(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基板上に導波路を形成し、該導波路の上方にＴａ2Ｎにより薄膜ヒータを形成する薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法において、上記薄膜ヒータを形成し、基板全体を１００℃〜４００℃に加熱しながら、プラズマＣＶＤ法あるいはＲＦスパッタリング法で保護膜を形成することにより上記薄膜ヒータを保護膜で覆った後に、薄膜ヒータの酸化の進行を防止しつつ、５００℃より高く９００℃以下の温度で熱処理を行って、上記薄膜ヒータを形成するＴａ2Ｎの結晶化を進行させることを特徴とする薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法。
【請求項２】
上記熱処理は、上記薄膜ヒータを上記保護膜で覆った後に、Ｈｅガス中で行われる請求項１に記載の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で広く用いられている薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英ガラス系光導波路で構成される光干渉計を用いた光減衰器、光分波器、光スイッチ等の機能部品が開発されている。通常、ガラス導波路型光干渉計に用いられる位相シフタには、熱光学効果を利用するための薄膜ヒータが用いられている。
【０００３】
図４（ａ）は従来の光部品としての光減衰器の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。
【０００４】
本光減衰器は、入力導波路１−１と、合波側が入力導波路１−１に接続されたＹ分岐導波路２−１と、一端がＹ分岐導波路２−１の分岐側にそれぞれ接続された長さの等しい二つのアーム導波路３−１、３−２と、分岐側が両アーム導波路３−１、３−２の他端に接続されたＹ分岐導波路２−２と、Ｙ分岐導波路２−２に接続された出力導波路１−２と、アーム導波路３−１上に形成されたＴａ2Ｎからなる薄膜ヒータ４とで構成されている。尚、５は各導波路１−１、１−２、２−１、２−２、３−１、３−２のコアより屈折率が低く、コアを覆うクラッドである。
【０００５】
入力導波路１−１から入射した信号光は、Ｙ分岐導波路２−２で結合し、出力導波路１−２を通して入力信号光のパワーに等しいパワーの信号光が出射する。
【０００６】
この薄膜ヒータ４に電力を供給して、加熱するとアーム導波路３−１のコアの屈折率が変化し、光の位相が変わる。光の位相が変わると、Ｙ分岐導波路２−２で結合する光の強度が変化する。この光の強度は薄膜ヒータ４に供給する電力を変えることによりコントロールすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した薄膜ヒータ４には実用上長期の信頼性が求められる。
【０００８】
しかしながら、実際の長期通電においては薄膜ヒータの酸化や材料自体の結晶化等の材料変質が発生し、薄膜ヒータの抵抗値が劣化したり、ヒータ線が断線したりするという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、薄膜ヒータの寿命の長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法は、石英ガラス基板上に導波路を形成し、該導波路の上方にＴａ2Ｎにより薄膜ヒータを形成する薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法において、上記薄膜ヒータを形成し、基板全体を１００℃〜４００℃に加熱しながら、プラズマＣＶＤ法あるいはＲＦスパッタリング法で保護膜を形成することにより上記薄膜ヒータを保護膜で覆った後に、薄膜ヒータの酸化の進行を防止しつつ、５００℃より高く９００℃以下の温度で熱処理を行って、上記薄膜ヒータを形成するＴａ2Ｎの結晶化を進行させるものである。
【００１２】
上記構成に加え本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法に関して、上記熱処理は、上記薄膜ヒータを保護膜で覆った後に、Ｈｅガス中で行われるのが好ましい。
【００１４】
ここで、ガラス導波路上に形成されたＴａ2Ｎ（窒化タンタル）膜からなる薄膜ヒータの表面に、ガラス導波路全体を１００℃〜４００℃に加熱しながらプラズマＣＶＤ法あるいはＲＦスパッタリング法により保護膜を形成する。その後、５００℃〜９００℃の範囲で熱処理を行う。薄膜ヒータに電力を供給すると薄膜ヒータの温度が上昇する。このとき、薄膜ヒータの表面が大気中に露出していると、大気中の酸素によりヒータ膜の表面の酸化が進行してしまう。
【００１５】
そこで、ヒータ膜の表面に基板全体を１００℃〜４００℃の温度に加熱しながらプラズマＣＶＤ法あるいはＲＦスパッタリング法により保護膜を形成することにより、通電時の酸化の進行を防止することができる。
【００１６】
しかし、１００℃よりも低い温度での成膜においては、薄膜ヒータ中の水分が完全に離脱する前に保護膜が被膜されるため、通電時の薄膜ヒータの酸化を防止することができない。また、４００℃よりも高い温度での成膜では装置内部の電極板変形などの装置劣化が顕著であることから制限が生じる。
【００１７】
さらに、薄膜ヒータの温度上昇は、薄膜ヒータの結晶化を誘発する。この結晶化による薄膜ヒータの通電時の抵抗変化を防止するには、通電前に薄膜ヒータを熱処理することによりある程度結晶化を進行させて抵抗値を安定化させることが必要である。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｃ）は薄膜ヒータの熱処理温度を変化させたときのＸ線回折を示す図であり、横軸は回折角軸であり、縦軸は回折強度軸である。図３（ａ）は常温を示し、図３（ｂ）は５００℃を示し、図３（ｃ）は９００℃を示す。
【００１９】
５００℃以上の熱処理で結晶化が始まり、９００℃で略全体が結晶となっている。９００℃を超えると薄膜ヒータ全体が結晶化すると共に薄膜ヒータの酸化が発生する。そのため、引っ張り応力が発生し薄膜ヒータにクラックが生じる。従って、薄膜ヒータの熱処理は５００℃以上９００℃以下の範囲の温度で行うのが好ましいことが分かる。
