(57)【要約】【課題】本発明はマトリクス型光スイッチ及びその製造法に関する。【解決手段】各ヒータ１を選択的に加熱することにより光路を変更するマトリクス型光スイッチにおいて、各ヒータ１を選択するためにＳｉ１−ＸＧｅＸ（０＜Ｘ＜１）を半導体層に用いたＴＦＴを導波路５の上に形成する。【効果】本発明のマトリックス型光スイッチは、ゲート配線電極３とドレイン配線電極４により所定のヒータ１を選択でき、溝２０に注入された液体の移動に必要な電流を、指定したヒータ１に供給することが可能になる。また、ＴＦＴ２を導波路基板上に作製するため高集積で信頼性の高い光スイッチを製造できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された光導波路のクラッド表面に、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜及びＳｉ１−ＸＧｅＸ（０＜Ｘ＜１）（Ｘ：ａｔ％）を有する半導体層を備えた薄膜トランジスタと薄膜トランジスタによって駆動されるヒータとを具備することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
基板上に形成された複数の光導波路と、光導波路の交点に形成された溝と、溝の中に封入された液体と、溝の周辺に配置されたヒータと、ヒータに電気的に接続されたソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及びＳｉ１−ＸＧｅＸ（０＜Ｘ＜１）（Ｘ：ａｔ％）を有する半導体層を備えた薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのドレイン電極とゲート電極に電気信号を印加することによりヒータを加熱して液体を移動させることによって、光導波路中の光信号をスイッチングすることを特徴とした光スイッチ。
【請求項３】
請求項２において、前記液体が屈折率整合液を有することを特徴とした光スイッチ。
【請求項４】
請求項２において、前記液体が液体金属を有することを特徴とした光スイッチ。
【請求項５】
請求項１又は請求項２において、基板上に形成された光導波路のクラッド表面に、前記半導体層が結晶質Ｓｉ１−ＸＧｅＸ（０＜Ｘ＜１）（Ｘ：ａｔ％）からなる薄膜トランジスタを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２において、光導波路が石英系であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項１又は請求項２において、薄膜トランジスタが逆スタガ構造を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
請求項１又は請求項２において、薄膜トランジスタが正スタガ構造を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
請求項１又は請求項２において、薄膜トランジスタがコプラナー構造を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１又は請求項２において、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜が高誘電率膜と低誘電率膜の積層となっていることを特徴とした光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１又は請求項２において、前記光導波路のクラッド表面に複数のヒータがアレイ状に形成され、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１２】
６００℃以上の熱プロセスを用いて光導波路及びヒータを形成した後、光導波路のクラッド表面に、半導体層としてＳｉ１−ＸＧｅＸ（０＜Ｘ＜１）（Ｘ：ａｔ％）を有する薄膜トランジスタを形成することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、薄膜トランジスタを形成した後、光導波路の交点に溝を形成し、溝に液体を封入することを特徴とした光スイッチの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、前記６００℃以上の熱プロセスとして、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で成膜した後、６００℃以上の熱処理を実施することを特徴とした光スイッチの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２において、前記６００℃以上の熱プロセスとして、火炎堆積法により成膜することを特徴とした光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信システム等における光路設定や切替に用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から基板中に設けられた複数の光導波路をスイッチングすることにより、光路を設定、切替をするデバイスが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３３９３２号公報
