(57)【要約】【課題】コア層の屈折率自体を大きくするとともに、コア層とクラッド層の屈折率の差を大きくすることができる光導波路の製造方法を提供する。【解決手段】コア層２２ａ、２２ｂ、２３ａと該コア層２２ａ、２２ｂ、２３ａを覆うクラッド層２３ｂ、２４とを有する光導波路の製造方法において、メチルシランと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてコア層２２ａ、２２ｂ、２３ａとなるシリコン窒化膜を形成する。【選択図】　図５
2004109888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、
メチルシランと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記コア層となるシリコン窒化膜を形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、
メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物、アルコキシ結合を有するアルキル化合物の何れか一と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）と、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記コア層又はクラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、又は窒素（Ｎ２）或いはアンモニア（ＮＨ３）の流量を調整することによりシリコン酸化窒化膜の屈折率を調整することを特徴とする請求項２記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記混合ガスは、酸素（Ｏ２）を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記混合ガスは、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記メチルシランは、モノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）、又はテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）のうち何れか一であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記シロキサン結合を有するアルキル化合物は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【化１】）、
2004109888.tif 000007
又はオクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ：
【化２】）
2004109888.tif 000008
のうち何れか一であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記アルコキシ結合を有するアルキル化合物は、ジメチルジメトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２）、ジメチルジエトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ２Ｈ５）２）、又はトリメトキシシラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３）のうち何れか一であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、
メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化膜を形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量はメチルシランの流量の２０倍以上であることを特徴とする請求項９記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記混合ガスは、酸素（Ｏ２）を含むことを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、
請求項１乃至８の何れか一に記載の光導波路の製造方法によりコア層を形成する工程と、
メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化膜を形成する工程と
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１３】
主に光を伝播させるコア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、
請求項１乃至８の何れか一に記載の光導波路の製造方法によりコア層を形成する工程と、
メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物又はアルコキシ結合を有するアルキル化合物のうち何れか一と、Ｎ２Ｏと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成する工程と
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記クラッド層を形成した後に、前記クラッド層を一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２）のプラズマに接触させることを特徴とする請求項２乃至１３の何れか一に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一に記載の光導波路の製造方法により作成されたことを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路及びその製造方法に関し、より詳しくは、光集積回路装置を構成する光導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光集積回路装置、特に、通信用には光の波長として１．５５μｍが用いられている。この波長帯域に関して、現在、光導波路を構成するコア層にはＳｉＯ２にＧｅやＰを添加した膜が用いられ、クラッド層にはそれよりも屈折率が小さいＳｉＯ２膜が用いられている。
【０００３】
