CN109425933A - 半导体器件 - Google Patents

Abstract

提供一种半导体器件，其包括低损耗光波导。包括在半导体器件中的光波导具有覆盖有分别具有不同折射率的第一和第二包层的芯层。芯层的一部分以第一比率覆盖，即，第一包层与第二包层的比率，同时以第二比率覆盖，即，第二包层与第一包层的比率。此时，第一比率和第二比率均为大于0的有限值。

Description

半导体器件

相关申请的交叉引用

于2017年9月5日提交的日本专利申请No.2017-170268的公开内容，包括说明书、附图和摘要，通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，例如，当应用于包括使用硅光子技术形成的光波导的半导体器件时有效的技术。

背景技术

日本未审专利申请公开No.2000-66048(专利文献1)描述了一种涉及具有石英基光波导的半导体器件的技术，所述石英基光波导对于每种形状具有最佳折射率差。

日本未审专利申请公开No.2000-131547(专利文献2)描述了一种在具有弯曲波导和线性波导的光波导中控制芯的折射率以使得在弯曲波导中的芯和包层之间的折射率差高于在线性波导中的芯和包层之间的折射率差的技术。

[专利文献]

[专利文献1]日本未审专利申请公开No.2000-66048

[专利文献2]日本未审专利申请公开No.2000-131547

发明内容

在硅光子技术中，例如，通过处理SOI(绝缘体上硅)衬底的硅层形成光波导的芯层，并且形成覆盖该芯层的氧化硅层作为包层。在具有这种配置的光波导中，要求芯层的折射率高于包层的折射率，以便满足芯层和包层之间界面处的全反射条件。

在这一点上，当芯层由线性部分和弯曲部分组成时，从减小散射损耗的观点来看，折射率差优选地取决于芯层的形状而不同，更具体地，在线性部分处的芯层和包层之间的最佳折射率差优选地不同于在弯曲部分处的芯层和包层之间的最佳折射率差。为此，可以考虑形成在覆盖构成线性部分的芯层的包层的折射率和覆盖构成弯曲部分的芯层的包层的折射率之间不同的光波导作为一种措施。然而，作为研究的结果，本发明人新发现，在覆盖芯层的包层的折射率在光波导中沿传播的光的方向急剧变化的情况下，由于在具有各自不同折射率的包层之间的界面处的光散射导致光损耗。这意味着在实现具有由线性部分和弯曲部分组成的芯层的低损耗光波导方面存在改进的空间。

根据本文的描述和附图，其他问题和新颖特征将是显而易见的。

包括在一个实施例的半导体器件中的光波导具有覆盖有第一包层的芯层和分别具有不同折射率的第二包层。芯层的一部分以第一比率覆盖，即，第一包层与第二包层的比率，同时以第二比率覆盖，即，第二包层与第一包层的比率。第一比率和第二比率均为大于0的有限值。

上述实施例可以提供一种包括光波导的半导体器件，该光波导能够以低光损耗在其中传播光。

附图说明

图1示出了现有技术的光波导的示意性配置；

图2是沿图1的A-A线的示意性截面图；

图3示出了第一实施例的光波导的示意性配置；

图4是沿图3的A-A线的截面图；

图5是沿图3的B-B线的截面图；

图6是沿图3的C-C线的截面图；

图7是沿图3的D-D线的截面图；

图8示意性示出了第一实施例的变形例1的光波导；

图9示意性示出了第一实施例的变形例1的光波导；

图10示意性示出了第一实施例的变形例2的光波导；

图11是示出了第一实施例的半导体器件的制造步骤的截面图；

图12是示出了接着图11的半导体器件的制造步骤的截面图；

图13是示出了接着图12的半导体器件的制造步骤的截面图；

图14是示出了接着图13的半导体器件的制造步骤的截面图；

图15是示出了接着图14的半导体器件的制造步骤的截面图；

图16是示出了第一实施例的变形例3的光波导的配置的截面图；

图17示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图18示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图19示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图20示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图21示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图22示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图23示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图24示意性示出了第一实施例的变形例4的光波导；

图25示意性示出了第二实施例的半导体器件的制造步骤的截面图；

图26是示出了接着图25的半导体器件的制造步骤的截面图；

图27是示出了接着图26的半导体器件的制造步骤的截面图；

图28是示出了第二实施例的变形例的半导体器件的制造步骤的截面图。

图29是示出了接着图28的半导体器件的制造步骤的截面图；

图30示出了第三实施例的光波导的示意性配置；

图31是示出了第三实施例的半导体器件的制造步骤的截面图；

图32是示出了接着图31的半导体器件的制造步骤的截面图；

图33是示出了接着图32的半导体器件的制造步骤的截面图；以及

图34是示出了接着图33的半导体器件的制造步骤的截面图。

具体实施方式

在下面描述的实施例中，为了方便起见，如果需要，将在分成多个部分或实施例之后进行描述。除非另外特别指出，否则这些部分或实施例不是彼此独立的，而是它们中的一个可以是另一个的一部分或全部的变形例、细节、补充描述等。

在下面描述的实施例中，当参考部件的数目等(包括数目、值、数量、范围等)时，该数目不限于指定的数目，而是可以更多或者小于规定的数目，除非另有特别规定或者主要明显将该数目限于规定的数目。

此外，不用说，在下面描述的实施例中，构成部件(包括部件步骤等)并非总是必要的，除非另有特别指定或者主要明显是必要的。

类似地，在下面描述的实施例中，当参考构成部件的形状、位置关系等时，除了不是特别指定或主要明显之外，还包括在形状等上基本上近似或类似的部件。这也适用于上述数目和范围。

在用于描述实施例的所有附图中，相同的构件原则上将由相同的附图标记标识，并且将省略重复的描述。甚至平面视图有时也会被添加影线，以便于其理解。

(第一实施例)

<现有技术的描述>

首先，在描述现有技术之后，将描述现有技术所具有的改进空间。接下来将描述用于减小现有技术的改进空间的第一实施例的技术概念。

图1示出了现有技术的光波导的示意性配置。图1所示的现有技术的光波导具有形成在衬底上的芯层CR(参见后面描述的图2)。如图1所示，该芯层CR包括沿y方向(第一方向)延伸的线性部分P1和具有有限曲率半径的弯曲部分P3。在图1中，示出了用于将线性部分P1与弯曲部分P3区分开的边界线BL。这意味着在图1中，芯层CR的线性部分P1在该图中存在于边界线BL下方，并且芯层CR的弯曲部分P3在该图中存在于边界线BL上方。如图1所示，在该图中，包层CLD1覆盖位于边界线BL下方的芯层CR的线性部分P1。另一方面，如图1所示，在该图中，包层CLD2覆盖位于边界线BL上方的芯层CR的弯曲部分P3。

