CN109959988A - 半导体器件 - Google Patents

半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN109959988A
CN109959988A CN201811553671.5A CN201811553671A CN109959988A CN 109959988 A CN109959988 A CN 109959988A CN 201811553671 A CN201811553671 A CN 201811553671A CN 109959988 A CN109959988 A CN 109959988A
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulating film
optical waveguide
semiconductor devices
refractive index
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811553671.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109959988B (zh
Inventor
绵贯真一
中柴康隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Publication of CN109959988A publication Critical patent/CN109959988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109959988B publication Critical patent/CN109959988B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1223—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths high refractive index type, i.e. high-contrast waveguides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G02F1/2257—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure the optical waveguides being made of semiconducting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/0214—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being a silicon oxynitride, e.g. SiON or SiON:H
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02219—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/5329—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12123—Diode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12142—Modulator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12176—Etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/0151—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the refractive index
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/345—Arrangements for heating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本公开涉及半导体器件。在绝缘层之上形成两个光波导以及被设置为覆盖光波导的绝缘膜。经由与上述绝缘膜不同的绝缘膜，在绝缘膜上方形成两个布线和加热器金属线。后一个绝缘膜薄于前一个绝缘膜，并且具有的折射率高于前一个绝缘膜的折射率。来自两个光波导中任一个的泄露光可以被抑制或防止被两个布线、加热器金属线等中的任一个反射，以通过利用两个绝缘膜的折射率之间的差再次朝向两个光波导行进。

Description

半导体器件
相关申请的交叉参考
2017年12月22日提交的日本专利申请第2017-246106号的包括说明书、附图和摘要的公开的内容通过引证引入本文。
技术领域
本发明涉及半导体器件，例如，涉及包括光学器件的半导体器件的技术。
背景技术
例如，在专利文献1和2中描述了光学器件。专利文献1公开了一种用于通过在衬底之上顺次地涂覆底部覆层(折射率n1)、核心层(折射率n2)、第一上部覆层(折射率n3)和第二上部覆层(折射率n4)来制造聚合物波导的技术，其中折射率关系为n2＞n3＞n1、n4。
专利文献2公开了一种光波导，包括形成在衬底之上的第一覆层、形成在第一覆层之上的核心层、覆盖第一覆层和核心层的表面且具有良好粘附力和兼容性的中间薄层以及形成在中间薄层之上的第二覆层。另外，专利文献2公开了以下事实：如果第一覆层的折射率为nc1，第二覆层的折射率为nc2，核心层的折射率为n，以及中间薄层的折射率为n1，则应该满足关系n1≤n、nc1、nc2或者n≥n1≥nc1、nc2。
相关现有技术文献专利文献
[专利文献1]日本未审查专利申请公开第Hei 11(1999)-133254号
[专利文献2]日本未审查专利申请公开第Hei 3(1991)-158802号
发明内容
为了实际应用，需要进一步提高包括光学器件的半导体器件的可靠性。
其他问题和新特性将从本说明书的描述和附图中变得清楚。
在根据一个实施例的半导体器件中，在组成衬底的第一绝缘膜之上形成具有折射率n1的光波导以及覆盖光波导且具有折射率n2的第二绝缘膜。经由具有折射率n3的第三绝缘膜，导电膜形成在第二绝缘膜之上。光波导与第三绝缘膜之间的最短距离小于第一绝缘膜的厚度，并且折射率n1、n2和n3满足n1>n2且n3>n2的关系。
根据一个实施例，可以提高包括光学器件的半导体器件的可靠性。
附图说明
图1是根据第一实施例的半导体器件的主要部分的截面图；
图2是图1的半导体器件的主要部分的平面图；
图3是图1的半导体器件的主要部分的放大截面图；
图4是使用图1的半导体器件的光学调制器的示意性平面图；
图5是根据第二实施例的半导体器件的主要部分的截面图；
图6是根据第三实施例的半导体器件的主要部分的截面图；
图7是根据第四实施例的半导体器件的主要部分的截面图；
图8是图7的半导体器件的主要部分的平面图；以及
图9是使用图7的半导体器件的光电混合设备的一个示例的示意性配置图。
具体实施方式
(说明形式、基本术语、本说明书中的用法的解释)
在本说明书中，为了方便起见，必要时将每个实施例的描述分成多个部分等，但是除非另有明确说明，否则这些部分不是彼此独立的，并且无论在描述之前或之后，单个示例的一个对应部分是其他示例的部分细节、部分或全部修改等。此外，原则上将省略对相似部分的重复描述。此外，每个实施例中的每个组成元件不是必需的，除非另有明确说明，除非理论上限于这个数目，或者除非上下文明显不同。
