(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
酸化層が形成されている基板の前記酸化層の上に、第1の導電型の不純物元素を含むシリコンにより、光導波路となるコア領域と、前記コア領域の両側に前記コア領域よりも薄いスラブ領域を形成する光導波路形成工程と、
前記コア領域の側壁の一方の側に、第1の酸化膜により一方の酸化膜側壁部を形成する一方の酸化膜側壁部形成工程と、
前記コア領域の両側に形成された前記スラブ領域のうち、一方のスラブ領域を覆うレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記コア領域の上部を含む領域に、第2の導電型の不純物元素をイオン注入するイオン注入工程と、
を有し、
前記光導波路形成工程は、前記コア領域の上に第4の酸化膜を形成する工程を含み、
前記一方の酸化膜側壁部形成工程は、
前記コア領域及び前記スラブ領域の上に、第1の酸化膜を形成する第1の酸化膜形成工程と、
前記第1の酸化膜をエッチングにより除去し、前記コア領域の両側に酸化膜側壁部を形成する酸化膜側壁部形成工程と、
前記第4の酸化膜を除去するとともに、前記コア領域の両側に形成された前記酸化膜側壁部のうち、一方の酸化膜側壁部を残し、他方の酸化膜側壁部を除去する他方の酸化膜側壁部除去工程と、
を含むものであることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0013】
実施するための形態について、以下に説明する。
【0014】
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における光導波路素子の製造方法について説明する。
【0015】
最初に、
図2(a)に示すように、SOI(Silicon on Insulator)基板11の上に、酸化シリコン(SiO
2)膜41及び窒化シリコン(SiN)膜42を順次積層して形成する。SOI基板11は、シリコン基板10の上に、厚さが約3μmの酸化シリコン(SiO
2)層20、厚さが約250nmのシリコン(Si)層30が順次積層して形成されているものであり、光導波路素子においては、酸化シリコン層20が下側のクラッド層となる。尚、シリコン層30には、P型となる不純物元素としてB(ボロン)が1×10
14〜1×10
15cm
−3の濃度でドープされており、P
−領域となっている。
【0016】
具体的には、SOI基板11におけるシリコン層30の上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)により、800℃の基板温度で、SiH
4(20%)/He+N
2Oを原料ガスとして、厚さが約20nmの酸化シリコン膜41を成膜する。この後、成膜された酸化シリコン膜41の上に、CVDにより、780℃の基板温度で、SiH
2Cl
2+NH
3を原料ガスとして、厚さが約60nmの窒化シリコン膜42を形成する。
【0017】
次に、
図2(b)に示すように、窒化シリコン膜42の上に、レジストパターン51を形成する。具体的には、窒化シリコン膜42の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、後述する光導波路となるコア領域が形成される領域上に、レジストパターン51を形成する。
【0018】
次に、
図2(c)に示すように、レジストパターン51の形成されていない領域の窒化シリコン膜42、酸化シリコン膜41、シリコン層30の一部をドライエッチングにより除去する。具体的には、CF
4等をエッチングガスとして用いたRIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングによりレジストパターン51が形成されていない領域の窒化シリコン膜42及び酸化シリコン膜41を除去する。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が100mTorr、投入パワーが150Wの条件で行われる。この後、HBr等をエッチングガスとして用いたRIE等のドライエッチングによりレジストパターン51が形成されていない領域のシリコン層30を厚さが約50nmとなるまで除去する。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が50mTorr、投入パワーが200Wの条件で行われる。これにより、シリコン層30には、レジストパターン51が形成されていた領域に、幅が約500nm、厚さが約250nmのコア領域31が形成され、レジストパターン51が形成されていない領域に、厚さが約50nmのスラブ領域32a及び32bが形成される。この後、レジストパターン51は、有機溶剤等により除去する。
【0019】
次に、
図3(a)に示すように、露出しているシリコン層30及び窒化シリコン膜42の上に、酸化シリコン膜43を形成する。具体的には、CVDにより800℃の基板温度で、SiH
4(20%)/He+N
2Oを原料ガスとして、厚さが約300nmの酸化シリコン膜43を成膜する。このように形成される酸化シリコン膜43は、比較的高い温度で成膜されるため、TEOS等により形成される酸化シリコン膜と比べて水素の含有量が少ない膜となる。よって、後の工程において約1000℃の温度で活性化アニールを行った場合においても、酸化シリコン膜43の膜剥がれ等が生じることはない。
