JP2020095186A - Semiconductor device - Google Patents

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飯田 哲也
Tetsuya Iida
哲也 飯田
中柴 康隆
Yasutaka Nakashiba
康隆 中柴
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Abstract

To improve the reliability of a semiconductor device having an optical waveguide.SOLUTION: A semiconductor comprises a first insulator layer, an optical waveguide, a second insulator layer, and a heater. The optical waveguide and the second insulator layer are formed on the first insulator layer. The second insulator layer has a groove. The heater is formed so as to be spaced from the optical waveguide. The heater has a first extension portion, a second extension portion, and a connection portion. The first extension portion is formed so as to cross the optical waveguide in a plan view. The second extension portion is formed so as to be in parallel with the first extension portion in a plan view. The connection portion electrically connects the first extension portion and the second extension portion.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、光導波路を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, for example, a semiconductor device having an optical waveguide.

光通信技術として、シリコンフォトニクス技術が知られている。シリコンフォトニクス技術が採用された半導体装置は、例えば、半導体基板と、当該半導体基板上に形成された第1絶縁層と、当該第1絶縁層上に形成された光導波路と、熱制御型の光変調部と、を有する(例えば、特許文献1参照)。 Silicon photonics technology is known as an optical communication technology. A semiconductor device adopting the silicon photonics technology includes, for example, a semiconductor substrate, a first insulating layer formed on the semiconductor substrate, an optical waveguide formed on the first insulating layer, and a thermal control type optical device. And a modulator (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の光変調部は、光導波路の直上において、光導波路から離間して形成されたヒータを有する。当該ヒータの平面視形状は、平面視において光導波路の一部と重なるように形成された矩形状である(例えば、後述の図17参照)。上記ヒータは、上記ヒータで発生するジュール熱によって光導波路を加熱して、光導波路の内部を通過する光の位相を変調する。 The light modulation unit described in Patent Document 1 has a heater formed directly above the optical waveguide and separated from the optical waveguide. The shape of the heater in plan view is a rectangular shape formed so as to overlap a part of the optical waveguide in plan view (see, for example, FIG. 17 described later). The heater heats the optical waveguide by the Joule heat generated by the heater and modulates the phase of light passing through the inside of the optical waveguide.

特開2017−181849号公報JP, 2017-181849, A

ヒータ特性の例には、熱容量が含まれる。ヒータの熱容量は、外部環境からの影響に拘わらず、光導波路への安定した熱供給を実現する観点から、大きいことが好ましい。しかしながら、平面視形状が矩形状のヒータでは、ヒータの熱容量を調整することが難しく、所望のヒータ特性を実現できないことがある。半導体装置の信頼性向上の観点からは、改善の余地がある。 Examples of heater characteristics include heat capacity. The heat capacity of the heater is preferably large from the viewpoint of realizing stable heat supply to the optical waveguide regardless of the influence from the external environment. However, with a heater having a rectangular shape in plan view, it is difficult to adjust the heat capacity of the heater, and desired heater characteristics may not be realized. From the viewpoint of improving the reliability of semiconductor devices, there is room for improvement.

本発明の課題は、半導体装置の信頼性を高めることである。その他の課題および新規な特徴は、本明細書および図面の記載から明らかになる。 An object of the present invention is to improve the reliability of a semiconductor device. Other problems and novel features will be apparent from the description of the present specification and the drawings.

一実施の形態に係る半導体装置は、第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成された光導波路と、前記第1絶縁層上に形成された、溝を有する第2絶縁層と、前記光導波路から離間するように前記溝内に形成されたヒータと、を有する。前記ヒータは、平面視において、前記光導波路を横切るように形成された第1延在部と、平面視において、前記第1延在部と並列するように形成された第2延在部と、前記第1延在部および前記第2延在部を電気的に接続している接続部と、を有する。 A semiconductor device according to one embodiment includes a first insulating layer, an optical waveguide formed on the first insulating layer, a second insulating layer having a groove formed on the first insulating layer, A heater formed in the groove so as to be separated from the optical waveguide. The heater has a first extending portion formed to cross the optical waveguide in a plan view, and a second extending portion formed to be in parallel with the first extending portion in a plan view, A connecting portion electrically connecting the first extending portion and the second extending portion.

一実施の形態に係る半導体装置では、光導波路を有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In the semiconductor device according to the embodiment, the reliability of the semiconductor device having the optical waveguide can be improved.

図1は、実施の形態1、2に係る光電気混載装置の回路構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the opto-electric hybrid device according to the first and second embodiments. 図2は、実施の形態1に係る半導体装置の構成の一例を示す要部平面図である。FIG. 2 is a main part plan view showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. 図3は、図2に示される一点鎖線で囲まれた領域の部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of the area surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. 図4は、実施の形態1に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 4 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 1. 図5は、実施の形態1に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 1. 図6は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図7は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 7 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図8は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図9は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 9 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図10は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図11は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 11 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図12は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 12 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図13は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 13 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図14は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 14 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図15は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 15 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図16は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図17は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 17 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図18は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図19は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 19 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図20は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図21は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 21 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図22は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 22 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図23は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 23 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図24は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 24 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図25は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図26は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 26 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図27は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 27 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図28は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 28 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図29は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view showing an example of a step included in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図30は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 30 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図31は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。FIG. 31 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図32は、比較例に係る半導体装置の構成の一例を示す要部平面図である。FIG. 32 is a principal part plan view showing an example of the configuration of a semiconductor device according to a comparative example. 図33は、比較例に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 33 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor device according to a comparative example. 図34は、比較例に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 34 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor device in a comparative example. 図35は、実施の形態1の変形例1に係る半導体装置の構成の一例を示す部分拡大断面図である。FIG. 35 is a partial enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment. 図36は、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置の構成の一例を示す部分拡大断面図である。FIG. 36 is a partial enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment. 図37は、実施の形態2に係る半導体装置の構成の一例を示す要部平面図である。FIG. 37 is a main-portion plan view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 2. 図38は、実施の形態2に係る半導体装置の構成の一例を示す要部平面図である。38 is a main-portion plan view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 2. FIG. 図39は、実施の形態2に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 39 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 2. 図40は、実施の形態2に係る半導体装置の構成の一例を示す要部断面図である。FIG. 40 is a main-portion cross-sectional view showing an example of the structure of the semiconductor device in Embodiment 2.

以下、一実施の形態に係る半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要件または対応する構成要件には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、各実施の形態と各変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。 Hereinafter, a semiconductor device according to one embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the specification and the drawings, the same or corresponding constituent elements are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted. Further, in the drawings, the configuration may be omitted or simplified for convenience of description. Moreover, at least a part of each embodiment and each modified example may be arbitrarily combined with each other.

[実施の形態1]
実施の形態1に係る半導体装置SD1では、ヒータHT1を構成する第1延在部EXP1、第2延在部EXP2および接続部CNPは、互いに一体として形成されている。
[Embodiment 1]
In the semiconductor device SD1 according to the first embodiment, the first extending portion EXP1, the second extending portion EXP2, and the connecting portion CNP forming the heater HT1 are formed integrally with each other.

(光電気混載装置の回路構成)
図1は、実施の形態1に係る光電気混載装置LE1の回路構成の一例を示すブロック図である。
(Circuit configuration of the opto-electric hybrid device)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the opto-electric hybrid device LE1 according to the first embodiment.

図1に示されるように、光電気混載装置LE1(LE2)は、第1電子回路EC1、半導体装置SD1(SD2)、光導波路OW、光源LSおよびICチップCPを有する。実施の形態1に係る半導体装置SD1は、光変調部LM1(LM2)、光出力部LO、光入力部LIおよび受光部PRを有する。ICチップCPは、第2電子回路EC2および第3電子回路EC3を有する。半導体装置SD1の構成の詳細については、後述する。なお、光電気混載装置LE2、半導体装置SD2および光変調部LM2は、実施の形態2において説明される。 As shown in FIG. 1, the opto-electric hybrid device LE1 (LE2) has a first electronic circuit EC1, a semiconductor device SD1 (SD2), an optical waveguide OW, a light source LS, and an IC chip CP. The semiconductor device SD1 according to the first embodiment has a light modulation unit LM1 (LM2), a light output unit LO, a light input unit LI, and a light receiving unit PR. The IC chip CP has a second electronic circuit EC2 and a third electronic circuit EC3. Details of the configuration of the semiconductor device SD1 will be described later. The opto-electric hybrid device LE2, the semiconductor device SD2, and the optical modulator LM2 will be described in the second embodiment.

第1電子回路EC1は、第2電子回路EC2および第3電子回路EC3をそれぞれ制御するための電気信号(制御信号)を出力する。また、第1電子回路EC1は、第3電子回路EC3から出力された電気信号を受信する。第1電子回路EC1は、第2電子回路EC2および第3電子回路EC3に電気的に接続されている。第1電子回路EC1は、例えば、制御回路および記憶回路を含む公知のCentral Processing Unit(CPU)またはField-Programmable gate array(FPGA)によって構成されている。 The first electronic circuit EC1 outputs electric signals (control signals) for controlling the second electronic circuit EC2 and the third electronic circuit EC3, respectively. The first electronic circuit EC1 also receives the electrical signal output from the third electronic circuit EC3. The first electronic circuit EC1 is electrically connected to the second electronic circuit EC2 and the third electronic circuit EC3. The first electronic circuit EC1 is configured by, for example, a known Central Processing Unit (CPU) including a control circuit and a storage circuit or a field-programmable gate array (FPGA).

光源LSは、光を出射する。光源LSの種類の例には、レーザダイオード(LD)が含まれる。光源LSからの出射光の波長は、当該出射光が光導波路OWの内部を透過できればよく、光導波路OWを構成する材料に応じて適宜設定され得る。たとえば、光源LSからの出射光のピーク波長は、1.0μm以上かつ1.6μm以下である。光源LSは、光変調部LM1に光学的に接続されている。 The light source LS emits light. Examples of the type of the light source LS include a laser diode (LD). The wavelength of the emitted light from the light source LS may be set so that the emitted light can pass through the inside of the optical waveguide OW and can be appropriately set according to the material forming the optical waveguide OW. For example, the peak wavelength of the light emitted from the light source LS is 1.0 μm or more and 1.6 μm or less. The light source LS is optically connected to the light modulator LM1.

第2電子回路EC2は、光変調部LM1の動作を制御するための電気信号(制御信号)を出力する。より具体的には、第2電子回路EC2は、第1電子回路EC1から受信した制御信号に基づいて、光変調部LM1を制御する。第2電子回路EC2は、光変調部LM1に電気的に接続されている。第2電子回路EC2は、例えば、制御回路を含む公知のトランシーバICによって構成されている。 The second electronic circuit EC2 outputs an electric signal (control signal) for controlling the operation of the light modulator LM1. More specifically, the second electronic circuit EC2 controls the light modulator LM1 based on the control signal received from the first electronic circuit EC1. The second electronic circuit EC2 is electrically connected to the light modulator LM1. The second electronic circuit EC2 is composed of, for example, a known transceiver IC including a control circuit.

光変調部LM1は、第2電子回路EC2から受信した制御信号に基づいて、光源LSから出射された光の位相を変調する。光変調部LM1は、当該制御信号に含まれる情報を含んだ光信号を生成する。光変調部LM1の種類の例には、マッハツェンダ型光変調部およびリング型光変調部が含まれる。また、光変調部LM1は、電気制御型光変調部であってもよいし、熱制御型光変調部であってもよいし、電気制御および熱制御を併用した併用型光変調部であってもよい。本実施の形態に係る光変調部LM1は、熱制御型光変調部である。光変調部LM1は、光導波路OWを介して、光出力部LOに光学的に接続されている。 The light modulator LM1 modulates the phase of the light emitted from the light source LS based on the control signal received from the second electronic circuit EC2. The light modulator LM1 generates an optical signal including the information included in the control signal. Examples of the type of the light modulator LM1 include a Mach-Zehnder type light modulator and a ring type light modulator. The light modulator LM1 may be an electrically controlled light modulator, a heat controlled light modulator, or a combined light modulator that uses both electrical control and thermal control. Good. The light modulator LM1 according to the present embodiment is a heat control type light modulator. The light modulator LM1 is optically connected to the light output unit LO via the optical waveguide OW.

光出力部LOは、光変調部LM1で変調された光信号を、半導体装置SDの外部に出力する。たとえば、光出力部LOは、光信号を外部の光ファイバに向けて出射する。光出力部LOの種類の例には、グレーティングカプラ(GC)、スポットサイズコンバータ(SSC)およびミラーが含まれる。 The optical output unit LO outputs the optical signal modulated by the optical modulator LM1 to the outside of the semiconductor device SD. For example, the light output unit LO emits an optical signal toward an external optical fiber. Examples of the type of light output unit LO include a grating coupler (GC), a spot size converter (SSC), and a mirror.

