JPH0318803A - 光導波路の製造方法および光導波路 - 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】 （１！ｔＬ粟上の利用分野〕 本兄明は伝送損失か少なく低温で形成できて電子回路と
同一基板上に容易に形成ＬＪ北な光導波路の製造方法お
よび光導波路に関する。

〔従来の技術〕

従来の元２４波路の製造方法および光導波路は、特公昭
５９−４７２８１　　号公報に記載のように基板をｉＴ
ｈ温にして化学気相成長（ＣＶＤ）を行うか、火炎加水
分解によりガラス微粒子を基板上に吹き付けたのち高温
に加熱し湿融して透明なガラス鳥を形成していた。この
化学気相成長法でＳｚＯ，展を形成する場合に、４−化
けい素と酸素を反応ガスとして基＆温度が６００〜１１
００℃でも可能であるが。

光の散乱の少ないガラス層とするためには更に高温の１
２００〜１６００’Ｃに保つ必要かある。また火炎加水
分解によりガラス微粒子を基板上に次ぎ付けたのち加熱
して透明なガラス１−を侮るには約１５００℃に加熱す
る必要がある。これらの加熱温度を低くするために仇Ｏ
８やＰ、０゜などを加えてガラスの軟化温度を下げるこ
とも行われているが１元散乱の少ないガラス層とするた
めＫは７００〜１００℃に加熱する必要があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上ｄ己従米技術は製送温度の点について配慮かされてお
らず、半導体電子回路により工作られる発光素子や受光
素子と同一基板上に光４改路を作成しようとすると、熱
により℃これらの素子が破壊されるという間聰があった
。またこれらの素子が破滅されない温度では伝送損失の
大きな光導波路しか作ることかできないという問題かあ
った。

本発明の目的は半導体素子か破壊しない程度に低減で伝
送損失の少ない光導波路を作成し℃、半導体電子回路と
岡−４＆上に作成可能とする光導波路の製泣方法および
光導波路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による元尋欧路の製
造方法および元２４阪路は、化学気相成長（ＣＶＤ）を
熱エネルギではなくグミー放亀プラズマのエネルギで付
うプラズマ（、’　Ｖ　Ｄ法を用いるか、通常のグロー
放電を数Ｐｃｍ叙１００　ｐαの圧力鎖酸で行うと分子
同士の衝突が多くて気相で値粒子を生じ易クシ、これが
ガラス層中に入ると光散乱をおこすもとになって光導波
路の材料としては使えなくなるため、より高真空領域で
クロー放電を行うべく磁界を印加して電子サイクロトロ
ン運動をさせ、そのサイクロト０フ周＃Ｌ数に等しい周
数数のマイクＱ波を供給することによりｔ子すイクｏ）
ｏン共鳴（ＥＣＲ）を起こして、効率よく電子を７Ｊｕ
ｙＪ４ｓしてプラズマを維持１−るＥ　（、”　Ｒプラ
ズマを用いて叙Ｐα〜１Ｏ−３ｐαの真！２２領域での
グロー放電な可能ならしめる。さらに光４波路を作成し
た後にその上に奄気配麿をｈしたり別の光４波路を作成
する必要が生じることかあるか、この場合に７オトプａ
セスで配縁や上部光導技路を加工するためには下地か平
坦である必要かあり、これにはあ３ガラス層の形成のさ
い基板ホルタ゛に＠　）ｋＪ　Ｉ＆を印加してスパッタ
エツチングを行いなから＾５ガラス層を形成することに
より、凹凸の凸部か優先的にスパッタされて第３ガラス
場の表面を平坦化せしめる。−万で光導波路における伝
送損失の原因としては散乱の他に吸収かあり、この光吸
収の原因としては不純物や靭遺欠陥に起因する色中心が
王たるものであり工、これには不純物に対して用いる原
料の純度な上けると共に反応容器をｔｐｔ浄にし、容器
内壁を色中心を作らない材質でコーティングするなどに
より防止可能にするが、徊逍欠陥とくに未結合手（ダン
グリングボンド）による光吸収がこうした方法で防止不
能であるため、これには反応ガスとしてシランやゲルマ
ンなどの水素を含むガスを用いることにより、ガラス狭
巾に水素を含有させて未結合手に水素を結合させること
により、未結合手による光吸収をな（して光伝送損失を
低減せしめるよ５Ｋｌ、たものである。