例えば、特許文献１に記載されているように、複数の光導波路が交差し、その交差点に所定の角度を成す管路を形成し、その管路に光を透過・反射させる部品を設置することにより光路を設定、切替する方法が提案されている。
【０００４】
この特許文献１では、光を透過・反射させる部品として液体を用いている。具体的に、例えばシリコーンオイルなどの屈折率整合液を用いることが提案されている。管路の周辺にヒータを形成し、そのヒータに電流を供給し発熱させ、液体の界面張力を変化させ、液体を移動することにより光のスイッチングを行っている。
【０００５】
【特許文献２】特開平１０−９０７３５号公報
また、特許文献２に記載されているように、少なくとも二つの光導波路の交点に間隙を形成し間隙内に流体を充填している。流体をヒータにより加熱し、流体に泡を発生し、流体が移動することにより、光のスイッチングを行うことが提案されている。
【０００６】
特に、特許文献１では、ｍ本の光導波路とｎ本の光導波路の交差点にヒータを配し、そのヒータに電力を供給するために、ｍ本＋ｎ本の電気配線を二層配線によって形成することが記載されている。
【０００７】
この特許文献１では、図８に示すような回路構成を提案しており、下層電気配線３５と上層電気配線３６との交点に位置する加熱抵抗器３２とダイオード３３とを備えたヒータ回路３１とから構成されている。この場合、所望のヒータ回路３１を駆動するためには、所望の下層電気配線３５及び上層電気配線３６を選択し、選択されたヒータ回路３１に電圧を加えている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、特にｍ本＋ｎ本の電気配線でヒータ回路を駆動する場合、クロストークにより指定したヒータ回路以外に電力が供給され、光スイッチを誤作動させてしまうという問題点がある。
【０００９】
例えば、図８に示す回路構成でヒータ回路３１を駆動させる場合、下層電気配線３５の中央線と上層電気配線３６の中央線との間に電圧を印加させている。しかし、ヒータ回路３１以外に、例えば図８の点線で示すような電流パスが存在する。このため、所望のヒータ回路３１以外のヒータ回路が作動してしまう。
【００１０】
そこで本発明では、所望のスイッチを作動できる、信頼性が高く高集積の光スイッチを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所望の光スイッチを駆動するためにヒータを電気的にセレクトする光スイッチ及びその製造方法を提供するものである。
【００１２】
図１は、本発明の回路模式図であって、ヒータ１に光スイッチとしての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２を配し、ゲート電極配線３を新たに加えた。このゲート電極配線３とドレイン電極配線４をセレクトし、ドレイン電極配線４からヒータ１に電力を供給することにより所望の光スイッチを駆動することが可能になる。特に、ＴＦＴ２を光導波路基板上に直接形成することにより、高集積で信頼性の高い光スイッチをコンパクトに製造できる。
【００１３】
図２は本発明の光スイッチの斜視模式図、図３はそのＡ−Ａ’断面模式図であって、この光スイッチデバイスを形成するために、まず、基板７上に光導波路５のクラッド２２を形成する。基板７としては石英やＳｉ基板などを用いる。光導波路５の形成は、最初に、基板７上に下部クラッド８を形成する。
【００１４】
クラッドの形成方法としては、スパッタリング、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＦＨＤ（Ｆｌａｍｅ  Ｈｙｄｒｏｓｉｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。スパッタリング法の場合、ＳｉＯ２あるいはＳｉＯ２とＧｅＯ２やＴｉＯ２の混合物をターゲットとして用いＡｒなどの希ガスとＯ２を混合しＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）高周波放電し成膜する。成膜後、Ｏ２雰囲気中で１０００℃以上の温度で熱処理する。
【００１５】
ついで、コア９の形成では、ＳｉＯ２とＧｅＯ２やＴｉＯ２の混合比を変えたターゲットを用いて、Ａｒなどの希ガスとＯ２を混合してＲＦ高周波放電し成膜する。成膜後、１０００℃以上の温度で熱処理する。さらに、コア９のマスクとなる薄膜（例えばＷＳｉ）を、スパッタリング法などで成膜し、ホトレジスト工程によりレジストパターンを形成した後、該マスクとなる薄膜をエッチングし、この薄膜をマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりコア９を加工する。
【００１６】
