JPH02221904A - ３次元光導波路クラッド膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、集積化光機能回路の要素機能の１つである３
次元光導波路のクラッド膜を形成する方法に関する。

「従来技術とその課題」 近年、光源および光検出回路と先導波路等の光機能回路
とを１つの基板上に構成してなる集積化光機能回路が知
られている。このような集積化光機能回路を作製するに
あたっては、半導体材料からなる光源等を作製する工程
、３次元光導波路を形成する工程、および３次元光導波
路を覆って酸化物材料からなるクラッド膜を層状に形成
する工程が必須となっている。

これらの工程のうちクラッド膜を形成する工程において
は、形成したクラッド膜上にさらに他の機能を有する素
子を形成することから、その外表面が平坦となるよう形
成する必要があるとされている。またこのクラッド膜の
形成においては、３次元光導波路をクラッド膜により被
覆した際、導波路に損傷を与えて光の導波損失を増加さ
せてはならず、さらに導波路が長波長帯のシングルモー
ド用で１〜２μ自の厚さとなり、よってこれを平坦に被
覆するには４μｍ程度のクラッド膜が必要となることか
ら、製造の効率化を図るうえで十分高速な成膜速度で行
うことが要求されている。

ところで、従来酸化物材料からなる３次元光導波路にク
ラッド膜を形成する技術の１つとして、ＳｉＨ＋と０．
との混合ガスを熱反応させＳｉＯ４膜を形成する熱−Ｃ
Ｖ［）（化学気相蒸着）法が知られている。しかしなが
らこの方法では、高速紙損傷でクラッド膜を形成できる
特徴を有しているものの、基板温度を６００℃以上の高
温に保つ必要があるため、レーザダイオード等を作製し
た半導体基板上に３次元光導波路を形成してなるものに
適用した場合、レーザダイオードの破壊を招くといった
問題があり、集積化光機能回路の作製に適用することが
できなかった。またこの方法にあっては、３次元光導波
路を被覆したクラッド膜を、その外表面が平坦となるよ
う調整することができないといった欠点をも有していた
。

また、従来の他の技術として、２ガンスパツタ法が知ら
れている。この方法は、一方のガンによりＳｉＯｘター
ゲットをスパッタして基板にＳ＋Ｏｔを堆積させ、これ
と同時に他方、のガンで基板上に堆積した５ｉＯｚをタ
ーゲットにしてスパッタを行い、５ｉＯｚからなるクラ
ッド膜の平坦化を図る方法である。しかしながらこの方
法にあっては、低温で成膜できる特徴を有しているもの
の、スパッタのエネルギー分布を制御するのが困難であ
るため、３次元光導波路に損傷を与える恐れがあり、一
方３次元導波路の損傷を防止するため低エネルギーでス
パッタを行うと、成膜速度が極端に低下して数μｍの膜
厚を得るのに何時間もかかり、生産効率が低下するとい
う欠点がある。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、′
その目的とするところは、３次元導波路等に損傷を与え
ることなく、低温、高速でかつ平坦に３次元光導波路を
被覆するクラッド膜を形成し得る方法を提供することで
ある。

「課題を解決するための手段Ｊ 本発明における請求項１記載の発明の方法では、電子サ
イクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、このプラズ
マ中に第１の原料ガスを導入しこれをイオン化してプラ
ズマ流とし、このプラズマ流を３次元光導波路を形成し
た基板上に導入し、次いで第２の原料ガスを基板上に供
給して前記プラズマ流中で反応せしめ、反応生成物を基
板上に堆積させて３次元先導波路を覆ってクラッド膜を
形成し、その後前記３次元光導波路上のクラッド膜をタ
ーゲットとして高周波スパッタを行って該クラッド膜を
削りつつ、前記第２の原料ガスをプラズマ流中で反応さ
せて反応生成物を堆積させ、平坦なクラッド膜を得るこ
と前記課題の解決手段とした。