在现有技术中，包层CLD1的折射率低于芯层CR的折射率，同时包层CLD2的折射率也低于芯层CR的折射率。同时，包层CLD1的折射率不同于包层CLD2的折射率。更具体地，包层CLD1的折射率大于包层CLD2的折射率。

下面将描述包层CLD1的折射率和包层CLD2的折射率均低于芯层CR的折射率的原因。例如，在图1中，光波导的线性部分包括芯层CR的线性部分P1和覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1。此时，在光波导中，光在芯层CR内传播。为了将光限制在芯层CR内部，使包层CLD1的折射率低于芯层CR的线性部分P1中的芯层CR的折射率，以便满足芯层CR和包层CLD1之间的边界区域中的全反射条件。类似地，为了将光限制在芯层CR内部，使包层CLD1的折射率低于芯层CR的弯曲部分P3中的芯层CR的折射率，以便满足芯层CR和包层CLD2之间的边界区域中的全反射条件。

接下来，将描述使覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的折射率低于覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的折射率的原因。例如，由于芯层CR的弯曲部分P3具有有限的曲率半径，因此从减小光损耗的观点来看，在芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件下的限制比在芯层的线性部分P1中的全反射条件中的限制变得更严重。这意味着覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的折射率应该低于覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的折射率。换句话说，在芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件中比在芯层的线性部分P1中的全反射条件中的限制更严重，使得芯层CR的弯曲部分P3中的芯层CR和包层CLD2之间的折射率差应该大于芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差。

考虑到满足芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件不可避免地导致满足芯层的线性部分P1中的全反射条件，可以使得芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差可能等于芯层CR的弯曲部分P3中的芯层CR和包层CLD2之间的折射率差。这意味着可以形成覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1和覆盖来自相同包层的芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2。在这种情况下，不需要提供折射率彼此不同的包层CLD1和包层CLD2，这是有利的，因为可以提供具有简化配置的光波导。

如果使线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差不必要地大，则芯层CR的线性部分中的光损耗变得更高。接下来将描述这种现象。

从几何光学的观点来看，芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差是否不必要地大，芯层CR的线性部分P1中的光损耗假设不会增加，因为芯层CR的线性部分P1中的全反射条件无论如何都是满足的。换句话说，从几何光学的观点来看，可以得出结论，如果满足全反射条件，则没有光从芯层CR泄漏到包层CLD1，因此不能找到合理的原因导致芯层CR的线性部分中光损耗的增加。

在这一点上，实际光不是几何光学中假设的光线，而是波动，其是一种电磁波，因此从波动光学的角度来考虑光的传播。根据波动光学，即使满足芯层CR的线性部分P1中的全反射条件，光也会轻微渗出到包层CLD1。渗出到包层CLD1的光被称为“瞬逝光”。该瞬逝光越大，光损耗越高。渗出到包层CLD1的瞬逝光的强度取决于芯层CR和包层CLD1之间的折射率差。换句话说，随着芯层CR和包层CLD1之间的折射率差变大，渗出到包层CLD1的瞬逝光的强度变得更高。因此，当芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差变得不必要地大时，瞬逝光的强度增加，导致在芯层CR中传播的光损耗的增加。

基于上述发现，不采用其中相同的包层用于形成覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1和覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的配置，即使满足芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件不可避免地导致满足芯层CR的线性部分P1中的全反射条件。

因此采用图1所示的现有技术中的光波导的配置，因为(1)在芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件中比在芯层CR的线性部分P1中的全反射条件中的限制更严重，并且(2)通过使芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差不必要地大光损耗增加。简而言之，由于上述原因，采用了现有技术，其中覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1和覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2是由分别具有不同折射率的包层组成。

<改进的调查>

然而，本发明人的研究新近揭示了上述现有技术具有以下改进空间，因此下面将对其进行描述。

图2是沿图1的A-A线的示意性截面图。如图2所示，现有技术的光波导形成在SOI(绝缘体上硅)衬底上。具体地说，SOI衬底由支撑衬底SUB、形成在该支撑衬底SUB上的掩埋绝缘层BOX以及形成在该掩埋绝缘层BOX上的硅层SL组成。SOI衬底的硅层SL被处理成构成光波导的芯层CR。芯层CR在其线性部分P1上具有包层CLD1，而芯层CR在其弯曲部分P3上具有包层CLD2。

对芯层CR的大小没有特别限制，只要它允许光在其内部适当传播。例如，芯层CR的宽度为400nm，并且芯层CR的高度为200nm。

这里，包层CLD1的折射率大于包层CLD2的折射率。芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差与芯层CR的弯曲部分P3中的芯层CR和包层CLD2之间的折射率差不同。更具体地，芯层CR的线性部分P1中的芯层CR和包层CLD1之间的折射率差小于芯层CR的弯曲部分P3中的芯层CR和包层CLD2之间的折射率差。这意味着在图2所示的边界线BL处，芯层CR与各个包层(CDL1和CDL2)之间的折射率差存在不连续性。

如上所述，在现有技术中，芯层CR和包层CLD1之间的折射率差小于芯层CR和包层CLD2之间的折射率差。芯层CR和各个包层之间的折射率差的增加导致瞬逝光到包层的渗出距离的增加。作为图2中的水平方向的虚线示出了瞬逝光到覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的渗出距离变得大于瞬逝光到覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的渗出距离。随着包层CLD1和包层CLD2之间的边界线BL作为边界，瞬逝光的渗出距离不连续地变化。结果，在边界线BL处发生光的散射(反射)。考虑到光是电磁波之一，可以从与例如由于归因于阻抗不连续性的阻抗不匹配引起的电磁波的反射的现象相似性来理解该现象。

因此，本发明人新发现，在现有技术中，由于覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1和覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2分别由折射率不同的包层构成，所以线性部分P1和弯曲部分P3之间的边界区域(边界线BL)中不可避免地发生光散射(反射)。换句话说，本发明人新发现，在芯层CR中传播的光的模式(能量分布)在边界区域中变得不连续，导致出现诸如散射光(反射光)的杂散光。光散射的发生意味着通过这种新机制增加了光损耗。具体地说，由于包层CLD1和包层CLD2之间的边界区域(边界线BL)中的折射率的不连续性，在现有技术中光波导的光损耗不可避免地增加。简而言之，从减小光波导的光损耗的观点来看，现有技术存在改进的空间。因此，在第一实施例的光波导中，采取一些措施来减小现有技术中存在的改进空间。下面将描述由此获得的第一实施例的技术概念。