さらに、１０００℃以上の熱処理を加え、その後、上部クラッド１０を下部クラッドと同様な方法で形成する。
【００１７】
光導波路５をＰＥＣＶＤを用いて形成する場合、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、Ｓｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４、Ｇｅ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４、Ｏ２などを原料ガスとして、成膜室に導入し、ＲＦ放電を行い、原料ガスを分解し、成膜する。ＰＥＣＶＤ法の場合、各種ガスの流量を制御することにより、屈折率を制御することができるため、フィードバックが可能である。ＰＥＣＶＤ法で成膜したクラッドおよびコアとも、スパッタリング法と同様に１０００℃以上の熱処理を加え屈折率を安定化する。また、コアについては、前述と同様なパターニング法で加工する。
【００１８】
光導波路５をＦＨＤ法で成膜する際には、下部クラッド８としてＳｉＯ２の粉末あるいはＳｉＯ２やＧｅＯ２粉末の混合物を基板上に塗布し、その後、火炎により溶融成膜する。コア９も、ＳｉＯ２粉末やＧｅＯ２粉末やＴｉＯ２粉末の混合物を塗布し、火炎により溶融成膜する。コアについても前述と同様なパターニング法で加工する。さらに、上部クラッド１０を下部クラッド８と同様な方法でＦＨＤ法しより成膜する。石英基板の場合、基板上に直接コアを形成し、その後、上部クラッド１０を形成することも可能である。
【００１９】
コア９及びクラッド８，１０の形成後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法で表面を平滑にする。ついで、ヒータ膜１を形成する。この方法としては、例えば、ＴａＮ膜、ＴａＳｉ２膜などをスパッタリング法により形成し、ホトリソグラフィー工程によりパターン化する。その後、ヒータ膜を熱処理し安定化する。
【００２０】
この上に、ＴＦＴを形成する。ＴＦＴは逆スタガ、正スタガ、コプラナ−構造などがある。図２及び図３では、逆スタガ構造の斜視模式図とその断面模式図を示している。
【００２１】
逆スタガ構造の場合、まず、ヒータ膜１上に、コモン電極配線６とヒータ膜１とソース電極１７とのコンタクト電極１１とを形成する。これらの電極６，１１にはＡｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。これらの材料をスパッタリング法あるいは蒸着法で成膜し、フォトリソグラフィー工程でパターニングする。この際、コモン電極配線６及びコンタクト電極１１はヒータ膜１と電気的に接続する。
【００２２】
この上に層間絶縁層１２を形成する。層間絶縁層１２としては窒素あるいは酸素を含有するＳｉ膜などがある。この膜の形成法としては、ＰＥＣＶＤ法などがある。窒素を含むＳｉ膜はＳｉＨ４とＮＨ３やＮ２などを原料ガスとし、これらにＨ２やＡｒなどの希ガスを加えてもよい。また、酸素を含むＳｉ膜は、ＳｉＨ４、Ｓｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４、Ｏ２などを原料ガスとして、成膜室に導入し、ＲＦ放電を行い、原料ガスを分解し、成膜する。
【００２３】
この上にゲート電極配線３を形成する。ゲート電極配線３にはＡｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。これらの材料をスパッタリング法あるいは蒸着法で成膜し、フォトリソグラフィー工程でパターニングする。
【００２４】
この上に、ゲート絶縁層１３、半導体層１４、コンタクト層１５を成膜する。ゲート絶縁層１３としては窒素あるいは酸素を含有するＳｉ膜などがある。また、ゲート絶縁層１３として高誘電率の膜２３と低誘電率の膜２４を積層してもよい。
【００２５】
半導体層１４は、本発明では、特に、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜（０＜Ｘ＜１；Ｘ：ａｔ％（原子組成比））を用いた。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜は、低温成膜により結晶化しやすく、移動度を高くできるため特にヒータ１に供給する電力を、比較的小さいＴＦＴ素子２で実現することができる。このため、光導波路５を高集積化しやすく、４×４以上の大規模な光スイッチをコンパクトに作製することができる。また、Ｘを増加すると、ＴＦＴ素子２のオフ電流が小さくなるため、好ましくは０＜Ｘ≦０．２、さらに好ましくは０．０１≦Ｘ≦０．１であることが適当である。
【００２６】
