JPH11194221A

JPH11194221A - 光導波路の形成方法および光導波路素子

Info

Publication number: JPH11194221A
Application number: JP135298A
Authority: JP
Inventors: Taiji Tsuruoka; 泰治鶴岡
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に光導波路、特に、下部クラッド層、
を効率よく且つ高密度、高精度に形成可能な光導波路の
形成方法を提供すること。【解決手段】Ｓｉウェーハの基板２０（図４（ａ））
の表面のうち下部クラッド層を形成しようとする領域を
除きマスク２１で覆う（図４（ｃ））。また基板２０の
裏面側には、Ａｌ電極２２および保護用のワックス層２
３を形成する（図４（ｄ））。そして、これを陽極酸化
することで、マスク２１に覆われていなかった領域を多
孔質シリコンにする（図４（ｅ））。この多孔質シリコ
ンの厚さ、屈折率等は、陽極酸化の際の条件によって所
望の値に制御できる。陽極酸化後は、Ａｌ電極２２およ
びワックス層２３を除去する（図４（ｆ））。従って、
この多孔質シリコンを下部クラッド層として利用するこ
とができる。コア層、上部クラッド層は、この下部クラ
ッド層の上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン上に形成
される光導波路の形成方法および光導波路素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】波長多重光伝送においては、伝送線に用
いられる光ファイバーが石英製のため、石英の光透過率
が最も良い波長帯域の光が通信に用いられる。そのた
め、光ファイバーとの接続損失および伝送損失を小さく
するため、導波路の材料には石英が採用されている。

【０００３】この石英系導波路作製にあたってはＳｉウ
ェーハ上に超高純度石英層を形成しなければならない。
その厚さは、下部クラッド層として２５μｍ程度、コア
層として８μｍ程度、更に、上部クラッド層として２０
μｍ程度が必要である。そのため、光導波路として使用
可能な高純度且つ高密度なＳｉＯ₂を高速にＳｉ基板上
へ堆積しなければならなかった。特に厚さが要求される
下部クラッド層は高速なＳｉＯ₂堆積が求められてい
た。

【０００４】高速で高純度なＳｉＯ₂を堆積する方法と
しては、火炎堆積法によって、ガラス微粒子からなる多
孔質ガラス膜を堆積し、これを加熱して透明ガラス化す
る方法があった。このような従来技術については、下記
文献１に記載されている。

【０００５】また、下記文献２には、プラズマＣＶＤ法
により石英系膜を堆積する技術が開示されている。

【０００６】文献１：光学、第１８巻第１２号（１９８
９年１２月）、ｐｐ．６８１−６８８文献２：特開平６―２８９２４３号公報文献３：ＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ１５２／１
５３（１９８５），ｐｐ１０５１−１０６２文献４：Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．
１９、Ｎｏ２，１９８０．ｐｐ．２３１−２４１

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、火炎堆積法に
は、様々な解決困難な問題、例えば、微粒子噴出速度や
噴出部の機構制御の困難さ、堆積時の基板の温度制御の
困難さ、粉末の取り扱いの困難さ、さらには、高温での
溶融処理の困難さ等があったため、実用化に至るまでに
長い年月を要していた。

【０００８】また、火炎堆積法は基板全面に石英膜を堆
積するものであるが、この堆積した石英膜を高温で溶融
させる際に、石英とＳｉとの熱膨張差から大きな応力が
生じ、図５に示すようにＳｉウェーハを大きく反らせて
しまうことがあった。その結果、フォトリソグラフィ工
程でフォトマスクと基板（Ｓｉウェーハ）との間に不均
一なギャップが生じ、基板面全体にバラツキのない高精
度なパターンを形成することができないという問題もあ
った。

