CN109975925B - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体器件及其制造方法。一体形成了与微型光学器件形成在同一层上的光波导和尺寸大不相同的光斑尺寸转换器。半导体器件具有用作光斑尺寸转换器的光波导部分。光波导部分包括在厚度方向上穿透层间绝缘层的多个光波导本体。

Description

半导体器件及其制造方法

相关申请的交叉引用

2017年12月27日提交的日本专利申请No.2017-250943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

本发明涉及半导体器件及其制造技术。涉及例如可有效地应用于包括光波导的半导体器件的技术及其制造技术。

背景技术

日本未审查专利申请公开No.2004-133446(专利文献1)描述了关于例如能够减小与光纤的耦合损耗的光斑尺寸转换器的技术。

引用文献

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利申请公开No.2004-133446

发明内容

例如，当来自外部的第二光波导的发射光直接入射到与光调制器等形成在同一层的第一光波导上时，通过第一光波导传播的光的光斑尺寸和通过第二光波导传播的光的光斑尺寸之间的差异可能导致光损耗。因此，为了以低损耗在第一光波导和第二光波导之间引入光，存在提供用于在第一光波导和第二光波导之间转换光的光斑尺寸的光斑尺寸转换器的技术。这里，例如，已经对第一光波导和光斑尺寸转换器的一体形成进行了研究。

在这方面，本发明人的研究表明，例如，当光斑尺寸转换器和与光调制器等在同一层形成的第一光波导一体形成时，用于由于光调制器等的尺寸和光斑尺寸转换器的尺寸之间的较大差异而引起的新颖改进的空间变得明显。

根据本说明书的描述和附图，其他问题和新颖特征将是显而易见的。

在一个实施例中的半导体器件具有用作光斑尺寸转换器的光波导部分。光波导部分包括在厚度方向上穿透层间绝缘层的多个光波导本体。

根据一个实施例，可以增强具有光斑尺寸转换器的半导体器件的可靠性。

附图说明

图1是示出现有技术的包括光斑尺寸转换器的半导体芯片的示意性局部配置的平面图。

图2是沿图1中A-A线的截面图。

图3是示出包括第一实施例的光斑尺寸转换器的半导体器件的概略配置的平面图。

图4是沿图3中的A-A线的半导体器件的截面图。

图5是概略地示出第二实施例的半导体器件的配置的截面图。

图6是示出在第二实施例的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图7是示出在图6之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图8是示出在图7之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图9是示出在图8之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图10是示出在图9之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图11是示出在图10之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图12是示出在图11之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图13是示出在图12之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图14是示出在图13之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图15是示出在图14之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图16是示出在图15之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图17是示出在图16之后的制造步骤中的半导体器件的截面图。

图18是示出修改示例1的半导体器件的概略配置的截面图。

图19是示出修改示例2的半导体器件的概略配置的平面图。

图20是沿着图19的线A-A的半导体器件的截面图。

图21是示意性地示出修改示例2的另一方面的截面图。

图22是示出修改示例3的半导体器件的概略配置的平面图。

图23是示出修改示例4的半导体器件的概略配置的截面图。

图24是示意性地示出修改示例4的另一方面的截面图。

图25是示出修改示例5的半导体器件的概略配置的平面图。

图26是示出修改示例5的半导体器件的概略配置的平面图。

具体实施方式

在以下实施例的描述中，为了方便起见，必要时可以在多个划分的部分或实施例中描述实施例。然而，除非另有说明，否则它们不是彼此独立的，而是处于这样的关系：一个是另一个的一部分或全部的修改示例、细节、补充说明等。

此外，在以下实施例中，当参考元件的数量等(包括数量、数值、量、范围等)时，元件的数量等不限于特定数量，但可以大于或小于该特定数量，除非另有说明、原则上数量明显限于特定数量的情况等之外。

此外，在以下实施例中，除非另有说明、原则上显然被认为是必要的情况等之外，否则构成元件(包括元件步骤等)并非总是必要的。

类似地，在以下实施例中，当参考构成元件的形状、位置关系等时，应理解它们包括与形状等基本类似或相似的那些，除非另有说明以及除非原则上认为是明显不同的或其它情况。这也适用于前述数值和范围。

此外，在用于描述实施例的所有附图中，相同的构件原则上被赋予相同的附图标记和数字，并且省略其重复描述。顺便提及，为了便于理解附图，在平面图中也可以添加阴影线。

第一实施例

光斑尺寸转换器

近年来，为了光学集成电路的小型化，已经进行了关于使用SOI(绝缘体上硅)衬底的诸如硅波导或光子晶体波导的光波导的研究和开发。这种光波导与诸如发光元件或光接收元件的光学器件光耦合。这里，在光波导和发光元件之间的耦合中的问题是通过光波导传播的光的光斑尺寸与由半导体激光器表示的发光元件处的光斑尺寸之间的较大差异。例如，当具有相互不同光斑尺寸的光波导和发光元件按原样彼此耦合时，耦合部分处的光损耗不利地增加。类似地，同样在光波导和光纤之间的耦合中，由于通过光波导传播的光的光斑尺寸与通过光纤传播的光的光斑尺寸之间的较大差异，光波导和光纤之间的耦合部分处的光损耗作为问题也变得明显。例如，通过光波导传播的光的光斑尺寸变为亚微米级。另一方面，光纤或发光元件处的光的光斑尺寸变为几微米级。因此，难以高效率直接耦合用于传播具有相对较小光斑尺寸的光的光波导和用于传播具有相对较大光斑尺寸的光的光纤或具有较大光斑尺寸的发光元件。这导致插入光斑尺寸转换器，用于在以下项之间转换光的光斑尺寸：用于传播具有相对较小光斑尺寸的光的光波导，以及用于传播具有相对较大光斑尺寸的光的光纤或者具有较大光斑尺寸的发光元件。在这方面，已经研究了光斑尺寸转换器和与光调制器等形成在同一层的光波导的一体形成。然而，本发明人的研究揭示如下：例如，当光斑尺寸转换器和与光调制器等形成在同一层的第一光波导一体形成时，用于由于微型光调制器等的尺寸和光斑尺寸转换器的尺寸之间的较大差异而引起的新颖改进的空间变得明显。在这种情况下，将在下文首先使用现有技术描述本发明人发现的用于新颖改进的空间。然后，将描述本发明第一实施例中的技术构思，其中针对用于新颖改进的空间采取精细措施。

现有技术中存在的改进空间

首先，将描述现有技术中存在的改进空间。本说明书中提到的术语“现有技术”是具有发明人新发现的问题的技术，并且不仅是已知的相关技术，而且是旨在针对新技术(未知技术)构思的前体技术而描述的技术。

图1是示出现有技术中包括光斑尺寸转换器的半导体芯片CHP的示意性部分配置的平面图。如图1所示，例如，在半导体芯片CHP中形成由氧化硅层形成的掩埋绝缘层BOX。在掩埋绝缘层BOX上方，形成沿x方向延伸的光波导WG1。光波导WG1由例如硅或锗形成。在该步骤中，如图1所示，光波导WG1的宽度(光波导WG1在与光传播方向正交并且沿着绝缘层BOX的主表面的方向上的长度，下文中相同)包括由基本相同的线条形状形成的部分P1和由锥形形状形成的部分P2，锥形形状的宽度随着朝向光波导WG1的一端EP1接近而变窄。然后，由锥形形状形成的部分P2形成光波导WG1的一部分，并且形成光斑尺寸转换器的一部分。

