KR100581248B1 - 광도파로 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광집적회로 장치를 구성하는 광도파로 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 그 구성은 코어층(22a,22b,23a)과 그 코어층(22a,22b,23a)을 덮는 클래드층 (23b,24)을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서, 메틸실란과, 질소(N2) 또는 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 코어층(22a,22b,23a)으로 되는 실리콘 질화막을 형성한다.
광집적회로, 광도파로, 실리콘 질화막

Description

광도파로 및 그의 제조 방법{OPTICAL WAVEGUIDE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시의 형태인 광도파로의 제조 방법에 사용되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태인, 광도파로의 제조 방법에 사용되는 막형성 가스를 구성하는, 특히 유효한 가스의 조합에 대해 나타내는 표.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 광도파로의 제조 방법의 막형성 조건 I으로 형성한 실리콘 질화막의 굴절률 면내 분포와 막두께 면내 분포를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 광도파로의 제조 방법의 막형성 조건II으로 형성한 실리콘 산화막의 굴절률 면내 분포와 막두께 면내 분포를 나타내는 그래프.
도 5a는 본 발명의 실시형태의 광집적회로의 링 공진기 주변의 구성을 나타내는 사시도, 도 5b는 도 5a의 I-I선을 따르는 단면도.
[부호의 설명]
1 챔버
2 상부 전극
3 하부 전극
4 배기 배관
5 밸브
6 배기 장치
7 고주파 전력 공급 전원(RF 전원)
8 저주파 전력 공급 전원
9a 배관
9b~9h 분기 배관
10a~10u 개폐 수단
11a~11g 유량 조정 수단
12 히터
21 실리콘 기판
본 발명은 광집적회로 장치를 구성하는 광도파로 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화가 요구되고 있다. 이것에 반하여, 광의 전파 효율을 높이기 위해서, 광도파로를 구성하는, 주로 광을 전파시키는 코어층과 코어층을 덮는 클래드층의 굴절률의 차이를 크게 함이 요구되고 있다. 특히, 통신용으로는 광의 파장으로서 1.55㎛가 사용되고 있다. 이 파장 영역에 관 해서, 현재, 코어층에는 SiO2에 Ge나 P를 첨가한 막이 사용되고, 클래드층에는 SiO2 막이 사용되고 있다.
그러나, 현재의 기술에서는, 코어층과 클래드층의 굴절률의 차이는 0.04로 매우 작고, 전파하는 광의 클래드층으로의 스며듦이나 손실도 크다. 또한, 굴절률 그것이 작기 때문에, 공진기 등의 광디바이스의 패턴이 커지는 문제가 있었다.
본 발명은 코어층의 굴절률 자체를 크게 하는 동시에, 코어층과 클래드층의 굴절률의 차이를 크게 할 수 있는 광도파로 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
이하에, 상기 본 발명의 구성에 근거하는 작용에 대해서 설명한다.
이 발명에서는 메틸실란과; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 코어층으로 되는 실리콘 질화막을 형성하고 있다.
실험에 의하면, 상기 혼합 가스에 의해서 2 정도의 큰 굴절률을 갖는 실리콘 질화막을 형성할 수 있고, 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있었다. 이 실리콘 질화막을 코어층으로 사용함에 의해, 코어층은 큰 굴절률을 갖게 되기 때문에 공진기 등의 광디바이스의 패턴을 작게할 수 있다. 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있으므로, 디바이스 특성의 웨이퍼 내의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; 일산화이질소(N2O)와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 코어층 또는 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하고 있다.
실험에 의하면, 상기 구성의 혼합 가스 중 일산화이질소(N2O)의 유량을 조정함에 의해, 형성되는 실리콘 산화질화막의 굴절률을 2정도에서 1.4정도까지 넓은 범위로 조정할 수 있었다. 따라서, 실리콘 산화질화막을 코어층 또는 클래드층으로서 사용할 수 있다.
또한, 메틸실란과, 일산화이질소(N2O)를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 클래드층으로 되는 실리콘 산화막을 형성하고 있다.
실험에 의하면, 상기 혼합 가스에 의해서 1.4정도의 작은 굴절률을 갖는 실리콘 산화막을 형성할 수 있고, 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있었다.