近年、光集積回路装置の高集積度化、高密度化への要求が高まるにつれて、光の伝播効率を高めるため、コア層とコア層を覆うクラッド層の屈折率の差を大きくすることが要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在の技術では、コア層とクラッド層の屈折率の差は０．０４と非常に小さく、伝播する光のクラッド層へのしみ込みや損失が大きいという問題や、コア層の屈折率自体が小さいため、共振器等の光デバイスのパターンが大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、コア層の屈折率自体を大きくするとともに、コア層とクラッド層の屈折率の差を大きくすることができる光導波路及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、光導波路の製造方法に係り、コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、メチルシランと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記コア層となるシリコン窒化膜を形成することを特徴とし、
請求項２記載の発明は、光導波路の製造方法に係り、コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物、アルコキシ結合を有するアルキル化合物の何れか一と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）と、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記コア層又はクラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光導波路の製造方法に係り、前記一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、又は窒素（Ｎ２）或いはアンモニア（ＮＨ３）の流量を調整することによりシリコン酸化窒化膜の屈折率を調整することを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の光導波路の製造方法に係り、前記混合ガスは、酸素（Ｏ２）を含むことを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載の光導波路の製造方法に係り、前記混合ガスは、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とし、
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法に係り、前記メチルシランは、モノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）、又はテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）のうち何れか一であることを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項２乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法に係り、前記シロキサン結合を有するアルキル化合物は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【０００８】
【化３】）、
2004109888.tif 000003
【０００９】
又はオクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ：
【００１０】
【化４】）
2004109888.tif 000004
【００１１】
のうち何れか一であることを特徴とし、
請求項８記載の発明は、請求項２乃至５の何れか一に記載の光導波路の製造方法に係り、前記アルコキシ結合を有するアルキル化合物は、ジメチルジメトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２）、ジメチルジエトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ２Ｈ５）２）、又はトリメトキシシラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３）のうち何れか一であることを特徴とし、
請求項９記載の発明は、光導波路の製造方法に係り、コア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化膜を形成することを特徴とし、
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光導波路の製造方法に係り、前記一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量はメチルシランの流量の２０倍以上であることを特徴とし、
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の光導波路の製造方法に係り、前記混合ガスは、酸素（Ｏ２）を含むことを特徴とし、
請求項１２記載の発明は、光導波路の製造方法に係り、主に光を伝播させるコア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、請求項１乃至８の何れか一に記載の光導波路の製造方法によりコア層を形成する工程と、メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とし、
請求項１３記載の発明は、光導波路の製造方法に係り、主に光を伝播させるコア層と該コア層を覆うクラッド層とを有する光導波路の製造方法において、請求項１乃至８の何れか一に記載の光導波路の製造方法によりコア層を形成する工程と、メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物又はアルコキシ結合を有するアルキル化合物のうち何れか一と、Ｎ２Ｏと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させて前記クラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成する工程とを有することを特徴とし、
