JP4045213B2 - Light switch - Google Patents

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信システム等における光路設定や切替に用いられる光スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から基板中に設けられた複数の光導波路をスイッチングすることにより、光路を設定、切替をするデバイスが提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−133932号公報
例えば、特許文献1に記載されているように、複数の光導波路が交差し、その交差点に所定の角度を成す管路を形成し、その管路に光を透過・反射させる部品を設置することにより光路を設定、切替する方法が提案されている。
【0004】
この特許文献1では、光を透過・反射させる部品として液体を用いている。具体的に、例えばシリコーンオイルなどの屈折率整合液を用いることが提案されている。管路の周辺にヒータを形成し、そのヒータに電流を供給し発熱させ、液体の界面張力を変化させ、液体を移動することにより光のスイッチングを行っている。
【0005】
【特許文献2】
特開平10−90735号公報
また、特許文献2に記載されているように、少なくとも二つの光導波路の交点に間隙を形成し間隙内に流体を充填している。流体をヒータにより加熱し、流体に泡を発生し、流体が移動することにより、光のスイッチングを行うことが提案されている。
【0006】
特に、特許文献1では、m本の光導波路とn本の光導波路の交差点にヒータを配し、そのヒータに電力を供給するために、m本+n本の電気配線を二層配線によって形成することが記載されている。
【0007】
この特許文献1では、図8に示すような回路構成を提案しており、下層電気配線35と上層電気配線36との交点に位置する加熱抵抗器32とダイオード33とを備えたヒータ回路31とから構成されている。この場合、所望のヒータ回路31を駆動するためには、所望の下層電気配線35及び上層電気配線36を選択し、選択されたヒータ回路31に電圧を加えている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、特にm本+n本の電気配線でヒータ回路を駆動する場合、クロストークにより指定したヒータ回路以外に電力が供給され、光スイッチを誤作動させてしまうという問題点がある。
【0009】
例えば、図8に示す回路構成でヒータ回路31を駆動させる場合、下層電気配線35の中央線と上層電気配線36の中央線との間に電圧を印加させている。しかし、ヒータ回路31以外に、例えば図8の点線で示すような電流パスが存在する。このため、所望のヒータ回路31以外のヒータ回路が作動してしまう。
【0010】
そこで本発明では、所望のスイッチを作動できる、信頼性が高く高集積の光スイッチを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所望の光スイッチを駆動するためにヒータを電気的にセレクトする光スイッチを提供するものである。
【0012】
図1は、本発明の回路模式図であって、ヒータ1に光スイッチとしての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)2を配し、ゲート電極配線3を新たに加えた。このゲート電極配線3とドレイン電極配線4をセレクトし、ドレイン電極配線4からヒータ1に電力を供給することにより所望の光スイッチを駆動することが可能になる。特に、TFT2を光導波路基板上に直接形成することにより、高集積で信頼性の高い光スイッチをコンパクトに製造できる。
【0013】
図2は本発明の光スイッチの斜視模式図、図3はそのA−A'断面模式図であって、この光スイッチデバイスを形成するために、まず、基板7上に光導波路5のクラッド22を形成する。基板7としては石英やSi基板などを用いる。光導波路5の形成は、最初に、基板7上に下部クラッド8を形成する。
【0014】
クラッドの形成方法としては、スパッタリング、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、FHD(Flame Hydrosis Deposition)などがある。スパッタリング法の場合、SiO2あるいはSiO2とGeO2やTiO2の混合物をターゲットとして用いArなどの希ガスとO2を混合しRF(Radio Frequency)高周波放電し成膜する。成膜後、O2雰囲気中で1000℃以上の温度で熱処理する。
【0015】
ついで、コア9の形成では、SiO2とGeO2やTiO2の混合比を変えたターゲットを用いて、Arなどの希ガスとO2を混合してRF高周波放電し成膜する。成膜後、1000℃以上の温度で熱処理する。さらに、コア9のマスクとなる薄膜(例えばWSi)を、スパッタリング法などで成膜し、ホトレジスト工程によりレジストパターンを形成した後、該マスクとなる薄膜をエッチングし、この薄膜をマスクとして、RIE(Reactive Ion Etching)によりコア9を加工する。
【0016】
さらに、1000℃以上の熱処理を加え、その後、上部クラッド10を下部クラッドと同様な方法で形成する。
【0017】
光導波路5をPECVDを用いて形成する場合、SiH4、GeH4、Si(O(C2H5))4、Ge(O(C2H5))4、O2などを原料ガスとして、成膜室に導入し、RF放電を行い、原料ガスを分解し、成膜する。PECVD法の場合、各種ガスの流量を制御することにより、屈折率を制御することができるため、フィードバックが可能である。PECVD法で成膜したクラッドおよびコアとも、スパッタリング法と同様に1000℃以上の熱処理を加え屈折率を安定化する。また、コアについては、前述と同様なパターニング法で加工する。
【0018】
光導波路5をFHD法で成膜する際には、下部クラッド8としてSiO2の粉末あるいはSiO2やGeO2粉末の混合物を基板上に塗布し、その後、火炎により溶融成膜する。コア9も、SiO2粉末やGeO2粉末やTiO2粉末の混合物を塗布し、火炎により溶融成膜する。コアについても前述と同様なパターニング法で加工する。さらに、上部クラッド10を下部クラッド8と同様な方法でFHD法しより成膜する。石英基板の場合、基板上に直接コアを形成し、その後、上部クラッド10を形成することも可能である。
【0019】
コア9及びクラッド8,10の形成後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法で表面を平滑にする。ついで、ヒータ膜1を形成する。この方法としては、例えば、TaN膜、TaSi2膜などをスパッタリング法により形成し、ホトリソグラフィー工程によりパターン化する。その後、ヒータ膜を熱処理し安定化する。
【0020】
この上に、TFTを形成する。TFTは逆スタガ、正スタガ、コプラナ−構造などがある。図2及び図3では、逆スタガ構造の斜視模式図とその断面模式図を示している。
【0021】
逆スタガ構造の場合、まず、ヒータ膜1上に、コモン電極配線6とヒータ膜1とソース電極17とのコンタクト電極11とを形成する。これらの電極6,11にはAl、Cr、Mo、Ta、Ti、W、Nb、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。これらの材料をスパッタリング法あるいは蒸着法で成膜し、フォトリソグラフィー工程でパターニングする。この際、コモン電極配線6及びコンタクト電極11はヒータ膜1と電気的に接続する。
【0022】
この上に層間絶縁層12を形成する。層間絶縁層12としては窒素あるいは酸素を含有するSi膜などがある。この膜の形成法としては、PECVD法などがある。窒素を含むSi膜はSiH4とNH3やN2などを原料ガスとし、これらにH2やArなどの希ガスを加えてもよい。また、酸素を含むSi膜は、SiH4、Si(O(C2H5))4、O2などを原料ガスとして、成膜室に導入し、RF放電を行い、原料ガスを分解し、成膜する。
【0023】
この上にゲート電極配線3を形成する。ゲート電極配線3にはAl、Cr、Mo、Ta、Ti、W、Nb、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。これらの材料をスパッタリング法あるいは蒸着法で成膜し、フォトリソグラフィー工程でパターニングする。
【0024】
この上に、ゲート絶縁層13、半導体層14、コンタクト層15を成膜する。ゲート絶縁層13としては窒素あるいは酸素を含有するSi膜などがある。また、ゲート絶縁層13として高誘電率の膜23と低誘電率の膜24を積層してもよい。
【0025】
半導体層14は、本発明では、特に、Si1-XGeX膜(0<X<1;X:原子組成比)を用いた。Si1-XGeX膜は、低温成膜により結晶化しやすく、移動度を高くできるため特にヒータ1に供給する電力を、比較的小さいTFT素子2で実現することができる。このため、光導波路5を高集積化しやすく、4×4以上の大規模な光スイッチをコンパクトに作製することができる。また、Xを増加すると、TFT素子2のオフ電流が小さくなるため、好ましくは0<X≦0.2、さらに好ましくは0.01≦X≦0.1であることが適当である。
【0026】