光入力部LIは、外部からの光を半導体装置SD1の内部に入力する。たとえば、外部の光ファイバから出射された光信号を半導体装置SD1の内部に入力する。光入力部LIの種類の例には、グレーティングカプラ(GC)およびスポットサイズコンバータ(SSC)が含まれる。光入力部LIは、光導波路を介して、受光部PRに光学的に接続されている。 The light input unit LI inputs light from the outside into the semiconductor device SD1. For example, an optical signal emitted from an external optical fiber is input into the semiconductor device SD1. Examples of types of the light input unit LI include a grating coupler (GC) and a spot size converter (SSC). The light input section LI is optically connected to the light receiving section PR via an optical waveguide.

受光部PRは、光入力部LIから受信した光信号に基づいて、電子正孔対を生成する。受光部PRは、光信号を電気信号に変換する。受光部PRは、光電変換特性を有していればよい。受光部PRの種類の例には、アバランシェフォトダイオード型受光部が含まれる。受光部PRは、第3電子回路EC3に電気的に接続されている。 The light receiving section PR generates electron-hole pairs based on the optical signal received from the light input section LI. The light receiving section PR converts an optical signal into an electric signal. The light receiving part PR only needs to have photoelectric conversion characteristics. Examples of the type of the light receiving section PR include an avalanche photodiode type light receiving section. The light receiving portion PR is electrically connected to the third electronic circuit EC3.

第3電子回路EC3は、受光部PRから受信した電気信号を処理するとともに、処理された電気信号を第1電子回路EC1に出力する。より具体的には、第3電子回路EC3は、受光部PRから受信した電気信号を増幅し、第1電子回路EC1に出力する。第3電子回路EC3は、例えば、増幅回路を含む公知のレシーバICによって構成されている。 The third electronic circuit EC3 processes the electric signal received from the light receiving unit PR, and outputs the processed electric signal to the first electronic circuit EC1. More specifically, the third electronic circuit EC3 amplifies the electric signal received from the light receiving unit PR and outputs the amplified electric signal to the first electronic circuit EC1. The third electronic circuit EC3 is composed of, for example, a known receiver IC including an amplifier circuit.

(光電気混載装置の動作)
次いで、実施の形態1に係る光電気混載装置LE1の動作例について説明する。
(Operation of opto-electric hybrid device)
Next, an operation example of the optical-electrical hybrid device LE1 according to the first embodiment will be described.

まず、光電気混載装置LE1の送信用部分について説明する。光源LSからの出射光は、光導波路OWを介して光変調部LM1に到達する。第2電子回路EC2は、第1電子回路EC1から受信した制御信号に基づいて光変調部LM1の動作を制御し、光変調部LM1に到達した光を変調する。これにより、電気信号が、光信号に変換される。そして、当該光信号は、光導波路OWを介して光出力部LOに到達し、光出力部LOにおいて半導体装置SD1の外部に出射される。半導体装置SD1から出力された光信号は、光ファイバなどを介して他の半導体装置に導光される。 First, the transmitting portion of the optical-electrical hybrid device LE1 will be described. The light emitted from the light source LS reaches the light modulator LM1 via the optical waveguide OW. The second electronic circuit EC2 controls the operation of the light modulator LM1 based on the control signal received from the first electronic circuit EC1, and modulates the light that has reached the light modulator LM1. As a result, the electric signal is converted into an optical signal. Then, the optical signal reaches the optical output unit LO via the optical waveguide OW and is emitted to the outside of the semiconductor device SD1 at the optical output unit LO. The optical signal output from the semiconductor device SD1 is guided to another semiconductor device via an optical fiber or the like.

次いで、光電気混載装置LE1の受信用部分について説明する。光ファイバなどを介して他の半導体装置から導光された光信号は、光入力部LIに到達する。当該光信号は、光入力部LIにおいて光導波路OWの内部に導かれる。上記光信号は、光導波路OWを介して受光部PRに到達し、電気信号に変換される。そして、当該電気信号は、第3電子回路EC3で処理された後、第1電子回路EC1に送信される。 Next, the receiving portion of the optical-electrical hybrid device LE1 will be described. An optical signal guided from another semiconductor device via an optical fiber or the like reaches the optical input unit LI. The optical signal is guided to the inside of the optical waveguide OW at the optical input unit LI. The optical signal reaches the light receiving portion PR via the optical waveguide OW and is converted into an electric signal. Then, the electric signal is processed by the third electronic circuit EC3 and then transmitted to the first electronic circuit EC1.

(半導体装置の構成)
次いで、実施の形態1に係る半導体装置SD1の構成について説明する。
(Structure of semiconductor device)
Next, the configuration of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment will be described.

図2〜図5は、実施の形態1に係る半導体装置SD1の構成の一例を示す模式図である。図2は、半導体装置SD1の要部平面図であり、図3は、図2に示される一点鎖線で囲まれた領域の部分拡大図である。また、図4は、図2中のA−A線における半導体装置SD1の断面図であり、図5は、図2中のB−B線における半導体装置SD1の断面図である。なお、図2および図3では、多層配線層MWLの一部を省略している。 2 to 5 are schematic diagrams showing an example of the configuration of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment. 2 is a plan view of an essential part of the semiconductor device SD1, and FIG. 3 is a partial enlarged view of a region surrounded by a dashed line shown in FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor device SD1 taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 5 is a sectional view of the semiconductor device SD1 taken along the line BB in FIG. 2 and 3, part of the multilayer wiring layer MWL is omitted.

図2〜図5に示されるように、半導体装置SD1は、基板SUB、第1絶縁層CL、光変調部LM1、受光部PR、多層配線層MWLを有する。詳細については、後述するが、実施の形態1に係る光変調部LM1は、光導波路OW1、OW2およびヒータHT1を有する。 As shown in FIGS. 2 to 5, the semiconductor device SD1 has a substrate SUB, a first insulating layer CL, a light modulation section LM1, a light receiving section PR, and a multilayer wiring layer MWL. Although details will be described later, the light modulation unit LM1 according to the first embodiment has optical waveguides OW1 and OW2 and a heater HT1.

なお、図2〜図5では、ヒータHT1の直下に位置する光導波路OW2の幅方向をx方向とし、光導波路OW2の延在方向をy方向とし、光導波路OW2の高さ方向をz方向とする。z方向は、多層配線層MWLを構成する層間絶縁層の積層方向でもあり、当該層間絶縁層の厚さ方向でもある。x方向、y方向およびz方向は、互いに直交している。 2 to 5, the width direction of the optical waveguide OW2 located immediately below the heater HT1 is the x direction, the extending direction of the optical waveguide OW2 is the y direction, and the height direction of the optical waveguide OW2 is the z direction. To do. The z direction is also the stacking direction of the interlayer insulating layers forming the multilayer wiring layer MWL and the thickness direction of the interlayer insulating layers. The x direction, the y direction, and the z direction are orthogonal to each other.

基板SUBは、第1絶縁層CLを介して光変調部LM1や受光部PRなどの光学素子を支持する支持体である。基板SUBの種類の例には、シリコン基板が含まれる。当該シリコン基板は、例えば、ボロン(B)やリン(P)などのp型不純物を含むシリコン単結晶基板である。たとえば、当該シリコン基板の主面の面方位は(100)であり、当該シリコン基板の抵抗率は5Ω・cm以上かつ50Ω・cm以下である。基板SUBの厚さは、例えば、100μm以上かつ900μm以下である。 The substrate SUB is a support body that supports optical elements such as the light modulation section LM1 and the light receiving section PR via the first insulating layer CL. Examples of the type of the substrate SUB include a silicon substrate. The silicon substrate is, for example, a silicon single crystal substrate containing p-type impurities such as boron (B) and phosphorus (P). For example, the plane orientation of the main surface of the silicon substrate is (100), and the resistivity of the silicon substrate is 5 Ω·cm or more and 50 Ω·cm or less. The thickness of the substrate SUB is, for example, 100 μm or more and 900 μm or less.

第1絶縁層CLは、基板SUB上に形成されている。第1絶縁層CLは、光導波路OW1、OW2の内部を伝搬する光を光導波路OW1、OW2の内部に実質的に閉じ込めるためのクラッド層である。第1絶縁層CLは、光導波路OW1、OW2を構成する材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料で構成されている。第1絶縁層CLを構成する材料の例には、酸化シリコン(SiO)が含まれる。第1絶縁層CLを構成する材料の屈折率は、例えば、1.46(SiO)である。なお、本明細書における屈折率は、波長1.5μmの光に対する数値である。 The first insulating layer CL is formed on the substrate SUB. The first insulating layer CL is a clad layer for substantially confining the light propagating inside the optical waveguides OW1 and OW2 inside the optical waveguides OW1 and OW2. The first insulating layer CL is made of a material having a refractive index smaller than that of the material forming the optical waveguides OW1 and OW2. Examples of the material constituting the first insulating layer CL, includes silicon oxide (SiO 2). The refractive index of the material forming the first insulating layer CL is, for example, 1.46 (SiO 2 ). The refractive index in this specification is a numerical value for light having a wavelength of 1.5 μm.

第1絶縁層CLの厚さは、光導波路OW1、OW2からの光の染み出し距離より大きいことが好ましい。半導体装置SD1に加わる応力を低減させる観点と、半導体装置SD1の製造時における静電チャックによる半導体ウェハの貼りつきを抑制する観点とから、第1絶縁層CLの厚さは、小さいことが好ましい。たとえば、第1絶縁層CLの厚さは、2μm以上かつ3μm以下である。 The thickness of the first insulating layer CL is preferably larger than the distance that light leaks from the optical waveguides OW1 and OW2. From the viewpoint of reducing the stress applied to the semiconductor device SD1 and suppressing the sticking of the semiconductor wafer by the electrostatic chuck during the manufacturing of the semiconductor device SD1, it is preferable that the thickness of the first insulating layer CL is small. For example, the thickness of the first insulating layer CL is 2 μm or more and 3 μm or less.

なお、第1絶縁層CLが支持体として機能する場合には、半導体装置SD1は、基板SUBを有していなくてもよい。この場合、第1絶縁層CLは、例えば、サファイヤ基板である。 Note that when the first insulating layer CL functions as a support, the semiconductor device SD1 may not have the substrate SUB. In this case, the first insulating layer CL is, for example, a sapphire substrate.

光変調部LM1は、光導波路OW2の内部を通過する光の位相を変調する。光変調部LM1の構成としては、光導波路OW1、OW2およびヒータHT1を含んでいればよく、例えば、シリコンフォトニクス技術において光変調部として採用されている公知の構成が採用され得る。光変調部LM1は、ヒータHT1と、pn型光変調部、pin型光変調部およびSemiconductor-Insulator-Semiconductor(SIS)型光変調部とが併用されていてもよい。実施の形態1では、光導波路OW1、OW2およびヒータHT1で構成される熱制御型光変調部である。 The light modulator LM1 modulates the phase of light passing through the inside of the optical waveguide OW2. The configuration of the light modulator LM1 may include the optical waveguides OW1 and OW2 and the heater HT1. For example, a known configuration employed as the light modulator in the silicon photonics technology can be adopted. The light modulator LM1 may include a combination of the heater HT1, a pn-type light modulator, a pin-type light modulator, and a Semiconductor-Insulator-Semiconductor (SIS)-type light modulator. In the first embodiment, the heat control type optical modulator is composed of the optical waveguides OW1 and OW2 and the heater HT1.

図2および図3に示されるように、光変調部LM1は、入力用の光導波路Linと、光導波路Linから分岐した2つの光導波路(分岐導波路)OW1、OW2と、2つの光導波路OW1、OW2の末端部に接続された出力用の光導波路Loutと、ヒータHT1と、を有する。光変調部LM1では、入力用の光導波路Linの内部を進行する光は、2つの光導波路OW1、OW2に分波され、2つの光導波路OW1、OW2の一方または両方で位相差を与えられた後に、出力用の光導波路Loutで合波される。そして、光導波路Loutで生じる光の干渉により、光の振幅が制御され、結果として、光信号が生成され得る。 As shown in FIGS. 2 and 3, the optical modulator LM1 includes an input optical waveguide Lin, two optical waveguides (branch waveguides) OW1 and OW2 branched from the optical waveguide Lin, and two optical waveguides OW1. , OW2, and an optical waveguide Lout for output and a heater HT1. In the optical modulator LM1, the light traveling inside the input optical waveguide Lin is demultiplexed into two optical waveguides OW1 and OW2, and a phase difference is given to one or both of the two optical waveguides OW1 and OW2. After that, they are multiplexed by the output optical waveguide Lout. Then, the amplitude of light is controlled by the interference of light generated in the optical waveguide Lout, and as a result, an optical signal can be generated.