또한, 상기의 실리콘 질화막이나 실리콘 산화질화막을 코어층으로 사용하고, 또한, 상기의 실리콘 산화막이나 실리콘 산화질화막을 클래드층으로 사용함에 의해, 코어층과 클래드층 사이의 굴절률의 차이를 0.5 내지 0.6정도로 할 수 있다. 이것에 의해, 코어층을 전파하는 광의 클래드층으로의 스며듦이나 손실을 크게 저감할 수 있다.
또한, 상기 제조 방법을 조합함에 의해, 코어층 및 클래드층을 함께 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있기 때문에, 막두께의 제어가 용이해진다. 이것에 의해, 굴절률을 크게 함에 따른 광디바이스의 패턴의 축소화와 아울러, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.
[발명의 바람직한 실시 태양]
이하에, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(본 발명의 실시의 형태인 막형성 방법에 사용하는 플라즈마 CVD 장치의 설명)
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 광도파로의 제조 방법에 사용되는 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치(101)의 구성을 나타내는 측면도이다.
이 플라즈마 CVD 장치(101)는 플라즈마 가스에 의해 피막형성 기판(21) 상에 코어층이나 클래드층으로 되는 실리콘 함유 절연막을 형성하는 장소인 막형성부(101A)와, 막형성 가스를 구성하는 복수의 가스의 공급원을 갖는 막형성 가스 공급부(101B)로 구성되어 있다.
막형성부(101A)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 감압가능한 챔버(1)를 구비하고, 챔버(1)는 배기 배관(4)을 통하여 배기 장치(6)와 접속되어 있다. 배기 배관(4)의 도중에는 챔버(1)와 배기 장치(6) 사이의 도통／비도통을 제어하는 개폐 밸브(5)가 마련되어 있다. 챔버(1)에는 챔버(1)내의 압력을 감시하는 도시하지 않은 진공계 등의 압력 계측 수단이 마련되어 있다.
챔버(1)내에는 대향하는 한쌍의 상부 전극(2)과 하부 전극(3)이 구비되고, 상부 전극(2)에 주파수 13.56MHz의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급전원(RF 전원)(7)이 접속되고, 하부 전극(3)에 주파수 380kHz의 저주파 전력을 공급하는 저주파 전력 공급 전원(8)이 접속되어 있다. 이들 전원(7,8) 중 적어도 고주파 전력 공급 전원(7)으로부터 상부 전극(2)에 고주파 전력을 공급하여, 막형성 가스를 플라즈마화한다. 상부 전극(2), 하부 전극(3) 및 전원(7,8)이 막형성 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 수단을 구성한다.
또한, 하부 전극(3)에는, 주파수 380kHz 뿐만 아니라, 주파수 50kHz 내지 1MHz의 저주파 전력을 인가할 수 있으며, 또한, 하부 전극(3)에 대향하는 상부 전극(2)에는, 주파수 13.56MHz 뿐만 아니라, 주파수 1MHz 이상의 고주파 전력을 인가해도 좋다. 또한, 도 1에서는 상부 전극(2)에 고주파 전원이 접속되고, 하부 전극(3)에 저주파 전원이 접속되어 있지만, 고주파 전원(7)은 상부 전극(2)에 한하지 않고, 상부 전극(2) 또는 하부 전극(3)의 어느 하나에 접속되고, 또한 저주파 전원(8)은 하부 전극(3)에 한정되지 않고, 다른 전극에 접속되어 있으면, 이 발명의 목적을 달성할 수 있다.
상부 전극(2)은 막형성 가스의 분산구를 겸하고 있다. 상부 전극(2)에는 복수의 관통공이 형성되고, 하부 전극(3)과의 대향면에서의 관통공의 개구부가 막형성 가스의 방출구(도입구)로 된다. 이 막형성 가스의 방출구는 막형성 가스 공급부(101B)와 배관(9a)에 접속되어 있다. 또한, 경우에 따라서, 상부 전극(2)에는 도시하지 않은 히터가 구비되어 있는 것도 있다. 이는 막형성 중에 상부 전극(2) 을 온도 대략 100℃ 정도로 가열해둠으로써, 막형성 가스의 반응 생성물로 되는 파티클이 상부 전극(2)에 부착하는 것을 방지하기 위한 것이다.
하부 전극(3)은 피막형성 기판(21)의 유지대를 겸하고, 또한, 유지대상의 피막형성 기판(21)을 가열하는 히터(12)를 구비하고 있다.