【0020】
次に、
図3(b)に示すように、RIE等のドライエッチングにより酸化シリコン膜43をスラブ領域32a及び32bにおけるシリコン層30の一部が露出するまで除去する。これにより、コア領域31の上においては、窒化シリコン膜42が露出し、コア領域31の両側のスラブ領域32a及び32bには、残存する酸化シリコン膜43により、幅が約250nm、高さが約60nmの酸化シリコン側壁部43a及び43bが形成される。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が1.8Torr、投入パワーが150Wの条件で行われる。このように形成された酸化シリコン側壁部43a及び43bは、自己整合的にコア領域31の側面部分に形成されるものであり、本実施の形態においては、酸化膜側壁部と記載する場合がある。
【0021】
次に、
図3(c)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン52を形成した後、他方のスラブ領域32bにN型となる不純物元素をイオン注入することによりN
+領域を形成する。具体的には、シリコン層30が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン52を形成する。形成されるレジストパターン52は、一方のスラブ領域32aの全体を覆うものであればよく、更に、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよい。このように、レジストパターン52は、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよいため、レジストパターン52を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、N型となる不純物元素であるP(リン)を約1×10
18cm
−3の濃度となるようにイオン注入し、他方のスラブ領域32bにN
+領域を形成する。この際、ドープされるN型となる不純物元素であるPの濃度は、後述するコア領域31の上部31aに形成されるN
−領域における濃度よりも高い濃度である。尚、一方のスラブ領域32a及びコア領域31の上には、レジストパターン52及び酸化シリコン膜41及び窒化シリコン膜42等が形成されているため、一方のスラブ領域32a及びコア領域31に、N型となる不純物元素がイオン注入されることはない。この後、レジストパターン52は有機溶剤等により除去する。
【0022】
次に、
図4(a)に示すように、他方のスラブ領域32bを覆うレジストパターン53を形成した後、一方のスラブ領域32aにP型となる不純物元素をイオン注入することによりP
+領域を形成する。具体的には、シリコン層30が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、他方のスラブ領域32bを覆うレジストパターン53を形成する。形成されるレジストパターン53は、他方のスラブ領域32bの全体を覆うものであればよく、更に、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよい。このように、レジストパターン53は、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよいため、レジストパターン53を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、P型となる不純物元素であるBを約1×10
18cm
−3の濃度となるようにイオン注入し、一方のスラブ領域32aにP
+領域を形成する。この際、ドープされるP型となる不純物元素であるBの濃度は、前述したシリコン層30に形成されているP
−領域における濃度よりも高い濃度である。尚、他方のスラブ領域32b及びコア領域31の上には、レジストパターン53及び酸化シリコン膜41及び窒化シリコン膜42等が形成されているため、他方のスラブ領域32b及びコア領域31に、P型となる不純物元素がイオン注入されることはない。この後、レジストパターン53は有機溶剤等により除去する。
【0023】
次に、
図4(b)に示すように、コア領域31の上に形成された窒化シリコン膜42を除去する。具体的には、150℃に温めたリン酸に80分間浸すことにより、コア領域31の上に形成された窒化シリコン膜42を選択的に除去する。このウェットエッチングは選択エッチングであるため、酸化シリコン膜41、酸化シリコン側壁部43a及び43bは殆ど除去されることはない。
【0024】
次に、
図4(c)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン54を形成した後、レジストパターン54の形成されていない領域における他方の酸化シリコン側壁部43b及び酸化シリコン膜41の一部を希フッ酸(0.5%)により除去する。この際形成されるレジストパターン54は、コア領域31の幅の相当する分、形成される位置がずれていてもよい。例えば、コア領域31の幅が500nm程度である場合には、この範囲内であれば、レジストパターン54が形成される位置がずれていてもよい。この後、レジストパターン54は有機溶剤等により除去する。