【０００９】ところで、Ｓｉウェーハは、ＬＳＩの製造
工程においても大量に使用されている。このようなＬＳ
Ｉの製造に使用されるＳｉウェーハは、直径４インチ、
厚さ５２５μｍといった仕様のものが多く、既に標準化
され安価且つ大量に製造販売されている。従って、この
ような仕様のＳｉウェーハを光導波路製造用の基板とし
てそのまま使用できれば、コストを大幅に引き下げるこ
とが可能である。しかし、このようなＬＳＩ製造に一般
的に用いられている仕様（直径４インチ、厚さ５２５μ
ｍ）のＳｉウェーハを用いたのでは、プラズマＣＶＤ法
で石英膜を堆積した場合においても、前述した理由によ
って、中央部が周辺部よりも３５０μｍ以上凸状に反っ
てしまうこともあった。応力に耐えて平面性を保つため
には、直径４インチのＳｉウェーハであれば厚さ１ｍｍ
以上が必要であり、光導波路素子の高コスト化の原因の
一つとなっていた。また、このような厚みの違いが原因
となって、光導波路の製造にＬＳＩ製造プロセスの製造
ライン、製造装置を流用できなかった。

【００１０】本発明は、Ｓｉウェーハ上に短時間に、高
純度且つ高密度のＳｉＯ₂を形成できる光導波路の形成
方法および光導波路素子を提供することを目的とする。

【００１１】本発明は、Ｓｉウェーハの反りを防止しつ
つ、Ｓｉウェーハ上に高純度且つ高密度のＳｉＯ₂を形
成できる光導波路の形成方法および光導波路素子を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものでありその第１の態様として
は、Ｓｉ層上に形成される下部クラッド層、コア層およ
び上部クラッド層を備えて構成される光導波路の形成方
法において、Ｓｉ層における所望の領域を陽極酸化する
ことで多孔質シリコンとし、前記多孔質シリコンを下部
クラッド層として、この上にコア層を形成し、さらに、
前記コア層を覆って上部クラッド層を形成することを特
徴とする光導波路の形成方法が提供される。

【００１３】本発明の第２の態様としては、Ｓｉ層上に
形成される下部クラッド層、コア層および上部クラッド
層を備えて構成される光導波路の形成方法において、Ｓ
ｉ層における所望の領域を陽極酸化することで多孔質シ
リコンとし、該多孔質シリコンを熱酸化することでシリ
コン酸化膜とし、前記シリコン酸化膜を下部クラッド層
として、この上にコア層を形成し、さらに、前記コア層
を覆って上部クラッド層を形成することを特徴とする光
導波路の形成方法が提供される。

【００１４】本発明の第３の態様としては、少なくとも
その表面にシリコン層を備えた基板と、前記シリコン層
中に配置された下部クラッド層と、前記クラッド層上に
配置されたコア層と、前記コア層を覆って配置された上
部クラッド層とを有することを特徴とする光導波路素子
が提供される。

【００１５】前記下部クラッド層は、多孔質シリコンま
たはシリコン酸化物を含んで構成されていることが好ま
しい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を用
いて説明する。

【００１７】実施の形態１Ｓｉウェーハ上における所望の領域（下部クラッド層を
形成する領域およびその周辺領域）のみを陽極酸化す
る。この陽極酸化は、図２に示した安価な装置で容易に
実施可能である。下部クラッド層を形成する領域以外の
部分は、陽極酸化されないようにあらかじめマスクして
おく。マスクを形成する具体的方法は特に限定されるも
のではない。様々なプロセスを組み合わせることで実現
可能である。

【００１８】シリコンは、陽極酸化によって微細なポー
ラス（多孔質）シリコンになる。この多孔質シリコン
は、作成条件によってその屈折率を制御することができ
（参考文献３）、しかも、通信に用いられる波長（１．
３１μｍ、１．５５μｍ）の光の吸収率が小さい。さら
には、多孔質化された場合、単位体積当たりに残存する
シリコンの割合は２０％程度に減少する。