类似地，在每个实施例的描述等中，即使关于材料、组成等被描述为“K包括B”等时，也不应排除K可以包括除B以外的元素，除非另有明确说明，或者除非从上下文得出明显不同。例如，就组件而言，意味着“K包括B作为主要组件”等。例如，即使在描述为“硅构件”等时，它们也不应限于纯硅，并且不需要说，它们包括包含硅锗(SiGe)合金的构件或者包含其他硅作为主要组成以及其他添加物的多组分合金等。
此外，在本说明书中，“电极”和“布线”的术语在功能上没有限制。例如，“电极”可用作“布线”的一部分，反之亦然。此外，术语“电极”和“布线”包括多个(或多层)“电极”和“布线”被集成地形成的情况等。
当提及特定值或量时，大于或小于该特定值的值是可接受的，除非另有明确规定，除非理论上限于该值，或者除非从上下文明显得到。
在每个实施例的每个示图中，相同或相似的部分将用相同或相似的符号或参考数字表示，并且原则上不重复对其的描述。
在附图中，即使在截面图中，当示图变得复杂时或者当与间隙的区别清楚时，也可以省略阴影等。与此相关，当从描述等中清楚时，即使用平面闭合孔也可以省略背景的轮廓线。此外，即使不是清楚地表明它不是间隙或清楚地表明区域的界限的部分，也可以添加阴影或点图案。
此外，在本说明书中，平面图是指从垂直于衬底主面的方向观看的情况。
<发明人的研究>
在通过使用半导体层形成光波导的光学器件中，在光波导(核心层)周围形成折射率比半导体层低的氧化硅膜(覆层)，使得通过利用核心层和覆层之前的折射率的差，光被限制于光波导中。然而，通过光波导传播的光信号并非完全受限，事实上，称为瞬逝波(evanescent)的泄漏光在波长周围散发出。
因此，当使用半导体的功能器件通过半导体制造技术集成时，当来自光波导的泄漏光击中设置在光波导附近的用于器件控制的金属布线时，引起光的散射或反射，并且散射光或反射光可能再次进入光波导而引起噪声。因此，存在通过光波导传播的光信号成为假信号以降低光信号的可靠性的问题，这导致光学器件的可靠性降低。
出于上述原因，即使在核心层和覆层的折射率之间的差很大并且光的限制也很强时，优选将金属布线布置为远离光波导的距离大于或等于来自光波导的瞬逝波充分衰减的距离(例如，大约1至2μm，其充分大于绝缘膜介质中的光的波长)。然而，出于这个原因，金属布线应该布置在光波导的外围以外的位置，并且电极引出也受到很大限制，这引发即使器件被集成也阻碍减小芯片面积的问题。
此外，用作光波导的半导体具有较大的热光效应，并且可用作热光器件。在这种情况下，作为热源的加热器金属线应该布置为尽可能靠近光波导，以便利用来自加热器金属线的加热温度控制(操纵)光波导的折射率。因此，存在难以避免当来自光波导的泄漏光击中加热器金属线时产生的散射光或反射光(返回光)的影响的问题。
(第一实施例)
<半导体器件的配置示例>
图1是根据第一实施例的半导体器件的主要部分的截面图，图2是图1的半导体器件的主要部分的平面图，以及图3是图1的半导体器件的主要部分的放大截面图。图1是沿着图2的线I-I截取的截面图。在图2中，为了便于观察，用阴影表示布线、加热器金属线和半导体区域。
如图1所示，组成根据第一实施例的半导体器件的衬底SB由SOI(绝缘体上硅)衬底组成，SOI衬底具有支撑衬底SSB、形成在支撑衬底SSB之上的绝缘层CL以及形成在绝缘层CL之上的半导体层SL。然而，衬底SB不应限于具有支撑衬底SSB的衬底，例如可以使用SOS(蓝宝石上硅)衬底、具有双层结构的衬底，其中不包括支撑衬底本身并且在用作支撑衬底的绝缘层(蓝宝石、石英等)之上设置半导体层。
例如，最下方的支撑衬底SSB包括具有(100)的平面取向和大约5-50Ωcm的电阻率的p型硅(Si)单晶。中间绝缘层(第一绝缘膜)CL也被称为BOX(隐埋氧化物)层，例如包括氧化硅(SiO2)膜。例如，绝缘层CL的厚度为1μm或更大，具体地，大约为2至3μm，以便减少光损失。也可以通过增加绝缘层CL的厚度来减小支撑衬底SSB与半导体层SL之间的静电电容。最上面的半导体层SL也称为SOI层或元件形成层，并且通过减薄p型Si单晶(例如，具有(100)的平面取向和大约5-50Ωcm的电阻率)来制成。例如，半导体层SL的厚度约为180至250nm。
组成半导体层SL的Si是对例如具有用于光通信的1.3-1.6μm的波长带(通信波长带)的光透明的材料，并且对于具有上述波长带的光，Si的折射率例如为3.5。如稍后所描述的，包括这种Si的半导体层SL组成传播光的核心部分。另一方面，组成绝缘层CL的SiO2的折射率低于半导体层SL的折射率并且例如对于具有波长的光为1.45，并且绝缘层CL组成覆层部分。
光波导LA和LB以及用于覆盖光波导LA和LB的绝缘膜(第二绝缘膜)iF1形成在衬底SB的主面之上(绝缘层CL之上)。光波导LA和LB中的每一个都用作沿着衬底SB的主面传播光的核心部分，并且其由上述半导体层SL形成。绝缘膜(第三绝缘膜)iR被形成在覆盖光波导LA和LB的绝缘膜iF1之上。在绝缘膜iR之上形成布线(导电膜)MA1和MB1、布线(导电膜)MC1和MD1(参见图2)、加热器金属线(导电膜)HM以及绝缘膜iF2，用于覆盖布线MA1和MB1、布线MC1和MD1以及加热器金属线HM。此外，在绝缘膜iF2之上形成布线MA2和MB2以及用于覆盖布线MA2、MB2、MC2和MD2的保护膜PF。下文将描述它们的配置。
<关于光波导LA>
光波导LA例示了组成电控光学调制器的光波导，其中电控光学调制器电气地控制(调制)通过光波导LA传播的光的相位。例如，光波导LA的截面(即，与光信号的传播方向相交的截面)形成为凸形。即，光波导LA整体具有相对较厚的肋部LAr以及在肋部LAr的宽度方向(短方向、与光的传播方向相交并沿主面延伸的方向)上形成在两侧的相对较薄的板部LAs。
肋部LAr是主要传播光的部分。肋部LAr布置在光波导LA的宽度方向(短方向，与光的传播方向相交并沿主面延伸的方向)的中心处，并且形成为比板部LAs更厚，以便在截面图中从板部Las的上表面向上突出。即，肋部LAr的上表面与绝缘层CL的上表面相距的高度高于板部LA的上表面与绝缘层CL的上表面相距的高度。肋部LAr被形成为使其高度(厚度)沿着光的传播方向相等，并且其高度例如约为180至250nm。此外，如图2所示，肋部LAr例如在平面图中形成为带状。肋部LAr被形成为使其宽度(短方向上的尺寸)沿光的传播方向相等，并且其宽度例如大约为300nm至400nm。
板部LAs是主要向光波导LA提供电位的部分。板部LAs形成为使得其高度(厚度)沿光的传播方向相等，并且其高度例如约为100nm。在肋部LAr的宽度方向上的一侧，在板部LAs的外端部处形成n+型半导体区域NR，并且在肋部LAr的另一侧，在板部LAs的外端部处形成p+型半导体区域PR。在肋部LAr的宽度方向上，每个半导体区域NR和PR的长度可以近似为可提供载波的长度，并且例如大约为0.5μm。另外，优选地，从抑制由于在光传播通过用作光波导的肋部LAr时从肋部LAr散发出的光被半导体区域NR和PR内的杂质散射而引起的光传播损失的发生的角度来看，肋部LAr的宽度方向上的端部与每个半导体区域NR和PR的端部之间的间隔(板部LAs的宽度)在一定程度上较大。例如，该间隔大于1μm(＝1.5/1.45)。这里，n+型半导体区域NR包含例如磷(P)或砷(As)，并且p+型半导体区域PR包含例如硼(B)。
