(57)【要約】【課題】光変調器の長さを短くすることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る半導体装置は、光変調器を備える。光変調器は、第１方向に沿って延在しているとともに、第１方向に交差する第２方向において隣り合って配置されている第１変調部及び第２変調部と、第１変調部を通過した光を第２変調部へと伝搬させる光導波路とを有する。第１変調部、第２変調部及び光導波路は、絶縁層と、絶縁層上に形成されている半導体層と、半導体層を覆う絶縁膜とで構成されている。第１変調部及び第２変調部は、半導体層を通過する光を位相変調するように構成されている。【選択図】図４
2020144211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器を備え、
前記光変調器は、第１方向に沿って延在しているとともに、前記第１方向に交差する第２方向において隣り合って配置されている第１変調部及び第２変調部と、前記第１変調部を通過した光を前記第２変調部へと伝搬させる光導波路とを有し、
前記第１変調部、前記第２変調部及び前記光導波路は、絶縁層と、前記絶縁層上に形成されている半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜とで構成されており、
前記第１変調部及び前記第２変調部は、前記半導体層を通過する光を位相変調するように構成されている、半導体装置。
【請求項２】
前記第１変調部、前記第２変調部及び前記光導波路に位置する前記半導体層は、前記半導体層の延在方向に直交する断面視において、前記絶縁層上に形成されているリブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第１側面から突出する第１スラブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第２側面から突出する第２スラブ部とを含んでおり、
前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部の高さは、前記リブ部の高さよりも低い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記光導波路は、曲部を含んでおり、
少なくとも前記曲部において、前記第１スラブ部の表面には、不純物拡散領域が形成されており、
前記不純物拡散領域中における不純物濃度は、前記リブ部中における不純物濃度よりも高い、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１変調部及び前記第２変調部に位置する前記半導体層は、前記半導体層の延在方向に直交する断面視において、前記絶縁層上に形成されているリブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第１側面から突出する第１スラブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第２側面から突出する第２スラブ部とを含んでおり、
前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部の高さは、前記リブ部の高さよりも低く、
前記光導波路に位置する前記半導体層は、前記半導体層の延在方向に直交する断面視において、矩形形状を有している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
曲部を有する光導波路を備え、
前記光導波路は、絶縁層と、前記絶縁層上に形成されている半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜とを有し、
前記半導体層は、前記半導体層の延在方向に直交する断面視において、前記絶縁層上に形成されているリブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第１側面から突出する第１スラブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第２側面から突出する第２スラブ部とを含んでおり、
前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部の高さは、前記リブ部の高さよりも低く、
前記第１スラブ部は、前記曲部において、外周側に位置しており、
少なくとも前記曲部において、前記第１スラブ部の表面には、不純物拡散領域が形成されており、
前記不純物拡散領域中における不純物濃度は、前記リブ部中における不純物濃度よりも高い、半導体装置。
【請求項６】
前記不純物拡散領域は、前記絶縁層に達するように形成されている、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記不純物拡散領域における導電型は、前記リブ部における導電型と同一である、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記不純物拡散領域は、不純物元素としてヒ素を含んでいる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記不純物拡散領域は、不純物元素としてリンを含んでいる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記不純物拡散領域は、不純物として２フッ化ホウ素を含んでいる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記不純物拡散領域中における不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上である、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記光導波路は、前記曲部の一方端に接続される第１直線部をさらに有し、
前記第１直線部において、前記不純物拡散領域の前記リブ部側の端は、前記曲部に近づくにつれて前記リブ部に近づく、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記光導波路は、前記曲部の他方端に接続される第２直線部をさらに有し、