〔作用〕

上記元４波路の製造方法および光導波路は、電子サイ２
ａ）ｏン共鳴を用いたマイクｃ２技放′亀ニより数ｐａ
〜１〇−与αの真空領域での放電を円曲にし、この真空
領域では分子の平均自由行程か数ｃｍ〜畝１０１’ｍに
およんで分子同士の備突確単か非常に小さなものとなる
ため、プラズマ中で油性化された粒子が気相中で結合し
て成長する可能かほとんどなくなり、したかり１気相中
で賊及した粒子がガラス層中に入り℃光散乱の原因とな
ることもなくなり、しかもこのマイクａ波放電でできる
プラズマの電離度か島くて電子密度と電子の平均工ホル
ダとが大ぎいので、反応ガス分子の分解がよく進んで高
温に加熱しなくとも強度の強い緻智なガラス族か形成で
きる。さらに第３ガラス層の形成のさいに基板ホルダに
高周匝を印加し℃スパッタを行いながら第３ガラス島を
形成することにより、ｇａｓ　５ガラス層の表面が平坦
化される。一方で反応ガスにシランやグルマンなどの水
素化合物を用いることにより、少量の水素をガラス族中
に含ませることかでき、この水素か膜中で原子結合のネ
ットワークからとり残された未結合手に結合して、これ
が光吸収中心となるのを防いで光伝送損失を少なくする
作用かある。

〔実施伝〕

以下に本発明の夾ｈカを謁１図および纂２図により説明
する。

兜２図は本発明による光導波路の製造方法および光導尿
路の夷に例を示す光導波路のガラス層を形成するための
マイクロ技プラズマ（、’ＶＤ＆飯の似略構成図である
。ｍ２図において、１は真空容器、２は排気用のターボ
分子ポンプ、５は油回転ポンプ、４は圧力１！！パルプ
である。５はマイク”［Ｍ振姦、６は２４′ｔＪＪ１．
管、７は放電管、８は出湯発生用のコイルである。９は
基板、１０は基板台、１１は尚周波整合器、１２は高周
彼発振器、１５は反応ガスの導入口である。

第１図（，１）〜（１）は本発明による光導波路の製造
方法および光導波路の実施例を示す光導波路の作製工程
の断面成明図である。第１図ＣＡ）〜（１）において、
９は基板、２１は藁１ガラス層、２２は紀２ガラス鳩、
２６はアルミニウム層、２４はフォトレジストＭ、２５
は第３ガラス鳩である。

謁１の実施例として、石英基板９上に論１．第３ガラス
層２１２Ｓｉ５ｓＯｘ（ｘ’；ｚ２　）とし、第２ガラ
ス層２２を！；ｔ；ｃＮｙ　（Ｊ　〜５　ｓ　ｙ　〜４
　　）として光導波路を作製する場合の工程について説
明する。まず第１図（Δ）に示す厚さ１　、１　ｍｍで
衣１ｉ０を説囲研犀した石英の基板９′４Ｉ：謁２図の
装置の真空容器１内にある基板台１０の上に取り付け、
油回転ポンプ５とターボ分子ポンプ２により真空容器１
内を７８１０−”ｐａ　　ｇで排気する。その恢にガス
尋人口１３よりｉ！１１累を４１ｃｃｒｎ　（椋準状態
換算で毎分５Ｃ−）υＬし、モノシラン１　ｐｃａｍ流
して真空容器１内の圧力を０．２ｐαに圧力調金パルプ
４でｒＡ整する。それρ）らコイル８に電訛な訛して放
を曾７の出口付近でＭ２Ｓ　Ｇａμｚｚｌ／）畿場を印
加し、マイクａ＆発振器５より尋阪営６ン介して４００
ＷのマイクＱ波を投入し°〔放電を開始する。この放′
亀開始恢に酵素の流電を１ｏｏｚｃｃｍ　Ｋ増し、モノ
シランの流量を５Ｌｌ　ｐｃａｍに増し、圧力鉤整パル
プ４を用い′″Ｃ真空真空谷内１内力をｏ、２ｐａに株
り℃賊換を行う。この状態を５分間だけ保ち、第１図Ｃ
Ｂ）に示す約１０μｍの第１ガラス層２１な譲仮９上に
形成する。

