JPH04147202A - 石英系光導波路の製造方法 - 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〉 本発明はシリコン基板を用し）だ石英系光導波路の製造
方法に関する。

〈従来の技術〉 光導波路の中で石英ガラスを主成分とした石英系光導波
路は、光法送損失力Ｃ低く、また、石英系光ファイバと
の低損失な接続力τ可能であることから、注目を集めて
し）ろ。そして、この石英系光導波路の製造方法として
乞よ、火炎堆積法（Ｆ　ＨＤ　：　ｆｌａｍｅ　ｈｙｄ
ｒｏｌｙｓｉ’ｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるガラ
ス膜形成と反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ：　ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ　ｉｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ）　ｌこよるガ
ラス膜黴細加工とを組合せた方法力す最も一般的である
。（河内正夫、［石英系光導波路と集積光部品への応用
」光学第１８巻第１２号（１９８９年１２月）Ｐ６１１
１１〜６８６参照）。

かかる方法による石英系光導波路の製造例を第３図を参
照しながら説明する。同図に示すように、この方法では
、まず、バーナ１にＳｉＣ１，、ＴｉＣｊ、などのガラ
ス原料を供給して酸水素火炎２中で加水分解反応及び酸
化反応によりガラス黴粒子３を得、これをＳｉウェハな
どの基板４上に堆積させて、ガラス微粒子膜５ａ、５ｂ
を順次形成する［　（ａ）　）。ここで、ガラス微粒子
膜５ｇ、５ｂの両者の組成は異なるものとする。そして
、これを高温に加熱することにより、ガラス微粒子膜５
ａ。

５ｂを透明ガラス化してバッファ層６ａ及びコア層６ｂ
とするＣ　（ｂｌ　：］。息上が火炎堆積法である。次
に、反応性エツチングにより、コア層６ｂの不要な部分
を除去してリッジ状のコア部６ｃを残す［（Ｃ１］。そ
して、再び火炎堆積法によりコア部６Ｃを覆うようにク
ラッド層６ｄを形成することにより、埋め込み型の石英
系光導波路７とする［　ｆｄｌ　］。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述した火炎堆積法では、シリコン基板上に光導波ガラ
ス膜を形成する場合、次のような二つの問題が発生する
。

■　透明ガラス化時に、シリコン基板と石英系ガラス膜
との界面に気泡が発生したり、シリコン基板から石英系
ガラス膜が剥離したりする。

■　第４図ｔａｌに示すように透明ガラス化によりシリ
コン基板４Ａ上に石英系ガラス膜６が形成された場合、
シリコン基板４Ａの熱膨張係敬が石英系ガラス膜６のそ
れより大きいので、冷却時にはシリコン基板４Ａの方が
太き（縮んでしまい、第４図（ｂｌに示すようにシリコ
ン基板４Ａを内側にした状態でそり返りが生じる。これ
により、その後の加工工程が困難になる。

なお、第一の問題点を解決する手段として、特開昭６３
−６６５１２号公報にはシリコン基板上に予め１．０μ
ｍ以上の熱酸化膜を形成する方法が提案されている。し
かし、この方法でも、熱酸化膜の形成の際に１３００℃
息上の高温を必要とするので、第二の問題、つまり基板
がそり返って変形してしまうという間Ｗｉは依然として
解消されない。

つまり、第５図に示すようにシリコン基板４Ａを熱酸化
して熱酸化膜８を形成した後［ｆａｌ〕、冷却すると［
［ｂｌ）、熱酸化膜８とシリコン基板４Ａとの＃１膨張
係数の差によりガラス微粒子堆積前にすでにシリコン基
板４Ａの変形が発生してしまう。そして、この上にガラ
ス黴粒子Ｍ５を形成した後［（ｃ））、高温処理で透明
化して透明ガラス膜６とする段階［：ｆｄｌ）では熱酸
化膜８が軟化してその中の残留応力はなくなるものの、
−旦変形したシリコン基板４Ａば完全な弾性変形とはな
っていないので、依然として変形したままである［　（
ｄｌ　Ｅ。したがって、これに透明化後冷却による変形
が追加されるので［（ｅ））、シリコン基板４Ａの変形
はｆ＃４ｍ化膜８を形成しない場合より大きくなる。

本発明はこのような事情に鑑み、上述した１ｇｌＳｉの
ない石英系光導波路の製造方法を提供することを目的と
する。

〈課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る石英系光導波路の製造
方法（ま、シリコン基板上にゾルゲル法により石英系ガ
ラス膜を形成し、次いで、該石英系ガラス膜上に火炎堆
積法を用いて石英系ガラスからなるコア部及び該コア部
を取り囲む低屈折率部を形成することを特徴とする。

ここで、ゾルゲル法とはシリコンアルコキシドをアルコ
ール溶媒中で加水分解、脱水重合させてシリカのネット
ワークが形成されたゾル溶液をコーティング液とし、こ
れを基板上に塗布した後、乾燥・加熱してガラス薄膜と
する方法をいう。さらに具体的には、一般式Ｓ　ｉ　（
ＯＲ）、　（Ｒはアルキル基を示す）で表されるシリコ
ンアルコキシドを水及びアルコールと混合し、さらに増
結剤としてポリエチレングリコールなどの高分子化合物
を添加し、これを塩酸等で加水分解したものをコーティ
ング液として用いるのが好ましい。そして、このコーテ
ィング液をシリコン基板に塗布する方法としてはスピン
コーティング法などの通常のコーティング技術を用いれ
ばよい。次にコーティング膜を室温で乾燥することによ
り例えば厚さ２μｍ程度の透明膜とし、この透明膜をさ
らに５００℃程度までの温度で焼成することにより例え
ば厚さ０．５μｍの石英ガラス膜となる。