コンタクト層１５にはＰなどのＶＩ族元素あるいはＢなどのＩＩＩ族元素をドープしたＳｉ膜やＳｉ１−ＸＧｅＸ膜を適用する。これらの膜１３，１４，１５の形成方法には、ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、反応熱ＣＶＤ法などがある。窒素を含むＳｉ膜１３はＳｉＨ４とＮＨ３やＮ２などを原料ガスとし、これらにＨ２やＡｒなどの希ガスを加えてもよい。これらのガスを成膜室に導入しＰＥＣＶＤ法などにより分解して成膜する。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜１４は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などのＳｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ：整数）、ＳｉＦ４、ＧｅＨ４などＧｅｎＨ２ｎ＋２（ｎ：整数）、ＧｅＦ４やＦ２、Ｈ２、Ａｒなどの希ガスを混合しＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、反応熱ＣＶＤ法などで形成する。また、Ｐを含有するＳｉ膜１５は、ＰＨ３とＳｉｎＨ２ｎ＋２と混合しＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、反応熱ＣＶＤ法などにより形成する。
【００２７】
ついで、フォトリソグラフィー法によりコンタクト層１５、半導体層１４を島状に加工し、さらにフォトリソグラフィーによりゲート絶縁層１３と層間絶縁膜１２にヒータ１となる薄膜に接続するようにスルーホール１６を形成する。
【００２８】
次に、金属膜４，１７を形成する。この金属としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びそれらの合金を有するものである。また、コンタクト特性及び電気導電度を向上するため、異なる種類の金属膜を積層してもよい。金属層をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極１７及びドレイン電極配線４を形成する。この際、ソース電極１７とヒータ１とはスルーホール１６を介して接続される。
【００２９】
ついで、ソース電極１７及びドレイン電極配線４間にあるコンタクト層１５をエッチングする。この上に保護層１８を形成する。保護層としては、窒素を含むＳｉや酸素を含むＳｉなどである。次に、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。ここでのスルーホール加工は省略することも可能である。省略した場合には、このスルーホール加工は、後述の平坦化層１９のスルーホール加工と一緒に加工する。ついで、平坦化層１９を形成する。平坦化層１９としては、窒素を含むＳｉや酸素を含むＳｉなどがある。平坦化層１９形成後、ＣＭＰにより表面を平坦化する。なお、平坦化層１９と保護層１８は、同一にしてもよい。
【００３０】
平坦化後、ふた２６を陽極接合するためのＳｉ膜を形成する。この後、Ｓｉ膜をゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のＡｕのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Ａｕ膜を蒸着する。Ａｕ膜はレジスト除去の際、リフトオフ法により加工される。
【００３１】
この後、液体を注入する溝２０を加工するため、ＷＳｉ膜を成膜し、フォトリソグラフィーによりＷＳｉ膜を加工し、それをマスクとしてＲＩＥにより溝のエッチング加工をする。溝２０の加工後、ＷＳｉ膜を除去する。なお、この溝２０は、特許文献１での管路又は特許文献２での間隙と同様のものである。
【００３２】
この後、ワイヤーボンディング用のＡｕ膜を形成加工し、溝２０を形成した後、液体２１として屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入する。その後、ふた２６をかぶせて基板を電極間にはさみ４５０℃に加熱して電極間に９００Ｖを印加して陽極接合することで光スイッチを完成する。
【００３３】
ＴＦＴ２として正スタガ構造を採用する場合の光スイッチの斜視模式図を図４に、そのＢ−Ｂ’断面模式図を図５に示す。前述のように、ヒータ１まで作製する。ついで、コモン電極配線６とコンタクト電極１１を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。この上に層間絶縁層１２を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。
【００３４】
ついで、フォトリソグラフィー法によりスルーホール１６を形成する。この上に、ドレイン電極配線４及びソース電極１７を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。この際、ソース電極１７は、ヒータ１と電気的に接続する。この上に、コンタクト層１５を形成する。コンタクト層１５としては、ＩＩＩ族あるいはＶＩ族をドープしたＳｉ膜あるいはＳｉ１−ＸＧｅＸ膜などである。
【００３５】
コンタクト層１５はフォトリソグラフィーにより加工する。また、コンタクト層１５はドレイン電極配線４及びソース電極１７に積層して成膜し、同時にフォトリソグラフィー法により加工してもよい。
【００３６】