막형성 가스 공급부(101B)에는, 일반식 SiHn(CH3)4-n(n＝0 내지 3)으로 표시되는 메틸실란의 공급원과, 헥사메틸디실록산(HMDSO：(CH3)3Si-O-Si(CH3)3) 등의 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물의 공급원과, 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물의 공급원과, 암모니아(NH3)의 공급원과, 일산화이질소(N2O)의 공급원과, He와 Ar(희가스) 중 적어도 어느 하나의 공급원과, 불활성 가스인 질소(N2)의 공급원이 마련되어 있다.
이들 가스는 적당히 분기 배관(9b 내지 9h) 및 이들 모든 분기 배관(9b 내지 9h)이 접속된 배관(9a)을 통하여 막형성부(101A)의 챔버(1)내에 공급된다. 분기 배관(9b 내지 9h)의 도중에 유량 조정 수단(11a 내지 11g)이나, 분기 배관(9b 내지 9h)의 도통/비도통을 제어하는 개폐 수단(10b 내지 10u)이 설치되고, 배관(9a)의 도중에 배관(9a)의 폐쇄／도통을 행하는 개폐 수단(10a)이 설치되어 있다. 또한, N2 가스를 유통시켜 분기 배관(9b 내지 9f)내의 잔류 가스를 퍼지하기 위해, N2 가스의 공급원과 접속된 분기 배관(9h)과 기타의 분기 배관(9b 내지 9g) 사이의 도통／비도통을 제어하는 개폐 수단(10p 내지 10u)이 설치되어 있다. 또한, N2 가스는 분기 배관(9b 내지 9g)내 외에, 배관(9a)내 및 챔버(1)내의 잔류 가스를 퍼지하기 위해서 사용한다. 또한, N2 가스는 막형성 가스로서 사용한다.
이상과 같은 막형성 장치(101)에 의하면, 일반식 SiHn(CH3)4-n(n＝0 내지 3)으로 나타내는 메틸실란의 공급원과, 헥사메틸디실록산(HMDSO) 등의 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물의 공급원과, 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물의 공급원과, 암모니아(NH3)의 공급원과, 일산화이질소(N2O)의 공급원과, He와 Ar(희가스) 중 적어도 어느 하나의 공급원과, 불활성 가스인 질소(N2)의 공급원을 구비하고, 또한, 막형성 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 수단(2,3,7,8)을 구비하고 있다.
이에 의해, 이하에 설명하는 플라즈마 CVD법에 의해, 높은 굴절률을 갖는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화질화막으로 되는 코어층과, 낮은 굴절률을 갖는 실리콘 산화막이나 실리콘 산화질화막으로 되는 클래드층을 형성할 수 있다.
다음에, 본 발명에서 사용하는 막형성 가스인, 메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물이나 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물에 대해서 설명한다.
대표예로서 이하에 나타내는 것을 사용할 수 있다.
(i)메틸실란(SiHn(CH3)4-n : n＝0 내지 3)
모노메틸실란(SiH3(CH3))
디메틸실란(SiH2(CH3)2)
트리메틸실란(SiH(CH3)3)
테트라메틸실란(Si(CH3)4)
(ii)실록산 결합을 갖는 알킬 화합물
　 헥사메틸디실록산(HMDSO：(CH3)3Si-O-Si(CH3)3)
옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS)
Figure 112003033863606-pat00001
옥타메틸트리실록산(OMTS)
Figure 112003033863606-pat00002
(iii)알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물
디메틸디메톡시실란(Si(CH3)2(OCH3)2)
디메틸디에톡시실란(Si(CH3)2(OC2H5)2)
트리메톡시실란(TMS:SiH(OCH3)3)
(본 발명의 실시의 형태인 막형성 방법의 설명)
다음에, 본 발명의 실시의 형태인 광도파로의 제조 방법에 사용되는 막형성 가스를 구성하는, 특히 유효한 가스의 조합에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다.
이 도 2는 코어층 또는 클래드층으로 되는, 실리콘 질화막(SiN 막), 실리콘 산화질화막(SiON 막), 및 실리콘 산화막(SiO 막)을 형성하기 위한 막형성 가스를 구성하는 각 가스의 조합에 대해서 나타내는 표이다. 이하에, 도 2의 형성막의 표시에 따라 구체적으로 막형성 가스의 특히 유효한 구성을 열거한다.