【0025】
次に、
図5(a)に示すように、コア領域31の上のレジストパターン54が形成されていた領域に残存している酸化シリコン膜41を0.5%の希フッ酸(HF)により除去する。この際、一方の酸化シリコン側壁部43aも一部除去されるが、酸化シリコン膜41の厚さが20nmであるため、酸化シリコン膜41をすべて除去したとしても、一方の酸化シリコン側壁部43aが除去されてしまうことなく一部残存している。本実施の形態においては、このように残存している一方の酸化シリコン側壁部43aの厚さは約40nmである。
【0026】
次に、
図5(b)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン55を形成した後、コア領域31の上部及び他方のスラブ領域32bにN型となる不純物元素をイオン注入しN
−領域を形成する。具体的には、シリコン層30が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン55を形成する。形成されるレジストパターン55は、一方のスラブ領域32aの全体を覆うものであればよく、更に、一方の酸化シリコン側壁部43aの一部、または、全部を覆うものであってもよい。このように、レジストパターン55は、コア領域31に接して形成されている一方の酸化シリコン側壁部43aの一部、または、全部を覆うものであってもよいため、レジストパターン55を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、N型となる不純物元素としてPをイオン注入し、コア領域31の上部31a及び他方のスラブ領域32bにおいてコア領域31が設けられている側にN
−領域を形成する。この際、コア領域31の上部31a等に形成されるN
−領域における不純物の濃度は、約1×10
17cm
−3であり、他方のスラブ領域32bに形成されているN
+領域よりも低い濃度である。これにより、コア領域31においては、上部31aにN
−領域が形成され、下部31bにP
−領域が形成される。尚、他方のスラブ領域32bにおけるN
+領域にもN型となる不純物元素が注入されるが、注入される不純物元素はN型となる不純物元素であり、注入量も少ないため、N
+領域は維持される。また、一方のスラブ領域32aの上には、レジストパターン55及び一方の酸化シリコン側壁部43aが形成されているため、一方のスラブ領域32aに、N型となる不純物元素がイオン注入されることはない。更に、光導波路となるコア領域31が円形である場合には、多方面からイオンが注入されるため、意図しない領域にPがイオン注入される場合がある。このため、一方の酸化シリコン側壁部43aはコア領域31の高さよりも高くなるように形成されていることが好ましい。この後、レジストパターン55は有機溶剤等により除去する。
【0027】
次に、
図5(c)に示すように、イオン注入された不純物元素の活性化アニールを1000℃の温度で10秒間行った後、コア領域31及びスラブ領域32a及び32bの上に、上側のクラッド層となる酸化シリコン膜60を形成する。具体的には、TEOSにより厚さが約1μmの酸化シリコン膜60を形成する。
【0028】
次に、
図6(a)に示すように、酸化シリコン膜60にコンタクトホール61、62を形成する。具体的には、酸化シリコン膜60の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コンタクトホール61、62が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングによりレジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜60を除去することにより、酸化シリコン膜60にコンタクトホール61、62を形成する。コンタクトホール61は、酸化シリコン膜60を、一方のスラブ領域32aのP
+領域の表面が露出するまで除去することにより形成する。また、コンタクトホール62は、酸化シリコン膜60を、他方のスラブ領域32bのN
+領域の表面が露出するまで除去することにより形成する。
【0029】
次に、
図6(b)に示すように、酸化シリコン膜60に形成されたコンタクトホール61、62に電極71、72を形成する。具体的には、コンタクトホール61、62が形成されている酸化シリコン膜60の上に、Al等の金属膜を成膜することにより、コンタクトホール61、62を埋め込む。この後、成膜された金属膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、電極71、72が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の金属膜を除去することにより、コンタクトホール61に埋め込まれた電極71及びコンタクトホール62に埋め込まれた電極72を形成する。このようにして、一方のスラブ領域32aにおけるP
+領域と接続される電極71及び、他方のスラブ領域32bにおけるN
+領域と接続される電極72を形成する。この後、レジストパターンは除去される。
【0030】
以上の工程により、本実施の形態における光導波路素子を作製することができる。本実施の形態における光導波路素子においては、コア領域31の上部31aの全面にN