<第一实施例的基本概念>

第一实施例的基本概念是在覆盖芯层的线性部分的第一包层的折射率与覆盖芯层的弯曲部分的第二包层的折射率不同的前提下，减轻第一包层和第二包层之间的折射率的不连续性。特别地，第一实施例的基本概念是在与光波导的延伸方向垂直的截面中，包括第一包层和第二包层都与芯层CR的表面接触的部分并且在延伸方向上具有有限的宽度的边界区域BR被提供并且使得与芯层CR接触的第一包层和第二包层都存在于边界区域BR中，使得在与在该边界区域BR中的光的行进方向(光波导的延伸方向)垂直的截面中，第二包层与第一包层的比率变为大于0的有限值。这里使用的术语“边界区域BR的宽度”是指在与光波导的延伸方向垂直的截面中第一包层和第二包层都与芯层CR的表面接触的区域中的光波导的长度。根据第一实施例的这种基本概念，可以减轻边界区域BR中的折射率的不连续性。例如，在不应用第一实施例的基本概念的情况下，不存在具有有限宽度的边界区域BR。在这种情况下，覆盖芯层的包层在光的行进方向上突然从第一包层变到第二包层。这意味着第二包层与第一包层的比率从“0”急剧变到“∞”，并且还意味着第一包层和第二包层之间的折射率的不连续性增加。

另一方面，当应用第一实施例的基本概念时，包括第一包层和第二包层都与芯层CR的表面接触并且具有有限宽度的部分的边界区域BR存在于与光波导中的光的行进方向垂直的截面中。与芯层CR接触的第一包层和第二包层都具有在边界区BR中的有限的宽度，使得在与该边界区域BR中的光的行进方向垂直的截面中与芯层CR接触的第二包层与第一包层的比率变为大于0的有限值。结果，从第一包层到第二包层的变化在光的行进方向上逐渐变化。第二包层与第一包层的比率如下变化：“0”→“大于0的有限值”→“∞”。这意味着与不应用第一实施例的基本概念的情况相比，减轻了第一包层和第二包层之间的折射率的不连续性。

根据第一实施例的基本概念，减轻了第一包层和第二包层之间的折射率的不连续性，从而可以抑制由于折射率的不连续性引起的光散射。下面将描述通过实现第一实施例的基本概念而获得的光波导的配置示例。

<光波导的配置>

图3示出了第一实施例的光波导的示意性配置。在图3中，第一实施例的光波导具有芯层CR。如图3所示，该芯层CR由沿y方向(第一方向)延伸的线性部分P1、具有有限曲率半径的弯曲部分P3以及由线性部分P1的一部分和弯曲部分P3的一部分组成的边界部分P2组成。图3示出了用于将芯层CR分成线性部分P1和弯曲部分P3的边界线BL。边界部分P2在边界线BL上方延伸。在第一实施例的光波导中，边界部分P2覆盖线性部分P1的一部分和弯曲部分P3的一部分。简而言之，边界部分P2由在y方向(第一方向)上延伸的部分和具有有限曲率半径的部分组成。曲率半径没有特别限制，例如为100μm。

如图3所示，包层CLD1覆盖芯层CR的线性部分P1。另一方面，如图3所示，包层CLD2覆盖芯层CR的弯曲部分P3。此外，如图3所示，芯层CR的边界部分P2在其中具有被包层CLD1覆盖的部分和被包层CLD2覆盖的部分两者。芯层CR的弯曲部分P3没有特别限制。例如，芯层CR的弯曲部分P3在平面图中是弧形的。在本实施例中，芯层的弯曲部分P3在平面图中具有与U形弯曲部分的形状类似的形状。

因此，第一实施例的光波导配备有芯层CR、折射率低于芯层CR的折射率的包层CLD1以及折射率低于芯层的折射率同时低于包层CLD1的折射率的包层CLD2。芯层CR具有与包层CLD1接触并且在平面图中与包层CLD1重叠的线性部分P1。芯层CR具有边界部分P2，该边界部分P2具有与包层CLD1接触并在平面图中与包层CLD1重叠的第一重叠部分和与包层CLD2接触并在平面图中与包层CLD2重叠并且同时与线性部分P1相邻的第二重叠部分。此外，芯层CR具有弯曲部分P3，该弯曲部分P3与包层CLD2接触，在平面图中与包层CLD2重叠，与边界部分P2相邻，并且具有有限的曲率半径。在第一实施例中，在平面图中与包层CLD1接触并与包层CLD1重叠的第一重叠部分的平面形状包括如图3所示的锥形形状。

图4是沿图3中A-A线的截面图。这意味着它是在线性部分P1中的图3中所示的芯层CR的截面图。如图4所示，第一实施例的光波导形成在SOI衬底上。更具体地，SOI衬底由例如支撑衬底SUB、由在该支撑衬底SUB上形成的氧化硅膜制成的掩埋绝缘层BOX以及形成在掩埋绝缘层BOX上的硅层SL组成。SOI衬底的硅层SL被处理成构成光波导的芯层CR。芯层CR覆盖有由与芯层CR接触的氧氮化硅膜(SiON膜)制成的包层CLD1，并且该包层CLD1覆盖有由与包层CLD1接触的SiOF膜制成的包层CLD2。如图4所示，由于芯层CR与包层CLD1接触但不与包层CLD2接触，因此第一比率，即，在图4中所示的截面中在与芯层CR接触的位置处包层CLD1与包层CLD2的比率变为“∞(无穷大)”。换句话说，第二比率，即，在图4的截面中在与芯层CR接触的位置处包层CLD2与包层CLD1的比率变为“0”。

图5是沿图3中B-B线的截面图。它是在边界部分P2中图3所示的芯层CR的截面图，并且也是相对于边界部分P2的延伸方向上的中心位于线性部分P1一侧的位置处的截面图。如图5所示，由于芯层CR与包层CLD1接触并且还与包层CLD2接触，因此第一比率，即，在图5的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的比率变为“大于0的有限值”。换句话说，第二比率，即，在图5的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的比率也变为“大于0的有限值”。

图6是沿图3中C-C线的截面图。它是在边界部分P2中图3所示的芯层CR的截面图，并且也是相对于边界部分P2的延伸方向上的中心位于弯曲部分P3一侧的位置处的截面图。如图6所示，由于芯层CR与包层CLD1邻接并且也与包层CLD2邻接，因此第一比率，即，在图6的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的比率变为“大于0的有限值”。换句话说，在图6的截面中，第二比率，即，在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的比率变为“大于0的有限值”。

图7是沿图3的D-D线的截面图。它是在弯曲部分P3中图3所示的芯层CR的截面图。如图7所示，由于芯层CR与包层CLD2接触但不与包层CLD1接触，因此第一比率，即，在图7的截面中在与芯层CR邻接的位置处的包层CLD1与包层CLD2的比率变为“0”。换句话说，第二比率，即，在图7的截面中在与芯层CR邻接的位置处的包层CLD2与包层CLD1的比率变为“∞(无穷大)”。

基于上述发现，在与边界部分P2的延伸方向垂直并且穿过边界部分P2的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的第一比率低于在与线性部分P1的延伸方向垂直并且穿过线性部分P1的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的第一比率，并且大于在与弯曲部分P3的延伸方向垂直并且穿过弯曲部分P3的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层接触的位置处的第一比率。

