JP4259399B2 - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、図16(a)に示すように、シリコン基板100を用意し、図16(b)に示すように、CVDにより低屈折率のSiO2層110を堆積してSiO2層110を下部クラッド層とする。次に、図16(c)に示すように、コア層となる高屈折率のSiO2層111を堆積する。その後、図17(a)に示すように、エッチング用のマスク材(例えばCr膜)を堆積してフォト工程により所望の形状にエッチングしてマスク112を形成する。そして、図17(b)に示すように、コア層となるSiO2層111をドライエッチング等によりエッチングする。ここまでで、最低限の機能をもつ光導波路が実現する。なぜなら、コア層であるSiO2層111に入った光は、上下方向にはコア層であるSiO2層111よりも屈折率の低いSiO2層(クラッド層)110およびエア層に囲まれることになるため閉じ込められ、横方向にも屈折率の低いエア層に囲まれるため、コア層であるSiO2層111内に閉じ込められつつ伝播することになる。実際にはコア層であるSiO2層111の保護のため、図17(c)に示すようにマスクを除去した後、図17(d)に示すように、再び屈折率の低いSiO2層(上部クラッド層)113を再度、堆積させることが多い。
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1には本実施形態における光導波路の斜視図を示す。図2には光導波路の縦断面図を示す。図3には、図2のA−A線での断面図を示す。
まず、図4に示すように、シリコン基板1の上に所定の形状のエッチングマスク10を形成する(マスク10をパターニングする)。マスク10としては、レジスト、あるいはシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いる。この時、周期的なトレンチ構造とするためのマスク開口部10aの間の幅W11を例えば0.82μmとするとともにマスク開口部10aの幅W12を例えば1.00μmとする。即ち、W11:W12=0.45:0.55程度にする。
引き続き、図6に示すように、マスク10を除去する。この後、必要に応じてトレンチ11の側壁面の平坦化工程を追加する。ここで、上面でのトレンチ11間のシリコン層12の幅W11は例えば0.82μm、トレンチ11の上端におけるトレンチ幅W12は例えば1.00μm、トレンチ深さL1は例えば50μmとする。
詳しくは、図16,17においては、シリコン酸化層(SiO2層)を堆積させてエッチングする。このような製造方法では、SiO2層(110,111,113)を何度も堆積させたり、メタルマスク112を形成する必要があるため、工程が複雑となる。特に、SiO2層111のエッチングは、例えばシリコン基板100のエッチングと比較してプロセス技術的に難易度が高いため、
(i)深いエッチングができない。
(iii)エッチング側面が荒れる。
等の問題が生じる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態においては、光透過用ブロック20においてコア層を上部ではなく、上下方向の中央部に形成している。つまり、シリコン基板1の台座部2上には光透過用ブロック20が形成され、光透過用ブロック20に関して、シリコン基板1上に、平面形状が帯状をなすシリコン酸化物の柱21が複数、上下方向における所定高さ位置で接するとともに当該部位よりも上方および下方において空隙22,23が形成された状態で立設され、かつ、空隙22,23は所定高さ位置より上下方向に離れるほど幅が広くなっている。よって、シリコン酸化物の柱21の幅を「W1」、シリコン酸化物の柱21の間の空隙22,23の幅を「W2」としたとき、「W1/W2」が所定高さ位置より上下方向に離れるほど小さくなっている。
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施形態を、第1,2の実施形態との相違点を中心に説明する。
光導波路は、必ずしも1本の線ではなく、1本から複数本に分岐(分波)させたり、あるいは複数本から1本に集合(合波)することが多い。
図14の導波路は隣接して立設する5個のシリコンの柱50からなっている。各シリコンの柱50の幅は1.64μmであり、それらの間のトレンチ51の幅は2.00μmとなっている。このように、それらの幅の比が0.45:0.55となっている。そのため、この後の熱酸化工程で3.64μm以上の膜厚が得られる時間以上、熱酸化を行えば、各トレンチ51は埋まると同時に各シリコンの柱50の内部もSiO2に置換される。
図14の符号L2で示す幅減少区間において連続的に、各シリコンの柱50および各トレンチ51の幅は縮小し、この区間L2の右端では、左端の約0.55倍に縮小される。そのため、この区間L2の左端では全体の幅が16.20μmであったのが、この区間L2の右端では8.92μmになる。
Claims (11)