【００１９】そのためこのような多孔質シリコンの特性
を利用し、多孔質シリコンそのものを下部クラッド層と
して用いることができる。

【００２０】このようにして作成された下部クラッド層
は、基板（Ｓｉウェーハ）の表面に埋め込まれた構造と
なっている。なお、この下部クラッド層の厚みは、陽極
酸化における通電時間、電流密度等を調整することで容
易に所望の値に制御できる。条件を最適化することで、
下部クラッド層（多孔質シリコン）の表面高さ位置をＳ
ｉウェーハと同位置にすることも可能である。このよう
にすれば、基板（Ｓｉウェーハ）面がこれ以後も平坦に
保たれる。

【００２１】この後は、この多孔質シリコン層（下部ク
ラッド層）の上にコア層、上部クラッド層を形成する。
コア層、上部クラッド層については、従来技術と同様プ
ラズマＣＶＤ法等によって形成できる。

【００２２】以上述べた実施の形態１では、陽極酸化に
よって屈折率が制御された多孔質シリコンを必要な部分
にのみ形成し、これを下部クラッド層として用いること
で、短時間に下部クラッド層を形成できる。

【００２３】多孔質シリコンは、Ｓｉウェーハ上の必要
とされる部分にのみ形成できる。そのため、多孔質シリ
コン層を細いパターン上に形成するだけで済むため、Ｓ
ｉウェーハ全体には応力がほとんど発生せずＳｉウェー
ハも反ることはない。Ｓｉウェーハの全面に形成する必
要のある石英堆積膜は、コア層および上部クラッド層と
するべくプラズマＣＶＤ法等によって形成するものだけ
である。つまり、Ｓｉウェーハの全面に形成される石英
堆積膜の厚さが従来の約１／２で済むため、その分だ
け、Ｓｉウェーハにかかる応力が小さい。

【００２４】Ｓｉウェーハの反りが低減されたことで、
フォトリソグラフィ工程において高精度のパターンをＳ
ｉウェーハの全面に渡って作製できるため、歩留まりを
向上できる。

【００２５】さらには反りが生じにくいために、ＬＳＩ
の生産用に大量に生産されている仕様のＳｉウェーハ、
例えば、直径４インチ厚さ５２５μｍ程度のＳｉウェー
ハを、用いることができ、さらに、ウェーハサイズを大
型化してもウェーハの厚みを極端に厚くする必要はなく
なる。また、製造ライン、製造装置についても、ＬＳＩ
製造用のものを使うことができる。さらに、使用する薬
品も安価なものである。従って、低コストで優れた光導
波路を形成できる。

【００２６】さらに、多孔質シリコンはＳｉウェーハに
埋め込まれた状態で形成できるため、ウェーハ面全体を
平坦な状態に保つことができる。

【００２７】なお、多孔質シリコン層をパターン化する
ことなく、Ｓｉウェーハの全面に多孔質シリコンを形成
しても導波路を作製できることは明らかである。この場
合には、前述したマスクは形成する必要がない。

【００２８】実施の形態２Ｓｉウェーハ上における所望の領域（クラッド層を形成
する領域およびその周辺領域）のみを陽極酸化する。シ
リコンは、陽極酸化によって微細なポーラス（多孔質）
シリコンになる。この陽極酸化は、図２に示した安価な
装置で容易に実施可能である。下部クラッド層を形成す
る領域以外の部分は、陽極酸化されないようにあらかじ
めマスクしておく。マスクを形成する具体的方法は特に
限定されるものではない。様々なプロセスを組み合わせ
ることで実現可能である。

【００２９】続いて、この多孔質シリコンを９００℃程
度の水蒸気中で酸化する。このようにして得られたＳｉ
Ｏ₂膜は、バルクのシリコンの熱酸化膜と同等の高密度
なものである（参考文献４）ため、これを下部クラッド
層として用いることができる。このようにして下部クラ
ッド層を形成した場合には、熱応力を低減した石英系光
導波路を作製できる。