コンタクト層15にはPなどのVI族元素あるいはBなどのIII族元素をドープしたSi膜やSi1-XGeX膜を適用する。これらの膜13,14,15の形成方法には、PECVD法、熱CVD法、反応熱CVD法などがある。窒素を含むSi膜13はSiH4とNH3やN2などを原料ガスとし、これらにH2やArなどの希ガスを加えてもよい。これらのガスを成膜室に導入しPECVD法などにより分解して成膜する。Si1-XGeX膜14は、SiH4、Si2H6などのSinH 2 n+2(n:整数)、SiF4、GeH4などGenH2n+2(n:整数)、GeF4やF2、H2、Arなどの希ガスを混合しPECVD法、熱CVD法、反応熱CVD法などで形成する。また、Pを含有するSi膜15は、PH3とSinH2n+2と混合しPECVD法、熱CVD法、反応熱CVD法などにより形成する。
【0027】
ついで、フォトリソグラフィー法によりコンタクト層15、半導体層14を島状に加工し、さらにフォトリソグラフィーによりゲート絶縁層13と層間絶縁膜12にヒータ1となる薄膜に接続するようにスルーホール16を形成する。
【0028】
次に、金属膜4,17を形成する。この金属としては、Al、Cr、Mo、Ta、Ti、W、Nb、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。金属層をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極17及びドレイン電極配線4を形成する。この際、ソース電極17とヒータ1とはスルーホール16を介して接続される。
【0029】
ついで、ソース電極17及びドレイン電極配線4間にあるコンタクト層15をエッチングする。この上に保護層18を形成する。保護層としては、窒素を含むSiや酸素を含むSiなどである。次に、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。ここでのスルーホール加工は省略することも可能である。省略した場合には、このスルーホール加工は、後述の平坦化層19のスルーホール加工と一緒に加工する。ついで、平坦化層19を形成する。平坦化層19としては、窒素を含むSiや酸素を含むSiなどがある。平坦化層19形成後、CMPにより表面を平坦化する。なお、平坦化層19と保護層18は、同一にしてもよい。
【0030】
平坦化後、ふた26を陽極接合するためのSi膜を形成する。この後、Si膜をゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のAuのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Au膜を蒸着する。Au膜はレジスト除去の際、リフトオフ法により加工される。
【0031】
この後、液体を注入する溝20を加工するため、WSi膜を成膜し、フォトリソグラフィーによりWSi膜を加工し、それをマスクとしてRIEにより溝のエッチング加工をする。溝20の加工後、WSi膜を除去する。なお、この溝20は、特許文献1での管路又は特許文献2での間隙と同様のものである。
【0032】
この後、ワイヤーボンディング用のAu膜を形成加工し、溝20を形成した後、液体21として屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入する。その後、ふた26をかぶせて基板を電極間にはさみ450℃に加熱して電極間に900Vを印加して陽極接合することで光スイッチを完成する。
【0033】
TFT2として正スタガ構造を採用する場合の光スイッチの斜視模式図を図4に、そのB−B'断面模式図を図5に示す。前述のように、ヒータ1まで作製する。ついで、コモン電極配線6とコンタクト電極11を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。この上に層間絶縁層12を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。
【0034】
ついで、フォトリソグラフィー法によりスルーホール16を形成する。この上に、ドレイン電極配線4及びソース電極17を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。この際、ソース電極17は、ヒータ1と電気的に接続する。この上に、コンタクト層15を形成する。コンタクト層15としては、III族あるいはVI族をドープしたSi膜あるいはSi1-XGeX膜などである。
【0035】
コンタクト層15はフォトリソグラフィーにより加工する。また、コンタクト層15はドレイン電極配線4及びソース電極17に積層して成膜し、同時にフォトリソグラフィー法により加工してもよい。
【0036】
ついで、半導体層14を形成する。半導体層としては前述のようにSi1-XGeX膜(0<X<1)を適用する。半導体層はフォトリソグラフィーにより島状に加工する。ついでゲート絶縁層13を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。
【0037】
次に、ゲート電極配線3を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。この上に保護層18を形成する。保護層18としては、窒素を含むSiや酸素を含むSiなどがある。この保護層18は逆スタガTFTの場合で記述した平坦化層19と同一のものとしている。ついで、CMPにより平坦化する。この上に陽極接合用のSi膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。
【0038】
この後、前述の逆スタガ型TFTを用いた場合と同様に、ワイヤーボンディング用のAu膜を形成加工し、溝20を形成した後、液体21として、屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入し、ふた26をかぶせて陽極接合し光スイッチを完成する。
【0039】
TFT2としてコプラナ構造を採用する場合の光スイッチの斜視模式図を図6に、そのC−C'断面模式図を図7に示す。前述の逆スタガの場合と同様に、ヒータ1まで作製する。この上に層間絶縁層12を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。
【0040】
ついで、半導体層14としてSi1-XGeX膜(0<X<1)を形成する。半導体層14はフォトリソグラフィー工程により島状に加工する。この上に、ゲート絶縁層13を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。さらに、この上にゲート電極を形成した。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。
【0041】
さらに、不純物活性層25を形成するために、BなどのIII族元素あるいはPなどのV族元素イオンを注入する。ついで、この上に層間絶縁層12を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。ついで、フォトリソグラフィー法により、スルーホール16を層間絶縁層12とゲート絶縁層13に形成する。ついで、ドレイン電極配線4、ソース電極17を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。
【0042】
この上に保護層18を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造TFTの場合に記述したものと同じである。この場合も保護層18と平坦化層19を同一のものとしている。ついで、CMPにより平坦化する。この上に陽極接合用のSi膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。
【0043】
この後、前述の逆スタガ型TFTを用いた場合と同様に、ワイヤーボンディング用のAu膜を形成加工し、溝20を形成した後、液体21として屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入し、ふた26をかぶせて陽極接合し光スイッチを完成する。
【0044】
以上の工程により作製したマトリックス光スイッチは、ゲート配線電極3とドレイン配線電極4により所定のヒータ1を選択でき、溝20に注入した液体の移動に必要な電流を、指定したヒータに供給することが可能になる。また、TFTを光導波路基板上に作製するため高集積で信頼性の高い光スイッチを製作できる。
【0045】
【発明の実施の形態】
【実施例1】
以下,本発明の一実施例を図2及び図3を用いて説明する。
まずSi基板7上にクラッド22の下部クラッド層8を形成する。クラッドの形成方法として、PECVD法により、原料ガスとして、SiH4とO2の混合物を用いて成膜した。成膜後、1100℃でO2雰囲気中でアニールして屈折率を安定化した。
【0046】
ついで、コア9を形成した。コア9もPECVD法により、SiH4、GeH4、O2の混合を原料として成膜した。成膜後、1100℃でO2雰囲気中でアニールした。ついで、WSiをスパッタリング法により形成した。WSi膜をフォトリソグラフィーにより加工し、これをマスクとしてRIEにより、コア9を加工した。
【0047】
コア9加工後、エッチングによりWSi膜を除去した。その後、O2雰囲気中で1200℃でアニールし屈折率を安定化した。その後、上部クラッド10をPECVD法により形成した。原料をSiH4とO2としてPECVD法により形成した。形成後、O2中で1100℃でアニールし屈折率を安定化した。ついでCMPにより表面を平坦化した。
【0048】