−領域が形成されるため、コア領域31には、上部31aの下の下部31bにおけるP
−領域との間に、全面において幅が均一なPN接合領域が形成される。従って、本実施の形態における製造方法により製造された光導波路素子は、均一性が高く、歩留りも高い。
【0031】
尚、コア領域31に接した酸化シリコン膜41や酸化シリコン側壁部43a及び43bを除去する際に、RIE等のドライエッチングにより除去するとコア領域31にダメージを与え、伝播損失が増加する場合や良好なPN接合が形成されない場合がある。このため、本実施の形態においては、コア領域31に接した酸化シリコン膜41及び酸化シリコン側壁部43a及び43bを除去する際には、希フッ酸等を用いたウェットエッチングを用いている。
【0032】
また、上記においては、光導波路を形成しているコア領域31は、シリコンにより形成されているものについて説明したが、SiGe、InP、GaAs及びこれらの混晶等の半導体材料により形成したものであってもよい。これらの半導体材料は、通信波長帯における信号光に対して透明であれば、本実施の形態における効果を得ることができる。
【0033】
また、上記においては、シリコン基板10を用いた場合について説明したが、シリコン基板10に代えて、石英基板、GaAs基板、InP基板等を用いてもよい。尚、シリコン基板は、低コストであり、ドライバ等の電子回路を一緒に搭載させることができるため、基板として好ましい。
【0034】
また、上記において説明に用いた数値は、一例であり、本実施の形態における効果を損なわない範囲で変化させてもよい。例えば、コア領域31における幅及び厚さは、レーザ光のシングルモード性が保たれる範囲で変化させてもよい。また、スラブ領域32a及び32bにおける幅及び厚さは、スポットサイズが大きく変化しない範囲で変化させてもよい。
【0035】
尚、本実施の形態においては、レジストパターン55を第1のレジストパターンと、レジストパターン54を第2のレジストパターンと、レジストパターン52を第3のレジストパターンと、レジストパターン53を第4のレジストパターンと記載する場合がある。また、レジストパターン51を第5のレジストパターンと記載する場合がある。また、酸化シリコン膜43を酸化膜または第1の酸化膜と、酸化シリコン膜60を第2の酸化膜と、酸化シリコン膜41を第4の酸化膜と記載する場合がある。
【0036】
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態における光導波路素子の製造方法について説明する。
【0037】
最初に、
図7(a)に示すように、SOI基板11の上に、酸化シリコン(SiO
2)膜41及び窒化シリコン(SiN)膜42を順次積層して形成する。SOI基板11は、Si基板10の上に、厚さが約3μmの酸化シリコン(SiO
2)層20、厚さが約250nmのシリコン(Si)層30が順次積層して形成されているものであって、光導波路素子においては、酸化シリコン層20が下側のクラッド層となる。尚、シリコン層30には、P型となる不純物元素としてB(ボロン)が1×10
14〜1×10
15cm
−3の濃度でドープされており、P
−領域となっている。
【0038】
具体的には、SOI基板11におけるシリコン層30の上に、CVDにより、800℃の基板温度で、SiH
4(20%)/He+N
2Oを原料ガスとして、厚さが約20nmの酸化シリコン膜41を成膜する。この後、成膜された酸化シリコン膜41の上に、CVDにより、780℃の基板温度で、SiH
2Cl
2+NH
3を原料ガスとして、厚さが約60nmの窒化シリコン膜42を形成する。
【0039】
次に、
図7(b)に示すように、窒化シリコン膜42の上に、レジストパターン51を形成する。具体的には、窒化シリコン膜42の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、後述する光導波路となるコア領域が形成される領域上に、レジストパターン51を形成する。
【0040】
次に、
図7(c)に示すように、レジストパターン51の形成されていない領域の窒化シリコン膜42、酸化シリコン膜41、シリコン層30の一部をドライエッチングにより除去する。具体的には、CF
4等をエッチングガスとして用いたRIE等のドライエッチングによりレジストパターン51が形成されていない領域の窒化シリコン膜42及び酸化シリコン膜41を除去する。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が100mTorr、投入パワーが150Wの条件で行われる。この後、HBr等をエッチングガスとして用いたRIE等のドライエッチングによりレジストパターン51が形成されていない領域のシリコン層30を厚さが約50nmとなるまで除去する。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が50mTorr、投入パワーが200Wの条件で行われる。これにより、シリコン層30には、レジストパターン51が形成されていた領域に、幅が約500nm、厚さが約250nmのコア領域31が形成され、レジストパターン51が形成されていない領域に、厚さが約50nmのスラブ領域32a及び32bが形成される。この後、レジストパターン51は、有機溶剤等により除去する。