【００３０】このようにして作成された下部クラッド層
は、基板（Ｓｉウェーハ）の表面に埋め込まれた構造と
なっている。なお、この下部クラッド層の厚みは、陽極
酸化における通電時間、電流密度等を調整することで容
易に所望の値に制御できる。陽極酸化等の条件を最適化
することで、下部クラッド層（多孔質シリコンを酸化す
ることで得られたＳｉＯ₂膜）の表面高さ位置をＳｉウ
ェーハと同位置にすることも可能である。このようにす
れば、基板（Ｓｉウェーハ）面がこれ以後も平坦に保た
れる。

【００３１】この後は、このＳｉＯ₂膜（下部クラッド
層）の上にコア層、上部クラッド層を形成する。コア
層、上部クラッド層の形成方法については、従来技術と
同様、例えば、プラズマＣＶＤ法等で形成できる。

【００３２】以上説明したとおり本実施の形態２の光導
波路の製造方法によれば、下部クラッド層として使用す
る、多孔質シリコンを酸化して得られるＳｉＯ₂層を、
Ｓｉウェーハ上の必要とされる部分にのみ形成できる。
つまり、極細いパターン化された部分にのみに石英層を
形成するだけで済むため、Ｓｉウェーハに反りを生じさ
せない。Ｓｉウェーハの全面に形成する必要のある石英
堆積膜は、コア層および上部クラッド層とするべくプラ
ズマＣＶＤ法等によって形成するものだけである。つま
り、Ｓｉウェーハの全面に形成される石英堆積膜の厚さ
が従来の約１／２で済むため、その分だけ、Ｓｉウェー
ハにかかる応力が小さい。

【００３３】基板の反りが低減されたことで、フォトリ
ソグラフィ工程において高精度のパターンを基板の全面
に渡って作製できるため、歩留まりを向上できる。

【００３４】さらには反りが生じにくいために、ＬＳＩ
の生産用に大量に生産されている仕様のＳｉウェーハ、
例えば、直径４インチ厚さ５２５μｍ程度のＳｉウェー
ハを、用いることができ、さらに、ウェーハサイズを大
型化してもウェーハの厚みを極端に厚くする必要はなく
なる。また、製造ライン、製造装置についても、ＬＳＩ
製造用の製造ライン、製造装置を使うことができる。さ
らに、使用する薬品も安価なものである。従って、低コ
ストで優れた光導波路を形成できる。

【００３５】さらに、多孔質シリコンを酸化して得られ
るＳｉＯ₂層はＳｉウェーハに埋め込まれた状態で形成
できるため、ウェーハ面全体を平坦な状態に保つことが
できる。

【００３６】なお、多孔質シリコン層を酸化して得られ
るＳｉＯ₂層をパターン化することなく、Ｓｉウェーハ
の全面に形成しても導波路を作製できることは明らかで
ある。

【００３７】本発明の光導波路製造方法は、例えば、石
英系導波路を用いたマッハツェンダ型フィル夕、ＮＸＮ
スターカプラ、波長多重光回路ユニット素子、アレイ導
波路格子型合分波回路素子の製造に適用可能である。

【００３８】上述した説明はＳｉウェーハに光導波路を
形成する場合についてのものであった。しかし、少なく
ともその表面に十分な厚さのシリコン層を備えた基板で
あれば、本発明の適用対象となる。

【００３９】これ以降においては実施例を用いてより具
体的に本発明を説明する。

【００４０】

【実施例】実施例１本実施例１は、実施の形態１についてより具体的な例を
挙げたものである。以下、図１に沿って説明する。

【００４１】本実施例１では加工対象となる基板とし
て、片面が鏡面研磨され且つボロン（Ｂ）がドープされ
た、抵抗率２５Ω・ｃｍのＳｉウェーハ１を用いる（図
１（ａ））。なお、これ以降の説明においては、単にＳ
ｉウェーハのみならず、その時々におけるの加工対象
物、例えば、様々な処理が施された後のＳｉウェーハ、
膜等が形成された状態のＳｉウェーハ全体についても同
様に「基板１」と呼ぶ場合がある。

