脆弱部３０１が選択的にエッチングされる。

低温で行うＣＶＤ法などで、コアなどの段差のある基板の上に酸化膜を堆積すると、段差の縁の部分より不均一な領域が生じ、形成された酸化膜の内部に応力が発生し、膜質の均一性を損なう現象が、脆弱部３０１発生の原因と考えられる。不均一な領域である脆弱部３０１には、歪みが集中しており、例えば、エッチングの雰囲気では、脆弱部３０１が、他の領域の膜に比較して特に侵食されやすくなる。

図４は、Ｓｉコアが形成されている基板の上に、前述同様の低温条件のＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、膜厚０．５μｍ程度に酸化シリコン膜を形成し、成膜直後の状態と、１％濃度のＨＦ溶液で４分間処理した後の状態とを走査型電子顕微鏡で観察した結果である。図４において、「加熱なし」は、成膜したものを、加熱することなく１％濃度のＨＦ溶液に４分間浸漬した試料であり、「加熱あり」は、成膜した後に、１０５０℃・２０分の加熱処理を加えてから１％濃度のＨＦ溶液に４分間浸漬した試料である。

図４の電子顕微鏡写真からも明らかなように、「加熱なし」の条件においては、平坦部においては、成膜直後の状態と同様の状態であるが、Ｓｉコアの上面縁部における酸化シリコン膜には、Ｓｉコアの側部にまで到達する侵食部が形成されていることがわかる。これに対し、「加熱あり」の条件においては、Ｓｉコアの上面縁部における酸化シリコン膜に、侵食されている部分が発生しておらず、膜質が改善されていることがわかる。なお、平坦部で評価した屈折率および膜厚においては、「加熱あり」の条件においても、他の試料との差は測定されていない。

ところで、平衡平板電極による容量結合型プラズマによるＣＶＤ法で形成した酸化シリコン膜においては、上述したような高温の処理を成膜した後に加えると、膜厚が減少するため、熱処理をする場合には、膜厚の変化量を考慮して成膜を行うことが報告されている（特許文献２参照）。これに対し、上述した実施の形態においては、成膜後の加熱処理による膜厚の変化は観察されていない。これは、本例で用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、適度のエネルギーをもったイオン衝撃効果により、イオンが照射される部分は緻密な膜が形成されるためである。低温の成膜法としてＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いると、後の熱処理における膜厚の変化が抑制できるので、様々な熱処理に対応することが可能となり、作製プロセス上安定性が高いという利点がある。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法について説明する。まず、図５Ａに示すように、シリコン基板５０１と、酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層５０２と、単結晶シリコン層５０３とを備えるＳＯＩ基板を用意する。例えば、埋め込み絶縁層５０２は、層厚１〜３μｍ程度とされ、単結晶シリコン層５０３は、層厚１５０〜２５０ｎｍ程度とされている。

次に、図５Ｂに示すように、単結晶シリコン層５０３の上に酸化シリコン層５０４を形成し、酸化シリコン層５０４の上にレジスト層５０５を形成する。例えば、ＳｉＨ₄およびＯ₂をソースガスとしたよく知られたプラズマＣＶＤ法により、酸化シリコン層５０４が形成できる。また、紫外線感光レジストや電子線感光レジストなどを、回転塗布法などにより塗布することで、レジスト層５０５が形成できる。

次に、よく知られたフォトリソグラフィ技術によりレジスト層５０５をパターニングし、図５Ｃに示すように、酸化シリコン層５０４の上にレジストパターン５５１およびレジストパターン５５２を形成する。例えば、レジスト層５０５が紫外線感光レジストである場合、紫外線露光装置を用いて所望の形状のパターンの潜像を露光し、この後、現像することでレジストパターン５５１およびレジストパターン５５２が形成できる。また、レジスト層５０５が電子線感光レジストである場合、電子線露光装置を用いて所望の形状のパターンの潜像を露光し、この後、現像することでレジストパターン５５１およびレジストパターン５５２が形成できる。なお、現像により形成したレジストパターン５５１およびレジストパターン５５２は、例えば、５００℃程度の加熱処理を施しておく。

次に、レジストパターン５５１およびレジストパターン５５２をマスクとして酸化シリコン層５０４を選択的に除去し、図５Ｄに示すように、マスクパターン５４１およびマスクパターン５４２を形成する。例えば、フッ化炭素系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、高い異方性を備えた状態で酸化シリコン層５０４をエッチングしてレジストパターン５５１およびレジストパターン５５２の形状を酸化シリコン層５０４に転写することで、マスクパターン５４１およびマスクパターン５４２を形成すればよい。