【００２０】
すなわち、本発明によれば、薄膜ヒータの通電前に薄膜ヒータを熱処理することによりある程度結晶化が進行して抵抗値が安定化するので、薄膜ヒータの寿命の長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１（ａ）は本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した光導波路素子の一実施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。
【００２３】
導波路７のコアが、コアより屈折率の低いクラッド６で覆われている。クラッド６の導波路７の位置（図１（ｂ）では真上）にはＴａ2Ｎからなる薄膜ヒータ８が形成されている。薄膜ヒータ８の両端には図示しない配線に接続するための電極９−１、９−２がそれぞれ形成されている。薄膜ヒータ８は保護膜としてのＳｉＯ2膜（例えば厚さ２μｍ）１０で覆われている。
【００２４】
薄膜ヒータ８は、反応性スパッタ装置により成膜され、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしたレジストをマスク材として反応性イオンエッチングで加工したものである。
【００２５】
酸化珪素膜１０は薄膜ヒータ膜８を形成した後、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜したものである。このプラズマＣＶＤ法としては、原料ガスをＳｉＨ4とＯ2との混合ガスとするもの、あるいはＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ：Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ3）4）材料とＯ2ガスとを用いるものを使用した。また成膜温度は３００℃とした。
【００２６】
このようにして得られた光導波路素子をＨｅガス中で７００℃、３０分の熱処理を行った。
【００２７】
すなわち、本薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法は、石英ガラス基板上に導波路を形成し、導波路に薄膜ヒータを形成した後に熱処理を行うものである。
薄膜ヒータの材料にはＴａ2Ｎを用い、５００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を行うのが好ましい。また、薄膜ヒータをＳｉＯ2膜で覆った後で５００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を行うのが好ましい。さらに、プラズマＣＶＤ法あるいはＲＦスパッタリング法で形成するのが好ましい。
【００２８】
図２はヒータ電力１Ｗ印加時の薄膜ヒータの抵抗変化率を示す図であり、横軸は通電時間軸であり、縦軸は抵抗変化率軸である。同図において、（１）は薄膜ヒータの表面にＳｉＯ2保護膜を形成していないヒータ試料、（２）は薄膜ヒータの表面にＳｉＯ2保護膜を形成したヒータ試料、（３）は薄膜ヒータの表面にＳｉＯ2保護膜を形成し、かつＨｅガス中で７００℃、３０分の熱処理を行った試料にそれぞれ１Ｗの電力を供給し、５００時間の通電試験を行った結果を示す。
【００２９】
保護膜を形成し、かつ熱処理を行った試料の５００時間後の抵抗変化率は約１０％であった。すなわち、熱処理を行った薄膜ヒータは、熱処理を行っていない薄膜ヒータに比べて抵抗変化率が低減したことが分かる。
【００３０】
尚、本実施の形態では光導波路素子の場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光減衰器、光分岐器、光スイッチ等の他の機能部品に適用することができる。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
熱処理温度を５００℃とした以外は上述した実施の形態と同様の方法で形成した試料に対し、上述した通電試験と同様の通電試験を行ったところ、５００時間経過後の抵抗変化率は約２０％であった。
【００３２】
（実施例２）
保護膜の材料を窒化珪素とした以外は上述した実施の形態と同様の方法で熱処理した試料に対し、同様の通電試験を行ったところ、５００時間経過後の抵抗変化率は約１０％であった。なお、窒化珪素からなる保護膜は、ＲＦスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法により形成した。このプラズマＣＶＤ法においては、ＳｉＨ4とアンモニアとを原料ガスとした。
【００３３】
（比較例）
上述した実施の形態と同様の方法で製作した光導波路素子に対し、１０００℃の加熱処理を行ったところ、薄膜ヒータにクラックが発生した。
【００３４】
以上において、本発明によれば、薄膜ヒータ形成後に熱処理を行うので、光導波路素子に用いられる薄膜ヒータの材料変質を低減することができ、抵抗変動、断線等を抑制することができる。その結果、薄膜ヒータの寿命が長くなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３６】
薄膜ヒータの寿命の長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した光導波路素子の一実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。
【図２】ヒータ電力１Ｗ印加時の薄膜ヒータの抵抗変化率を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は薄膜ヒータの熱処理温度を変化させたときのＸ線回折を示す図である。
【図４】（ａ）は従来の光部品としての光減衰器の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。
【符号の説明】
６  クラッド
７  導波路
８  薄膜ヒータ
９−１、９−２  電極
１０  保護膜（酸化珪素膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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