(57)【要約】【課題】光導波路を有する半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体装置は、第１絶縁層、光導波路、第２絶縁層およびヒータを有する。光導波路および第２絶縁層は、第１絶縁層上に形成されている。第２絶縁層は、溝を有する。ヒータは、光導波路から離間するように溝内に形成されている。ヒータは、第１延在部、第２延在部および接続部を有する。第１延在部は、平面視において、光導波路を横切るように形成されている。第２延在部は、平面視において、第１延在部と並列するように形成されている。接続部は、第１延在部および第２延在部を電気的に接続している。【選択図】図３
2020095186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１８１８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】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。
【図２５】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。
【図２６】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。
【図２７】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。
【図２８】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。
【図２９】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。
【図３０】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。
【図３１】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。
【図３２】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。
【図３３】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。
【図３４】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。
【図３５】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。
【図３６】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。
【図３７】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。
【図３８】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。
【図３９】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。
【図４０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（ＳｉＯ２）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（ＳｉＯ２）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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
ｐ型半導体部ＰＲｐは、ボロン（Ｂ）や二フッ化ボロン（ＢＦ２）などのｐ型不純物を含み、かつ１×１０１７／ｃｍ３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。
【００６８】
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／ｃｍ３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。
【００６９】
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／ｃｍ３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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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（ＳｉＯ２）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（ＳｉＯ２）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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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。
【００８４】
（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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
［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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
［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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
［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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
（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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【符号の説明】
【０１２３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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