また請求項２記載の発明の方法では、電子サイクロトロ
ン共鳴によりプラズマを生成し、このプラズマ中に第１
の原料ガスを導入しこれをイオン化してプラズマ流とし
、このプラズマ流を３次元光導波路を形成した基板上に
導入し、次に第２の原料ガスを基板上に供給して前記プ
ラズマ流中で反応せしめ、反応生成物を基板上に堆積さ
せてクラッド膜を形成し、次いで前記基板に、その３次
元光導波路に損傷を与えない高周波スパッタ電力を加え
、クラッド膜をターゲットとして高周波スパッタを行っ
て該クラッド膜を削りつつ、前記第２の原料ガスをプラ
ズマ流中で反応させて反応生成物を堆積させ、これによ
り３次元光導波路を覆ってクラッド膜を形成し、その後
前記基板に、先に加えた高周波スパッタ電力より高い値
の高周波スパッタ電力を加え、前記３次元光導波路上の
クラッド膜をターゲットとして高周波スパッタを行って
該クラッド膜を削りつつ、前記第２の原料ガスをプラズ
マ流中で反応させて反応生成物を堆積させ、平坦なクラ
ッド膜を得ることを前記課題の解決手段とした 請求項３記載の発明の方法では、電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマを生成し、このプラズマ中に第１の原
料ガスを導入しこれをイオン化してプラズマ流とし、こ
のプラズマ流を３次元光導波路を形成した基板上に導入
し、第２の原料ガスを基板上に供給して前記プラズマ流
中で反応せしめ、反応生成物を基板上に堆積さ仕てクラ
ッド膜を形成しつつ、前記基板に、その３次元光導波路
に損傷を与えない高周波スパッタ電力を加え、′前記ク
ラッド膜をターゲットとして高周波スパッタを行って該
クラッド膜を削ることにより３次元光導波路を覆ってク
ラッド膜を形成し、その後前記基板に、先に加えた高周
波スパッタ電力より高い値の高周波スパッタ電力を加え
、前記３次元光導波路上のクラッド膜をターゲットとし
て高周波スパッタを行って該クラッド膜を削りつつ、前
記第２の原料ガスをプラズマ流中で反応させて反応生成
物を堆積させ、平坦なクラッド膜を得ることを前記課題
の解決手段とした。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明が先に述べた従来の技術と異なるところは、３次
元光導波路に損傷を与えないように一旦３次元光導波路
をクラッド膜で被覆し、その後クラッド膜の平坦化を図
る点である。

電子サイクロトロン共鳴（以下、ＥＣＲと呼称する。）
を利用して生成されるマイクロ波プラズマは、低ガス圧
（Ｉ　Ｏ−’〜Ｉ　Ｏ−’Ｐａ）　領域での放電、低エ
ネルギー（数ｅＶ〜数十ｅＶ）領域でのイオンエネルギ
ー制御、高イオン化率などの優れた特徴を有している。

したがって、ＥＯＲにより生成した高イオン化率で多量
に発生したイオンを、数十ｅＶ以下の低エネルギーに制
御して利用し、ＣＶＤ法によってクラッド膜を形成する
ことにより、高速で損傷を与えることなく３次元光導波
路を被覆することができる。

そして、ＥＣＲ−ＣＶＤによりクラッド膜を形成して３
次元光導波路を被覆した後、３次元光導波路上のクラッ
ド膜に形成された表面の凹凸を、ＥＣＲ−ＣＶＤにより
連続し、てクラッド膜を堆積しつつ、前記凸状部のクラ
ッド膜部分をターゲットとして基板に高周波スパッタを
行うことにより、得られるクラッド膜を平坦化すること
ができる。

（Ｃ，Ｙ　、Ｔ　ｉｎｇ　ｅｔａｌ、“Ｓ　ｔｕｄｙ　
ｏｆ　ｐｌａｎａｖｉｚｅｄｕｕｔｔｅｒ−ｄｅｐｏｓ
ｉｔｅｄ　　Ｓ　ｉｏ　ｔ　　、Ｊ　、Ｖ　ａｃ、　　
Ｓ　ｃｉＴｅｃｈｎｏｌ、、　　１５（３）、　　Ｍａ
ｙ／　Ｊ　ｕｎｅ　　１９７８゜Ｐ　、Ｐ　、　　１１
０５−１１１２参照）なお、基板を水冷等の冷却手段に
より１００℃前後に保つことにより、クラッド膜の形成
が可能となり、かっレーザダイオード等の半導体素子に
損傷を与えることが防止される。

「実施例」 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

まず、本発明を実施するのに用いられる装置の一例につ
いて説明する。第５図はＥＣＲ−ＣＶＤ処理および高周
波スパッタ（以下ＲＦスパッタと略称する）処理が同時
に行える装置を示す図である。

この装置は、ＥＣＲ−ＣＶＤ処理系としてプラズマ生成
室ｌと、これに第１の原料ガスを導入する第１ガス導入
系２と、マイクロ波を導入するマイクロ波導波管３およ
びマイクロ導入窓４と、プラズマ生成室ｌ内に磁場を形
成する電磁石５と、試料を入れる試料室６と、試料室６
に第２の原料ガスを導入する第２ガス導入系７とを具備
し、またＲＦスパッタ処理系として試料（基板）および
これを載置する試料台８にＲＦスパッタ電力を加えるた
めのｒ（Ｐ電源９および整合器（図示路）を具備したも
のである。