【００４２】処理１−１基板１を、熱酸化炉において水蒸気混入酸素雰囲気中、
１１００℃で１０分間の酸化を行う。このとき、基板１
の全面にはＳｉ酸化膜２が厚さ約２００ｎｍ形成された
（図１（ｂ））。

【００４３】処理１−２フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉ酸化膜２上に有機
レジスト（東京応化製、商品名「ＯＦＰＲ８６００」）
のパターンを形成し、Ｓｉ酸化膜２の不要な部分（パタ
ーンによって覆われていない部分）をＨＦ１０％水溶液
によって除去する（図１（ｃ））。下部クラッド層は厚
さが通常２５μｍで十分である。横方向についてもこの
長さを適用すると、下部クラッド層はコア部の両側壁か
ら２５μｍ以上広がりがあればよいことになる。従っ
て、ここでは、パターンの幅は６０μｍとしている。

【００４４】処理１−３オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）と酸素との混合雰囲気
中、１１００℃で、リン（Ｐ）をＳｉ面が露出する部分
に拡散させる。さらに、窒素雰囲気中、１０００℃で、
６０分間の熱処理を行う。以上の結果、基板１には５０
０ｎｍ程度の深さのｎ型Ｓｉ層３が形成された。また、
このとき、基板１表面には、Ｓｉ酸化膜４が同時に形成
された（図１（ｄ））。

【００４５】処理１−４基板１の上のすべての酸化膜を除去する（図１
（ｅ））。

【００４６】処理１−５基板１の裏面に、アルミニウム（Ａｌ）を厚さ５００ｎ
ｍ真空蒸着することで、Ａｌ層５を形成する。さらに、
Ａｌ層５の上に、ＨＦ溶液に対する耐性を備えたワック
スを塗布することで、プロテクトワックス層６を形成す
る（図１（ｆ））。

【００４７】処理１−６基板１を陽極酸化することで多孔質シリコン層１１を形
成する（図１（ｇ））。多孔質シリコンの形成には、ホ
ールの供給が必要である。ｐ型Ｓｉは電気の伝導がホー
ルにより行われるタイプであるため、陽極酸化が進む。
これに対して、ｎ型Ｓｉになっている部分にはホールの
供給がないため、陽極酸化は起こらない。従って、ｐ型
Ｓｉ層の部分のみに陽極酸化が進む。

【００４８】陽極酸化は具体的には図２の装置を用いて
以下のようにして行う。基板１を、２５％ＨＦ水溶液中
に浸し、白金製の対向電極３３を用いて、定電流電源３
４を用いて３０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で１０分間通電
することで陽極酸化を行う。この陽極酸化は超音波発生
器３０を備えた水槽３１上のテフロンビーカ３２内にお
いて行う。

【００４９】以上述べた陽極酸化によって、基板１の表
面には、深さ約３０μｍまで多孔質シリコン層１１が形
成された。多孔質シリコンの単位体積当たりに残存する
シリコンの割合は約２０％、このときの屈折率はおおよ
そ１．４５２（波長６３３ｎｍ）となった。また、ｎ型
Ｓｉ層３は多孔質シリコンにはならなかった。

【００５０】処理１−７基板１を純水で水洗した後、キシレンでプロテクトワッ
クス層６を溶かして除去する。さらに、Ａｌ層５をエッ
チングによって除去する（図１（ｈ））。エッチング液
には、燐酸：酢酸：純水＝３：１：５部の割合の溶液を
用いる。