光変調部LM1は、熱光学効果によって、光導波路OW2の内部を通過する光の位相を制御することができる。具体的には、ヒータHT1で発生するジュール熱によって、光導波路OW2を加熱する。これにより、光導波路OW2の屈折率を制御できる。光導波路OW2の屈折率の変化量に応じて、光導波路OW2の内部を通過する光の位相が変化する。 The light modulator LM1 can control the phase of light passing through the inside of the optical waveguide OW2 by the thermo-optic effect. Specifically, the optical waveguide OW2 is heated by the Joule heat generated by the heater HT1. Thereby, the refractive index of the optical waveguide OW2 can be controlled. The phase of light passing through the inside of the optical waveguide OW2 changes according to the amount of change in the refractive index of the optical waveguide OW2.

光変調部LM1の光導波路Linと、光導波路OW2と、光変調部LM1の光導波路Loutと、の構成(形状や材料など)の例は、光導波路OW1と同様である。本実施の形態では、光導波路Lin、光導波路Loutおよび光導波路OW2は、少なくとも位置について光導波路OW1と異なる。そこで、以下では、光導波路OW1についてのみ説明し、重複する説明は省略する。実施の形態1では、光導波路OW1の直上には、ヒータが形成されていないが、光導波路OW2の直上には、ヒータHT1が形成されている。 An example of the configuration (shape, material, etc.) of the optical waveguide Lin of the light modulator LM1, the optical waveguide OW2, and the optical waveguide Lout of the light modulator LM1 is the same as that of the optical waveguide OW1. In the present embodiment, the optical waveguide Lin, the optical waveguide Lout, and the optical waveguide OW2 are different from the optical waveguide OW1 at least in position. Therefore, only the optical waveguide OW1 will be described below, and redundant description will be omitted. In the first embodiment, the heater is not formed directly above the optical waveguide OW1, but the heater HT1 is formed directly above the optical waveguide OW2.

光導波路OW1は、その内部を光が伝送可能な経路である。光導波路OW1は、第1絶縁層CL上に形成されている。光導波路OW1は、第1絶縁層CLおよび第1層間絶縁層IL1により覆われている。実施の形態1では、光導波路OW1の上面および両側面は、第1層間絶縁層IL1に直接接しており、かつ光導波路OW1の下面は、第1絶縁層CLに直接接している。光導波路OW1は、光導波路OW1を構成する材料の屈折率より小さい屈折率を有する第1絶縁層CLおよび第1層間絶縁層IL1によって覆われている。これにより、光は、光導波路OW1の内部に実質的に閉じ込められた状態で、光導波路OW1の内部を進行することができる。ただし、当該光は、当該光の波長オーダ分、光導波路OW1の外部に染み出しながら、光導波路OW1の内部を進行する。 The optical waveguide OW1 is a path through which light can be transmitted. The optical waveguide OW1 is formed on the first insulating layer CL. The optical waveguide OW1 is covered with the first insulating layer CL and the first interlayer insulating layer IL1. In the first embodiment, the upper surface and both side surfaces of the optical waveguide OW1 are in direct contact with the first interlayer insulating layer IL1, and the lower surface of the optical waveguide OW1 is in direct contact with the first insulating layer CL. The optical waveguide OW1 is covered with the first insulating layer CL and the first interlayer insulating layer IL1 having a refractive index smaller than that of the material forming the optical waveguide OW1. Thereby, the light can travel inside the optical waveguide OW1 while being substantially confined inside the optical waveguide OW1. However, the light travels inside the optical waveguide OW1 while seeping out to the outside of the optical waveguide OW1 by the wavelength order of the light.

光導波路OW1の幅および高さは、光が光導波路OW1の内部を適切に通過できればよい。光導波路OW1の幅および高さは、光導波路OW1の内部を通過する光の波長や、当該光のモードなどの条件に応じて適宜設定され得る。光導波路OW1の幅は、例えば、300nm以上かつ500nm以下である。光導波路OW1の高さは、例えば、200nm以上かつ300nm以下である。 The width and height of the optical waveguide OW1 should be such that light can appropriately pass through the inside of the optical waveguide OW1. The width and height of the optical waveguide OW1 can be appropriately set according to conditions such as the wavelength of light passing through the inside of the optical waveguide OW1 and the mode of the light. The width of the optical waveguide OW1 is, for example, 300 nm or more and 500 nm or less. The height of the optical waveguide OW1 is, for example, 200 nm or more and 300 nm or less.

光導波路OW1を構成する材料は、その内部を通る光に対して透明な半導体材料である。光導波路OW1を構成する半導体材料の例には、シリコンおよびゲルマニウムが含まれる。光導波路OW1を構成する半導体材料の結晶構造は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。光導波路OW1を構成する材料の屈折率は、例えば、3.5(Si)である。 The material forming the optical waveguide OW1 is a semiconductor material which is transparent to the light passing through it. Examples of the semiconductor material forming the optical waveguide OW1 include silicon and germanium. The crystal structure of the semiconductor material forming the optical waveguide OW1 may be a single crystal or a polycrystal. The refractive index of the material forming the optical waveguide OW1 is, for example, 3.5 (Si).

ヒータHT1は、ジュール熱によって光導波路OW2を加熱するための導電膜である。ヒータHT1の位置は、光導波路OW2を加熱することができれば特に限定されない。ヒータHT1は、光導波路OW2から離間するように形成されている。たとえば、ヒータHT1は、平面視において、光導波路OW2と重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。実施の形態1では、ヒータHT1は、光導波路OW2と重なるように形成されている。 The heater HT1 is a conductive film for heating the optical waveguide OW2 by Joule heat. The position of the heater HT1 is not particularly limited as long as it can heat the optical waveguide OW2. The heater HT1 is formed so as to be separated from the optical waveguide OW2. For example, the heater HT1 may or may not overlap the optical waveguide OW2 in a plan view. In the first embodiment, the heater HT1 is formed so as to overlap the optical waveguide OW2.

光導波路OW2からの漏れ光が、ヒータHT1により散乱されるのを抑制する観点から、ヒータHT1は、光導波路OW2から遠くに形成されていることが好ましい。たとえば、z方向における、ヒータHT1および光導波路OW2の間隔(最短距離)は、300nm以上であり、400nm以上であることが好ましい。一方で、光導波路OW2を効率よく加熱する観点からは、ヒータHT1は、光導波路OW2の近くに形成されていることが好ましい。たとえば、ヒータHT1および光導波路OW2の間隔は、600nm以下であり、500nm以下であることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing the leakage light from the optical waveguide OW2 from being scattered by the heater HT1, the heater HT1 is preferably formed far from the optical waveguide OW2. For example, the distance (shortest distance) between the heater HT1 and the optical waveguide OW2 in the z direction is 300 nm or more, and preferably 400 nm or more. On the other hand, from the viewpoint of efficiently heating the optical waveguide OW2, the heater HT1 is preferably formed near the optical waveguide OW2. For example, the distance between the heater HT1 and the optical waveguide OW2 is 600 nm or less, preferably 500 nm or less.

ヒータHT1は、後述する第2層間絶縁層IL2に形成された溝部GP内に形成されている。ヒータHT1は、第1ビアVia1と同じ層内に形成されている。ヒータHT1の構成は、ヒータHT1としての上記機能を発揮することができれば特に限定されない。たとえば、図4および図5に示されるように、ヒータHT1は、バリア膜BFと、バリア膜BF上に形成された導電膜CFと、を有する。 The heater HT1 is formed in a groove portion GP formed in a second interlayer insulating layer IL2 described later. The heater HT1 is formed in the same layer as the first via Via1. The configuration of the heater HT1 is not particularly limited as long as it can exhibit the above-mentioned function as the heater HT1. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the heater HT1 has a barrier film BF and a conductive film CF formed on the barrier film BF.

バリア膜BFは、導電膜CFが第1層間絶縁層IL1および第2層間絶縁層IL2に拡散するのを抑制する。たとえば、バリア膜BFは、第2層間絶縁層IL2に形成された溝部GPの底面(第2絶縁層STPの上面)上および側面上に形成されている。バリア膜BFの厚さおよび材料は、当該機能を発揮することができれば特に限定されない。バリア膜BFの厚さは、10nm以上かつ40nm以下である。バリア膜の材料の例にはチタン(Ti)および窒化チタン(TiN)が含まれる。 The barrier film BF suppresses diffusion of the conductive film CF into the first interlayer insulating layer IL1 and the second interlayer insulating layer IL2. For example, the barrier film BF is formed on the bottom surface (the upper surface of the second insulating layer STP) and the side surface of the groove portion GP formed in the second interlayer insulating layer IL2. The thickness and material of the barrier film BF are not particularly limited as long as the function can be exhibited. The thickness of the barrier film BF is 10 nm or more and 40 nm or less. Examples of the material of the barrier film include titanium (Ti) and titanium nitride (TiN).

導電膜CFは、溝部GP内において、バリア膜BF上に形成されている。導電膜CFを構成する材料は、特に限定されない。導電膜CFを構成する材料は、タングステン(W)、銅(Cu)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)およびアルミニウム(Al)からなる群から選択されるいずれか一種である。 The conductive film CF is formed on the barrier film BF in the groove portion GP. The material forming the conductive film CF is not particularly limited. The material forming the conductive film CF is any one selected from the group consisting of tungsten (W), copper (Cu), cobalt (Co), ruthenium (Ru), and aluminum (Al).

ヒータHT1(バリア膜BFおよび導電膜CF)を構成する材料は、ヒータHT1と同じ層内に形成される第1ビアVia1を構成する材料と同じであることが好ましい。これにより、ヒータHT1および第1ビアVia1を共通の工程で形成することができ、結果として半導体装置SD1の製造の容易性を高めることができる。 The material forming the heater HT1 (barrier film BF and conductive film CF) is preferably the same as the material forming the first via Via1 formed in the same layer as the heater HT1. Accordingly, the heater HT1 and the first via Via1 can be formed in a common process, and as a result, the ease of manufacturing the semiconductor device SD1 can be improved.

図3に示されるように、ヒータHT1は、3つの第1延在部EXP1、2つの第2延在部EXP2および4つの接続部CNPを有する。ヒータHT1を構成する各構成要素は、互いに電気的に接続されていればよい。実施の形態1では、ヒータHT1を構成する第1延在部EXP1、第2延在部EXP2および接続部CNPは、互いに一体として形成されている。 As shown in FIG. 3, the heater HT1 has three first extending portions EXP1, two second extending portions EXP2, and four connecting portions CNP. The constituent elements of the heater HT1 may be electrically connected to each other. In the first embodiment, the first extending portion EXP1, the second extending portion EXP2, and the connecting portion CNP forming the heater HT1 are integrally formed with each other.

第1延在部EXP1は、平面視において、光導波路OW2を横切るように形成されている。換言すると、第1延在部EXP1は、平面視したときに、光導波路OW2の幅方向(x方向)において、光導波路OW2に隣接する一方の領域から、光導波路OW2に隣接する他方の領域に亘って延在している。実施の形態1では、第1延在部EXP1は、第1方向(−x方向)に沿うように形成されている。第1延在部EXP1の平面視形状は、例えば、直線形状である。 The first extending portion EXP1 is formed so as to cross the optical waveguide OW2 in a plan view. In other words, the first extension part EXP1 extends from one region adjacent to the optical waveguide OW2 to the other region adjacent to the optical waveguide OW2 in the width direction (x direction) of the optical waveguide OW2 when seen in a plan view. It extends all over. In the first embodiment, the first extending portion EXP1 is formed along the first direction (−x direction). The planar view shape of the 1st extension part EXP1 is a straight line shape, for example.

第2延在部EXP2は、平面視において、第1延在部EXP1と並列するように形成されている。すなわち、第2延在部EXP2も、平面視において、光導波路OW2を横切るように形成されている。第2延在部EXP2は、平面視したときに、光導波路OW2の幅方向(x方向)において、光導波路OW2に隣接する他方の領域から、光導波路OW2に隣接する一方の領域に亘って延在している。実施の形態1では、第2延在部EXP2は、上記第1方向(−x方向)と反対方向である第2方向(x方向)に沿うように形成されている。第2延在部EXP2の平面視形状は、例えば、直線形状である。 The second extending portion EXP2 is formed so as to be in parallel with the first extending portion EXP1 in a plan view. That is, the second extending portion EXP2 is also formed so as to cross the optical waveguide OW2 in a plan view. The second extending portion EXP2 extends from the other region adjacent to the optical waveguide OW2 to the one region adjacent to the optical waveguide OW2 in the width direction (x direction) of the optical waveguide OW2 when seen in a plan view. Existence In the first embodiment, the second extending portion EXP2 is formed along the second direction (x direction) that is the opposite direction to the first direction (−x direction). The planar view shape of the 2nd extension part EXP2 is a linear shape, for example.

第1延在部EXP1の幅と、第2延在部EXP2の幅とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。実施の形態1では、第1延在部EXP1の幅と、第2延在部EXP2の幅とは、互いに同じである。 The width of the first extending portion EXP1 and the width of the second extending portion EXP2 may be the same as or different from each other. In the first embodiment, the width of the first extending portion EXP1 and the width of the second extending portion EXP2 are the same as each other.