前記第２直線部において、前記不純物拡散領域の前記リブ部側の端は、前記曲部から離れるにつれて前記リブ部から離れる、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１４】
曲部を有する光導波路を形成する工程と備え、
前記光導波路は、絶縁層と、前記絶縁層上に形成されている半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜とを有し、
前記半導体層は、前記半導体層の延在方向に直交する断面視において、前記絶縁層上に形成されているリブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第１側面から突出する第１スラブ部と、前記絶縁層上に形成されているとともに、前記リブ部の第２側面から突出する第２スラブ部とを含んでおり、
前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部の高さは、前記リブ部の高さよりも低く、
前記第１スラブ部は、前記曲部において、外周側に位置しており、
前記光導波路を形成する工程は、前記リブ部、前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部を含むように前記半導体層をパターンニングする工程と、少なくとも前記曲部において前記第１スラブ部の表面に前記リブ部よりも不純物濃度が高い不純物拡散領域をイオン注入及び熱処理により形成する工程と、前記絶縁膜を形成する工程とを有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記イオン注入は、前記リブ部に隣接する前記第１スラブ部の表面にイオンが注入されないように傾斜して行われる、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記イオン注入は、前記リブ部の表面及び前記第２スラブ部の表面がフォトレジストで覆われた状態で行われる、請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体層をパターンニングする工程において、前記第１スラブ部及び前記第２スラブ部は、前記リブ部の表面上に形成されたハードマスクを用いたエッチングにより形成され、
前記イオン注入は、前記リブ部の表面が前記ハードマスクで覆われているとともに、前記第２スラブ部の表面がフォトレジストで覆われた状態で行われる、請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ハードマスクは、前記絶縁膜と同一材料を用いて形成される、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１（特開２０１７−３２９１１号公報）に記載の半導体装置が知られている。特許文献１に記載の半導体装置は、光変調器を有している。光変調器は、絶縁層と、絶縁層上に形成されている半導体層と、半導体層を覆う絶縁膜を有している。半導体層は、その延在方向に直交する断面視において、リブ部と、第１スラブ部及び第２スラブ部とを有している。リブ部は、絶縁層上に形成されている。第１スラブ部は、絶縁層上に形成されているとともに、リブ部の第１側面から突出している。第２スラブ部は、絶縁層上に形成されているとともに、リブ部の第２側面から突出している。第１スラブ部及び第２スラブ部の高さは、リブ部の高さよりも低い。すなわち、半導体層は、その延在方向に直交する断面視において、凸状の形状を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の半導体装置において、光変調器の長さは、２ｍｍないし４ｍｍ程度になることがある。そのため、特許文献１に記載の半導体装置は、光変調器の長さに起因して、チップサイズが大型化してしまう。
【０００５】
その他の課題及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る半導体装置は、光変調器を備える。光変調器は、第１方向に沿って延在しているとともに、第１方向に交差する第２方向において隣り合って配置されている第１変調部及び第２変調部と、第１変調部を通過した光を第２変調部へと伝搬させる光導波路とを有する。第１変調部、第２変調部及び光導波路は、絶縁層と、絶縁層上に形成されている半導体層と、半導体層を覆う絶縁膜とで構成されている。第１変調部及び第２変調部は、半導体層を通過する光を位相変調するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
一実施形態に係る半導体装置によると、光変調器の長さを短くすることができる結果、チップサイズを縮小することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の機能ブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置における光変調器ＬＭの概略上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖにおける断面図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける拡大上面図である。
【図７】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図８】半導体基板準備工程Ｓ１での第１実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図９】半導体層パターンニング工程Ｓ２での第１実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１０】イオン注入工程Ｓ３１での第１実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１１】熱処理工程Ｓ３２での第１実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１２】比較例に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１３】第２実施形態に係る半導体装置の光導波路ＷＧ１における断面図である。
