JP6295115B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この問題に対処すべく、非特許文献1ではコア層を覆うSiN膜を形成し、非特許文献2ではコア層の直上を覆うSiN膜及びSiON膜の2層膜を形成して、コア層内へのNiの拡散を防止する技術が開示されている。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1〜図3は、第1の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
SOI基板1は、Si基板1a上にSiO2層1bを介してSi層1cが形成されたものである。先ず、SOI基板1の表面(Si層1cの表面)に、CVD法により、ソースガスをSiH4(20%)/He+N2Oとして、温度800℃で20nm程度の厚みにSiO2を堆積する。堆積されたSiO2を、リソグラフィー及びRIEにより加工する。RIEのエッチング条件としては、エッチングガスをCF4ガスとし、圧力を100mTorr、投入パワーを150Wとする。以上により、Si層1c上のコア層形成部位を覆うキャップ層2が形成される。
レジストマスクは、薬液処理又はアッシング処理により除去される。
詳細には、コア層1Aを覆うように、CVD法により、ソースガスをSiH4(20%)/He+N2Oとして、温度800℃で300nm程度の厚みにSiO2を堆積する。堆積されたSiO2を、コア層1Aの両側面に250nm程度の幅で残るように、エッチングガスをCF4ガスとして、RIEによりエッチングする。エッチング条件としては、圧力を1.8Torr、投入パワーを150Wとする。以上により、コア層1Aの両側面にサイドウォール3が形成される。サイドウォール3は、RIEにより自己整合的に形成されるため、位置ズレの発生による幅の不均一が発生しない。また、サイドウォール3となるSiO2は、高温で成膜したものであるため、後述するクラッド層に用いられるTEOS又はSiO2よりも水素の少ない膜であり、後述する高温の活性化アニールにおいても膜剥がれが生じることはない。
詳細には、Si層1c上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、Si層1cにおけるコア層1Aの一方側を露出する開口11aを有するレジストマスク11が形成される。
レジストマスク11を用いて、開口11aから露出するコア層1Aの一方側の部位にP型不純物、例えばホウ素(B+)をイオン注入する。これにより、Si層1cにおけるコア層1Aの一方側にP型半導体領域4が形成される。
レジストマスク11は、薬液処理又はアッシング処理により除去される。
詳細には、Si層1cの全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、Si層1cにおけるコア層1Aの他方側を露出する開口12aを有するレジストマスク12が形成される。
レジストマスク12を用いて、開口12aから露出するコア層1Aの他方側の部位にN型不純物、例えばリン(P+)をイオン注入する。これにより、Si層1cにおけるコア層1Aの他方側にN型半導体領域5が形成される。
レジストマスク12は、薬液処理又はアッシング処理により除去される。
詳細には、コア層1Aをキャップ層2及びサイドウォール3を介して覆うように、クラッド材料として例えばTEOSをCVD法により堆積する。TEOSは、700nm程度〜1000nm程度の厚み、ここでは1000nm程度の厚みに堆積される。これにより、クラッド層6が形成される。コア層1A及びクラッド層6により、光導波路10が構成される。
詳細には、クラッド層6上に、スパッタ法等により高融点金属酸窒化膜を形成する。この高融点金属酸窒化膜の高融点金属としては、Ti,Hf,Ta,Mo,W等から選ばれた1種が用いられる。本実施形態では、高融点金属としてTiを用い、高融点金属酸窒化膜としてTiON膜7が形成される。TiON膜7は、例えば50nm程度の厚みに形成される。高融点金属としてHf,Ta,Mo,又はWを用いた場合には、高融点金属酸窒化膜はHfON,TaON,MoON,又はWONとなる。
詳細には、先ず、TiON膜7上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、TiON膜7におけるP型半導体領域4の上方及びN型半導体領域5の上方に相当する部位を露出する開口13aを有するレジストマスク13が形成される。
レジストマスク13は、薬液処理又はアッシング処理により除去される。
詳細には、先ず、スパッタ法等により、コンタクト孔8の底部で露出するP型半導体領域4の表面上及びN型半導体領域5の表面上を含む全面にシリサイド金属を成膜する。シリサイド金属としては、Ni,Co,Ti,W等から選ばれた1種が用いられる。本実施形態では、シリサイド金属としてNiを用い、20nm程度の厚みにNi膜14を成膜する。
詳細には、例えばH2SO4及びH2O2の混合液を用いて、TiON膜7上及びコンタクト孔8の底部に存する未反応のNi膜14を剥離して除去する。ここで、TiON膜7は除去されることなく残存する。TiON膜7は絶縁性であるため、TiON膜7が形成されている状態で後述のコンタクト電極を形成しても電極間の短絡等の問題が生じることはない。
詳細には、先ず、TiNを下地膜として、スパッタ法等によりコンタクト孔8を埋め込むように全面にTiN/Al(TiNが下層、Alが上層)を堆積する。
堆積されたTiN/Alを、リソグラフィー及びRIEにより電極形状に加工する。以上により、コンタクト孔8を電極材料で埋め込み、Niシリサイド15を介してP型半導体領域4又はN型半導体領域5と電気的に接続されてなるコンタクト電極9が形成される。
B点は、クラッド層の厚みを極めて薄くし(200nm程度以下の2種類)、シリサイド工程を行って作製した光半導体装置における光パワーを示す。B点の光半導体装置では、光パワーが小さく伝搬損失が極めて高い。
D点は、A点と同等の光パワーを示しており、B点及びC点に基づいてA点と同等の光パワーとして外挿したものである。シリサイド工程を行ってA点と同等の光パワーを得るには、1450nm程度の厚いクラッド層が必要であることが判る。
次いで、第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図5〜図6は、第2の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
詳細には、クラッド層6上に、スパッタ法等により高融点金属窒化膜を形成する。この高融点金属窒化膜の高融点金属としては、Ti,Hf,Ta,Mo,W等から選ばれた1種が用いられる。本実施形態では、高融点金属としてTiを用い、高融点金属窒化膜としてTiN膜21が形成される。TiN膜21は、例えば50nm程度の厚みに形成される。高融点金属としてHf,Ta,Mo,又はWを用いた場合には、高融点金属窒化膜はHfN,TaN,MoN,又はWNとなる。