ついで、半導体層１４を形成する。半導体層としては前述のようにＳｉ１−ＸＧｅＸ膜（０＜Ｘ＜１）を適用する。半導体層はフォトリソグラフィーにより島状に加工する。ついでゲート絶縁層１３を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。
【００３７】
次に、ゲート電極配線３を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。この上に保護層１８を形成する。保護層１８としては、窒素を含むＳｉや酸素を含むＳｉなどがある。この保護層１８は逆スタガＴＦＴの場合で記述した平坦化層１９と同一のものとしている。ついで、ＣＭＰにより平坦化する。この上に陽極接合用のＳｉ膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。
【００３８】
この後、前述の逆スタガ型ＴＦＴを用いた場合と同様に、ワイヤーボンディング用のＡｕ膜を形成加工し、溝２０を形成した後、液体２１として、屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入し、ふた２６をかぶせて陽極接合し光スイッチを完成する。
【００３９】
ＴＦＴ２としてコプラナ構造を採用する場合の光スイッチの斜視模式図を図６に、そのＣ−Ｃ’断面模式図を図７に示す。前述の逆スタガの場合と同様に、ヒータ１まで作製する。この上に層間絶縁層１２を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。
【００４０】
ついで、半導体層１４としてＳｉ１−ＸＧｅＸ膜（０＜Ｘ＜１）を形成する。半導体層１４はフォトリソグラフィー工程により島状に加工する。この上に、ゲート絶縁層１３を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。さらに、この上にゲート電極を形成した。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。
【００４１】
さらに、不純物活性層２５を形成するために、ＢなどのＩＩＩ族元素あるいはＰなどのＶ族元素イオンを注入する。ついで、この上に層間絶縁層１２を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。ついで、フォトリソグラフィー法により、スルーホール１６を層間絶縁層１２とゲート絶縁層１３に形成する。ついで、ドレイン電極配線４、ソース電極１７を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。
【００４２】
この上に保護層１８を形成する。この材料としては、前述の逆スタガ構造ＴＦＴの場合に記述したものと同じである。この場合も保護層１８と平坦化層１９を同一のものとしている。ついで、ＣＭＰにより平坦化する。この上に陽極接合用のＳｉ膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィーによりゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４のそれぞれの端子部にスルーホールを形成する。
【００４３】
この後、前述の逆スタガ型ＴＦＴを用いた場合と同様に、ワイヤーボンディング用のＡｕ膜を形成加工し、溝２０を形成した後、液体２１として屈折率整合液あるいは液体金属を溝に注入し、ふた２６をかぶせて陽極接合し光スイッチを完成する。
【００４４】
以上の工程により作製したマトリックス光スイッチは、ゲート配線電極３とドレイン配線電極４により所定のヒータ１を選択でき、溝２０に注入した液体の移動に必要な電流を、指定したヒータに供給することが可能になる。また、ＴＦＴを光導波路基板上に作製するため高集積で信頼性の高い光スイッチを製作できる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
以下，本発明の一実施例を図２及び図３を用いて説明する。
まずＳｉ基板７上にクラッド２２の下部クラッド層８を形成する。クラッドの形成方法として、ＰＥＣＶＤ法により、原料ガスとして、ＳｉＨ４とＯ２の混合物を用いて成膜した。成膜後、１１００℃でＯ２雰囲気中でアニールして屈折率を安定化した。
【００４６】
ついで、コア９を形成した。コア９もＰＥＣＶＤ法により、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、Ｏ２の混合を原料として成膜した。成膜後、１１００℃でＯ２雰囲気中でアニールした。ついで、ＷＳｉをスパッタリング法により形成した。ＷＳｉ膜をフォトリソグラフィーにより加工し、これをマスクとしてＲＩＥにより、コア９を加工した。
【００４７】
コア９加工後、エッチングによりＷＳｉ膜を除去した。その後、Ｏ２雰囲気中で１２００℃でアニールし屈折率を安定化した。その後、上部クラッド１０をＰＥＣＶＤ法により形成した。原料をＳｉＨ４とＯ２としてＰＥＣＶＤ法により形成した。形成後、Ｏ２中で１１００℃でアニールし屈折率を安定化した。ついでＣＭＰにより表面を平坦化した。