請求項１４記載の発明は、請求項２乃至１３の何れか一に記載の光導波路の製造方法に係り、前記クラッド層を形成した後に、前記クラッド層を一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２）のプラズマに接触させることを特徴とし、
請求項１５記載の発明は、光導波路に係り、請求項１乃至１４の何れか一の光導波路の製造方法により作成されたことを特徴としている。
【００１２】
以下に、上記本発明の構成に基づく作用について説明する。
【００１３】
この発明においては、メチルシランと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてコア層となるシリコン窒化膜を形成している。
【００１４】
実験によれば、上記混合ガスによって２程度の大きな屈折率を有するシリコン窒化膜を形成することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができた。このシリコン窒化膜をコア層として用いることにより、コア層は大きな屈折率を有するようになるため共振器等の光デバイスのパターンを小さくすることができる。しかも、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができるので、デバイス特性のウエハ内の均一化を図ることができる。
【００１５】
また、メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物、アルコキシ結合を有するアルキル化合物のうち何れか一と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）と、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてコア層又はクラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成している。
【００１６】
実験によれば、上記混合ガスの構成ガスのうち一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、又は窒素（Ｎ２）或いはアンモニア（ＮＨ３）の流量を調整することにより、形成されるシリコン酸化窒化膜の屈折率を２程度から１．４程度まで広い範囲で調整することができた。従って、シリコン酸化窒化膜をコア層又はクラッド層として用いることができる。
【００１７】
また、メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてクラッド層となるシリコン酸化膜を形成している。
【００１８】
実験によれば、上記混合ガスによって１．４程度の小さな屈折率を有するシリコン酸化膜を形成することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができた。
【００１９】
さらに、上記のシリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜をコア層として用い、かつ、上記のシリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜をクラッド層として用いることにより、コア層とクラッド層との間の屈折率の差を０．５乃至０．６程度とすることが可能である。これにより、コア層を伝播する光のクラッド層へのしみ込みや損失を大きく低減することが可能である。
【００２０】
また、上記製造方法を組み合わせることにより、コア層及びクラッド層をともにプラズマＣＶＤ法により形成することができるため、膜厚の制御が容易になる。これにより、屈折率を大きくすることによる光デバイスのパターンの縮小化とあわせて、光集積回路装置の高集積化、高密度化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（本発明の実施の形態である成膜方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の説明）
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路の製造方法に用いられる平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１０１の構成を示す側面図である。
【００２２】
このプラズマＣＶＤ装置１０１は、プラズマガスにより被成膜基板２１上にコア層やクラッド層となるシリコン含有絶縁膜を形成する場所である成膜部１０１Ａと、成膜ガスを構成する複数のガスの供給源を有する成膜ガス供給部１０１Ｂとから構成されている。
【００２３】
成膜部１０１Ａは、図１に示すように、減圧可能なチャンバ１を備え、チャンバ１は排気配管４を通して排気装置６と接続されている。排気配管４の途中にはチャンバ１と排気装置６の間の導通／非導通を制御する開閉バルブ５が設けられている。チャンバ１にはチャンバ１内の圧力を監視する不図示の真空計などの圧力計測手段が設けられている。
【００２４】
チャンバ１内には対向する一対の上部電極２と下部電極３とが備えられ、上部電極２に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電力供給電源（ＲＦ電源）７が接続され、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの低周波電力を供給する低周波電力供給電源８が接続されている。これらの電源７、８のうち少なくとも高周波電力供給電源７から上部電極２に高周波電力を供給して、成膜ガスをプラズマ化する。上部電極２、下部電極３及び電源７、８が成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段を構成する。
【００２５】
なお、下部電極３には、周波数３８０ｋＨｚのみならず、周波数５０ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの低周波電力を印加することができるし、また、下部電極３に対向する上部電極２には、周波数１３．５６ＭＨｚのみならず、周波数１ＭＨｚ以上の高周波電力を印加してもよい。さらに、図１では上部電極２に高周波電源が接続され、下部電極３に低周波電源が接続されているが、高周波電源７は上部電極２に限らず、上部電極２又は下部電極３の何れか一に接続され、かつ低周波電源８は下部電極３に限らず、他の電極に接続されていれば、この発明の目的を達成することができる。