接続部CNPは、第1延在部EXP1および第2延在部EXP2を互いに電気的に接続している。接続部CNPは、光導波路OW2の延在方向に沿うように形成されている。接続部CNPの平面視形状は、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。接続部CNPの平面視形状の例には、直線形状、曲線形状および折れ線形状が含まれる。実施の形態1では、接続部CNPの平面視形状は、折れ線形状である。 The connecting portion CNP electrically connects the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2 to each other. The connection portion CNP is formed along the extending direction of the optical waveguide OW2. The plan view shape of the connection portion CNP is not particularly limited as long as the above function can be exhibited. Examples of the plan view shape of the connection portion CNP include a linear shape, a curved shape, and a polygonal line shape. In the first embodiment, the plan view shape of the connection portion CNP is a polygonal line shape.

ヒータHT1におけるフィンガー長L、フィンガー間隔P、幅Wおよび厚さTは、製造の容易性や所望の熱容量、所望の抵抗値などに応じて適宜設計され得る。 The finger length L, the finger interval P, the width W, and the thickness T of the heater HT1 can be appropriately designed according to the ease of manufacture, the desired heat capacity, the desired resistance value, and the like.

ここで、ヒータHT1の「フィンガー長L」とは、第1延在部EXP1(第2延在部EXP2)が延在する延在方向におけるヒータHT1の最大長さである。 Here, the "finger length L" of the heater HT1 is the maximum length of the heater HT1 in the extending direction in which the first extending portion EXP1 (second extending portion EXP2) extends.

また、ヒータHT1の「フィンガー間隔P」とは、光導波路OW2の直上において、互いに隣り合う第1延在部EXp1および第2延在部EXP2の間隔(最短距離)である。 The “finger spacing P” of the heater HT1 is the spacing (shortest distance) between the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2 adjacent to each other immediately above the optical waveguide OW2.

また、ヒータHT1の「幅W」とは、第1延在部EXP1(第2延在部EXP2)のうち、光導波路OW2の幅方向における、光導波路OW2の直上に位置する部分の長さをいう。光導波路OW2の幅方向とは、光導波路OW2の両側面が互いに対向する方向である。 Further, the “width W” of the heater HT1 is the length of a portion of the first extension portion EXP1 (second extension portion EXP2) that is located immediately above the optical waveguide OW2 in the width direction of the optical waveguide OW2. Say. The width direction of the optical waveguide OW2 is a direction in which both side surfaces of the optical waveguide OW2 face each other.

さらに、ヒータHTの「厚さT」とは、第2層間絶縁層IL2の厚さ方向における、第1延在部EXP1(第2延在部EXP2)の長さをいう。 Further, the “thickness T” of the heater HT refers to the length of the first extending portion EXP1 (second extending portion EXP2) in the thickness direction of the second interlayer insulating layer IL2.

なお、ヒータHT1の断面積は、ヒータHT1の幅Wと、ヒータHT1の厚さTとの積により得られる。 The cross-sectional area of the heater HT1 is obtained by the product of the width W of the heater HT1 and the thickness T of the heater HT1.

ヒータHT1の熱容量を高めることによって、ヒータHT1に熱を保持しやすくなる。これにより、ヒータHT1が外部からの影響を受けにくくなり、光導波路OW2に対してジュール熱を安定して供給できる。 By increasing the heat capacity of the heater HT1, it becomes easier to retain heat in the heater HT1. As a result, the heater HT1 is less likely to be affected by the outside, and Joule heat can be stably supplied to the optical waveguide OW2.

また、ヒータHT1の抵抗値を高めることによって、ジュール熱を発生しやすくなる。ヒータHT1の抵抗値は、ヒータHT1の断面積(幅W×厚さT)を小さくするとともに、ヒータHT1の総長さを大きくすることによって、大きくすることができる。ヒータHT1の総長さおよび断面積は、ヒータHT1を構成する材料に応じて調整することができる。たとえば、ヒータHT1を構成する材料自体の抵抗値が小さい場合には、ヒータHT1の総長さを大きくし、ヒータHT1の断面積を小さくすることによって、所望のジュール熱が得られる。 Also, by increasing the resistance value of the heater HT1, it becomes easy to generate Joule heat. The resistance value of the heater HT1 can be increased by decreasing the cross-sectional area (width W×thickness T) of the heater HT1 and increasing the total length of the heater HT1. The total length and sectional area of the heater HT1 can be adjusted according to the material forming the heater HT1. For example, when the resistance value of the material itself forming the heater HT1 is small, the desired Joule heat can be obtained by increasing the total length of the heater HT1 and decreasing the cross-sectional area of the heater HT1.

ヒータHT1のフィンガー長Lは、ヒータHT1の熱容量を高める観点から、大きいことが好ましい。また、ヒータHT1のフィンガー長Lは、ヒータHT1の近傍に位置する光学素子(例えば、光導波路OW1)に対する熱の影響を低減する観点から、小さいことが好ましい。これらの観点から、ヒータHTのフィンガー長Lは、光導波路OW2の幅の3倍以上かつ10倍以下でることが好ましい。たとえば、ヒータHTのフィンガー長Lは、0.8μm以上かつ3.0μm以下であることが好ましい。 The finger length L of the heater HT1 is preferably large from the viewpoint of increasing the heat capacity of the heater HT1. Further, the finger length L of the heater HT1 is preferably small from the viewpoint of reducing the influence of heat on the optical element (for example, the optical waveguide OW1) located near the heater HT1. From these viewpoints, the finger length L of the heater HT is preferably 3 times or more and 10 times or less the width of the optical waveguide OW2. For example, the finger length L of the heater HT is preferably 0.8 μm or more and 3.0 μm or less.

ヒータHT1のフィンガー間隔Pは、溝部GPを安定して形成する観点と、第1延在部EXP1および第2延在部EXP2の間の短絡を抑制する観点とから、大きいことが好ましい。また、ヒータHT1のフィンガー間隔Pは、ヒータHT1の消費電力を低減する観点から、小さいことが好ましい。たとえば、ヒータHTのフィンガー間隔Pは、0.6μm以上かつ3.0μm以下であることが好ましい。 The finger pitch P of the heater HT1 is preferably large from the viewpoint of stably forming the groove portion GP and the viewpoint of suppressing a short circuit between the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2. Further, the finger pitch P of the heater HT1 is preferably small from the viewpoint of reducing the power consumption of the heater HT1. For example, the finger pitch P of the heater HT is preferably 0.6 μm or more and 3.0 μm or less.

ヒータHT1の幅Wは、溝部GPの内部にヒータHT1を埋め込み易くする観点と、ヒータHT1の抵抗値を調整する観点とから、適宜設計され得る。たとえば、導電膜CFを構成する材料がタングステンの場合、ヒータHT1の幅Wは、0.3μm以上かつ0.5μm以下であることが好ましい。 The width W of the heater HT1 can be appropriately designed from the viewpoint of facilitating the heater HT1 to be embedded in the groove portion GP and the viewpoint of adjusting the resistance value of the heater HT1. For example, when the material forming the conductive film CF is tungsten, the width W of the heater HT1 is preferably 0.3 μm or more and 0.5 μm or less.

ヒータHT1のフィンガー間隔Pは、ヒータHT1の幅W(第1延在部EXP1または第2延在部EXP2の幅)より大きくてもよいし、ヒータHT1の幅Wより小さくてもよい。ヒータHT1のフィンガー間隔Pが、ヒータHT1の幅Wより大きいことは、消費電極を低減させる観点から好ましい。ヒータHT1のフィンガー間隔Pが、ヒータHT1の幅Wより小さいことは、熱容量を高める観点から好ましい。 The finger pitch P of the heater HT1 may be larger than the width W of the heater HT1 (the width of the first extension part EXP1 or the second extension part EXP2), or may be smaller than the width W of the heater HT1. It is preferable that the finger pitch P of the heater HT1 is larger than the width W of the heater HT1 from the viewpoint of reducing the consumption electrode. It is preferable that the finger pitch P of the heater HT1 is smaller than the width W of the heater HT1 from the viewpoint of increasing the heat capacity.

ヒータHTの厚さTは、ヒータHT1の熱容量を高める観点と、ヒータHT1の抵抗値を低減する観点とから、大きいことが好ましい。ヒータHT1の厚さTは、ヒータHTの直下における光導波路OW2内の伝搬損失を低減する観点とから、小さいことが好ましい。たとえば、ヒータHTの厚さTは、0.6μm以上かつ1.2μm以下であることが好ましい。 The thickness T of the heater HT is preferably large from the viewpoint of increasing the heat capacity of the heater HT1 and the viewpoint of reducing the resistance value of the heater HT1. The thickness T of the heater HT1 is preferably small from the viewpoint of reducing the propagation loss in the optical waveguide OW2 immediately below the heater HT. For example, the thickness T of the heater HT is preferably 0.6 μm or more and 1.2 μm or less.

ヒータHT1の幅Wに対するヒータHT1の厚さの比は、溝部GPに対するヒータHT1を構成する材料の埋め込み易さの観点から、適宜調整され得る。たとえば、ヒータHT1の幅Wに対するヒータHT1の厚さTの比は、1以上かつ5以下である。 The ratio of the thickness of the heater HT1 to the width W of the heater HT1 can be appropriately adjusted from the viewpoint of ease of embedding the material forming the heater HT1 into the groove portion GP. For example, the ratio of the thickness T of the heater HT1 to the width W of the heater HT1 is 1 or more and 5 or less.

第2層間絶縁層IL2の厚さ方向において、ヒータHT1および第1絶縁層CLの間隔は、受光部PRの上面および第1絶縁層CLの間隔より小さいことが好ましい。言い換えると、第2層間絶縁層IL2の厚さ方向において、ヒータHT1の下端面は、受光部PRの上面よりも第1絶縁層CLの上面に近い。これにより、ヒータHT1を光導波路OW2の近くに配置することができ、効率的に光導波路OW2を加熱することができる。 In the thickness direction of the second interlayer insulating layer IL2, the distance between the heater HT1 and the first insulating layer CL is preferably smaller than the distance between the upper surface of the light receiving portion PR and the first insulating layer CL. In other words, in the thickness direction of the second interlayer insulating layer IL2, the lower end surface of the heater HT1 is closer to the upper surface of the first insulating layer CL than the upper surface of the light receiving portion PR. Accordingly, the heater HT1 can be arranged near the optical waveguide OW2, and the optical waveguide OW2 can be efficiently heated.

受光部PRは、光電変換機能を有する光学素子である。受光部PRの構成は、当該機能を発揮することができれば特に限定されない。受光部PRとしては、シリコンフォトニクスにおいて、受光部として採用されている公知の構成が適宜採用され得る。受光部PRの種類の例には、pn型受光部およびpin型受光部が含まれる。実施の形態1では、受光部PRは、pn型の受光部PRであり、p型半導体部PRpと、p型半導体部PRp上に形成されたn型半導体部PRnと、を有する。 The light receiving section PR is an optical element having a photoelectric conversion function. The configuration of the light receiving section PR is not particularly limited as long as the function can be exhibited. As the light receiving part PR, a known configuration adopted as a light receiving part in silicon photonics can be appropriately adopted. Examples of types of the light receiving section PR include a pn type light receiving section and a pin type light receiving section. In the first embodiment, the light receiving section PR is a pn type light receiving section PR, and includes a p type semiconductor section PRp and an n type semiconductor section PRn formed on the p type semiconductor section PRp.

p型半導体部PRpは、ボロン(B)や二フッ化ボロン(BF)などのp型不純物を含み、かつ1×1017/cm以上の不純物濃度を有する半導体層である。p型半導体部PRpを構成する半導体層の材料の例には、シリコンおよびゲルマニウムが含まれる。本実施の形態では、p型半導体部PRpを構成する半導体層の材料は、シリコンである。 The p-type semiconductor portion PRp is a semiconductor layer containing p-type impurities such as boron (B) and boron difluoride (BF 2 ) and having an impurity concentration of 1×10 17 /cm 3 or more. Examples of the material of the semiconductor layer forming the p-type semiconductor portion PRp include silicon and germanium. In the present embodiment, the material of the semiconductor layer forming the p-type semiconductor portion PRp is silicon.

n型半導体部PRnは、ヒ素(As)やリン(P)などのn型不純物を含み、かつ1×1017/cm以上の不純物濃度を有する半導体層である。n型半導体部PRnを構成する半導体層の材料の例には、ゲルマニウムが含まれる。 The n-type semiconductor portion PRn is a semiconductor layer containing an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) and having an impurity concentration of 1×10 17 /cm 3 or more. Germanium is contained in the example of the material of the semiconductor layer which comprises the n-type semiconductor part PRn.