图2是沿图1中A-A线的截面图。如图2所示，例如，在由硅形成的衬底层1S上方形成由氧化硅层形成的掩埋绝缘层BOX。在掩埋绝缘层BOX上方，形成由例如硅形成的光波导WG1。然后，如图2所示，芯层CL被形成为从光波导WG1的包括光波导WG1一端EP1的部分上方到掩埋绝缘层BOX上方。此外，以覆盖芯层CL和从芯层CL露出的光波导WG1的方式，在绝缘层BOX上方形成包层CLD。在包层CLD上方，形成覆盖膜CVF。覆盖膜CVF是例如厚度为约1.5μm的氧化硅膜。

光波导WG1与未示出的光学器件(例如光电探测器或光调制器)形成在同一层，该光学器件形成在半导体芯片CHP的其他区域中。也就是说，光波导WG1和光学器件被同一绝缘膜BOX上方的同一层间绝缘层覆盖。另一方面，芯层CL以能够与例如布置在半导体芯片CHP中的半导体激光器或设置在半导体芯片CHP外部的光纤光耦合的方式形成。在该步骤中，光波导WG1插入在掩埋绝缘层BOX和折射率低于光波导WG1的折射率的包层CLD之间。因此，光被限制在光波导WG1内部。换句话说，光在光波导WG1内部传播。另一方面，芯层CL也插入在掩埋绝缘层BOX和折射率低于芯层CL的折射率的包层CLD之间。因此，光被限制在芯层CL内。换句话说，光在芯层CL内部传播。

这里，图2中所示的光波导WG1的一部分、芯层CL、掩埋绝缘层BOX和包层CLD成为光斑尺寸转换器的主要构成元件。例如，当采用具有最常用于光通信的1.55μm频带波长的光时，在与在半导体芯片CHP处形成的微型光学器件的同一层处形成的光波导WG1的横截面的高度为约0.2μm，并且横截面的宽度为约0.4μm。与半导体激光器或光纤光耦合的芯层CL的横截面的宽度和高度都是例如约3μm。

在如此配置的光斑尺寸转换器中，光传播通过光波导WG1和芯层CL。例如，当半导体激光器以面向芯层CL的方式布置时，从半导体激光器发射的激光到达芯层CL的端面(光接收表面)。然后，对于从芯层CL的光接收表面朝向光波导WG1传播通过芯层CL的激光，当激光在芯层CL内部传播时，激光的分布经由与芯层CL相邻的光波导WG1的锥形部分的部分P2从芯层CL移动到光波导WG1。例如，激光分布的移动取决于锥形部分的部分P2的形状。

以到此为止所描述的方式，例如，当光从光波导WG1传播到芯层CL时，光斑尺寸通过光斑尺寸转换器逐渐增加。因此，通过经由光斑尺寸转换器耦合光波导WG1和光波导WG2，可以抑制具有相互不同的横截面尺寸的光波导WG1和光波导WG2之间的光损耗。

然而，当光斑尺寸转换器与在与微型光学器件的同一层处形成的光波导一体形成时，由于光学器件的尺寸和光斑尺寸转换器的尺寸之间的较大差异，难以形成用于抑制光损耗的良好光斑尺寸转换器。也就是说，在与微型光学器件的同一层处形成的光波导和光斑尺寸转换器的一体形成需要精心的措施。下面，将描述这一点。

首先，作为用于从氮化硅膜形成芯层CL的方法，例如，可以考虑以下方法：在形成具有几微米量级的厚度的氧化硅膜之后，在氧化硅膜中形成具有对应于芯层CL的较大尺寸的开口；在开口内部掩埋氮化硅膜，从而形成芯层CL。然而，采用这种方法，需要将氮化硅膜掩埋在具有几微米量级的较大尺寸的开口内部。在该步骤，利用通过CVD方法表示的半导体制造技术的膜沉积方法，难以以填充几微米量级的大开口的方式形成氮化硅膜。

到此为止的描述表明，通过半导体制造技术形成具有亚微米量级的尺寸的光波导WG1和包括几微米量级的芯层CL的光斑尺寸转换器需要精细的措施。在这种情况下，在第一实施例中，采用精细的措施来通过半导体制造技术一体地形成具有亚微米量级尺寸的光波导WG1和包括几微米量级的芯层CL的光斑尺寸转换器。下面，将参考附图描述采用精细措施的第一实施例中的技术构思。

半导体器件的配置

图3是示出包括第一实施例中的光斑尺寸转换器的半导体器件的示意性配置的平面图。在图3中，第一实施例中的半导体芯片CHP具有在x方向上并排布置的区域R1和区域R2。然后，在区域R1中，形成在x方向上延伸的光波导WG1以及与光波导WG1光耦合的光斑尺寸转换器SSC。光波导WG1与图3中未示出的光学器件形成在同一层。另一方面，在区域R2中，布置发光元件的半导体激光器(激光器光源)LD。区域R2可以是形成在半导体芯片CHP的衬底上方的凹陷部分，或者是半导体芯片CHP外部的区域。也就是说，半导体激光器LD可以布置在形成在半导体芯片CHP的衬底上方的凹陷部分中，或者可以以在平面图中与半导体芯片CHP的衬底相邻的方式布置。

顺便说一下，图3示出了在平面图中半导体激光器LD以与半导体芯片CHP的衬底相邻的方式布置的示例。

半导体激光器LD具有用于产生激光的发光部分LU。这里，在本说明书中，半导体激光器LD的发光部分LU本身也传播在其内部产生的激光，因此被认为是光波导WG2。

顺便提及，第一实施例描述了以下示例：光波导WG1和光斑尺寸转换器SSC布置在半导体芯片CHP的区域R1中，并且包括光波导WG2的半导体激光器LD布置在半导体芯片CHP外部的区域R2中，如图3所示。然而，第一实施例中的技术构思不限于该配置，而是还可应用于以下配置：例如，光波导WG1和光斑尺寸转换器SSC布置在半导体芯片CHP处并且包括与光斑尺寸转换器SSC光耦合的光波导WG2的光纤布置在半导体芯片CHP的外部。此外，该技术构思也适用于其中光波导WG1、光斑尺寸转换器SSC和光波导WG2(半导体激光器LD)布置在一个半导体芯片CHP处的配置。

然后，如图3所示，光波导WG1具有宽度基本相同的部分P1以及由朝着光波导WG1的一端EP1而宽度变窄的锥形形状形成的部分P2。然后，与光波导WG1光耦合的光斑尺寸转换器SSC包括光波导WG1的部分P2和多个光波导本体OG。换句话说，光波导WG1的部分P2不仅用作光波导WG1的一部分，而且还用作光斑尺寸转换器SSC的构成元件。此外，光斑尺寸转换器SSC的构成元件的多个光波导本体OG在光波导WG1延伸的x方向(第一方向)上以规定的间距(第一间距)布置，并且也在与x方向正交的y方向(第二方向)上并沿着衬底的主表面以规定的间距(第一间距)布置。

然而，对于光斑尺寸转换器SSC的构成元件的多个光波导本体OG，x方向上的布置间距可以与y方向上的布置间距不同。

此外，光斑尺寸转换器SSC的构成元件的多个光波导本体OG包括在平面图中与光波导WG1的部分P2重叠的光波导本体OG以及在平面图中不与光波导WG1的部分P2重叠的光波导本体OG。

任何数量的光波导本体OG都是可接受的，只要该数量允许光波导WG1和光波导WG2之间的光耦合即可。可以根据光波导本体OG的宽度和高度等适当地确定该数量。

顺便提及，光波导WG1的部分P2的一端(右端)EP1位于光斑尺寸转换器SSC(光波导部分)的一端(左端)EP2a和光斑尺寸转换器SSC(光波导部分)的另一端(右端)EP2b之间。