【図１４】第３実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１５】半導体層パターンニング工程Ｓ２での第３実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【図１６】イオン注入工程Ｓ３１での第３実施形態に係る半導体装置の曲部ＷＧ１ａにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００１０】
（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。
【００１１】
＜回路構成＞
図１に示されるように、第１実施形態に係る半導体装置は、光変調器ＬＭと、光出力部ＬＯと、光入力部ＬＩと、受光部ＬＲとを有している。光変調器ＬＭ及び光出力部ＬＯ、光入力部ＬＩ及び受光部ＬＲは、光導波路を介して互いに接続されている。光変調器ＬＭは、電子回路ＥＣ２に電気的に接続されており、受光部ＬＲは電子回路ＥＣ３に電気的に接続されている。光源ＬＳは、光導波路を介して光変調器ＬＭへと光（例えば、連続波レーザ光）を供給する。電子回路ＥＣ２及び電子回路ＥＣ３は、電子回路ＥＣ１に電気的に接続されている。
【００１２】
光変調器ＬＭは、電子回路ＥＣ２からの電気信号に基づいて、光源ＬＳから供給された光の位相変調を行うとともに、位相変調された光（以下においては、「光信号」ということがある）を光出力部ＬＯへと供給する。電子回路ＥＣ２からの電気信号は、電子回路ＥＣ１による制御に基づいて出力される。なお、光変調器ＬＭの詳細構成は、後述する。
【００１３】
光出力部ＬＯは、光信号を第１実施形態に係る半導体装置の外部へと出力する。より具体的には、光出力部ＬＯは、光信号を第１実施形態に係る半導体装置に接続される光ファイバ（図示せず）に出力する。
【００１４】
光入力部ＬＩは、例えば光ファイバを介して第１実施形態に係る半導体装置に供給された光信号を、第１実施形態に係る半導体装置の内部へと入力するとともに、当該光信号を受光部ＬＲへと供給する。受光部ＬＲへと供給された光信号は、受光部ＬＲにおいて光電変換され、電気信号へと変換される。当該電気信号は、電子回路ＥＣ３へと供給されるとともに、電子回路ＥＣ３において信号処理が行われ、当該信号処理が行われた後に、電子回路ＥＣ１へと出力される。
【００１５】
光出力部ＬＯ及び光入力部ＬＩは、例えばグレーティングカプラ、スポットサイズコンバータ等で構成されている。受光部ＬＲは、例えばアバランシェフォトダイオードで構成されている。
【００１６】
電子回路ＥＣ１は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）又はＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）で構成されている。電子回路ＥＣ２は、従来公知のトランスミッタＩＣ（Integrated  Circuit）で構成されている。電子回路ＥＣ３は、従来公知のレシーバＩＣで構成されている。光源ＬＳは、例えばレーザダイオードで構成されている。光源ＬＳから出力されるレーザ光のピーク波長は、例えば１．０μｍ以上１．６μｍ以下である。
【００１７】
＜光変調器の概略構成＞
図２に示されるように、光変調器ＬＭは、変調部ＬＭ１、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３と、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２とを有している。なお、この例では、光変調器ＬＭを構成する変調部の数を３つとして説明するが、光変調器ＬＭを構成する変調部の数は、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。
【００１８】
変調部ＬＭ１、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３は、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。第１方向ＤＲ１における変調部ＬＭ１、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３の長さは、互いに等しいことが好ましい。第１方向ＤＲ１における変調部ＬＭ１（変調部ＬＭ２、変調部ＬＭ３）の長さは、２ｍｍ未満である。第１方向ＤＲ１における変調部ＬＭ１（変調部ＬＭ２、変調部ＬＭ３）の長さは、１ｍｍ以下であることが好ましい。光変調器ＬＭは、一対となって並列に配置されていてもよい。
【００１９】
変調部ＬＭ１は、第１端ＬＭ１ａと、第２端ＬＭ１ｂとを有している。第１端ＬＭ１ａ及び第２端ＬＭ１ｂは、変調部ＬＭ１の第１方向ＤＲ１における端である。第２端ＬＭ１ｂは、第１端ＬＭ１ａの反対側の端である。
【００２０】
変調部ＬＭ２は、第３端ＬＭ２ａと、第４端ＬＭ２ｂとを有している。第３端ＬＭ２ａ及び第４端ＬＭ２ｂは、変調部ＬＭ２の第１方向ＤＲ１における端である。第４端ＬＭ２ｂは、第３端ＬＭ２ａの反対側の端である。
【００２１】
変調部ＬＭ３は、第５端ＬＭ３ａと、第６端ＬＭ３ｂとを有している。第５端ＬＭ３ａ及び第６端ＬＭ３ｂは、変調部ＬＭ３の第１方向ＤＲ１における端である。第６端ＬＭ３ｂは、第５端ＬＭ３ａの反対側の端である。
【００２２】
変調部ＬＭ１及び変調部ＬＭ２は第２方向ＤＲ２において隣り合って配置されており、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３は第２方向ＤＲ２において隣り合って配置されている。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１と交差している。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１と直交していることが好ましい。
【００２３】
第１端ＬＭ１ａ及び第４端ＬＭ２ｂは、互いに対向しており、第２端ＬＭ１ｂ及び第３端ＬＭ２ａは、互いに対向している。第３端ＬＭ２ａ及び第６端ＬＭ３ｂは、互いに対向しており、第４端ＬＭ２ｂ及び第５端ＬＭ３ａは、互いに対向している。