【００２６】
上部電極２は成膜ガスの分散具を兼ねている。上部電極２には複数の貫通孔が形成され、下部電極３との対向面における貫通孔の開口部が成膜ガスの放出口（導入口）となる。この成膜ガスの放出口は成膜ガス供給部１０１Ｂと配管９ａで接続されている。また、場合により、上部電極２には図示しないヒータが備えられることもある。成膜中に上部電極２を温度凡そ１００℃程度に加熱しておくことにより、成膜ガスの反応生成物からなるパーティクルが上部電極２に付着するのを防止するためである。
【００２７】
下部電極３は被成膜基板２１の保持台を兼ね、また、保持台上の被成膜基板２１を加熱するヒータ１２を備えている。
【００２８】
成膜ガス供給部１０１Ｂには、一般式ＳｉＨｎ（ＣＨ３）４−ｎ（ｎ＝０乃至３）で表されるメチルシランの供給源と、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）等のシロキサン結合を有するアルキル化合物の供給源と、アルコキシ結合を有するアルキル化合物の供給源と、アンモニア（ＮＨ３）の供給源と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の供給源と、Ｈｅ又はＡｒ（希ガス）のうち少なくとも何れか一の供給源と、不活性ガスである窒素（Ｎ２）の供給源とが設けられている。
【００２９】
これらのガスは適宜分岐配管９ｂ乃至９ｈ及びこれらすべての分岐配管９ｂ乃至９ｈが接続された配管９ａを通して成膜部１０１Ａのチャンバ１内に供給される。分岐配管９ｂ乃至９ｈの途中に流量調整手段１１ａ乃至１１ｇや、分岐配管９ｂ乃至９ｈの導通／非導通を制御する開閉手段１０ｂ乃至１０ｕが設置され、配管９ａの途中に配管９ａの閉鎖／導通を行う開閉手段１０ａが設置されている。また、Ｎ２ガスを流通させて分岐配管９ｂ乃至９ｆ内の残留ガスをパージするため、Ｎ２ガスの供給源と接続された分岐配管９ｈとその他の分岐配管９ｂ乃至９ｇの間の導通／非導通を制御する開閉手段１０ｐ乃至１０ｕが設置されている。なお、Ｎ２ガスは、分岐配管９ｂ乃至９ｇ内のほかに、配管９ａ内及びチャンバ１内の残留ガスをパージするために用いる。また、Ｎ２ガスは成膜ガスとして用いる。
【００３０】
以上のような成膜装置１０１によれば、一般式ＳｉＨｎ（ＣＨ３）４−ｎ（ｎ＝０乃至３）で表されるメチルシランの供給源と、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）等のシロキサン結合を有するアルキル化合物の供給源と、アルコキシ結合を有するアルキル化合物の供給源と、アンモニア（ＮＨ３）の供給源と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の供給源と、Ｈｅ又はＡｒ（希ガス）のうち少なくとも何れか一の供給源と、不活性ガスである窒素（Ｎ２）の供給源とを備え、さらに成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段２、３、７、８を備えている。
【００３１】
これにより、以下に説明するプラズマＣＶＤ法により、高い屈折率を有するシリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜からなるコア層と、低い屈折率を有するシリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜からなるクラッド層を形成することができる。
【００３２】
次に、本発明に用いる成膜ガスである、メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物やアルコキシ結合を有するアルキル化合物について説明する。
【００３３】
代表例として以下に示すものを用いることができる。
【００３４】
（ｉ）メチルシラン（ＳｉＨｎ（ＣＨ３）４−ｎ：ｎ＝０乃至３）
モノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））
ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）
トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）
テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）
（ｉｉ）シロキサン結合を有するアルキル化合物
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【００３５】
【化５】）
2004109888.tif 000005
【００３６】
オクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ：
【００３７】
【化６】）
2004109888.tif 000006
【００３８】
（ｉｉｉ）アルコキシ結合を有するアルキル化合物
ジメチルジメトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２）
ジメチルジエトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ２Ｈ５）２）
トリメトキシシラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３）
（本発明の実施の形態である成膜方法の説明）
次に、この発明の実施の形態である光導波路の製造方法に用いられる成膜ガスを構成する、特に有効なガスの組み合わせについて、図２を参照して説明する。
【００３９】
この図２は、コア層又はクラッド層となる、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成するための成膜ガスを構成する各ガスの組み合わせについて示す表である。以下に、図２の形成膜の表示に従って具体的に成膜ガスの特に有効な構成を列挙する。
【００４０】
（ｉ）シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する成膜ガスの構成ガス
（１）メチルシラン／Ｎ２
（２）メチルシラン／Ｎ２／Ａｒ又はＨｅ
（３）メチルシラン／ＮＨ３
（４）メチルシラン／ＮＨ３／Ａｒ又はＨｅ
（５）メチルシラン／Ｎ２／ＮＨ３
（６）メチルシラン／Ｎ２／ＮＨ３／Ａｒ又はＨｅ
（ｉｉ）シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する成膜ガスの構成ガス