(i)실리콘 질화막(SiN 막)을 형성하는 막형성 가스의 구성 가스
(1)메틸실란／N2
(2)메틸실란／N2／Ar 또는 He
(3)메틸실란／NH3
(4)메틸실란／NH3／Ar 또는 He
(5)메틸실란／N2／NH3
(6)메틸실란／N2／NH3／Ar 또는 He
(ii)실리콘 산화질화막(SiON 막)을 형성하는 막형성 가스의 구성가스
(7)메틸실란／N2／N2O
(8)메틸실란／N2／N2O／Ar 또는 He
(9)메틸실란/NH3／N2O
(10)메틸실란／NH3／N2O／Ar 또는 He
(11)메틸실란／N2／NH3／N2O
(12)메틸실란／N2／NH3／N2O／Ar 또는 He
(13)실록산／N2／NH3／N2O
(14)실록산／N2／NH3／N2O／Ar 또는 He
(15)알콕시 화합물／N2／NH3／N2O
(16)알콕시 화합물／N2／NH3／N2O／Ar 또는 He
상기 (7) 내지 (16)의 구성 가스 외에, 산소(O2)를 첨가해도 좋다.
(iii)실리콘 산화막(SiO 막)을 형성하는 막형성 가스의 구성 가스
(17)메틸실란／N2O
상기(17)의 구성 가스 외에, 산소(O2)를 첨가해도 좋다.
본원 발명자의 실험에 의하면, 상기 막형성 가스에 포함되는 N2O 유량을 조정함에 의해, 또는 Ar 또는 He의 유량을 조정함에 의해, 굴절률의 조정이 가능함을 발견하였다.
특히, SiON 막을 막형성하는 경우, 상기 (7) 내지 (16)의 막형성 가스에서 N2O 유량을 조정함에 의해, 굴절률을 1.4 내지 2 정도까지 제어할 수 있었다. 더 구체적으로 말하면, N2O 유량이 크면 굴절률이 낮고, N2O 유량이 작으면 굴절률이 높아진다. 이것은 이하와 같이 추정된다. 즉, 산소가 많아지면 막 중의 전자 밀도가 작아지기 때문에, 굴절률이 낮아지고, 역으로, 산소가 적어지면 막 중의 전자 밀도가 커지기 때문에, 굴절률이 높아진다. 따라서, SiON 막을 코어층 및 클래드층으로 사용할 수 있다.
또한, 실리콘 질화막에서는 굴절률 2 정도의 것을 얻을 수 있었다. 따라서, 그것을 코어층으로 사용할 수 있다. 실리콘 산화막에서는 굴절률 1.4정도 것을 얻을 수 있었다. 따라서, 그것을 클래드층으로 사용할 수 있다.
상기 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 또는 실리콘 산화막을 N2O나 O2의 플라즈마에 접촉시킴에 의해, 막질을 높이고, 특히 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막이나 실리콘 산화막에 대해서 사용함에 의해, 더 낮은 굴절률을 달성할 수 있다.
다음에, 상기 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 본 발명의 광도파로의 제조 방법에 의해 형성한 실리콘 함유 절연막의 굴절률 면내 분포 및 막 두께 면내 분포를 조사한 결과에 대해서 설명한다.
(1) 제1 실시예
시료는, 피막형성 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하였다. 실리콘 질화막은 플라즈마 CVD 법에 의해 이하의 막형성 조건으로 형성하였다.
(막형성 조건 I)
(i)막형성 가스 조건
테트라메틸실란 유량：50sccm
N2유량：100sccm
NH3 유량：100sccm
Ar유량：300sccm
가스 압력：1.1Torr
(ii)플라즈마화 조건
고주파 전력(13.56MHz)PRF：100W
저주파 전력(380KHz)PLF：250W
(iii)기판 가열 온도：300℃
(iv)막형성된 실리콘 질화막(도 3 참조)
막두께(면내)：2.5739㎛±30nm
굴절률(면내)：2.0664±0.0004(측정 파장：1.55㎛)
이상과 같이, 상기 실험에 의하면, 상기 혼합 가스에 의해서 2 정도의 큰 굴절률을 갖는 실리콘 질화막을 형성할 수 있고, 또한, 굴절률 분포나 막 두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있었다. 이 실리콘 질화막을 코어층으로서 사용함에 의해, 코어층은 높은 굴절률을 갖게 되기 때문에 공진기 등의 광디바이스의 패턴을 작게 할 수 있다. 또한, 굴절율 분포나 막 두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있기 때문에, 디바이스 특성의 웨이퍼내의 균일화를 도모할 수 있다.