随后，图4是沿图3中A-A线的截面图。如图4所示，在半导体芯片CHP的区域R1中，布置具有由例如氧化硅膜形成的绝缘层BOX的衬底层(硅衬底)1S。在绝缘层BOX上方，形成由例如硅或锗形成的光波导WG1。然后，以覆盖光波导WG1的方式形成由例如氧化硅膜形成的保护膜PF。此外，如图4所示，经由保护膜PF形成覆盖光波导WG1的层间绝缘层IL。在层间绝缘层IL中，形成能够在其内部传输光的光波导部分OGU。光波导部分OGU的宽度大于光波导WG1的宽度。另外，光波导部分OGU的高度大于光波导WG1的高度。

这里，光波导部分OGU是指由与在光波导部分OGU的最外侧形成的多个光波导本体OG上外接的四个虚拟平面(见图3的虚线)围绕的区域，虚拟平面与多个光波导本体OG的顶表面接触，并且虚拟平面与多个光波导本体OG的底表面接触。此外，光波导部分OGU的宽度表示光波导部分OGU的与光波导部分OGU的延伸方向正交并且沿着绝缘层BOX主表面的长度。

然后，光波导部分OGU的一端(左端)EP2a布置在光波导WG1的部分P1(保护膜PF)上方。也就是说，光波导部分OGU以覆盖光波导部分WG1的部分P2的方式布置。光波导部分OGU的另一端(右端)EP2b以能够从光波导WG2接收光的方式形成。换句话说，光波导部分OGU的另一端(右端)EP2b以能够面向光波导WG2的方式形成。换句话说，还可以说光波导部分OGU的另一端(右端)EP2b形成用于接收来自光波导WG2的光的光接收表面。以这种方式，光波导部分OGU与光波导WG1光耦合，并且还与光波导WG2光耦合。光波导部分OGU的光接收表面以面向光波导WG2的发射表面的方式布置。光波导部分OGU的光接收表面的尺寸根据光波导WG2的发射表面的尺寸确定，并且例如大于光波导WG2的发射表面的尺寸。

然后，如图4所示，光波导部分OGU具有沿厚度方向穿透层间绝缘层IL的多个光波导本体OG。在该步骤中，多个光波导本体OG包括到达光波导WG1的部分P2的光波导本体OG以及到达绝缘层BOX的光波导本体OG。在第一实施例中，多个光波导本体OG的每个立体形状由柱状形成。因此，多个光波导本体OG的布置间隔小于瞬逝光的渗透距离。也就是说，多个光波导本体OG中的相互相邻的两个光波导本体OG之间的间隔小于传播通过光波导部分OGU的光从光波导本体OG到层间绝缘层IL的渗透距离。该间隔为例如约0.1μm。

此外，光波导本体OG的高度根据光波导WG2的发光表面的大小来确定，并且是例如3.0μm。垂直于光波导本体OG的高度方向的横截面的尺寸没有特别限制。例如，在垂直于光波导本体OG的高度方向上的横截面直径为约0.3μm。

另一方面，如图4所示，半导体激光器LD形成在半导体芯片CHP外部的区域R2中。具体地，对于在半导体芯片CHP外部的区域R2中形成的半导体激光器LD，用于限制和发射激光的发光部分(有源层)LU插入在具有比发光部分LU折射率小的折射率的包层CLD2a和包层CLD2b之间。在如此配置的半导体激光器LD处，发光部分LU本身在广义上可以被视为传播光的光波导WG2。

以此前描述的方式，第一实施例中的半导体器件(半导体芯片CHP)至少具有光波导(硅波导)WG1的光波导WG1和具有相互不同的宽度和高度的光波导(例如，半导体激光器或光纤的发光部分LU)WG2，并且使光从光波导WG2入射到光波导WG1上。

光在半导体器件中的传播

如上所述配置第一实施例中的半导体器件。下面，将参考图3和图4描述第一实施例中的半导体器件的光传播。首先，如图3和图4所示，激光在布置在半导体芯片CHP外部的区域R2中的半导体激光器LD的发光部分LU处谐振。然后，从用作光波导WG2的发光部分LU发射的激光从用作激光的光接收表面的光波导部分OGU的右端(另一端EP2b)，入射到在半导体芯片CHP的区域R1中布置的光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU内。在该步骤中，如图4所示，光波导部分OGU具有由氮化硅膜形成的多个光波导本体OG，该氮化硅膜的折射率高于包层CLD和由例如氧化硅膜形成的绝缘层BOX的折射率。因此，首先，入射到光波导部分OGU内部的激光首先在布置在最靠近光波导部分OGU的光接收表面一侧的光波导本体OG内部传播。在该步骤中，具有相对较小折射率的层间绝缘层IL插入在布置在最靠近光接收表面一侧的光波导本体OG和与该光波导本体OG相邻布置的光波导本体OG之间。因此，认为激光不会从布置在最右侧的光波导本体OG传播到在左侧与该光波导本体OG相邻布置的光波导本体OG上。然而，在第一实施例中，在布置在最靠近光接收表面一侧的光波导本体OG与和该光波导本体OG相邻布置的光波导本体OG之间的间隔小于瞬逝光的渗透距离。因此，瞬逝光使得激光从布置在最靠近光接收表面一侧的光波导本体OG传播到在左侧上与该光波导本体OG相邻布置的光波导本体OG上。此后，由于瞬逝光引起的相同机制使激光在包括形成在其中的多个光波导本体OG的光波导部分OGU内部传播。

这里，当在光波导部分OGU内部从光波导部分OGU的光接收表面朝向光波导WG1传播的激光在光波导部分OGU内部传播时，经由与光波导部分OGU相邻的光波导WG1的锥形部分的部分P2，激光的分布从光波导部分OGU移动到光波导WG1。结果，例如，当激光从光波导部分OGU传播到光波导WG1时，光斑尺寸通过光斑尺寸转换器SSC逐渐减小。因此，根据第一实施例中的半导体器件，通过经由光斑尺寸转换器SSC相互光耦合光波导WG1和光波导WG2，可以抑制具有彼此不同的横截面尺寸的光波导WG1和光波导WG2之间的光损耗。

此后，通过光斑尺寸转换器SSC减小光斑尺寸的激光传播通过光波导WG1。以至此说明的方式，对于第一实施例中的半导体器件，通过从半导体激光器LD的发光部分LU经由光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU到达光波导WG1的路径，从半导体激光器发射的激光可以在具有彼此不同的宽度和高度的光波导WG1和光波导WG2之间传播，而不会引起大的光损耗。

半导体器件的制造方法

随后，将从描述第一实施例中的技术构思的概要的角度描述用于制造第一实施例中的半导体器件的方法。除了层间绝缘层IL和光波导部分OGU形成在两级之外，第一实施例中的半导体器件的制造方法与第二实施例中的半导体器件的制造方法主要相同。为此，将简要描述第一实施例中的半导体器件的制造方法，并且将在第二实施例中详细描述制造半导体器件的方法的细节。