ついで、ヒータ1としてTaN膜をスパッタリングにより形成した。ついでホトリソグラフィー工程によりパターン化した。さらに600℃で熱処理した。ここで、熱処理として、TFTは600℃未満で成形するが、光導波路は600℃以上で成形する。
【0049】
ヒータ1の上に、TFTを形成した。まず、コモン電極配線6及びヒータ1とソース電極17を接続するコンタクト電極11を形成した。これは、CrMo合金をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー工程でコモン電極配線6及びコンタクト電極11膜にパターニングした。この際、コモン電極配線6及びコンタクト電極11はヒータ1と電気的に接続する。
【0050】
この上に層間絶縁層12を形成する。層間絶縁層としてSiN膜をPECVD法でSiH4、NH3、N2を原料ガスとして形成した。この上にゲート電極配線3を形成した。ゲート電極配線としてはCrMo膜をスパッタリング法により形成した。フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線3を形成した。この上に、ゲート絶縁層23,24を形成した。
【0051】
ゲート絶縁層23,24には、高誘電率層23としてSiN膜をPECVD法でSiH4、NH3、N2を原料ガスとして形成した。さらに低誘電率層24としてSiO2膜をPECVD法によりSi(O(C2H5))4、O2を原料ガスとして形成した。このように積層することにより、ゲート絶縁層の面積あたりの電気容量を高くし、また、SiO2をSi1-XGeX膜界面に用いることにより、Si1-XGeXの結晶性を良くした。
【0052】
半導体層14はSi1-XGeX膜(X=0.02)を用いた。Si1-XGeX膜は、反応熱CVD法によりSi2H6とGeF4とHeを用いて形成した。ついで、コンタクト層15としてn+Si膜をPECVD法により形成した。n+Si膜は、SiH4、PH3、H2を原料としたPECVD法で形成した。
【0053】
ついで、フォトリソグラフィー法によりコンタクト層15、半導体層14を島状に加工し、さらにフォトリソグラフィーによりゲート絶縁層13に、ヒータ1を接続するためのスルーホール16を形成した。ついで、金属層としてCrMo膜を形成した。CrMo膜をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極17及びドレイン電極配線4を形成した。この際、ソース電極17とヒータ1とを前記のスルーホール16を通して接続した。
【0054】
次に、ソース電極17及びドレイン電極配線4間にあるn+Si膜をエッチングした。オーバエッチしSi1-XGeX膜も若干エッチングした。この上に保護層18としてSiN膜をPECVD法でSiH4、NH3、N2の混合ガスを用いて形成した。さらに、平坦化層19としてSiO2膜をPECVD法により形成しCMPにより平坦化した。平坦化後、ふた26を陽極接合するためのSi膜をスッパタ法により形成した。
【0055】
この後、ゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4それぞれの端子部のSi膜、平坦化層19及び保護層18にスルーホールをフォトリソグラフィー法により形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のAuのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Au膜を蒸着した。Au膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【0056】
この次に、液体を注入する溝20を加工するため、WSi膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりWSi膜を加工し、それをマスクとしてRIEにより溝20のエッチング加工をした。溝20の加工後、WSi膜をエッチングにより除去した。
【0057】
この後、形成した溝に液体21の屈折率整合液としてシリコーンオイルを注入し、ふたをして陽極接合した。以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート配線電極13とドレイン配線電極14により所定のヒータあるいは抵抗加熱器を選択し、液体21の移動に必要な電流をヒータ1に供給することが可能になった。
【0058】
【実施例2】
以下,本発明の一実施例を図4及び図5を用いて説明する。
まずSi基板7上に下部クラッド層8を形成した。クラッドの形成方法として、SiO2粉末を塗布し火炎堆積(FHD)法により成膜した。ついで、コア9を形成した。コア9もFHD法によりSiO2とGeO2粉末の混合物を原料として成膜した。ついで、WSiをスパッタリング法により形成した。WSi膜をフォトリソグラフィーにより加工し、これをマスクとしてRIEにより、コア9を加工した。
【0059】
コア9の加工後、エッチングによりWSi膜を除去した。その後、上部クラッド10をFHD法によりSiO2粉末から形成した。ついでCMPにより表面を平坦化した。ついで、ヒータ1としてTaN膜をスパッタリングにより形成した。ついでホトリソグラフィー工程によりパターン化した。さらに600℃で熱処理した。ここで、熱処理として、TFTは600℃未満で成形するが、光導波路は600℃以上で成形する。ヒータ1の上に、TFTを形成した。まず、コモン電極配線6と、ソース電極17とヒータ1とのコンタクト電極11を実施例1と同様な方法で形成した。
【0060】
この上に層間絶縁膜12を形成した。層間絶縁層12としてSiO2膜をPECVD法でSi(O(C2H5))4とO2の混合ガスを用いて形成した。さらに、フォトリソグラフィー工程によりコンタクト電極11上にスルーホール16を形成した。ついで、この上に、ソース電極17とドレイン電極配線4用の金属膜を形成した。これは、Cr膜をスパッタリング法により成膜した。さらに、コンタクト層15として、n+Si膜を実施例1と同様の方法で成膜した。ついで、フォトリソグラフィー工程によりソース電極17、ドレイン電極配線4に加工した。
【0061】
半導体層14はSi1-XGeX膜(X=0.1)を用いた。Si1-XGeX膜は、PECVD法によりSiH4とGeH4とH2を用いて形成した。SiH4流量:GeH4流量:H2流量は、9:1:100とした。さらに、ホトリソグラフィーにより半導体層14に加工した。この上に、ゲート絶縁層13を形成した。
【0062】
ゲート絶縁層13には、SiN膜をPECVD法によりSiH4、NH3、N2の混合ガスを用いて成膜した。さらに、この上にゲート電極配線3を形成した。ゲート電極13としてはAl膜とCrMo膜ををスパッタリング法により成膜した。その後、フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線3を形成した。さらに、この上に保護層18としてSiN膜をPECVD法で形成した。さらに、CMPにより保護層を平坦化した。平坦化後、ふた26を陽極接合するためのSi膜をスッパタ法により形成した。
【0063】
この後、ゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4の端子部を形成するために、Si膜にフォトリソグラフィー法によりスルーホール16を形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のAuのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Au膜を蒸着した。Au膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【0064】
この後、液体を注入する溝20を加工するため、WSi膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりWSi膜を加工し、それをマスクとしてRIEにより溝20のエッチング加工をした。溝20の加工後、WSi膜をエッチングにより除去した。この後、形成した溝20に屈折率整合液21として電解質液を注入し、ふたをして陽極接合した。
【0065】
以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート電極配線3とドレイン電極配線4により所定のヒータ1を選択し、液体21の移動に必要な電流をヒータ1に供給することが可能になった。
【0066】
【実施例3】
以下,本発明の一実施例を図6及び図7を用いて説明する。
まずSi基板7上に光導波路5のクラッド22及びコア9を実施例1と同様な方法で形成した。さらに、ヒータ1を実施例1と同様な方法で形成した。この上に、TFTを形成した。まず、コモン電極配線6とコンタクト電極11を実施例1と同様な方法で形成した。この上に層間絶縁層12を形成した。
【0067】
層間絶縁層12としてSiO2膜をPECVD法でSi(O(C2H5))4とO2の混合ガスを用いて形成した。さらに、この上に、半導体層14としてSi1-XGeX膜(X=0.01)を形成した。Si1-XGeX膜は、反応熱CVD法によりSi2H6とGeF4とArを用いて形成した。ついでホトリソグラフィーにより半導体層14に加工した。この上に、ゲート絶縁層13を形成した。
【0068】