(2) 제2 실시예
시료는, 제1 실시예와 마찬가지로 피막형성 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하였다.
실리콘 산화막은, 플라즈마 CVD법에 의해 이하의 막형성 조건으로 형성하였다.
(막형성 조건 II)
(i)막형성 가스 조건
테트라메틸실란 유량：50 sccm
N2O 유량：2000 sccm
가스 압력：1.0Torr
(ii)플라즈마화 조건
고주파 전력(13.56MHz)PRF：150W
저주파 전력(380KHz)PLF：300W
(iii)기판 가열 온도：300℃
(iv)막형성된 실리콘 산화막(도 4 참조)
막두께(면내)：3.00326㎛±30nm
굴절률(면내)：1.4642±0.0006(측정 파장：1.55㎛)
이상과 같이, 상기 실험에 의하면, 상기 혼합 가스에 의해서 1.4 정도의 작은 굴절률을 갖는 실리콘 질화막을 형성할 수 있고, 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명의 실리콘 산화막이나 실리콘 산화질화막을 클래드층으로 사용하고, 또한, 본 발명의 실리콘 질화막이나 실리콘 산화질화막을 코어층으로 사용함에 의해, 코어층과 클래드층 사이의 굴절률의 차이를 0.5 내지 0.6정도로 할 수 있다. 이것에 의해, 코어층을 전파하는 광의 클래드 층으로의 스며듦이나 손실을 크게 저감할 수 있다.
또한, 상기 제조 방법을 조합함으로써, 코어층 및 클래드층을 함께 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있기 때문에, 막두께의 제어가 용이해진다. 따라서, 굴절률을 높게 함에 따른 광디바이스의 패턴의 축소화와 아울러, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.
(광도파로에의 적용)
이하에, 도 5a, 5b를 참조하여 상기 제조 방법을 광도파로에 적용한 예에 대하여 설명한다.
도 5a는 광집적회로 장치의 링 공진기 주변의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5b는 도 5 a의 I－I선을 따르는 단면도이다.
도 5a에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(피막형성 기판)(21)상에, 교차하는 버스(bus) 라인 도파로(22a,22b)와, 그 교차하는 개소의 근처에 형성된, 폭 약 1.5㎛의 띠모양을 갖는 도파로를 직경 약 20㎛의 링상으로 한 링 공진기(23)을 갖는다. 도 5b에 나타내는 바와 같이, 버스 라인 도파로(22a,22b)는 하부 클래드층(24)에 의해서 주변부가 모두 덮혀져 있다. 링 공진기(23)는 하부 클래드층(24) 상에 형성된 코어층(23a)과, 코어층(23a) 상에 적층된 상부 클래드층(23b) 으로 된다. 또한, 도 5a에서는, 하부 클래드층(24)을 생략하고 있다.
링 공진기(23)의 원주의 일부가 버스 라인 도파로(22a,22b)와 겹쳐져 있고,
n×λ＝2πr×δ
에 따라서, 공진 파장(λ)이 정해진다. 여기서, r은 링 공진기(23)의 반경, δ는 링 코어층(23a)의 굴절률, n은 양의 정수이다.
링 공진기(23)가, 예를 들면 파장 λ2의 광에 공진하도록 설정되어 있는 경우, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 인풋 포트(input port)로부터 입력하는 주파수가 다중화된 광(λ0, λ1, λ2, λ3, ··, λn) 중, 링 공진기(23)에 의해서 파장 λ2가 드롭 포트(drop port)로부터 출력되고, 다른 파장을 갖는 광(λ0, λ1, λ3, ··, λn)은 쓰로 포트(though port)로부터 출력된다.
상기의 구조에서, 버스 라인 도파로(22a,22b)는, 굴절률 2 정도를 갖는 막두께 약 0.5 내지 0.7㎛의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막으로 되고, 플라즈마 여기 CVD법을 사용하여 형성한다. 링 코어층(23a)은 굴절률 2 정도를 갖는 막두께 약 1 내지 2㎛의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화 질화막으로 되고, 플라즈마 여기 CVD법을 사용하여 형성한다. 또한, 상부 클래드층(23b)은 굴절률 1.4 정도를 갖는 막두께 약 2 내지 3㎛의 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막으로 되고, 플라즈마 여기 CVD법을 사용하여 형성한다. 하부 클래드층(24)은 굴절률 1.4 정도를 갖는 막두께 약 8㎛의 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막으로 되고, 플라즈마 여기 CVD법을 사용하여 형성된다.
