(57)【要約】【課題】伝送する光について損失が発生することを防止し、また、製造プロセスの効率化を実現する。【解決手段】ハードマスクＨＭを用いて単結晶シリコン膜について異方性エッチング処理を実施し、単結晶シリコンパターンを形成する。そして、単結晶シリコンパターンについて熱酸化処理を実施し、その単結晶シリコンパターンにて露出する側壁部分を酸化シリコンに変質することによって第２クラッド層２０１を形成すると共に、その単結晶シリコンパターンの内部にコア層１１１を形成する。ここでは、等方性の熱酸化処理を実施する。【選択図】図５
2010014880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１クラッド層上に、コア層と、前記コア層を被覆する第２クラッド層とを設けることによって、光導波路を製造する光導波路製造工程
を有し、
前記光導波路製造工程は、
前記第１クラッド層上に単結晶シリコン膜が形成された基体を準備する工程と、
前記単結晶シリコン膜上であって前記コア層が形成される領域上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクを用いて前記単結晶シリコン膜について異方性エッチング処理を実施することによって、前記第１クラッド層上に単結晶シリコンパターンを形成するエッチング処理工程と、
前記単結晶シリコンパターンについて熱酸化処理を実施し、前記単結晶シリコンパターンの側面部分を酸化シリコンに変質することによって、前記第２クラッド層を形成すると共に、前記単結晶シリコン膜の内側部分を前記コア層として形成する熱酸化処理工程と
を含み、
前記熱酸化処理工程では、
前記単結晶シリコンパターンが前記第１クラッド層に接する第１の界面部分および前記単結晶シリコンパターンが前記ハードマスクに接する第２の界面部分とのそれぞれが、前記単結晶シリコンパターンにて前記第１の界面部分と前記第２の界面部分との間の部分よりも速い速度で酸化される等方性の熱酸化処理を、前記熱酸化処理として実施する、
光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記光導波路製造工程は、
前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆するように、第３クラッド層を形成する工程
を、さらに有する、
請求項１に記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
基板上に設けられた第１クラッド層に、コア層と、前記コア層を被覆する第２クラッド層とを設けることによって、光導波路を製造する光導波路製造工程
を有し、
前記光導波路製造工程は、
前記第１クラッド層上に単結晶シリコン膜が設けられた基体を準備する工程と、
前記単結晶シリコン膜上であって前記コア層が形成される領域上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクが形成された前記単結晶シリコン膜について熱酸化処理を実施し、前記単結晶シリコン膜を酸化シリコンに変質することによって、前記単結晶シリコン膜にて前記ハードマスクが設けられた部分の側面部分に前記第２クラッド層を形成すると共に、前記単結晶シリコン膜にて前記ハードマスクが設けられた部分の内側部分を前記コア層として形成する熱酸化処理工程と
を含み、
前記熱酸化処理工程では、
前記単結晶シリコン膜が前記第１クラッド層に接する第１の界面部分および前記単結晶シリコン膜が前記ハードマスクに接する第２の界面部分とのそれぞれが、前記単結晶シリコン膜にて前記第１の界面部分と前記第２の界面部分との間の部分よりも速い酸化速度で酸化される等方性の熱酸化処理を、少なくとも、前記熱酸化処理として実施する、
光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記熱酸化処理工程では、
前記単結晶シリコン膜において前記ハードマスクが形成されずに露出している部分を酸化シリコンに変質する異方性の熱酸化処理を、前記等方性の熱酸化処理の実施前に、さらに実施する、
請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記光導波路製造工程は、
前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆するように、第３クラッド層を形成する工程
を、さらに有する、
請求項４に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に設けられている第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に設けられているコア層と、
前記コア層の側面を被覆している第２クラッド層と
を有し、
前記コア層は、光の伝送方向に対して垂直な面の断面が、前記クラッド層にて当該コア層が設けられた面に垂直な方向を軸にして対称な形状であって、当該断面において前記第１クラッド層側の一端部および当該一端部に対して反対側の他端部に位置する幅が、当該一端部と当該他端部との間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成されている
光導波路。
【請求項７】
前記コア層は、前記断面が円形状である、
請求項６に記載の光導波路。
【請求項８】
前記第１クラッド層は、酸化シリコンによって形成されており、
前記コア層は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記第２クラッド層は、酸化シリコンによって形成されている、
請求項７に記載の光導波路。
【請求項９】
前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆している第３クラッド層
