JP6697858B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、シリコン(Si)を材料とした伝送線路を作製し、この伝送線路により構成した光回路をプラットフォームとして、種々の光デバイスと電子デバイスとを集積することで光通信用モジュールを実現する技術、いわゆるシリコンフォトニクス技術の開発が積極的に行われている。
本実施の形態1による半導体装置の構造について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態1による半導体装置の要部断面図であり、光信号用の伝送線路および光変調器を例示している。図1に示すA1領域には第1光導波路が形成され、A2領域には第2光導波路が形成され、B領域には光変調器が形成される。
図1に示すように、光信号用の伝送線路(光信号線とも言う。)には、例えば第1光導波路(コア層とも言う。)OT1およびリブ形状の第2光導波路(コア層とも言う。)OT2など、種々の構造がある。このような第1光導波路OT1および第2光導波路OT2のパターン密度は低く、半導体チップに対する、その占有面積率は、後述する光変調器等と併せても、例えば5%に満たない場合がある。
図1に示すように、電気信号を光信号に変える光変調器PCは、半導体基板SUBの主面上に、絶縁層CLを介して形成された半導体層SLにより構成されている。ここでは、一例としてpin構造の光変調器について説明するが、これに限定されるものではない。
ところで、第2光導波路OT2および光変調器PCの形状はともにリブ形状であるが、前述したように、その構造は互いに異なる。また、半導体層SLの薄くなっている部分の厚さは、第2光導波路OT2では、例えば100nm程度、光変調器PCでは、例えば50nm程度と互いに異なる。すなわち、半導体装置には、互いに構造の異なる複数種類(本実施の形態1では3種類)の光導波路を、絶縁層CLの主面上に形成する必要がある。
本実施の形態2による第1光導波路OT1、リブ形状の第2光導波路およびリブ形状の光変調器PCの構造は、前述の実施の形態1で説明した第1光導波路OT1、リブ形状の第2光導波路およびリブ形状の光変調器PCの構造とほぼ同じである。本実施の形態2が前述の実施の形態1と相違する点は、第1光導波路OT1、リブ形状の第2光導波路およびリブ形状の光変調器PCの製造工程である。それ以外の製造工程は、前述した実施の形態1による製造工程とほぼ同様であるので、以下、相違点を中心に説明する。
CT1 接続孔(コンタクト・ホール)
CT2 接続孔(ビア・ホール)
DP1,DP2 ダミーパターン
GC グレーティングカプラ
ID1 第1層間絶縁膜(上層クラッド層)
ID2 第2層間絶縁膜
M1 第1層目の配線
M2 第2層目の配線
NR n型の半導体
OT1 第1光導波路(コア層)
OT2 第2光導波路(コア層)
PC 光変調器
PL1 第1プラグ
PL2 第2プラグ
PR p型の半導体
RM,RM1,RM2,RM3,RM4,RM5,RM6 レジストマスク
SL 半導体層(SOI層)
SL0 半導体層
SL1 第1光導波路用の半導体層
SL2 第2光導波路用の半導体層
SL3 光変調器用の半導体層
SL4 ダミーパターン用の半導体層
SL5 ダミーパターン用の半導体層
SUB 半導体基板
T1 当初半導体層の厚さ
TC 保護膜
WO 光導波路(コア層)
Claims (11)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に形成された、半導体層からなる光導波路と、
前記光導波路を覆うように前記第1絶縁膜上に形成された第2絶縁膜と、
を有し、
前記半導体層からなる複数の第1ダミーパターンが、前記光導波路の周囲の第1領域に形成され、
前記光導波路の延在方向に直交する断面において、前記光導波路の断面形状は、リブ形状であり、
前記第1ダミーパターンの断面形状は、前記第1ダミーパターンの外周部の厚さが、前記第1ダミーパターンの中央部の厚さよりも厚い凹形状である、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体層からなる複数の第2ダミーパターンが、前記光導波路の周囲の前記第1領域と異なる第2領域に形成され、
前記第2ダミーパターンの外周部の厚さが、前記第2ダミーパターンの中央部の厚さよりも厚く、
前記第1ダミーパターンの外周部の厚さと前記第2ダミーパターンの外周部の厚さとが、同じであり、