この装置を用いて３次元光導波路を形成した基板１０に
５ｉｎｓ製クラッド膜を形成するには、例えば第１ガス
導入系２から０．ガスを４０　ｓｅｃｍでプラズマ生成
室ｌに導入し、かつマイクロ波電力４００Ｗのマイクロ
波を図示しないマイクロ波源からマイクロ波導波管３お
よびマイクロ波導入窓４を介してプラズマ生成室ｌに導
き、電磁石５により８７０ガウスの磁場をプラズマ生成
室ｌ内に形成して電子サイクロトロン共鳴を起こし、プ
ラズマを生成する。さらに、生成された高密度プラズマ
を電磁石５により形成された発散磁界に沿ってプラズマ
引出し窓１１よりプラズマ流として基板１０上に輸送す
るとともに、第２ガス導入系７からＳｉＨ＊を２０　ｓ
ｃｃｍで前記プラズマ中に導入し、プラズマ中の酸素イ
オンと反応せしめてＳｉＯ２を生成し、これを基板ＩＯ
上？二体積せしめてクラブト膜を形成する。

一方、ＲＦスパッタ処理を行ってクラッド膜の凹凸部を
平坦にするには、ＲＦ電源９より基板ｌＯに適宜にＲＦ
スパッタ電力を加え、クラッド膜をターゲットとするこ
とによりクラッド膜の凸部を削るようにする。

次に、請求項１に記載した発明の方法に基づく第１の実
施例について説明する。

まず、第１図に示すように３次元光導波路２０を形成し
た基板２１を用意する。ここで基板２１には、３次元光
導波路２０の下側を覆って図示路のクラッド膜が形成さ
れている。

次に、基板２１を第５図に示した装置の試料室６に入れ
て試料台８上にセットし、試料室６内を図示路の負圧源
により１０−’Ｐａ以下の低圧にする。

次いで、第５図に示した装置によるクラッド膜の形成方
法で説明したように、電子゛サイクロトロン共鳴により
プラズマ生成室ｌでプラズマを生成し、このプラズマ中
に第１の原料ガスとして酸素を導入して酸素をイオン化
する。すると、このようにしてイオン化された酸素は、
数十ｅＶ以下の酸素イオンビームとなって試料室６内に
誘導される。また、試料室６内のプラズマ中に第２の原
料ガスとしてＳｉＨ４を導入し、前記酸素イオンビーム
の照射によりこれと反応せしめろ。すると、反応生成物
として５ｉＯｚが得られ、これが基板２１上に堆積する
。この場合、１０−”Ｐａと低圧下であることから、反
応生成物である粒子の平均自由行程は高圧下のときに比
べて長くなり、よって堆積する粒子の方向性が基板２１
の方向に揃ってくる。

したがって、粒子が堆積して得られるクラッド膜２２ａ
は第１図に示すように形成される。このようにしてクラ
ッド膜２２ａが３次元光導波路２０を完全に覆った時点
では、第１図に示すように３次元光導波路２０を覆う部
分のクラッド膜２２ａが凸状となる。

その後、上述したＥＣＲ−ＣＶＤによるクラッド膜の形
成を継続しつつ、ＲＦ電源９より基板２１にＲＦスパッ
タ電力、例えば１００Ｗ以下の電力を加え、３次元光導
波路２０を覆う凸状のクラッド膜２２ａ部分およびこれ
に堆積されるクラッド膜部分をターゲットとしてＲＦス
パッタを行って前記凸状部分を削ることにより、第２図
に示すように平坦なクラッド膜２２ｂを形成する。この
場合、クラッド膜２２ａにより３次元光導波路２０を覆
っているので、ＲＦスパッタにより３次元光導波路２０
を損傷することがなく、したがって良好な３次元光導波
路２０とこれを覆うクラッド膜を得ることができる。

次に、請求項２に記載した発明の方法に基づく第２の実
施例について説明する。

第２の実施例が第１の実施例と異なるところは、クラッ
ド膜２２ａの形成を２段階で行う点である。

またこの方法は、第１の実施例の方法で述べた試料室６
内の圧力、すなわちＥＣＲ−ＣＶＤの圧力を１０−’Ｐ
ａ以上の高圧領域で行う場合に好適に採用されるもので
ある。