を、さらに有する、
請求項８に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路およびその製造方法に関する。特に、本発明は、オプトエレクトロニクス分野、光通信分野において使用される光伝送回路に用いられる光導波路と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、コア層とクラッド層とを有しており、コア層において光を伝送し、クラッド層において、その伝送される光をコア層に閉じ込めるように形成されている。
【０００３】
上記の光導波路は、たとえば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成される。具体的には、シリコン基板に埋め込み酸化膜(Ｂｏｘ)が設けられており、その上層に単結晶シリコン層（Ｂｏｄｙ）が設けられているＳＯＩ基板を用いて形成される。
【０００４】
この場合には、たとえば、上層にある単結晶シリコン層をパターン加工することで、コア層が形成される。そして、埋め込み酸化膜をアンダークラッド層として用いると共に、上記のコア層を覆うように、たとえば、酸化シリコンを積層して、オーバークラッド層を設けることによって、クラッド層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記の構成においては、コア層を構成する単結晶シリコンの屈折率が、３．８〜４．０であるのに対して、クラッド層を構成する酸化シリコンの屈折率が、約１．５である。このため、両者の間における屈折率差が大きいので、コア層においてクラッド層が光を閉じ込める効果が有効に発揮される。
【０００６】
なお、単結晶シリコンは、半導体であるため、そのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有する光については、吸収されるが、光通信において用いられる波長帯（たとえば、１．３１，１．５５μｍ）の光については、透過する。
【０００７】
上記のように光導波路を製造する際には、半導体プロセス技術が用いられている。
【０００８】
ここでは、たとえば、コア層へのパターン加工において、リソグラフィ技術が用いられている。
【０００９】
具体的には、単結晶シリコン層の上にマスクを形成後、そのマスクを用いて単結晶シリコン層についてドライエッチング処理を実施することによって、コア層が形成される。このため、コア層においては、その表面の凹凸が大きくなる場合があるために、伝送する光について損失が発生する場合がある。たとえば、マスクの形成にて用いるフォトレジスト膜と、ドライエッチング処理において用いるエッチングガスとの反応物が、被加工物の側壁に付着する場合があるために、上記のような不具合が発生する場合がある。このため、このマスクの形成の際には、ＥＢリソグラフィーが利用されている。
【００１０】
また、上記のような不具合を改善するために、さまざまな方法が提案されている（たとえば、特許文献２，特許文献３参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１２３３４１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開２００６／０１０５５０９号明細書
【特許文献３】特開２００４−１２６２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のような光導波路においては、コア層にて伝送する光について損失が発生することを、十分に防止することが困難な場合がある。
【００１３】
特に、シングルモードに対応するように形成された光導波路においては、この不具合の発生が顕在化する場合がある。
【００１４】
また、上記においては、工程数が増加するなどの不具合が生じるために、製造プロセスの効率化を実現することが困難になる場合がある。
【００１５】
したがって、本発明は、伝送する光について損失が発生することを防止し、また、製造プロセスの効率化が実現可能な光導波路およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、基板上に設けられた第１クラッド層上に、コア層と、前記コア層を被覆する第２クラッド層とを設けることによって、光導波路を製造する光導波路製造工程を有し、前記光導波路製造工程は、前記第１クラッド層上に単結晶シリコン膜が形成された基体を準備する工程と、前記単結晶シリコン膜上であって前記コア層が形成される領域上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記ハードマスクを用いて前記単結晶シリコン膜について異方性エッチング処理を実施することによって、前記第１クラッド層上に単結晶シリコンパターンを形成するエッチング処理工程と、前記単結晶シリコンパターンについて熱酸化処理を実施し、前記単結晶シリコンパターンの側面部分を酸化シリコンに変質することによって、前記第２クラッド層を形成すると共に、前記単結晶シリコン膜の内側部分を前記コア層として形成する熱酸化処理工程とを含み、前記熱酸化処理工程では、前記単結晶シリコンパターンが前記第１クラッド層に接する第１の界面部分および前記単結晶シリコンパターンが前記ハードマスクに接する第２の界面部分とのそれぞれが、前記単結晶シリコンパターンにて前記第１の界面部分と前記第２の界面部分との間の部分よりも速い速度で酸化される等方性の熱酸化処理を、前記熱酸化処理として実施する。
【００１７】
好適には、前記光導波路製造工程は、前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆するように、第３クラッド層を形成する工程を、さらに有する。
【００１８】