링 공진기에 의하면, 플라즈마 여기 CVD법에 의해 형성한 실리콘 질화막이나 실리콘 산화질화막을 버스 라인 도파로(22a,22b) 및 코어층(23a)으로 사용하고, 또한, 실리콘 산화막이나 실리콘 산화질화막을 클래드층(23a,24)으로 사용함에 의해, 코어층과 클래드층 사이의 굴절률의 차를 0.5 내지 0.6정도로 할 수 있다. 이것에 의해, 코어층을 전파하는 광의 클래드층으로의 스며듦이나 손실을 크게 저감할 수 있다.
또한, 버스 라인 도파로(22a,22b) 및 코어층(23a)과, 클래드층(23b,24)의 굴절률 분포 및 막두께 분포의 변동(variation)를 작게 할 수 있기 때문에, 광디바이스 특성의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 버스 라인 도파로(22a,22b) 및 코어층(23a)의 굴절률을 높일 수 있기 때문에, 버스 라인 도파로(22a,22b)나 링 공진기(23)의 패턴의 미세화를 도모할 수 있다. 이것에 의해, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.
또한, 코어층 및 클래드층을 함께 CVD 법에 의해 형성할 수 있기 때문에, 각 층의 막두께의 제어가 용이해진다. 이 때문에, 굴절률을 크게 함에 따른 광디바이스의 패턴의 축소화와 아울러, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.
이상, 실시 형태에 의해 이 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 범위는 상기 실시 형태에 구체적으로 예시한 예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 상기 실시 형태의 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 제1 실시예에서는, 코어층으로 되는 실리콘 질화막(SiN 막)의 막 형성 가스로서 테트라메틸실란(Si(CH3)4)과, N2와, NH3와, Ar의 혼합 가스를 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 도 2의 조합이 가능하다. 또한, 테트라메틸실란(Si(CH3)4) 대신에, 다른 메틸실란, 예를 들면 모노메틸실란(SiH3(CH 3)), 디메틸실란(SiH2(CH3)2), 또는 트리메틸실란(SiH(CH3)3) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 제2 실시예에서는, 클래드층으로 되는 실리콘 산화막(SiO 막)의 막형성 가스로, 테트라메틸실란과, N2O의 혼합 가스를 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 도 2의 조합이 가능하다. 또한, 테트라메틸실란(Si(CH3)4) 대신에, 다른 메틸실란, 예를 들면 모노메틸실란(SiH3(CH3)), 디메틸실란(SiH2(CH3)2), 및 트리메틸실란(SiH(CH3)3) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 코어층 또는 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막(SiON 막)의 막형성 가스로, 도 2의 조합을 사용할 수 있다. 이 경우, 메틸실란으로, 예를 들면 모노메틸실란(SiH3(CH3)), 디메틸실란(SiH2(CH3)2), 트리메틸실란(SiH(CH3)3), 및 테트라메틸실란(Si(CH3)4) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
더우기, 메틸실란 대신에, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 예를 들면 옥타메틸시클로테트라 실록산(OMCTS), 또는 옥타메틸트리실록산(OMTS)을 사용할 수도 있다.
또한, 메틸실란 대신에, 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물, 예를 들면 디메틸 디메톡시실란(Si(CH3)2(OCH3)2), 디메틸디에톡시실란(Si(CH 3)2(OC2H5)2), 트리메톡시실란(TMS:SiH(OCH3)3)을 사용할 수도 있다.
또한, 신호광의 파장이 1.55㎛인 광도파로에 본 발명을 적용하고, 굴절률을 1.4 내지 2의 범위로 조정하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 굴절률을 1.4 내지 2의 범위 이외의 적당한 범위로 조정함으로써, 실용적인 광의 파장을 사용하는 광도파로에 대해서 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 메틸실란과; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응 시켜 코어층으로 되는 실리콘 질화막을 형성하고 있다.
이것에 의해, 코어층은 큰 굴절률을 갖게 되기 때문에 공진기 등의 광디바이스의 패턴을 작게 할 수 있다. 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있으므로, 디바이스 특성의 웨이퍼내의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; 일산화이질소(N2O)와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 코어층 또는 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하고 있다. 상기 구성의 혼합 가스 중 일산화이질소(N2O)의 유량을 조정함에 의해, 형성되는 실리콘 산화질화막의 굴절률을 2정도에서 1.4정도까지 넓은 범위로 조정할 수 있고, 또한, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있다.