在第一实施例的半导体器件的制造方法中，首先，提供由基底材料层形成的半导体晶片(SOI晶片)、在基底材料层上方形成的绝缘层和在绝缘层上方形成的半导体层。然后，图案化半导体层，从而形成光波导(WG1)。之后，以覆盖光波导(WG1)的方式在绝缘层上方形成层间绝缘层(IL)。随后，跨层间绝缘层(IL)的从覆盖光波导(WG)的一端(EP1)的部分到与光波导(WG)的一端(EP1)分离的部分，形成多个开口(贯穿部分)。然后，由折射率高于层间绝缘层(IL)的折射率的材料形成的膜被掩埋在多个开口(贯穿部分)的每个内部。在本实施例中，氮化硅膜掩埋在多个开口(贯穿部分)的每个内部。换句话说，跨层间绝缘层(IL)的从覆盖光波导(WG)的一端(EP1)的部分到形成在绝缘层(BOX)上方的一部分，形成在厚度方向上穿透层间绝缘层(IL)并且彼此分离的多个开口。折射率高于层间绝缘层(IL)的膜被掩埋在多个开口的每个内部。

以这种方式，根据本发明的第一实施例，形成有光波导部分(OGU)，光波导部分(OGU)具有比光波导(WG1)的宽度更大的宽度并且具有比光波导(WG1)的高度更大的高度，并且光波导部分(OGU)的一端(EP2a)布置在光波导(WG1)上方，另一端(EP2b)形成与光波导(WG1)的一端(EP1a)分离的侧表面，并且通过光波导部分(OGU)可以传播光。

第一实施例中的特征

然后，将描述第一实施例中的特征。本发明第一实施例的特征在于以下几点：基于其中光斑尺寸转换器与在与微型光学器件的同一层形成的光波导WG1一体地形成的半导体器件，例如，如图3和图4所示，光斑尺寸转换器SSC的构成元件的光波导部分OGU包括多个光波导本体OG。结果，根据本发明第一实施例，为了实现能够抑制具有相互不同宽度和高度的光波导之间的较大光损耗的半导体器件，例如，与光学器件形成在同一层并具有亚微米量级的尺寸的光波导与包括几微米量级的光波导部分的光斑尺寸转换器可以通过半导体制造技术被一体形成。

在该步骤中，在第一实施例中，采用不通过将用于增加折射率的元素添加到氧化硅膜而获得的膜来形成光波导部分OGU而通过由折射率高于由氧化硅膜形成的包层CLD的膜来形成光波导部分OGU的技术。即，在第一实施例中，假设光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU由也经常与半导体制造技术一起使用的氮化硅膜形成。然后，作为制造预先设定的结构的方法，有以下方法：在形成厚度为几微米量级的氧化硅膜之后，在氧化硅膜中形成具有对应于光波导部分OGU的较大尺寸的开口；并且氮化硅膜被掩埋在开口内部。然而，难以以填充具有几微米量级尺寸的大开口的方式形成氮化硅膜。也就是说，因为采用半导体制造技术难以以填充具有几微米量级的尺寸的开口的方式形成氮化硅膜，所以在认识到研究替代方案的必要性时实现了

第一实施例。

因此，本发明人在通过半导体制造技术将氮化硅膜掩埋在具有几微米量级的尺寸的开口中时遇到困难。结果，本发明人得到了形成多个光波导本体OG来代替形成大尺寸的开口的构思。在这种情况下，即使在调节多个光波导本体OG的间隔、从而从离散布置的多个光波导本体OG形成光波导部分OGU时，也变得可以在光波导部分OGU内部传播光。具体地，第一实施例中的技术构思是如下构思：在光波导部分OGU内部提供多个光波导本体OG，并且利用瞬逝光实现光波导部分OGU内部的光传播。当用作光斑尺寸转换器SSC的构成元件的光波导部分OGU因此由多个小尺寸的光波导本体OG形成时，即使通过用于形成微型光学器件的半导体制造技术也可以实现该技术构思。因此，即使当用作光斑尺寸转换器SSC的构成元件的光波导部分OGU由多个小尺寸的光波导本体OG形成时，通过将多个光波导本体OG的间隔设定为小于瞬逝光的渗透距离，变得可以在光波导部分OGU内部传播光。以至此说明的方式，基于第一实施例的技术构思，光斑尺寸转换器SSC的构成元件的光波导部分OGU被形成为包括多个光波导本体OG。结果，根据本发明第一实施例中的特征，在实现能够抑制具有相互不同的宽度和高度的光波导之间的较大光损耗的半导体器件时，可以容易且适当地形成光斑尺寸转换器，其包括例如具有亚微米量级尺寸的光波导和具有几微米量级的光波导部分。

第二实施例

进一步改善的空间

根据上述第一实施例，包括具有亚微米量级尺寸的光波导和几微米量级的光波导部分的光斑尺寸转换器和光学集成电路可以通过半导体制造技术一体形成。然而，在第一实施例中，例如，如图4所示，形成光波导部分OGU的多个光波导本体OG中的每一个以穿透厚度为几微米量级的层间绝缘层IL的方式形成。在这种情况下，形成在用于形成光波导本体OG的层间绝缘层IL中的开口的纵横比(高度/宽度)增加。这意味着存在用于改善通过氮化硅膜填充开口的填充特性的空间。也就是说，根据制造条件，在层间绝缘层IL中形成的开口的纵横比(高度/宽度)的增加可能在用氮化硅膜填充开口时产生空隙，这增加了引起光波导本体OG的缺陷形成的担忧。在这种情况下，在第二实施例中，在采用第一实施例中的基本构思的同时，采用减小形成在用于形成光波导本体OG的层间绝缘层IL中的开口的纵横比(高度/宽度)的精细措施。下面，将描述已采取该措施的第二实施例的技术构思。

半导体器件的配置

图5是示意性地示出第二实施例中的半导体器件的配置的截面图。在图5中，第二实施例中的半导体芯片CHP具有区域R1和区域R2。在半导体芯片CHP的区域R1中，例如形成光学器件之一的光调制器OM、与光调制器OM在同一层形成的光波导WG1以及与光波导WG1光耦合的光斑尺寸转换器。另一方面，在半导体芯片CHP外部的区域R2中，形成发光元件的半导体激光器LD。

作为光调制器OM，例如，可以采用已知的配置作为硅光学器件中的光调制器。光调制器OM使用载流子等离子体效应(光波导的折射率取决于形成光波导的半导体中的载流子(电子空穴对)密度的现象)来调制光的相位。也就是说，对于pin结或pn结二极管结构的光波导WG1，二极管被施加有正向偏压(反向偏压)，从而将载流子注入光波导WG1(从中吸引载流子)，以减少(增加)光波导WG1的折射率。结果，光的相位被调制。

在半导体芯片CHP的区域R1中，以覆盖光调制器OM和光波导WG1的方式形成由例如氧化硅膜形成的保护膜PF。由例如氧化硅膜形成的层间绝缘层IL1以经由保护膜PF覆盖光调制器OM和光波导WG1的方式形成。然后，如图5所示，穿透层间绝缘层IL1的插塞PLG1形成在层间绝缘层IL1中。插塞PLG1与光调制器OM耦合。此外，在层间绝缘层IL1上方，形成由例如铝膜形成的接线WL1。接线WL1与插塞PLG1电耦合。此外，在层间绝缘层IL1中，形成穿透层间绝缘层IL1的多个光波导本体OG1。所述多个光波导本体OG1成为光斑尺寸转换器的光波导部分OGU的构成元件。

然后，如图5所示，以覆盖接线WL1的方式在层间绝缘层IL上方形成由例如氧化硅膜形成的层间绝缘层IL2。然后，在层间绝缘层IL2中，形成穿透层间绝缘层IL2的插塞PLG2。插塞PLG2与覆盖有层间绝缘层IL2的接线WL1电耦合。此外，在包括形成在其中的插塞PLG2的层间绝缘层IL2上方，形成由铝膜形成的接线WL2。插塞PLG2和接线WL2彼此电耦合。此外，在层间绝缘层IL2中，形成穿透层间绝缘层IL2的多个光波导本体OG2。所述多个光波导本体OG2成为光斑尺寸转换器的光波导部分OGU的构成元件。从到目前为止的描述，在第二实施例中，光斑尺寸转换器的光波导部分OGU包括以穿透层间绝缘层IL1的方式形成的多个光波导本体OG1以及以穿透层间绝缘层IL2的方式形成的多个光波导本体OG2。