本発明でこのようにゾルゲル法により形成する石英系ガ
ラス膜は光導波のためのものではなく厚くする必要はな
いので、例えば５００℃以下という低温で石英系ガラス
膜が形成できる。したがって、この際、シリコン基板に
前述したような従来の変形が生しることがない。

また、このようにゾルゲル法で形成した石英系ガラス膜
上に火炎堆積法でガラス微粒子を堆積させ、高温加熱に
よりガラス化しても、気泡や剥離の発生が全く生じない
。これは、ゾルゲル法で形成した石英系ガラス膜と火炎
堆積法で形成した石英系ガラス膜との間の結合力が強く
、ガラス化の際の高温処理の影響が現れていないためで
ある。

く実　施　例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に（ま一実施例に係る石英系光導波路を示す。同
図中、１１はシリコン基板、１２は石英系ガラス膜、１
３はバッファ層、１４はコア部、１５はクラッド層であ
る。

ここで、石英系ガラス膜１２はゾルゲル法により形成さ
れたものである。また、バッファ層１３、コア部１４及
びクラッド層１５は火炎堆積法と反応性イオンエツチン
グ法とにより形成したものである。なお、火炎堆積法と
反応性イオンエツチング法による方法は従来技術の項で
説明しであるのでここでの説明は省略する。

次に、具体的製造例を示す。

（１１１）面を有する厚さ０．１　ｔｓｍの３インチφ
のシリコン基板上にゾルゲル法により石英系ガラス膜を
形成した。このときのコーティング液の組成は、シリコ
ンメトキシド５ｍｌ。

エタノ−７１，１５ｍｊ１水４ｍｊ、０．１規定の塩酸
０．５ｍｌ及びポリエチレングリコール２ｇであり、こ
の混合液を３０分間攪拌してコーティング液とした。ま
た、コーティング条件は、スピンコーティング法により
、回転数２０００回転、２０秒間とした。そして、コー
ティングした基板を室温で１時間乾燥し、５００℃で５
時間焼成することにより、厚さ０．５μｍの石英系ガラ
ス膜とした。

次いで、火炎堆積法により、Ｓ　ｉ　０２−Ｂ２０３−
Ｐ２Ｏ，からなる石英系ガラス膜を２０μｍ形成した。

このときの透明化条件は、Ｈｅ　９０％、０２１０％の
雰囲気で、１２５０℃、２時間とした。このように透明
化された石英系ガラス膜とその下側のゾルゲル法による
石英ガラス膜との間には気泡や剥離の発生が見られなか
った。また、第２図に示す変形量ａは０．４ｍと小さか
った。なお、図中、２１ばシリコン基板、２２は石英ガ
ラス膜、２３は石英系ガラス膜である。

比較のため、上記実施例と同じシリコン基板を１１００
℃の水蒸気雰囲気中に置いて３時間の熱酸化処理を行っ
た結果、約１■厚の熱酸化膜を得た。このとき、シリコ
ン基板は０．３ＴＩｍはど変形していた。次に、上記実
施例と同一条件で火炎堆積法により２０μｍの石英系ガ
ラス膜を形成したところ、シリコン基板上の熱酸化膜と
石英系ガラス膜との界面は正常であったが、シリコン基
板の変形は大きく、変形量のが１閣を越えるものであっ
た。

〈発明の効果〉 す上説明したように、本発明によれば、ゾルゲル法によ
り予め石英系ガラス膜を形成しておくので、シリコン基
板の変形を小さく抑えることができ、しかも、火炎堆積
法により石英系ガラス膜を形成する際に気泡や剥離の発
生のおそれがないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る石英系先導波
路を説明する説明図、第３図は従来技術に係る火炎堆積
法による石英系光導波路の製造工程を示す工程図、第４
図及び第５図は従来技術の問題点を示す説明図である。 図　面　中、 １１．２１はシリコン基板、 １２．２２は石英ガラス膜、 １３はバッファ層、 １４はコア部、 １５はクラッド層、 ２３は石英系ガラス膜である。 特　　許　　出　　願　　人 住友電気工業株式会社 代　　　　　理　　　　　人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上にゾルゲル法により石英系ガラス
   膜を形成し、次いで、該石英系ガラス膜上に火炎堆積法
   を用いて石英系ガラスからなるコア部及び該コア部を取
   り囲む低屈折率部を形成することを特徴とする石英系光
   導波路の製造方法。
2. （２）請求項１において、Ｓｉ（ＯＲ）＿４（Ｒはアル
   キル基を示す）で表されるシリコンアルコキシドを水及
   びアルコールと混合し、さらに増粘剤を添加し、これを
   加水分解したものをゾルゲル法のコーティング液として
   用いることを特徴とする石英系光導波路の製造方法。
3. （３）請求項１又は２において、ゾルゲル法のコーティ
   ング膜の乾燥及び焼成は５００℃以下の熱処理で行うこ
   とを特徴とする石英系光導波路の製造方法。