ゲート絶縁層13には、SiO2膜をPECVD法によりSi(O(C2H5))4とO2の混合ガスを原料として成膜した。さらに、この上にゲート電極配線3を形成した。ゲート電極3としてはNb膜をスパッタリング法により成膜した。その後、フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線3を形成した。さらに、不純物活性層25を形成するために、Pイオンを注入した。ついで、この上に層間絶縁層12としてSiN膜をPECVD法でSiH4、NH3、N2の混合ガスを原料として形成した。ついで、フォトリソグラフィー法により、スルーホール16を形成した。ついで、金属膜としてCrMo膜をスパッタリング法により形成した。CrMo膜をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極17及びドレイン電極配線4を形成した。
【0069】
さらに、保護層18としてSiO2膜をPECVD法によりSi(O(C2H5))4とO2の混合ガスを原料として形成した。さらに、CMPにより保護層を平坦化した。平坦化後、ふた26を陽極接合するためのSi膜をスッパタ法により形成した。この後、ゲート電極配線3、コモン電極配線6及びドレイン電極配線4の端子部に、Si膜、保護層18、層間絶縁層12及びゲート絶縁層13を通したスルーホールをフォトリソグラフィー法により形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のAuのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Au膜を蒸着した。Au膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【0070】
この後、液体を注入する溝20を加工するため、WSi膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりWSi膜を加工し、それをマスクとしてRIEにより溝20のエッチング加工をした。溝20の加工後、WSi膜をエッチングにより除去した。この後、形成した溝20に液体21として水銀と屈折整合液である電解質液を注入し、ふたをして陽極接合した。
【0071】
以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート電極配線3とドレイン電極配線4により所定のヒータあるいは抵抗加熱器を選択し、液体21の移動に必要な電流をヒータに供給することが可能になった。
【発明の効果】
本発明のマトリックス光スイッチは、ゲート配線電極とドレイン配線電極により所定のヒータを選択でき、液体の移動に必要な電流を、指定したヒータに供給することが可能になる。また、TFTを導波路基板上に形成し、移動度の高いSi1-XGeX膜を半導体層に適用するためTFTのサイズを縮小でき、高集積で信頼性の高い光スイッチを製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光スイッチの回路模式図
【図2】 本発明の光スイッチの斜視模式図
【図3】 図2のA-A’断面模式図
【図4】 本発明の光スイッチの斜視模式図
【図5】 図4のB-B’断面模式図
【図6】 本発明の光スイッチの斜視模式図
【図7】 図6のC-C’断面模式図
【図8】 従来技術の光スイッチの回路模式図
【符号の説明】
1・・・ヒータ又は加熱抵抗器、2・・・薄膜トランジスタ(TFT)、3・・・ゲート電極配線、4・・・ドレイン電極配線、5・・・ 光導波路、6・・・コモン電極配線、7・・・基板、8・・・下部クラッド、9・・・コア、10・・・上部クラッド、11・・・コンタクト電極、12・・・層間絶縁層、13・・・ゲート絶縁層、14・・・半導体層、15・・・コンタクト層、16・・・スルーホール、17・・・ソース電極、18・・・保護層、19・・・平坦化層、20・・・溝、21・・・液体、22・・・クラッド、23・・・高誘電率層、24・・・低誘電率層、25・・・不純物活性層、26・・・ふた、
31・・・ヒータ回路、32・・・加熱抵抗器、33・・・ダイオード、35・・・下層電気配線、36・・・上層電気配線
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an optical switch used for optical path setting and switching in an optical communication system or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, devices that set and switch optical paths by switching a plurality of optical waveguides provided in a substrate have been proposed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-133932
For example, as described in Patent Document 1, a plurality of optical waveguides intersect with each other, a pipe having a predetermined angle is formed at the intersection, and a part that transmits and reflects light is installed in the pipe. A method for setting and switching the optical path is proposed.
[0004]
In Patent Document 1, a liquid is used as a component that transmits and reflects light. Specifically, it has been proposed to use a refractive index matching liquid such as silicone oil. A heater is formed in the periphery of the pipe, and an electric current is supplied to the heater to generate heat, the interfacial tension of the liquid is changed, and the liquid is moved by moving the liquid.
[0005]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-90735
Further, as described in Patent Document 2, a gap is formed at the intersection of at least two optical waveguides, and a fluid is filled in the gap. It has been proposed to switch light by heating a fluid with a heater, generating bubbles in the fluid, and moving the fluid.
[0006]
In particular, in Patent Document 1, a heater is disposed at an intersection of m optical waveguides and n optical waveguides, and m + n electrical wirings are formed by two-layer wirings to supply power to the heaters. It is described.
[0007]
In this patent document 1, a circuit configuration as shown in FIG. 8 is proposed, and a heater circuit 31 including a heating resistor 32 and a diode 33 located at the intersection of the lower layer electric wiring 35 and the upper layer electric wiring 36 is provided. It is composed of In this case, in order to drive a desired heater circuit 31, a desired lower layer electrical wiring 35 and upper layer electrical wiring 36 are selected, and a voltage is applied to the selected heater circuit 31.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, particularly when the heater circuit is driven by m + n electrical wirings, there is a problem in that power is supplied to other than the heater circuit specified by crosstalk, causing the optical switch to malfunction.