【００２４】
光導波路ＷＧ１は、変調部ＬＭ１と変調部ＬＭ２とを接続している。具体的には、光導波路ＷＧ１は、第２端ＬＭ１ｂと第３端ＬＭ２ａとを接続している。光導波路ＷＧ２は、変調部ＬＭ２と変調部ＬＭ３とを接続している。具体的には、光導波路ＷＧ２は、第４端ＬＭ２ｂと第５端ＬＭ３ａとを接続している。
【００２５】
光導波路ＷＧ１は、曲部ＷＧ１ａ及び曲部ＷＧ１ｂと、直線部ＷＧ１ｃ、直線部ＷＧ１ｄ及び直線部ＷＧ１ｅとを有している。直線部ＷＧ１ｃは、変調部ＬＭ１と曲部ＷＧ１ａとを接続しており、直線部ＷＧ１ｄは、曲部ＷＧ１ａと曲部ＷＧ１ｂとを接続しており、直線部ＷＧ１ｅは、曲部ＷＧ１ｂと変調部ＬＭ２とを接続している。
【００２６】
光導波路ＷＧ２は、曲部ＷＧ２ａ及び曲部ＷＧ２ｂと、直線部ＷＧ２ｃ、直線部ＷＧ２ｄ及び直線部ＷＧ２ｅを有している。直線部ＷＧ２ｃは、変調部ＬＭ２と曲部ＷＧ２ａとを接続しており、直線部ＷＧ２ｄは、曲部ＷＧ２ａと曲部ＷＧ２ｂとを接続しており、直線部ＷＧ２ｅは、曲部ＷＧ２ｂと変調部ＬＭ３とを接続している。
【００２７】
第１端ＬＭ１ａからは、光源ＬＳからの光が変調部ＬＭ１に入射する。変調部ＬＭ１に入射した光は、電子回路ＥＣ２からの電気信号に基づき、位相変調され、第２端ＬＭ１ｂから出射する。
【００２８】
第２端ＬＭ１ｂから出射した光は、光導波路ＷＧ１を介して第３端ＬＭ２ａから変調部ＬＭ２に入射する。変調部ＬＭ２に入射した光は、電子回路ＥＣ２からの電気信号に基づき、さらに位相変調され、第４端ＬＭ２ｂから出射する。
【００２９】
第４端ＬＭ２ｂから出射した光は、光導波路ＷＧ２を介して第５端ＬＭ３ａから変調部ＬＭ３に入射する。変調部ＬＭ３に入射した光は、電子回路ＥＣ２からの電気信号に基づき、さらに位相変調され、第６端ＬＭ３ｂから出射する。第６端ＬＭ３ｂから出射した光は、光導波路を介して、光出力部ＬＯに供給される。
【００３０】
＜変調部及び光導波路の詳細構成＞
図３〜図５に示されるように、変調部ＬＭ１及び光導波路ＷＧ１は、絶縁層ＢＯＸと、半導体層ＳＯＩと、クラッド層ＣＬＤとを有している。
【００３１】
絶縁層ＢＯＸは、支持基板ＳＳＵＢ上に形成されている。支持基板ＳＳＵＢは、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）で形成されている。絶縁層ＢＯＸは、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で形成されている。
【００３２】
半導体層ＳＯＩは、絶縁層ＢＯＸ上に形成されている。半導体層ＳＯＩは、単結晶のシリコンで形成されている。クラッド層ＣＬＤは、例えばシリコン酸化物等で形成された絶縁膜である。クラッド層ＣＬＤは、半導体層ＳＯＩを覆うように形成されている。半導体層ＳＯＩの屈折率はクラッド層ＣＬＤの屈折率よりも大きい。そのため、半導体層ＳＯＩ中を伝搬する光は、その屈折率の差に起因して、半導体層ＳＯＩ中に閉じ込められる。
【００３３】
半導体層ＳＯＩは、半導体層ＳＯＩの延在方向に直交する断面視において、リブ部ＲＢと、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２とを有している。
【００３４】
リブ部ＲＢは、絶縁層ＢＯＸ上に形成されている。リブ部ＲＢは、互いに対向する側面ＲＢａ及び側面ＲＢｂを有している。リブ部ＲＢの断面形状は、矩形形状になっている。
【００３５】
スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２は、絶縁層ＢＯＸ上に形成されている。スラブ部ＳＬＢ１は側面ＲＢａから突出しており、スラブ部ＳＬＢ２は側面ＲＢｂから突出している。スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２の断面形状は、矩形形状になっている。スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２の高さは、リブ部ＲＢの高さよりも低い。このことを別の観点からいえば、半導体層ＳＯＩの断面形状は、凸状になっている。
【００３６】
図３に示されるように、リブ部ＲＢは、変調部ＬＭ１において、第２方向ＤＲ２において互いに隣接する不純物拡散領域ＤＩＦ１及び不純物拡散領域ＤＩＦ２を有している。不純物拡散領域ＤＩＦ１におけるリブ部ＲＢの導電型は、第１導電型である。不純物拡散領域ＤＩＦ２におけるリブ部ＲＢの導電型は、第２導電型である。第２導電型は、第１導電型の反対の導電型である。例えば、第１導電型がｎ型である場合、第２導電型はｐ型である。すなわち、不純物拡散領域ＤＩＦ１と不純物拡散領域ＤＩＦ２との間で、ｐｎ接合が形成されている。
【００３７】
不純物拡散領域ＤＩＦ１は、スラブ部ＳＬＢ１側に位置しており、不純物拡散領域ＤＩＦ２は、スラブ部ＳＬＢ２側に位置している。不純物拡散領域ＤＩＦ１の一部は、スラブ部ＳＬＢ１に達していてもよく、不純物拡散領域ＤＩＦ２の一部は、スラブ部ＳＬＢ２に達していてもよい。
【００３８】
スラブ部ＳＬＢ１は、変調部ＬＭ１において、不純物拡散領域ＤＩＦ３を有している。不純物拡散領域ＤＩＦ３は、不純物拡散領域ＤＩＦ１に接続されている。不純物拡散領域ＤＩＦ３の導電型は、不純物拡散領域ＤＩＦ１の導電型と同一である。不純物拡散領域ＤＩＦ３中の不純物濃度は、不純物拡散領域ＤＩＦ１中の不純物濃度よりも高い。
【００３９】
スラブ部ＳＬＢ２は、変調部ＬＭ１において、不純物拡散領域ＤＩＦ４を有している。不純物拡散領域ＤＩＦ４は、不純物拡散領域ＤＩＦ２に接続されている。不純物拡散領域ＤＩＦ４の導電型は、不純物拡散領域ＤＩＦ２の導電型と同一である。不純物拡散領域ＤＩＦ４中の不純物濃度は、不純物拡散領域ＤＩＦ２中の不純物濃度よりも高い。
【００４０】
変調部ＬＭ１は、コンタクトプラグＣＰ１及びコンタクトプラグＣＰ２を有している。コンタクトプラグＣＰ１及びコンタクトプラグＣＰ２は、クラッド層ＣＬＤ中に形成されているコンタクトホール中に埋め込まれている。コンタクトプラグＣＰ１及びコンタクトプラグＣＰ２は、それぞれ、不純物拡散領域ＤＩＦ３及び不純物拡散領域ＤＩＦ４に接続されている。コンタクトプラグＣＰ１及びコンタクトプラグＣＰ２は、例えば、タングステン（Ｗ）で形成されている。