此外，尽管未在图5中示出，但在第二层层间绝缘层IL2上方，形成另外的第三层层间绝缘层。与多个光波导本体OG1和多个光波导本体OG2一起，光斑尺寸转换器的光波导部分OGU还可以包括在厚度方向上穿透第三层层间绝缘层的多个光波导本体。

在此，如图5所示，光波导本体OG1和光波导本体OG2以彼此完全重叠的方式布置。然而，本发明不限于此。例如，光波导本体OG1和光波导本体OG2可以在垂直于光波导本体OG1和OG2的高度方向的方向上以彼此部分地重叠的方式彼此偏移地布置，或者进一步地，可以在垂直于光波导本体OG1和OG2的高度方向的方向上以完全不重叠的方式彼此偏移地布置。

在图5中，多个光波导本体OG1的相互相邻的两个光波导本体OG1之间的第一间隔小于瞬逝光的渗透距离。另外，多个光波导本体OG2中的相互相邻的两个光波导本体OG2之间的第二间隔小于瞬逝光的渗透距离。第一间隔和第二间隔每个为例如约0.1μm。第一间隔和第二间隔可以彼此相等，或者可以彼此不同。在本实施例中，第一间隔和第二间隔彼此相等。

此外，光波导本体OG1与光波导本体OG2的总高度根据光波导WG2的发光表面的尺寸来确定，并且是例如3.0μm。光波导本体OG1的高度和光波导本体OG2的高度可以彼此相等，或者可以彼此不同。在第一实施例中，光波导本体OG1的高度和光波导本体OG2的高度彼此相等。光波导本体OG1和光波导本体OG2的各自的高度都为例如1.5μm。

垂直于光波导本体OG1和光波导本体OG2的高度方向的每个横截面的尺寸没有特别限制。垂直于光波导本体OG1和光波导本体OG2的高度方向的横截面的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。在本实施例中，垂直于光波导本体OG1和光波导本体OG2的高度方向的横截面的尺寸彼此相等。例如，在垂直于光波导本体OG1和光波导本体OG2的高度方向的横截面的直径均为约0.3μm。

只要光波导WG1和光波导WG2可以彼此光耦合，任何数量的光波导本体OG1和光波导本体OG2都是可接受的，并且可以根据光波导本体OG1和光波导本体OG2的相应宽度、高度等来适当地确定。

此外，多个光波导本体OG1的每个立体形状是柱状，并且多个光波导本体OG2的每个立体形状也是柱状。在这种情况下，多个光波导本体OG1在光波导WG1延伸的第一方向上以预定间距布置，并且还在与第一方向正交的第二方向上以预定间距布置。类似地，多个光波导本体OG2在第一方向上以预定间距布置，并且还在第二方向上以预定间距布置。

用于制造半导体器件的方法

如上所述配置第二实施例中的半导体器件。下面，将参考附图描述制造方法。

首先，如图6所示，提供了由硅形成的半导体衬底(衬底层1S)形成的SOI衬底、在半导体衬底上方形成的由氧化硅膜形成的绝缘层BOX以及在绝缘层BOX上方形成的由硅形成的半导体层SL。在这个步骤中，例如，绝缘层BOX的厚度为约3.0μm，半导体层SL的厚度为约0.2μm至0.5μm。SOI衬底具有多个元件形成区域(芯片区域)。

然后，如图7所示，使用光刻技术和刻蚀技术来图案化半导体层SL。结果，在多个元件形成区域的每一个中，在绝缘层BOX上方形成光波导WG1和光调制器OM。然后，以覆盖光调制器OM和光波导WG1的方式形成由例如氧化硅膜形成的保护膜PF。保护膜PF的任何厚度都是可接受的，只要当在层间绝缘层IL1中形成开口OP1时该厚度可以防止光波导WG1被过刻蚀损坏。例如，保护膜PF的厚度约为50nm。

随后，如图8所示，通过使用例如CVD(化学气相沉积)方法，形成由氧化硅膜形成的厚度为约1.5μm的层间绝缘层IL1。然后，通过使用例如CMP方法：化学机械抛光，将层间绝缘层IL1的表面平坦化。

然后，如图9所示，使用光刻技术和刻蚀技术，在多个元件形成区域的每一个中，在层间绝缘层IL1中形成穿透层间绝缘层IL1的多个开口(贯穿部分)OP1。具体地，在多个元件形成区域中的每一个中，跨层间绝缘膜IL1的从覆盖光波导WG1的一端EP1的部分到形成在绝缘层BOX上方的一部分，形成多个开口OP1，所述多个开口OP1在厚度方向上穿透层间绝缘层IL1并且彼此分离。

在该步骤中，所述多个开口OP1中的每个具有例如约为0.3μm的直径以及约为1.5μm的深度。此外，多个开口OP1的间隔为约0.1μm。顺便提及，多个开口OP1包括在平面图中与光波导WG1重叠的开口OP1以及在平面图中不与光波导WG1重叠的开口OP1。换句话说，多个开口OP1包括在平面图中与光波导WG1重叠的开口OP1以及在平面图中与光波导WG1分离的开口OP1。

然后，如图10所示，在包括每个开口OP1的内部的层间绝缘层IL1上方，形成氮化硅膜SNF1。对于氮化硅膜SNF1的厚度，例如通过LP-CVD方法形成氮化硅膜SNF1，使得在层间绝缘层IL1上方的氮化硅膜SNF1的厚度为约0.2μm。结果，可以用氮化硅膜SNF1填充开口OP1的内部。

然后，如图11所示，例如，使用CMP方法，去除在层间绝缘层IL1上方形成的氮化硅膜SNF1的不必要部分。另一方面，保留掩埋在每个开口OP1内部的氮化硅膜SNF1的部分。这导致形成了其中氮化硅膜SNF1掩埋在开口OP1内部的光波导本体OG1。

随后，如图12所示，使用光刻技术和刻蚀技术，在层间绝缘层IL1中形成到达光调制器OM的接触孔。然后，在每个接触孔的内部掩埋阻挡导体膜(钛膜和氮化钛膜的层压膜)和钨膜，从而形成穿透层间绝缘层IL1的插塞PLG1。然后，在层间绝缘层IL1上方，使用例如溅射方法形成阻挡导体膜和铝膜。然后，使用光刻技术和刻蚀技术，图案化铝膜和阻挡导体膜。结果，可以在层间绝缘层IL1上方形成要与插塞PLG1电耦合的接线WL1。

然后，如图13所示，在包括在其中形成的接线WL1的层间绝缘层IL1上方，例如使用CVD方法形成厚度为约1.5μm的由氧化硅膜形成的层间绝缘层IL2。然后，使用例如CMP方法，将层间绝缘层IL2的表面平坦化。

然后，如图14所示，使用光刻技术和刻蚀技术，在多个元件形成区域的每一个中，在层间绝缘层IL2中形成穿透层间绝缘层IL2的多个开口OP2。具体地，在多个元件形成区域中的每一个中，跨越从在形成于覆盖光波导WG1一端EP1的层间绝缘层IL1上方的部分到形成在绝缘层BOX上方的层间绝缘层IL1上方的一部分，形成多个开口OP2，所述多个开口OP2在厚度方向上穿透层间绝缘层IL2并且彼此分离。