なお、受光部PRがpin型受光部である場合には、受光部PRは、p型半導体部PRpおよびn型半導体部PRnの間に形成されたi型半導体部を有する。当該i型半導体部は、1×1017/cm未満の不純物濃度を有する半導体層である。上記i型半導体部を構成する半導体層の材料の例には、ゲルマニウムが含まれる。 When the light receiving part PR is a pin type light receiving part, the light receiving part PR has an i type semiconductor part formed between the p type semiconductor part PRp and the n type semiconductor part PRn. The i-type semiconductor portion is a semiconductor layer having an impurity concentration of less than 1×10 17 /cm 3 . Examples of the material of the semiconductor layer forming the i-type semiconductor portion include germanium.

多層配線層MWLは、2つ以上の配線層を層である。多層配線層MWLは、第1絶縁層CL上に形成されている。当該配線層は、絶縁層と、当該絶縁層と同じ層内に形成された配線およびビア(「プラグ」ともいう)の一方または両方を有する層である。当該ビアは、互いに重なる層に形成された2つの配線を電気的に接続する導電体である。 The multilayer wiring layer MWL is a layer including two or more wiring layers. The multilayer wiring layer MWL is formed on the first insulating layer CL. The wiring layer is a layer including an insulating layer and one or both of a wiring and a via (also referred to as a “plug”) formed in the same layer as the insulating layer. The via is a conductor that electrically connects two wirings formed in layers that overlap each other.

実施の形態1では、多層配線層MWLは、第1層間絶縁層IL1(特許請求の範囲では、「第3絶縁層」と称している)、第2絶縁層STP(特許請求の範囲では、「第4絶縁層」と称している)、第2層間絶縁層IL2(特許請求の範囲では、「第2絶縁層」と称している)、第1ビアVia1、第1配線WR1、第2ビアVia2、第2配線WR2および保護膜PFを有する。実施の形態1では、ヒータHT1は、第2層間絶縁層IL2と同じ層内に形成されている。 In the first embodiment, the multilayer wiring layer MWL includes the first interlayer insulating layer IL1 (referred to as “third insulating layer” in claims) and the second insulating layer STP (referred to as “third insulating layer” in claims). A fourth insulating layer), a second interlayer insulating layer IL2 (referred to as a "second insulating layer" in the claims), a first via Via1, a first wiring WR1, and a second via Via2. , The second wiring WR2 and the protective film PF. In the first embodiment, the heater HT1 is formed in the same layer as the second interlayer insulating layer IL2.

第1層間絶縁層IL1は、光導波路OW1、OW2および受光部PRを覆うように、第1絶縁層CL上に形成されている。第1層間絶縁層IL1は、第1絶縁層CLおよび第2絶縁層STPの間に形成されている。第1層間絶縁層IL1は、光導波路OW1、OW2を構成する材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料で構成されている。第1層間絶縁層IL1を構成する材料の例には、酸化シリコン(SiO)が含まれる。第1層間絶縁層IL1を構成する材料の屈折率は、例えば、1.46(SiO)である。第1層間絶縁層IL1の厚さは、例えば、0.4μm以上かつ0.6μm以下である。 The first interlayer insulating layer IL1 is formed on the first insulating layer CL so as to cover the optical waveguides OW1 and OW2 and the light receiving portion PR. The first interlayer insulating layer IL1 is formed between the first insulating layer CL and the second insulating layer STP. The first interlayer insulating layer IL1 is made of a material having a refractive index smaller than that of the material forming the optical waveguides OW1 and OW2. An example of a material forming the first interlayer insulating layer IL1 includes silicon oxide (SiO 2 ). The refractive index of the material forming the first interlayer insulating layer IL1 is, for example, 1.46 (SiO 2 ). The thickness of the first interlayer insulating layer IL1 is, for example, 0.4 μm or more and 0.6 μm or less.

第2絶縁層STPは、第1層間絶縁層IL1上に形成されている。第2絶縁層STPは、第1層間絶縁層IL1および第2層間絶縁層IL2の間に形成されている。第2絶縁層STPは、ヒータHT1の形状および大きさを規定する溝部GPを形成する際にエッチングストッパとして機能する。第2絶縁層STPの厚さ、大きさおよび材料は、当該機能を発揮できればよく、特に限定されない。たとえば、第2絶縁層STPの厚さは、30nm以上かつ100nm以下である。第2絶縁層STPは、ヒータHT1の直下に形成されていればよく、第1層間絶縁層IL1の全部の上に形成されていてもよいし、第1層間絶縁層IL1の一部の上に形成されていてもよい。第2絶縁層STPを構成する材料は、第2層間絶縁層IL2を構成する材料と異なっていることが好ましい。第2絶縁層STPを構成する材料の例には、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび炭素添加シリコン酸化が含まれる。 The second insulating layer STP is formed on the first interlayer insulating layer IL1. The second insulating layer STP is formed between the first interlayer insulating layer IL1 and the second interlayer insulating layer IL2. The second insulating layer STP functions as an etching stopper when forming the groove portion GP that defines the shape and size of the heater HT1. The thickness, size and material of the second insulating layer STP are not particularly limited as long as the function can be exhibited. For example, the thickness of the second insulating layer STP is 30 nm or more and 100 nm or less. The second insulating layer STP may be formed immediately below the heater HT1, may be formed on the entire first interlayer insulating layer IL1, or may be formed on a part of the first interlayer insulating layer IL1. It may be formed. The material forming the second insulating layer STP is preferably different from the material forming the second interlayer insulating layer IL2. Examples of the material forming the second insulating layer STP include silicon nitride, silicon oxynitride, and carbon-added silicon oxide.

第2層間絶縁層IL2は、第1層間絶縁層IL1上に形成されている。第2層間絶縁層IL2は、溝部GPを有する。第2層間絶縁層IL2の厚さは、所望のヒータHT1の厚さTに応じて適宜調整され得る。たとえば、第2層間絶縁層IL2の厚さは、0.8μm以上かつ1.0μm以下である。第2層間絶縁層IL2を構成する材料の例は、第1層間絶縁層IL1を構成する材料と同様である。 The second interlayer insulating layer IL2 is formed on the first interlayer insulating layer IL1. The second interlayer insulating layer IL2 has a groove portion GP. The thickness of the second interlayer insulating layer IL2 can be appropriately adjusted according to the desired thickness T of the heater HT1. For example, the thickness of the second interlayer insulating layer IL2 is 0.8 μm or more and 1.0 μm or less. The example of the material forming the second interlayer insulating layer IL2 is the same as the material forming the first interlayer insulating layer IL1.

第1層間絶縁層IL1、第2絶縁層STPおよび第2層間絶縁層IL2には、第1貫通孔CT1が形成されている。第1貫通孔CT1は、第1層間絶縁層IL1の厚さ方向において、第1層間絶縁層IL1、第2絶縁層STPおよび第2層間絶縁層IL2を貫通している。 A first through hole CT1 is formed in the first interlayer insulating layer IL1, the second insulating layer STP and the second interlayer insulating layer IL2. The first through hole CT1 penetrates the first interlayer insulating layer IL1, the second insulating layer STP, and the second interlayer insulating layer IL2 in the thickness direction of the first interlayer insulating layer IL1.

第1ビアVia1は、受光部PRおよび第1配線WR1を互いに電気的に接続している。第1ビアVia1は、第1層間絶縁層IL1の厚さ方向に沿って、受光部PRに達するように形成されている。第1ビアVia1は、第1貫通孔CT1に埋め込まれた導電膜で構成されている。第1ビアVia1については、半導体技術においてビアとして採用されている公知の構成が採用され得る。第1ビアVia1の材料の例には、アルミニウム(Al)およびタングステン(W)が含まれる。 The first via Via1 electrically connects the light receiving portion PR and the first wiring WR1 to each other. The first via Via1 is formed so as to reach the light receiving portion PR along the thickness direction of the first interlayer insulating layer IL1. The first via Via1 is composed of a conductive film embedded in the first through hole CT1. For the first via Via1, a known configuration adopted as a via in semiconductor technology can be adopted. Examples of the material of the first via Via1 include aluminum (Al) and tungsten (W).

溝部GPは、ヒータHT1の大きさおよび形状を規定する。溝部GPの幅、深さおよび形状は、ヒータHT1の大きさおよび形状に応じて適宜設定され得る。溝GPは、第2層間絶縁層IL2の厚さ方向において、第2層間絶縁層IL2を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。溝GPが第2層間絶縁層IL2を貫通している場合、ヒータHT1は、第2絶縁層STPの上面に直接接し、溝GPが第2層間絶縁層IL2を貫通していない場合、ヒータHT1は、第2層間絶縁層IL2の一部を介して、第2絶縁層STPに接する。実施の形態1では、溝GPは、第2層間絶縁層IL2の厚さ方向において、第2層間絶縁層IL2を貫通している。 The groove portion GP defines the size and shape of the heater HT1. The width, depth and shape of the groove portion GP can be appropriately set according to the size and shape of the heater HT1. The groove GP may or may not penetrate the second interlayer insulating layer IL2 in the thickness direction of the second interlayer insulating layer IL2. When the groove GP penetrates the second interlayer insulating layer IL2, the heater HT1 is in direct contact with the upper surface of the second insulating layer STP, and when the groove GP does not penetrate the second interlayer insulating layer IL2, the heater HT1 is , And contacts the second insulating layer STP through a part of the second interlayer insulating layer IL2. In the first embodiment, trench GP penetrates second interlayer insulating layer IL2 in the thickness direction of second interlayer insulating layer IL2.

第1配線WR1は、第2層間絶縁層IL2上に形成されている。図2では、受光部PRの直上に位置する第1配線WR1と、ヒータHT1の直上に位置する第1配線WR1とを示している。受光部PR上の第1配線WR1は、第1ビアVia1を介して受光部PRと電気的に接続されている。ヒータHT1上の第1配線WR1は、ヒータHT1の末端部に電気的に接続されている。第1配線WR1については、半導体技術において配線として採用されている公知の構成が採用され得る。第1配線WR1の例には、チタン層、窒化チタン層、アルミニウム層、窒化チタン層およびチタン層がこの順で積層されたアルミニウム配線が含まれる。また、アルミニウム層の代わりに、銅層またはタングステン層が用いられてもよい。実施の形態1では、第1配線WR1は、上記アルミニウム配線である。 The first wiring WR1 is formed on the second interlayer insulating layer IL2. In FIG. 2, the first wiring WR1 located directly above the light receiving portion PR and the first wiring WR1 located directly above the heater HT1 are shown. The first wiring WR1 on the light receiving portion PR is electrically connected to the light receiving portion PR via the first vias Via1. The first wiring WR1 on the heater HT1 is electrically connected to the end portion of the heater HT1. The first wiring WR1 may have a known configuration used as a wiring in semiconductor technology. Examples of the first wiring WR1 include an aluminum wiring in which a titanium layer, a titanium nitride layer, an aluminum layer, a titanium nitride layer, and a titanium layer are stacked in this order. Also, instead of the aluminum layer, a copper layer or a tungsten layer may be used. In the first embodiment, the first wiring WR1 is the aluminum wiring described above.

第3層間絶縁層IL3は、第1配線WR1を覆うように、第2層間絶縁層IL2上に形成されている。第3層間絶縁層IL3を構成する材料の例は、第1層間絶縁層IL1と同様である。第3層間絶縁層IL3の厚さは、例えば、0.8μm以上かつ1.2μm以下である。第3層間絶縁層IL3には、第2貫通孔CT2が形成されている。第2貫通孔CT2は、第3層間絶縁層IL3の厚さ方向に沿って、第1配線WR1に達するように形成されている。 The third interlayer insulating layer IL3 is formed on the second interlayer insulating layer IL2 so as to cover the first wiring WR1. An example of the material forming the third interlayer insulating layer IL3 is the same as that of the first interlayer insulating layer IL1. The thickness of the third interlayer insulating layer IL3 is, for example, 0.8 μm or more and 1.2 μm or less. A second through hole CT2 is formed in the third interlayer insulating layer IL3. The second through hole CT2 is formed so as to reach the first wiring WR1 along the thickness direction of the third interlayer insulating layer IL3.

第2ビアVia2は、第1配線WR1および第2配線WR2を互いに電気的に接続している。第2ビアVia2は、第3層間絶縁層IL3の厚さ方向に沿って、第1配線WR1に達するように形成されている。第2ビアVia2は、第2貫通孔CT2に埋め込まれた導電膜で構成されている。第2ビアVia2についても、半導体技術においてビアとして採用されている公知の構成が採用され得る。第2ビアVia2の材料の例には、アルミニウム(Al)およびタングステン(W)が含まれる。 The second via Via2 electrically connects the first wiring WR1 and the second wiring WR2 to each other. The second via Via2 is formed to reach the first wiring WR1 along the thickness direction of the third interlayer insulating layer IL3. The second via Via2 is composed of a conductive film embedded in the second through hole CT2. A well-known configuration adopted as a via in the semiconductor technology can also be adopted for the second via Via2. Examples of the material of the second via Via2 include aluminum (Al) and tungsten (W).