[0009]
For example, when the heater circuit 31 is driven with the circuit configuration shown in FIG. 8, a voltage is applied between the center line of the lower layer electrical wiring 35 and the center line of the upper layer electrical wiring 36. However, in addition to the heater circuit 31, there is a current path as indicated by a dotted line in FIG. For this reason, heater circuits other than the desired heater circuit 31 operate.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable and highly integrated optical switch that can operate a desired switch.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides an optical switch that electrically selects a heater to drive a desired optical switch.HIt is to provide.
[0012]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of the present invention, in which a thin film transistor (TFT) 2 as an optical switch is arranged in a heater 1 and a gate electrode wiring 3 is newly added. A desired optical switch can be driven by selecting the gate electrode wiring 3 and the drain electrode wiring 4 and supplying power from the drain electrode wiring 4 to the heater 1. In particular, by forming the TFT2 directly on the optical waveguide substrate, a highly integrated and highly reliable optical switch can be manufactured in a compact manner.
[0013]
FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical switch of the present invention, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′. In order to form this optical switch device, first, the cladding 22 of the optical waveguide 5 is formed on the substrate 7. Form. As the substrate 7, quartz, Si substrate or the like is used. In forming the optical waveguide 5, first, the lower clad 8 is formed on the substrate 7.
[0014]
Examples of the clad forming method include sputtering, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), and FHD (Flame Hydrosis Deposition). In the case of sputtering method, SiO2Or SiO2And GeO2And TiO2As a target, a rare gas such as Ar and O2Are mixed to form a film by RF (Radio Frequency) high frequency discharge. After film formation, O2Heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher in an atmosphere.
[0015]
Next, in the formation of the core 9, SiO 22And GeO2And TiO2Using a target with a mixed ratio of noble gas such as Ar and O2Are mixed and RF high frequency discharged to form a film. After film formation, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher. Further, after forming a thin film (for example, WSi) as a mask for the core 9 by sputtering or the like and forming a resist pattern by a photoresist process, the thin film to be the mask is etched. Using this thin film as a mask, RIE ( Core 9 is processed by Reactive Ion Etching.
[0016]
Further, heat treatment at 1000 ° C. or higher is applied, and then the upper clad 10 is formed in the same manner as the lower clad.
[0017]
When the optical waveguide 5 is formed using PECVD, SiHFour, GeHFour, Si (O (C2HFive))Four, Ge (O (C2HFive))Four, O2Is introduced into the film forming chamber as a source gas, RF discharge is performed, the source gas is decomposed, and a film is formed. In the case of the PECVD method, since the refractive index can be controlled by controlling the flow rate of various gases, feedback is possible. For the clad and core deposited by PECVD method, heat treatment at 1000 ° C or higher is applied to stabilize the refractive index as in the sputtering method. The core is processed by the same patterning method as described above.
[0018]
When the optical waveguide 5 is formed by the FHD method, the lower cladding 8 is made of SiO.2Powder or SiO2Or GeO2A mixture of powders is applied onto a substrate and then melt-formed with a flame. The core 9 is also made of SiO2Powder or GeO2Powder or TiO2A powder mixture is applied, and a melt film is formed by a flame. The core is also processed by the same patterning method as described above. Further, the upper clad 10 is formed by the FHD method in the same manner as the lower clad 8. In the case of a quartz substrate, it is also possible to form the core directly on the substrate and then form the upper cladding 10.
[0019]
After the core 9 and the clads 8 and 10 are formed, the surface is smoothed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Next, the heater film 1 is formed. As this method, for example, TaN film, TaSi2A film or the like is formed by a sputtering method and patterned by a photolithography process. Thereafter, the heater film is heat treated and stabilized.
[0020]
A TFT is formed on this. TFT has reverse stagger, normal stagger, and coplanar structure. 2 and 3 show a schematic perspective view and a schematic cross-sectional view of an inverted stagger structure.
[0021]
In the case of the reverse stagger structure, first, the common electrode wiring 6, the heater film 1, and the contact electrode 11 of the source electrode 17 are formed on the heater film 1. These electrodes 6 and 11 have Al, Cr, Mo, Ta, Ti, W, Nb, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, and alloys thereof. In addition, different types of metal films may be stacked in order to improve contact characteristics and electrical conductivity. These materials are formed into a film by a sputtering method or a vapor deposition method, and patterned by a photolithography process. At this time, the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 are electrically connected to the heater film 1.
[0022]
An interlayer insulating layer 12 is formed thereon. Examples of the interlayer insulating layer 12 include a Si film containing nitrogen or oxygen. As a method for forming this film, there is a PECVD method or the like. Si film containing nitrogen is SiHFourAnd NHThreeOr N2Etc. as raw material gas, and H2Or a rare gas such as Ar may be added. Also, the Si film containing oxygen is SiH.Four, Si (O (C2HFive))Four, O2Is introduced into the film forming chamber as a source gas, RF discharge is performed, the source gas is decomposed, and a film is formed.
[0023]
A gate electrode wiring 3 is formed thereon. The gate electrode wiring 3 has Al, Cr, Mo, Ta, Ti, W, Nb, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, and alloys thereof. In addition, different types of metal films may be stacked in order to improve contact characteristics and electrical conductivity. These materials are formed into a film by a sputtering method or a vapor deposition method, and patterned by a photolithography process.
[0024]
On this, a gate insulating layer 13, a semiconductor layer 14, and a contact layer 15 are formed. The gate insulating layer 13 includes a Si film containing nitrogen or oxygen. Alternatively, a high dielectric constant film 23 and a low dielectric constant film 24 may be stacked as the gate insulating layer 13.
[0025]
  In the present invention, the semiconductor layer 14 is notably Si.1-XGeXMembrane (0 <X <1; X:Atomic composition ratio) Was used. Si1-XGeXSince the film is easily crystallized by low-temperature film formation and can increase the mobility, in particular, the power supplied to the heater 1 can be realized by the relatively small TFT element 2. For this reason, it is easy to highly integrate the optical waveguide 5, and a large-scale optical switch of 4 × 4 or more can be manufactured in a compact manner. Further, when X is increased, the off-state current of the TFT element 2 is reduced. Therefore, it is preferable that 0 <X ≦ 0.2, and more preferably 0.01 ≦ X ≦ 0.1.
[0026]
  For the contact layer 15, a Si film doped with a Group VI element such as P or a Group III element such as B or Si1-XGeXApply the membrane. As methods for forming these films 13, 14, and 15, there are a PECVD method, a thermal CVD method, a reactive thermal CVD method, and the like. Si film 13 containing nitrogen is SiHFourAnd NHThreeOr N2Etc. as raw material gas, and H2Or a rare gas such as Ar may be added. These gases are introduced into the film formation chamber and decomposed by the PECVD method to form a film. Si1-XGeXFilm 14 is SiHFour, Si2H6Si etc.nH 2 n + 2(n: integer), SiF4, GeHFourGenH2n + 2(n: integer), GeFFourOr F2, H2A rare gas such as Ar is mixed and formed by PECVD, thermal CVD, reactive thermal CVD, etc. Further, the Si film 15 containing P is made of PH.ThreeAnd SinH2n + 2And formed by PECVD, thermal CVD, reactive thermal CVD, etc.