【００４１】
不純物拡散領域ＤＩＦ１及び不純物拡散領域ＤＩＦ２がコンタクトプラグＣＰ１及びコンタクトプラグＣＰ２に供給された電子回路ＥＣ２からの電気信号により逆バイアスされた場合、リブ部ＲＢに空乏層が広がる。この状態においては、リブ部ＲＢにおける屈折率が低下するため、リブ部ＲＢに光が通過すると、当該光が位相変調される。
【００４２】
図４に示されるように、リブ部ＲＢは、曲部ＷＧ１ａにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ１及び不純物拡散領域ＤＩＦ２を有していない。スラブ部ＳＬＢ１は、曲部ＷＧ１ａにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ３を有していない。スラブ部ＳＬＢ２は、曲部ＷＧ１ａにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ４を有していない。
【００４３】
図６に示されるように、スラブ部ＳＬＢ１は、曲部ＷＧ１ａにおいて、外周側に位置している。スラブ部ＳＬＢ２は、曲部ＷＧ１ａにおいて、内周側に位置している。
【００４４】
図４及び図６に示されるように、スラブ部ＳＬＢ１は、曲部ＷＧ１ａにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ５を有している。不純物拡散領域ＤＩＦ５は、スラブ部ＳＬＢ１の表面に形成されている。不純物拡散領域ＤＩＦ５は、スラブ部ＳＬＢ１の表面の全面にわたって形成されていることが好ましい。不純物拡散領域ＤＩＦ５は、絶縁層ＢＯＸに達するように形成されていることが好ましい。不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、リブ部ＲＢとスラブ部ＳＬＢ１との境界に一致していることが好ましい。不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、リブ部ＲＢとスラブ部ＳＬＢ１との境界と一致していなくてもよい。
【００４５】
不純物拡散領域ＤＩＦ５の導電型は、好ましくは、リブ部ＲＢ及びスラブ部ＳＬＢ２の導電型と同一である。好ましくは、不純物拡散領域ＤＩＦ５及び不純物拡散領域ＤＩＦ５が形成されていない部分のスラブ部ＳＬＢ１は、導電型が同一である。
【００４６】
不純物拡散領域ＤＩＦ５は、その導電型がｐ型である場合、ホウ素（Ｂ）、２フッ化ホウ素（ＢＦ２）等を不純物として含んでいる。不純物拡散領域ＤＩＦ５は、その導電型がｎ型である場合、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を不純物として含んでいる。不純物拡散領域ＤＩＦ５中の不純物は、シリコン中の拡散係数がホウ素よりも小さいものであることが好ましい。不純物拡散領域ＤＩＦ５中の不純物は、リブ部ＲＢ中の不純物及びスラブ部ＳＬＢ２中の不純物と異なる種類であってもよく、同一の種類であってもよい。
【００４７】
不純物拡散領域ＤＩＦ５中の不純物濃度は、リブ部ＲＢ中及びスラブ部ＳＬＢ２中の不純物濃度よりも高い。不純物拡散領域ＤＩＦ５中の不純物濃度は、不純物拡散領域ＤＩＦ５が形成されていない部分のスラブ部ＳＬＢ１中の不純物濃度よりも高い。リブ部ＲＢ中の不純物濃度及びスラブ部ＳＬＢ２中の不純物濃度が１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下である場合、不純物拡散領域ＤＩＦ５中の不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００４８】
不純物拡散領域ＤＩＦ５における屈折率は、リブ部ＲＢにおける屈折率よりも低い。不純物拡散領域ＤＩＦ５における屈折率は、リブ部ＲＢにおける屈折率の９５パーセント以下であることが好ましい。
【００４９】
図６に示されるように、不純物拡散領域ＤＩＦ５は、曲部ＷＧ１ａ近傍の直線部ＷＧ１ｃにあるスラブ部ＳＬＢ１に達するように形成されている。直線部ＷＧ１ｃにあるスラブ部ＳＬＢ１に形成されている不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、曲部ＷＧ１ａに近づくにつれて、リブ部ＲＢに近づいている。なお、曲部ＷＧ１ａからの距離Ｌ１が所定の値以下となる位置においては、直線部ＷＧ１ｃにあるスラブ部ＳＬＢ１に形成されている不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、リブ部ＲＢとスラブ部ＳＬＢ１との境界と一致していてもよい。この所定の値は、例えば３０ｎｍである。
【００５０】
不純物拡散領域ＤＩＦ５は、曲部ＷＧ１ａ近傍の直線部ＷＧ１ｄにあるスラブ部ＳＬＢ１に達するように形成されている。直線部ＷＧ１ｄにあるスラブ部ＳＬＢ１に形成されている不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、曲部ＷＧ１ａから離れるにつれて、リブ部ＲＢから離れている。なお、曲部ＷＧ１ａからの距離Ｌ２が所定の値以下となる位置においては、直線部ＷＧ１ｄにあるスラブ部ＳＬＢ１に形成されている不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、リブ部ＲＢとスラブ部ＳＬＢ１との境界と一致していてもよい。この所定の値は、例えば３０ｎｍである。
【００５１】
図５に示されるように、曲部ＷＧ１ａから離れている直線部ＷＧ１ｃにあるスラブ部ＳＬＢ１は、不純物拡散領域ＤＩＦ５を有していない。リブ部ＲＢは、直線部ＷＧ１ｃにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ１及び不純物拡散領域ＤＩＦ２を有していない。スラブ部ＳＬＢ１は、直線部ＷＧ１ｃにおいて不純物拡散領域ＤＩＦ３を有していない。スラブ部ＳＬＢ２は、直線部ＷＧ１ｃにおいて不純物拡散領域ＤＩＦ４を有していない。
【００５２】