本発明は、基板上に設けられた第１クラッド層に、コア層と、前記コア層を被覆する第２クラッド層とを設けることによって、光導波路を製造する光導波路製造工程を有し、前記光導波路製造工程は、前記第１クラッド層上に単結晶シリコン膜が設けられた基体を準備する工程と、前記単結晶シリコン膜上であって前記コア層が形成される領域上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記ハードマスクが形成された前記単結晶シリコン膜について熱酸化処理を実施し、前記単結晶シリコン膜を酸化シリコンに変質することによって、前記単結晶シリコン膜にて前記ハードマスクが設けられた部分の側面部分に前記第２クラッド層を形成すると共に、前記単結晶シリコン膜にて前記ハードマスクが設けられた部分の内側部分を前記コア層として形成する熱酸化処理工程とを含み、前記熱酸化処理工程では、前記単結晶シリコン膜が前記第１クラッド層に接する第１の界面部分および前記単結晶シリコン膜が前記ハードマスクに接する第２の界面部分とのそれぞれが、前記単結晶シリコン膜にて前記第１の界面部分と前記第２の界面部分との間の部分よりも速い酸化速度で酸化される等方性の熱酸化処理を、少なくとも、前記熱酸化処理として実施する。
【００１９】
好適には、前記熱酸化処理工程では、前記単結晶シリコン膜において前記ハードマスクが形成されずに露出している部分を酸化シリコンに変質する異方性の熱酸化処理を、前記等方性の熱酸化処理の実施前に、さらに実施する。
【００２０】
好適には、前記光導波路製造工程は、前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆するように、第３クラッド層を形成する工程を、さらに有する。
【００２１】
本発明の光導波路は、基板と、前記基板上に設けられている第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けられているコア層と、前記コア層の側面を被覆している第２クラッド層とを有し、前記コア層は、光の伝送方向に対して垂直な面の断面が、前記クラッド層にて当該コア層が設けられた面に垂直な方向を軸にして対称な形状であって、当該断面において前記第１クラッド層側の一端部および当該一端部に対して反対側の他端部に位置する幅が、当該一端部と当該他端部との間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成されている。
【００２２】
好適には、前記コア層は、前記断面が円形状である。
【００２３】
好適には、前記第１クラッド層は、酸化シリコンによって形成されており、前記コア層は、単結晶シリコンによって形成されており、前記第２クラッド層は、酸化シリコンによって形成されている。
【００２４】
好適には、前記コア層と前記第２クラッド層とを被覆している第３クラッド層を、さらに有する。
【００２５】
本発明では、コア層について、光の伝送方向に対して垂直な面の断面が基板の面に垂直な方向を軸に対称な形状であって、その断面において第１クラッド層側の一端部および他端部に位置する幅が、この間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、伝送する光について損失が発生することを防止し、また、製造プロセスの効率化が可能な光導波路およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下より、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
＜実施形態１＞
（装置構成）
図１と図２は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路１を示す図である。ここでは、図１は、本発明にかかる実施形態１の光導波路１の断面を示す断面図である。一方、図２は、本発明にかかる実施形態１の光導波路１の上面図である。図１において、（ａ）は、図２に示すＡ−Ａ線に対応する断面図であり、（ｂ）は、図２に示すＢ−Ｂ線に対応する断面図である。
【００２９】
図１に示すように、光導波路１は、基板１００と、第１クラッド層１０１と、コア層１１１と、第２クラッド層２０１と、第３クラッド層３０１とを有し、シングルモードに対応するように形成されている。
【００３０】
基板１００は、単結晶シリコンからなり、図１に示すように、主面には、第１クラッド層１０１、コア層１１１、第２クラッド層２０１、第３クラッド層３０１が形成されている。
【００３１】
第１クラッド層１０１は、図１に示すように、基板１００上に設けられている。この第１クラッド層１０１は、たとえば、酸化シリコン膜によって形成されている。本実施形態においては、第１クラッド層１０１は、ＳＯＩ基板に設けられた、埋め込み酸化膜（Ｂｏｘ）であり、基板１００の主面の全面に設けられている。具体的には、第１クラッド層１０１は、シリコン基板の表面から酸素をイオン注入することによって埋め込み、高熱で酸化させることで形成される。また、第１クラッド層１０１は、いわゆるアンダークラッド層であり、図１に示すように、上方に、コア層１１１が形成されている。
【００３２】
コア層１１１は、図１（ａ）に示すように、第１クラッド層１０１上に形成されている。ここでは、コア層１１１は、第１クラッド層１０１の上面において、第１クラッド層１０１から凸状に突出するように設けられている。そして、コア層１１１は、図１（ｂ）および図２に示すように、基板１００の主面において、ｙ方向に延在するように形成されている。
【００３３】
このコア層１１１は、たとえば、単結晶シリコンによって形成されている。詳細については後述するが、コア層１１１は、ＳＯＩ基板において埋め込み酸化膜(Ｂｏｘ)の上層に設けられた単結晶シリコン層（Ｂｏｄｙ）を加工することで形成される。
【００３４】