【００４８】
ついで、ヒータ１としてＴａＮ膜をスパッタリングにより形成した。ついでホトリソグラフィー工程によりパターン化した。さらに６００℃で熱処理した。ここで、熱処理として、ＴＦＴは６００℃未満で成形するが、光導波路は６００℃以上で成形する。
【００４９】
ヒータ１の上に、ＴＦＴを形成した。まず、コモン電極配線６及びヒータ１とソース電極１７を接続するコンタクト電極１１を形成した。これは、ＣｒＭｏ合金をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー工程でコモン電極配線６及びコンタクト電極１１膜にパターニングした。この際、コモン電極配線６及びコンタクト電極１１はヒータ１と電気的に接続する。
【００５０】
この上に層間絶縁層１２を形成する。層間絶縁層としてＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を原料ガスとして形成した。この上にゲート電極配線３を形成した。ゲート電極配線としてはＣｒＭｏ膜をスパッタリング法により形成した。フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線３を形成した。この上に、ゲート絶縁層２３，２４を形成した。
【００５１】
ゲート絶縁層２３，２４には、高誘電率層２３としてＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を原料ガスとして形成した。さらに低誘電率層２４としてＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法によりＳｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４、Ｏ２を原料ガスとして形成した。このように積層することにより、ゲート絶縁層の面積あたりの電気容量を高くし、また、ＳｉＯ２をＳｉ１−ＸＧｅＸ膜界面に用いることにより、Ｓｉ１−ＸＧｅＸの結晶性を良くした。
【００５２】
半導体層１４はＳｉ１−ＸＧｅＸ膜（Ｘ＝０．０２）を用いた。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜は、反応熱ＣＶＤ法によりＳｉ２Ｈ６とＧｅＦ４とＨｅを用いて形成した。ついで、コンタクト層１５としてｎ＋Ｓｉ膜をＰＥＣＶＤ法により形成した。ｎ＋Ｓｉ膜は、ＳｉＨ４、ＰＨ３、Ｈ２を原料としたＰＥＣＶＤ法で形成した。
【００５３】
ついで、フォトリソグラフィー法によりコンタクト層１５、半導体層１４を島状に加工し、さらにフォトリソグラフィーによりゲート絶縁層１３に、ヒータ１を接続するためのスルーホール１６を形成した。ついで、金属層としてＣｒＭｏ膜を形成した。ＣｒＭｏ膜をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極１７及びドレイン電極配線４を形成した。この際、ソース電極１７とヒータ１とを前記のスルーホール１６を通して接続した。
【００５４】
次に、ソース電極１７及びドレイン電極配線４間にあるｎ＋Ｓｉ膜をエッチングした。オーバエッチしＳｉ１−ＸＧｅＸ膜も若干エッチングした。この上に保護層１８としてＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の混合ガスを用いて形成した。さらに、平坦化層１９としてＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法により形成しＣＭＰにより平坦化した。平坦化後、ふた２６を陽極接合するためのＳｉ膜をスッパタ法により形成した。
【００５５】
この後、ゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４それぞれの端子部のＳｉ膜、平坦化層１９及び保護層１８にスルーホールをフォトリソグラフィー法により形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のＡｕのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Ａｕ膜を蒸着した。Ａｕ膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【００５６】
この次に、液体を注入する溝２０を加工するため、ＷＳｉ膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりＷＳｉ膜を加工し、それをマスクとしてＲＩＥにより溝２０のエッチング加工をした。溝２０の加工後、ＷＳｉ膜をエッチングにより除去した。
【００５７】
この後、形成した溝に液体２１の屈折率整合液としてシリコーンオイルを注入し、ふたをして陽極接合した。以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート配線電極１３とドレイン配線電極１４により所定のヒータあるいは抵抗加熱器を選択し、液体２１の移動に必要な電流をヒータ１に供給することが可能になった。