在该步骤中，所述多个开口OP2中的每个具有例如约为0.3μm的直径以及约为1.5μm的深度。此外，所述多个开口OP2中彼此相邻的两个开口OP2之间的间隔约为0.1μm。

然后，如图15所示，在包括每个开口OP2的内部的层间绝缘层IL2上方，形成氮化硅膜SNF2。氮化硅膜SNF1例如通过LP-CVD方法形成，使得在层间绝缘层IL1上方的氮化硅膜SNF1厚度约为0.2μm。结果，可以用氮化硅膜SNF1填充开口OP1的内部。

然后，如图16所示，例如，使用CMP方法，去除在层间绝缘层IL2上方形成的氮化硅膜SNF2的不必要部分。另一方面，保留掩埋在每个开口OP2内部的氮化硅膜SNF2的部分。这导致形成其中氮化硅膜SNF2掩埋在开口OP2的内部的光波导本体OG2。

随后，如图17所示，使用光刻技术和刻蚀技术，在层间绝缘层IL2中形成到达接线WL1的接触孔。然后，在每个接触孔的内部掩埋阻挡导体膜(钛膜和氮化钛膜的层压膜)和铝膜，从而形成穿透层间绝缘层IL2的插塞PLG2。然后，在层间绝缘层IL2上方，使用例如溅射方法，形成阻挡导体膜和铝膜。然后，使用光刻技术和刻蚀技术，图案化铝膜和阻挡导体膜。结果，可以在层间绝缘层IL2上方形成与插塞PLG2电耦合的接线WL2。

然后，在包括形成在其中的接线WL2的层间绝缘层IL2上方，形成由例如氧化硅膜形成的包层CLD。后续步骤被省略。以到此为止所述的方式，可以制造第二实施例中的半导体器件。顺便提及，在如此描述的第二实施例中的半导体器件的制造方法中，使用图6至图12的步骤。结果，例如，可以制造图5所示的第一实施例中的半导体器件。

第二实施例的特征

然后，将描述第二实施例中的特征。第二实施例中的特征在于，例如，如图5所示，光斑尺寸转换器的光波导部分OGU包括形成在层间绝缘层IL1处的多个光波导本体OG1以及形成在层间绝缘层IL2处的多个光波导本体OG2。

例如，可以通过完成图8至图11中的制造步骤来形成多个光波导本体OG1。在该步骤中，在第二实施例中的层间绝缘层IL1的厚度是例如约1.5μm，并且比在第一实施例中的层间绝缘层IL的厚度(约3.0μm)小。这意味着，例如，第二实施例中的形成在层间绝缘层IL1中的开口OP1的纵横比小于第一实施例中的形成在层间绝缘层IL中的开口的纵横比。因此，根据第二实施例，可以改善用于在开口OP1中掩埋氮化硅膜SNF1的填充特性。即，通过采用第二实施例中的制造半导体器件的方法，可以确保将氮化硅膜SNF1掩埋在以穿透层间绝缘层IL1的方式形成的开口OP1的内部中。这可以提高光波导本体OG1的制造便利性。

类似地，多个光波导本体OG2可以通过经过图12至图16中所示的制造步骤形成。在该步骤中，在第二实施例中的层间绝缘层IL2的厚度是例如约1.5μm，并且比在第一实施例中的层间绝缘层IL的厚度(约3.0μm)小。这意味着，例如，在第二实施例中的形成在层间绝缘层IL2中的开口OP2的纵横比小于在第一实施例中的形成在层间绝缘层IL中的开口的纵横比。因此，根据第二实施例，可以改善用于在开口OP2中掩埋氮化硅膜SNF2的填充特性。即，通过采用第二实施例中的制造半导体器件的方法，可以确保将氮化硅膜SNF2掩埋在以穿透层间绝缘层IL2的方式形成的开口OP2的内部中。这可以提高光波导本体OG2的制造便利性。

因此，在第二实施例中的基本构思是如下的构思：采用均具有比第一实施例中的层间绝缘层IL的厚度小的、约为1.5μm的厚度的层间绝缘层IL1和层间绝缘层IL2的层压结构，从而通过多个分开的步骤形成厚度基本为约3.0μm的层间绝缘层。然后，在第二实施例中，采用该基本构思，从而在不同步骤中形成具有较小厚度的穿透层间绝缘层IL1的光波导本体OG1以及具有较小厚度的穿透层间绝缘层IL2的光波导本体OG2。因此，根据第二实施例，可以减小用于形成光波导本体OG1的开口OP1的纵横比，并且可以减小用于形成光波导本体OG2的开口OP2的纵横比。结果，根据第二实施例，可以提高光波导本体OG1和光波导本体OG2的制造便利性。

特别地，第二实施例中的基本构思是这样的构思：通过多个分开的步骤形成具有较大厚度的层间绝缘层，并且形成穿透形成在多个分开的部分中的多个层间绝缘层中的每一个的光波导本体。基本构思是通过精细地使用与光学器件(例如，光调制器)耦合的布线结构来实现的构思。例如，如图5所示，在半导体芯片CHP的区域R1中，形成将与光调制器OM耦合的布线结构。具体地，布线结构具有形成在层间绝缘层IL1上方的布线WL1以及形成在层间绝缘层IL2上方的布线WL2。形成布线结构的步骤包括例如形成层间绝缘层IL1的步骤以及形成层间绝缘层IL2的步骤。使用这些步骤，实现了第二实施例中的基本构思。换句话说，在形成用于形成布线结构的层间绝缘层IL1之后，在层间绝缘层IL1处形成光波导本体OG1。另外，在形成层间绝缘层IL2之后，在层间绝缘层IL2处形成光波导本体OG2。结果，根据第二实施例，当形成要与光学器件耦合的布线结构时，形成层间绝缘层IL1和层间绝缘层IL2的层压结构。通过很好地使用该过程，可以分别在不同步骤中形成具有较小厚度的穿透层间绝缘层IL1的光波导本体OG1以及具有较小厚度的穿透层间绝缘层IL2的光波导本体OG2。结果，根据第二实施例，利用要与光学器件耦合的布线结构的制造步骤，形成光波导本体OG1和光波导本体OG2。因此，可以在将制造成本的增加最小化的同时提高光波导本体OG1和光波导本体OG2的制造便利性。

修改示例1

随后，将描述第二实施例的修改示例1。图18是示出修改示例1的半导体器件(半导体芯片CHP)的概略配置的截面图。在图18中，在半导体芯片CHP的区域R1中，形成光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU。修改示例1中的光波导部分OGU具有以贯穿层间绝缘层IL1的方式形成的多个光波导本体OG1以及以贯穿层间绝缘层IL2的方式形成的多个光波导本体OG2。在该步骤中，在修改示例1中，多个光波导本体OG2的数量小于多个光波导本体OG1的数量。特别地，在修改示例1中，布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG1与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离大于布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG2与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离。

利用如此配置的光波导部分OGU，可以提高光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU处的激光的聚光效率，所述激光从发射具有大光斑尺寸的激光的半导体激光器LD朝向用于传播具有小光斑尺寸的激光的光波导WG1。换句话说，根据修改示例1，在提高光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU的制造便利性的同时，还可以提高光斑尺寸转换器SSC的性能。

修改示例2

然后，将描述第二实施例的修改示例2。图19是示出修改示例2的半导体器件(半导体芯片CHP)的概略配置的平面图。在图19中，在半导体芯片CHP的区域R1中，形成光斑尺寸转换器SSC。如图19所示，修改示例2中的光斑尺寸转换器SSC具有多个光波导本体OG2。在该步骤中，多个光波导本体OG2的每个立体形状是沿x方向延伸的片状。另外，多个片状光波导本体OG2在y方向上的间隔小于瞬逝光的渗透距离。