本実施形態においては、コア層１１１は、図１（ａ）に示すように、基板１００の主面に対して垂直なｘｚ面における断面において、凸状に突出した部分の側面に、第２クラッド層２０１が被覆するように設けられている。ここでは、コア層１１１は、この第２クラッド層２０１との界面が曲面を含むように形成されている。
【００３５】
具体的には、コア層１１１は、光の伝送方向（ｙ方向）に対して垂直なｘｚ面に対応する断面が、基板１００の主面に垂直なｚ方向を軸にして、対称な形状になるように形成されている。また、コア層１１１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面の断面にて、第１クラッド層１０１の側の下端部および下端部に対して反対側の上端部に位置する幅が、この下端部と上端部との間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成されている。
【００３６】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、コア層１１１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面が円形になるように形成されている。
【００３７】
また、コア層１１１は、図１（ｂ）に示すように、凸状に突出した部分の上面に、ハードマスクＨＭが設けられている。詳細については後述するが、このハードマスクＨＭは、ＳＯＩ基板に設けられた単結晶シリコン層（Ｂｏｄｙ）についてエッチング処理し、パターン加工する際に、マスクとして使用されるものである。たとえば、このハードマスクＨＭは、窒化シリコン膜である。
【００３８】
そして、コア層１１１は、図１（ａ）に示すように、第２クラッド層２０１およびハードマスクＨＭを介して、第３クラッド層３０１によって、表面が被覆されている。
【００３９】
第２クラッド層２０１は、図１（ａ）に示すように、第１クラッド層１０１上に形成されている。ここでは、第２クラッド層２０１は、コア層１１１を被覆するように設けられている。そして、第２クラッド層２０１は、コア層１１１において凸状に突出した部分の側面に設けられている。
【００４０】
この第２クラッド層２０１は、酸化シリコンによって形成されている。詳細については後述するが、第２クラッド層２０１は、ＳＯＩ基板において埋め込み酸化膜(Ｂｏｘ)の上層に設けられた単結晶シリコン層（Ｂｏｄｙ）についてパターン加工後に、熱酸化処理を実施することで形成される。ここでは、第２クラッド層２０１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面において、第１クラッド層１０１側の下端部およびこの下端部に対して反対側の上端部の層厚が、この下端部と上端部との間の中心部の層厚よりも、厚くなるように形成されている。
【００４１】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第２クラッド層２０１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面において、コア層１１１との界面が円形になるように形成されている。
【００４２】
第３クラッド層３０１は、図１に示すように、コア層１１１と第２クラッド層２０１とを被覆するように、第１クラッド層１０１の上面に設けられている。この第３クラッド層３０１は、酸化シリコンによって形成されている。
【００４３】
（製造方法）
以下より、上記の光導波路１の製造方法について説明する。
【００４４】
図３と図４と図５とのそれぞれは、本発明にかかる実施形態１において、光導波路１について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。図３と図４と図５とにおいては、図１（ａ）と同様に、図２に示すＡ−Ａ線に対応する断面について示している。そして、この図３と図４と図５とにおいては、本実施形態の光導波路１を製造する製造工程について、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の順で示している。
【００４５】
まず、図３（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１０の準備が実施される。
【００４６】
ここでは、図３（ａ）に示すように、基板１００の表面に埋め込み酸化膜（Ｂｏｘ）が第１クラッド層１０１として設けられていると共に、その第１クラッド層１０１の表面に単結晶シリコン膜１１０が設けられたＳＯＩ基板１０が準備される。
【００４７】
具体的には、第１クラッド層１０１として設けられた埋め込み酸化膜（Ｂｏｘ）が、１μｍ以上の層厚であって、単結晶シリコン膜１１０が、０．２〜０．５μｍの膜厚で形成されているものが、準備される。
【００４８】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜ＨＭｎの成膜が実施される。
【００４９】
ここでは、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１０において設けられた単結晶シリコン膜１１０の表面に、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜ＨＭｎが設けられる。
【００５０】
具体的には、減圧化学的気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ）によって、単結晶シリコン膜１１０の表面に、この窒化シリコン膜ＨＭｎが成膜される。この窒化シリコン膜ＨＭｎは、５０〜５００ｎｍの膜厚になるように形成される。この窒化シリコン膜ＨＭｎの膜厚は、後述するエッチング処理の条件および熱酸化処理の条件に応じて、適宜、選択して設定される。たとえば、典型的には、膜厚が、１００±５０ｎｍになるように、この窒化シリコン膜ＨＭｎが形成される。