[0027]
Next, the contact layer 15 and the semiconductor layer 14 are processed into an island shape by photolithography, and further, through holes 16 are formed in the gate insulating layer 13 and the interlayer insulating film 12 so as to be connected to a thin film serving as the heater 1 by photolithography. .
[0028]
Next, metal films 4 and 17 are formed. This metal has Al, Cr, Mo, Ta, Ti, W, Nb, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, and alloys thereof. In addition, different types of metal films may be stacked in order to improve contact characteristics and electrical conductivity. The metal layer is processed by photolithography to form the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4. At this time, the source electrode 17 and the heater 1 are connected through the through hole 16.
[0029]
Next, the contact layer 15 between the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4 is etched. A protective layer 18 is formed thereon. Examples of the protective layer include Si containing nitrogen and Si containing oxygen. Next, through holes are formed in the respective terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4 by photolithography. The through hole processing here can be omitted. When omitted, this through hole processing is performed together with the through hole processing of the planarizing layer 19 described later. Next, a planarization layer 19 is formed. Examples of the planarizing layer 19 include Si containing nitrogen and Si containing oxygen. After the planarization layer 19 is formed, the surface is planarized by CMP. The planarizing layer 19 and the protective layer 18 may be the same.
[0030]
After planarization, a Si film for anodic bonding of the lid 26 is formed. Thereafter, through holes are formed in the respective terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4 in the Si film. Further, an Au pattern resist for wire bonding is processed by photolithography to deposit an Au film. The Au film is processed by a lift-off method when removing the resist.
[0031]
Thereafter, in order to process the groove 20 into which the liquid is injected, a WSi film is formed, the WSi film is processed by photolithography, and the groove is etched by RIE using the WSi film as a mask. After the groove 20 is processed, the WSi film is removed. The groove 20 is similar to the pipe line in Patent Document 1 or the gap in Patent Document 2.
[0032]
Thereafter, an Au film for wire bonding is formed and processed to form the groove 20, and then a refractive index matching liquid or a liquid metal is injected as the liquid 21 into the groove. Thereafter, the lid 26 is put on, the substrate is sandwiched between the electrodes, heated to 450 ° C., and 900 V is applied between the electrodes to perform anodic bonding, thereby completing the optical switch.
[0033]
FIG. 4 is a schematic perspective view of an optical switch when a positive stagger structure is adopted as the TFT 2, and FIG. As described above, the heater 1 is manufactured. Next, the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 are formed. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. An interlayer insulating layer 12 is formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT.
[0034]
Next, the through hole 16 is formed by photolithography. On this, the drain electrode wiring 4 and the source electrode 17 are formed. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. At this time, the source electrode 17 is electrically connected to the heater 1. A contact layer 15 is formed thereon. As the contact layer 15, a Si film doped with a group III or group VI or Si1-XGeXSuch as a membrane.
[0035]
The contact layer 15 is processed by photolithography. Further, the contact layer 15 may be formed by being laminated on the drain electrode wiring 4 and the source electrode 17, and may be simultaneously processed by a photolithography method.
[0036]
Next, the semiconductor layer 14 is formed. As described above, the semiconductor layer is Si.1-XGeXApply membrane (0 <X <1). The semiconductor layer is processed into an island shape by photolithography. Next, the gate insulating layer 13 is formed. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT.
[0037]
Next, the gate electrode wiring 3 is formed. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. A protective layer 18 is formed thereon. Examples of the protective layer 18 include Si containing nitrogen and Si containing oxygen. This protective layer 18 is the same as the planarization layer 19 described in the case of the inverted staggered TFT. Next, it is flattened by CMP. A Si film for anodic bonding is formed on this. Next, through holes are formed in the respective terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4 by photolithography.
[0038]
After that, as in the case of using the above-mentioned inverted stagger type TFT, an Au film for wire bonding is formed and processed, and after forming the groove 20, a refractive index matching liquid or liquid metal is injected into the groove as the liquid 21. Then, the lid 26 is covered and anodically bonded to complete the optical switch.
[0039]
A perspective schematic view of an optical switch when a coplanar structure is adopted as the TFT 2 is shown in FIG. 6, and a CC ′ cross-sectional schematic view thereof is shown in FIG. The heater 1 is manufactured as in the case of the above-mentioned reverse stagger. An interlayer insulating layer 12 is formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT.
[0040]
Next, Si as the semiconductor layer 141-XGeXA film (0 <X <1) is formed. The semiconductor layer 14 is processed into an island shape by a photolithography process. A gate insulating layer 13 is formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. Further, a gate electrode was formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT.
[0041]
Further, in order to form the impurity active layer 25, a group III element such as B or a group V element ion such as P is implanted. Next, an interlayer insulating layer 12 is formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. Next, through holes 16 are formed in the interlayer insulating layer 12 and the gate insulating layer 13 by photolithography. Next, the drain electrode wiring 4 and the source electrode 17 are formed. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT.
[0042]
A protective layer 18 is formed thereon. This material is the same as that described in the case of the above-described inverted staggered structure TFT. Also in this case, the protective layer 18 and the planarizing layer 19 are the same. Next, it is flattened by CMP. A Si film for anodic bonding is formed on this. Next, through holes are formed in the respective terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4 by photolithography.
[0043]
After that, similarly to the case of using the above-mentioned inverted stagger type TFT, an Au film for wire bonding is formed and processed, and after forming the groove 20, a refractive index matching liquid or a liquid metal is injected into the groove as the liquid 21. Then, cover 26 and anodic bond to complete the optical switch.
[0044]
The matrix optical switch manufactured by the above process can select the predetermined heater 1 by the gate wiring electrode 3 and the drain wiring electrode 4, and supplies the current required for the movement of the liquid injected into the groove 20 to the designated heater. Is possible. Also, since TFTs are fabricated on an optical waveguide substrate, highly integrated and reliable optical switches can be fabricated.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, the lower clad layer 8 of the clad 22 is formed on the Si substrate 7. As a cladding formation method, PECVD method is used, and as source gas, SiHFourAnd O2A film was formed using this mixture. After film formation, O at 1100 ° C2The refractive index was stabilized by annealing in an atmosphere.
[0046]
Subsequently, the core 9 was formed. Core 9 is also made of SiH by PECVDFour, GeHFour, O2As a raw material, a film was formed. After film formation, O at 1100 ° C2Annealed in atmosphere. Next, WSi was formed by sputtering. The WSi film was processed by photolithography, and the core 9 was processed by RIE using this as a mask.