詳細には、先ず、TiN膜21上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、TiN膜21におけるP型半導体領域4の上方及びN型半導体領域5の上方に相当する部位を露出する開口16aを有するレジストマスク16が形成される。
レジストマスク16は、薬液処理又はアッシング処理により除去される。
詳細には、先ず、スパッタ法等により、開口6aの底部で露出するP型半導体領域4の表面上及びN型半導体領域5の表面上を含む全面にシリサイド金属を成膜する。シリサイド金属としては、Ni,Co,Ti,W等から選ばれた1種が用いられる。本実施形態では、シリサイド金属としてNiを用い、20nm程度の厚みにNi膜14を成膜する。
詳細には、例えばH2SO4及びH2O2の混合液を用いて、TiN膜21上及び開口6aの底部に存する未反応のNi膜14を剥離して除去する。このとき、未反応のNi膜14と共にTiN膜21も除去される。TiN膜21は導電性であるため、TiN膜21が形成されている状態で後述のコンタクト電極を形成すれば電極間に短絡が生じるため、コンタクト電極の形成前にTiN膜21を除去する必要がある。本実施形態では、未反応のNi膜14と共にTiN膜21が除去されるため、工程数が削減される。
詳細には、先ず、TiNを下地膜として、スパッタ法等により開口6aを埋め込むように全面にTiN/Al(TiNが下層、Alが上層)を堆積する。
堆積されたTiN/Alを、リソグラフィー及びRIEにより電極形状に加工する。以上により、開口6aを電極材料で埋め込み、Niシリサイド15を介してP型半導体領域4又はN型半導体領域5と電気的に接続されてなるコンタクト電極9が形成される。
前記コア層の両側に半導体領域を形成する工程と、
前記コア層を覆うクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層上に、窒素を含有する高融点金属膜を形成する工程と、
前記窒素を含有する高融点金属膜を形成した後に、前記半導体領域上に金属を堆積する工程と、
前記半導体領域と、前記半導体領域の半導体と前記金属との化合物を介して電気的に接続される電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
前記コア層を覆うクラッド層と、
前記クラッド層上に形成された高融点金属酸窒化膜と、
前記コア層の両側に形成された半導体領域と、
前記半導体領域と、前記半導体領域の半導体と金属との化合物を介して電気的に接続された電極と
を含むことを特徴とする光半導体装置。
前記コア層を覆うクラッド層と、
前記コア層の両側に形成された半導体領域と、
前記半導体領域と、前記半導体領域の半導体と金属との化合物を介して電気的に接続された電極と
を含み、
前記クラッド層は、その前記コア層の直上における前記金属の原子の濃度が1.7×1018atoms/cm3よりも低値であることを特徴とする光半導体装置。
1a Si基板
1b SiO2層
1c Si層
1A コア層
2 キャップ層
3 サイドウォール
4 P型半導体領域
5 N型半導体領域
6 クラッド層
6a,7a,11a,12a,13a,16a,21a 開口
7 TiON膜
8 コンタクト孔
9 コンタクト電極
10 光導波路
11,12,13,16 レジストマスク
14 Ni膜
15 Niシリサイド
21 TiN膜
Claims (10)
- 中央部分に比べて両側部分が薄い形状のコア層を形成する工程と、
前記コア層の前記中央部分の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記コア層の前記両側部分の前記サイドウォールから露出する箇所に半導体領域を形成する工程と、
前記コア層を覆うクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層上に、窒素を含有する高融点金属膜を形成する工程と、
前記窒素を含有する高融点金属膜を形成した後に、前記半導体領域上に金属を堆積する工程と、
前記半導体領域と、前記半導体領域の半導体と前記金属との化合物を介して電気的に接続される電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記クラッド層は、その前記コア層の直上における前記金属の原子の濃度が1.7×1018atoms/cm3よりも低値であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記窒素を含有する高融点金属膜の高融点金属は、Ti,Hf,Ta,Mo,Wから選ばれた1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記窒素を含有する高融点金属膜は、酸窒化膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記化合物を形成した後に、前記窒素を含有する高融点金属膜を、その上に堆積した前記金属と共に除去することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記クラッド層は、700nm〜1000nmの範囲内の厚みに形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光半導体装置の製造方法。
- 中央部分に比べて両側部分が薄い形状のコア層と、
前記コア層の前記中央部分の両側面に形成されたサイドウォールと、
前記コア層を覆うクラッド層と、
前記クラッド層上に形成された高融点金属酸窒化膜と、
前記コア層の前記両側部分の前記サイドウォールの外側箇所に形成された半導体領域と、
前記半導体領域と、前記半導体領域の半導体と金属との化合物を介して電気的に接続された電極と
を含むことを特徴とする光半導体装置。 - 前記クラッド層は、その前記コア層の直上における前記金属の原子の濃度が1.7×1018atoms/cm3よりも低値であることを特徴とする請求項7に記載の光半導体装置。
- 前記高融点金属酸窒化膜の高融点金属は、Ti,Hf,Ta,Mo,Wから選ばれた1種であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光半導体装置。
- 前記クラッド層は、700nm〜1000nmの範囲内の厚みに形成されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の光半導体装置。
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