例如，n+型半导体区域NR和p+型半导体区域PR之间的板部LAs和肋部LAr由本征半导体(即，i(本征)型半导体)形成。即，光波导LA例如具有p-i-n结二极管结构。然而，光波导LA的结构不应限于p-i-n结二极管结构，而是可以进行各种变化，并且可以是p-n结二极管结构或SIS(半导体绝缘体半导体)结构。在p-n结二极管结构的情况下，在组成光波导LA的半导体层SL中形成与n+型半导体区域NR接触的n型半导体区域和与p+型半导体区域PR接触的p型半导体区域，并且利用肋部LAr中彼此接触的p型半导体区域和n型半导体区域形成p-n结。在SIS结构的情况下，经由介电层在组成光波导LA的半导体层SL之上设置用于控制的半导体层。
板部LAs的n+型半导体区域NR通过多个插塞PA1电耦合至布线MA1，并且其p+型半导体区域PR通过多个插塞PB1电耦合至布线MB1。每个插塞PA1和PB1都是通过在绝缘膜iF1和iR中钻出的接触孔CT1中嵌入例如包含W的导体膜而形成的。这里，设置n+型半导体区域NR和p+型半导体区域PR中的每一个的杂质浓度，使得与插塞PA1和PB1中的每一个的接触状态变为欧姆接触。
每个布线MA1和MB1都由层压膜形成，其中，例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(Al)、TiN和Ti按这种顺序层压。然而，例如，可以使用铜(Cu)或钨(W)代替Al。Ti和TiN的层压膜是阻挡金属层。如图2所示，布线MA1被形成为在平面图中与光波导LA的n+型半导体区域NR重叠。另一方面，布线MB1被形成为在平面图中与光波导LA的p+型半导体区域PR重叠。
如图1所示，布线MA1通过多个插塞PA2电耦合至布线MA2，并且布线MB1通过多个插塞PB2电耦合至布线MB2。每个插塞PA2和PB2都是通过将例如含有W的导电膜嵌入在绝缘膜iF2中钻出的接触孔CT2中而形成的。例如，布线MA2和MB2中的每一个的配置与布线MA1和MB1中的每一个的配置相同。
例如，覆盖布线MA2和MB2的保护膜PF由氧化硅、氮氧化硅、PSG(磷硅酸盐玻璃)或氮化硅(SiN)形成。在部分保护膜PF中形成开口Hp，并且暴露出部分布线MA2和MB2。布线MA2和MB2的暴露部分用作耦合焊盘部分，以耦合至外部布线。
在组成这种电控光学调制器的光波导LA中，通过利用载体等离子体效应(光波导LA的折射率依赖于组成光波导LA的半导体中的载体(电子-空穴对)的浓度的现象)来调制光的相位。即，在具有p-i-n结或p-n结二极管结构的光波导LA中，通过利用施加于二极管的正向偏置(反向偏置)向(从)光波导LA(主要是肋部LAr)注入(提取)载体来调制光的相位，以减小(增加)光波导LA(主要是肋部LAr)的折射率。在具有SIS结构的光波导LA中，通过利用施加于用于控制的半导体层的电压向(从)光波导LA(主要是肋部LAr)注入(提取)载体来调制光的相位，以减小(增加)光波导LA(主要是肋部LAr)的折射率。
<关于光波导LB>
光波导LB是组成温度控制光学调制器的光波导的示例，该温度控制光学调制器利用温度控制(调制)通过光波导LB传播的光的相位。例如，光波导LB由本征半导体组成，并且横跨光信号传播方向的截面的形状形成为矩形(四边形)形状。另外，如图2所示，例如，光波导LB在平面图中以带状形成。
加热器金属线HM形成在紧挨在光波导LB上方的绝缘膜iR之上。加热器金属线HM包括高熔点金属，诸如Ti或W，并且如图2所示，形成为在平面图中覆盖光波导LB的一部分，即，与光波导LB的一部分重叠。加热器金属线HM的一端侧通过多个插塞PC2电耦合至布线MC2，其另一端侧通过多个插塞PD2电耦合至布线MD2。插塞PC2和PD2的配置示例与插塞PA1和PB1的配置示例相同。例如，在布线MA1和MB1上方的布线层中形成布线MC2和MD2。布线MC2和MD2的配置示例与布线MA1和MB1的配置示例相同。
在组成这种温度控制的光学调制器的光波导LB中，通过利用热光效应(光波导LB的折射率取决于加热温度的现象)来调制光的相位。即，通过利用通过施加预定电能而加热的加热器金属线HM加热光波导LB来调制光的相位，以改变光波导LB的折射率。
<关于绝缘膜iF1和iF2>
绝缘膜iF1和iF2是用作在光波导LA和LB中限制光的覆层部分的绝缘膜，优选地，它们由与上述绝缘层CL相同的材料形成。绝缘膜iF1的厚度大于绝缘膜iR的厚度以减少光损失，并且例如为1至2μm。例如，绝缘膜iF1和iF2的总厚度为2至5μm。这里，当假设光波导LA和LB(半导体层SL)的折射率为n1且绝缘层CL和绝缘膜iF1、iF2的折射率均为n2时，满足关系n1>n2。光可以通过光波导LA和LB传播，同时通过利用具有相对较低折射率的下部绝缘层CL以及上部绝缘膜iF1和iF2环绕具有相对较高折射率的光波导LA和LB来将光限制在光波导中。
<关于绝缘膜iR>
通过利用绝缘膜iR与绝缘膜iF1和iF2的折射率之间的差，绝缘膜iR抑制或防止从诸如布线MA1和MB1的导电膜(反射膜)和加热器金属线HM到光波导的返回光(反射光)的发生。例如，绝缘膜iR由氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)形成。例如，氮化硅的折射率为1.9或更高。氧氮化硅的折射率介于氧化硅和氮化硅的折射率之间，并且例如为1.45至1.9。这里，当假设绝缘层CL以及绝缘膜iF1和iF2的折射率为n2且绝缘膜iR的折射率为n3时，满足关系n3＞n2。即，绝缘膜iR的折射率高于组成绝缘膜iF1和iF2的氧化硅的折射率(1.45)。从而，可以抑制或防止由于来自光波导LA或LB的泄漏光击中布线MA1或MB1或加热器金属线HM而引起的散射光、反射光等再次返回光波导LA或LB。即，如图3所示，从诸如布线、电极或加热器金属线的导电膜M朝向光波导LA或LB(参见图1)反射的返回光(反射光RL1、RL2)可能通过绝缘膜iF1和绝缘膜iR在它们的界面处的折射率的差而朝向导电膜M反射。因此，可以抑制或防止从导电膜M到光波导LA或LB的返回光(反射光RL1、RL2)。因此，可以抑制或防止噪声进入光波导LA和LB，由此可以提高通过光波导LA和LB传播的光信号的可靠性。具体地，在光波导LB中，即使如图1所示，加热器金属线HM被布置为靠近光波导LB，也可以抑制或防止来自加热器金属线HM的返回光(反射光)的影响。因此，还可以在不降低光波导LB的折射率的可控性(可操作性)的情况下提高通过光波导LB传播的光信号的可靠性。
因为可以抑制或防止从布线MA1或MB1等到光波导LA的返回光(反射光)，所以可以减小每个布线MA1和MB1与光波导LA的肋部LAr之间的距离。即，可以减小光波导LA的宽度方向上的尺寸。因此，可以有效地布置布线MA1和MB1，由此可以减小芯片尺寸。此外，可以减小每个布线MA1和MB1与肋部LAr之间的寄生电阻，由此可以提高半导体器件的性能。
此外，每个光波导LA和LB与绝缘膜iR之间的最短距离dsr(在此示例中为光波导LA的肋部LAr的上表面或光波导LB的上表面与直接位于其上方的绝缘膜iR的下表面之间的距离)可以小于绝缘层CL的厚度(来自光波导LA或LB的瞬逝波充分衰减的距离)。
在绝缘膜iF1和iF2由氧化硅形成且绝缘膜iR由氮化硅形成的情况下，氮化硅具有比氧化硅更高的介电常数，从而担心当处理高速电信号时，会增加布线的电容负载。因此，优选地，为了减小电容负载，将绝缘膜iR形成得尽可能薄。这里，如图3所示，在从导电膜M入射到绝缘膜iR的反射光中，具有与绝缘膜iF1和iR之间的界面近乎平行的角度的反射光RL1通过绝缘膜iF1和iR的折射率之间的差被完全反射到绝缘膜iR中。因此，对于从导电膜M入射到绝缘膜iR上的光中没有被完全反射的反射光，即，对于具有与接近垂直于绝缘膜iF1和iR之间的界面的角度的反射光RL2，充分考虑最佳膜厚。作为一个示例，假设光的波长为1.55μm，在氧化硅膜/氮化硅膜/氧化硅膜的层压结构中，绝缘膜iR的最小厚度ds(此处，垂直入射到氧化硅膜和氮化硅膜之间的界面上的光的反射变得最大)例如为近似0.20μm。因此，优选将绝缘膜的厚度设置为例如近似0.20μm，以便在抑制或防止反射光RL1和RL2均朝向光波导LA和LB行进的同时最小化电容负载。在图3中，省略了绝缘膜iR的阴影以容易看到。