【0041】
次に、
図8(a)に示すように、露出しているシリコン層30及び窒化シリコン膜42の上に、酸化シリコン膜43を形成する。具体的には、CVDにより800℃の基板温度で、SiH
4(20%)/He+N
2Oを原料ガスとして、厚さが約300nmの酸化シリコン膜43を成膜する。このように形成される酸化シリコン膜43は、比較的高い温度で成膜されるため、TEOS等により形成される酸化シリコン膜と比べて水素の含有量が少ない膜となる。よって、後の工程において約1000℃の温度で活性化アニールを行った場合においても、酸化シリコン膜43の膜剥がれ等が生じることはない。
【0042】
次に、
図8(b)に示すように、RIE等のドライエッチングにより酸化シリコン膜43をスラブ領域32a及び32bにおけるシリコン層30の一部が露出するまで除去する。これにより、コア領域31の上においては、窒化シリコン膜42が露出し、コア領域31の両側のスラブ領域32a及び32bには、残存する酸化シリコン膜43により、幅が約250nm、高さが約60nmの酸化シリコン側壁部43a及び43bが形成される。このドライエッチングは、チャンバー内の圧力が1.8Torr、投入パワーが150Wの条件で行われる。このように形成された酸化シリコン側壁部43a及び43bは、自己整合的にコア領域31の側面部分に形成される。
【0043】
次に、
図8(c)に示すように、スラブ領域32a及び32bにおいて露出しているシリコン層30を熱酸化することにより、スラブ領域32a及び32bにおけるシリコン層30の表面に酸化シリコン膜170を形成する。具体的には、800℃の温度で露出しているシリコン層30の表面を熱酸化することにより、厚さが約5nmの酸化シリコン膜170を形成する。この際、コア領域31の上面には、窒化シリコン膜42が形成されているため、窒化シリコン膜42の上には、熱酸化による酸化シリコン膜は形成されることなく、スラブ領域32a及び32bの表面にのみ形成される。本実施の形態においては、スラブ領域32a及び32bの表面に、熱酸化による酸化シリコン膜170が形成されるため、スラブ領域32a及び32bにおいて、後述する窒化シリコン膜42を除去する際に用いられるリン酸によるダメージを防ぐことができる。
【0044】
次に、
図9(a)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン52を形成した後、他方のスラブ領域32bにN型となる不純物元素をイオン注入することによりN
+領域を形成する。具体的には、酸化シリコン膜170が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン52を形成する。形成されるレジストパターン52は、一方のスラブ領域32aの全体を覆うものであればよく、更に、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよい。このように、レジストパターン52は、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよいため、レジストパターン52を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、N型となる不純物元素であるP(リン)を約1×10
18cm
−3の濃度となるようにイオン注入し、他方のスラブ領域32bにN
+領域を形成する。尚、一方のスラブ領域32a及びコア領域31の上には、レジストパターン52及び酸化シリコン膜41及び窒化シリコン膜42等が形成されているため、一方のスラブ領域32a及びコア領域31に、N型となる不純物元素がイオン注入されることはない。また、他方のスラブ領域32bの表面には、酸化シリコン膜170が形成されているが、酸化シリコン膜170は、約5nmと極めて薄いため、他方のスラブ領域32bに、Pをイオン注入することができる。この後、レジストパターン52は有機溶剤等により除去する。
【0045】
次に、
図9(b)に示すように、他方のスラブ領域32bを覆うレジストパターン53を形成した後、一方のスラブ領域32aにP型となる不純物元素をイオン注入することによりP
+領域を形成する。具体的には、酸化シリコン膜170が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、他方のスラブ領域32bを覆うレジストパターン53を形成する。形成されるレジストパターン53は、他方のスラブ領域32bの全体を覆うものであればよく、更に、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよい。このように、レジストパターン53は、コア領域31の上の部分を一部、または、全部覆うものであってもよいため、レジストパターン53を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、P型となる不純物元素であるBを約1×10
18cm
−3の濃度となるようにイオン注入し、一方のスラブ領域32aにP