利用如此配置的具有多个光波导本体OG2的光斑尺寸转换器SSC，在y方向上，光通过瞬逝光的渗透而在相互邻近的光波导本体OG2内部传播。另一方面，多个光波导本体OG2的每个立体形状是沿x方向延伸的片状。因此，在x方向上，连续形成光波导本体OG2。结果，利用修改示例2中的光斑尺寸转换器SSC，可以提高在光斑尺寸转换器SSC处的光在x方向上的传播效率。

图20是沿图19的A-A线截取的截面图。如图20所示，光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU具有穿透层间绝缘层IL1的光波导本体OG1以及穿透层间绝缘层IL2的光波导本体OG2。在该步骤中，如图20所示，光波导本体OG1和光波导本体OG2均具有在x方向上延伸的片状，并且每个都在x方向上具有较大的宽度。这意味着当形成修改示例2中的片状光波导部分OG1时，可以减小在层间绝缘层IL1中形成的开口的纵横比。另外，这意味着当形成片状光波导部分OG2时，可以减小在层间绝缘层IL2中形成的开口的纵横比。因此，根据修改示例2，能够提高光波导本体OG1和光波导本体OG2的制造便利性。

此外，图21是示意地示出修改示例2的另一方面的截面图。在图21中，在修改示例2的另一方面的情况下，位于下层(层间绝缘层IL1)的光波导本体OG1在x方向的宽度大于位于上层(层间绝缘层IL2)的光波导本体OG2在x方向的宽度。结果，如在修改示例1中那样，可以提高光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU处的激光的聚光效率，所述激光从发射具有大光斑尺寸的激光的半导体激光器LD朝向用于传播具有小光斑尺寸的激光的光波导WG1。即，对于具有光波导本体OG1和光波导本体OG2的光斑尺寸转换器SSC，可以提高在图21的x方向上传播的激光的聚光效率。

修改示例3

随后，将描述第二实施例的修改示例3。图22是示出修改示例3的半导体器件(半导体芯片CHP)的概略配置的平面图。在图22中，在半导体芯片CHP的区域R1中，形成光斑尺寸转换器SSC。如图22所示，修改示例3中的光斑尺寸转换器SSC具有多个光波导本体OG2。在该步骤中，多个光波导本体OG2的每个立体形状是沿y方向延伸的片状。另外，多个片状光波导本体OG2在x方向的间隔小于瞬逝光的渗透距离。

利用如此配置的具有多个光波导本体OG2的光斑尺寸转换器SSC，在x方向上，瞬逝光的渗透使得光在相互邻近的光波导本体OG2内部传播。另一方面，多个光波导本体OG2的每个立体形状是沿y方向延伸的片状。因此，在y方向上，连续地形成光波导本体OG2。结果，利用修改示例3中的光斑尺寸转换器SSC，可以提高光斑尺寸转换器SSC处的在y方向上的传播效率。

修改示例4

然后，将描述第二实施例的修改示例4。图23是示出修改示例4的半导体器件(半导体芯片CHP)的概略配置的截面图。如图23所示，光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU具有穿透层间绝缘层IL1a的光波导本体OG1a、穿透层间绝缘层IL1b的光波导本体OG1b、穿透层间绝缘层IL2a的光波导本体OG2a和穿透层间绝缘层IL2b的光波导本体OG2b。因此，在修改示例4中，例如，与图4所示的厚度为约3.0μm的层间绝缘层IL等效的结构由均具有较小厚度的层间绝缘层IL1a、层间绝缘层IL1b、层间绝缘层IL2a和层间绝缘层IL2b的层压结构形成。结果，根据修改示例4，可以进一步减小用于形成光波导本体OG1a、光波导本体OG1b、光波导本体OG2a和光波导本体OG2b中每个的开口的纵横比，这些光波导本体形成了光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU。结果，根据修改示例4，可以通过氮化硅膜改善开口的填充特性。因此，可以提高形成光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU的光波导本体OG1a、光波导本体OG1b、光波导本体OG2a和光波导本体OG2b的制造便利性。

此外，图24是示意地示出修改示例4的又一方面的截面图。在图24中，在修改示例4的又一方面中，多个光波导本体OG1a的数量大于多个光波导本体OG1b的数量，并且多个光波导本体OG1b的数量大于多个光波导本体OG2a的数量。另外，多个光波导本体OG2a的数量大于多个光波导本体OG2b的数量。特别是，在修改示例4的又一方面中，如图24所示，布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG1a与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离大于布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG1b与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离。因此，布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG1b与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离大于布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG2a与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离。此外，布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG2a与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离大于布置在距光波导部分OGU的另一端EP2b最远位置处的光波导本体OG2b与光波导部分OGU的另一端EP2b之间的距离。利用如此配置的光波导部分OGU，可以提高光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU处的激光的聚光效率，所述激光从发射具有大光斑尺寸的激光的半导体激光器LD朝向用于传播具有小光斑尺寸的激光的光波导WG1。换句话说，根据修改示例4的又一方面，在提高光斑尺寸转换器SSC的光波导部分OGU的制造便利性的同时，还可以提高光斑尺寸转换器SSC的性能。

修改示例5

随后，将描述第二实施例的修改示例5。图25是示出修改示例5的半导体器件(半导体芯片CHP)的概略配置的平面图。在图25中，在半导体芯片CHP的区域R1中，形成光斑尺寸转换器SSC。如图25所示，修改示例5中的光斑尺寸转换器SSC具有多个光波导本体OG2。在该步骤中，例如，多个光波导本体OG2在光波导部分OGU中的光传播方向的x方向上以规定的第一间距布置，并且在与x方向交叉且沿着绝缘层BOX的主表面的y方向上以规定的第二间距布置，第二间距不同于第一间距。类似地，尽管未在图25中示出，但多个光波导本体(OG1)也在x方向上以规定的第一间距布置，并且在y方向上以规定的第二间距布置，第二间距不同于第一间距。以这种方式，可以配置光斑尺寸转换器SSC。即，对于形成光斑尺寸转换器SSC的光波导部分(OGU)的多个光波导本体OG2和多个光波导本体(OG1)的布置布局，可以自由地配置布局，只要满足间隔小于瞬逝光的渗透距离的条件即可。因此，例如，形成光斑尺寸转换器SSC的光波导部分(OGU)的多个光波导本体OG2和多个光波导本体(OG1)也可以如图26所示那样布置。

到目前为止，通过本发明的实施例具体描述了本发明人完成的发明。然而，自然理解的是，本发明不限于这些实施例，并且可以在不脱离其主旨的范围内进行各种改变。

例如，在本实施例中，已经给出了这样的例子的描述，其中形成光斑尺寸转换器的光波导部分(OGU)的多个光波导本体(OG，OG1和OG2)由氮化硅形成。然而，实施例中的技术构思不限于此。所述多个光波导本体(OG，OG1和OG2)可以由具有比氧化硅的折射率大的折射率的材料形成，并且还可以由例如氮氧化硅或硅形成。

例如，将考虑多个光波导本体(OG，OG1，OG2)由硅形成的情况。在这种情况下，通过略微保留SOI衬底的半导体层，可以通过在与光波导(WG1)接触的开口中的硅的外延生长和在与略微留在绝缘层(BOX)上方的半导体层接触的开口中的硅的外延生长，从硅形成所有多个光波导本体(OG，OG1和OG2)。在该步骤中，外延生长方法的使用可以形成多个光波导本体(OG，OG1和OG2)而不损坏光波导(WG1)。