[0047]
After processing the core 9, the WSi film was removed by etching. Then O2Annealed at 1200 ° C in an atmosphere to stabilize the refractive index. Thereafter, the upper clad 10 was formed by PECVD. Raw material is SiHFourAnd O2It was formed by PECVD method. After formation, O2The refractive index was stabilized by annealing at 1100 ° C. Then, the surface was flattened by CMP.
[0048]
Next, a TaN film was formed as the heater 1 by sputtering. Subsequently, it was patterned by a photolithography process. Furthermore, it heat-processed at 600 degreeC. Here, as the heat treatment, the TFT is molded at less than 600 ° C., but the optical waveguide is molded at 600 ° C. or more.
[0049]
A TFT was formed on the heater 1. First, the contact electrode 11 for connecting the common electrode wiring 6 and the heater 1 to the source electrode 17 was formed. In this process, a CrMo alloy was formed by a sputtering method and patterned into the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 film by a photolithography process. At this time, the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 are electrically connected to the heater 1.
[0050]
An interlayer insulating layer 12 is formed thereon. SiN film as an interlayer insulation layer by SiCVD by PECVD methodFour, NHThree, N2Was formed as a source gas. A gate electrode wiring 3 was formed thereon. As the gate electrode wiring, a CrMo film was formed by sputtering. The gate electrode wiring 3 was formed by patterning in a photolithography process. On this, gate insulating layers 23 and 24 were formed.
[0051]
For the gate insulating layers 23 and 24, a SiN film as a high dielectric constant layer 23 is formed by PECVD with SiH.Four, NHThree, N2Was formed as a source gas. Further, as the low dielectric constant layer 24, SiO2A film of Si (O (C2HFive))Four, O2Was formed as a source gas. By laminating in this way, the electric capacity per area of the gate insulating layer is increased, and SiO 22Si1-XGeXBy using it at the film interface, Si1-XGeXImproved crystallinity.
[0052]
Semiconductor layer 14 is Si1-XGeXA membrane (X = 0.02) was used. Si1-XGeXThe film is formed by reactive thermal CVD.2H6And GeFFourAnd He. Next, an n + Si film was formed as the contact layer 15 by PECVD. n + Si film is SiHFour, PHThree, H2It was formed by PECVD method using as a raw material.
[0053]
Subsequently, the contact layer 15 and the semiconductor layer 14 were processed into an island shape by photolithography, and a through hole 16 for connecting the heater 1 was formed in the gate insulating layer 13 by photolithography. Next, a CrMo film was formed as a metal layer. The CrMo film was processed by photolithography to form the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4. At this time, the source electrode 17 and the heater 1 were connected through the through hole 16.
[0054]
Next, the n + Si film between the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4 was etched. Overetched Si1-XGeXThe film was also slightly etched. On top of this, a SiN film is formed as a protective layer 18 by SiCVD using PECVD.Four, NHThreeAnd a mixed gas of N2. Further, as the planarizing layer 19, SiO2A film was formed by PECVD and planarized by CMP. After planarization, a Si film for anodic bonding of the lid 26 was formed by a sputtering method.
[0055]
Thereafter, through holes were formed in the Si film, the planarization layer 19 and the protective layer 18 of the terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6 and the drain electrode wiring 4 by photolithography. Further, an Au pattern resist for wire bonding was processed by photolithography to deposit an Au film. The Au film was processed by the lift-off method when removing the resist.
[0056]
Next, in order to process the groove 20 for injecting the liquid, a WSi film was formed by sputtering, the WSi film was processed by photolithography, and the groove 20 was etched by RIE using the WSi film as a mask. After the groove 20 was processed, the WSi film was removed by etching.
[0057]
Thereafter, silicone oil was injected as a refractive index matching liquid for the liquid 21 into the formed groove, and the lid was capped and anodic bonded. With the matrix optical switch completed through the above steps, a predetermined heater or resistance heater can be selected by the gate wiring electrode 13 and the drain wiring electrode 14, and the current necessary for the movement of the liquid 21 can be supplied to the heater 1. became.
[0058]
[Example 2]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, the lower cladding layer 8 was formed on the Si substrate 7. As a cladding formation method, SiO2The powder was applied and formed into a film by flame deposition (FHD) method. Subsequently, the core 9 was formed. Core 9 is also SiO by FHD method.2And GeO2A film was formed using a powder mixture as a raw material. Next, WSi was formed by sputtering. The WSi film was processed by photolithography, and the core 9 was processed by RIE using this as a mask.
[0059]
After processing the core 9, the WSi film was removed by etching. After that, the upper clad 10 is made of SiO by FHD method.2Formed from powder. Then, the surface was flattened by CMP. Next, a TaN film was formed as the heater 1 by sputtering. Subsequently, it was patterned by a photolithography process. Furthermore, it heat-processed at 600 degreeC. Here, as the heat treatment, the TFT is molded at less than 600 ° C., but the optical waveguide is molded at 600 ° C. or more. A TFT was formed on the heater 1. First, the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 between the source electrode 17 and the heater 1 were formed in the same manner as in Example 1.
[0060]
An interlayer insulating film 12 was formed thereon. SiO as interlayer insulating layer 122Si (O (C2HFive))FourAnd O2It was formed using the mixed gas. Further, a through hole 16 was formed on the contact electrode 11 by a photolithography process. Next, a metal film for the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4 was formed thereon. This was done by forming a Cr film by sputtering. Further, an n + Si film was formed as the contact layer 15 in the same manner as in Example 1. Subsequently, the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4 were processed by a photolithography process.
[0061]
The semiconductor layer 14 is made of Si.1-XGeXA membrane (X = 0.1) was used. Si1-XGeXThe film is made of SiH by PECVD method.FourAnd GeHFourAnd H2. SiHFourFlow rate: GeHFourFlow rate: H2The flow rate was 9: 1: 100. Further, the semiconductor layer 14 was processed by photolithography. On this, a gate insulating layer 13 was formed.
[0062]
For the gate insulating layer 13, a SiN film is made of SiH by PECVD.Four, NHThree, N2A film was formed using a mixed gas of Further, the gate electrode wiring 3 was formed thereon. As the gate electrode 13, an Al film and a CrMo film were formed by sputtering. Thereafter, patterning was performed by a photolithography process to form the gate electrode wiring 3. Further, a SiN film was formed thereon as a protective layer 18 by PECVD. Furthermore, the protective layer was planarized by CMP. After planarization, a Si film for anodic bonding of the lid 26 was formed by a sputtering method.
[0063]
Thereafter, in order to form the terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4, through holes 16 were formed in the Si film by photolithography. Further, an Au pattern resist for wire bonding was processed by photolithography to deposit an Au film. The Au film was processed by the lift-off method when removing the resist.
[0064]
Thereafter, in order to process the groove 20 for injecting the liquid, a WSi film was formed by sputtering, the WSi film was processed by photolithography, and the groove 20 was etched by RIE using the WSi film as a mask. After the groove 20 was processed, the WSi film was removed by etching. Thereafter, an electrolyte solution was injected as a refractive index matching solution 21 into the formed groove 20, and the lid 20 was capped and anodically bonded.