+領域を形成する。尚、他方のスラブ領域32b及びコア領域31の上には、レジストパターン53及び酸化シリコン膜41及び窒化シリコン膜42等が形成されているため、他方のスラブ領域32b及びコア領域31に、P型となる不純物元素がイオン注入されることはない。また、一方のスラブ領域32aの表面には、酸化シリコン膜170が形成されているが、酸化シリコン膜170は、約5nmと極めて薄いため、一方のスラブ領域32aに、Bをイオン注入することができる。この後、レジストパターン53は有機溶剤等により除去する。
【0046】
次に、
図9(c)に示すように、コア領域31の上に形成された窒化シリコン膜42を除去する。具体的には、150℃に温めたリン酸に80分間浸すことにより、コア領域31の上に形成された窒化シリコン膜42を選択的に除去する。このウェットエッチングは選択エッチングであるため、酸化シリコン膜41、170、酸化シリコン側壁部43a及び43bほとんど除去されることはない。また、スラブ領域32a及び32bの上には、酸化シリコン膜170が形成されているため、スラブ領域32a及び32bは、リン酸によるウェットエッチングによるダメージを受けることはない。
【0047】
次に、
図10(a)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン54を形成した後、レジストパターン54の形成されていない領域における他方の酸化シリコン側壁部43b、酸化シリコン膜170及び酸化シリコン膜41の一部を除去する。具体的に、他方の酸化シリコン側壁部43b、酸化シリコン膜170及び酸化シリコン膜41の一部の除去は、希フッ酸(0.5%)を用いたウェットエッチングによりなされる。この際形成されるレジストパターン54は、コア領域31の幅の相当する分、形成される位置がずれていてもよい。例えば、コア領域31の幅が500nm程度である場合には、この範囲内であれば、レジストパターン54が形成される位置がずれていてもよい。この後、レジストパターン54は有機溶剤等により除去する。これにより、他方のスラブ領域32bの表面に形成されていた酸化シリコン膜170は除去される。
【0048】
次に、
図10(b)に示すように、レジストパターン54が形成されていた領域において、コア領域31の上に残存している酸化シリコン膜41及び一方のスラブ領域32aの表面の酸化シリコン膜170を0.5%の希フッ酸(HF)により除去する。この際、一方の酸化シリコン側壁部43aも一部除去されるが、酸化シリコン膜41の厚さが20nmであるため、酸化シリコン膜41をすべて除去したとしても、一方の酸化シリコン側壁部43aが除去されてしまうことなく一部残存している。本実施の形態においては、このように残存している一方の酸化シリコン側壁部43aの厚さは約40nmである。また、これにより、一方のスラブ領域32aの表面に形成されていた酸化シリコン膜170は除去される。
【0049】
次に、
図10(c)に示すように、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン55を形成した後、コア領域31の上部及び他方のスラブ領域32bにN型となる不純物元素をイオン注入しN
−領域を形成する。具体的には、シリコン層30が形成されている面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、一方のスラブ領域32aを覆うレジストパターン55を形成する。形成されるレジストパターン55は、一方のスラブ領域32aの全体を覆うものであればよく、更に、一方の酸化シリコン側壁部43aの一部、または、全部を覆うものであってもよい。このように、レジストパターン55は、コア領域31に接して形成されている一方の酸化シリコン側壁部43aの一部、または、全部を覆うものであってもよいため、レジストパターン55を形成する際の位置合せにおいては、厳密さはあまり要求されない。この後、N型となる不純物元素としてPをイオン注入し、コア領域31の上部31a及び他方のスラブ領域32bにおいてコア領域31が設けられている側にN
−領域を形成する。この際、コア領域31の上部31a等に形成されるN
−領域における不純物の濃度は、約1×10
17cm
−3であり、他方のスラブ領域32bに形成されているN
+領域よりも低い濃度である。これにより、コア領域31においては、上部31aにN
−領域が形成され、下部31bにP
−領域が形成される。尚、他方のスラブ領域32bにおけるN
+領域にもN型となる不純物元素が注入されるが、注入される不純物元素はN型となる不純物元素であり、注入量も少ないため、N
+領域は維持される。また、一方のスラブ領域32aの上には、レジストパターン55及び一方の酸化シリコン側壁部43aが形成されているため、一方のスラブ領域32aに、N型となる不純物元素がイオン注入されることはない。更に、光導波路となるコア領域31が円形である場合には、多方面からイオンが注入されるため、意図しない領域にPがイオン注入される場合がある。このため、一方の酸化シリコン側壁部43aはコア領域31の高さよりも高くなるように形成されていることが好ましい。この後、レジストパターン55は有機溶剤等により除去する。
【0050】
次に、
図11(a)に示すように、イオン注入された不純物元素の活性化アニールを1000℃の温度で10秒間行った後、コア領域31及びスラブ領域32a及び32bの上に、上側のクラッド層となる酸化シリコン膜60を形成する。具体的には、TEOSにより厚さが約1μmの酸化シリコン膜60を形成する。
【0051】
次に、
図11(b)に示すように、酸化シリコン膜60にコンタクトホール61、62を形成する。具体的には、酸化シリコン膜60の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コンタクトホール61、62が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングによりレジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜60を除去することにより、酸化シリコン膜60にコンタクトホール61、62を形成する。コンタクトホール61は、酸化シリコン膜60を、一方のスラブ領域32aのP
+領域の表面が露出するまで除去することにより形成する。また、コンタクトホール62は、酸化シリコン膜60を他方のスラブ領域32bのN
+領域の表面が露出するまで除去することにより形成する。
【0052】
次に、
図11(c)に示すように、酸化シリコン膜60に形成されたコンタクトホール61、62に、電極71、72を形成する。具体的には、コンタクトホール61、62が形成されている酸化シリコン膜60の上に、Al等の金属膜を成膜することにより、コンタクトホール61、62を埋め込む。この後、成膜された金属膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、電極71、72が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の金属膜を除去することにより、コンタクトホール61に埋め込まれた電極71及びコンタクトホール62に埋め込まれた電極72を形成する。このようにして、一方のスラブ領域32aにおけるP
+領域と接続される電極71及び、他方のスラブ領域32bにおけるN
+領域と接続される電極72を形成する。この後、レジストパターンは除去される。
【0053】
以上の工程により、本実施の形態における光導波路素子を作製することができる。本実施の形態における製造方法により製造される光導波路素子は、スラブ領域32a及び32bにおける厚さが若干薄くなるもののスラブ領域32a及び32bおいてウェットエッチングにより受けるダメージを防ぐことができる。
【0054】
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態においては、酸化シリコン膜170を第3の酸化膜と記載する場合がある。
【0055】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【0056】
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
酸化層が形成されている基板の前記酸化層の上に、第1の導電型の不純物元素を含むシリコンにより、光導波路となるコア領域と、前記コア領域の両側に前記コア領域よりも薄いスラブ領域を形成する光導波路形成工程と、
前記コア領域の側壁の一方の側に、酸化膜により一方の酸化膜側壁部を形成する一方の酸化膜側壁部形成工程と、
前記コア領域の両側に形成された前記スラブ領域のうち、一方のスラブ領域を覆うレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記コア領域の上部を含む領域に、第2の導電型の不純物元素をイオン注入するイオン注入工程と、
を有することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
(付記2)
前記一方の酸化膜側壁部形成工程は、
前記コア領域及び前記スラブ領域の上に、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜をエッチングにより除去し、前記コア領域の両側に酸化膜側壁部を形成する酸化膜側壁部形成工程と、
前記コア領域の両側に形成された前記酸化膜側壁部のうち、一方の酸化膜側壁部を残し、他方の酸化膜側壁部を除去する他方の酸化膜側壁部除去工程と、
を含むものであることを特徴とする付記1に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記3)
前記酸化膜形成工程における前記酸化膜は、CVDにより成膜されたものであることを特徴とする付記2に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記4)
前記酸化膜側壁部形成工程におけるエッチングは、ドライエッチングであることを特徴とする付記2または3に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記5)
前記レジストパターンは、第1のレジストパターンであって、
前記他方の酸化膜側壁部除去工程は、
前記一方のスラブ領域及び前記一方の酸化膜側壁部を覆う第2のレジストパターンを形成する工程と、
前記第2のレジストパターンの形成されていない領域における前記他方の酸化膜側壁部を除去する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記2から4のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記6)
前記他方の酸化膜側壁部の除去は、ウェットエッチングにより行われるものであることを特徴とする付記5に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記7)
前記ウェットエッチングに用いられるエッチング液は、フッ酸を含むものであることを特徴とする付記6に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記8)
酸化膜側壁部形成工程と他方の酸化膜側壁部除去工程との間には、
前記他方のスラブ領域に、第2の導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、
前記一方のスラブ領域に、第1の導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記5から7のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記9)
前記他方のスラブ領域に、第2の導電型の不純物元素をイオン注入する工程は、
前記一方のスラブ領域に、第3のレジストパターンを形成する工程と、
前記第3のレジストパターンの形成されていない前記他方のスラブ領域に、第2の導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記8に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記10)
前記一方のスラブ領域に、第1の導電型の不純物元素をイオン注入する工程は、
前記他方のスラブ領域に、第4のレジストパターンを形成する工程と、
前記第4のレジストパターンの形成されていない前記一方のスラブ領域に、第1の導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記8または9に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記11)
前記酸化膜は、酸化シリコンを含むものであることを特徴とする1から10のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記12)
前記レジストパターンは、前記一方の酸化膜側壁部の一部または全部を覆うものであることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記13)
前記酸化膜は第1の酸化膜であって、
前記イオン注入工程の後に、前記コア領域及び前記スラブ領域の上に、第2の酸化膜を形成する工程を含むものであることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記14)
前記第2の酸化膜は、TEOSにより形成されるものであることを特徴とする付記13に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記15)
前記酸化膜は第1の酸化膜であって、
酸化膜側壁部形成工程と、他方の酸化膜側壁部除去工程との間に、前記スラブ領域の表面に第3の酸化膜を形成する工程を含むものであることを特徴とする付記1から14のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記16)
前記第3の酸化膜は、前記スラブ領域の表面のシリコンを熱酸化することにより形成されたものであることを特徴とする付記15に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記17)
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であることを特徴とする付記1から16のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記18)
前記第1の導電型の不純物元素はBであり、前記第2の導電型の不純物元素はPであることを特徴とする付記17に記載の光導波路素子の製造方法。
(付記19)
前記基板の上には、前記酸化層及びシリコン層が順次積層されており、
光導波路形成工程は、
前記シリコン層の上に、第4の酸化膜及び窒化膜を順次積層形成する工程と、
前記窒化膜の上の前記コア領域が形成される領域に、第5のレジストパターンを形成する工程と、
前記第5のレジストパターンの形成されていない領域の前記窒化膜、前記第4の酸化膜、前記シリコン層の一部をエッチングにより除去し、前記第5のレジストパターンの形成されていない領域の前記シリコン層にスラブ領域を形成し、前記第5のレジストパターンの形成されている領域にコア領域を形成する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記1から18のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
(付記20)
前記第4の酸化膜は、一方の酸化膜側壁部形成工程と、前記イオン注入工程との間において、除去されることを特徴とする付記1から19のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。