【００５８】
【実施例２】
以下，本発明の一実施例を図４及び図５を用いて説明する。
まずＳｉ基板７上に下部クラッド層８を形成した。クラッドの形成方法として、ＳｉＯ２粉末を塗布し火炎堆積（ＦＨＤ）法により成膜した。ついで、コア９を形成した。コア９もＦＨＤ法によりＳｉＯ２とＧｅＯ２粉末の混合物を原料として成膜した。ついで、ＷＳｉをスパッタリング法により形成した。ＷＳｉ膜をフォトリソグラフィーにより加工し、これをマスクとしてＲＩＥにより、コア９を加工した。
【００５９】
コア９の加工後、エッチングによりＷＳｉ膜を除去した。その後、上部クラッド１０をＦＨＤ法によりＳｉＯ２粉末から形成した。ついでＣＭＰにより表面を平坦化した。ついで、ヒータ１としてＴａＮ膜をスパッタリングにより形成した。ついでホトリソグラフィー工程によりパターン化した。さらに６００℃で熱処理した。ここで、熱処理として、ＴＦＴは６００℃未満で成形するが、光導波路は６００℃以上で成形する。ヒータ１の上に、ＴＦＴを形成した。まず、コモン電極配線６と、ソース電極１７とヒータ１とのコンタクト電極１１を実施例１と同様な方法で形成した。
【００６０】
この上に層間絶縁膜１２を形成した。層間絶縁層１２としてＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４とＯ２の混合ガスを用いて形成した。さらに、フォトリソグラフィー工程によりコンタクト電極１１上にスルーホール１６を形成した。ついで、この上に、ソース電極１７とドレイン電極配線４用の金属膜を形成した。これは、Ｃｒ膜をスパッタリング法により成膜した。さらに、コンタクト層１５として、ｎ＋Ｓｉ膜を実施例１と同様の方法で成膜した。ついで、フォトリソグラフィー工程によりソース電極１７、ドレイン電極配線４に加工した。
【００６１】
半導体層１４はＳｉ１−ＸＧｅＸ膜（Ｘ＝０．１）を用いた。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜は、ＰＥＣＶＤ法によりＳｉＨ４とＧｅＨ４とＨ２を用いて形成した。ＳｉＨ４流量：ＧｅＨ４流量：Ｈ２流量は、９：１：１００とした。さらに、ホトリソグラフィーにより半導体層１４に加工した。この上に、ゲート絶縁層１３を形成した。
【００６２】
ゲート絶縁層１３には、ＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法によりＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の混合ガスを用いて成膜した。さらに、この上にゲート電極配線３を形成した。ゲート電極１３としてはＡｌ膜とＣｒＭｏ膜ををスパッタリング法により成膜した。その後、フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線３を形成した。さらに、この上に保護層１８としてＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法で形成した。さらに、ＣＭＰにより保護層を平坦化した。平坦化後、ふた２６を陽極接合するためのＳｉ膜をスッパタ法により形成した。
【００６３】
この後、ゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４の端子部を形成するために、Ｓｉ膜にフォトリソグラフィー法によりスルーホール１６を形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のＡｕのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Ａｕ膜を蒸着した。Ａｕ膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【００６４】
この後、液体を注入する溝２０を加工するため、ＷＳｉ膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりＷＳｉ膜を加工し、それをマスクとしてＲＩＥにより溝２０のエッチング加工をした。溝２０の加工後、ＷＳｉ膜をエッチングにより除去した。この後、形成した溝２０に屈折率整合液２１として電解質液を注入し、ふたをして陽極接合した。
【００６５】
以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート電極配線３とドレイン電極配線４により所定のヒータ１を選択し、液体２１の移動に必要な電流をヒータ１に供給することが可能になった。
【００６６】
【実施例３】
以下，本発明の一実施例を図６及び図７を用いて説明する。
まずＳｉ基板７上に光導波路５のクラッド２２及びコア９を実施例１と同様な方法で形成した。さらに、ヒータ１を実施例１と同様な方法で形成した。この上に、ＴＦＴを形成した。まず、コモン電極配線６とコンタクト電極１１を実施例１と同様な方法で形成した。この上に層間絶縁層１２を形成した。