<光学调制器的配置示例>
接下来，将参考图4描述使用组成第一实施例的半导体器件的光波导的光学调制器的一个示例。图4是使用图1的半导体器件的光学调制器的示意性平面图。图4中的箭头表示光的传播方向。
光学调制器LM具有输入光波导Li、输出光波导Lo以及在输入光波导Li和输出光波导Lo之间光学地平行耦合的两个光波导LA和LA。
输入光波导Li和输出光波导Lo类似于图1中的光波导LB进行配置。然而，在这种情况下，加热器金属线HM不直接形成在每个光波导Li和Lo上方。每个光波导LA和LA的结构都与上述相同。
在这种光学调制器LM中，通过输入光波导Li输入的光被分裂进入两个光波导LA和LA，其中在每个光波导LA和LA中给出相位差，然后分裂的光在输出光波导Lo中合并。可以通过光波导Lo中的合并时光的干涉来调制光的相位和振幅。根据第一实施例，如上所述，可以提高光波导LA的可靠性，由此可以提高光学调制器LM的可靠性。<半导体器件的制造方法的示例>
接下来，将参考图1描述第一实施例的半导体器件的制造方法的一个示例。
首先，将衬底SB引入半导体器件的制造装置中。例如，该阶段的衬底SB是SOI衬底，其中半导体层SL经由绝缘层CL形成在支撑衬底SSB之上。从减少光损失的观点来看，绝缘层CL例如包括氧化硅，并且其厚度例如被设置为1至2μm。例如，半导体层SL包括Si单晶，并且具有例如大约100至500nm的厚度。
接下来，通过光刻工艺和干蚀刻工艺对半导体层SL进行图案化来形成光波导LA和LB。随后，通过CVD(化学气相沉积)工艺等在衬底SB之上沉积用于包覆的绝缘膜iF1，以便覆盖光波导LA和LB。例如，绝缘膜iF1包括氧化硅，并且具有例如1至2μm的厚度。此后，通过CVD工艺等在绝缘膜iF1之上沉积绝缘膜iR。绝缘膜iR例如包括氮化硅或氧氮化硅，并且形成为使其厚度小于绝缘膜iF1的厚度。每个光波导LA和LB的上表面与绝缘膜iR的下表面之间的最短距离小于绝缘层CL的厚度。
接下来，通过光刻工艺和干蚀刻工艺在绝缘膜iR和iF1中形成接触孔CT1。随后，通过溅射工艺、CVD方法等在绝缘膜iF1之上沉积导电膜，并且通过光刻工艺和干蚀刻工艺进一步图案化导电膜来形成布线MA1和MB1以及加热器金属线HM。加热器金属线HM可以与布线MA1和MB1分别形成，或者可以通过使用布线MA1或MB1的阻挡金属层来形成。此后，通过CVD工艺等在绝缘膜iR之上沉积绝缘膜iF2，以便覆盖加热器金属线HM以及布线MA1和MB1，然后在绝缘膜iF2中形成类似于接触孔CT1的接触孔CT2。
接下来，类似于布线MA1等，在绝缘膜iF2之上形成布线MA2和MB2，然后通过CVD工艺等沉积保护膜PF，以便覆盖布线MA2和MB2，并且进一步通过光刻工艺和干蚀刻工艺在保护膜PF中形成开口Hp。此后，对衬底SB之上的各个芯片执行电特性测试，然后通过切割工艺从衬底SB切割各个芯片，从而制造具有光学器件的半导体器件。
(第二实施例)
图5是根据第二实施例的半导体器件的主要部分的截面图。
在第二实施例中，绝缘膜iR具有绝缘膜(第三绝缘膜)iR1和层压在其之上的绝缘膜(第四绝缘膜)iR2。下绝缘膜iR1例如包括氮氧化硅，并且上绝缘膜iR2例如包括氮化硅。即，当假设下绝缘膜iR1的折射率为n3且上绝缘膜iR2的折射率为n4时，满足关系n4＞n3。布线MA1和MB1以及加热器金属线HM以与绝缘膜iR2接触的状态形成在绝缘膜iR之上。
根据第二实施例，当来自光波导LA或LB的泄漏光击中布线MA1或加热器金属线HM时引起的散射光、反射光等可以在两个阶段(包括在绝缘膜iR2和绝缘膜iR1之间的界面处以及绝缘膜iR1和绝缘膜iF1之间的界面处)朝向布线MA1和MB1以及加热器金属线HM反射。因此，能够更加有效地抑制或防止来自布线MA1和MB1、加热器金属线HM等的返回光(反射光)对光波导LA或LB的影响。此外，由具有高介电常数的氮化硅形成的绝缘膜iR2的厚度可以比第一实施例的厚度小，因此可以减小电容负载。这里，绝缘膜iR1和iR2可以颠倒。即，氧化硅薄膜可以层压在氮化硅薄膜之上。其他配置和优点与第一实施例相同。
(第三实施例)
图6是根据第三实施例的半导体器件的主要部分的截面图。
在第三实施例中，例如包括氧化硅的绝缘膜iF3被层压在例如包括氮化硅或氮氧化硅的绝缘膜iR之上，并且布线MA1和MB1、加热器金属线HM等形成在绝缘膜iF3之上。即，布线MA1和MB1以及加热器金属线HM在与绝缘膜iF3接触的状态下形成在包括氧化硅的绝缘膜iF3之上(在该示例中，绝缘膜iR是第三绝缘膜，并且绝缘膜iF3是第四绝缘膜)。然而，与第二实施例的绝缘膜iR类似，第三实施例的绝缘膜iR可以由绝缘膜iR1和iR2(参见图5)的层压膜组成。
在第三实施例中，如上所述，通常用作导电膜的基础绝缘膜的氧化硅膜被用作布线MA1和MB1、加热器金属线HM等下面的绝缘膜iF3的材料。因此，在形成布线结构和布线时很少产生变化，并且在半导体器件制造技术中完成的布线形成技术可以原样应用。因此，可以提高半导体器件的可靠性。其他配置和优点与第一和第二实施例的配置和优点相同。
(第四实施例)
图7是根据第四实施例的半导体器件的主要部分的截面图，以及图8是图7的半导体器件的主要部分的平面图。在组成电控光学调制器的光波导或组成温度控制光学调制器的光波导的形成位置处，沿着图8的线II-II截取图7的截面图。在图8中，为了便于观察示图，对布线、加热器金属线和半导体区域给出阴影。
在第四实施例中，部分地(选择性地)形成绝缘膜iR。这里，绝缘膜iR形成在与布线MA1和MB1、布线(导电膜)ME1和MF1以及加热器金属线HM相对应的位置处。即，绝缘膜iR部分地布置在布线MA1、MB1、ME1和MF1以及加热器金属线HM下方，使得来自布线MA1、MB1、ME1或MF1或者加热器金属线HM的反射光永远不会行进到下部光波导LA、LB等。考虑到由于制造加热器金属线HM的误差而导致的位置偏差，如图8所示，每个绝缘膜iR的平面面积略大于每个布线MA1和MB1以及加热器金属线HM的平面面积。在平面图中，每个布线MA1和MB1以及加热器金属线HM被布置为被与其相对应的绝缘膜iR包围。为了部分地形成绝缘膜iR，可以如第一实施例所述，通过光刻技术和蚀刻技术去除绝缘膜iR的已沉积在绝缘膜iF1之上的部分。
类似于第一实施例，第四实施例的绝缘膜iR可以由例如氮化硅膜或氮氧化硅膜的单膜组成，或者类似于第二实施例，可以由例如氮化硅膜和氮氧化硅膜的层压膜组成。此外，在第四实施例中，类似于第三实施例，可以在布线MA1和MB1或加热器金属线HM与绝缘膜iR之间设置包括氧化硅等的绝缘膜iF3(参见图6)。在第四实施例的情况下，可以使介电常数高于氧化硅的绝缘膜iR的面积小于第一至第三实施例中的面积，由此可以进一步减小电容负载。
此外，在第四实施例中，如图7的右侧所示，在衬底SB的绝缘层CL之上形成其他光学器件，诸如光栅耦合器GC和光检测器PD。
以下，将描述这些光学器件。
<光栅耦合器>
光栅耦合器GC是耦合衬底SB内外的光路的I/O元件(输入/输出元件)，并且设置有以下中继功能：将穿过衬底SB之上的光波导行进的光传播到衬底SB外的光纤等，或者相反，将来自衬底SB外的光纤等的光传播到衬底SB之上的光波导中。