変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３における半導体層ＳＯＩの構成は、変調部ＬＭ１における半導体層ＳＯＩの構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。曲部ＷＧ１ｂにおける半導体層ＳＯＩの構成は、曲部ＷＧ１ａにおける半導体層ＳＯＩの構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。直線部ＷＧ１ｄ及び直線部ＷＧ１ｅにおける半導体層ＳＯＩの構成は、直線部ＷＧ１ｃにおける半導体層ＳＯＩの構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。光導波路ＷＧ２の構成は、光導波路ＷＧ１の構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００５３】
以下に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。変調部ＬＭ１〜変調部ＬＭ３の構造は、従来公知の製法により形成されているため、ここでは、光導波路ＷＧ１の構造に関する工程を主に説明する。
【００５４】
図７に示されるように、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板準備工程Ｓ１と、半導体層パターンニング工程Ｓ２と、不純物拡散領域形成工程Ｓ３と、クラッド層形成工程Ｓ４を有している。
【００５５】
図８に示されるように、半導体基板準備工程Ｓ１においては、半導体基板ＳＵＢが準備される。半導体基板ＳＵＢは、支持基板ＳＳＵＢと、絶縁層ＢＯＸと、半導体層ＳＯＩとを有している。すなわち、半導体基板準備工程Ｓ１において準備される半導体基板ＳＵＢは、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板である。
【００５６】
図９に示されるように、半導体層パターンニング工程Ｓ２においては、半導体層ＳＯＩのパターンニングが行われる。このパターンニングは、半導体層ＳＯＩがリブ部ＲＢ、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２を有するように行われる。リブ部ＲＢ、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２は、例えば、フォトリソグラフィを用いて半導体層ＳＯＩを除去する部分に開口を有するフォトレジストを形成するとともに、当該フォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成される。
【００５７】
不純物拡散領域形成工程Ｓ３においては、不純物拡散領域ＤＩＦ５の形成が行われる。不純物拡散領域形成工程Ｓ３は、イオン注入工程Ｓ３１と、熱処理工程Ｓ３２とを有している。
【００５８】
図１０に示されるように、イオン注入工程Ｓ３１においては、イオン注入が行われる。このイオン注入により、不純物拡散領域ＤＩＦ５が形成される。このイオン注入の際、スラブ部ＳＬＢ２の表面及びリブ部ＲＢの表面は、フォトレジストＰＲで覆われている。さらに、フォトレジストＰＲは、スラブ部ＳＬＢ１の表面のリブ部ＲＢ側の端を覆うように延びている。すなわち、イオン注入工程Ｓ３１において形成される不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端は、リブ部ＲＢから離間している。
【００５９】
図１１に示されるように、熱処理工程Ｓ３２においては、イオン注入工程Ｓ３１において注入された不純物の活性化アニールが行われる。この際、不純物が横方向（ラテラル方向）に沿って拡散するため、不純物拡散領域ＤＩＦ５がラテラル方向に沿って延びる。そのため、不純物拡散領域ＤＩＦ５の形状は、イオン注入工程Ｓ３１における傾斜角度等のイオン注入条件、熱処理工程Ｓ３２における熱処理時間、熱処理温度等の熱処理条件を変化させることにより調整することができる。
【００６０】
クラッド層形成工程Ｓ４においては、クラッド層ＣＬＤの形成が行われる。クラッド層ＣＬＤの形成においては、第１に、クラッド層ＣＬＤを構成する材料がＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）等で成膜される。クラッド層ＣＬＤの形成においては、第２に、成膜されたクラッド層ＣＬＤを構成する材料が、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）等で平坦化される。以上により、図４等に示される構造の光導波路ＷＧ１を形成することができる。
【００６１】
以下に、第１実施形態に係る半導体装置の効果を説明する。
第１実施形態に係る半導体装置においては、１つの光変調器ＬＭが、互いに分割された複数の変調部ＬＭ１〜変調部ＬＭ３により構成されているため、光変調器ＬＭの第１方向ＤＲ１における長さを短くすることができる。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置によると、チップサイズを縮小することが可能となる。
【００６２】
第１実施形態に係る半導体装置において、変調部ＬＭ１〜変調部ＬＭ３、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２に位置する半導体層ＳＯＩがリブ部ＲＢ、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２で構成されている場合、変調部と光導波路とで半導体層ＳＯＩの断面構造を変更する必要がない。また、リブ部ＲＢ、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２で構成されるリブ型の光導波路は、伝搬損失が低いため、光変調器ＬＭにおける伝搬損失を低減することが可能となる。
【００６３】
図１２に示されるように、比較例に係る半導体装置は、第１実施形態に係る半導体装置と異なり、曲部ＷＧ１ａにおいて、不純物拡散領域ＤＩＦ５を有していない。このことを別の観点からいえば、比較例に係る半導体装置においては、リブ部ＲＢにおける屈折率とスラブ部ＳＬＢ１における屈折率との間に差がない。
【００６４】
その結果、比較例に係る半導体層においては、光導波路ＷＧ１を通過している光（図１２中において点線で示されている）は、曲部ＷＧ１ａを通過する際、スラブ部ＳＬＢ１側に偏ってしまう。その結果、曲部ＷＧ１ａにおいて、光導波路ＷＧ１の伝送特性が劣化してしまう。上記の偏りは、曲部ＷＧ１ａにおける曲げ半径が小さくなるにしたがって大きくなるため、比較例に係る半導体装置においては、曲部ＷＧ１ａにおける曲げ半径を小さくすることは困難である。