次に、レジストパターン５５１およびレジストパターン５５２を除去した後、マスクパターン５４１およびマスクパターン５４２をマスクとして単結晶シリコン層５０３を選択的に除去し、図５Ｅに示すように、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２を形成する。例えば、塩素系またはフッ素系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、高い異方性を備えた状態で単結晶シリコン層５０３をエッチングし、マスクパターン５４１およびマスクパターン５４２の形状を酸化シリコン層５０４に転写することで、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２を形成すればよい。

この後、マスクパターン５４１およびマスクパターン５４２を除去することで、図５Ｆに示すように、埋め込み絶縁層５０２よりなる下部クラッド層の上に、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２が形成された状態が得られる。ここで、シリコンコア５３２は、上述するように上部に光吸収層としてのゲルマニウム層が形成されて検出器となる部分である。

次に、図５Ｇに示すように、埋め込み絶縁層５０２の上に酸化シリコン膜５０６を形成し、形成した酸化シリコン膜５０６でシリコンコア５３１およびシリコンコア５３２が埋め込まれるようにする。この酸化シリコン膜５０６の形成は、既に形成されているシリコンコア５３１およびシリコンコア５３２が、酸化されることで形状が崩れ、また、屈折率が変化しないような条件で行うことが重要である。例えば、酸化シリコン膜５０６をＣＶＤ法で形成する場合、よく知られた熱酸化がシリコンコア５３１およびシリコンコア５３２に生じない範囲の温度で行う。この温度は、前述したように、少なくとも８００℃よりも低い温度を条件とし、よりよくは、６００℃以下の温度条件とすることが望ましいものと考えられる。

ここで、酸化シリコン膜５０６は、ＳｉＨ₄およびＯ₂ガスを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により形成することができる。例えば、よく知られたＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用い、全圧が１Ｐａ程度の条件でＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを２：１程度の割合で導入し、マイクロ波パワー４００ＷでＥＣＲプラズマを生成し、酸化シリコン膜５０６を堆積すればよい。この方法によれば、２００℃程度の低温の温度条件で、成膜速度０．１５μｍ／ｍｉｎで、酸化シリコン膜５０６を形成することができる。また、形成される酸化シリコン膜５０６は、屈折率が１．４６程度となる。なお、本実施の形態においても、前述したように、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２の熱酸化が抑制できる範囲の温度条件であれば、他のプラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜５０６を形成してもよい。

上述したように酸化シリコン膜５０６を形成した後、酸化シリコンの粘性流動が起こり始める９５０℃以上の高温条件（例えば１０５０℃）で、酸化シリコン膜５０６（シリコン基板５０１）を加熱し、図５Ｈに示すように、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２を覆う上部クラッド層５６１を形成する。この加熱処理により、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２の段差により生じていた酸化シリコン膜５０６の脆弱な部分の膜質が改善され、この後の工程において損傷が発生しないようになる。

この熱処理では、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２は酸化シリコン膜５０６で覆われているため、高温条件で加熱しても酸化されにくい状態となっている。ただし、上記熱処理を数秒の短時間で行う、もしくは、減圧排気状態や窒素ガス雰囲気など酸素のない雰囲気で行うことで、シリコンコア５３１およびシリコンコア５３２の酸化がより抑制できるようになる。また、酸素のない雰囲気で加熱処理を行うことで、上部クラッド層５６１の屈折率が、この加熱処理により変化することも抑制できるようになる。

次に、図５Ｉに示すように、光検出部としたいシリコンコア５３２の上部領域の上部クラッド層５６１に、開口部５６１ａを形成する。例えば、公知のフォトリソグラフィ技術により、該当部に開口部を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして上部クラッド層５６１を選択的にエッチング除去することで、開口部５６１ａが形成できる。開口部５６１ａを形成した後に、上記マスクパターンは除去する。

次に、開口部５６１ａの底部に露出したシリコンコア５３２の上面に、選択的にゲルマニウムを堆積することで、図５Ｊに示すように、一部のシリコンコア５３２の上にゲルマニウム層５０７を形成する。例えば、ＧｅＨ₄をソースガスとしたＣＶＤ法により、基板温度６００℃・３時間の条件でゲルマニウムを堆積することで、シリコンコア５３２の露出している上面に、選択的にゲルマニウムを堆積することができる。

このゲルマニウムの堆積において、ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜の段差により生じる脆弱部は、前述したように、ＧｅＨ₄ガスに晒すことによっても、エッチングされてしまう。この状態について図６を用いて説明する。図６は、Ｓｉコアが形成されている下部クラッドの上に、前述同様の低温条件のＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、膜厚０．５μｍ程度に酸化シリコンからなる上部クラッド（ＳｉＯ₂）を形成し、成膜直後の状態と、上述したゲルマニウムの成膜プロセスを行った後の状態とを走査型電子顕微鏡で観察した結果である。図６において、（ａ）、成膜したものを、加熱することなくゲルマニウムの成膜によりＧｅＨ₄ガスに晒した試料であり、（ｂ）は、成膜した後に、１０５０℃・２０分の加熱処理を加えてからゲルマニウムの成膜によりＧｅＨ₄ガスに晒した試料である。なお、いずれの試料も、ゲルマニウム層を形成する箇所ではなく、光導波路とする部分を観察している。