换句话说，在与边界部分P2的延伸方向垂直并且穿过边界部分P2的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的第二比率大于在与线性部分P1的延伸方向垂直并且穿过线性部分P1的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层CR接触的位置处的第二比率，并且低于在与弯曲部分P3的延伸方向垂直并且穿过弯曲部分P3的截面中在包层CLD1和包层CLD2中的每一个与芯层接触的位置处的第二比率。

从图5和图6之间的比较可以明显看出，在图5中所示的截面中与芯层CR接触的位置处的第一比率变为高于在图6所示的截面中与芯层CR接触的位置处的第一比率。换句话说，从图5和图6之间的比较可以明显看出，在图5所示的截面中与芯层CR接触的位置处的第二比率低于在图6所示的截面中与芯层CR接触的位置处的第二比率。

特别是，在第一实施例的光波导中，如图3所示，在平面图中与包层CLD1接触并与包层CLD1重叠的第一重叠部分的平面形状被配置为包括锥形形状。因此，在芯层CR的边界部分P2中，在平面图中与包层CLD1重叠的第一重叠部分的面积随着接近芯层CR的弯曲部分P3而减小。换句话说，在芯层CR的边界部分P2中，在平面图中与包层CLD2重叠的第二重叠部分的面积随着接近芯层CR的弯曲部分P3而增加。这意味着，随着与边界部分P2的延伸方向垂直、穿过边界部分P2并且相对于中心位于位于线性部分P1一侧的图5的截面开始，到与边界部分P2的延伸方向垂直、穿过边界部分P2并且相对于中心位于弯曲部分P3一侧的图6的截面，在与芯层CR接触的位置处的第一比率是减小的。换句话说，随着从与边界部分P2的延伸方向垂直、穿过边界部分P2，并且相对于中心位于线性部分P1一侧的图5的截面开始，到与边界部分P2的延伸方向垂直、穿过边界部分P2，并且相对于中心位于弯曲部分P3一侧的图6的截面，在与芯层CR接触的位置处它们的第二比率是增加的。

<第一实施例的特征>

如上所述，第一实施例的基本概念是在边界区域中在与光波导的延伸方向垂直的截面中并且在在此边界区域中与光的行进方向垂直的截面中，提供包括第一包层和第二包层都与芯层CR的表面接触并且具有有限宽度的部分的边界区域，其中第一包层和第二包层都存在于边界区域中，使得第一包层与第二包层的比率变为大于0的有限值。

已经实现上述基本概念的第一实施例的第一特征假设，例如，如图3所示，芯层CR配备有边界部分P2，边界部分P2在覆盖有包层CLD1的芯层CR的线性部分P1和覆盖有折射率不同于包层CLD1的折射率的包层CLD2的芯层CR的弯曲部分P3之间具有有限的宽度。第一实施例的第一特征是，例如，在与边界部分P2的延伸方向垂直的截面中，芯层CR的边界部分P2覆盖有分别具有不同的折射率的包层CLD1和包层CLD2，使得包层CLD2与包层CLD1的比率变为大于0的有限值。根据第一实施例的这种第一特征，在作为光传播方向的边界部分P2的延伸方向上覆盖芯层的包层的折射率基本上逐渐变化。这是因为在第一实施例中，如图5和图6所示，芯层CR的边界部分P2被配置成与具有分别不同折射率的包层CLD1和包层CLD2接触，使得覆盖芯层CR的边界部分P2的包层的基本折射率可以被认为是包层CLD1的折射率和包层CLD2的折射率之间的值。因此，根据第一实施例的第一特征，芯层CR的边界部分P2看起来好像被覆盖有第三包层，其折射率在包层CLD1的折射率和包层CLD2的折射率之间。结果，根据第一实施例的第一特征，本实施例的配置的折射率变得等于具有第三包层的配置的折射率，第三包层的折射率在包层CLD1的折射率和包层CLD2的折射率之间，使得可以减轻包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性。因此，第一实施例的第一特征可以减轻包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性，并且因此可以抑制由于折射率的不连续性引起的光的散射。

第一实施例的第二特征是关注与边界部分P2的延伸方向垂直的截面以及与芯层CR接触的包层CLD2与与芯层CR接触的包层CLD1的比率从线性部分P1侧的截面朝向弯曲部分P3侧的截面连续增加。更具体地说，如图3所示，第一实施例的第二特征是通过形成边界部分P2的第一重叠部分来实现，其与边界部分P2的包层CLD1接触并且在平面图中与该包层CLD1重叠，以具有包括锥形形状的三角形形状。根据如此实现的第一实施例的第二特征，覆盖芯层CR的边界部分P2的包层的折射率从包层CLD1的折射率到包层CLD2的折射率，从芯层CR的线性部分P1朝向芯层CR的弯曲部分P3连续变化。结果，通过第一实施例的第二特征，进一步减轻了包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性。根据第一实施例的第二特征，可以进一步减轻包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性，从而可以有效地抑制由于折射率的不连续性引起的光散射。

接下来，第一实施例的第三特征是采用上述第一特征作为前提，使覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的折射率低于覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的折射率。这里，例如，芯层CR的弯曲部分P3具有有限的曲率半径，从而从抑制由于散射引起的光损耗的观点来看，对芯层CR的弯曲部分P3的全反射条件的限制变为比芯层的线性部分P1中的全反射条件严格。在这一点上，第一实施例的第三特征，即，使覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的折射率低于覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的折射率有助于确保芯层CR的弯曲部分P3中的全反射条件。这意味着第一实施例的第三特征可以使芯层CR的弯曲部分P3的曲率半径更小，同时确保全反射条件。由于可以使芯层CR的弯曲部分P3的曲率半径更小，所以可以采用具有小曲率半径的芯层CR作为波导，这使得光波导的高度集成成为可能。因此，第一实施例的第三特征有助于使包括光波导的半导体器件小型化。

此外，根据第一实施例的第三特征，可以使覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1的折射率高于覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2的折射率。这意味着可以使芯层CR和覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1之间的折射率差更小，同时满足芯层CR的线性部分P1中的全反射条件。由于可以使芯层CR和覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1之间的折射率差更小，所以瞬逝光从芯层CR的线性部分P1到覆盖该线性部分P1的包层CLD1的渗出距离可以减小。这导致由于瞬逝光的渗出而导致的光损耗减小。

因此，通过第一实施例的第一特征，可以抑制由于包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性的光散射引起的光损耗，同时可以通过第一实施例的第三特征进一步抑制了由瞬逝光的渗出引起的光损耗。因此，组合使用第一实施例的第一特征和第三特征可以减小光损耗。因此，根据第一实施例，可以提供包括光波导的损耗减小的半导体器件。