【００５１】処理１−８この基板１の上に、コア層となるＳｉＯ₂膜１２（屈折
率１．４５８０）をプラズマＣＶＤ法によって厚さ８μ
ｍ形成する（図１（ｉ））。反応ガスには、テトラエト
キシシラン（ＴＥＯＳ）ガスと酸素ガスとの混合ガスを
用いる。以下、このＳｉＯ₂膜１２を「コア層１２」と
呼ぶ場合がある。

【００５２】処理１−９ＳｉＯ₂膜（コア層）１２上にスパッタ法によってα―
Ｓｉ膜１３を１μｍ形成する（図１（ｊ））。なお、こ
のα―Ｓｉ膜１３は、ＳｉＯ₂膜（コア層）１２をエッ
チングする際のマスク材となるものである。

【００５３】処理１−１０フォトリソグラフィ技術を用いて、α―Ｓｉ膜１３上に
有機レジストパターンを作製する（図示せず）。この有
機レジストパターンをマスクとし、反応性イオンエッチ
ング装置を用いてエッチングすることで、α―Ｓｉ膜１
３を導波路コアのパターン状に加工する（図１
（ｋ））。エッチングガスには、ＨＢｒガスを用いる。
図中、このパターン化によって残っているα―Ｓｉ膜１
３の部分に符号「１４」を付した。以下、該部分を「α
―Ｓｉコアパターン１４」と呼ぶ。

【００５４】処理１−１１残っているα―Ｓｉ膜１３をマスク材として、反応性イ
オンエッチング装置を用いて、ＳｉＯ₂膜（コア層）１
２をパターン化する（図１（ｌ））。エッチングガスに
は、Ｃ₂Ｆ₆＋Ｃ₂Ｈ₄ガスを用いる。これにより、ＳｉＯ
₂膜（コア層）１２は、導波路の形状にパターン化され
た。この場合、反応性イオンエッチングの特性上、コア
層１２の側壁は基板面に対してほぼ垂直になった。図
中、このパターン化によって残っているＳｉＯ₂膜（コ
ア層）１２の部分に符号「１５」を付した。以下、該部
分を「コア部１５」と呼ぶ。

【００５５】処理１−１２ α―Ｓｉコアパターン１４をＳＦ₆ガスで選択的にエッ
チング除去する（図１（ｍ））。この時有機レジストパ
ターンは既にＳｉＯ₂エッチング時点でエッチングされ
てなくなっている。

【００５６】処理１−１３プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ₂からなる厚さ約２
０μｍの上部クラッド層１６を最上層に形成する（図１
（ｎ））。この場合、屈折率が熱酸化シリコン膜と同じ
になるようにする。

【００５７】以上の処理により平面光導波路が完成す
る。

【００５８】実施例２本実施例２は、実施の形態２についてより具体的な例を
挙げたものである。すなわち、本実施例２は、陽極酸化
によって形成した多孔質シリコンを酸素＋水蒸気雰囲気
中で熱処理することで酸化シリコンとし、これを下部ク
ラッド層としている。これ以外の点は、実施例１とほぼ
同様である。但し、処理１−６における多孔質シリコン
の作製条件については、多孔質シリコンの酸化後の体積
変化が起きないように最適化を図っている。

【００５９】本実施例２は、以下において述べる処理１
−１〜処理１−５，処理１−６’、処理１−７、処理２
−１、処理１−８’、処理１−９〜処理１−１３からな
る。以下、順に説明する。

【００６０】処理１−１〜処理１−５については実施例
１と同様である。

【００６１】処理１−６’ 図２に示す装置を用いて基板１を陽極酸化する。この陽
極酸化は、４０％ＨＦ水溶液、１００ｍＡ／ｃｍ²の電
流密度で１０分間通電することで行う。以上述べた陽極
酸化によって、基板１の表面には、深さ約３０μｍまで
多孔質シリコン層１１が形成された（図１（ｇ））。こ
の多孔質シリコン層１１の単位体積当たりに残存するシ
リコンの割合は約４５％であった。