또한, 메틸실란과, 일산화이질소(N2O)를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 클래드층으로 되는 실리콘 산화막을 형성하고 있다. 상기 혼합 가스에 의해서 1.4 정도의 작은 굴절률을 갖는 실리콘 산화막을 형성할 수 있고, 더욱이, 굴절률 분포나 막두께 분포가 양호한 막을 얻을 수 있다.
또한, 상기의 실리콘 질화막이나 실리콘 산화질화막을 코어층으로 사용하고, 또한, 상기의 실리콘 산화막이나 실리콘 산화질화막을 클래드층으로서 사용함에 의해, 코어층과 클래드층 사이의 굴절률의 차이를 0.5 내지 0.6 정도로 할 수 있다. 이것에 의해, 코어층을 전파하는 광의 클래드층으로의 스며듦이나 손실을 크게 저감할 수 있다.
또한, 상기 제조 방법을 조합함에 의해, 코어층 및 클래드층을 함께 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있기 때문에, 막두께의 제어가 용이해진다. 이에 의해, 굴절률을 크게 함에 따른 광디바이스의 패턴의 축소화와 아울러, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면 코어층의 굴절률 자체를 크게 하는 동시에, 코어층과 클래드층의 굴절률의 차이를 크게 할 수 있는 광도파로 및 그 제조 방법을 제공할 수 있으며, 이에 의해 굴절률을 크게 함에 따른 광디바이스의 패턴의 축소화와 아울러, 광집적회로 장치의 고집적화, 고밀도화를 도모할 수 있다.

Claims (24)

  1. 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    메틸실란과; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 코어층으로 되는 실리콘 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 가스는 He와 Ar 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메틸실란은 모노메틸실란(SiH3(CH3)), 디메틸실란(SiH2(CH3)2), 트리메틸실란(SiH(CH3)3), 및 테트라메틸실란(Si(CH3)4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클래드층을 일산화이질소(N2O) 또는 산소(O2)의 플라즈마에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  5. 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; 일산화이질소(N2O)와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일산화이질소(N2O)의 유량, 또는 질소(N2) 또는 암모니아(NH3)의 유량을 조정함에 의해 실리콘 산화질화막의 굴절률을 조정하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 혼합 가스는 산소(O2)를 함유하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 혼합 가스는 He와 Ar 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 메틸실란은 모노메틸실란(SiH3(CH3)), 디메틸실란(SiH2(CH3)2), 트리메틸실란(SiH(CH3)3), 및 테트라메틸실란(Si(CH3)4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물은, 헥사메틸디실록산(HMDSO： (CH3)3Si-O-Si(CH3)3), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 및 옥타메틸트리실록산(OMTS) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물은, 디메틸디메톡시실란 (Si(CH3)2(OCH3)2), 디메틸디에톡시실란(Si(CH3)2(OC2H5)2), 및 트리메톡시실란 (TMS:SiH(OCH3)3) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 클래드층을 일산화이질소(N2O) 또는 산소(O2)의 플라즈마에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    메틸실란과, 일산화이질소(N2O)를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 클래드층으로 되는 실리콘 산화막을 형성하고,
    상기 클래드층을 일산화이질소(N2O) 또는 산소(O2)의 플라즈마에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  17. 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 기재의 광도파로의 제조 방법에 의해 코어층을 형성하는 공정과,
    메틸실란과, 일산화이질소(N2O)를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 클래드층으로 되는 실리콘 산화막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  18. 주로 광을 전파시키는 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 기재의 광도파로의 제조 방법에 의해 코어층을 형성하는 공정과,
    메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; N2O와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 주로 광을 전파시키는 코어층과 그 코어층을 덮는 클래드층을 갖는 광도파로의 제조 방법에 있어서,
    메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; 일산화이질소(N2O)와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 코어층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하는 공정과,
    메틸실란, 실록산 결합을 갖는 알킬 화합물, 및 알콕시 결합을 갖는 알킬 화합물 중 어느 하나와; 일산화이질소(N2O)와; 질소(N2)와 암모니아(NH3) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 가스를 플라즈마화하여, 반응시켜 상기 클래드층으로 되는 실리콘 산화질화막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
  21. 제17항 기재의 광도파로의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광도파로.
  22. 제18항 기재의 광도파로의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광도파로.
  23. 삭제
  24. 제20항 기재의 광도파로의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광도파로.
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