【００５１】
つぎに、図４（ｃ）に示すように、ハードマスクＨＭの形成が実施される。
【００５２】
ここでは、図１に示した光導波路１においてコア層１１１と第２クラッド層２０１とを形成する領域に対応するように、このハードマスクＨＭが、図４（ｃ）に示すように形成される。
【００５３】
具体的には、図３（ｂ）に示した窒化シリコン膜ＨＭｎの表面に、フォトレジスト膜（図示なし）を成膜する。その後、図１に示した光導波路１においてコア層１１１と第２クラッド層２０１とを形成する領域に対応するように、リソグラフィ技術によって、そのフォトレジスト膜（図示なし）をパターン加工し、フォトレジストマスク（図示なし）を形成する。たとえば、光リソグラフィによって、このパターン加工が実施される。そして、そのフォトレジストマスク（図示なし）を用いて、窒化シリコン膜ＨＭｎについてエッチング処理を実施後、フォトレジストマスク（図示なし）を剥離する。ここでは、異方性エッチング処理が実施される。このように窒化シリコン膜ＨＭｎをパターン加工することによって、ハードマスクＨＭが形成される。
【００５４】
なお、光リソグラフィではなく、電子線を用いたＥＢリソグラフィによって、このパターン加工の実施をしてもよい。
【００５５】
つぎに、図４（ｄ）に示すように、単結晶シリコンパターン１１０Ｐの形成が実施される。
【００５６】
ここでは、図４（ｃ）に示している単結晶シリコン膜１１０について、ハードマスクＨＭを用いて異方性エッチング処理を実施することによって、単結晶シリコン膜１１０のパターン加工が実施される。このパターン加工の実施によって、図４（ｄ）に示すように、基板１００の面において凸状に突き出た単結晶シリコンパターン１１０Ｐが形成される。
【００５７】
本実施形態においては、図４（ｄ）に示すように、基板１００の主面において、複数の単結晶シリコンパターン１１０Ｐがｘ方向に並ぶように、単結晶シリコンパターン１１０Ｐが形成される。ここでは、矩形形状に、この単結晶シリコンパターン１１０Ｐが形成される。
【００５８】
たとえば、ＩＣＰ，ＥＣＲなどを用いた高密度プラズマを適用した装置によって、以下のような条件で、この異方性エッチング処理が実施される。
・圧力：０．５〜１．５Ｐａ
・マイクロ波パワー：６００〜９００Ｗ
・バイアスパワー：１００〜４００Ｗ
・プロセスガス：（Ｃｌ２、または、ＨＢｒ）＋キャリアガス（Ａｒ，Ｈｅ）
・流量：２００ｓｃｃｍ
【００５９】
この後、上記のエッチング処理の実施における残渣の除去を実施する。そして、その表面を、アンモニア過水、フッ酸加水などの洗浄液を用いて洗浄する。
【００６０】
つぎに、図５（ｅ）に示すように、コア層１１１と第２クラッド層２０１との形成が実施される。
【００６１】
ここでは、図４（ｄ）にて示した単結晶シリコンパターン１１０Ｐについて熱酸化処理を実施する。これにより、図５（ｅ）に示すように、単結晶シリコンパターン１１０Ｐにて露出する側壁部分が酸化シリコンに変質されて、第２クラッド層２０１が形成され、その単結晶シリコンパターン１１０Ｐの内部にコア層１１１が形成される。
【００６２】
本実施形態においては、等方性の熱酸化処理によって、コア層１１１と第２クラッド層２０１との形成が実施される。
【００６３】
図６は、本発明にかかる実施形態１において、コア層１１１と第２クラッド層２０１との形成において実施する等方性の熱酸化処理を示す図である。
【００６４】
図６において（ａ）は、本実施形態における等方性の熱酸化処理にて、単結晶シリコンパターン１１０Ｐが酸化された酸化膜厚Ｏｘと、熱酸化処理時間ｔとの関係を示している。一方で、（ｂ）は、本実施形態における等方性の熱酸化処理にて、単結晶シリコンパターン１１０Ｐが酸化された断面を、時間軸ｔに沿って示している。
【００６５】
この図６（ａ）においては、図６（ｂ）に示すように、単結晶シリコンパターン１１０Ｐが第１クラッド層１０１に接する第１の界面部分Ｓ１、および、単結晶シリコンパターン１１０ＰがハードマスクＨＭに接する第２の界面部分Ｓ２における結果Ｋ１を示している。そして、これと共に、図６（ａ）においては、その第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２との間のバルク部分Ｂの結果Ｋ２を示している。
【００６６】
図６（ａ）に示すように、第１の界面部分Ｓ１および第２の界面部分Ｓ２の結果Ｋ１と、その第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２との間のバルク部分Ｂの結果Ｋ２とを比較すると、前者の方が、傾きが大きく、酸化速度が高い。これは、第１の界面部分Ｓ１および第２の界面部分Ｓ２においては、その間のバルク部分Ｂよりも、酸素の拡散が急速であることに起因する。この現象は、たとえば、素子分離にて使用されるＬＯＣＯＳ酸化において生ずるものと同様である。すなわち、バーズビークといわれるものが、この第１の界面部分Ｓ１および第２の界面部分Ｓ２において生ずることによって、上記のように、熱酸化処理が実施される。
【００６７】
このように、本実施形態においては、第１の界面部分Ｓ１および第２の界面部分Ｓ２において、速い酸化速度で酸化が生ずるように、この熱酸化処理が実施される。
【００６８】
つまり、図６（ｂ）において左側から右側へ向かって示すように、単結晶シリコンパターン１１０Ｐにて第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２とのそれぞれが、その第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２との間の部分よりも速い酸化速度で酸化される。そして、図６（ｂ）にて右側に示すように、ｘｚ面における断面において、コア層１１１と第２クラッド層２０１との界面が、円形になるように形成される。