この方法では、試料室６内の圧力を１０−’Ｐａ以上と
して実施例１と同様にＥＣＲ−ＣＶＤを行い、クラブト
＄　２２ａを形成する。するとこの場合、圧力が高いこ
とから粒子（反応生成物）の平均自由行程が短くなり、
堆積する粒子の方向性が乱れることから、クラッド膜２
２ａは第３図に示すように等方性をもって堆積される。

この状態でさらに継続してＥＣＲ−ＣＶＤによる堆積を
行うと、３次元光導波路２０の側面にクラッド膜が堆積
されなくなり、通常ラブドホールと呼ばれる“す”（壓
）が生じる。

このため、ラブドホールが形成される前に、基板２１に
第１のＲＦスパッタ電力Ｗ１を加えてＲＦ’スパッタを
行いつつＥＣＲ−ＣＶＤを行い、ラットホールの形成を
阻止しながら第１図に示したクラッド膜２２ａと同程度
に十分完全に３次元光導波路２０を覆うクラッド膜２２
ａを形成する。ここで、第１のＲＦスパプタ電力Ｗ、と
しては、３次元光導波路２０に損傷を与えない程度、す
なわち１００Ｗ以下程度とされる。

その後、基板２１に第２のＲＦスパッタ電力Ｗ２を加え
、３次元光導波路２０上のクラッド膜２２ａ部分および
これに堆積されるクラッド膜部分をターゲットとしてＲ
Ｆスパッタしつつ、第１の実施例における第２図中クラ
ッド膜２２ｂの形成と同様にしてＥＣＲ−ＣＶＤを継続
して行い、第４図に示すように平坦なクラッド膜２２ｂ
を得る。ここで第２のＲＦスパッタ電力Ｗ、としては、
゛クラッド膜を高速で平坦化するため第１のＲＦスパッ
タ電力Ｗ＋より高い値とされ、具体的には１００〜３０
０Ｗ程度とされる。なお、３００Ｗを越えるのは、基板
２１に発熱が起こり、３次元光導波路が損傷する恐れが
あって好ましくない。

この方法にあっても、第１の実施例と同様にクラッド膜
２２ａにより３次元光導波路２０を覆っているので、第
２のＲＰスパッタ電力Ｗ、を加えてスパッタを行っても
３次元光導波路２０を損傷することがなく、したがって
良好な３次元光導波路２０とこれを覆うクラッド膜を得
ることができる。

次に、請求項３に記載した発明の方法に基づく第３の実
施例について説明する。

第３の実施例が第２の実施例と異なるところは、クラッ
ド膜２２ａの形成に際し、ＥＣＲ−ＣＶＤ単独で処理す
ることなく、当初からＲＦスパッタを併用してクラッド
膜を形成する点である。またこの方法は、第１の実施例
の方法で得られるクラッド膜２２ａに比べてバッフアー
ト液等によるケミカルエッチのエッチレートか小さいク
ラッド膜を形成することを目゛的とするものである。

この方法では、まず第１、第２の実施例と同様のＥＣＲ
−ＣＶＤ処理によりクラッド膜を形成するとともに、基
板２１に第１のＲＦスパッタ電力Ｗ１を加えてＲＦスパ
ッタを同時に行い、第４図に示したように３次元光導波
路２０を十分完全に覆うクラッド膜２２ａを形成する。

次いで、第２の実施例と同様に基板２１に第２のＲＦス
パッタ電力Ｗ、を加え、３次元光導波路２０上のクラブ
ト膜２２ａ部分およびこれに堆積するクラッド膜部分を
ターゲットとしてスパッタしつつ、ＥＣＲ−ＣＶＤを継
続して行い、第４図に示すように平坦なクラッド膜２２
ｂを得る。ここで、第１のＲＦスパッタ電力Ｗ１および
第２のＲＦスパッタ電力Ｗ、はともに第２の実施例と同
様であり、Ｗ、は３次元光導波路２０に損傷を与えない
程度とされ、またＷ、はＷｌより高い値とされる。

この方法にあっては、当初からＲＦスパッタを併用する
ことによりクラッド膜形成に費やす総時間は長くなるも
のの、バッフアート液等によるケミカルエッチのエッチ
レートが小さいクラッド膜を得ることができる。

なお、本発明の方法は３次元光導波路以外の光機能素子
の保護膜等の形成に６適用可能であり、その場合、光の
導波損失の少ない集積化光機能回路のデバイスを製作す
ることができる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の３次元光導波路クラッド
膜の形成方法は、ＥＣＲ−ＣＶＤ単独で、あるいはＥＣ
Ｒ−ＣＶＤとＲＦスパッタとを併用して３次元光導波路
がスパッタにより損傷を受けない状態となるよう導波路
を十分に覆うクラブト膜を形成し、その後ＥＣＲ−ＣＶ
Ｄで処理しつつＲＦスパッタによる平坦化を行ってクラ
ッド膜を形成するので、低温・高速で３次元光導波路に
損傷を与えない平坦なクラッド膜を形成することができ
る。