【００６２】処理１−７実施例１と同様である。すなわち、基板１を純水で水洗
した後、キシレンでプロテクトワックス層６を溶かして
除去する。さらに、Ａｌ層５をエッチングによって除去
する（図１（ｈ））。エッチング液には、燐酸：酢酸：
純水＝３：１：５部の割合の溶液を用いる。

【００６３】処理２−１この基板１を、純水をバブリングすることで生成した水
蒸気を流した酸素雰囲気中で９００℃、３０分間の熱処
理を行うことで、多孔質シリコン層１１を酸化してＳｉ
Ｏ₂層１７にする（図３）。このＳｉＯ₂層１７の屈折率
は１．４５８８であった。

【００６４】処理１−８’ この基板１の上に、コア層となるＳｉＯ₂膜１２（屈折
率１．４４６４６０）をプラズマＣＶＤ法によって厚さ
８μｍ形成する（図１（ｉ））。反応ガスには、テトラ
エトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスと酸素ガスとの混合ガ
スを用いる。以下、このＳｉＯ₂膜１２を「コア層１
２」と呼ぶ場合がある。

【００６５】処理１−９〜処理１−１３は、実施例１と
同様である。

【００６６】以上の処理により平面光導波路が完成す
る。

【００６７】以上述べた実施例２では、陽極酸化によっ
て屈折率が制御された多孔質シリコンを必要な部分にの
み形成し、９００℃程度の低温で酸化することで熱応力
が抑えられた基板が作製できる。しかも、この酸化膜
は、純粋なＳｉ熱酸化膜と同様な性質であり、光の伝送
特性に優れたものである。

【００６８】実施例３本実施例３は、実施の形態１についてのものである。以
下、該実施例３を図４に沿って説明する。

【００６９】本実施例３では加工対象となる基板２０と
して、片面が鏡面研磨され且つボロン（Ｂ）がドープさ
れた、抵抗率２５Ω・ｃｍのＳｉウェーハを用いる（図
４（ａ））。なお、これ以降の説明においては、単にＳ
ｉウェーハのみならず、その時々における加工対象物、
例えば、様々な処理が施された後のＳｉウェーハ、膜等
が形成された状態のＳｉウェーハ全体についても同様に
「基板２０」と呼ぶ場合がある。

【００７０】処理３−１基板２０上にスパッタ装置でＳｉをターゲットにして、
Ａｒ＋Ｎ₂（２０％）ガスを用いて３００℃の基板加熱
温度で反応性スパッタを行い、ＳｉＮｘ膜２１（但し、
ｘは４／３以下の実数）を６００ｎｍ形成する（図４
（ｂ））。

【００７１】処理３−２フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜上に有機レ
ジスト（東京応化製、商品名「ＯＦＰＲ８６００」）の
パターンを形成し、ＣＨ₄＋Ｏ₂（５％）ガスによりＳｉ
Ｎｘ膜２１の不要部分を除去する（図４（ｃ））。

【００７２】処理３−３２％ＨＦ水溶液で洗浄後、基板２０の裏面に、アルミニ
ウム（Ａｌ）を厚さ５００ｎｍ真空蒸着することで、Ａ
ｌ層２２を形成する。さらに、Ａｌ層２２の上にＨＦ溶
液に対して耐性を有するワックスを塗布することで、プ
ロテクトワックス層２３を形成する（図４（ｄ））。

【００７３】処理３−４図２に示す装置を用いて基板２０を陽極酸化する（図４
（ｅ））。多孔質シリコン層２４の形成は、ＳｉＮｘ膜
２１のない部分で進む。多孔質シリコン層２４の形成方
法および特性は、実施例１（処理１−７）と同様であ
る。

【００７４】処理３−５実施例１の処理１−７と同様である。すなわち、基板２
０を純水で水洗した後、キシレンでプロテクトワックス
層２３を溶かして除去する。さらに、Ａｌ層５をエッチ
ングによって除去する（図４（ｆ））。エッチング液に
は、燐酸：酢酸：純水＝３：１：５部の割合の溶液を用
いる。