ついでマイクａＨ，を止めて放電を停止し、反応ガスの
倶紺な止め、真空容器１内ｆ　７　ｘｔｏ−’＊　ｐａ
まで８全排気した体に、モノシラン２５　ｔｃｃｍと室
＄　７５１１００ｍ　’ｋａ　Ｌ、圧力、１１豊パルプ
４をａ１４　Ｍ”ｌし又圧力を口、ＩＰａに保つ、ここ
で２００１のマイクａｉを投入して放電な屍始し、その
状態を１０　　分間だけ保りＣ，ａｔ４１図（りに示す
約１０μｍの扼２のガス層２２を形成する。それからマ
イクＱ＊’ｌ停止し、反応ガスの供舖を止め、コイ・ル
′ｌｔぴＬ７に止め、真空容器１をリークして基板９を
取り出す。

つぎに２櫨急のガラス層２１　、２２の上に第１図ＣＤ
）に示す約１μｍのアルミニウム層２Ｓｉスパッタによ
り成膜する。さらにその上に謁１図ＣＥ）に示すフォト
レジスト層２４をスピンナーを用いて遣布し、乾燥して
から光導波路のパターンを蕗光し境憶して謁１図ＣＦ）
に示すフォトレジスト層２４のパターンを作る。ついで
りん［Ｋ酢敵と硝ばを１５＝５＝１に加えた液でアルミ
ニウム層２５′？：パターン辿りにエツチングして、絽
１図ＣＧ）に示すアルミニウムｌ曽２３のパターンを作
る。さらにこの基板９を水洗転線したのち、第２図と同
様な栴遺りエツチング装置により、反応ガスにＣＦ４と
Ｏｌの２０：１の混合ガスを用いて、圧力か０．５Ｐα
で纂２ガラス層２２のエツチングを行い、巣１図（Ｂ）
に示す褐２ガラス層２２のパターンを作る。このときフ
ォトレジスト層２４のパターンも消失する。ついて上記
のりん酸と酢酸と硝酸の混合液によりアルｉ＝ウムＪｆ
ｌｋ２５のパターンを除去して、第１図ＣＩ）に示す状
態にする。

つぎに基板９を水洗し乾燥した恢に、　ｌ＠２１Ｎの装
置の真空容器１内の基板台１０上に取り付け、圧力を７
　Ｘ　１Ｏ−Ｉｌｐａよで真空排気する。ついてＣＦ。

を反応ガスとして圧力０．５Ｐαで２００Ｗのマイクａ
波を投入して２０　　秒間だけ放電し、基板表面のクリ
ーニングを行ったのち、再びＸｇ！容器１ＦＡＥを７×
１０−・ｐａまで真空排気し℃から、第１ガラス層２１
と同様にして約１０分間だけ層成長を行う。その恢にマ
イクａ波電力と反応ガス流証と容器内出力を保ったまま
、尚８波発振器１２より島周阪整合器１１を介して６０
０Ｗの＾周波を基板台１０に印加し、さらに６０分間だ
け層成長を行う。こうして第１図（１）に示す約１００
μｍの第３ガラス層２５ヲ形戟して、表面が平坦化され
た光導波路を作製した。

この光４改路の伝送損失は約０．５ｄＢ／ｃｍ　　であ
った。

あ２の実施例として、鏡面研摩されたシリコンウェハの
基板９上に第２ガラス層２２をＳｉＧす０ｙ（Ｘ〜０．
２５　ｓ　ｌ〜２．５）として光導波路を作製する場合
の工程について説明する。第１ガラス層２１はＷＪｌの
実施例と同様にし″′Ｃ３０分間だけ約１００μｍはど
の腺付けを行う。ｊｔ！２ガラス鳥２２は反応ガスとし
てＭ、索５０ＩＣＣ”ｍと、モノシラン１ｚｃｃｒｎと
、ゲルマンＤａ２１ｃｃｍを流し、圧力０．２Ｐαとし
マイク’　波２０＋１　ｙで放電を開始し、その後に圧
力を保ちながらモノシラン２０ｚｃｃｍ　　と、グルマ
ン５ｓｃｃｒｎに流量を増し、５分間で約１０μｍの膜
付けを行５゜この後の工程は第１の実施例とＩＷ１様に
打った。