【００６５】
他方で、第１実施形態に係る半導体装置においては、曲部ＷＧ１ａにあるスラブ部ＳＬＢ１の表面に不純物拡散領域ＤＩＦ５が形成されているため、リブ部ＲＢの近傍に位置するスラブ部ＳＬＢ１における屈折率は、リブ部ＲＢにおける屈折率よりも小さくなっている。第１実施形態に係る半導体装置においては、この屈折率差に起因して、光が曲部ＷＧ１ａを通過する際にスラブ部ＳＬＢ１側に偏りにくい。そのため、第１実施形態に係る半導体装置によると、曲部ＷＧ１ａにおける曲げ半径を小さくすることが可能になる。
【００６６】
不純物拡散領域ＤＩＦ５が絶縁層ＢＯＸに達するように延びている場合、曲部ＷＧ１ａを通過する際の光の偏りをさらに小さくすることができる。すなわち、この場合には、曲部ＷＧ１ａにおける曲げ半径をさらに小さくすることが可能となる。
【００６７】
不純物拡散領域ＤＩＦ５の導電型がリブ部ＲＢの導電型と同一である場合、不純物拡散領域ＤＩＦ５とリブ部ＲＢとの間でｐｎ接合による空乏層が形成されない。空乏層を光が通過すると、当該光に位相変調が生じてしまう。そのため、この場合には、光導波路ＷＧ１を通過する際に、光が位相変調されてしまうことを抑制できる。
【００６８】
不純物拡散領域ＤＩＦ５が不純物として２フッ化ホウ素、リン、ヒ素を含む場合、これらの不純物は、シリコン中における拡散係数がホウ素よりも小さく、熱処理工程Ｓ３２におけるラテラル拡散距離が短いため、不純物拡散領域ＤＩＦ５がリブ部ＲＢに達するように延びることを抑制できる。
【００６９】
直線部ＷＧ１ｃにおいて不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端が曲部ＷＧ１ａに近づくにつれてリブ部ＲＢに近づく場合、曲部ＷＧ１ａと直線部ＷＧ１ｃとの境界において屈折率に急峻な変化が生じることを抑制できる。直線部ＷＧ１ｄにおいて不純物拡散領域ＤＩＦ５のリブ部ＲＢ側の端が曲部ＷＧ１ａから離れるにつれてリブ部ＲＢから離れる場合、曲部ＷＧ１ａと直線部ＷＧ１ｄとの境界において屈折率に急峻な変化が生じることを抑制できる。
【００７０】
（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。ここでは、第１実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
【００７１】
第２実施形態に係る半導体装置において、光変調器ＬＭは、変調部ＬＭ１、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３と、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２とを有している。変調部ＬＭ１〜変調部ＬＭ３に位置する半導体層ＳＯＩは、リブ部ＲＢと、スラブ部ＳＬＢ１と、スラブ部ＳＬＢ２とを有している。これらの点に関して、第２実施形態に係る半導体装置の構成は、第１実施形態に係る半導体装置の構成と共通している。
【００７２】
しかしながら、第２実施形態に係る半導体装置においては、図１３に示されるように、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２に位置する半導体層ＳＯＩが、リブ部ＲＢ、スラブ部ＳＬＢ１及びスラブ部ＳＬＢ２を有していない。第２実施形態に係る半導体装置においては、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２に位置する半導体層ＳＯＩは、半導体層ＳＯＩの延在方向に直交する断面視において、矩形形状を有している。この点に関して、第２実施形態に係る半導体装置の構成は、第１実施形態に係る半導体装置の構成と異なっている。
【００７３】
第２実施形態に係る半導体装置における光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２の構造は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の半導体層パターンニング工程Ｓ２において半導体層ＳＯＩを矩形形状にパターンニングするとともに、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法における不純物拡散領域形成工程Ｓ３を省略することにより形成することができる。そのため、ここでは、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する詳細な説明は省略する。
【００７４】
以下に、第２実施形態に係る半導体装置の効果を説明する。ここでは、第１実施形態に係る半導体装置の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
【００７５】
第２実施形態に係る半導体装置における光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２は、半導体層ＳＯＩの四方（上面、両側面及び底面）がクラッド層ＣＬＤ及び絶縁層ＢＯＸで囲まれており、光の閉じ込め効果が高いため、曲げ半径を小さくすることができる。そのため、第２実施形態に係る半導体装置によると、光変調器ＬＭをさらに小さく構成することが可能となる。
【００７６】
以下に、第３実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。ここでは、第１実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
【００７７】
第３実施形態に係る半導体装置において、光変調器ＬＭは、変調部ＬＭ１、変調部ＬＭ２及び変調部ＬＭ３と、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２とを有している。変調部ＬＭ１〜変調部ＬＭ３、光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２に位置する半導体層ＳＯＩは、リブ部ＲＢと、スラブ部ＳＬＢ１と、スラブ部ＳＬＢ２とを有している。曲部ＷＧ１ａ及び曲部ＷＧ１ｂにあるスラブ部ＳＬＢ１は、不純物拡散領域ＤＩＦ５を有している。これらの点に関して、第３実施形態に係る半導体装置の構成は、第１実施形態に係る半導体装置の構成と共通している。