（７）メチルシラン／Ｎ２／Ｎ２Ｏ
（８）メチルシラン／Ｎ２／Ｎ２Ｏ／Ａｒ又はＨｅ
（９）メチルシラン／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ
（１０）メチルシラン／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ／Ａｒ又はＨｅ
（１１）メチルシラン／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ
（１２）メチルシラン／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ／Ａｒ又はＨｅ
（１３）シロキサン／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ
（１４）シロキサン／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ／Ａｒ又はＨｅ
（１５）アルコキシ化合物／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ
（１６）アルコキシ化合物／Ｎ２／ＮＨ３／Ｎ２Ｏ／Ａｒ又はＨｅ
上記（７）乃至（１６）の構成ガスの他に、酸素（Ｏ２）を添加してもよい。
【００４１】
（ｉｉｉ）シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する成膜ガスの構成ガス
（１７）メチルシラン／Ｎ２Ｏ
上記（１７）の構成ガスの他に、酸素（Ｏ２）を添加してもよい。
【００４２】
本願発明者の実験によれば、上記成膜ガスに含まれるＮ２Ｏ流量、又はＮ２或いはＮＨ３流量を調整することにより、又はＡｒ或いはＨｅの流量を調整することにより、屈折率の調整が可能であることを見いだした。
【００４３】
特に、ＳｉＯＮ膜を成膜する場合、上記（７）乃至（１６）の成膜ガスにおいてＮ２Ｏ流量を調整することにより、屈折率を１．４乃至２程度まで制御することができた。さらに詳しくいうと、Ｎ２或いはＮＨ３流量に対して、Ｎ２Ｏ流量が大きいと屈折率が低くなり、Ｎ２Ｏ流量が小さいと屈折率が高くなる。これは以下のように推定される。即ち、窒素に対して、酸素が多くなると膜中の電子密度が小さくなるため、屈折率が低くなり、逆に、酸素が少なくなると膜中の電子密度が大きくなるため、屈折率が高くなる。従って、屈折率の調整により、ＳｉＯＮ膜をコア層として或いはクラッド層として用いることができる。
【００４４】
また、シリコン窒化膜では屈折率２程度のものが得られた。従って、それをコア層として用いることができる。シリコン酸化膜では屈折率１．４程度ものが得られた。従って、それをクラッド層として用いることができる。
【００４５】
上記シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、又はシリコン酸化膜をＮ２ＯやＯ２のプラズマに接触させることにより、膜質を高め、特にクラッド層となるシリコン酸化窒化膜やシリコン酸化膜に対して用いることにより、さらに低い屈折率を達成することができる。
【００４６】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置を用いてこの発明の光導波路の製造方法により形成されたシリコン含有絶縁膜の屈折率面内分布及び膜厚面内分布を調査した結果について説明する。
【００４７】
（１）第１実施例
試料は、被成膜基板の上にシリコン窒化膜を形成した。シリコン窒化膜は、プラズマＣＶＤ法により以下の成膜条件で形成された。
【００４８】
（成膜条件Ｉ）
（ｉ）成膜ガス条件
テトラメチルシラン流量：５０　ｓｃｃｍ
Ｎ２流量：１００　ｓｃｃｍ
ＮＨ３流量：１００　ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：３００　ｓｃｃｍ
ガス圧力：１．１Ｔｏｒｒ
（ｉｉ）プラズマ化条件
高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）ＰＲＦ：１００Ｗ
低周波電力（３８０ＫＨｚ）ＰＬＦ：２５０Ｗ
（ｉｉｉ）基板加熱温度：３００℃
（ｉｖ）成膜されたシリコン窒化膜（図３参照）
膜厚（面内）：２．５７３９μｍ±３０ｎｍ
屈折率（面内）：２．０６６４±０．０００４（測定波長：１．５５μｍ）
以上のように、上記実験によれば、上記成膜ガスによって２程度の大きな屈折率を有するシリコン窒化膜を形成することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができた。このシリコン窒化膜をコア層として用いることにより、コア層は高い屈折率を有するようになるため共振器等の光デバイスのパターンを小さくすることができる。しかも、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができるため、デバイス特性のウエハ内の均一化を図ることができる。
【００４９】
（２）第２実施例
試料は、第１実施例と同じく被成膜基板の上にシリコン酸化膜を形成した。シリコン酸化膜は、プラズマＣＶＤ法により以下の成膜条件で形成された。
【００５０】
（成膜条件ＩＩ）
（ｉ）成膜ガス条件
テトラメチルシラン流量：５０　ｓｃｃｍ
Ｎ２Ｏ流量：２０００　ｓｃｃｍ
ガス圧力：１．０Ｔｏｒｒ
（ｉｉ）プラズマ化条件
高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）ＰＲＦ：１５０Ｗ
低周波電力（３８０ＫＨｚ）ＰＬＦ：３００Ｗ
（ｉｉｉ）基板加熱温度：３００℃
（ｉｖ）成膜されたシリコン酸化膜（図４参照）
膜厚（面内）：３．００３２６μｍ±３０ｎｍ
屈折率（面内）：１．４６４２±０．０００６（測定波長：１．５５μｍ）
以上のように、上記実験によれば、上記成膜ガスによって１．４程度の小さな屈折率を有するシリコン窒化膜を形成することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができた。なお、実験では、テトラメチルシラン流量に対するＮ２Ｏ流量の比を４０倍として１．４程度の小さい屈折率を得たが、これに限らず、その流量比を大きくすれば、クラッド層として用いるのに十分な小さな屈折率が得られる。必要な屈折率差にもよるが、好ましくは、２０倍程度以上とする。
【００５１】
