JP6545608B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図1に示す半導体装置は、光信号と電気信号との信号の変換を行う光電変換素子を有する半導体装置(光半導体装置)である。この光電変換素子によって、光信号が電気信号に変換される。例えば、光信号は、光導波路を通って、光電変換素子に到達し、光電変換された電気信号は、配線を通って伝送される。
光信号用伝送線路部PR1は、領域AR1に形成されている(図1)。この領域AR1には、光導波路WO1が形成されている。光導波路WO1は、半導体層L1に形成されている。
光変調部PR2は、領域AR2に形成されている(図1)。この領域AR2には、光の位相を変化させる素子が形成される。ここでは、一例としてpin構造の素子(光変調素子)について説明するが、これに限定されるものではない。
図1に示すように、領域AR3には、光電変換部PR3が形成されている。光電変換部PR3は、光信号を電気信号に変える。ここでは、一例としてpn接合構造の素子(フォトダイオード)について説明するが、これに限定されるものではない。
次いで、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、本実施の形態の半導体装置の構造をより明確にする。
図3に示すSOI基板S1の形成方法に制限はないが、例えば、以下のようにして形成することができる。
図12および図13は、本実施の形態のSOI基板の製造方法の第1例を示す断面図である。
図14は、本実施の形態のSOI基板の製造方法の第2例を示す断面図である。
上記第1例および第2例においては、高抵抗半導体層SHの表面を酸化し、酸化シリコン膜からなる絶縁層BOXを形成したが、第2シリコン基板SUB2側に酸化シリコン膜からなる絶縁層BOXを形成してもよい。図15は、本実施の形態のSOI基板の製造方法の第3例を示す断面図である。
実施の形態1においては、高抵抗半導体層SHを、カウンターの不純物を含有する層(単層)としたが、この層をpn接合を有するように構成してもよい。
図16および図17に示す半導体装置の基体(支持基板、半導体層、半導体基板ともいう)SBは、低抵抗半導体層SLと、その上の高抵抗半導体層SHとを有する。高抵抗半導体層SHは、低抵抗半導体層SLよりその抵抗が高い半導体層である。
応用例1においては、高抵抗半導体層SHを、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpの2層で構成したが、高抵抗半導体層SHを、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpと、その上のn型の半導体層SHnの3層で構成してもよい。高抵抗半導体層SHの厚さは、例えば、5μm程度であり、n型の半導体層SHnとp型の半導体層SHpとn型の半導体層SHnの厚さは、それぞれ、例えば、1〜2μm程度である。
次いで、図17や図19に示すSOI基板S1の形成方法について説明する。図17や図19に示すSOI基板S1の形成方法に制限はないが、例えば、以下のようにして形成することができる。
図20は、図17に示すSOI基板の製造方法を示す断面図である。図20に示すように、p型の第1シリコン基板SUB1の表面部に、n型の半導体層SHnおよびp型の半導体層SHpを形成する。これらの層の形成方法としては、実施の形態1の応用例1で説明したイオン注入法で形成してもよく、また、実施の形態1の応用例2で説明したエピタキシャル法で形成してもよい。
図21は、図17に示すSOI基板の製造方法を示す断面図である。図21に示すように、p型の第1シリコン基板SUB1の表面部に、n型の半導体層SHnおよびp型の半導体層SHpを形成する。これらの層の形成方法としては、実施の形態1の応用例1で説明したイオン注入法で形成してもよく、また、実施の形態1の応用例2で説明したエピタキシャル法で形成してもよい。
図22は、図19に示すSOI基板の製造方法を示す断面図である。図22に示すように、p型の第1シリコン基板SUB1の表面部に、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpと、その上のn型の半導体層SHnとを形成する。これらの層の形成方法としては、実施の形態1の応用例1で説明したイオン注入法で形成してもよく、また、実施の形態1の応用例2で説明したエピタキシャル法で形成してもよい。
図23は、図19に示すSOI基板の製造方法を示す断面図である。図23に示すように、p型の第1シリコン基板SUB1の表面部に、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpと、その上のn型の半導体層SHnとを形成する。これらの層の形成方法としては、実施の形態1の応用例1で説明したイオン注入法で形成してもよく、また、実施の形態1の応用例2で説明したエピタキシャル法で形成してもよい。
本実施の形態においては、各種変形例について説明する。
実施の形態1(図1)においては、SOI基板S1を構成する、基体SBとして、p型の不純物を含有するシリコン(Si)基板を用いたが、n型の不純物を含有するシリコン(Si)基板を用いてもよい。このような不純物を含有する基板は、いわゆる“高抵抗基板”より安価である。
実施の形態2においては、高抵抗半導体層SHを、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpとで構成している。即ち、基体SBの全域にわたって形成された、n型の半導体層SHnと、その上のp型の半導体層SHpとで、高抵抗半導体層SHを構成し、横方向にpn接合を形成したが、いわゆる“スーパージャンクション(Super Junction)構造”を採用してもよい。
実施の形態1においては、高抵抗半導体層SHを、基体SBの全域にわたって形成したが、高抵抗半導体層SHを、基体SBの一部に設けてもよい。
AR2 領域
AR3 領域
BOX 絶縁層
C1 コンタクトホール
C2 コンタクトホール
CAP キャップ層
IL1 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
IL3 層間絶縁膜
L1 半導体層
M1 配線
M2 配線
NC カラム
NR n型の半導体部
NRO n型の半導体部
NRS n型の半導体部
OA1 開口部
OA2 開口部
P1 プラグ
P2 プラグ
PC カラム
PR p型の半導体部
PR1 光信号用伝送線路部
PR2 光変調部
PR3 光電変換部
PRO p型の半導体部
PRS p型の半導体部
R1 フォトレレジスト膜
R2 フォトレレジスト膜
R3 フォトレレジスト膜
R4 フォトレレジスト膜
S1 SOI基板
SB 基体
SH 高抵抗半導体層
SHn n型の半導体層(高抵抗半導体層)
SHp p型の半導体層
SJ スーパージャンクション部
SL 低抵抗半導体層
SLp 低抵抗半導体層
SUB1 第1シリコン基板
SUB2 第2シリコン基板
TC 保護膜
T1 膜厚
T1O 膜厚
T1S 膜厚
Tn 膜厚
Tp 膜厚
TnS 膜厚
TpS 膜厚
WO1 光導波路
WO2 光導波路
WO3 光導波路
Claims (20)