第一实施例的第四特征是芯层CR的上表面和侧表面的第四特征，第一实施例的第一特征在芯层CR的上表面处实现。换句话说，第一实施例的第四特征是芯层CR的边界部分P2的上表面覆盖有分别具有不同折射率的包层CLD1和包层CLD2，使得包层CLD2和包层CLD1的比率变为大于0的有限值。另一方面，在第一实施例的第四特征中，芯层CR的边界部分P2的侧表面覆盖有包层CLD1或包层CLD2中的任一个。这意味着第一实施例的第四特征是在具有上表面和与其交叉的侧表面的芯层CR的边界部分P2中，边界部分P2的上表面与包层CLD1和包层CLD2接触，而边界部分P2的侧表面与包层CLD1或包层CLD2中的任一个接触。

下面将描述该第四特征的技术意义。首先，从抑制由于包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性引起的光散射的观点来看，上述第一特征不仅希望在芯层CR的边界部分P2的上表面而且在芯层CR的边界部分P2的侧表面处实现。然而，在芯层CR的边界部分P2的上表面和侧表面两者处实现第一特征都伴随着制造困难。例如，第一实施例的第一特征可以通过用光刻法图案化与芯层CR的边界部分P2接触的包层CLD1来实现。在这种情况下，在芯层CR的边界部分P2的上表面处，可以通过光刻图案化将包层CLD1加工成预期的形状。另一方面，在将抗蚀剂膜施加到侧表面上之后，难以将施加到侧表面的抗蚀剂膜暴露于光，因此在芯层CR的边界部分P2的侧表面处难以通过光刻将包层CLD1图案化成预期的形状。

芯层CR的上表面的面积大于芯层CR的侧表面的面积，使得由于包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性引起的光散射可以通过仅在芯层CR的边界部分P2的上表面处实现上述第一特征而被充分抑制。换句话说，即使在牺牲制造容易性的情况下，即使在芯层CR的边界部分P2的侧表面处也不需要实现第一特征。第一实施例的第四特征的技术意义在于，实现第一特征以抑制由于包层CLD1和包层CLD2之间的折射率的不连续性引起的光散射，同时确保实际的制造容易性。

<变形例1>

接下来将描述第一实施例的变形例1。例如，在图3所示的第一实施例的光波导中，芯层CR的边界部分P2横跨芯层CR的线性部分P1和芯层CR的弯曲部分P3之间的边界线BL延伸。第一实施例的技术概念不限于此，而是允许例如芯层CR的边界部分P2由在该图的边界线BL下方沿y方向(第一方向)延伸的部分组成，如图8所示。换句话说，芯层CR的边界部分P2可以仅由线性部分P1的部分组成。或者，如图9所示，芯层CR的边界部分P2可以由在该图中在边界线BL上方具有有限曲率半径的部分组成。简而言之，芯层CR的边界部分P2可以仅由弯曲部分P3的部分组成。

<变形例2>

接下来将描述第一实施例的变形例2。在图3所示的第一实施例中，在该图中位于边界线BL下方并且除了覆盖芯层CR的线性部分P1的区域之外的区域中没有包层CLD1而是包层CLD2。这意味着在第一实施例中，在平面图中，包层CLD1仅覆盖芯层CR的线性部分P1及其附近(例如，瞬逝光的渗出区域)。换句话说，在第一实施例中，芯层CR具有形成在支撑衬底SUB上的两个分离的线性部分P1，并且彼此分开的两个包层CLD1分别覆盖这两个线性部分P1。

另一方面，图10示出变形例2的光波导的示意性配置。在图10所示的变形例2的光波导中，与图3所示的第一实施例的光波导不同，包层CLD1不仅形成在该图中的边界线BL下方一侧上的覆盖芯层CR的线性部分P1的区域中，而且还形成在该图中的边界线BL下方的整个区域中。简而言之，在变形例2中，彼此分开的两个线性部分P1覆盖有一个包层CLD1。

因此，在实现第一实施例的技术概念时，不仅可以采用图3所示的第一实施例中的包层CLD1和包层CLD2的布局配置还采用图10所示的变形例2中的包层CLD1和包层CLD2的布局配置。特别地，图10中所示的变形例2可以提供便于包层CLD1的图案化的优点。

<制造光波导的方法>

接下来，将参考一些附图描述制造包括根据第一实施例的光波导的半导体器件的方法。在描述了制造第一实施例的半导体器件的方法的图11至图15中，并排示出图3中所示的A-A截面、B-B截面、C-C截面和D-D截面。

首先，如图11所示，提供SOI衬底。SOI衬底由例如由硅制成的支撑衬底SUB、由在支撑衬底SUB上形成的氧化硅膜制成的掩埋绝缘层BOX以及形成在掩埋绝缘层BOX上的硅层SL组成。

接下来，如图12所示，使用光刻和蚀刻将SOI衬底的硅层SL处理成芯层CR。例如，构成芯层CR的硅层SL具有3.48的折射率，并且构成下包层的掩埋绝缘层BOX具有1.46的折射率。

然后，如图13所示，使用例如CVD(化学汽相沉积)形成由氧氮化硅膜(SiON膜)制成的包层CLD1。所得到的包层CLD1对于在芯层CR中传播的1.5μm波长的光具有例如n＝1.99的折射率。

然后，如图14所示，使用光刻和蚀刻将包层CLD1图案化。更具体地，在图14的A-A截面中(对应于图3的线性部分P1的截面)，处理包层CLD1以覆盖芯层CR。在图14的B-B截面中(对应于图3的边界部分P2相对于中心在线性部分P1侧的截面)，原始包层被加工成宽度小于芯层CR的包层CLD1。在图14的C-C截面中(对应于图3的边界部分P2相对于中心在弯曲部分P3侧的截面)，原始包层被加工成宽度小于BB截面的包层CLD1。在图14的D-D截面中(对应于图3的弯曲部分P3的截面)，去除包层CLD1。

接下来，如图15所示，通过使用例如CVD在SOI衬底上形成由SiOF制成的包层CLD2。如此获得的包层CLD2对于在芯层CR中传播的1.5μm波长的光具有例如n＝1.43的折射率。以这种方式，可以制造包括根据第一实施例的光波导的半导体器件。

<变形例3>

例如，第一实施例的芯层CR具有矩形截面形状，如图15所示并且在假设光在芯层CR内部传播是单模的情况下，它具有这样的形状。第一实施例的技术概念不限于用于传播单模光的光波导，而是可以广泛用于用于传播多模光的光波导。特别地，用于以低损耗传播多模光的芯层CR的截面形状的示例包括如图16所示的肋形状。第一实施例的技术概念甚至也可以应用于具有肋形状的芯层CR，如图16所示。