以上のように、本発明のシリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜をクラッド層として用い、また本発明のシリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜をコア層として用いることにより、コア層とクラッド層との間の屈折率の差を０．５乃至０．６程度とすることが可能である。これにより、コア層を伝播する光のクラッド層へのしみ込みや損失を大きく低減することが可能である。
【００５２】
また、上記製造方法を組み合わせることにより、コア層及びクラッド層をともにプラズマＣＶＤ法により形成することができるため、膜厚の制御が容易となる。従って、屈折率を高くすることによる光デバイスのパターンの縮小化とあわせて、光集積回路装置の高集積化、高密度化を図ることができる。
【００５３】
（光導波路への適用）
以下に、図５（ａ）、（ｂ）を参照して上記製造方法を光導波路に適用した例について説明する。
【００５４】
図５（ａ）は、光集積回路装置のリング共振器周辺の構成を示す斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、シリコン基板（被成膜基板）２１上に、交差するバスライン導波路（コア層に対応）２２ａ、２２ｂと、その交差する箇所の近くに形成された、幅約１．５μｍの帯状を有する導波路を直径約２０μｍのリング状にしたリング共振器２３とを有する。図５（ｂ）に示すように、バスライン導波路２２ａ、２２ｂは下部クラッド層２４によって周辺部がすべて覆われている。
リング共振器２３は下部クラッド層２４上に形成されたリングコア層２３ａと、リングコア層２３ａ上に積層された上部クラッド層２３ｂとからなる。なお、図５（ａ）では、下部クラッド層２４を省略している。
【００５６】
リング共振器２３の円周の一部がバスライン導波路２２ａ、２２ｂと重なっており、
ｎ×λ＝２πｒ×δ
に従って、共振波長（λ）が決まる。ここで、ｒはリング共振器２３の半径、δはリングコア層２３ａの屈折率、ｎは正の整数である。
【００５７】
リング共振器２３が、例えば波長λ２の光に共振するように設定されている場合、図５（ａ）に示すように、インプットポートから入力する周波数が多重化された光（λ０，λ１，λ２，λ３，・・，λｎ）のうち、リング共振器２３によって波長λ２がドロップポートより出力され、他の波長を有する光（λ０，λ１，λ３，・・，λｎ）はスルーポートより出力される。
【００５８】
上記の構造において、バスライン導波路２２ａ、２２ｂは、屈折率２程度を有する膜厚約０．５乃至０．７μｍのシリコン窒化膜又はシリコン酸化窒化膜からなり、リングコア層２３ａは、屈折率２程度を有する膜厚約１乃至２μｍのシリコン窒化膜又はシリコン酸化窒化膜からなり、上部クラッド層２３ｂは、屈折率１．４程度を有する膜厚約２乃至３μｍのシリコン酸化膜又はシリコン酸化窒化膜からなり、下部クラッド層２４は屈折率１．４程度を有する膜厚約８μｍのシリコン酸化膜又はシリコン酸化窒化膜からなる。上記の各膜はいずれも、既に説明した成膜ガスを適宜選択して用いたプラズマ励起ＣＶＤ法により形成される。
【００５９】
リング共振器によれば、プラズマ励起ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜をバスライン導波路２２ａ、２２ｂ及びコア層２３ａとして用い、またシリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜をクラッド層２３ａ、２４として用いることにより、コア層とクラッド層との間の屈折率の差を０．５乃至０．６程度とすることが可能である。これにより、コア層を伝播する光のクラッド層へのしみ込みや損失を大きく低減することが可能である。
【００６０】
また、バスライン導波路２２ａ、２２ｂ及びコア層２３ａと、クラッド層２３ｂ、２４の屈折率分布及び膜厚分布のばらつきを小さくできるため、光デバイス特性の均一化を図ることができる。
【００６１】
さらに、バスライン導波路２２ａ、２２ｂ及びコア層２３ａの屈折率を高くできるため、バスライン導波路２２ａ、２２ｂやリング共振器２３のパターンの微細化を図ることができる。これにより、光集積回路装置の高集積化、高密度化を図ることができる。
【００６２】
また、コア層及びクラッド層をともにＣＶＤ法により形成することができるため、各層の膜厚の制御が容易となる。このため、屈折率を大きくすることによる光デバイスのパターンの縮小化とあわせて、光集積回路装置の高集積化、高密度化を図ることができる。
【００６３】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００６４】
例えば、第１実施例では、コア層となるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の成膜ガスとしてテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）と、Ｎ２と、ＮＨ３と、Ａｒとの混合ガスを用いているが、これに限られない。図２の組み合わせが可能である。また、テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）の代わりに、他のメチルシラン、例えばモノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、又はトリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）のうち何れか一を用い得る。
【００６５】
また、第２実施例では、クラッド層となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）の成膜ガスとして、テトラメチルシランと、Ｎ２Ｏとの混合ガスを用いているが、これに限られない。図２の組み合わせが可能である。また、テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）の代わりに、他のメチルシラン、例えばモノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、又はトリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）のうち何れか一を用い得る。
【００６６】