【００６９】
たとえば、以下のような条件で、この等方性の熱酸化処理が実施される。
・温度：９００〜１４００℃
・ガス種：Ｏ２
・流量：１０００〜２０００ｍｌ／ｍｉｎ
・形成速度：０．００１〜０．００５μｍ／ｍｉｎ
【００７０】
そして、上記の熱酸化処理の実施によって、図５（ｅ）に示すように、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面が円形になるように、コア層１１１が形成される。たとえば、幅が０．２〜０．５μｍであって、高さが、０．２〜０．５μｍになるように、このコア層１１１が形成される。
【００７１】
そして、これと共に、図５（ｅ）に示すように、コア層１１１において凸状に突出した部分の側面に第２クラッド層２０１が設けられる。
【００７２】
つぎに、図５（ｆ）に示すように、第３クラッド層３０１の形成が実施される。
【００７３】
ここでは、コア層１１１と第２クラッド層２０１とを被覆するように、第３クラッド層３０１が形成される。
【００７４】
たとえば、常圧ＣＶＤ，プラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法によって、以下のような条件で、第３クラッド層３０１を成膜する。これにより、屈折率が１．４〜１．５であるシリコン酸化膜が、第３クラッド層３０１として形成される。
・温度：３５０〜４５０℃
・ガス種：ＳｉＨ４＋Ｏ２，ＴＥＯＳ＋Ｏ２，ＴＥＯＳ＋Ｏ３など
【００７５】
このように各工程を実施することによって、光導波路１が完成される。
【００７６】
以上のように、本実施形態の光導波路１は、基板１００と、その基板１００の面に設けられている第１クラッド層１０１と、その第１クラッド層１０１に設けられているコア層１１１と、そのコア層１１１を被覆している第２クラッド層２０１とを有する。ここでは、コア層１１１は、図１（ａ）に示すように、第２クラッド層２０１との界面が曲面を含んでいる。具体的には、コア層１１１は、基板１００の主面にて第１クラッド層１０１から凸状に突出するように設置されており、その凸状に突出した部分の側面が、曲面を含むように形成されている。このコア層１１１は、光の伝送方向（ｙ方向）に対して垂直なｘｚ面の断面が、基板１００の主面に垂直なｚ方向を軸に対称な形状である。そして、このコア層１１１は、上記の断面において第１クラッド層１０１側の下端部および、これに反対側の上端部に位置する幅が、下端部と上端部との間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成されている。本実施形態においては、コア層１１１は、このｘｚ面における断面が円形状になるように形成されている。つまり、コア層１１１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面におけるコア層１１１の断面において、その中心から周囲に位置する第２クラッド層２０１との界面までの距離が、その中心の周囲において、ほぼ同等に形成されている。
【００７７】
コア層１１１において伝送する光は、電磁波であるため、電場と磁場で伝達される。このため、電場と磁場を作る空間が、その光の進行方向において均等であれば、光信号の乱れが小さくなる。本実施形態と異なり、断面が矩形なコア層を光が伝送する場合には、コア層の中心からクラッド層との界面までの距離が、この矩形な断面のコーナー部分と、その部分以外の部分とにおいて、異なる。この距離の違いは、コア層とクラッド層との界面において光が反射を繰り返すときに、時間差が生ずることになる。つまり、ジッターまたは符号間干渉など、光信号の乱れが発生し、伝送する光について損失が生ずる。
【００７８】
これに対して、本実施形態においては、コア層１１１は、第２クラッド層２０１との界面が曲面を含んでおり、その断面が円形状である。このため、このコア層１１１を光が伝送する場合、その中心から第２クラッド層との界面までの距離が、ほぼ同等になる。このため、コア層１１１と第２クラッド層２０１との界面において光が反射を繰り返すときに、時間差が生ずることを防止することができる。よって、本実施形態においては、ジッターまたは符号間干渉など、光信号の乱れが発生することを抑制することができる。
【００７９】
したがって、本実施形態においては、伝送する光について損失が発生することを防止することができる。
【００８０】
また、本実施形態において光導波路１を製造する際には、第１クラッド層１０１が設けられた基板１００にて、その第１クラッド層１０１を被覆する単結晶シリコン膜１１０が設けられたＳＯＩ基板１０を準備する。つぎに、本実施形態では、そのＳＯＩ基板１０の単結晶シリコン膜１１０の表面に、コア層１１１と第２クラッド層２０１とを形成する領域に対応するように、ハードマスクＨＭを形成する。つぎに、本実施形態では、そのハードマスクＨＭを用いて単結晶シリコン膜１１０について異方性エッチング処理を実施しパターン加工することによって、基板１００の面において凸状に突出した単結晶シリコンパターン１１０Ｐを形成する。つぎに、本実施形態は、その単結晶シリコンパターン１１０Ｐについて熱酸化処理を実施し、その単結晶シリコンパターン１１０Ｐにて露出する側壁部分を酸化シリコンに変質することによって第２クラッド層２０１を形成すると共に、その単結晶シリコンパターン１１０Ｐの内部にコア層１１１を形成する。ここでは、等方性の熱酸化処理が実施される。本実施形態は、このように簡便な処理によって、上記の光導波路１が製造される。
【００８１】
したがって、本実施形態においては、製造プロセスの効率化を実現することができる。
【００８２】
また、本実施形態においては、熱酸化処理によって第２クラッド層２０１を形成しているため、コア層１１１と第２クラッド層２０１との界面の表面粗さが、原子レベルであって、平滑である。このため、本実施形態は、表面の凹凸によって光の損失が発生することを防止できる。