光栅耦合器GC的主体由上述半导体层SL组成。在组成光栅耦合器GC的半导体层SL的上表面(光输入/输出部分)之上形成衍射光栅。衍射光栅具有沿着光的传播方向周期性形成并且彼此平行的多个凸起(多个不规则部)。在平面图中线性地形成每个凸起。
在光栅耦合器GC之上，从下到上顺次沉积绝缘膜iF1和iF2以及保护膜PF。然而，绝缘膜iR没有部分地布置在光栅耦合器GC的光输入/输出部分上方的光路之上。这是因为，如果绝缘膜iR布置在光栅耦合器GC上方的光路之上，则光的传播被绝缘膜iR阻碍。即，从外部朝向光栅耦合器GC发射的光被绝缘膜iR阻挡，相反，从光栅耦合器GC朝向外部发射的光被绝缘膜iR阻挡，从而不能令人满意地传输光信号。当阻碍光传播的材料被用作保护膜PF的材料时，出于同样的原因，优选地，保护膜PF没有部分地布置在光栅耦合器GC的光输入/输出部分上方的光路之上。利用上述结构，可以令人满意地执行光栅耦合器GC处的光信号的发送和接收。
<光检测器>
光检测器PD是将光信号转换成电信号的光电转换器。这里，示出具有垂直p-i-n结二极管结构的光检测器PD。即，光检测器PD具有形成在绝缘层CL之上的p型半导体层(第一半导体层)Da、形成于其之上的i型半导体层Di以及形成在半导体层Di之上的又一n型半导体层(第二半导体层)Db。
通过在上述半导体层SL中引入诸如硼(B)的杂质形成p型半导体层Da。例如，i型半导体层Di包括锗(Ge)，并且由本征半导体形成。例如，n型半导体层Db通过向Ge层中引入预定杂质而形成。备选地，下部半导体层Da可以是n型，而上部半导体层Db可以是p型。例如，光检测器PD可以通过与公开已知为硅光检测器的光检测器的制造方法类似的方法制造。
p型半导体层Da通过插塞PE1电耦合至布线ME1，并且n型半导体层Db通过插塞PF1电耦合至布线MF1。每个插塞PE1和PF1都通过在绝缘膜iR和iF1中钻出的接触孔CT1中嵌入导电膜(诸如W)而形成。例如，布线ME1和MF1的配置与布线MA1和MB1的配置相同。
布线ME1通过插塞PE2电耦合至布线ME2，并且布线MF1通过插塞PF2电耦合至布线MF2。每个插塞PE2和PF2都通过在绝缘膜iF2中钻出的接触孔CT2中嵌入导体膜(诸如W)而形成。例如，布线ME2和MF2的配置与布线MA2和MB2的配置相同。这里，在保护膜PF的部分中形成用于暴露部分布线ME2或MF2的开口Hp。布线ME2和MF2的暴露部分用作光检测器PD的耦合焊盘部分。
绝缘膜iF1和iF2以及保护膜PF从下到上顺次沉积在光检测器PD之上。然而，对于从上方入射到光检测器PD的光接收部的光，绝缘膜iR没有被部分地布置在光路之上。这是因为，如果绝缘膜iR布置在光检测器PD上方的光路之上，则光的传播被绝缘膜iR阻碍。即，从外部朝向光检测器PD发射的光被绝缘膜iR阻挡，从而不能令人满意地传输光信号。当阻碍光传播的材料被用作保护膜PF的材料时，出于同样的原因，优选地，保护膜PF没有部分地布置在光检测器PD的光接收部上方的光路上之上。利用上述配置，可以在光电检测器PD处令人满意地执行光信号的接收。
<光电混合器件的配置示例>
接下来，将参考图9描述使用第四实施例的半导体器件的光电混合器件的一个示例。图9是使用图7的半导体器件的光电混合器件的一个示例的示意性配置图。
例如，四个半导体芯片(以下简称为芯片)SC1至SC4以及光源LS被安装在光电混合器件LE上。
在芯片SC1、SC2和SC3中分别形成电子电路EC1、EC2和EC3，并且在芯片SC4中形成光学电路LC1至LC4。光源LS是发射预定波长的激光束的激光振荡器，并且通过光纤等光学耦合至芯片SC4中的光学电路LC1。即，允许从光源LS发射的预定波长的连续波激光入射到光学电路LC1的输入上。
芯片SC1中的电子电路EC1包括控制电路和存储电路，并且与芯片SC2中的电子电路EC2电耦合。电子电路EC2由能够交换双向信号的电路组成，诸如收发器IC(收发器集成电路)，并且电耦合至芯片SC4中的光学电路LC1。
光学电路LC1是将电信号转换成光学信号的光学电路，并且例如由上述光学调制器LM(参见图4)组成。在光学电路LC1中，基于经由电子电路EC2从电子电路EC1发送的控制信号(电信号)调制从光源LS入射的光的相位。在这种情况下，光源LS光学地耦合至光学电路LC1(光学调制器LM)的输入光波导Li(参见图4)。从而，允许从光源LS发射的连续波激光入射到光学电路LC1(光学调制器LM)的输入光波导Li(参见图4)。此外，电子电路EC2电耦合至光学电路LC(光学调制器LM)的相应光波导LA和LA(参见图4和图7)。从而，经由电子电路EC2从电子电路EC1提供给光学电路LC1的电位被提供给光学电路LC1的相应光波导LA和LA(参见图4和图7)。
光学电路LC1(光学调制器LM的输出光波导Lo(参见图4))的输出光学地耦合至同一芯片SC4中的光学电路LC2。光学电路LC2是光学耦合器，诸如光栅耦合器(图7中的光栅耦合器GC)或光斑尺寸转换器。从光学电路LC1发送的光信号经由光学电路LC2输出到光电混合器件LE的外部。
芯片SC4中的光学电路LC3是I/O元件，诸如光栅耦合器(图7中的光栅耦合器GC)或光斑尺寸转换器，并且光学地耦合至光学电路LC4。从光电混合器件LE外部输入的光信号经由光学电路LC3输入至光学电路LC4。光学电路LC4是用于光电转换的光检测器(图7中的光检测器PD)，其中从光学电路LC3发送的光信号被转换为电信号，并且电耦合至芯片SC3中的电子电路EC3。该电子电路EC3由能够交换双向信号的电路(例如，收发器IC)组成，并且电耦合至芯片SC1中的电子电路EC1。
根据第四实施例，如上所述，可以提高光学调制器LM的可靠性，由此可以提高光电混合器件LE的可靠性。在上文的描述中，电子电路和光学电路分别形成在单独的芯片上，但是本发明不应限于此，电子电路和光学电路可以形成在一个芯片上。从而，光电混合器件LE可以进一步小型化。此外，光电混合器件LE可以高度集成，由此可以提高光电混合电路LS的功能。其他配置和优点与第一至第三实施例的配置和优点相同。
以上已经基于优选实施例具体描述了发明人做出的本发明，但是不用说，本发明不应限于这些实施例，而是可以在不偏离其要点的范围内进行各种修改。
例如，在第一至第四实施例中已经描述了在第一层布线下方形成绝缘膜iR的情况，但是本发明不应限于此，并且绝缘膜iR可以形成在第一层布线(导电膜)和上部布线(导电膜)二者上方(即，在不同层中)。
[补充注释1]
一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
(a)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n1的光波导；
(b)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n2的第二绝缘膜，以便覆盖光波导；
(c)在第二绝缘膜之上形成具有折射率n3的第三绝缘膜；以及(d)在第三绝缘膜之上形成导电膜；
其中光波导与第三绝缘膜之间的最短距离小于第一绝缘膜的厚度，并且
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1>n2且n3>n2。
[补充注释2]
根据补充注释1的半导体器件的制造方法，
其中第二绝缘膜的厚度大于第三绝缘膜的厚度。
[补充注释3]
根据补充注释1的半导体器件的制造方法，
其中第三绝缘膜是氮化硅膜或氧氮化硅膜。
[补充注释4]
根据补充注释1的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在衬底之上形成光检测器的步骤，以及
