KR100936800B1 - 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 평면형 광도파로 구조체는 수정기판과, 수정기판 위에 형성하고자 하는 도파로에 대응되게 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 버퍼층과, 버퍼층 위에 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 코어층과, 노출된 수정기판의 상면과 코어층을 감싸도록 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 상부 클래드층을 구비한다. 이러한 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법에 의하면, 코어층의 패턴닝시 언더컷 발생이 억제됨으로써 균일한 형상의 도파구조를 형성할 수 있고, 코어층에 함유된 도핑원소의 타층으로의 확산이 억제됨으로써 품질을 높일 수 있는 장점을 제공한다.
광도파로, 수정기판, 버퍼층, 언터컷

Description

평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법{planar lightwave circuit structure and method of manufacturing the same}
본 발명은 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 코어층의 패턴닝시 언터컷 발생을 억제할 수 있도록 구조된 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광집적회로를 구성하는 광소자들 중 광도파로는 가장 기본적으로 사용되는 소자로서, 광신호를 한 곳에서 다른 곳으로 전송하는데 이용될 뿐만 아니라 도파로의 구조에 따라 광신호를 분할하거나, 모으는 것이 가능해지고, 변조, 복조, 스위칭 및 다중화 등의 기능도 수행할 수 있다.
또한, 기판상에 광도파로를 제작할 경우 광섬유에 비해 구조적으로 안전하고, 소형으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 다양하고 복잡한 광회로 요소 및 발광소자, 수광소자, 신호처리용 소자 등을 함께 집적하는 것이 용이한 장점을 제공한다.
기판상에 제작되는 평면형 광도파로(planar lightwave circuit)는 일반적으로 실리콘 기판 위에 하부 클래드층, 코어층 및 상부 클래드층을 갖는 구조로 제작된다. 또한, 최근에는 하부 클래드층을 생략할 수 있도록 하부 클래드층 기능을 할 수 있는 수정(Quartz) 기판 상에 코어층을 바로 형성하는 방법이 알려져 있다.
그런데, 수정기판 위에 코어층을 바로 증착하는 경우 코어층을 원하는 도파로 구조에 대응되게 마스크층을 이용하여 식각시 이종 재료인 코어층과 수정기판의 식각률 차이에 의해 식각 이온들이 코어층과 수정기판의 경계면 사이에 주로 밀집됨으로서 코어층의 수직한 식각면을 따라 수정기판 내까지 일정깊이로 식각되는 언더컷(under cut)이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 언더컷 발생은 식각과정을 거쳐 패턴닝된 코어층 상부와 노출된 수정기판 위에 상부 클래드층을 증착시 코어층이 언터컷에 의해 기울여지거나 찌그러지는 것과 같이 형상이 변형되어 균일도(uniformity)가 저하되고, 이러한 형상변형은 결과적으로 도파광의 광손실을 야기시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 코어층의 패턴닝시 언터컷 발생을 억제시켜 균일한 도파구조를 갖는 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평면형 광도파로 구조체는 수정기판과; 상기 수정기판 위에 형성하고자 하는 도파로에 대응되게 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 버퍼층과; 상기 버퍼층 위에 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 코어층과; 노출된 상기 수정기판의 상면과 상기 코어층을 감싸도록 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 증착된 상부 클래드층;을 구비한다.
바람직하게는 상기 버퍼층과 상기 코어층의 상기 붕소과 인의 동일 소재끼리의 첨가비는 동일하게 적용된다.
더욱 바람직하게는 상기 버퍼층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 95중량%로 이루어지고, 상기 코어층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%, 게르마늄(Ge) 7중량%로 이루어지고, 상기 상부 클래드층은 붕소(B) 7중량%, 인(P) 5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%로 이루어진다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평면형 광도파로 제조방법은 가. 수정기판 위에 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 버퍼층을 0.5 내지 1㎛의 두께로 증착하는 단계와; 나. 상기 버퍼층 위에 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 코어층을 증착하는 단계와; 다. 상기 코어층으로부터 상기 수정기판 상면까지 형성하고자 하는 광도파로에 대응되게 식각에 의해 패턴닝하는 단계와; 라. 노출된 상기 수정기판의 상면과 상기 코어층을 감싸도록 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 상부 클래드층을 증착하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법에 의하면, 코어층의 패턴닝시 언더컷 발생이 억제됨으로써 균일한 형상의 도파구조를 형성할 수 있고, 코어층에 함유된 도핑원소의 타층으로의 확산이 억제됨으로써 품질을 높일 수 있는 장점을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평면형 광도파로 구조체 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 평면형 광도파로 구조체를 나타내 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 평면형 광도파로 구조체는 수정기판(10), 버퍼층(20), 코어층930) 및 상부 클래드층(40)을 구비한다.
버퍼층(20)은 수정 기판(10) 위에 도파로에 해당하는 코어층(30)의 폭에 대 응되게 형성되어 있다.
버퍼층(20)은 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 형성된다.
버퍼층(20)은 0.5 내지 1㎛의 두께로 증착한다. 버퍼층(20)은 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 증착하는 것이 바람직하다.
코어층(30)은 버퍼층(20) 위에 형성되어 있다. 코어층(30)은 적용하고자 하는 도파로의 구조에 따라 상호 이격되게 다수가 형성될 수 있음은 물론이다.
코어층(30)은 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 형성된다.
여기서, 코어층(30) 증착시 코어층(30)에 포함된 도핑원소가 버퍼층(20)으로 확산되는 것을 억제하도록 코어층(30)에 함유되는 붕소(B)과 인(P)에 대한 각각의 함량은 버퍼층(20)을 이루는 성분 중 동일 소재끼리의 첨가비가 동일하도록 적용된다.