- 第1半導体層と、前記第1半導体層上に形成された第2半導体層と、を有する基体と、
前記第2半導体層上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された第3半導体層と、
前記第3半導体層に形成された光導波路と、
前記第3半導体層上に、絶縁膜を介して形成された配線と、
を有し、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、前記基体の全域にわたって形成され、
前記第2半導体層は、前記第1半導体層より、高抵抗である、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体層から前記第2半導体層に向かって、抵抗が上昇している、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、第1導電型の不純物を有し、
前記第2半導体層の前記第1導電型の不純物濃度は、前記第1半導体層の前記第1導電型の不純物濃度よりも小さい、半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記第1半導体層から前記第2半導体層に向かって、前記第1導電型の不純物濃度が低下している、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体層は、第1導電型の不純物を有し、
前記第2半導体層は、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型の不純物を有し、
前記第2半導体層の前記第2導電型の不純物濃度は、前記第1半導体層の前記第1導電型の不純物濃度よりも小さい、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第3半導体層に形成され、第1導電型である第1半導体部と、
前記第1半導体部上に形成され、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型である第2半導体部と、を有し、
前記配線は、前記第2半導体部と電気的に接続される、半導体装置。 - 請求項6記載の半導体装置において、
前記第3半導体層は、Siよりなり、
前記第2半導体部は、Geよりなる、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記光導波路の両側に配置され、前記第3半導体層に形成された第3半導体部および第4半導体部を有する、半導体装置。 - 第1半導体層と、前記第1半導体層上に形成された第2半導体層と、を有する基体と、
前記第2半導体層上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された第3半導体層と、
前記第3半導体層に形成された光導波路と、
前記第3半導体層上に、絶縁膜を介して形成された配線と、
を有し、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、前記基体の全域にわたって形成され、
前記第2半導体層は、前記第1半導体層より、高抵抗であり、
前記第1半導体層は、第1導電型の不純物を有し、
前記第2半導体層は、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型の不純物を有する第1層と、前記第1層上に形成され、前記第1導電型の不純物を有する第2層とを有する、半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記第1層および前記第2層の前記第1導電型または前記第2導電型の不純物の濃度は、前記第1半導体層の前記第1導電型の不純物の濃度よりも小さい、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記第3半導体層に形成され、前記第1導電型である第1半導体部と、
前記第1半導体部上に形成され、前記第2導電型である第2半導体部と、を有し、
前記配線は、前記第2半導体部と電気的に接続される、半導体装置。 - 請求項11記載の半導体装置において、
前記第3半導体層は、Siよりなり、
前記第2半導体部は、Geよりなる、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記光導波路の両側に配置され、前記第3半導体層に形成された第3半導体部および第4半導体部を有する、半導体装置。 - (a)第1半導体層と前記第1半導体層上に形成された第2半導体層とを有する基体と、前記基体上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された素子形成層と、を有する半導体基板を用意する工程、
(b)前記素子形成層をパターニングし、光導波路を形成する工程、
(c)前記光導波路の上方に、絶縁膜を介して配線を形成する工程、
を有し、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、前記基体の全域にわたって形成され、
前記第2半導体層は、前記第1半導体層より、高抵抗である、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程の半導体基板は、第1導電型の第1シリコン基板の表面に、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型の不純物をイオン注入することにより形成された前記第2半導体層を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程の半導体基板は、第1導電型の第1シリコン基板の表面に、前記第1導電型の不純物をドープしながらエピタキシャル成長された前記第2半導体層を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程は、前記素子形成層をパターニングし、前記光導波路と、前記光導波路と接続された第1半導体部とを形成する工程である、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程は、前記素子形成層をパターニングし、前記光導波路と、前記光導波路と接続された第1半導体部と、第2半導体部を形成する工程である、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程は、第3半導体部を形成する工程であり、
前記(b)工程と前記(c)工程との間に、
(d)前記第3半導体部上に、第4半導体部を形成する工程を有し、
前記配線は、前記第3半導体部と電気的に接続される、半導体装置の製造方法。 - 請求項19記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体部は、第1導電型のSiからなり、
前記第4半導体部は、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型のGeからなる、半導体装置の製造方法。
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