- シリコン基板の非熱酸化部分の上に、熱酸化部分である平面形状が帯状をなすシリコン酸化物の柱を複数備えてなり、それらシリコン酸化物の柱は、その上部において互いに接するとともに、この互いに接する部位よりも下方において前記シリコン基板の非熱酸化部分側ほど幅が広くなる空隙が形成された状態で立設され、同シリコン酸化物の柱が互いに接する部位を含んで光を伝播させるコア層が形成されてなることを特徴とする光導波路。
- 前記空隙の幅の差による最大平均屈折率と最小平均屈折率とは4%以上の差があることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
- 前記複数のシリコン酸化物の柱は、当該光導波路を伝播する光の伝播方向の端部が、前記シリコン基板の非熱酸化部分の上に立設されたシリコン酸化物の柱によって互いに連結されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路。
- 前記複数のシリコン酸化物の柱は、前記光の伝播方向に延設される途中が、前記シリコン基板の非熱酸化部分の上に立設されたシリコン酸化物の柱によって互いに連結されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路。
- パターニングしたマスクを用いたトレンチエッチングによりシリコン基板に多数のトレン
チを並設する際に、それらトレンチと隣合うシリコン層の幅を「W11」とし、同トレンチの幅を「W12」とするとき、該トレンチの上部においてこれらシリコン層の幅「W11」とトレンチの幅「W12」との比が、
W11:W12=0.45:0.55
であるとともに、その下方ほど幅が広くなるように各トレンチを形成する第1工程と、
熱酸化により前記トレンチ内にシリコン酸化物を形成してかつトレンチ間のシリコン層をシリコン酸化物で完全に置き換えるとともに、それらシリコン酸化物で置き換えた部分に上下方向における下方側ほど幅が広くなる空隙を形成して、同部分をシリコン基板のうち同部分の下方にあってシリコン酸化物で置き換えられていない部分と一体化された光透過用ブロックとする第2工程と、
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。 - シリコン基板の非熱酸化部分の上に、熱酸化部分である平面形状が帯状をなすシリコン酸化物の柱を複数備えてなり、それらシリコン酸化物の柱は、その上下方向における所定の高さ位置で互いに接するとともに、この互いに接する部位よりも上方および下方において上下に離間するほど幅が広くなる空隙が形成された状態で立設され、同シリコン酸化物の柱が互いに接する部位を含んで光を伝播させるコア層が形成されてなることを特徴とする光導波路。
- 前記空隙の幅の差による最大平均屈折率と最小平均屈折率とは4%以上の差があることを特徴とする請求項6に記載の光導波路。
- 前記複数のシリコン酸化物の柱は、当該光導波路を伝播する光の伝播方向の端部が、前記シリコン基板の非熱酸化部分の上に立設されたシリコン酸化物の柱によって互いに連結されてなることを特徴とする請求項6または7に記載の光導波路。
- 前記複数のシリコン酸化物の柱は、前記光の伝播方向に延設される途中が、前記シリコン基板の非熱酸化部分の上に立設されたシリコン酸化物の柱によって互いに連結されてなることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の光導波路。
- パターニングしたマスクを用いたシリコン基板に対するトレンチエッチングに係るプロセス条件を途中で変更して、その前半においてはトレンチの断面形状がテーパ形状となるプロセス条件を設定するとともに、後半においてはトレンチの断面形状が逆テーパ形状とな
るプロセス条件を設定して、前記シリコン基板の所定高さ位置に比べ上方および下方ほど幅が広くなるトレンチを多数並設する工程であって、前記トレンチと隣合うシリコン層の幅を「W11」とし、同トレンチの幅を「W12」とするとき、前記所定高さ位置におけるこれらシリコン層の幅「W11」とトレンチの幅「W12」との比を
W11:W12=0.45:0.55
とする第1工程と、
熱酸化により前記トレンチ内にシリコン酸化物を形成してかつトレンチ間のシリコン層をシリコン酸化物で完全に置き換えるとともに、それらシリコン酸化物で置き換えた部分に上下方向における前記所定高さ位置から上下に離間するほど幅が広くなる空隙を形成して、同部分をシリコン基板のうち同部分の下方にあってシリコン酸化物で置き換えられていない部分と一体化された光透過用ブロックとする第2工程と、
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。 - 複数の光伝送路を集合させる区間において、平面での各シリコン酸化物の柱の延設方向に沿って連続的に各シリコン酸化物の柱の幅を縮小することにより導波路全体の幅を縮小したことを特徴とする請求項1〜4,6〜9のいずれか1項に記載の光導波路。
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