상부 클래드층(40)은 노출된 수정기판(10)의 상면과 코어층(30)을 감싸도록 형성되어 있다.
상부 클래드층(40)은 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 형성된다.
이러한 광도파로 구조체에서 버퍼층(20)은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 95중량%로, 코어층(30)은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%, 게르마늄(Ge) 7중량%로, 상부 클래드층(40)은 붕소(B) 7중량%, 인(P) 5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 이러한 광도파로 구조체의 제조과정을 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
먼저, 수정기판(10) 위에 PECVD에 의해 붕소(B), 인(P), 규소(Si) 및 산소(O2)를 이용하여 버퍼층(20)을 0.5 내지 1㎛의 두께로 증착한다.
버퍼층(20)은 증착 이후 1050 내지 1150℃, 더욱 바람직하게는 1100℃로 10초 동안 열처리한다.
다음은 버퍼층(20) 위에 PECVD에 의해 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소(Si) 및 산소(O2)를 이용하여 코어층(30)을 증착한다.
코어층(30)도 증착 이후 1100℃로 1시간 동안 열처리한다.
이후, 코어층(30)으로부터 수정기판(10) 상면까지 형성하고자 하는 광도파로에 대응되게 식각에 의해 패턴닝한다.
이러한 코어층의 패턴닝 과정을 더욱 상세하게 설명하면 먼저, 코어층(30) 위에 패턴닝을 위한 마스크층을 형성한다.
마스크층은 금속층과 감광층을 모두 이용하는 방식 또는 감광층을 이용하는 방식을 적용할 수 있고, 이하에서는 감광층만 이용하는 방식을 설명한다.
먼저, 코어층(30) 위에 도 2에 도시된 바와 같이 포토레지스터를 이용하여 감광층(50)을 형성하고, 형성하고자 하는 패턴에 대응되는 마스크를 이용하여 자외 선에 의해 경화시킨 다음 도 3에 도시된 바와 같이 형성하고자 하는 패턴에 대응되는 부분 이외의 제거대상 부분을 식각에 의해 제거한다.
이후, 건식식각 장치 예를 들면 ICP(Ionization Coupled Plasma)를 이용하여 도 4에 도시된 바와 같이 코어층(30) 및 버퍼층(20)까지 수직으로 식각한다.
다음은 코어층(30) 위에 잔류하는 감광층(50)을 제거한 후 노출된 수정기판(10)의 상면과 코어층(30)을 감싸도록 상부 클래드층(40)을 PECVD에 의해 증착한다.
상부 클래드층(40)도 증착 이후 900℃로 2시간 동안 열처리한다.
이러한 제조과정을 거쳐 제조된 광도파로 구조체는 버퍼층(20)을 이루고 있는 성분이 수정기판(10)과 코어층(30)의 열팽창계수 차이를 완충시키는 역할을 함으로써 계면 상호간의 접합성을 향상시키고, 박리를 억제함과 아울러 코어층(30)을 이루고 있는 성분의 외부층 즉 버퍼층(20)으로의 확산이 억제되어 균일한 품질의 도파로를 제공할 수 있다.
또한, 코어층(30)의 식각과정에서 버퍼층(20)에 의해 언터컷 발생이 억제됨으로써 균일한 형상의 코어층(30)을 패턴닝 할 수 있어 계면 부근에서의 굴절율 편차를 줄일 수 있어 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 평면형 광도파로 구조체를 나타내 보인 단면도이고,
도 2 내지 도 4는 도 1의 평면형 광도파로 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 수정기판과;
    상기 수정기판 위에 형성하고자 하는 도파로에 대응되게 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 0.5 내지 1㎛의 두께로증착된 버퍼층과;
    상기 버퍼층 위에 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 증착된 코어층과;
    노출된 상기 수정기판의 상면과 상기 코어층을 감싸도록 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 증착된 상부 클래드층;을 구비하고,
    상기 버퍼층과 상기 코어층의 상기 붕소과 인의 동일 소재끼리의 첨가비는 동일한 것을 특징으로 하는 평면형 광도파로 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 버퍼층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 95중량%로 이루어지고,
    상기 코어층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%, 게르마늄(Ge) 7중량%로 이루어지고,
    상기 상부 클래드층은 붕소(B) 7중량%, 인(P) 5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 광도파로 구조체.
  4. 삭제
  5. 가. 수정기판 위에 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 버퍼층을 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 0.5 내지 1㎛의 두께로 증착하는 단계와;
    나. 상기 버퍼층 위에 게르마늄(Ge), 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 코어층을 증착하는 단계와;
    다. 상기 코어층으로부터 상기 수정기판 상면까지 형성하고자 하는 광도파로에 대응되게 식각에 의해 패턴닝하는 단계와;
    라. 노출된 상기 수정기판의 상면과 상기 코어층을 감싸도록 붕소(B), 인(P), 규소산화물(SiO2)로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 상부 클래드층을 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 버퍼층과 상기 코어층의 상기 붕소과 인의 동일 소재끼리의 첨가비는 동일하게 적용하는 것을 특징으로 하는 평면형 광도파로 구조체의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 버퍼층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산 화물(SiO2) 95중량%로 이루어지고,
    상기 코어층은 붕소(B) 2.5중량%, 인(P) 2.5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%, 게르마늄(Ge) 7중량%로 이루어지고,
    상기 상부 클래드층은 붕소(B) 7중량%, 인(P) 5중량%, 규소산화물(SiO2) 88중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 광도파로 구조체의 제조방법.
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