この光４ｖ路の伝送損失は約０　、０２ｄＢ／ｃｍであ
った。

第３の実施例として、鏡面研摩されたＧαＡｊ・　　ウ
ェハの基板９上に第２ガラス層２２をＳ寡７’＆　ｘＯ
ｙ（Ｘ〜０・２５．ｙ′ｖ２・５　）として光導波路を
作製する場合の工程について説明する。第１ガラス層２
１は纂１の実施例とｔｅｌ］徐にして５Ｏ分間だけ約１
００μ属はどの膜付けを行った。第２ガラス層２２は反
応ガスとして［８と、モノシランと、４聰化チタンとを
用い、４塩化チンタはタンクに入れて杓８０’Ｃに加温
して蒸気圧を上げて使用する。ます酸素５０ｓｃｃｒｎ
と、モノシラン１．ｔｃｃｒｎ　　と、４塩化チタン０
．２ｓ’ｃｃｍを（Ａｔ　Ｌ、圧力０．２ｐαとしマイ
クｏｉＪＪ７゜２ｏｏ　Ｗで放電を開始し、七〇ｋＫ、
圧力を保ちなからモノシラ７２０ｓｃｃｍと、４塩化チ
タン５　ｓｃｃｍに泥倉を増し、５分間で約１０μｍの
膜付けを行う。

このあとの工程は第１の実ｍ例と同様に打った。

この光導波路の伝送損失は約０　、０１　ｄＢ／ｃｍで
ありた。

上記の第１〜第３の実施例で作製した光２４Ｍ路の第１
〜第３ガラス層はいずれも２次イオン買鴛分析により微
意の水素を含有することが判明している。特に、ＳＬ、
＃　　（Ｊ＃　５　、　ｙ　Ｎ４　）では赤外線吸収ス
ペクトルにも５ｉ−ＨＫ−４づくと思われる２０””ｍ
−”ｎ　近Ｌ））　吸収ト、Ｎ−ＲＫ＆’：ｌ　＜　／
：［ワｔＬる３５５０ｃｚｎ−１付近の吸収が餡められ
℃いる。

〔党明の効果〕

本発明によれば、基板を尚温にさらすことなく透明度の
商い光４改路が形成できるので、熱に拘い半導体素子が
作られている基板などの耐熱性の弱い＆板上にも伝送ナ
メ失の少ない光導波路を作製できる効果がある。また常
温に近い温度で内部応力の少ない状態で光４改路を形成
できるので、基板とし″Ｃ膨張率などの異なった谷樋の
材責のものが使用できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

＠１図（Ａ）〜（１）は本発明による元２４阪路の装造
方法および光導ｒＥＬ路の実施例を示す光導波路の作製
工程の＃ｌｏ睨明図、第２図は同じくマイクａ阪プラズ
マ（、”　Ｖ　Ｄ装置の概略構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高真空排気系を備えて内部に基板台を有する真空容
   器と、該真空容器内への反応ガス導入手段とマイクロ波
   導入手段と磁場印加手段とから成るマイクロ波プラズマ
   ＣＶＤ装置を用いて、平らな面を有する基板上にプラズ
   マＣＶＤ法により第１ガラス層とより屈折率の大きい第
   ２ガラス層を形成する工程と、反応性スパッタエッチン
   グにより上記ガラス層の一部を所定のパターンに従って
   除去する工程と、該エッチング加工した基板表面をプラ
   ズマＣＶＤ法により第２ガラス層より屈折率の小さい第
   ３ガラス層で被覆する工程とを有することを特徴とする
   光導波路の製造方法。 ２、上記手段の他に基板台への高周波印加手段を備えた
   マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、上記第３ガラ
   ス層を形成する際に高周波を重畳して第３ガラス層を平
   坦化することを特徴とする請求項１記載の光導波路の製
   造方法。 ５、上記反応ガスとしてモノシランと酸素と窒素とゲル
   マンと４塩化チタンのうちの少くとも１つを用いること
   を特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。 ４、請求項１記載の光導波路の製造方法を用いて作成さ
   れた３層のガラス層のうちの少なくとも１層に水素を含
   有することを特徴とする光導波路。 ５、請求項１記載の光導波路の製造方法を用いてＧａＡ
   ｓ基板上またはＳｉ基板上に形成されたことを特徴とす
   る光導波路。