さらに、コア層又はクラッド層となるシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）の成膜ガスとして、図２の組み合わせを用いることができる。この場合、メチルシランとして、例えばモノメチルシラン（ＳｉＨ３（ＣＨ３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）又はテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）のうち何れか一を用い得る。
【００６７】
さらに、メチルシランの代わりに、シロキサン結合を有するアルキル化合物、例えばオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、又はオクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ）を用いることも可能である。
【００６８】
また、メチルシランの代わりに、アルコキシ結合を有するアルキル化合物、例えばジメチルジメトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２）、ジメチルジエトキシシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ２Ｈ５）２）、トリメトキシシラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３）を用いることも可能である。
【００６９】
さらに、信号光の波長が１．５５μｍの光導波路に本発明を適用し、屈折率を１．４乃至２の範囲に調整しているが、これに限られない。屈折率を１．４乃至２の範囲以外の適度な範囲に調整することで、実用的な光の波長を用いる光導波路に対して適用し得る。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、メチルシランと、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてコア層となるシリコン窒化膜を形成している。
【００７１】
これにより、コア層は大きな屈折率を有するようになるため共振器等の光デバイスのパターンを小さくすることができる。しかも、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができるので、デバイス特性のウエハ内の均一化を図ることができる。
【００７２】
また、メチルシラン、シロキサン結合を有するアルキル化合物、アルコキシ結合を有するアルキル化合物のうち何れか一と、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）と、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも何れか一とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてコア層又はクラッド層となるシリコン酸化窒化膜を形成している。上記混合ガスの構成ガスのうち一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、又は窒素（Ｎ２）或いはアンモニア（ＮＨ３）の流量を調整することにより、形成されるシリコン酸化窒化膜の屈折率を２程度から１．４程度まで広い範囲で調整することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができる。
【００７３】
また、メチルシランと、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを含む混合ガスをプラズマ化し、反応させてクラッド層となるシリコン酸化膜を形成している。上記混合ガスによって１．４程度の小さな屈折率を有するシリコン酸化膜を形成することができ、さらに、屈折率分布や膜厚分布の良好な膜を得ることができる。
【００７４】
さらに、上記のシリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜をコア層として用い、かつ、上記のシリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜をクラッド層として用いることにより、コア層とクラッド層との間の屈折率の差を０．５乃至０．６程度とすることが可能である。これにより、コア層を伝播する光のクラッド層へのしみ込みや損失を大きく低減することが可能である。
【００７５】
また、上記製造方法を組み合わせることにより、コア層及びクラッド層をともにプラズマＣＶＤ法により形成することができるため、膜厚の制御が容易になる。これにより、屈折率を大きくすることによる光デバイスのパターンの縮小化とあわせて、光集積回路装置の高集積化、高密度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である光導波路の製造方法に用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態である、光導波路の製造方法に用いられる成膜ガスを構成する、特に有効なガスの組み合わせについて示す表である。
【図３】本発明の第１実施例の光導波路の製造方法の成膜条件Ｉで形成されたシリコン窒化膜の屈折率面内分布と膜厚面内分布を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例の光導波路の製造方法の成膜条件ＩＩで形成されたシリコン酸化膜の屈折率面内分布と膜厚面内分布を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の光導波路の製造方法により作成された光導波路を示す断面図である。
【符号の説明】
１　チャンバ
２　上部電極
３　下部電極
４　排気配管
５　バルブ
６　排気装置
７　高周波電力供給電源（ＲＦ電源）
８　低周波電力供給電源
９ａ　配管
９ｂ〜９ｈ　分岐配管
１０ａ〜１０ｕ　開閉手段
１１ａ〜１１ｇ　流量調整手段
１２　ヒータ
２１　シリコン基板（被成膜基板）
２２ａ、２２ｂ　バスライン導波路
２３　リング共振器
２３ａ　リングコア層
２３ｂ　上部クラッド層
２４　下部クラッド層
１０１　成膜装置
１０１Ａ　成膜部
１０１Ｂ　成膜ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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