前記第1ダミーパターンの中央部の厚さと前記第2ダミーパターンの中央部の厚さとが、互いに異なる、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記光導波路は、第1厚さの第1部分と、前記第1厚さよりも薄い第2厚さの第2部分とを有する、半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記光導波路の前記第1厚さと、前記第1ダミーパターンの外周部の厚さとが同じである、半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記半導体層はシリコンからなる、半導体装置。 - 第1光導波路、第2光導波路、第1ダミーパターンおよび第2ダミーパターンを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板と、前記半導体基板上の第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上の第1厚さを有する半導体層とからなる基板を準備する工程、
(b)第1レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第1光導波路用の前記半導体層、前記第2光導波路用の前記半導体層、前記第1ダミーパターン用の前記半導体層および前記第2ダミーパターン用の前記半導体層を互いに分離する工程、
(c)第2レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第1光導波路用の前記半導体層および前記第1ダミーパターン用の前記半導体層のそれぞれの一部を、前記第1厚さよりも薄い第2厚さに加工する工程、
(d)第3レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第2光導波路用の前記半導体層および前記第2ダミーパターン用の前記半導体層のそれぞれの一部を、前記第1厚さよりも薄い第3厚さに加工する工程、
を含み、
前記(c)工程では、前記第2レジストマスクが前記第1ダミーパターン用の前記半導体層の外周部を覆い、
前記(d)工程では、前記第3レジストマスクが前記第2ダミーパターン用の前記半導体層の外周部を覆い、
前記第1光導波路の延在方向に直交する断面において、前記第1光導波路の断面形状は、リブ形状であり、
前記第1ダミーパターンの断面形状は、前記第1ダミーパターンの外周部の厚さが、前記第1ダミーパターンの中央部の厚さよりも厚い凹形状である、半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2厚さと前記第3厚さとは、互いに異なる、半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記第1ダミーパターンの断面は凹形状に加工され、
前記(d)工程では、前記第2ダミーパターンの断面は凹形状に加工される、半導体装置の製造方法。 - 第1光導波路、第2光導波路、第1ダミーパターンおよび第2ダミーパターンを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板と、前記半導体基板上の第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上の第1厚さを有する半導体層とからなる基板を準備する工程、
(b)第1レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第1光導波路が形成される領域の前記半導体層および前記第1ダミーパターンが形成される領域の前記半導体層のそれぞれの一部を、前記第1厚さよりも薄い第2厚さに加工する工程、
(c)第2レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第2光導波路が形成される領域の前記半導体層および前記第2ダミーパターンが形成される領域の前記半導体層のそれぞれの一部を、前記第1厚さよりも薄い第3厚さに加工する工程、
(d)第3レジストマスクを用いたドライエッチングにより、前記第1光導波路用の前記半導体層、前記第2光導波路用の前記半導体層、前記第1ダミーパターン用の前記半導体層および前記第2ダミーパターン用の前記半導体層を互いに分離する工程、
を含み、
前記(b)工程では、前記第1レジストマスクが前記第1ダミーパターン用の前記半導体層の外周部を覆い、
前記(c)工程では、前記第2レジストマスクが前記第2ダミーパターン用の前記半導体層の外周部を覆い、
前記第1光導波路の延在方向に直交する断面において、前記第1光導波路の断面形状は、リブ形状であり、
前記第1ダミーパターンの断面形状は、前記第1ダミーパターンの外周部の厚さが、前記第1ダミーパターンの中央部の厚さよりも厚い凹形状である、半導体装置の製造方法。 - 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2厚さと前記第3厚さとは、互いに異なる、半導体装置の製造方法。 - 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程では、前記第1ダミーパターンの断面は凹形状に加工され、
前記(c)工程では、前記第2ダミーパターンの断面は凹形状に加工される、半導体装置の製造方法。
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