【００７５】処理３−６実施例１の処理１−８〜処理１−１３と同様にして、コ
ア層、上部クラッド層を形成する。この場合、ＳｉＮｘ
はそのままの状態であるが、コア層、上部クラッド層の
形成には全く影響がない。

【００７６】以上の処理により平面光導波路が完成す
る。

【００７７】以上述べた実施例３では、スパッタ装置に
よって容易且つ短時間に形成できるＳｉＮｘ膜をマスク
として採用している。そのため、実施例１、実施例２の
製造方法と比較して拡散の工程を省くことができる。

【００７８】上述した実施例１、２、３で作製した光導
波路は、いずれも、直線部分のコア部の形状が８μｍ×
８μｍ、屈折率差０．４％のものである。各実施例１、
２、３で作製した光導波路の特性を測定した結果、多孔
質シリコンをそのまま下部クラッド層に用いた場合に
は、伝搬損失が０．３ｄＢ／ｃｍ（波長１．３１μｍ）
であった。一方、多孔質シリコンをシリコン酸化膜に熱
処理した場合には、伝搬損失が０．１ｄＢ／ｃｍ（波長
１．３１μｍ）であった。このようにいずれについても
光導波路として十分な特性を有するものであることが確
認された。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、光
導波路、特に、下部クラッド層を効率よく短時間で形成
できる。しかも、光導波路は所望の部分にのみ形成でき
るため、基板全体に反りが生じない。基板として汎用品
を用いることができるため、低コストで光導波路素子を
形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における製造手順を示す図
である。

【図２】超音波発生器を示す模式図である。

【図３】本発明の実施例２における製造手順を示す図
である。

【図４】本発明の実施例３における製造手順を示す図
である。

【図５】従来技術におけるＳｉウェーハの反りを示す
模式図である。

【符号の説明】

１，２０基板、２Ｓｉ酸化膜、３ｎ型Ｓｉ
層、４Ｓｉ酸化膜４、５，２２Ａｌ層、６，
２３プロテクトワックス層、１１，２４多孔質シ
リコン層、１２ＳｉＯ₂膜（コア層）、１３ α
―Ｓｉ膜、１４α―Ｓｉコアパターン、１５コア
部、１６上部クラッド層、１７ＳｉＯ₂層、２
１ＳｉＮｘ膜、３０超音波発生器、３１水
槽、３２テフロンビーカ、３３対向電極、３
４定電流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ層上に形成される下部クラッド層、
コア層および上部クラッド層を備えて構成される光導波
路の形成方法において、Ｓｉ層における所望の領域を陽極酸化することで多孔質
シリコンとし、前記多孔質シリコンを下部クラッド層として、この上に
コア層を形成し、さらに、前記コア層を覆って上部クラッド層を形成する
ことを特徴とする光導波路の形成方法。
【請求項２】Ｓｉ層上に形成される下部クラッド層、
コア層および上部クラッド層を備えて構成される光導波
路の形成方法において、Ｓｉ層における所望の領域を陽極酸化することで多孔質
シリコンとし、該多孔質シリコンを熱酸化することでシリコン酸化膜と
し、前記シリコン酸化膜を下部クラッド層として、この上に
コア層を形成し、さらに、前記コア層を覆って上部クラッド層を形成する
ことを特徴とする光導波路の形成方法。
【請求項３】少なくともその表面にシリコン層を備え
た基板と、前記シリコン層中に配置された下部クラッド層と、前記クラッド層上に配置されたコア層と、前記コア層を覆って配置された上部クラッド層とを有す
ることを特徴とする光導波路素子。
【請求項４】前記下部クラッド層は、多孔質シリコン
またはシリコン酸化物を含んで構成されていることを特
徴とする請求項３記載の光導波路素子。