【００７８】
しかしながら、第３実施形態に係る半導体装置においては、図１４に示されるように、リブ部ＲＢの表面上に、ハードマスクＨＭが形成されている。ハードマスクＨＭは、好ましくは、クラッド層ＣＬＤと同一材料で形成されている。これらの点に関して、第３実施形態に係る半導体装置の構成は、第１実施形態に係る半導体装置の構成と異なっている。
【００７９】
以下に、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。ここでは、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
【００８０】
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板準備工程Ｓ１と、半導体層パターンニング工程Ｓ２と、不純物拡散領域形成工程Ｓ３と、クラッド層形成工程Ｓ４を有している。不純物拡散領域形成工程Ｓ３は、イオン注入工程Ｓ３１と、熱処理工程Ｓ３２とを有している。これらの点に関して、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と共通している。
【００８１】
しかしながら、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体層パターンニング工程Ｓ２の詳細及びイオン注入工程Ｓ３１の詳細に関して、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なっている。
【００８２】
図１５に示されるように、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法における半導体層パターンニング工程Ｓ２は、ハードマスクＨＭをドライエッチングのマスクとして用いることにより行われる。なお、ハードマスクＨＭは、ハードマスクＨＭを構成する材料をＣＶＤ等で半導体層ＳＯＩ上に形成するとともに、成膜されたハードマスクＨＭを構成する材料をフォトリソグラフィ及びドライエッチングでパターンニングすることにより行われる。
【００８３】
図１６に示されるように、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるイオン注入工程Ｓ３１は、ハードマスクＨＭでリブ部ＲＢを覆うとともに、フォトレジストＰＲでスラブ部ＳＬＢ２を覆った状態で行われる。フォトレジストＰＲは、ハードマスクＨＭを部分的に覆っていてもよい。このイオン注入は、リブ部ＲＢに隣接するスラブ部ＳＬＢ１にイオンが注入されないように傾斜して行われることが好ましい。
【００８４】
以下に、第３実施形態に係る半導体装置の効果を説明する。ここでは、第１実施形態に係る半導体装置の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
【００８５】
第３実施形態に係る半導体装置においては、ハードマスクＨＭを用いてイオン注入を行うことにより、不純物拡散領域ＤＩＦ５を形成する位置がセルフアラインで決定されるため、不純物拡散領域ＤＩＦ５がずれて形成されることを抑制可能である。
【００８６】
ハードマスクＨＭがクラッド層ＣＬＤと同一材料で形成されている場合、ハードマスクＨＭとクラッド層ＣＬＤとの間に屈折率差がないため、ハードマスクＨＭの存在が光導波路ＷＧ１及び光導波路ＷＧ２における光閉じ込め効果に悪影響を及ぼさない。
【００８７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前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可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８８】
ＢＯＸ  絶縁層、ＣＬＤ  クラッド層、ＣＰ１  コンタクトプラグ、ＣＰ２  コンタクトプラグ、ＤＩＦ１，ＤＩＦ２，ＤＩＦ３，ＤＩＦ４，ＤＩＦ５  不純物拡散領域、ＤＲ１  第１方向、ＤＲ２  第２方向、ＥＣ１，ＥＣ２，ＥＣ３  電子回路、ＨＭ  ハードマスク、ＬＩ  光入力部、ＬＭ  光変調器、ＬＭ１  変調部、ＬＭ２  変調部、ＬＭ３  変調部、ＬＭ１ａ  第１端、ＬＭ１ｂ  第２端、ＬＭ２ａ  第３端、ＬＭ２ｂ  第４端、ＬＭ３ａ  第５端、ＬＭ３ｂ  第６端、ＬＯ  光出力部、ＬＲ  受光部、ＬＳ  光源、ＰＲ  フォトレジスト、ＲＢ  リブ部、ＲＢａ  側面、ＲＢｂ  側面、Ｓ１  半導体基板準備工程、Ｓ２  半導体層パターンニング工程、Ｓ３  不純物拡散領域形成工程、Ｓ４  クラッド層形成工程、Ｓ３１  イオン注入工程、Ｓ３２  熱処理工程、ＳＬＢ１，ＳＬＢ２  スラブ部、ＳＯＩ  半導体層、ＳＳＵＢ  支持基板、ＳＵＢ  半導体基板、ＷＧ１ｄ，ＷＧ１ｃ，ＷＧ１ｅ，ＷＧ２ｅ，ＷＧ２ｄ，ＷＧ２ｃ  直線部、ＷＧ１ａ，ＷＧ１ｂ，ＷＧ２ｂ，ＷＧ２ａ  曲部、ＷＧ１，ＷＧ２  光導波路、Ｌ１，Ｌ２  距離。
【図１】
2020144211.tif 000003
【図２】
2020144211.tif 000004
【図３】
2020144211.tif 000005
【図４】
2020144211.tif 000006
【図５】
2020144211.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020144211.tif 000009
【図８】
2020144211.tif 000010
【図９】
2020144211.tif 000011
【図１０】
2020144211.tif 000012
【図１１】
2020144211.tif 000013
【図１２】
2020144211.tif 000014
【図１３】
2020144211.tif 000015
【図１４】
2020144211.tif 000016
【図１５】
2020144211.tif 000017
【図１６】
2020144211.tif 000018