[0065]
With the matrix optical switch completed through the above steps, a predetermined heater 1 can be selected by the gate electrode wiring 3 and the drain electrode wiring 4, and a current necessary for moving the liquid 21 can be supplied to the heater 1.
[0066]
[Example 3]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, the clad 22 and the core 9 of the optical waveguide 5 were formed on the Si substrate 7 in the same manner as in Example 1. Furthermore, the heater 1 was formed by the same method as in Example 1. A TFT was formed on this. First, the common electrode wiring 6 and the contact electrode 11 were formed in the same manner as in Example 1. An interlayer insulating layer 12 was formed thereon.
[0067]
SiO as interlayer insulating layer 122Si (O (C2HFive))FourAnd O2It was formed using the mixed gas. Furthermore, on this, as a semiconductor layer 14, Si1-XGeXA film (X = 0.01) was formed. Si1-XGeXThe film is formed by reactive thermal CVD.2H6And GeFFourAnd Ar. Subsequently, the semiconductor layer 14 was processed by photolithography. On this, a gate insulating layer 13 was formed.
[0068]
The gate insulating layer 13 includes SiO2A film of Si (O (C2HFive))FourAnd O2A film was formed using a mixed gas of Further, the gate electrode wiring 3 was formed thereon. As the gate electrode 3, an Nb film was formed by sputtering. Thereafter, patterning was performed by a photolithography process to form the gate electrode wiring 3. Further, in order to form the impurity active layer 25, P ions were implanted. Next, a SiN film is formed thereon as an interlayer insulating layer 12 by PECVD.Four, NHThree, N2Was used as a raw material. Next, the through hole 16 was formed by photolithography. Subsequently, a CrMo film was formed as a metal film by a sputtering method. The CrMo film was processed by photolithography to form the source electrode 17 and the drain electrode wiring 4.
[0069]
Further, as the protective layer 18, SiO2A film of Si (O (C2HFive))FourAnd O2Was used as a raw material. Furthermore, the protective layer was planarized by CMP. After planarization, a Si film for anodic bonding of the lid 26 was formed by a sputtering method. Thereafter, through holes through the Si film, the protective layer 18, the interlayer insulating layer 12, and the gate insulating layer 13 were formed in the terminal portions of the gate electrode wiring 3, the common electrode wiring 6, and the drain electrode wiring 4 by photolithography. . Further, an Au pattern resist for wire bonding was processed by photolithography to deposit an Au film. The Au film was processed by the lift-off method when removing the resist.
[0070]
Thereafter, in order to process the groove 20 for injecting the liquid, a WSi film was formed by sputtering, the WSi film was processed by photolithography, and the groove 20 was etched by RIE using the WSi film as a mask. After the groove 20 was processed, the WSi film was removed by etching. Thereafter, mercury and an electrolyte solution, which is a refractive matching solution, were injected into the formed groove 20 as the liquid 21, and the lid 20 was capped and anodically bonded.
[0071]
The matrix optical switch completed through the above steps makes it possible to select a predetermined heater or resistance heater by the gate electrode wiring 3 and the drain electrode wiring 4 and supply a current necessary for the movement of the liquid 21 to the heater. It was.
【The invention's effect】
In the matrix optical switch of the present invention, a predetermined heater can be selected by the gate wiring electrode and the drain wiring electrode, and a current necessary for liquid movement can be supplied to the designated heater. In addition, TFT is formed on the waveguide substrate, and high mobility Si1-XGeXSince the film is applied to the semiconductor layer, the TFT size can be reduced, and highly integrated and reliable optical switches can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an optical switch according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical switch of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
FIG. 4 is a schematic perspective view of the optical switch of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG.
FIG. 6 is a schematic perspective view of the optical switch of the present invention.
7 is a schematic cross-sectional view taken along C-C ′ of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic circuit diagram of a conventional optical switch.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heater or heating resistor, 2 ... Thin-film transistor (TFT), 3 ... Gate electrode wiring, 4 ... Drain electrode wiring, 5 ... Optical waveguide, 6 ... Common electrode wiring, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Board | substrate, 8 ... Lower clad, 9 ... Core, 10 ... Upper clad, 11 ... Contact electrode, 12 ... Interlayer insulation layer, 13 ... Gate insulation layer, 14 ... Semiconductor layer, 15 ... Contact layer, 16 ... Through hole, 17 ... Source electrode, 18 ... Protective layer, 19 ... Flattening layer, 20 ... Groove, 21 ..Liquid, 22 ... cladding, 23 ... high dielectric constant layer, 24 ... low dielectric constant layer, 25 ... impurity active layer, 26 ... lid,
31 ... heater circuit, 32 ... heating resistor, 33 ... diode, 35 ... lower electrical wiring, 36 ... upper electrical wiring

Claims (9)

基板上に形成された複数の光導波路と、前記光導波路の交点に形成された溝と、前記溝の中に封入された液体と、前記溝の周辺に配置されたヒータと、前記ヒータの上に形成されて該ヒータに電気的に接続されたソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及びSi1-XGeX(0<X<1)(X:原子組成比)を有する半導体層を備えた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と前記ゲートに電気信号を印加することにより前記ヒータを加熱して前記液体を移動させることによって、前記導波路中の光信号をスイッチングすることを特徴とする光スイッチ。A plurality of optical waveguides formed on a substrate, and the intersection groove formed in said optical waveguide, and the liquid sealed in said groove, and a heater disposed in the vicinity of the groove, on the heater A source electrode, a drain electrode, a gate electrode , and a semiconductor layer having Si 1-X Ge X (0 <X <1) (X: atomic composition ratio) are formed and are electrically connected to the heater. and a thin film transistor, by moving the liquid by heating the heater by applying electrical signals to the said drain electrode of the thin film transistor gate, light, characterized by switching the optical signal in the waveguide switch. 請求項において、
前記液体が屈折率整合液を有することを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
An optical switch characterized in that the liquid has a refractive index matching liquid.
請求項において、
前記液体が液体金属を有することを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
An optical switch, wherein the liquid has a liquid metal.
請求項において、
前記光導波路が石英系であることを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
An optical switch, wherein the optical waveguide is a silica-based.
請求項において、
前記薄膜トランジスタが逆スタガ構造を有することを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
The optical switch, wherein the thin film transistor has an inverted stagger structure.
請求項において、
前記薄膜トランジスタが正スタガ構造を有することを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
The optical switch, wherein the thin film transistor has a positive stagger structure.
請求項において、
前記薄膜トランジスタがコプラナー構造を有することを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
The optical switch, wherein the thin film transistor has a coplanar structure.
請求項において、
前記薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜が高誘電率と低誘電率の積層となっていることを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
An optical switch, wherein the gate insulating film of the thin film transistor has a stacked of high and low dielectric constant.
請求項において、
前記光導波路のクラッド表面に複数の前記ヒータがアレイ状に形成され、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されていることを特徴とする光スイッチ。
In claim 1 ,
An optical switch, wherein a plurality of said heaters cladding surface of the optical waveguide is formed in an array, are the thin film transistor electrically connected.
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