【００８３】
さらに、本実施形態は、ハードマスクＨＭの形成において、ＥＢリソグラフィーを適用する必要がないため、プロセスコストおよび処理時間の長さを低減できる。
【００８４】
従来にてハードマスクＨＭを形成する際には、ＥＢリソグラフィーの適用が必要とされている。その理由は、コア部のエッヂモフォロジーの凹凸が光の伝送損失を大きくするためである。マスクに凹凸が存在するとその凹凸が転写されて、コア層を構成するシリコンに凹凸ができてしまうため、マスク形成時にできるだけ、凹凸が少ない状態にすることが重要である。しかし、本実施形態においては、上記したように、熱酸化処理の実施によって第２クラッド層２０１を形成している。このため、コア層１１１と第２クラッド層２０１との界面は、その凹凸が原子レベルであって平滑であるので、伝送する光の損失が発生することを防止できる。よって、本実施形態においては、上述したように、ＥＢリソグラフィーを適用する必要がないので、プロセスコストおよび処理時間の長さを低減可能である。
【００８５】
＜実施形態２＞
（装置構成）
図７は、本発明にかかる実施形態２において、光導波路１を示す図である。ここでは、図７は、本発明にかかる実施形態２の光導波路１の断面を示す断面図である。この図７は、図２に示したＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【００８６】
図７に示すように、本実施形態においては、コア層１１１の断面形状が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【００８７】
コア層１１１は、図７に示すように、第２クラッド層２０１との界面が、複数の曲面を含むように形成されている。
【００８８】
このコア層１１１は、実施形態１と同様に、光の伝送方向（ｙ方向）に対して垂直なｘｚ面の断面が、基板１００の面に垂直なｚ方向を軸に対称な形状である。そして、このコア層１１１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面において、下端部と上端部とのそれぞれの幅が、この下端部と上端部との間の中央部の幅よりも、狭くなるように形成されている。
【００８９】
ここでは、図７に示すように、コア層１１１は、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面において、中心から第２クラッド層２０１との界面までの距離が、ほぼ同等になるように形成されている。
【００９０】
また、第２クラッド層２０１は、図７に示すように、基板１００の主面に垂直なｘｚ面における断面において、下端部および上端部の層厚が、この下端部と上端部との間の中心部の層厚よりも、厚くなるように形成されている。
【００９１】
（製造方法）
以下より、上記の光導波路１の製造方法について説明する。
【００９２】
図８と図９とのそれぞれは、本発明にかかる実施形態２において、光導波路１について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。図８と図９とにおいては、図７と同様に、図２に示すＡ−Ａ線に対応する断面について示している。そして、この図８と図９とにおいては、本実施形態の光導波路１を製造する製造工程について、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で示している。
【００９３】
まず、図８（ａ）に示すように、ハードマスクＨＭの形成が実施される。
【００９４】
ここでは、図８（ａ）に示すように、図７に示した光導波路１においてコア層１１１を形成する領域に対応するように、このハードマスクＨＭが単結晶シリコン膜１１０の表面に形成される。
【００９５】
具体的には、実施形態１と同様にして、このハードマスクＨＭが形成される。
【００９６】
つぎに、図８（ｂ）に示すように、異方性の熱酸化処理が実施される。
【００９７】
ここでは、図８（ｂ）に示すように、単結晶シリコン膜１１０にてハードマスクＨＭが形成されずに露出する部分について異方性の熱酸化処理を実施し、その部分を酸化シリコン部２０１ａに変質させる。
【００９８】
具体的には、水蒸気酸化などの高速酸化方法、供給ガスを単結晶シリコン膜１１０の表面にダウンフローさせる方法、または、その組合せによって、この異方性の熱酸化処理を実施する。本実施形態においては、図８（ｂ）に示すように、単結晶シリコン膜１１０にてハードマスクＨＭが形成されずに露出する部分が、その膜厚方向ｚにおいて全て酸化されるまで、この熱酸化処理が実施され、この酸化シリコン部２０１ａが形成される。
【００９９】
たとえば、以下のような条件で、この異方性の熱酸化処理が実施される。
・温度：９００〜１４００℃
・ガス種：Ｏ２＋Ｈ２Ｏ（水蒸気）
・キャリアガス流量：１０００〜５０００ｍｌ／ｍｉｎ
・形成速度：０．０１〜０．０２μｍ／ｍｉｎ
【０１００】
なお、上記の異方性の熱酸化処理の実施では、単結晶シリコン膜１１０において、ハードマスクＨＭとの界面部分に位置する部分が、可能な限り、酸化しないようにすることが好適である。このため、窒化シリコンにて形成されたハードマスクＨＭを厚くすることによって、強い圧縮応力を加えることが好適である。これにより、この界面部分への酸素の侵入を抑制することができる。
【０１０１】
つぎに、図９（ｃ）に示すように、等法性の熱酸化処理が実施される。
【０１０２】
ここでは、図９（ｃ）に示すように、単結晶シリコン膜１１０にてハードマスクＨＭが形成されずに露出する部分について等法性の熱酸化処理を実施し、その部分を酸化シリコンに変質させることによって、コア層１１１と第２クラッド層２０１とが形成される。
【０１０３】