【００６７】
層間絶縁層１２としてＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４とＯ２の混合ガスを用いて形成した。さらに、この上に、半導体層１４としてＳｉ１−ＸＧｅＸ膜（Ｘ＝０．０１）を形成した。Ｓｉ１−ＸＧｅＸ膜は、反応熱ＣＶＤ法によりＳｉ２Ｈ６とＧｅＦ４とＡｒを用いて形成した。ついでホトリソグラフィーにより半導体層１４に加工した。この上に、ゲート絶縁層１３を形成した。
【００６８】
ゲート絶縁層１３には、ＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法によりＳｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４とＯ２の混合ガスを原料として成膜した。さらに、この上にゲート電極配線３を形成した。ゲート電極３としてはＮｂ膜をスパッタリング法により成膜した。その後、フォトリソグラフィー工程でパターニングし、ゲート電極配線３を形成した。さらに、不純物活性層２５を形成するために、Ｐイオンを注入した。ついで、この上に層間絶縁層１２としてＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ法でＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の混合ガスを原料として形成した。ついで、フォトリソグラフィー法により、スルーホール１６を形成した。ついで、金属膜としてＣｒＭｏ膜をスパッタリング法により形成した。ＣｒＭｏ膜をフォトリソグラフィーにより加工し、ソース電極１７及びドレイン電極配線４を形成した。
【００６９】
さらに、保護層１８としてＳｉＯ２膜をＰＥＣＶＤ法によりＳｉ（Ｏ（Ｃ２Ｈ５））４とＯ２の混合ガスを原料として形成した。さらに、ＣＭＰにより保護層を平坦化した。平坦化後、ふた２６を陽極接合するためのＳｉ膜をスッパタ法により形成した。この後、ゲート電極配線３、コモン電極配線６及びドレイン電極配線４の端子部に、Ｓｉ膜、保護層１８、層間絶縁層１２及びゲート絶縁層１３を通したスルーホールをフォトリソグラフィー法により形成した。さらに、フォトリソグラフィーによりワイヤーボンディング用のＡｕのパターンレジストをフォトリソグラフィーにより加工し、Ａｕ膜を蒸着した。Ａｕ膜をレジスト除去の際、リフトオフ法により加工した。
【００７０】
この後、液体を注入する溝２０を加工するため、ＷＳｉ膜をスパッタリング法により成膜しフォトリソグラフィーによりＷＳｉ膜を加工し、それをマスクとしてＲＩＥにより溝２０のエッチング加工をした。溝２０の加工後、ＷＳｉ膜をエッチングにより除去した。この後、形成した溝２０に液体２１として水銀と屈折整合液である電解質液を注入し、ふたをして陽極接合した。
【００７１】
以上の工程で完成したマトリックス光スイッチにより、ゲート電極配線３とドレイン電極配線４により所定のヒータあるいは抵抗加熱器を選択し、液体２１の移動に必要な電流をヒータに供給することが可能になった。
【発明の効果】
本発明のマトリックス光スイッチは、ゲート配線電極とドレイン配線電極により所定のヒータを選択でき、液体の移動に必要な電流を、指定したヒータに供給することが可能になる。また、ＴＦＴを導波路基板上に形成し、移動度の高いＳｉ１−ＸＧｅＸ膜を半導体層に適用するためＴＦＴのサイズを縮小でき、高集積で信頼性の高い光スイッチを製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチの回路模式図
【図２】本発明の光スイッチの斜視模式図
【図３】図２のＡ−Ａ’断面模式図
【図４】本発明の光スイッチの斜視模式図
【図５】図４のＢ−Ｂ’断面模式図
【図６】本発明の光スイッチの斜視模式図
【図７】図６のＣ−Ｃ’断面模式図
【図８】従来技術の光スイッチの回路模式図
【符号の説明】
１・・・ヒータ又は加熱抵抗器、２・・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、３・・・ゲート電極配線、４・・・ドレイン電極配線、５・・・  光導波路、６・・・コモン電極配線、７・・・基板、８・・・下部クラッド、９・・・コア、１０・・・上部クラッド、１１・・・コンタクト電極、１２・・・層間絶縁層、１３・・・ゲート絶縁層、１４・・・半導体層、１５・・・コンタクト層、１６・・・スルーホール、１７・・・ソース電極、１８・・・保護層、１９・・・平坦化層、２０・・・溝、２１・・・液体、２２・・・クラッド、２３・・・高誘電率層、２４・・・低誘電率層、２５・・・不純物活性層、２６・・・ふた、  ３１・・・ヒータ回路、３２・・・加熱抵抗器、３３・・・ダイオード、３５・・・下層電気配線、３６・・・上層電気配線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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