第2配線WR2は、第3層間絶縁層IL3上に形成されている。第2配線WR2は、第2ビアVia2を介して第1配線WR1に電気的に接続されている。第2配線WR2についても、半導体技術において配線として採用されている公知の構成が採用され得る。第2配線WR2の材料の例は、第1配線WR1と同様である。 The second wiring WR2 is formed on the third interlayer insulating layer IL3. The second wiring WR2 is electrically connected to the first wiring WR1 via the second vias Via2. The second wiring WR2 may also have a known configuration used as a wiring in semiconductor technology. An example of the material of the second wiring WR2 is the same as that of the first wiring WR1.

保護膜PFは、第2配線WR2を覆うように第3層間絶縁層IL3上に形成されている。保護膜PFには、第2配線WR2を外部に露出するパッド開口部POPが形成されている。保護膜PFは、半導体装置SD1を保護することができればよい。保護膜PFの材料の例には、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンおよびPhospho Silicate Glass(PSG)が含まれる。保護膜PFの厚さは、例えば、0.3μm以上かつ0.7μm以下である。保護膜PFに形成されたパッド開口部POPの内部には、第2配線WR2の一部が露出している。第2配線WR2の露出した部分は、例えば、ボンディングワイヤのような外部配線と接続されるためのパッド部を構成する。 The protective film PF is formed on the third interlayer insulating layer IL3 so as to cover the second wiring WR2. A pad opening POP that exposes the second wiring WR2 to the outside is formed in the protective film PF. The protective film PF has only to protect the semiconductor device SD1. Examples of the material of the protective film PF include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, and Phospho Silicate Glass (PSG). The thickness of the protective film PF is, for example, 0.3 μm or more and 0.7 μm or less. A part of the second wiring WR2 is exposed inside the pad opening POP formed in the protective film PF. The exposed portion of the second wiring WR2 constitutes a pad portion for connecting to an external wiring such as a bonding wire.

(半導体装置の製造方法)
次いで、実施の形態1に係る半導体装置SD1の製造方法の一例について説明する。図6〜図31は、半導体装置SD1の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。ここで、図6、図8、図10、図12、図14、図16、図18、図20、図22、図24、図26、図28および図30は、図4に相当する要部断面図である。図7、図9、図11、図13、図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29および図31は、図5に相当する要部断面図である。
(Method of manufacturing semiconductor device)
Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor device SD1 according to the first embodiment will be described. 6 to 31 are main-portion cross-sectional views showing an example of steps included in the method for manufacturing the semiconductor device SD1. 6, FIG. 8, FIG. 10, FIG. 12, FIG. 14, FIG. 16, FIG. 18, FIG. 20, FIG. 22, FIG. 24, FIG. 26, FIG. 28, and FIG. FIG. 7, FIG. 11, FIG. 11, FIG. 13, FIG. 15, FIG. 17, FIG. 19, FIG. 21, FIG. 23, FIG. 25, FIG. is there.

(1)半導体ウェハSWを準備する工程
まず、図6および図7に示されるように、基板SUBと、基板SUB上に形成された第1絶縁層CLと、絶縁層CL上に形成された半導体層SLと、を有する半導体ウェハSWを準備する。半導体ウェハSWは、製造されてもよいし、市販品として購入されてもよい。
(1) Step of Preparing Semiconductor Wafer SW First, as shown in FIGS. 6 and 7, the substrate SUB, the first insulating layer CL formed on the substrate SUB, and the semiconductor formed on the insulating layer CL. A semiconductor wafer SW having a layer SL is prepared. The semiconductor wafer SW may be manufactured or may be purchased as a commercial product.

半導体ウェハSWは、例えば、Silicon On Insulator(SOI)基板である。SOI基板の製造方法としては、SOI基板の製造方法として公知の製造方法から適宜選択され得る。SOI基板の製造方法の例には、Separation by Implantation of Oxygen(SIMOX)法およびスマートカット法が含まれる。 The semiconductor wafer SW is, for example, a Silicon On Insulator (SOI) substrate. The method for manufacturing the SOI substrate can be appropriately selected from known manufacturing methods for manufacturing SOI substrates. Examples of the method for manufacturing an SOI substrate include the Separation by Implantation of Oxygen (SIMOX) method and the smart cut method.

基板SUBの材料の例は、前述の通りである。基板SUBの厚さは、例えば、700〜900μmである。第1絶縁層CLの材料および厚さの例は、前述の通りである。半導体層SLの材料の例には、シリコンおよびゲルマニウムが含まれる。半導体層SLの材料の結晶構造は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。 Examples of the material of the substrate SUB are as described above. The thickness of the substrate SUB is, for example, 700 to 900 μm. Examples of the material and thickness of the first insulating layer CL are as described above. Examples of the material of the semiconductor layer SL include silicon and germanium. The crystal structure of the material of the semiconductor layer SL may be single crystal or polycrystal.

次いで、図8および図9に示されるように、準備した半導体ウェハSWの半導体層SLを加工して、光導波路OW1、OW2と、受光部PRにおけるp型半導体部PRpと、を形成する。たとえば、光導波路OW1、OW2は、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、半導体層SLをパターニングすることで形成され得る。たとえば、p型半導体部PRpは、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、半導体層SLをパターニングした後、p型不純物をイオン注入することで形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 8 and 9, the semiconductor layer SL of the prepared semiconductor wafer SW is processed to form the optical waveguides OW1 and OW2 and the p-type semiconductor portion PRp in the light receiving portion PR. For example, the optical waveguides OW1 and OW2 can be formed by patterning the semiconductor layer SL by a known photolithography technique and etching technique. For example, the p-type semiconductor portion PRp can be formed by patterning the semiconductor layer SL by a well-known photolithography technique and etching technique, and then performing ion implantation of p-type impurities.

次いで、図10および図11に示されるように、p型半導体部PRp上に受光部PRにおけるn型半導体部PRnを形成する。たとえば、n型半導体部PRnは、p型半導体部PRp上に選択エピタキシャル成長法によって形成され得る。n型半導体部PRnをp型半導体部PRp上にのみ形成する観点から、p型半導体部PRp上に開口部を有する絶縁層をあらかじめ形成しておいてもよい。また、n型半導体部PRnに含まれるn型不純物は、選択エピタキシャル成長法によってi型半導体層を形成した後に、イオン注入により当該i型半導体層に導入されてもよいし、選択エピタキシャル成長の過程において導入されてもよい。 Next, as shown in FIGS. 10 and 11, the n-type semiconductor portion PRn in the light receiving portion PR is formed on the p-type semiconductor portion PRp. For example, the n-type semiconductor portion PRn can be formed on the p-type semiconductor portion PRp by the selective epitaxial growth method. From the viewpoint of forming the n-type semiconductor portion PRn only on the p-type semiconductor portion PRp, an insulating layer having an opening may be previously formed on the p-type semiconductor portion PRp. The n-type impurity contained in the n-type semiconductor portion PRn may be introduced into the i-type semiconductor layer by ion implantation after the i-type semiconductor layer is formed by the selective epitaxial growth method, or may be introduced in the process of the selective epitaxial growth. May be done.

次いで、図12および図13に示されるように、光導波路OW1、OW2および受光部PRを覆うように、第1絶縁層CL上に第1層間絶縁層IL1を形成する。たとえば、第1層間絶縁層IL1は、Chemical Vapor Deposition(CVD)法によって形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 12 and 13, a first interlayer insulating layer IL1 is formed on the first insulating layer CL so as to cover the optical waveguides OW1 and OW2 and the light receiving portion PR. For example, the first interlayer insulating layer IL1 can be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.

次いで、図14および図15に示されるように、第1層間絶縁層IL1上に第2絶縁層STPを形成する。たとえば、第2絶縁層STPは、Chemical Vapor Deposition(CVD)法によって形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 14 and 15, the second insulating layer STP is formed on the first interlayer insulating layer IL1. For example, the second insulating layer STP can be formed by the Chemical Vapor Deposition (CVD) method.

次いで、図16および図17に示されるように、第2絶縁層STP上に第2層間絶縁層IL2を形成する。たとえば、第2層間絶縁層IL2は、CVD法によって絶縁層を形成した後、Chemical mechanical polishing(CMP)法によって当該絶縁層を平坦化することで形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 16 and 17, the second interlayer insulating layer IL2 is formed on the second insulating layer STP. For example, the second interlayer insulating layer IL2 can be formed by forming an insulating layer by a CVD method and then planarizing the insulating layer by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

次いで、第1ビアVia1およびヒータHT1を形成する。図18〜図21を用いて、第1ビアVia1およびヒータHT1を形成する方法の一例についてそれぞれ説明する。 Next, the first via Via1 and the heater HT1 are formed. An example of a method of forming the first via Via1 and the heater HT1 will be described with reference to FIGS.

まず、第1ビアVia1の形成方法の一例について説明する。たとえば、図19に示されるように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、第1層間絶縁層IL1、第2絶縁層STPおよび第2層間絶縁層IL2に対して、受光部PRに達するビア用の第1貫通孔CT1を形成する。次いで、図21に示されるように、CVD法によって第1貫通孔CT1を埋めるように導電膜を形成した後に、CMP法によって第1貫通孔CT1の外部に形成された上記導電膜を除去する。以上より、第1ビアVia1が形成され得る。 First, an example of a method of forming the first via Via1 will be described. For example, as shown in FIG. 19, for vias reaching the light receiving portion PR with respect to the first interlayer insulating layer IL1, the second insulating layer STP, and the second interlayer insulating layer IL2 by known photolithography technology and etching technology. To form the first through hole CT1. Next, as shown in FIG. 21, a conductive film is formed by the CVD method so as to fill the first through hole CT1, and then the conductive film formed outside the first through hole CT1 is removed by the CMP method. As described above, the first via Via1 can be formed.

ヒータHT1の形成方法の一例について説明する。たとえば、図18および図19に示されるように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、第1層間絶縁層IL1に溝部GPを形成する。次いで、図20および図21に示されるように、スパッタ法によって溝部GPの内面上にバリア膜BFを形成し、CVD法によって溝部GPを埋めるように導電膜を形成した後に、CMP法によって溝部GPの外部に形成された上記導電膜を除去する。以上より、ヒータHT1が形成され得る。 An example of a method of forming the heater HT1 will be described. For example, as shown in FIGS. 18 and 19, a groove portion GP is formed in first interlayer insulating layer IL1 by a known photolithography technique and etching technique. Next, as shown in FIGS. 20 and 21, a barrier film BF is formed on the inner surface of the groove portion GP by a sputtering method, a conductive film is formed by the CVD method so as to fill the groove portion GP, and then the groove portion GP is formed by a CMP method. The conductive film formed on the outside of the substrate is removed. From the above, the heater HT1 can be formed.

なお、第1ビアVia1およびヒータHT1は、同一の工程において同じタイミングで形成されてもよいし、別々の工程において異なるタイミングで形成されてもよい。 The first vias Via1 and the heater HT1 may be formed in the same process at the same timing, or may be formed in different processes at different timings.

次いで、図23に示されるように、ヒータHT1上および第2層間絶縁層IL2上に第1配線WR1を形成する。実施の形態1では、第1ビアVia1に電気的に接続された第1配線WR1と、ヒータHT1に電気的に接続された第1配線WR1と、を形成する。たとえば、第1配線WR1は、スパッタリング法によって、ヒータHT1上および第2層間絶縁層IL2上に導電膜を形成した後に、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、当該導電膜を所望のパターンに加工することによって形成され得る。 Next, as shown in FIG. 23, the first wiring WR1 is formed over the heater HT1 and the second interlayer insulating layer IL2. In the first embodiment, the first wiring WR1 electrically connected to the first via Via1 and the first wiring WR1 electrically connected to the heater HT1 are formed. For example, for the first wiring WR1, after forming a conductive film on the heater HT1 and the second interlayer insulating layer IL2 by a sputtering method, the conductive film is processed into a desired pattern by a known photolithography technique and etching technique. Can be formed by

次いで、図24および図25に示されるように、第2層間絶縁層IL2上に第3層間絶縁層IL3を形成する。たとえば、第3層間絶縁層IL3は、CVD法によって形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 24 and 25, a third interlayer insulating layer IL3 is formed on the second interlayer insulating layer IL2. For example, the third interlayer insulating layer IL3 can be formed by the CVD method.

次いで、図27に示されるように、第3層間絶縁層IL3の内部に第2ビアVia2を形成する。たとえば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、第3層間絶縁層IL3に対して、第1配線WR1に達するビア用の第2貫通孔CT2を形成する。次いで、例えば、CVD法によって第2貫通孔CT2を埋めるように導電膜を形成した後に、CMP法によって第2貫通孔CT2の外部に形成された上記導電膜を除去する。以上より、第2ビアVia2が形成され得る。 Next, as shown in FIG. 27, a second via Via2 is formed inside the third interlayer insulating layer IL3. For example, the second through hole CT2 for a via reaching the first wiring WR1 is formed in the third interlayer insulating layer IL3 by a known photolithography technique and etching technique. Next, for example, a conductive film is formed by the CVD method so as to fill the second through hole CT2, and then the conductive film formed outside the second through hole CT2 is removed by the CMP method. From the above, the second via Via2 can be formed.

次いで、図28および図29に示されるように、第3層間絶縁層IL3上に第2配線WR2を形成する。実施の形態1では、図29に示されるように、第2ビアVia2に電気的に接続された第2配線WR2を形成する。たとえば、第2配線WR2は、スパッタリング法によって、第3層間絶縁層IL3上に導電膜を形成した後に、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、当該導電膜を所望のパターンに加工することによって形成され得る。 Next, as shown in FIGS. 28 and 29, the second wiring WR2 is formed on the third interlayer insulating layer IL3. In the first embodiment, as shown in FIG. 29, the second wiring WR2 electrically connected to the second via Via2 is formed. For example, the second wiring WR2 is formed by forming a conductive film on the third interlayer insulating layer IL3 by a sputtering method and then processing the conductive film into a desired pattern by a known photolithography technique and etching technique. Can be done.

次いで、図30および図31に示されるように、第3層間絶縁層IL3上に保護膜PFを形成する。たとえば、保護膜PFは、スパッタリング法によって形成され得る。次いで、図31に示されるように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、第2配線WR2の一部(パッド部)を露出するパッド開口部POPを保護膜PFに形成する。 Next, as shown in FIGS. 30 and 31, a protective film PF is formed on the third interlayer insulating layer IL3. For example, the protective film PF can be formed by a sputtering method. Next, as shown in FIG. 31, a pad opening POP exposing a part (pad portion) of the second wiring WR2 is formed in the protective film PF by a known photolithography technique and etching technique.

最後に、半導体ウェハSWをダイシングすることによって、個片化された複数の半導体装置SD1が得られる。 Finally, the semiconductor wafer SW is diced to obtain a plurality of individual semiconductor devices SD1.

以上の製造方法により、実施の形態1に係る半導体装置SD1を製造することができる。なお、半導体装置SD1の製造方法は、必要に応じて、他の工程をさらに含んでいてもよい。たとえば、他の工程の例には、光源としてレーザダイオードを配置する工程、光変調部を形成する工程、スポットサイズコンバータを形成する工程が含まれる。 The semiconductor device SD1 according to the first embodiment can be manufactured by the above manufacturing method. The method for manufacturing the semiconductor device SD1 may further include other steps, if necessary. For example, examples of other steps include a step of arranging a laser diode as a light source, a step of forming a light modulator, and a step of forming a spot size converter.

(効果)
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置SD1は、平面視において光導波路OW2を横切るように形成された第1延在部EXP1および第2延在部EXP2を含むヒータHT1を有する。ヒータHT1における熱容量や抵抗値などのヒータ特性は、フィンガー長Lやフィンガー間隔P、幅W、厚さTなどのパラメータに応じて調整され得る。すなわち、実施の形態1では、ヒータHT1の用途に合わせて所望の熱容量および抵抗値を実現することができる。たとえば、併用型光変調部において、ヒータHT1が、光導波路OW2を常時加熱する用途で用いられる場合には、ヒータHT1の熱容量を大きくすることによって、ヒータHT1からの熱の供給を安定化させることができる。
(effect)
As described above, the semiconductor device SD1 according to the first embodiment has the heater HT1 including the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2 formed so as to cross the optical waveguide OW2 in a plan view. Heater characteristics such as heat capacity and resistance value of the heater HT1 can be adjusted according to parameters such as the finger length L, the finger interval P, the width W, and the thickness T. That is, in the first embodiment, a desired heat capacity and resistance value can be realized according to the application of the heater HT1. For example, in the combined light modulator, when the heater HT1 is used for the purpose of constantly heating the optical waveguide OW2, the heat supply from the heater HT1 is stabilized by increasing the heat capacity of the heater HT1. You can

ここで、実施の形態1に係る半導体装置SD1の他の特徴について説明する観点から、平面視形状が矩形状であるヒータHT’を有する半導体装置SD’(以下、「比較例に係る半導体装置」ともいう)について説明する。 Here, from the viewpoint of describing other characteristics of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment, a semiconductor device SD′ having a heater HT′ having a rectangular planar shape (hereinafter, “semiconductor device according to comparative example”). (Also called).

図32〜図34は、比較例に係る半導体装置SD’の構成の一例を示す模式図である。図32は、半導体装置SD’の要部平面図である。また、図33は、図32中のA−A線における半導体装置SD’の断面図であり、図34は、図32中のB−B線における半導体装置SD’の断面図である。なお、図32では、多層配線層MWLの一部を省略している。比較例において、光変調部には、LMの参照符号が付加されている。 32 to 34 are schematic diagrams showing an example of the configuration of a semiconductor device SD' according to a comparative example. FIG. 32 is a plan view of an essential part of the semiconductor device SD'. 33 is a sectional view of the semiconductor device SD' taken along the line AA in FIG. 32, and FIG. 34 is a sectional view of the semiconductor device SD' taken along the line BB in FIG. Note that in FIG. 32, a part of the multilayer wiring layer MWL is omitted. In the comparative example, an LM reference code is added to the light modulator.

比較例に係る半導体装置SD’におけるヒータHT’の平面視形状は、矩形状である。ヒータHT’は、第1層間絶縁層IL1’上に形成されている。比較例に係る半導体装置SD’では、ヒータHT’の形成面である第1層間絶縁層IL1’の上面は、ヒータHT’の形成前にあらかじめCMP法による平坦化処理が行われる。平坦化処理工程において、受光部PRへのダメージを回避する観点から、第1層間絶縁層IL1’の厚さ方向において、第1層間絶縁層IL1’の上面(ヒータHT’の形成面)を受光部PRからある程度、離間させる必要がある。このため、ヒータHT’は、光導波路OW2の近くに形成することが困難となる。仮に、ヒータHT’を光導波路OW2の近くに形成できたとしても、平面視において、ヒータHT’と光導波路OW2との重なり部分が大きい(図32参照)。このため、光導波路OW2からの漏れ光が、ヒータHT’によって散乱される割合も大きくなる。 The heater HT' in the semiconductor device SD' according to the comparative example has a rectangular shape in plan view. The heater HT' is formed on the first interlayer insulating layer IL1'. In the semiconductor device SD′ according to the comparative example, the upper surface of the first interlayer insulating layer IL1′, which is the surface on which the heater HT′ is formed, is previously subjected to the planarization process by the CMP method before the heater HT′ is formed. In the flattening process, from the viewpoint of avoiding damage to the light receiving portion PR, the upper surface of the first interlayer insulating layer IL1′ (the surface where the heater HT′ is formed) is received in the thickness direction of the first interlayer insulating layer IL1′. It is necessary to separate from the part PR to some extent. Therefore, it is difficult to form the heater HT' near the optical waveguide OW2. Even if the heater HT' can be formed near the optical waveguide OW2, the overlapping portion of the heater HT' and the optical waveguide OW2 is large in plan view (see FIG. 32). Therefore, the ratio of the leaked light from the optical waveguide OW2 scattered by the heater HT' also increases.

これに対して、実施の形態1に係るヒータHT1は、第2層間絶縁層IL2に形成された溝部GPの内部に形成されているため、ヒータHT1および光導波路OW2の間隔を小さくすることができる。これにより、光導波路OW2がヒータHT1によって効率的に加熱され得るため、ヒータHT1の応答速度(光変調部LM1のスイッチング速度)を高めることができる。また、実施の形態1に係るヒータHT1は、平面視において光導波路OW2との重なり部分が小さい。結果として、光導波路OW2からの漏れ光が、ヒータHT1によって散乱されるのを抑制することができる。以上のように、比較例に係る半導体装置SD’と比較して、実施の形態に係る半導体装置SD1では、ヒータHT1を光導波路OW2のより近い位置に形成することができ、かつヒータHT1および光導波路OW2の間隔が小さくても、光導波路OW2からの漏れ光のヒータHT1による散乱量を小さくすることができる。 On the other hand, since the heater HT1 according to the first embodiment is formed inside the groove portion GP formed in the second interlayer insulating layer IL2, the distance between the heater HT1 and the optical waveguide OW2 can be reduced. . As a result, the optical waveguide OW2 can be efficiently heated by the heater HT1, so that the response speed of the heater HT1 (switching speed of the light modulator LM1) can be increased. Further, the heater HT1 according to the first embodiment has a small overlapping portion with the optical waveguide OW2 in a plan view. As a result, it is possible to suppress the leakage light from the optical waveguide OW2 from being scattered by the heater HT1. As described above, as compared with the semiconductor device SD′ according to the comparative example, in the semiconductor device SD1 according to the embodiment, the heater HT1 can be formed closer to the optical waveguide OW2, and the heater HT1 and the optical device Even if the space between the waveguides OW2 is small, the amount of leaked light from the optical waveguide OW2 scattered by the heater HT1 can be reduced.

[変形例1]
図35は、実施の形態1の変形例1に係る半導体装置の構成の一例を示す部分拡大断面図である。
[Modification 1]
FIG. 35 is a partial enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment.

図35に示されるように、変形例1に係る半導体装置では、ヒータMHT1の末端部EXT1の第1幅W1は、末端部EXT1の間に位置する部分の第2幅W2より大きい。第1幅W1が第2幅W2より大きいことは、ヒータMHT1の厚さ方向における電位差を緩和する観点から好ましい。たとえば、第2幅W2に対する第1幅W1の比は、2以上かつ4以下である。 As shown in FIG. 35, in the semiconductor device according to Modification 1, the first width W1 of the end portion EXT1 of the heater MHT1 is larger than the second width W2 of the portion located between the end portions EXT1. It is preferable that the first width W1 is larger than the second width W2 from the viewpoint of reducing the potential difference in the thickness direction of the heater MHT1. For example, the ratio of the first width W1 to the second width W2 is 2 or more and 4 or less.

[変形例2]
図36は、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置の構成の一例を示す部分拡大断面図である。
[Modification 2]
FIG. 36 is a partial enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment.

図36に示されるように、変形例2に係る半導体装置では、ヒータMHT2の末端部EXT2は、スリットが形成されている。これにより、変形例2に係る半導体装置は、変形例1に係る半導体装置と同様の効果を奏することができるとともに、ヒータMHT2の末端部EXT2において、ヒータMHT2を構成する材料が、溝部GPの内部に埋め込み易くなる。 As shown in FIG. 36, in the semiconductor device according to the second modification, a slit is formed at the end portion EXT2 of the heater MHT2. As a result, the semiconductor device according to Modification 2 can achieve the same effect as the semiconductor device according to Modification 1, and in the end portion EXT2 of the heater MHT2, the material forming the heater MHT2 is inside the groove portion GP. It becomes easy to embed in.

[実施の形態2]
実施の形態2に係る半導体装置SD2では、ヒータHT2における第1延在部EXP1および第2延在部EXP2は、別体として形成されており、第1配線WR1で構成される接続部CNP2を介して電気的に接続されている。
[Embodiment 2]
In the semiconductor device SD2 according to the second embodiment, the first extension part EXP1 and the second extension part EXP2 in the heater HT2 are formed as separate bodies, and via the connection part CNP2 formed by the first wiring WR1. Are electrically connected.

実施の形態2に係る光電気混載装置LE2は、半導体装置SD2の構成のみが実施の形態1に係る光電気混載装置LE1と異なる(図1参照)。実施の形態2に係る半導体装置SD2は、ヒータHT2の構成について、実施の形態1に係る半導体装置SD1と異なる。そこで、実施の形態1に係る半導体装置SD1と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。 The opto-electric hybrid device LE2 according to the second embodiment differs from the opto-electric hybrid device LE1 according to the first embodiment only in the configuration of the semiconductor device SD2 (see FIG. 1). The semiconductor device SD2 according to the second embodiment differs from the semiconductor device SD1 according to the first embodiment in the configuration of the heater HT2. Therefore, the same components as those of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図37〜図40は、実施の形態2に係る半導体装置SD2の構成の一例を示す模式図である。図37は、半導体装置SD2の要部平面図であり、図38は、図37に示される一点鎖線で囲まれた領域の部分拡大図である。また、図39は、図37中のA−A線における半導体装置SD2の断面図であり、図40は、図37中のB−B線における半導体装置SD2の断面図である。なお、図37および図38では、多層配線層MWLの一部を省略している。 37 to 40 are schematic diagrams showing an example of the configuration of the semiconductor device SD2 according to the second embodiment. 37 is a plan view of relevant parts of the semiconductor device SD2, and FIG. 38 is a partially enlarged view of a region surrounded by a chain line shown in FIG. 39 is a sectional view of the semiconductor device SD2 taken along the line AA in FIG. 37, and FIG. 40 is a sectional view of the semiconductor device SD2 taken along the line BB in FIG. Note that, in FIGS. 37 and 38, a part of the multilayer wiring layer MWL is omitted.

図37〜図40に示されるように、半導体装置SD2は、基板SUB、第1絶縁層CL、光変調部LM2、受光部PR、多層配線層MWLを有する。詳細については、後述するが、実施の形態2に係る光変調部LM2は、光導波路OW1、OW2およびヒータHT2を有する。 As shown in FIGS. 37 to 40, the semiconductor device SD2 has a substrate SUB, a first insulating layer CL, a light modulation section LM2, a light receiving section PR, and a multilayer wiring layer MWL. Although details will be described later, the light modulation unit LM2 according to the second embodiment has optical waveguides OW1 and OW2 and a heater HT2.

ヒータHT2は、3つの第1延在部EXP1、2つの第2延在部EXP2および4つの接続部CNP2を有する。実施の形態2では、第1延在部EXP1および第2延在部EXP2は、互いに別体として形成されている。 The heater HT2 has three first extending portions EXP1, two second extending portions EXP2 and four connecting portions CNP2. In the second embodiment, the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2 are formed as separate bodies.

接続部CNP2は、第1延在部EXP1および第2延在部EXP2を互いに電気的に接続している。接続部CNP2は、第1配線WR1の一部で構成されている。接続部CNP2は、光導波路OW2の延在方向に沿うように形成されている。接続部CNP2の形状は、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。接続部CNP2の形状の例には、直線形状、曲線形状および折れ線形状が含まれる。実施の形態2では、接続部CNP2の形状は、直線形状である。 The connecting portion CNP2 electrically connects the first extending portion EXP1 and the second extending portion EXP2 to each other. The connection portion CNP2 is configured by a part of the first wiring WR1. The connection portion CNP2 is formed along the extending direction of the optical waveguide OW2. The shape of the connecting portion CNP2 is not particularly limited as long as the above function can be exhibited. Examples of the shape of the connection portion CNP2 include a linear shape, a curved shape, and a polygonal line shape. In the second embodiment, the connecting portion CNP2 has a linear shape.

実施の形態2に係る半導体装置SD2は、接続部CNP2を第1配線WR1で構成する点を除いて、実施の形態1に係る半導体装置SD1の製造方法と同様に製造され得る。 The semiconductor device SD2 according to the second embodiment can be manufactured in the same manner as the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the first embodiment, except that the connection portion CNP2 is formed by the first wiring WR1.

(効果)
実施の形態2に係る半導体装置SD2も、実施の形態1に係る半導体装置SD1と同様の効果を奏する。実施の形態2に係る半導体装置SD2は、接続部CNP2のサイズに応じてヒータHT2の熱容量を調整できるため、第1延在部EXP1および第2延在部EXP2の材料(抵抗値)、配置、サイズおよび形状を変えずにヒータHT2の熱容量を微調整できる。
(effect)
The semiconductor device SD2 according to the second embodiment also has the same effect as the semiconductor device SD1 according to the first embodiment. In the semiconductor device SD2 according to the second embodiment, since the heat capacity of the heater HT2 can be adjusted according to the size of the connection portion CNP2, the material (resistance value), arrangement, and the like of the first extension portion EXP1 and the second extension portion EXP2 The heat capacity of the heater HT2 can be finely adjusted without changing the size and shape.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更され得る。たとえば、上記実施の形態では、多層配線層に含まれる配線層が二層である場合について説明したが、多層配線層を構成する配線層の数は、3つ以上であってもよい。また、上記実施の形態では、ヒータHT1、HT2が、光導波路OW2の直上にのみ形成されている態様について説明したが、ヒータは、光導波路OW1および光導波路OW2の両方の直上に形成されていてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in the above embodiment, the case where the wiring layer included in the multilayer wiring layer is two layers has been described, but the number of wiring layers forming the multilayer wiring layer may be three or more. In the above embodiment, the heaters HT1 and HT2 are described as being formed directly above the optical waveguide OW2, but the heater is formed directly above both the optical waveguide OW1 and the optical waveguide OW2. Good.

また、多層配線層MWLは、第2絶縁層STPを有していなくてもよい。この場合、所望の深さを有する溝部GPは、エッチング時間などのエッチング条件を調整することにより形成され得る。 Further, the multilayer wiring layer MWL may not have the second insulating layer STP. In this case, the groove portion GP having a desired depth can be formed by adjusting etching conditions such as etching time.

また、特定の数値例について記載した場合であっても、理論的に明らかにその数値に限定される場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値であってもよい。また、成分については、「Aを主要な成分として含むB」などの意味であり、他の成分を含む態様を排除するものではない。 Further, even when a specific numerical example is described, it may be a numerical value exceeding the specific numerical value or less than the specific numerical value unless theoretically limited to the numerical value. It may be a numerical value. In addition, the term “component” means “B containing A as a main component” and the like, and does not exclude an aspect including other components.

BF バリア膜
CF 導電膜
CL 第1絶縁層
CNP1、CNP2 接続部
CP ICチップ
CT1 第1貫通孔
CT2 第2貫通孔
EC1 第1電子回路
EC2 第2電子回路
EC3 第3電子回路
EXP1 第1延在部
EXP2 第2延在部
GP 溝部
HT1、HT2、HT’ ヒータ
IL1、IL1’ 第1層間絶縁層
IL2 第2層間絶縁層
IL3 第3層間絶縁層
LE1、LE2 光電気混載装置
LM1、LM2 光変調部
LO 光出力部
MWL 多層配線層
OW、OW1、OW2、Lin、Lout 光導波路
POP パッド開口部
PR 受光部
PRn n型半導体部
PRp p型半導体部
SD1、SD2、SD’ 半導体装置
SL 半導体層
STP 第2絶縁層
SUB 基板
SW 半導体ウェハ
Via1 第1ビア
Via2 第2ビア
WR1 第1配線
WR2 第2配線
BF Barrier film CF Conductive film CL First insulating layer CNP1, CNP2 Connection part CP IC chip CT1 First through hole CT2 Second through hole EC1 First electronic circuit EC2 Second electronic circuit EC3 Third electronic circuit EXP1 First extended part EXP2 2nd extension part GP Groove part HT1, HT2, HT' Heater IL1, IL1' 1st interlayer insulation layer IL2 2nd interlayer insulation layer IL3 3rd interlayer insulation layer LE1, LE2 Opto-electric hybrid device LM1, LM2 Light modulation part LO Light output part MWL Multi-layer wiring layer OW, OW1, OW2, Lin, Lout Optical waveguide POP Pad opening PR Light receiving part PRn n-type semiconductor part PRp p-type semiconductor part SD1, SD2, SD' Semiconductor device SL Semiconductor layer STP Second insulation Layer SUB Substrate SW Semiconductor Wafer Via1 First Via Via2 Second Via WR1 First Wiring WR2 Second Wiring

Claims (18)

第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成された光導波路と、
前記第1絶縁層上に形成された、溝を有する第2絶縁層と、
前記光導波路から離間するように前記溝内に形成されたヒータと、
を有し、
前記ヒータは、
平面視において、前記光導波路を横切るように形成された第1延在部と、
平面視において、前記第1延在部と並列するように形成された第2延在部と、
前記第1延在部および前記第2延在部を電気的に接続している接続部と、
を有する、半導体装置。
A first insulating layer,
An optical waveguide formed on the first insulating layer,
A second insulating layer having a groove formed on the first insulating layer;
A heater formed in the groove so as to be separated from the optical waveguide,
Have
The heater is
A first extending portion formed so as to cross the optical waveguide in a plan view,
A second extending portion formed in parallel with the first extending portion in a plan view,
A connecting portion electrically connecting the first extending portion and the second extending portion,
A semiconductor device having:
前記第1延在部、前記第2延在部および前記接続部は、互いに一体として形成されている、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first extending portion, the second extending portion, and the connecting portion are integrally formed with each other. 前記ヒータは、導電膜を有し、
前記導電膜を構成する材料は、タングステン、銅、コバルト、ルテニウムおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれか一種である、請求項2に記載の半導体装置。
The heater has a conductive film,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the material forming the conductive film is any one selected from the group consisting of tungsten, copper, cobalt, ruthenium, and aluminum.
前記ヒータは、前記導電膜の底面および側面に直接接しているバリア膜をさらに有し、
前記バリア膜を構成する材料は、チタンまたは窒化チタンである、
請求項3に記載の半導体装置。
The heater further includes a barrier film that is in direct contact with the bottom surface and the side surface of the conductive film,
The material forming the barrier film is titanium or titanium nitride,
The semiconductor device according to claim 3.
前記ヒータの末端部に電気的に接続された配線をさらに有し、
前記配線を構成する材料は、銅またはアルミニウムである、
請求項1に記載の半導体装置。
Further comprising a wire electrically connected to the end of the heater,
The material forming the wiring is copper or aluminum,
The semiconductor device according to claim 1.
前記接続部は、配線により構成されており、
前記第1延在部および前記第2延在部は、互いに別体として形成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
The connection portion is configured by wiring,
The first extending portion and the second extending portion are formed separately from each other,
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1延在部および前記第2延在部は、それぞれ導電膜を有し、
前記導電膜を構成する材料は、タングステン、銅、コバルト、ルテニウムおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれか一種であり、
前記接続部を構成する材料は、銅またはアルミニウムであり、
請求項6に記載の半導体装置。
The first extending portion and the second extending portion each have a conductive film,
The material forming the conductive film is any one selected from the group consisting of tungsten, copper, cobalt, ruthenium and aluminum,
The material forming the connecting portion is copper or aluminum,
The semiconductor device according to claim 6.
前記第1延在部および前記第2延在部は、それぞれ、前記導電膜の底面および側面に直接接しているバリア膜をさらに有し、
前記バリア膜を構成する材料は、チタンまたは窒化チタンである、
請求項7に記載の半導体装置。
The first extending portion and the second extending portion each further include a barrier film that is in direct contact with the bottom surface and the side surface of the conductive film,
The material forming the barrier film is titanium or titanium nitride,
The semiconductor device according to claim 7.
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層の間に形成された第3絶縁層と、
前記第2絶縁層および前記第3絶縁層の間に形成された第4絶縁層と、
をさらに有し、
前記第4絶縁層を構成する材料は、前記第3絶縁層を構成する材料と異なる、
請求項1に記載の半導体装置。
A third insulating layer formed between the first insulating layer and the second insulating layer,
A fourth insulating layer formed between the second insulating layer and the third insulating layer,
Further has
The material forming the fourth insulating layer is different from the material forming the third insulating layer,
The semiconductor device according to claim 1.
前記第3絶縁層を構成する材料は、酸化シリコンであり、かつ、
前記第4絶縁層を構成する材料は、窒化シリコンである、
請求項9に記載の半導体装置。
The material forming the third insulating layer is silicon oxide, and
The material forming the fourth insulating layer is silicon nitride,
The semiconductor device according to claim 9.
前記第1延在部および前記第2延在部の間隔は、前記第1延在部の幅より大きい、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the first extending portion and the second extending portion is larger than a width of the first extending portion. 前記第1延在部および前記第2延在部の間隔は、前記第1延在部の幅より小さい、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the first extending portion and the second extending portion is smaller than a width of the first extending portion. 前記第1絶縁層上に形成され、かつ光電変換機能を有する受光部をさらに有し、
前記第2絶縁層の厚さ方向において、前記ヒータおよび前記第1絶縁層の間隔は、前記受光部の上面および前記第1絶縁層の間隔より小さい、
請求項1に記載の半導体装置。
Further comprising a light receiving portion formed on the first insulating layer and having a photoelectric conversion function,
In the thickness direction of the second insulating layer, the distance between the heater and the first insulating layer is smaller than the distance between the upper surface of the light receiving portion and the first insulating layer.
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1延在部の幅に対する前記第1延在部の厚さの比は、1以上かつ5以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the ratio of the thickness of the first extending portion to the width of the first extending portion is 1 or more and 5 or less. 前記第1延在部の厚さは、0.6μm以上かつ1.2μm以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the first extending portion is 0.6 μm or more and 1.2 μm or less. 前記光導波路の直上において、前記第1延在部および前記第2延在部の間隔は、0.6μm以上かつ3.0μm以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the first extending portion and the second extending portion is 0.6 μm or more and 3.0 μm or less immediately above the optical waveguide. 前記第1延在部の延在方向における前記ヒータの最大長さは、0.8μm以上かつ3.0μm以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the maximum length of the heater in the extending direction of the first extending portion is 0.8 μm or more and 3.0 μm or less. 前記第1延在部の幅は、0,3μm以上かつ0.5μm以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the first extending portion is 0.3 μm or more and 0.5 μm or less.
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