つまり、図９（ｃ）に示すように、単結晶シリコン膜１１０にて第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２とのそれぞれが、その第１の界面部分Ｓ１と第２の界面部分Ｓ２との間の部分よりも速い酸化速度で酸化されるように、この熱酸化処理を実施する。
【０１０４】
たとえば、以下のような条件で、この等方性の熱酸化処理が実施される。
・温度：９００〜１４００℃
・ガス種：Ｏ２
・流量：１０００〜２０００ｍｌ／ｍｉｎ
・形成速度：０．００１〜０．００５μｍ／ｍｉｎ
【０１０５】
そして、上記の熱酸化処理の実施によって、図９（ｃ）に示すように、基板１００の主面に垂直なｘｚ面におけるコア層１１１の断面において、その中心から第２クラッド層２０１との界面までの距離が、ほぼ同等になるように、コア層１１１が形成される。
【０１０６】
そして、これと共に、図９（ｃ）に示すように、コア層１１１において凸状に突出した部分の側面に第２クラッド層２０１が設けられる。
【０１０７】
つぎに、図９（ｄ）に示すように、第３クラッド層３０１の形成が実施される。
【０１０８】
ここでは、実施形態１の場合と同様に、コア層１１１と第２クラッド層２０１とを被覆するように、第３クラッド層３０１が形成される。
【０１０９】
このように各工程を実施することによって、光導波路１が完成される。
【０１１０】
以上のように、本実施形態の光導波路１のコア層１１１において、基板１００の主面に垂直なｘｚ面の断面は、図７に示すように、その中心から周囲に位置する第２クラッド層２０１との界面までの距離が、その中心の周囲にて、ほぼ同等に形成されている。
【０１１１】
したがって、本実施形態は、実施形態１と同様に、伝送する光について損失が発生することを防止することができる。
【０１１２】
また、本実施形態において光導波路１を製造する際には、ＳＯＩ基板１０の単結晶シリコン膜１１０の表面に、コア層１１１を形成する領域に対応するように、ハードマスクＨＭを形成する。つぎに、本実施形態では、熱酸化処理を実施し、単結晶シリコン膜１１０にてハードマスクＨＭが形成されずに露出する部分を酸化シリコンに変質することによって、第２クラッド層２０１が形成される。そして、本実施形態では、単結晶シリコン膜１１０にてハードマスクＨＭが設けられた部分に、コア層１１１が形成される。この熱酸化処理工程の実施においては、単結晶シリコン膜１１０にて露出する部分について等方性の熱酸化処理が実施される。このように、本実施形態においては、簡便な処理によって、上記の光導波路１が製造される。
【０１１３】
そして、本実施形態においては、単結晶シリコン膜１１０においてハードマスクＨＭが形成されずに露出している部分を酸化シリコンに変質する異方性の熱酸化処理を、上記の等方性の熱酸化処理の実施の前に、さらに実施している。このため、本実施形態においては、等方性の熱酸化処理の実施において、下端部に位置する界面部分についても、容易に酸化可能である。よって、上記したような断面形状にコア層１１１を形成することが容易に可能である。
【０１１４】
したがって、本実施形態においては、製造プロセスの効率化を実現することができる。
【０１１５】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
【０１１６】
たとえば、上記の実施形態２においては、異方性の熱酸化処理を、等方性の熱酸化処理の実施の前に、さらに実施しているが、これに限定されない。等方性の熱酸化処理の実施のみであっても、本発明の作用効果を、同様に、得ることができる。
【０１１７】
また、上記の実施形態において、光導波路１は、本発明の光導波路に相当する。また、上記の実施形態において、基板１００は、本発明の基板に相当する。また、上記の実施形態において、第１クラッド層１０１は、本発明の第１クラッド層に相当する。また、上記の実施形態において、コア層１１１は、本発明のコア層に相当する。また、上記の実施形態において、第２クラッド層２０１は、本発明の第２クラッド層に相当する。また、上記の実施形態において、第３クラッド層３０１は本発明の第３クラッド層に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路を示す図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明にかかる実施形態１において、光導波路について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明にかかる実施形態１において、コア層と第２クラッド層との形成において実施する等方性の熱酸化処理を示す図である。
【図７】図７は、本発明にかかる実施形態２において、光導波路を示す図である。
【図８】図８は、本発明にかかる実施形態２において、光導波路について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明にかかる実施形態２において、光導波路について製造する際の製造工程の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１：光導波路、１００：基板、１０１：第１クラッド層、１１１：コア層、２０１：第２クラッド層、３０１：第３クラッド層、ＨＭ：ハードマスク
【図１】
2010014880.tif 000003
【図２】
2010014880.tif 000004
【図３】
2010014880.tif 000005
【図４】
2010014880.tif 000006
【図５】
2010014880.tif 000007
【図６】
2010014880.tif 000008
【図７】
2010014880.tif 000009
【図８】
2010014880.tif 000010
【図９】
2010014880.tif 000011