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于入射到光检测器上的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。
[补充注释5]
根据补充注释1的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在衬底之上形成光栅耦合器的步骤，以及
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于从光栅耦合器发射或入射到光栅耦合器上的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。
[补充注释6]
一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
(a)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n1的光波导；
(b)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n2的第二绝缘膜，以便覆盖光波导；
(c)在第二绝缘膜之上形成具有折射率n3的第三绝缘膜；
(d)在第三绝缘膜之上形成第四绝缘膜；以及
(e)在第四绝缘膜之上形成导电膜；
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1>n2且n3>n2。
[补充注释7]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中光波导与第三绝缘膜之间的最短距离小于第一绝缘膜的厚度。
[补充注释8]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中第二绝缘膜的厚度大于第三绝缘膜的厚度。
[补充注释9]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中第四绝缘膜具有折射率n4，并且
其中折射率n3和n4满足关系n4>n3。
[补充注释10]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中第三绝缘膜为氮氧化硅膜，并且
其中第四绝缘膜是氮化硅膜。
[补充注释11]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中第四绝缘膜为氧化硅膜。
[补充注释12]
根据补充说明6的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在第一绝缘膜之上形成光检测器的步骤，并且
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于入射到光检测器的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。
[补充注释13]
根据补充注释6的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在第一绝缘膜之上形成光栅耦合器的步骤，以及
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于从光栅耦合器发射或入射到光栅耦合器上的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。
[补充注释14]
一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
(a)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n1的光波导；
(b)在第一绝缘膜之上形成具有折射率n2的第二绝缘膜，以便覆盖光波导；
(c)在第二绝缘膜之上形成具有折射率n3的第三绝缘膜；以及(d)在第三绝缘膜之上形成导电膜；
其中在步骤(c)中，在与导电膜对应的位置处形成第三绝缘膜，并且
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1>n2且n3>n2。
[补充注释15]
根据补充注释14的半导体器件的制造方法，
其中光波导与第三绝缘膜之间的最短距离小于第一绝缘膜的厚度。
[补充注释16]
根据补充注释14的半导体器件的制造方法，
其中第二绝缘膜的厚度大于第三绝缘膜的厚度。
[补充注释17]
根据补充说明14的半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
在步骤(c)之后且在步骤(d)之前，在第三绝缘膜和导电膜之间形成具有折射率n4的第四绝缘膜。
[补充注释18]
根据补充注释14的半导体器件的制造方法，
其中第三绝缘膜是氮化硅膜或氧氮化硅膜。
[补充注释19]
根据补充注释14的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在第一绝缘膜之上形成光检测器的步骤，以及
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于入射到光检测器上的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。
[补充注释20]
根据补充注释14的半导体器件的制造方法，
其中步骤(a)包括在第一绝缘膜之上形成光栅耦合器的步骤，以及
其中步骤(c)包括部分地去除位于用于从光栅耦合器发射或入射到光栅耦合器上的光的光路之上的第三绝缘膜的步骤。

Claims (23)

1.一种半导体器件，包括：
第一绝缘膜；
光波导，形成在所述第一绝缘膜之上并且具有折射率n1；
第二绝缘膜，形成在所述第一绝缘膜之上以便覆盖所述光波导，并且具有折射率n2；
第三绝缘膜，形成在所述第二绝缘膜之上并且具有折射率n3；以及
导电膜，形成在所述第三绝缘膜之上，
其中所述光波导与所述第三绝缘膜之间的最短距离小于所述第一绝缘膜的厚度，并且
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1＞n2且n3＞n2。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述第二绝缘膜的厚度大于所述第三绝缘膜的厚度。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述第三绝缘膜是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
光检测器，具有第一导电类型的第一半导体层和与所述第一导电类型不同的第二导电类型的第二半导体层，所述光检测器位于所述第一绝缘膜之上，
其中所述第三绝缘膜不布置在用于入射在所述光检测器上的光的光路之上。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述光波导还包括光栅耦合器，所述光栅耦合器具有被形成为彼此平行的多个凸起，并且
其中所述第三绝缘膜不布置在用于从所述光栅耦合器发射或入射在所述光栅耦合器上的光的光路之上。
6.一种半导体器件，包括：
第一绝缘膜；
光波导，形成在所述第一绝缘膜之上并且具有折射率n1；
第二绝缘膜，形成在所述第一绝缘膜之上以便覆盖所述光波导，并且具有折射率n2；
第三绝缘膜，形成在所述第二绝缘膜之上并且具有折射率n3；