図６の電子顕微鏡写真からも明らかなように、（ａ）においては、Ｓｉコアの上面縁部における酸化シリコン膜には、Ｓｉコアの側部にまで到達する侵食部が形成されていることがわかる。これに対し、（ｂ）においては、Ｓｉコアの上面縁部における酸化シリコン膜に、侵食されている部分が発生しておらず、膜質が改善されていることがわかる。なお、平坦部で評価した屈折率および膜厚においては、「加熱あり」の条件においても、他の試料との差は測定されていない。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、低温条件のＣＶＤ法で形成した酸化シリコン膜５０６を１０５０℃で加熱処理した後に、ゲルマニウム層５０７を形成するようにしたので、他の領域の光導波路に影響を与えることなく、ゲルマニウム層５０７を所望の領域のみに成長させることができる。このように、酸化シリコン膜の形成後に熱処理を行うことで、ゲルマニウム検出器との集積プロセスにおいても、シリコンコアよりなる光導波路が損傷を受けることなく、また、導波路損失を増加させることなく、良好な集積でバイスが作製できるようになる。

なお、上述では、ＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積して上部クラッド層を形成する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、クラッド層として酸窒化シリコン膜を用いる場合についても同様であることは、当業者であれば容易に理解できるものである。また、コアは、単結晶シリコンに限るものではなく、多結晶シリコン、アモルファスシリコンであってもよいことはいうまでもない。

また、ＣＶＤ法に限らず、スパッタ法で堆積することで、上部クラッド層を形成する場合についても、本発明が適用可能である。スパッタ法によれば、よく知られているように、シリコンコアにおける熱酸化が抑制される温度条件の範囲で、酸化シリコン膜や酸窒化シリコン膜を形成することができる。ただし、スパッタ法で堆積した膜においても、コアなどの段差のある基板の上に酸化膜を堆積すると、段差の縁の部分より不均一な領域が生じ、形成された酸化膜の内部に応力が発生し、膜質の均一性を損なう現象が発生するものと考えられる。従って、スパッタ法で堆積することで上部クラッド層を形成する場合においても、前述した実施の形態に示したように、形成した膜の粘性流動が起こり始める温度以上の高温条件で加熱することで、後の工程における様々な処理に対し、高い耐性が得られるようになる。

本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態１における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。シリコンコアを備える光導波路の断面形状を示す構成図である。シリコンコア１３１の上面縁部より酸化シリコン膜１０６に形成される脆弱部３０１の状態を説明する説明図である。Ｓｉコアが形成されている基板の上に形成した膜厚０．５μｍ程度の酸化シリコン膜の状態を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。本発明の実施の形態２における光導波路の作製方法例を説明する工程図である。Ｓｉコアが形成されている下部クラッドの上に形成した酸化シリコン膜の状態を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。石英系の平面導波型光回路の光導波路の作製方法例を説明する工程図である。石英系の平面導波型光回路の光導波路の作製方法例を説明する工程図である。石英系の平面導波型光回路の光導波路の作製方法例を説明する工程図である。石英系の平面導波型光回路の光導波路の作製方法例を説明する工程図である。

符号の説明

１０１…シリコン基板、１０２…埋め込み絶縁層（下部クラッド層）、１０３…単結晶シリコン層、１０４…酸化シリコン層、１０５…レジスト層、１０６…酸化シリコン膜、１３１…シリコンコア、１４１…マスクパターン、１５１…レジストパターン、１６１…上部クラッド層。

Claims

酸化シリコンよりなる下部クラッド層の上にシリコンよりなるコアを形成する第１工程と、
前記下部クラッド層の上に、前記コアを覆う酸化シリコンもしくは酸窒化シリコンよりなる膜を、前記コアにおける熱酸化が抑制される温度条件の範囲で形成する第２工程と、
前記膜を粘性流動が起こり始める温度以上に加熱することで前記コアを覆う上部クラッド層を前記下部クラッド層の上に形成する第３工程と
を少なくとも備えることを特徴とする光導波路の作製方法。
請求項１記載の光導波路の作製方法において、
前記酸化シリコンもしくは酸窒化シリコンよりなる膜は、ＣＶＤ法で形成する
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
請求項２記載の光導波路の作製方法において、
前記ＣＶＤ法は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法である
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光導波路の作製方法において、
前記第３工程では、窒素ガス雰囲気もしくは真空中で行う
ことを特徴とする光導波路の作製方法。