また、本発明の請求項１記載の方法によれば、十分高速
で平坦なクラッド膜を得ることができる。

また、請求項２記載の方法によれば、請求項１記載の方
法より若干クラッド膜形成時間が長くなるものの、処理
雰囲気の圧力が１０−’以上の高圧領域で良好にクラッ
ド膜形成を行うことができる。

また、請求項３記載の方法によれば、請求項２記載の方
法よりさらにクラッド膜形成時間が長くなるものの、バ
ッフアート液等によるケミカルエッチのエッチレートが
小さいクラッド膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の方法に係わる図であって
、第１図および第２図は第１の実施例を工程順に説明す
るための側断面図、第３図は第２の実施例を説明するた
めの側断面図、第４図は第２の実施例および第３の実施
例を説明するための側断面図、第５図は本発明を実施す
るうえで好適に使用されろ装置の概略構成図である。 ｌ・・・・・・プラズマ生成室、２・・・・・・第１ガ
ス導入系、６・・・・・・試料室、７・・・・・・第２
ガス導入系、９・・・・・・ＲＦ電源、１０・・・・・
・基板、２０・・・・・・３次元光導波路、２１・・・
・・基板、２２ａ、　２２ｂ・・・・・・クラッド膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し
   、このプラズマ中に第１の原料ガスを導入しこれをイオ
   ン化してプラズマ流とし、このプラズマ流を３次元光導
   波路を形成した基板上に導入し、 次いで第２の原料ガスを基板上に供給して前記プラズマ
   流中で反応せしめ、反応生成物を基板上に堆積させて３
   次元光導波路を覆ってクラッド膜を形成し、 その後前記３次元光導波路上のクラッド膜をターゲット
   として高周波スパッタを行って該クラッド膜を削りつつ
   、前記第２の原料ガスをプラズマ流中で反応させて反応
   生成物を堆積させ、平坦なクラッド膜を得ることを特徴
   とする３次元光導波路クラッド膜の形成方法。
2. （２）電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し
   、このプラズマ中に第１の原料ガスを導入しこれをイオ
   ン化してプラズマ流とし、このプラズマ流を３次元光導
   波路を形成した基板上に導入し、 次に第２の原料ガスを基板上に供給して前記プラズマ流
   中で反応せしめ、反応生成物を基板上に堆積させてクラ
   ッド膜を形成し、 次いで前記基板に、その３次元光導波路に損傷を与えな
   い高周波スパッタ電力を加え、クラッド膜をターゲット
   として高周波スパッタを行って該クラッド膜を削りつつ
   、前記第２の原料ガスをプラズマ流中で反応させて反応
   生成物を堆積させ、これにより３次元光導波路を覆って
   クラッド膜を形成し、 その後前記基板に、先に加えた高周波スパッタ電力より
   高い値の高周波スパッタ電力を加え、前記３次元光導波
   路上のクラッド膜をターゲットとして高周波スパッタを
   行って該クラッド膜を削りつつ、前記第２の原料ガスを
   プラズマ流中で反応させて反応生成物を堆積させ、平坦
   なクラッド膜を得ることを特徴とする３次元光導波路ク
   ラッド膜の形成方法。
3. （３）電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し
   、このプラズマ中に第１の原料ガスを導入しこれをイオ
   ン化してプラズマ流とし、このプラズマ流を３次元光導
   波路を形成した基板上に導入し、第２の原料ガスを基板
   上に供給して前記プラズマ流中で反応せしめ、反応生成
   物を基板上に堆積させてクラッド膜を形成しつつ、 前記基板に、その３次元光導波路に損傷を与えない高周
   波スパッタ電力を加え、前記クラッド膜をターゲットと
   して高周波スパッタを行って該クラッド膜を削ることに
   より３次元光導波路を覆ってクラッド膜を形成し、 その後前記基板に、先に加えた高周波スパッタ電力より
   高い値の高周波スパッタ電力を加え、前記３次元光導波
   路上のクラッド膜をターゲットとして高周波スパッタを
   行って該クラッド膜を削りつつ、前記第２の原料ガスを
   プラズマ流中で反応させて反応生成物を堆積させ、平坦
   なクラッド膜を得ることを特徴とする３次元光導波路ク
   ラッド膜の形成方法。