此外，在该实施例中，例如，已经描述了如图4所示形成保护膜PF的示例。然而，实施例中的技术构思不限于此，并且不需要提供保护膜PF。

Claims (18)

1.一种半导体器件，包括：

绝缘层；

光波导，形成在所述绝缘层上方；

第一层间绝缘层，以覆盖所述光波导的方式形成在所述绝缘层上方；

第二层间绝缘层，形成在所述第一层间绝缘层上方；以及

光波导部分，具有：沿厚度方向穿透所述第一层间绝缘层并彼此分离的多个第一光波导本体，以及沿厚度方向穿透所述第二层间绝缘层并彼此分离的多个第二光波导本体，所述光波导部分的一端被布置成覆盖所述光波导的一端，并且所述光波导部分的另一端包括用于接收外部光且能够通过其传播光的光接收表面，

其中所述多个第一光波导本体中的一个第一光波导本体在平面图中与所述光波导重叠，并且

其中所述多个第一光波导本体中的另一个第一光波导本体在与所述光波导的延伸方向垂直并沿着所述绝缘层的主表面的方向上、与所述多个第一光波导本体中的所述一个第一光波导本体邻近，而未在所述平面图中与所述光波导重叠。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一光波导本体的相互邻近的两个第一光波导本体之间的间隔小于通过所述光波导部分传播的光从所述第一光波导本体朝向所述第一层间绝缘层的渗透距离，以及

其中，所述第二光波导本体的相互邻近的两个第二光波导本体之间的间隔小于通过所述光波导部分传播的光从所述第二光波导本体朝向所述第二层间绝缘层的渗透距离。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中所述光波导的一端的末端位于所述光波导部分的一端和所述光波导部分的另一端之间。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一光波导本体的每个立体形状是柱状，以及

其中，所述第二光波导本体的每个立体形状是柱状。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，

其中，所述多个第一光波导本体在所述光波导部分中的光传播方向的第一方向上以第一间距布置，并且所述多个第一光波导本体在第二方向上也以所述第一间距布置，所述第二方向与所述第一方向以及所述多个第一光波导本体中的每个第一光波导本体的高度方向中的每一者正交，以及

其中，所述多个第二光波导本体在所述第一方向上以所述第一间距布置，并且所述多个第二光波导本体在所述第二方向上也以所述第一间距布置。

6.根据权利要求4所述的半导体器件，

其中，所述多个第一光波导本体在所述光波导部分中的光传播方向的第一方向上以第一间距布置，并且所述多个第一光波导本体在第二方向上以与所述第一间距不同的第二间距布置，所述第二方向与所述第一方向以及所述多个第一光波导本体中的每个第一光波导本体的高度方向中的每一者正交，以及

其中，所述多个第二光波导本体也在所述第一方向上以所述第一间距布置，并且所述多个第二光波导本体在所述第二方向上以与所述第一间距不同的第二间距布置。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，所述第一光波导本体的每个立体形状是片状，以及

其中，所述第二光波导本体的每个立体形状是片状。

8.根据权利要求7所述的半导体器件，

其中，所述多个第一光波导本体在第二方向上并排布置，所述第二方向与所述光波导部分中的光传播方向的第一方向、以及所述多个第一光波导本体中的每个第一光波导本体的高度方向中的每一者正交，以及

其中，所述多个第二光波导本体也在所述第二方向上并排布置。

9.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中，布置在距所述第一光波导本体的所述光波导部分的所述另一端最远位置处的所述第一光波导本体与所述光波导部分的所述另一端之间的距离大于布置在距所述第二光波导本体的所述光波导部分的所述另一端最远位置处的所述第二光波导本体与所述光波导部分的所述另一端之间的距离。

10.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形成在所述第二层间绝缘层上方的第三层间绝缘层，以及

其中，所述光波导部分还包括在厚度方向上穿透所述第三层间绝缘层的多个第三光波导本体。

11.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：

光调制器，以被所述第一层间绝缘层覆盖的方式形成在所述绝缘层上方；

插塞，穿透所述第一层间绝缘层并且与所述光调制器耦合；以及

第一接线，以被所述第二层间绝缘层覆盖的方式形成在所述第一层间绝缘层上方并且与所述插塞耦合。

12.根据权利要求1所述的半导体器件，

其中所述光是从激光器光源发出的光。

13.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：

(a)提供具有多个元件形成区域的半导体晶片，所述多个元件形成区域由绝缘层和形成在所述绝缘层上方的半导体层形成并且彼此相邻；

(b)图案化所述半导体层，从而在每个所述元件形成区域中形成光波导；

(c)以覆盖所述光波导的方式在所述绝缘层上方形成第一层间绝缘层；

(d)在每个所述元件形成区域中形成多个第一贯穿部分，所述多个第一贯穿部分在厚度方向上穿透所述第一层间绝缘层并且在所述第一层间绝缘层中彼此分离；以及

(e)在每个所述第一贯穿部分的内部掩埋折射率高于所述第一层间绝缘层的折射率的膜，并且所述膜形成能够通过其内部传播光的第一光波导部分，

其中，所述第一光波导部分的一端以覆盖所述光波导的一端的方式布置，

其中，所述第一光波导部分的另一端包括用于接收来自外部的光的光接收表面，

其中，所述多个第一贯穿部分中的一个第一贯穿部分在平面图中与所述光波导重叠，并且

其中，所述多个第一贯穿部分中的另一个第一贯穿部分在与所述光波导的延伸方向垂直并沿着所述绝缘层的主表面的方向上、与所述多个第一贯穿部分中的所述一个第一贯穿部分邻近，而未在所述平面图中与所述光波导重叠。

14.根据权利要求13所述的制造半导体器件的方法，在步骤(e)之后，还包括以下步骤：

(f)在所述第一层间绝缘层上方形成第二层间绝缘层；

(g)在每个所述元件形成区域中形成多个第二贯穿部分，所述多个第二贯穿部分在厚度方向上穿透所述第二层间绝缘层并且在所述第二层间绝缘层中彼此分离；以及

(h)在每个所述第二贯穿部分的内部掩埋折射率高于所述第二层间绝缘层的折射率的膜，并且所述膜形成能够通过其内部传播光的第二光波导部分，

其中，所述第二光波导部分的一端以覆盖所述光波导的一端的方式布置，以及

其中，所述第二光波导部分的另一端包括用于接收来自外部的光的光接收表面。

15.一种半导体器件，包括：

绝缘层；

光波导，形成在所述绝缘层上方；

层间绝缘层，以覆盖所述光波导的方式形成在所述绝缘层上方；以及

光波导部分，具有沿厚度方向穿透所述层间绝缘层并彼此分离的多个光波导本体，所述光波导部分被布置成使其一端覆盖所述光波导的一端并且在其另一端包括用于接收外部光且能够通过其传播光的光接收表面，

其中所述光波导本体包括：

第一光波导本体，在平面图中与所述光波导重叠；和

第二光波导本体，在所述平面图中与所述光波导分离，以及其中所述第二光波导本体在与所述光波导的延伸方向垂直并沿着所述绝缘层的主表面的方向上、与所述第一光波导本体邻近，而未在所述平面图中与所述光波导重叠。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，

其中，所述光波导的末端的平面形状是锥形，其在所述延伸方向上随着朝向所述末端接近而变窄。

17.根据权利要求16所述的半导体器件，

其中，所述光波导由包括硅的半导体层形成。

18.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述光接收表面位于所述光波导部分的侧表面处。

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