第四绝缘膜，形成在所述第三绝缘膜之上；以及
导电膜，形成在所述第四绝缘膜之上，
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1＞n2且n3＞n2。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述光波导与所述第三绝缘膜之间的最短距离小于所述第一绝缘膜的厚度。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述第二绝缘膜的厚度大于所述第三绝缘膜的厚度。
9.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述第四绝缘膜具有折射率n4，并且
其中折射率n3和n4满足关系n4＞n3。
10.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述第三绝缘膜是氮氧化硅膜，并且
其中所述第四绝缘膜是氮化硅膜。
11.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述第四绝缘膜是氧化硅膜。
12.根据权利要求6所述的半导体器件，还包括：
光检测器，具有第一导电类型的第一半导体层和与所述第一导电类型不同的第二导电类型的第二半导体层，所述光检测器位于所述第一绝缘膜之上，
其中所述第三绝缘膜不布置在所述光检测器上方的光路之上。
13.根据权利要求6所述的半导体器件，
其中所述光波导还包括光栅耦合器，所述光栅耦合器具有被形成为彼此平行的多个凸起，并且
其中所述第三绝缘膜不布置在用于从所述光栅耦合器发射或入射在所述光栅耦合器上的光的光路之上。
14.一种半导体器件，包括：
第一绝缘膜；
光波导，形成在所述第一绝缘膜之上并且具有折射率n1；
第二绝缘膜，形成在所述第一绝缘膜之上以便覆盖所述光波导，并且具有折射率n2；
第三绝缘膜，形成在所述第二绝缘膜之上并且具有折射率n3；以及
导电膜，形成在所述第三绝缘膜之上，
其中所述第三绝缘膜布置在与所述导电膜相对应的位置处，并且
其中折射率n1、n2和n3满足关系n1＞n2且n3＞n2。
15.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述光波导与所述第三绝缘膜之间的最短距离小于所述第一绝缘膜的厚度。
16.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述第二绝缘膜的厚度大于所述第三绝缘膜的厚度。
17.根据权利要求14所述的半导体器件，还包括：
第四绝缘膜，形成在所述第三绝缘膜和所述导电膜之间。
18.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述第三绝缘膜是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
19.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述第四绝缘膜具有折射率n4，并且
其中折射率n3和n4满足关系n4＞n3。
20.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述第四绝缘膜是氮化硅膜。
21.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述第四绝缘膜是氧化硅膜。
22.根据权利要求14所述的半导体器件，还包括：
光检测器，具有第一导电类型的第一半导体层和与所述第一导电类型不同的第二导电类型的第二半导体层，所述光检测器位于所述第一绝缘膜之上，
其中所述第三绝缘膜不布置在所述光检测器上方的光路之上。
23.根据权利要求14所述的半导体器件，
其中所述光波导还包括光栅耦合器，所述光栅耦合器具有被形成为彼此平行的多个凸起，并且
其中所述第三绝缘膜不布置在用于从所述光栅耦合器发射或入射在所述光栅耦合器上的光的光路之上。
CN201811553671.5A 2017-12-22 2018-12-19 半导体器件 Active CN109959988B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-246106 2017-12-22
JP2017246106A JP2019113666A (ja) 2017-12-22 2017-12-22 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109959988A true CN109959988A (zh) 2019-07-02
CN109959988B CN109959988B (zh) 2023-03-07

Family

ID=66951032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811553671.5A Active CN109959988B (zh) 2017-12-22 2018-12-19 半导体器件

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11079540B2 (zh)
JP (1) JP2019113666A (zh)
CN (1) CN109959988B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10401566B2 (en) * 2016-11-29 2019-09-03 Finisar Corporation Adiabatic polarization rotator combiner
FR3098983A1 (fr) * 2019-07-19 2021-01-22 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Guide d'onde d'une structure SOI
US11749762B2 (en) * 2019-10-31 2023-09-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device comprising a photodetector with reduced dark current
CN112750847A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体装置及其形成方法
EP4066027A4 (en) * 2019-11-27 2023-12-06 Hyperlight Corporation ELECTRO-OPTICAL DEVICES WITH DESIGNED ELECTRODES
US11307479B2 (en) * 2020-03-25 2022-04-19 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device
US11940713B2 (en) * 2020-11-10 2024-03-26 International Business Machines Corporation Active electro-optic quantum transducers comprising resonators with switchable nonlinearities