<变形例4>

接下来，将描述第一实施例的变形例4。在第一实施例中，例如，描述了覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1的示例，其具有包括锥形形状的三角形平面形状，如图3所示。更具体地说，如图3所示，在平面图中边界部分P2的第一重叠部分具有向弯曲部分P3侧突出的三角形形状。第一实施例的技术概念不限于此，甚至也可以广泛应用于覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1具有各种平面形状的情况。

例如，第一实施例的技术概念也可以应用于覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1具有锯齿状平面形状的情况。这意味着如图17所示，边界部分P2的第二重叠部分可以具有向线性部分P1侧突出的三角形形状。该技术概念还可以应用于覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1具有包括锥形形状的刀状平面形状的情况，如从图18或19所示。换句话说，在平面图中每个与芯层CR接触的包层CLD1和包层CLD2之间的边界可以随着线性部分P1到弯曲部分P3从边界部分P2的一个侧表面接近另一个侧表面。第一实施例的技术概念还可以应用于例如覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1具有包括锥形形状的梯形平面形状的情况，如图20所示，或可以应用于例如覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1的端(tip)部具有包括弧形的平面形状的情况，如图21所示。此外，第一实施例的技术概念也可以应用于例如放置在芯层CR的边界部分P2上的包层CLD1具有矩形形状的情况，如图22至图24所示。在平面图中放置在边界部分P2上的矩形包层CLD1的基端部分可以位于芯层CR在其宽度方向上的中心处，如图22所示，或位于芯层CR在其宽度方向上的端部处，如图23或图24所示。

因此，第一实施例的技术概念可以广泛应用于在与边界部分P2的延伸方向垂直的截面中实现使覆盖边界部分P2的包层CLD1和包层CLD2存在以使包层CLD2与包层CLD1的比率为大于0的有限值的概念的配置。更具体地，第一实施例的技术概念可以广泛应用于覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1具有包括凹凸形状、弧形或矩形形状的平面形状的情况。

(第二实施例)

第二实施例的技术概念是位于芯层的线性部分下方的掩埋绝缘层的折射率与位于芯层的弯曲部分下方的掩埋绝缘层的折射率不同，以减小在芯层的线性部分处的光损耗，同时满足在芯层的弯曲部分处的全反射条件。更具体地，第二实施例通过在由例如氧化硅膜制成的掩埋绝缘层内引入用于改变折射率的杂质来实现第二实施例的技术概念。

下面将参照图25至图27描述制造第二实施例的光波导的方法。在图25至图27中，并排布置了图3的A-A截面、B-B截面、C-C截面和D-D截面。

首先，该实施例的制造方法类似于第一实施例的光波导的制造方法，直到图11至14中所示的步骤。接下来，如图25所示，在SOI衬底上施加抗蚀剂膜PR1之后，通过光刻在形成在A-A截面(对应于芯层CR的线性部分)中的抗蚀剂膜PR1中形成开口部分OP1。然后，通过利用其中具有开口部分OP1作为掩模的抗蚀剂膜PR1进行离子注入，将用于增加折射率的杂质引入形成在AA截面(对应于芯层CR的线性部分)中的掩埋绝缘层BOX中。更具体地，将由氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化磷等制成的杂质引入掩埋绝缘层BOX中。通过该引入，在形成在A-A截面(对应于芯层CR的线性部分)中的掩埋绝缘层BOX中形成杂质引入区DR1。更具体地，掩埋绝缘层BOX在平面图中具有与芯层CR重叠的部分，并且在平面图中具有与芯层CR不重叠的部分。在第二实施例中，通过在重叠部分的一部分和不重叠部分的一部分(与重叠部分的一部分相邻的部分)两者中引入用于增加掩埋绝缘层BOX的折射率的杂质来形成杂质掩埋区DR1。结果，在A-A截面(对应于芯层CR的线性部分)中形成的掩埋绝缘层BOX具有增加的折射率。这导致在AA截面(对应于芯层CR的线性部分)中芯层CR和用作包层的掩埋绝缘层BOX之间的折射率差减小，使得瞬逝光到掩埋绝缘层BOX的渗出距离可以减小。因此，根据第二实施例，可以进一步减小芯层CR的线性部分处的光损耗。在第二实施例中，例如，如图25所示，在用包层CLD1覆盖芯层CR的同时，执行向掩埋绝缘层BOX的离子注入。这使得可以防止离子注入造成的损坏影响芯层CR。因此，即使使用离子注入，芯层CR仍然可以具有低光损耗。

在去除抗蚀剂膜PR1之后，在SOI衬底上形成由SiOF膜制成的包层CLD2，例如，通过CVD，如图2所示。然后，如图27所示，在将抗蚀剂膜PR2施加到包层CLD2上之后，通过光刻在形成在D-D截面(对应于芯层的弯曲部分)中的抗蚀剂膜PR2中形成开口部分OP2。然后，通过利用其中具有开口部分OP2的抗蚀剂膜PR2作为掩模进行离子注入，将用于减小折射率的杂质引入形成在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中的掩埋绝缘层BOX中。更具体地，将由氧化硼、氟等制成的杂质引入到掩埋绝缘层BOX中。通过该引入，在形成在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中的掩埋绝缘层BOX中形成杂质引入区DR2。更具体地，掩埋绝缘层BOX在平面图中具有与芯层CR重叠的部分，并且在平面图中具有与芯层CR不重叠的部分。在第二实施例中，用于减小掩埋绝缘层BOX的折射率的杂质被引入重叠部分的一部分和不重叠部分的一部分(与重叠部分的一部分相邻)两者以形成杂质引入区DR2。结果，在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中形成的掩埋绝缘层BOX具有减小的折射率。这导致在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中芯层CR和用作包层的掩埋绝缘层BOX之间的折射率差增加，使得不考虑减小在芯层CR的弯曲部分处的曲率半径如何，都可以满足全反射条件。在不脱离全反射条件的情况下，芯层CR的弯曲部分可以具有减小的曲率半径，这允许第二实施例的光波导的高度集成。在第二实施例中，例如，如图27所示，在用包层CLD2覆盖芯层CR的同时，执行向掩埋绝缘层BOX的离子注入。这使得可以防止离子注入造成的损坏影响芯层CR。因此，即使使用离子注入，芯层仍然可以具有低光损耗。

如上所述，可以制造第二实施例的光波导。特别地，第二实施例的光波导具有这样的特征，即在芯层CR的线性部分(AA截面)正下方形成的掩埋绝缘层BOX的折射率大于在芯层CR的弯曲部分(D-D截面)正下方形成的掩埋绝缘层BOX的折射率。此外，具有第一实施例和第二实施例两者的上述特征的第二实施例的光波导在满足减小光损耗和高度集成两者方面都优于第一实施例的光波导。

<变形例>

在第二实施例中，描述了一种技术概念，即将用于改变掩埋绝缘层BOX的折射率的杂质引入到在平面图中具有与芯层CR重叠的部分并且在平面图中具有与芯层CR不重叠的部分的掩埋绝缘层BOX中，更具体地说，引入到重叠部分的一部分和不重叠部分的一部分两者中。从有效地满足减小光损耗和高度集成的观点来看，实际上希望将折射率改变杂质引入形成在芯层CR正下方的区域中的掩埋绝缘层BOX中。因此，在本变形例中，将折射率改变杂质引入形成在芯层CR正下方的区域中的掩埋绝缘层BOX中的技术概念。

下面将参照图28和图29描述制造本变形例的光波导的方法。在图28和图29的每一个中，并排布置了图3中的A-A截面、B-B截面、C-C截面和D-D截面。

首先，如图11所示，提供SOI衬底。接下来，如图28所示，在将抗蚀剂膜PR3施加到SOI衬底的硅层SL上之后，通过光刻在形成在AA截面(对应于芯层的线性部分)中的抗蚀剂膜PR3中形成开口部分OP3。然后，通过利用其中具有开口部分OP3作为掩模的抗蚀剂膜PR3进行离子注入，将折射率增加杂质引入形成在AA截面(对应于芯层CR的线性部分)中的掩埋绝缘层BOX中。更具体地，将由氧化钛、氧化锗、氧化铝、氧化磷等制成的杂质引入掩埋绝缘层BOX中。通过该引入，在形成在A-A截面(对应于芯层CR的线性部分)中的掩埋绝缘层BOX中形成杂质引入区DR1。

更具体地，掩埋绝缘层BOX在平面图中具有与芯层CR重叠的部分，并且在平面图中具有与芯层CR不重叠的部分。在本变形例中，用于增加掩埋绝缘层BOX的折射率的杂质被引入到重叠部分中以形成杂质引入区DR1。结果，在A-A截面(对应于芯层CR的线性部分)中形成的掩埋绝缘层BOX具有增加的折射率。这导致在AA截面(对应于芯层CR的线性部分)中芯层CR和用作包层的掩埋绝缘层BOX之间的折射率差减小，使得瞬逝光到掩埋绝缘层BOX的渗出距离可以缩短。因此，本变形例可以减小芯层CR的线性部分处的光损耗。

然后，去除用于形成开口部分OP3的抗蚀剂膜PR3。如图29所示，在将抗蚀剂膜PR4施加到SOI衬底的硅层SL上之后，通过光刻在形成在D-D截面(对应于芯层的弯曲部分)中的抗蚀剂膜PR4中形成开口部分OP4。然后，通过利用其中具有开口部分OP4作为掩模的抗蚀剂膜PR4进行离子注入，将折射率减小杂质引入形成在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中的掩埋绝缘层BOX中。更具体地，将由氧化硼、氟等制成的杂质引入到掩埋绝缘层BOX中。通过该引入，在形成在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中的掩埋绝缘层BOX中形成杂质引入区DR2。更具体地，掩埋绝缘层BOX在平面图中具有与芯层CR重叠的部分，并且在平面图中具有与芯层CR不重叠的部分。在本变形例中，通过在重叠部分中引入用于减小掩埋绝缘层BOX的折射率的杂质来形成杂质掩埋区DR2。结果，在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中形成的掩埋绝缘层BOX具有减小的折射率。这导致在D-D截面(对应于芯层CR的弯曲部分)中芯层CR和用作包层的掩埋绝缘层BOX之间的折射率差增加，使得不考虑减小在芯层CR的弯曲部分处的曲率半径如何，都可以满足全反射条件。因此，在不脱离全反射条件的情况下，芯层CR的弯曲部分可以具有减小的曲率半径，这允许第二实施例的光波导的高度集成。此后的步骤几乎与第一实施例的步骤类似。以这种方式，可以制造本变形例的光波导。

(第三实施例)

第一实施例的基本概念是在覆盖芯层的线性部分的第一包层的折射率与覆盖芯层的弯曲部分的第二包层的折射率不同的前提下，减轻第一包层和第二包层之间的折射率的不连续性。

在第三实施例中，通过将用于减小包层CLD1的折射率的杂质引入覆盖芯层CR的边界部分P2的包层CLD1来实现第一实施例的基本概念。

下面将描述第三实施例的光波导的示意性配置。图30示出了第三实施例的光波导的示意性配置。在图30中，第三实施例的光波导具有芯层CR。该芯层CR具有沿y方向(第一方向)延伸的线性部分P1、具有有限曲率半径的弯曲部分P3以及夹在线性部分P1和弯曲部分P3之间的边界部分P2。在第三实施例中，芯层CR的线性部分P1覆盖有包层CLD1A。芯层CR的边界部分P2覆盖有通过将折射率减小杂质引入包层CLD1A而形成的包层CLD1B。此外，芯层CR的弯曲部分P3覆盖有包层CLD2。此时，包层CLD1B被配置为具有低于包层CLD1A和高于包层CLD2的折射率。根据第三实施例的光波导，在覆盖芯层CR的线性部分P1的包层CLD1A和覆盖芯层CR的弯曲部分P3的包层CLD2之间提供覆盖有折射率低于包层CLD1A并且高于包层CLD2的包层CLD1B的芯层CR的边界部分P2。结果，在第三实施例的光波导中，减轻包层CLD1A和包层CLD2之间的折射率的不连续性。这意味着在第三实施例中，通过与第一实施例不同的配置来实现第一实施例的基本概念。因此，第三实施例可以提供能够同时满足低光损耗和高度集成的光波导。

下面将参照图31至图34描述制造第三实施例的光波导的方法。在图31至图34中的每一个中，并排布置了图30的A-A截面、B-B截面和C-C截面。

首先，使用例如CVD形成由氧氮化硅膜(SiON膜)制成的包层CLD1A，以覆盖通过处理SOI衬底的硅层SL而形成的芯层CR。

接下来，如图32所示，光刻和蚀刻用于处理形成在AA截面(对应于芯层的线性部分P1)和BB截面(对应于芯层CR的边界部分P2)中的包层CLD1A并且同时，去除形成在CC截面(对应于芯层CR的弯曲部分P3)中的包层CLD1A。

然后，如图33所示，在将抗蚀剂膜PR5施加到SOI衬底上之后，通过光刻在形成在B-B截面(对应于芯层CR的边界部分P2)中的抗蚀剂膜PR5中形成开口部分OP5。通过利用其中具有掩模的开口部分OP5的抗蚀剂膜PR5进行离子注入，在BB截面(对应于芯层CR的边界部分P2)中将用于减小包层CLD1A的折射率的杂质引入到从开口部分OP5暴露的包层CLD1A中，以形成折射率低于包层CLD1A的包层CLD1B。

然后，如图34所示，在去除图案化的抗蚀剂膜PR5之后，使用例如CVD在SOI衬底上形成由SiOF膜制成的包层CLD2。以这种方式，形成第三实施例的光波导。

在上述实施例中，描述了由线性部分和弯曲部分组成的芯层CR的示例，但是本发明不限于该实施例。例如，芯层可以具有第一弯曲部分和第二弯曲部分，第一弯曲部分具有有限的第一曲率半径，第二弯曲部分具有第二曲率半径。第二曲率半径小于第一曲率半径。第一曲率半径和第二曲率半径不受特别限制。例如，第一曲率半径为100μm或更大并且第二曲率半径小于100μm。

在上述实施例中，描述了针对包层CLD1使用氧氮化硅膜(SiON膜)和针对包层CLD2使用SiOF膜的示例，但是本发明不限于该实施例。例如，包层CLD1可以由SiNx(富Si，折射率：2.1)、SiN(折射率：1.99)、TiO2(折射率：2.4至2.7)、HfO2(折射率：1.85)或者聚酰亚胺(折射率：1.5至1.6)中的任何一种制成并且包层CLD2可以由SiO(富B，折射率：1.44)、低折射率树脂(例如，OF系列的低折射率树脂，Sevensix公司的产品，折射率水平：1.4)或空气(折射率：1.0)中的任何一种制成。上述折射率均是1.5μm波长光的值。

基于一些实施例具体描述了由本发明人做出的发明。不用说，本发明不限于这些实施例或不被这些实施例所限制，而是可以在不脱离本发明的主旨的情况下以各种方式进行改变。

Claims (20)

1.一种半导体器件，包括：

芯层；

第一包层，所述第一包层的折射率低于所述芯层的折射率；以及

第二包层，所述第二包层的折射率低于所述芯层的折射率，并且与所述第一包层的折射率不同，

所述芯层包括：

第一部分，所述第一部分与所述第一包层接触并且在平面图中与所述第一包层重叠；

第二部分，所述第二部分具有第一重叠部分和第二重叠部分并且与所述第一部分相邻，所述第一重叠部分与所述第一包层接触并且在平面图中与所述第一包层重叠，所述第二重叠部分与所述第二包层接触并且在平面图中与所述第二包层重叠；以及

第三部分，所述第三部分与所述第二包层接触，在平面图中与所述第二包层重叠，与所述第二部分相邻，并且具有有限的曲率半径，

其中，在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处，所述第一包层与所述第二包层的第一比率和所述第二包层与所述第一包层的第二比率每一个均为大于0的有限值，

其中，在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率，低于在与所述第一部分的延伸方向垂直并且穿过所述第一部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率，并且大于在与所述第三部分的延伸方向垂直并且穿过所述第三部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率，以及

其中，在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率，大于在与所述第一部分的延伸方向垂直并且穿过所述第一部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率，并且低于在与所述第三部分的延伸方向垂直并且穿过所述第三部分的截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于所述第一部分侧的第一截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率，大于在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于比所述第一截面更靠近所述第三部分侧的第二截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于所述第一部分侧的第一截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率，低于在与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于比所述第一截面更靠近所述第三部分侧的第二截面中所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第一比率，随着从与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于所述第一部分侧的第一截面，到与所述第二部分的延伸方向垂直穿过所述第二部分并且位于比所述第一截面更靠近所述第三部分侧的第二截面而减小。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一包层和所述第二包层中的每一个与所述芯层接触的位置处的所述第二比率，随着从与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于所述第一部分侧的第一截面，到与所述第二部分的延伸方向垂直并且穿过所述第二部分并且位于比所述第一截面更靠近所述第三部分侧的第二截面而增加。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第二部分包括沿第一方向延伸的部分。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第二部分包括沿第一方向延伸的部分和具有有限曲率半径的部分。

8.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第二部分包括具有有限曲率半径的部分。

9.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一重叠部分的平面形状包括锥形形状。

10.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一重叠部分的平面形状包括凹凸形状。

11.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一重叠部分的端部的平面形状包括弧形。

12.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一部分具有矩形平面形状。

13.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第三部分具有与U形弯曲部分相同的平面形状。

14.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第二部分具有上表面、与所述上表面交叉的第一侧表面和与所述第一侧表面相反的第二侧表面，

其中，所述第二部分的所述上表面覆盖有所述第一包层和所述第二包层，

其中，所述第二部分的所述第一侧表面覆盖有所述第一包层或所述第二包层，以及

其中，所述第二部分的所述第二侧表面覆盖有所述第一包层或所述第二包层。

15.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述半导体器件具有SOI衬底，

其中，所述SOI衬底包括：

支撑衬底；

在所述支撑衬底上方形成的掩埋绝缘层；以及

在所述掩埋绝缘层上方形成的半导体层，

其中，所述芯层包括所述半导体层。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，

其中，所述掩埋绝缘层包括：

在平面图中与所述芯层的重叠部分；以及

在平面图中与所述芯层的不重叠部分，

其中，所述重叠部分的一部分和所述不重叠部分的一部分都具有引入其中的杂质，用于改变所述掩埋绝缘层的折射率。

17.根据权利要求16所述的半导体器件，

其中，包括形成在所述芯层的所述第一部分正下方并且具有引入其中的第一杂质的所述掩埋绝缘层的所述重叠部分的一部分和所述不重叠部分的一部分的区域的折射率，大于包括形成在所述芯层的所述第三部分正下方并且具有引入其中的第二杂质的所述掩埋绝缘层的所述重叠部分的一部分和所述不重叠部分的一部分的区域的折射率，所述第二杂质不同于所述第一杂质。

18.根据权利要求15所述的半导体器件，

其中，所述掩埋绝缘层包括：

在平面图中与所述芯层的重叠部分；以及

在平面图中与所述芯层的不重叠部分，以及

其中，所述重叠部分具有引入其中的杂质，用于改变所述掩埋绝缘层的折射率。

19.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一包层由SiON膜构成，以及

其中，所述第二包层由SiOF膜构成。

20.一种半导体器件，包括：

芯层；

第一包层，所述第一包层的折射率低于所述芯层的折射率；以及

第二包层，所述第二包层的折射率低于所述芯层的折射率，并且与所述第一包层的折射率不同，

其中，所述芯层包括：

第一部分，所述第一部分与所述第一包层邻接，并且在平面图中与所述第一包层重叠；

第二部分，所述第二部分与所述第一包层邻接，并且在平面图中与所述第一包层重叠，并且与所述第一部分相邻；以及

第三部分，所述第三部分与所述第二包层邻接，并且在平面图中与所述第二包层重叠，与所述第二部分相邻，并且具有有限的曲率半径，

其中，与所述芯层的所述第二部分邻接并且在平面图中与所述芯层的所述第二部分重叠的所述第一包层具有引入其中的杂质，用于具有与所述芯层的所述第一部分邻接并且在平面图中与所述芯层的所述第一部分重叠的所述第一包层的折射率不同的折射率。