US20240045141A1 (en) * 2022-08-03 2024-02-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure with multi-layers film

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03158802A (ja) * 1989-11-17 1991-07-08 Hitachi Cable Ltd 光導波路及びその製造方法
JPH11133254A (ja) * 1997-10-29 1999-05-21 Hitachi Ltd ポリマー光導波路、光集積回路、及び光モジュール
CN103777273A (zh) * 2014-02-12 2014-05-07 华中科技大学 一种波导交叉单元及其制作方法
US20160363729A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 The Research Foundation for the State University of the New York Method and structure for integrating photonics with cmos
CN106257676A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 瑞萨电子株式会社 半导体装置及其制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8213751B1 (en) * 2008-11-26 2012-07-03 Optonet Inc. Electronic-integration compatible photonic integrated circuit and method for fabricating electronic-integration compatible photonic integrated circuit
JP2016218132A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03158802A (ja) * 1989-11-17 1991-07-08 Hitachi Cable Ltd 光導波路及びその製造方法
JPH11133254A (ja) * 1997-10-29 1999-05-21 Hitachi Ltd ポリマー光導波路、光集積回路、及び光モジュール
CN103777273A (zh) * 2014-02-12 2014-05-07 华中科技大学 一种波导交叉单元及其制作方法
US20160363729A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 The Research Foundation for the State University of the New York Method and structure for integrating photonics with cmos
CN106257676A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 瑞萨电子株式会社 半导体装置及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20240230991A1 (en) 2024-07-11
CN109959988B (zh) 2023-03-07
JP2019113666A (ja) 2019-07-11
US20190196099A1 (en) 2019-06-27
US11079540B2 (en) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109959988A (zh) 半导体器件
US8280207B2 (en) Method and system for coupling optical signals into silicon optoelectronic chips
US9217836B2 (en) Edge coupling of optical devices
US20110115040A1 (en) Semiconductor Optoelectronic Structure and the Fabricating Method Thereof
US9690122B2 (en) Optical semiconductor device
US6282358B1 (en) On-chip single layer horizontal deflecting waveguide and damascene method of fabricating the same
JP7111600B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US6600864B2 (en) Method and apparatus for switching an optical beam using an optical rib waveguide
US6463193B2 (en) Method and apparatus for switching an optical beam using a phase array disposed in a higher doped well region
CN115524786A (zh) 光子装置、光学耦合系统及光子装置的制造方法
KR102349774B1 (ko) 광전 회로
US11417596B2 (en) Optical routing structure on backside of substrate for photonic devices
TWI549259B (zh) 全集成主被動積體光學於矽基積體電路及其製作方法
CN110031931B (zh) 半导体器件
US6470104B2 (en) Method and apparatus for switching an optical beam by modulating the phase of a portion of the optical beam in a semiconductor substrate
US11719885B2 (en) Apparatus for optical coupling and system for communication
JP5189555B2 (ja) 光レベル等価器
JPH03191572A (ja) 光半導体装置
US20210302801A1 (en) Semiconductor device
KR101015406B1 (ko) 광 결합 장치
JP2020101661A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US11756875B2 (en) Optical routing structure on backside of substrate for photonic devices
JP2020095186A (ja) 半導体装置
JP2021002614A (ja) 半導体装置およびその製造方法
CN116194827A (zh) 电光装置、半导体装置和半导体器件、电光布置及其使用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant