(57)【要約】【課題】複雑化を抑えて、光通信可能な電子装置を実現する。【解決手段】電子装置１Ａは、基板１０、能動素子２０及び光通信素子３０を含む。基板１０は、面１０ａに設けられたシリコン層１１を有する。能動素子２０は、シリコン層１１に設けられる。光通信素子３０は、面１０ａに設けられ、能動素子２０と電気的に接続され、ｐ型シリコン３１ｐとｎ型シリコン３１ｎとのｐｎ接合３１を有し、ｐｎ接合３１によって発光する機能と受光する機能とを有する。基板１０の面１０ａに能動素子２０を設けると共にｐｎ接合１３１を設け、これらにシリコンを用いることで、光通信可能な電子装置１Ａの構造及びプロセスの複雑化を抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層と、
前記第１シリコン層に設けられた第１能動素子と、
前記第１面に設けられ、前記第１能動素子と電気的に接続され、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子と
を含むことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第１接合は、前記第１シリコン層に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記第１面に、前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを覆うように設けられた第１配線層を含み、
前記第１配線層は、
第１絶縁部と、
前記第１絶縁部内に設けられ、前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを電気的に接続する第１導体部と
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第１配線層に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する開口部を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する開口部を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子装置。
【請求項６】
前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する第２光通信素子と
を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子装置。
【請求項７】
第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層に第１能動素子を形成する工程と、
前記第１面に、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子を形成する工程と、
前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを電気的に接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項８】
回路基板と、
前記回路基板の一方の面に搭載された第１電子装置と
を備え、
前記第１電子装置は、
第１基板と、
前記第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層と、
前記第１シリコン層に設けられた第１能動素子と、
前記第１面に設けられ、前記第１能動素子と電気的に接続され、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子と
を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
前記第１電子装置は、
前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する第２光通信素子と
を含むことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記回路基板の他方の面に搭載された第２電子装置を備え、
前記第２電子装置は、
第３基板と、
前記第３基板に設けられた第３光通信素子と
を含み、
前記回路基板は、前記一方の面と前記他方の面との間を貫通する孔を有し、
前記第３光通信素子は、前記孔を通じて前記第１電子装置と光学的に接続されることを特徴とする請求項８又は９に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、電子装置の製造方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｐｎ接合構造で光信号を送信する光送信素子を組み込んだ基板と、その光信号を受信する受光素子を組み込んだ基板とを対向させて接合し、それらの間で光通信を行う技術が知られている。ここで、光送信素子には、ｐ型の単結晶シリコン基板に形成した多孔質シリコンとその上に形成したｎ−μＣ−ＳｉＣ（ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン）とからなるものが用いられている。受光素子には、単結晶シリコン基板に形成したｎ−μＣ−ＳｉＣからなるものが用いられている。
【０００３】
また、半導体発光素子とそこから発光される光を受光する半導体受光素子との双方に、ｐｎ接合からなるシリコンフォトダイオード又はシリコン発光ダイオードを用いる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９７４８６号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２０１５／０９２８３６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光素子若しくは受光素子又はそれらの両方と、それらに接続される能動素子又はそれを含む半導体チップを組み合わせ、光通信可能な電子装置を得る場合、これまでの技術では、得られる電子装置の構造や電子装置を得るためのプロセスが複雑化することがある。電子装置の構造やそれを得るプロセスの複雑化は、電子装置の、更にはそれを用いた電子機器の、歩留まりの低下、コストの増加等を招き得る。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、複雑化を抑えて、光通信可能な電子装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、第１基板と、前記第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層と、前記第１シリコン層に設けられた第１能動素子と、前記第１面に設けられ、前記第１能動素子と電気的に接続され、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子とを含む電子装置が提供される。
【０００８】
また、１つの態様では、上記のような電子装置の製造方法、及び上記のような電子装置を備えた電子機器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面では、複雑化を抑えて、光通信可能な電子装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る電子装置の第１の例について説明する図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電子装置の第２の例について説明する図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電子装置の第１の例について説明する図である。
【図４】第２の実施の形態に係る電子装置の第２の例について説明する図である。
【図５】第２の実施の形態に係る電子装置の第３の例について説明する図である。
【図６】第２の実施の形態に係る電子装置の第４の例について説明する図である。
【図７】第２の実施の形態に係る電子装置の第５の例について説明する図である。
【図８】第２の実施の形態に係る電子装置の第６の例について説明する図である。
【図９】第２の実施の形態に係る電子装置の第７の例について説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る電子装置の第８の例について説明する図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第１の例について説明する図（その１）である。
【図１２】第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第１の例について説明する図（その２）である。
【図１３】第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第２の例について説明する図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第３の例について説明する図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第１の例について説明する図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第２の例について説明する図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第３の例について説明する図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第４の例について説明する図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第５の例について説明する図である。
【図２０】第２の実施の形態に係る電子装置の第１の変形例について説明する図である。
【図２１】第２の実施の形態に係る電子装置の第２の変形例について説明する図である。
【図２２】第３の実施の形態に係る積層デバイスの第１の例について説明する図である。
【図２３】第３の実施の形態に係る積層デバイスの第２の例について説明する図である。
【図２４】第３の実施の形態に係る積層デバイスの第３の例について説明する図である。
【図２５】第３の実施の形態に係る積層デバイスの第４の例について説明する図である。
【図２６】第４の実施の形態に係る電子機器の第１の例について説明する図である。
【図２７】第４の実施の形態に係る電子機器の第２の例について説明する図である。
【図２８】第５の実施の形態に係る電子機器の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る電子装置の第１の例について説明する図である。図１には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００１２】
図１に示す電子装置１Ａは、基板１０、能動素子２０及び光通信素子３０を含む。
基板１０には、シリコン（Ｓｉ）基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられる。基板１０は、その少なくとも一部であって、一方の面１０ａの少なくとも一部に、シリコン層１１を有する。面１０ａは、段差を有してもよい。シリコン層１１は、基板１０にシリコン基板が用いられる場合には、そのシリコン基板の表層部であり、基板１０にＳＯＩ基板が用いられる場合には、そのＳＯＩ基板内の絶縁層（図示せず）上に設けられる表層部のシリコン層である。図１では便宜上、このようなシリコン層１１の部位（少なくとも一部）を、鎖線２で区分して表している。
【００１３】
能動素子２０は、基板１０の面１０ａのシリコン層１１に設けられる。能動素子２０には、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型の電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；ＦＥＴ）（ＭＯＳＦＥＴ）等、各種トランジスタが用いられる。能動素子２０は、基板１０のシリコン層１１を用いて形成される。例えば、ここでは図示を省略するが、能動素子２０にＭＯＳＦＥＴが用いられる場合であれば、シリコン層１１内にソース及びドレインとして機能する所定導電型の不純物領域が形成され、シリコン層１１上にゲート酸化膜を介してゲート電極が形成される。
【００１４】
光通信素子３０は、基板１０の面１０ａに設けられる。光通信素子３０は、例えば、能動素子２０が設けられるシリコン層１１と同じシリコン層１１が用いられ、そのシリコン層１１の、能動素子２０が設けられる部位とは異なる部位に形成され、基板１０の面１０ａに設けられる。或いは、光通信素子３０は、能動素子２０が設けられるシリコン層１１とは別のシリコン層が用いられて形成され、基板１０の面１０ａに設けられてもよい。
【００１５】
光通信素子３０は、能動素子２０と電気的に接続される。例えば、能動素子２０及び光通信素子３０が設けられた基板１０上に、絶縁部とその絶縁部内に設けられる導体部（プラグ、配線、ビア等）とを含む配線層が設けられ、その導体部が用いられて、光通信素子３０と能動素子２０とが電気的に接続される。図１では便宜上、このような光通信素子３０と能動素子２０との電気的な接続を、点線３で接続して表している。
【００１６】
光通信素子３０は、ｐ型シリコン３１ｐとｎ型シリコン３１ｎとの接合（ｐｎ接合）３１を含む。光通信素子３０は、そのｐｎ接合３１によって発光する機能と受光する機能とを有する。即ち、光通信素子３０は、発光素子と受光素子の両方の機能を兼ね備え、光を送信（発光）する発光素子として用いられてもよいし、光を受信（受光）する受光素子として用いられてもよいし、或いは光の送信も受信もする発光受光素子として用いられてもよい。シリコンは間接遷移型のバンド構造を有するものの、そのｐｎ接合は、受光のほか、発光（波長１．１μｍ程度）もすることが報告されている。このようなシリコンのｐｎ接合３１によって発光し受光する光通信素子３０が、能動素子２０と共に基板１０の面１０ａに設けられる。
【００１７】
電子装置１Ａでは、能動素子２０から電気信号が供給されて光通信素子３０のｐｎ接合３１が発光し、その光が外部に送信される。能動素子２０から供給される電気信号に基づき、光通信素子３０の発光が制御される。また、電子装置１Ａでは、外部から受信された光を光通信素子３０のｐｎ接合３１が受光し、その受光によって生成される電気信号が能動素子２０に供給される。受光した光通信素子３０から供給される電気信号に基づき、能動素子２０の動作が制御される。電子装置１Ａ（及び以下に示す電子装置１Ｂ）は、光通信素子３０及び能動素子２０によって、光を外部に送信するか、外部からの光を受信するか、或いは光を送信し受信する、光通信デバイスの一例である。
【００１８】
電子装置１Ａでは、基板１０の面１０ａに、シリコン層１１が用いられて能動素子２０が形成されると共に、シリコン層１１又は別のシリコン層が用いられて発光及び受光の機能を有する光通信素子３０が形成される。
【００１９】
電子装置１Ａでは、能動素子２０及び光通信素子３０がいずれも、シリコンを用いて同じ面１０ａ側に形成されるため、能動素子２０及び光通信素子３０の各々の構造の複雑化、能動素子２０及び光通信素子３０の同じ基板１０上への集積の複雑化が抑えられる。例えば、シリコンを用いて形成される能動素子２０及び光通信素子３０（そのｐｎ接合３１）はいずれも、能動素子２０の形成で広く利用されているシリコンプロセス技術を用いて形成可能になる。そのため、シリコンプロセス技術によれば、能動素子２０及び光通信素子３０の各々及び両方、更にそれらを電気的に接続する構造（例えば上記配線層の導体部）を、位置や形状等について精度良く設けることができるほか、大型化を抑えて設けることができる。また、化合物半導体等、シリコンとは異なる材料でｐｎ接合を形成して発光素子や受光素子を得る場合や、能動素子が形成されるのと同じ基板にそのような発光素子や受光素子を集積して組み込む場合に比べて、構造及びプロセスの複雑化を抑えることができる。また、シリコンが用いられることで、化合物半導体が用いられる場合に比べて、環境への負荷を軽減することもできる。
【００２０】
図１に示すような構成によれば、複雑化が抑えられた、発光及び受光の機能を有する、光通信可能な電子装置１Ａが実現される。
また、図２は第１の実施の形態に係る電子装置の第２の例について説明する図である。図２には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００２１】
図２に示す電子装置１Ｂは、基板１０の、能動素子２０が設けられるシリコン層１１上に、光通信素子３０が設けられた構成を有する点で、上記図１に示したような電子装置１Ａと相違する。
【００２２】
電子装置１Ｂにおいて、光通信素子３０は、能動素子２０が設けられるシリコン層１１（シリコン基板の表層部やＳＯＩ基板の絶縁層上のシリコン層（鎖線２で区分））とは別のシリコン層を用いて別途準備され、基板１０の面１０ａ上に設けられる。光通信素子３０と能動素子２０とは、これらを覆うように設けられる配線層内の導体部が用いられ、電気的に接続される（点線３）。図２に示すように、光通信素子３０は、必ずしも能動素子２０が設けられるシリコン層１１と同じ層内（レイヤ内、面内）に位置していることを要しない。
【００２３】
電子装置１Ｂでは、上記電子装置１Ａと同様に、基板１０の面１０ａに能動素子２０が設けられると共に光通信素子３０が設けられ、これらにいずれもシリコンが用いられることで、構造及びプロセスの複雑化が抑えられる。図２に示すような構成によっても、複雑化が抑えられた、発光及び受光の機能を有する、光通信可能な電子装置１Ｂが実現される。
【００２４】
［第２の実施の形態］
ここでは、上記第１の実施の形態で述べたような構成を適用した電子装置の例を、第２の実施の形態として説明する。
【００２５】
図３は第２の実施の形態に係る電子装置の第１の例について説明する図である。図３には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図３に示す電子装置１００Ａは、シリコン基板１１０（基板）、トランジスタ１２０（能動素子）、光通信素子１３０、及び配線層１４０を含む。シリコン基板１１０の面１１０ａ側の表層部（シリコン層）に、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０が設けられる。
【００２６】
図３には、トランジスタ１２０として、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（「ｐＭＯＳ」と言う）１２１、及びｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（「ｎＭＯＳ」と言う）１２２とを例示している。シリコン基板１１０には、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法等を用いて形成された素子分離領域１１２が設けられる。シリコン基板１１０の、素子分離領域１１２で画定された素子領域（シリコン基板１１０の表層部）に、トランジスタ１２０のｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２が設けられる。
【００２７】
ｐＭＯＳ１２１は、シリコン基板１１０上に設けられたゲート酸化膜１２１ａと、ゲート酸化膜１２１ａ上に設けられたゲート電極１２１ｂとを有する。ｐＭＯＳ１２１は更に、シリコン基板１１０内に設けられたｎ型ウェル領域１２１ｃと、ゲート電極１２１ｂの両側のシリコン基板１１０内に設けられ、ソース及びドレインとして機能するｐ型不純物領域１２１ｄとを有する。
【００２８】
ｎＭＯＳ１２２は、シリコン基板１１０上に設けられたゲート酸化膜１２２ａと、ゲート酸化膜１２２ａ上に設けられたゲート電極１２２ｂとを有する。ｎＭＯＳ１２２は更に、シリコン基板１１０内に設けられたｐ型ウェル領域１２２ｃと、ゲート電極１２２ｂの両側のシリコン基板１１０内に設けられ、ソース及びドレインとして機能するｎ型不純物領域１２２ｄとを有する。
【００２９】
ゲート酸化膜１２１ａ及びゲート酸化膜１２２ａは、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の材料を用いて形成される。ゲート電極１２１ｂ及びゲート電極１２２ｂは、ポリシリコン等の材料を用いて形成される。ｎ型ウェル領域１２１ｃ及びｎ型不純物領域１２２ｄは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等のｎ型不純物がシリコン基板１１０にイオン注入され、アニールにより活性化されて、形成される。ｐ型ウェル領域１２２ｃ及びｐ型不純物領域１２１ｄは、ホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物がシリコン基板１１０にイオン注入され、アニールにより活性化されて、形成される。
【００３０】
光通信素子１３０は、シリコン基板１１０の、素子分離領域１１２で画定された素子領域（シリコン基板１１０の表層部）に設けられる。光通信素子１３０は、断面視で、ｐ型シリコン１３１ｐとｎ型シリコン１３１ｎとが平面方向に交互に並んだ、ｐｎ接合１３１を有する。図３に示されるようなｐ型シリコン１３１ｐ群は、シリコン基板１１０の素子領域に設けられる図示しない別のｐ型シリコンによって、或いは配線層１４０に設けられる導体部（プラグ、配線等）によって、電気的に接続される。図３に示されるようなｎ型シリコン１３１ｎ群は、シリコン基板１１０の素子領域に設けられる図示しない別のｎ型シリコンによって、或いは配線層１４０に設けられる導体部（プラグ、配線等）によって、電気的に接続される。
【００３１】
光通信素子１３０は、ｐ型シリコン１３１ｐとｎ型シリコン１３１ｎとが接合されたｐｎ接合１３１によって、発光する機能と受光する機能とを有する。即ち、光通信素子１３０は、発光素子と受光素子の両方の機能を兼ね備え、光を送信（発光）する発光素子として用いられてもよいし、光を受信（受光）する受光素子として用いられてもよいし、或いは光の送信も受信もする発光受光素子として用いられてもよい。シリコンは間接遷移型のバンド構造を有するものの、そのｐｎ接合は、受光のほか、発光（波長１．１μｍ程度）もすることが報告されている。このようなシリコンのｐｎ接合１３１によって発光し受光する光通信素子１３０が、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２と共に、シリコン基板１１０の面１１０ａに設けられる。
【００３２】
配線層１４０は、シリコン基板１１０の面１１０ａ上に、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２並びに光通信素子１３０のｐｎ接合１３１を覆うように、設けられる。配線層１４０は、絶縁部１４１と、その絶縁部１４１内に設けられた導体部１４２とを含む。図３には、導体部１４２として、プラグ１４２ａ及び配線１４２ｂを例示している。
【００３３】
配線層１４０の絶縁部１４１には、各種絶縁材料が用いられる。例えば、絶縁部１４１には、酸化シリコンが用いられる。このほか、絶縁部１４１には、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒素を含有する酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭素を含有する酸化シリコン（ＳｉＯＣ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等が少なくとも一部に用いられてもよい。絶縁部１４１には、このような酸化シリコン等の無機系絶縁材料のほか、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機系絶縁材料が少なくとも一部に用いられてもよい。また、配線層１４０の導体部１４２には、各種導体材料が用いられる。例えば、導体部１４２のプラグ１４２ａには、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属が用いられる。導体部１４２の配線１４２ｂには、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。
【００３４】
ｐＭＯＳ１２１には、そのソース及びドレインとして機能するｐ型不純物領域１２１ｄにプラグ１４２ａが接続され、そのプラグ１４２ａに配線１４２ｂが接続される。ｎＭＯＳ１２２には、そのソース及びドレインとして機能するｎ型不純物領域１２２ｄにプラグ１４２ａが接続され、そのプラグ１４２ａに配線１４２ｂが接続される。図３に示すように、ｐＭＯＳ１２１のｐ型不純物領域１２１ｄとｎＭＯＳ１２２のｎ型不純物領域１２２ｄとは、各々に繋がるプラグ１４２ａ及びそれに繋がる配線１４２ｂを通じて接続されてもよい。尚、ここでは図示を省略するが、ｐＭＯＳ１２１のゲート電極１２１ｂ及びｎＭＯＳ１２２のゲート電極１２２ｂにも、プラグ１４２ａ及び配線１４２ｂが接続される。
【００３５】
光通信素子１３０には、そのｐｎ接合１３１にプラグ１４２ａが接続され、そのプラグ１４２ａに配線１４２ｂが接続される。プラグ１４２ａは、例えば、図３に示すように、ｐｎ接合１３１のｐ型シリコン１３１ｐの１箇所、及びｎ型シリコン１３１ｎの１箇所に、それぞれ接続される。ｐｎ接合１３１に繋がるプラグ１４２ａの１つ、この例ではｎ型シリコン１３１ｎに繋がるプラグ１４２ａは、それに繋がる配線１４２ｂを通じて、トランジスタ１２０に繋がるプラグ１４２ａ、この例ではｐＭＯＳ１２１のｐ型不純物領域１２１ｄに繋がるプラグ１４２ａと接続される。例えば、このように、配線層１４０の導体部１４２が用いられ、光通信素子１３０とトランジスタ１２０とが電気的に接続される。
【００３６】
電子装置１００Ａでは、トランジスタ１２０から電気信号が供給されて光通信素子１３０のｐｎ接合１３１が発光し、その光が外部に送信される。トランジスタ１２０から供給される電気信号に基づき、光通信素子１３０の発光が制御される。また、電子装置１００Ａでは、外部から受信された光を光通信素子１３０のｐｎ接合１３１が受光し、その受光によって生成される電気信号がトランジスタ１２０に供給される。受光した光通信素子１３０から供給される電気信号に基づき、トランジスタ１２０の動作が制御される。電子装置１００Ａは、光通信素子１３０及びトランジスタ１２０によって、光を外部に送信するか、外部からの光を受信するか、或いは光を送信し受信する、光通信デバイスの一例である。尚、電子装置１００Ａのほか、以下に示す電子装置１００Ｂ〜１００Ｈ、及びそれらを含む又はそれらの構造を用いた電子装置、並びにそれらを用いた積層デバイスについても同様であり、いずれも光通信デバイスの一例である。
【００３７】
電子装置１００Ａでは、シリコン基板１１０の面１１０ａ側の表層部に、トランジスタ１２０（ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２）が形成されると共に、発光及び受光の機能を有する光通信素子１３０（ｐｎ接合１３１）が形成される。
【００３８】
電子装置１００Ａでは、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０がいずれも、シリコンを用いて形成される。そのため、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０の各々の構造の複雑化、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０の同じシリコン基板１１０上への集積の複雑化が抑えられる。例えば、シリコンを用いて形成されるトランジスタ１２０及び光通信素子１３０はいずれも、トランジスタ１２０の形成で広く利用されているシリコンプロセス技術を用いて形成可能になる。シリコンプロセス技術によれば、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０の各々及び両方、更にそれらを電気的に接続する配線層１４０の導体部１４２を、位置や形状等について精度良く設けることができるほか、大型化を抑えて設けることができる。また、化合物半導体等、シリコンとは異なる材料でｐｎ接合を形成して発光素子や受光素子を得る場合や、トランジスタが形成されるのと同じ基板にそのような発光素子や受光素子を集積して組み込む場合に比べて、構造及びプロセスの複雑化を抑えることができる。また、シリコンが用いられることで、化合物半導体が用いられる場合に比べて、環境への負荷を軽減することもできる。
【００３９】
図３に示すような構成によれば、構造及びプロセスの複雑化が抑えられた、発光及び受光の機能を有する、光通信可能な電子装置１００Ａが実現される。
図４は第２の実施の形態に係る電子装置の第２の例について説明する図である。図４には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００４０】
図４に示す電子装置１００Ｂは、配線層１４０の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に、開口部１４３が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ａ（図３）と相違する。電子装置１００Ｂでは、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発生した光が、配線層１４０に設けられた開口部１４３を通じて、外部に送信（発光）される。電子装置１００Ｂでは、外部から送信される光が、配線層１４０に設けられた開口部１４３を通じて、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で受信（受光）される。配線層１４０に開口部１４３が設けられることで、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発生した光の、電子装置１００Ｂの外部に至るまでの配線層１４０内での損失が、低減される。配線層１４０に開口部１４３が設けられることで、電子装置１００Ｂの外部から受信される光の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に至るまでの配線層１４０内での損失が、低減される。
【００４１】
電子装置１００Ｂでは、開口部１４３を通じてｐｎ接合１３１から外部に送信される光又は外部からｐｎ接合１３１に受信される光の損失を抑えるため、図４に示すように、開口部１４３の内壁に、光反射膜１５０が設けられてもよい。光反射膜１５０には、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の反射率を有する各種材料を用いることができる。例えば、光反射膜１５０には、金属（合金、金属間化合物を含む）、金属窒化物又は金属酸化物が用いられる。光反射膜１５０に用いられる金属の一例として、アルミニウムを挙げることができる。このほか、光反射膜１５０には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン等の金属を用いることもできる。光反射膜１５０の材料は、開口部１４３の内壁のほか、配線層１４０の面１４０ａ上に設けられてもよい。この場合、面１４０ａ上に設けられる光反射膜１５０の材料は、必ずしも開口部１４３の内壁に設けられる光反射膜１５０の材料と連続して設けられていることを要しない。
【００４２】
図５は第２の実施の形態に係る電子装置の第３の例について説明する図である。図５には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図５に示す電子装置１００Ｃは、シリコン基板１１０の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に、開口部１１３が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ａ（図３）と相違する。電子装置１００Ｃでは、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発生した光が、シリコン基板１１０に設けられた開口部１１３を通じて、外部に送信（発光）される。電子装置１００Ｃでは、外部から送信される光が、シリコン基板１１０に設けられた開口部１１３を通じて、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で受信（受光）される。シリコン基板１１０に開口部１１３が設けられることで、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発生した光の、電子装置１００Ｃの外部に至るまでのシリコン基板１１０内での損失が、低減される。シリコン基板１１０に開口部１１３が設けられることで、電子装置１００Ｃの外部から受信される光の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に至るまでのシリコン基板１１０内での損失が、低減される。
【００４３】
電子装置１００Ｃでは、開口部１１３を通じてｐｎ接合１３１から外部に送信される光又は外部からｐｎ接合１３１に受信される光の損失を抑えるため、図５に示すように、開口部１１３の内壁に、光反射膜１５１が設けられてもよい。光反射膜１５１の材料は、開口部１１３の内壁のほか、シリコン基板１１０の面１１０ｂ上に設けられてもよい。この場合、面１１０ｂ上に設けられる光反射膜１５１の材料は、必ずしも開口部１１３の内壁に設けられる光反射膜１５１の材料と連続して設けられていることを要しない。電子装置１００Ｃでは更に、ｐｎ接合１３１から開口部１１３へ伝送される光又は開口部１１３からｐｎ接合１３１へ伝送される光の損失を抑えるため、図５に示すように、配線層１４０内の、ｐｎ接合１３１に対応する部位に、光反射膜１５２が設けられてもよい。光反射膜１５２は、光通信素子１３０の光路上を除く当該光通信素子１３０の表面に設けることができる。光反射膜１５１及び光反射膜１５２には、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の反射率を有する各種材料を用いることができる。例えば、光反射膜１５１及び光反射膜１５２には、金属（合金、金属間化合物を含む）、金属窒化物又は金属酸化物が用いられる。光反射膜１５１及び光反射膜１５２に用いられる金属の一例として、アルミニウムを挙げることができる。このほか、光反射膜１５１及び光反射膜１５２には、金、銀、銅、ニッケル、クロム、タングステン等の金属を用いることもできる。
【００４４】
尚、光反射膜１５２は、上記図３に示したような電子装置１００Ａの配線層１４０内の、ｐｎ接合１３１に対応する部位に、設けることもできる。これにより、シリコン基板１１０側への発光効率、又はシリコン基板１１０側からの受光効率が高められる。
【００４５】
図６は第２の実施の形態に係る電子装置の第４の例について説明する図である。図６には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図６に示す電子装置１００Ｄは、シリコン基板１１０の開口部１１３に充填物１６０が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ｃ（図５）と相違する。尚、図６には、開口部１１３の内壁に光反射膜１５１が設けられ、ｐｎ接合１３１と対応する部位に光反射膜１５２が設けられた電子装置１００Ｄを例示している。
【００４６】
開口部１１３の充填物１６０には、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の透過率、透明性を有する各種材料を用いることができる。但し、充填物１６０に用いられる材料は、電子装置１００Ｄに熱が加えられた際のシリコン基板１１０との熱膨張差（熱膨張率差）が小さいものほど好ましい。充填物１６０とシリコン基板１１０との熱膨張差が大きいほど、シリコン基板１１０の開口部１１３付近に発生する応力の増大、それによるシリコン基板１１０の破壊、トランジスタ１２０や光通信素子１３０の破壊等が生じる可能性が高くなるためである。このような観点から、充填物１６０には、例えば、酸化シリコンが用いられる。このほか、充填物１６０には、シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素を含有する酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、窒素を含有する酸化シリコン、樹脂等が用いられてもよい。
【００４７】
電子装置１００Ｄでは、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発生した光が、シリコン基板１１０の、充填物１６０が設けられた開口部１１３を通じて、外部に送信（発光）される。電子装置１００Ｄでは、外部から送信される光が、シリコン基板１１０の、充填物１６０が設けられた開口部１１３を通じて、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で受信（受光）される。電子装置１００Ｄでは、シリコン基板１１０に開口部１１３が設けられ、且つ、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の透明性を有する充填物１６０が開口部１１３に設けられる。このように、シリコン基板１１０に開口部１１３が設けられることで、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発光又は受光される光のシリコン基板１１０内での損失が、低減される。更に、その開口部１１３に充填物１６０が設けられることで、外部に送信される光又は外部から受信される光のシリコン基板１１０内での損失を抑えるために開口部１１３を設けたことで低下し得るシリコン基板１１０の機械的強度が、補強される。
【００４８】
図７は第２の実施の形態に係る電子装置の第５の例について説明する図である。図７には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図７に示す電子装置１００Ｅは、基板としてＳＯＩ基板１７０が用いられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ａ（図３）と相違する。ＳＯＩ基板１７０は、シリコン基板１７１と、シリコン基板１７１上に設けられた酸化シリコン層１７２（絶縁層、埋め込み絶縁層、ＢＯＸ（Buried OXide）層）と、酸化シリコン層１７２上に設けられた表層部のシリコン層１７３とを有する。シリコン基板１７１は薄化されてもよい。ＳＯＩ基板１７０の面１７０ａ側の表層部のシリコン層１７３に、素子分離領域１７４が設けられ、素子分離領域１７４で画定されたシリコン層１７３の素子領域に、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０が設けられる。トランジスタ１２０として、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２が設けられ、光通信素子１３０として、ｐｎ接合１３１が設けられる。ＳＯＩ基板１７０の面１７０ａ上には、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２並びにｐｎ接合１３１を覆うように、絶縁部１４１及び導体部１４２を有する配線層１４０が設けられる。配線層１４０の導体部１４２（プラグ１４２ａ及び配線１４２ｂ）が用いられ、光通信素子１３０とトランジスタ１２０とが電気的に接続される。
【００４９】
電子装置１００Ｅでは、ＳＯＩ基板１７０が用いられることで、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２のリーク電流の低減、寄生容量の低減が可能になり、動作速度の向上、消費電力の削減を図ることが可能になる。このほか、電子装置１００Ｅでは、上記電子装置１００Ａ（図３）について述べたのと同様の効果も得られる。
【００５０】
図８は第２の実施の形態に係る電子装置の第６の例について説明する図である。図８には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図８に示す電子装置１００Ｆは、配線層１４０の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に、開口部１４３が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ｅ（図７）と相違する。開口部１４３が設けられることで、ｐｎ接合１３１で発生した光の、電子装置１００Ｆの外部に至るまでの配線層１４０内での損失が、低減される。開口部１４３が設けられることで、電子装置１００Ｆの外部から受信される光の、ｐｎ接合１３１に至るまでの配線層１４０内での損失が、低減される。
【００５１】
電子装置１００Ｆでは、開口部１４３を通じてｐｎ接合１３１から外部に送信される光又は外部からｐｎ接合１３１に受信される光の損失を抑えるため、図８に示すように、開口部１４３の内壁に、アルミニウム等の光反射膜１５０が設けられてもよい。光反射膜１５０には、上記電子装置１００Ｂ（図４）について述べたのと同様のものを用いることができる。光反射膜１５０の材料は、開口部１４３の内壁のほか、配線層１４０の面１４０ａ上に設けられてもよい。この場合、面１４０ａ上に設けられる光反射膜１５０の材料は、必ずしも開口部１４３の内壁に設けられる光反射膜１５０の材料と連続して設けられていることを要しない。
【００５２】
図９は第２の実施の形態に係る電子装置の第７の例について説明する図である。図９には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図９に示す電子装置１００Ｇは、薄化されたＳＯＩ基板１７０の、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に、シリコン基板１７１を貫通し酸化シリコン層１７２に達する開口部１７５が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ｅ（図７）と相違する。ＳＯＩ基板１７０に、シリコン基板１７１を貫通する開口部１７５が設けられることで、ｐｎ接合１３１で発生した光の、電子装置１００Ｇの外部に至るまでのシリコン基板１７１内での損失が、低減される。ＳＯＩ基板１７０に開口部１７５が設けられることで、電子装置１００Ｇの外部から受信される光の、ｐｎ接合１３１に至るまでのシリコン基板１７１内での損失が、低減される。
【００５３】
また、電子装置１００Ｇでは、ＳＯＩ基板１７０が用いられることで、シリコン基板１７１に開口部１７５を設ける際、酸化シリコン層１７２をストッパに用いることができるので、開口部１７５の形成が容易になる。また、ＳＯＩ基板１７０のシリコン基板１７１が薄化されることで、シリコン基板１７１に開口部１７５をエッチングによって設ける際のエッチング量及びエッチング時間の短縮が図られる。更に、シリコン基板１７１が薄化されることで、電子装置１００Ｇの小型化、開口部１７５を通じてｐｎ接合１３１から外部に送信される光又は外部からｐｎ接合１３１に受信される光の伝送距離の短縮が図られる。
【００５４】
電子装置１００Ｇでは、開口部１７５を通じてｐｎ接合１３１から外部に送信される光又は外部からｐｎ接合１３１に受信される光の損失を抑えるため、図９に示すように、開口部１７５の内壁に、アルミニウム等の光反射膜１５１が設けられてもよい。光反射膜１５１の材料は、開口部１７５の内壁のほか、シリコン基板１７１の面１７０ｂ上に設けられてもよい。この場合、面１７０ｂ上に設けられる光反射膜１５１の材料は、必ずしも開口部１７５の内壁に設けられる光反射膜１５１の材料と連続して設けられていることを要しない。電子装置１００Ｇでは更に、ｐｎ接合１３１から開口部１７５へ伝送される光又は開口部１７５からｐｎ接合１３１へ伝送される光の損失を抑えるため、図９に示すように、配線層１４０内の、ｐｎ接合１３１に対応する部位に、アルミニウム等の光反射膜１５２が設けられてもよい。光反射膜１５１及び光反射膜１５２には、上記電子装置１００Ｃ（図５）について述べたのと同様のものを用いることができる。
【００５５】
尚、光反射膜１５２は、上記図７に示したような電子装置１００Ｅの配線層１４０内の、ｐｎ接合１３１に対応する部位に、設けることもできる。これにより、シリコン基板１７１側への発光効率、又はシリコン基板１７１側からの受光効率が高められる。
【００５６】
図１０は第２の実施の形態に係る電子装置の第８の例について説明する図である。図１０には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図１０に示す電子装置１００Ｈは、ＳＯＩ基板１７０の開口部１７５に、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の透明性を有する充填物１６０が設けられた構成を有する点で、上記電子装置１００Ｇ（図９）と相違する。尚、図１０には、開口部１７５の内壁に光反射膜１５１が設けられ、ｐｎ接合１３１と対応する部位に光反射膜１５２が設けられた電子装置１００Ｈを例示している。ＳＯＩ基板１７０の開口部１７５に設ける充填物１６０には、上記電子装置１００Ｄ（図６）について述べたのと同様のものを用いることができる。
【００５７】
電子装置１００Ｈでは、ＳＯＩ基板１７０のシリコン基板１７１に開口部１７５が設けられることで、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発光又は受光される光のシリコン基板１７１内での損失が、低減される。更に、その開口部１７５に充填物１６０が設けられることで、外部に送信される光又は外部から受信される光のシリコン基板１７１内での損失を抑えるために開口部１７５を設けたことで低下し得るＳＯＩ基板１７０の機械的強度が、補強される。
【００５８】
続いて、上記のような構成を有する電子装置の形成方法について説明する。
図１１及び図１２は第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第１の例について説明する図である。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）並びに図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）にはそれぞれ、電子装置の形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００５９】
ここでは、上記電子装置１００Ｇ（図９）を例に、その形成方法について述べる。
電子装置１００Ｇの形成では、まず、図１１（Ａ）に示すような、シリコン基板１７１と、その上の酸化シリコン層１７２と、更にその上のシリコン層１７３とを有するＳＯＩ基板１７０が準備される。
【００６０】
準備されたＳＯＩ基板１７０の、表層部のシリコン層１７３に、例えば、図１１（Ｂ）に示すように、ＳＴＩ法等を用いて素子分離領域１７４が形成される。そして、形成された素子分離領域１７４で画定された素子領域のシリコン層１７３に、図１１（Ｂ）に示すように、能動素子であるトランジスタ１２０のｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２が形成される。
【００６１】
ｐＭＯＳ１２１の形成は、例えば、次のようなプロセスを含む。シリコン層１７３上に、酸化シリコン等のゲート酸化膜１２１ａが形成される。シリコン層１７３内に、リンやヒ素等のｎ型不純物がイオン注入され、ｎ型ウェル領域１２１ｃが形成される。シリコン層１７３内には、ｐＭＯＳ１２１の閾値調整のためのイオン注入（チャネル注入）が行われてもよい。ゲート酸化膜１２１ａ上に、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、ポリシリコン等のゲート電極１２１ｂが形成される。ゲート電極１２１ｂの側壁に、酸化シリコン等の堆積及びエッチバックによって、サイドウォール１２１ｅが形成される。シリコン層１７３内に、ゲート電極１２１ｂをマスクにして、及びゲート電極１２１ｂとサイドウォール１２１ｅとをマスクにして、ホウ素等のｐ型不純物がイオン注入され、ソース及びドレインとして機能するｐ型不純物領域１２１ｄが形成される。シリコン層１７３内にイオン注入されたｎ型不純物及びｐ型不純物は、アニール等によって活性化される。このようなプロセスを含む方法によって、ｐＭＯＳ１２１が形成される。
【００６２】
ｎＭＯＳ１２２の形成も同様に、例えば、次のようなプロセスを含む。シリコン層１７３上に、酸化シリコン等のゲート酸化膜１２２ａが形成される。シリコン層１７３内に、ホウ素等のｐ型不純物がイオン注入され、ｐ型ウェル領域１２２ｃが形成される。シリコン層１７３内には、ｎＭＯＳ１２２の閾値調整のためのイオン注入（チャネル注入）が行われてもよい。ゲート酸化膜１２２ａ上に、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、ポリシリコン等のゲート電極１２２ｂが形成される。ゲート電極１２２ｂの側壁に、酸化シリコン等の堆積及びエッチバックによって、サイドウォール１２２ｅが形成される。シリコン層１７３内に、ゲート電極１２２ｂをマスクにして、及びゲート電極１２２ｂとサイドウォール１２２ｅとをマスクにして、リンやヒ素等のｎ型不純物がイオン注入され、ソース及びドレインとして機能するｎ型不純物領域１２２ｄが形成される。シリコン層１７３内にイオン注入されたｐ型不純物及びｎ型不純物は、アニール等によって活性化される。このようなプロセスを含む方法によって、ｎＭＯＳ１２２が形成される。
【００６３】
準備されたＳＯＩ基板１７０の、表層部のシリコン層１７３には、例えば、図１１（Ｃ）に示すように、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２と共に、ｐｎ接合１３１を有する光通信素子１３０が形成される。
【００６４】
ここでは一例として、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２の形成後に、ｐｎ接合１３１を有する光通信素子１３０の形成が行われる例を示すが、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２の形成前に、ｐｎ接合１３１を有する光通信素子１３０の形成が行われてもよい。また、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２の形成と同時に、ｐｎ接合１３１を有する光通信素子１３０の形成が行われてもよい。
【００６５】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１の形成は、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２の形成に用いられるシリコンプロセス技術、例えば、フォトリソグラフィ、イオン注入及びアニール等の技術を用いて行われる。一例として、ｐｎ接合１３１の形成は、次のようなプロセスを含む。フォトリソグラフィによって、シリコン層１７３上にマスクが形成され、ホウ素等のｐ型不純物のイオン注入によって、シリコン層１７３内にｐ型シリコン１３１ｐが形成される。フォトリソグラフィによって、シリコン層１７３上にマスクが形成され、リンやヒ素等のｎ型不純物のイオン注入によって、シリコン層１７３内にｎ型シリコン１３１ｎが形成される。シリコン層１７３内にイオン注入されたｐ型不純物及びｎ型不純物は、アニール等によって活性化される。このようなプロセスを含む方法によって、シリコン層１７３内にｐｎ接合１３１が形成され、光通信素子１３０が形成される。光通信素子１３０をｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２と同時に形成する場合には、例えば、ｐ型シリコン１３１ｐとｐ型不純物領域１２１ｄとが同時にイオン注入され、ｎ型シリコン１３１ｎとｎ型不純物領域１２２ｄとが同時にイオン注入される。尚、ｐｎ接合１３１を形成する際のフォトリソグラフィには、ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎ並びにｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２のパターン幅によって、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）等のエキシマレーザー、極紫外線（Extreme UltraViolet；ＥＵＶ）等の各種光源を用いることができる。
【００６６】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１については、更に後述する（図１５〜図１９）。
ｐｎ接合１３１上には、図１１（Ｃ）に示すように、光反射膜１５２が設けられてもよい。例えば、ｐｎ接合１３１上に、酸化シリコン等の絶縁膜１５３を介して、アルミニウム等の光反射膜１５２が形成される。絶縁膜１５３の形成は、ｐｎ接合１３１の形成後に行われてもよいし、ｐｎ接合１３１の形成前に行われてもよい。絶縁膜１５３には、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２のゲート酸化膜１２１ａ，１２２ａとして形成される絶縁膜が用いられてもよい。光反射膜１５２は、スパッタ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、メッキ法等の各種堆積技術を用い、アルミニウム等の材料を堆積することによって、形成される。尚、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２のゲート電極１２１ｂ，１２２ｂには、メタルゲートを用いることもできる。この場合には、先にｐｎ接合１３１を形成し、そのｐｎ接合１３１上に、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２のゲート電極１２１ｂ，１２２ｂの形成時に用いられるメタルゲート材料を残し、光反射膜１５２としてもよい。
【００６７】
以上のようなプロセスにより、ＳＯＩ基板１７０の表層部のシリコン層１７３に、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２を含むトランジスタ１２０と、ｐｎ接合１３１を有する光通信素子１３０とが形成された、図１１（Ｃ）のような構造体１０５が得られる。
【００６８】
ＳＯＩ基板１７０上にトランジスタ１２０及び光通信素子１３０が形成された構造体１０５上には、図１２（Ａ）に示すように、絶縁部１４１及び導体部１４２を含む配線層１４０が形成される。また、構造体１０５のＳＯＩ基板１７０に含まれるシリコン基板１７１は、薄化されてもよい。尚、配線層１４０の形成と、シリコン基板１７１の薄化とは、いずれが先に行われてもよい。
【００６９】
配線層１４０の形成は、例えば、次のようなプロセスを含む。構造体１０５上に、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０を覆うように、また光反射膜１５２及び絶縁膜１５３が形成される場合にはそれらも覆うように、１層目の絶縁材料（絶縁部１４１の一部）が形成される。形成された１層目の絶縁材料は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等によって平坦化される。形成された１層目の絶縁材料に、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０の所定部位に通じる開口部が形成され、形成された開口部内に、導体材料の堆積及びＣＭＰ等が行われ、プラグ１４２ａが形成される。プラグ１４２ａが形成された１層目の絶縁材料上に、プラグ１４２ａに接続される所定パターンの１層目の配線１４２ｂが形成される。プラグ１４２ａ及び配線１４２ｂが形成された１層目の絶縁材料上に、更に２層目の絶縁材料（絶縁部１４１の一部）が形成される。形成された２層目の絶縁材料の平坦化、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０の所定部位に通じる開口部の形成、プラグ１４２ａ及びそれに接続される２層目の配線１４２ｂの形成が行われる。このようなプロセスが、配線層１４０の導体部１４２に含まれる配線１４２ｂの層数分、繰り返し行われ、絶縁部１４１内に所定層数分の配線１４２ｂとそれに繋がるプラグ１４２ａとを含む導体部１４２が設けられた配線層１４０が形成される。尚、配線層１４０の形成には、ダマシンプロセスやデュアルダマシンプロセスが用いられてもよい。
【００７０】
また、シリコン基板１７１の薄化は、研削加工、薬液加工等の方法を用いて行われる。
シリコン基板１７１には、図１２（Ｂ）に示すように、光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に、開口部１７５が形成される。開口部１７５の形成は、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）加工（ボッシュプロセス）、レーザー加工等の方法を用いて行われる。この例のように、基板としてＳＯＩ基板１７０を用いていると、そのシリコン基板１７１とシリコン層１７３との間に設けられる酸化シリコン層１７２を、開口部１７５を加工する時のストッパとして用いることができる。そのため、開口部１７５の深さを、シリコン基板１７１の厚さ分に制御し易くなる。
【００７１】
シリコン基板１７１に形成された開口部１７５の内壁には、図１２（Ｂ）に示すように、光反射膜１５１が形成されてもよい。光反射膜１５１は、スパッタ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、メッキ法等の各種堆積技術を用い、アルミニウム等の材料を堆積することによって、形成される。尚、光反射膜１５１の材料は、開口部１７５の内壁のほか、シリコン基板１７１の面１７０ｂ上に形成されてもよい。
【００７２】
以上のようなプロセスにより、図１２（Ｂ）に示すような電子装置１００Ｇ（図９）が得られる。
尚、このようにして得られた電子装置１００Ｇの開口部１７５に、ｐｎ接合１３１で発光又は受光される光に対して一定の透明性を有する充填物１６０を形成すれば、上記図１０に示したような電子装置１００Ｈを得ることができる。このほか、以上のプロセスにおいて、シリコン基板１７１の開口部１７５の形成（図１２（Ｂ））を省略すれば、上記図７に示したような電子装置１００Ｅを得ることができる。シリコン基板１７１の開口部１７５の形成（図１２（Ｂ））を省略し、配線層１４０に開口部１４３を形成すれば、上記図８に示したような電子装置１００Ｆを得ることができる。
【００７３】
また、ＳＯＩ基板１７０に代えて、シリコン基板１１０を用い、以上のようなプロセス（図１１（Ａ）〜図１２（Ｂ））を実施すれば、上記図５に示したような電子装置１００Ｃを得ることができる。この場合、シリコン基板１１０の開口部１１３に充填物１６０を形成すれば、上記図６に示したような電子装置１００Ｄを得ることができる。このほか、シリコン基板１１０の開口部１１３の形成を省略すれば、上記図３に示したような電子装置１００Ａを得ることができる。シリコン基板１１０の開口部１１３の形成を省略し、配線層１４０に開口部１４３を形成すれば、上記図４に示したような電子装置１００Ｂを得ることができる。
【００７４】
光通信素子１３０は、上記のように、ＳＯＩ基板１７０又はシリコン基板１１０の表層部にトランジスタ１２０と共に作り込むことができる。このほか、光通信素子１３０は、ＳＯＩ基板１７０又はシリコン基板１１０の表層部とは異なるシリコン層を用いて形成したものを、ＳＯＩ基板１７０上又はシリコン基板１１０上に配置することもできる。
【００７５】
図１３は第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第２の例について説明する図である。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）にはそれぞれ、電子装置の形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００７６】
この例では、図１３（Ａ）に示すような、ＳＯＩ基板１７０の表層部のシリコン層１７３とは異なるシリコン層１７３ａを用いてｐｎ接合１３１が形成された光通信素子１３０が、別途準備される。ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３の、光通信素子１３０が配置される部位は、エッチング等によって除去される。ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３の、除去されずに残存する部位には、ｐＭＯＳ１２１及びｎＭＯＳ１２２を含むトランジスタ１２０が形成される。ＳＯＩ基板１７０の、シリコン層１７３が除去された部位に、別途準備された光通信素子１３０が配置される。光通信素子１３０上には、ＳＯＩ基板１７０への配置後又は配置前に、上記のような絶縁膜１５３及び光反射膜１５２が形成されてもよい。
【００７７】
光通信素子１３０が配置されたＳＯＩ基板１７０上に、図１３（Ｂ）に示すように、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０を覆うように、また光反射膜１５２及び絶縁膜１５３が形成される場合にはそれらも覆うように、絶縁材料１４１ａが形成される。形成された絶縁材料１４１ａは、ＣＭＰ等によって平坦化される。
【００７８】
このようなプロセスを実施した後、上記図１２（Ａ）に示したような工程の例に従い、配線層１４０の形成等が行われ、上記図１２（Ｂ）に示したような工程の例に従い、開口部１７５の形成等が行われる。このような方法を用いて電子装置を得ることもできる。
【００７９】
また、図１４は第２の実施の形態に係る電子装置の形成方法の第３の例について説明する図である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）にはそれぞれ、電子装置の形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００８０】
この例では、図１４（Ａ）に示すような、ＳＯＩ基板１７０の表層部のシリコン層１７３とは異なるシリコン層１７３ａを用いてｐｎ接合１３１が形成された光通信素子１３０が、別途準備される。準備された光通信素子１３０が、光通信素子１３０が配置される部位が除去されていないＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３上に配置される。光通信素子１３０上には、ＳＯＩ基板１７０への配置後又は配置前に、上記のような絶縁膜１５３及び光反射膜１５２が形成されてもよい。
【００８１】
光通信素子１３０が配置されたＳＯＩ基板１７０上に、図１４（Ｂ）に示すように、トランジスタ１２０及び光通信素子１３０を覆うように、また光反射膜１５２及び絶縁膜１５３が形成される場合にはそれらも覆うように、絶縁材料１４１ａが形成される。形成された絶縁材料１４１ａは、ＣＭＰ等によって平坦化される。
【００８２】
このようなプロセスを実施した後、上記図１２（Ａ）に示したような工程の例に従い、配線層１４０の形成等が行われ、上記図１２（Ｂ）に示したような工程の例に従い、開口部１７５の形成等が行われる。このような方法を用いて電子装置を得ることもできる。
【００８３】
上記のような各種電子装置に設けられる光通信素子１３０のｐｎ接合１３１について更に説明する。
図１５は第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第１の例について説明する図である。図１５（Ａ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部断面図を模式的に示し、図１５（Ｂ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部平面図を模式的に示している。図１５（Ａ）には、図１５（Ｂ）のXV−XV断面を示している。
【００８４】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１は、例えば、図１５（Ｂ）に示すように、平面視で、櫛歯状のｐ型シリコン１３１ｐとそれに対応する櫛歯状のｎ型シリコン１３１ｎとが、噛み合うように設けられた構造とされる。この場合のｐｎ接合１３１は、図１５（Ａ）に示すように、断面視では、ｐ型シリコン１３１ｐとｎ型シリコン１３１ｎとが、平面方向に交互に並んだ構造になる。櫛歯状のｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎのパターン幅は、例えば、１μｍ以下とされる。
【００８５】
例えば、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１が、ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３やシリコン基板１１０の表層部に形成される。或いは、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１を、別のシリコン層に形成したものが、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置される。
【００８６】
ｐｎ接合１３１を、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すような構造にすることで、単位面積当たりの接合量（実効接合面積）を増大させ、発光効率を増大させることが可能になる。また、ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎを櫛歯状にすることで、各々に接続する電気接点の数を減少させることができる。
【００８７】
図１６は第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第２の例について説明する図である。図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）にはそれぞれ、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部断面図を模式的に示している。
【００８８】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１は、断面視で、図１６（Ａ）又は図１６（Ｂ）に示すような構造になってもよい。例えば、ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎを、先にｐ型不純物を深くイオン注入してｐ型シリコン１３１ｐを形成し、後にｎ型不純物を浅くイオン注入してｎ型シリコン１３１ｎを形成すると、図１６（Ａ）に示すような構造が得られる。先にｎ型不純物を深くイオン注入してｎ型シリコン１３１ｎを形成し、後にｐ型不純物を浅くイオン注入してｐ型シリコン１３１ｐを形成すると、図１６（Ｂ）に示すような構造が得られる。
【００８９】
例えば、図１６（Ａ）又は図１６（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１が、ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３やシリコン基板１１０の表層部に形成される。或いは、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１を、別のシリコン層に形成したものが、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置される。また、例えば、図１６（Ａ）に示すような構造を、ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３やシリコン基板１１０とは異なる、別のシリコン層に形成し、それを天地逆さまにして図１６（Ｃ）に示すような向きとしたものが、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置されてもよい。
【００９０】
尚、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）（並びに図１６（Ｃ））に示すような構造を有するｐｎ接合１３１のｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎの平面形状は、例えば、上記図１５（Ｂ）に示すような櫛歯状とすることができる。櫛歯状のｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎのパターン幅は、例えば、１μｍ以下とされる。
【００９１】
図１７は第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第３の例について説明する図である。図１７（Ａ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部断面図を模式的に示し、図１７（Ｂ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部平面図を模式的に示している。図１７（Ａ）には、図１７（Ｂ）のXVII−XVII断面を示している。
【００９２】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１は、例えば、図１７（Ｂ）に示すように、平面視で、螺旋状のｐ型シリコン１３１ｐとそれに対応する螺旋状のｎ型シリコン１３１ｎとが、噛み合うように設けられた構造とされる。この場合のｐｎ接合１３１も、図１７（Ａ）に示すように、断面視では、ｐ型シリコン１３１ｐとｎ型シリコン１３１ｎとが、平面方向に交互に並んだ構造になる。螺旋状のｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎのパターン幅は、例えば、１μｍ以下とされる。
【００９３】
例えば、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１が、ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３やシリコン基板１１０の表層部に形成される。或いは、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１を、別のシリコン層に形成したものが、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置される。
【００９４】
ｐｎ接合１３１を、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すような構造にしても、単位面積当たりの接合量を増大させ、発光効率を増大させることが可能になる。
図１８は第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第４の例について説明する図である。図１８（Ａ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部断面図を模式的に示し、図１８（Ｂ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部平面図を模式的に示している。図１８（Ａ）には、図１８（Ｂ）のXVIII−XVIII断面を示している。
【００９５】
光通信素子１３０のｐｎ接合１３１は、例えば、図１８（Ｂ）に示すような、平面視で層状のｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎが、図１８（Ａ）に示すように、断面視で、上下方向に交互に積層された構造とされる。ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎの層厚は、例えば、１μｍ以下とされる。
【００９６】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１は、例えば、ＳＯＩ基板１７０のシリコン層１７３やシリコン基板１１０の表層部に、ｎ型シリコン１３１ｎとｐ型シリコン１３１ｐとを交互にエピタキシャル成長することで、形成される（超格子構造）。或いは、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すような構造を有するｐｎ接合１３１を、別のシリコン層上にｎ型シリコン１３１ｎとｐ型シリコン１３１ｐとを交互にエピタキシャル成長して形成したものが、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置される。
【００９７】
ｐｎ接合１３１を、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すような構造にしても、単位面積当たりの接合量を増大させ、発光効率を増大させることが可能になる。
図１９は第２の実施の形態に係る光通信素子のｐｎ接合の第５の例について説明する図である。図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部断面図を模式的に示し、図１９（Ｃ）には、光通信素子のｐｎ接合の一例の要部平面図を模式的に示している。図１９（Ｂ）には、図１９（Ｃ）のXIX−XIX断面を示している。
【００９８】
例えば、断面視で、図１９（Ａ）に示すように、ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎをエピタキシャル成長によって上下方向に交互に積層したものが、図１９（Ｂ）に示すように、９０°回転され、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０に配置される。この場合、ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎにはそれぞれ、図１９（Ｃ）に示すように、平面視で、各ｐ型シリコン１３１ｐを接続するｐ型層１３１ｐ１、及び各ｎ型シリコン１３１ｎを接続するｎ型層１３１ｎ１が形成されてもよい。ｐ型シリコン１３１ｐ及びｎ型シリコン１３１ｎのパターン幅（層厚）は、例えば、１μｍ以下とされる。
【００９９】
ｐｎ接合１３１を、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）に示すような構造にしても、単位面積当たりの接合量を増大させ、発光効率を増大させることが可能になる。
光通信素子１３０を備える各種電子装置では、その光通信素子１３０のｐｎ接合１３１からの発光方向、発光強度、電子装置の出射端面構造等に基づき、ｐ型シリコン１３１ｐとｎ型シリコン１３１ｎとの配列方向（平面方向又は上下方向）が設定されてもよい。
【０１００】
光通信素子１３０を備える電子装置は、ＳＯＩ基板１７０やシリコン基板１１０の複数箇所に設けられた複数の光通信素子１３０を備えてもよい。即ち、１つの電子装置が備える光通信素子１３０は、１つに限定されるものではない。複数の光通信素子１３０が設けられる電子装置にあっては、光通信素子１３０が配置される各箇所について、上記電子装置１００Ａ〜１００Ｈの例で述べたような構成を適用することができる。この場合、光通信素子１３０が配置される複数箇所には、上記電子装置１００Ａ〜１００Ｈの例で述べたような構成のうち、同じ構成が適用されてもよいし、異なる構成が適用されてもよい。
【０１０１】
図２０は第２の実施の形態に係る電子装置の第１の変形例について説明する図である。図２０には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図２０には一例として、上記電子装置１００Ｆ（図８）及び電子装置１００Ｇ（図９）について述べたような構成を適用した電子装置１０１を図示している。
【０１０２】
図２０に示す電子装置１０１は、２つの光通信素子１３０、及びそれらの各々と電気的に接続されたトランジスタ１２０を備える。電子装置１０１は、配線層１４０の、一方の光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に設けられた開口部１４３、及びその内壁に設けられた光反射膜１５０を有する。電子装置１０１は更に、ＳＯＩ基板１７０の、他方の光通信素子１３０のｐｎ接合１３１に対応する部位に設けられた開口部１７５、その内壁に設けられた光反射膜１５１、ｐｎ接合１３１に対応する配線層１４０内の部位に設けられた光反射膜１５２を有する。このような電子装置１０１によれば、配線層１４０側の外部との光通信が可能になると共に、ＳＯＩ基板１７０側の外部との光通信が可能になる。
【０１０３】
尚、この図２０に示す電子装置１０１は、単なる例である。ＳＯＩ基板１７０又はシリコン基板１１０が用いられ、複数箇所に光通信素子１３０が設けられ、各箇所について上記電子装置１００Ａ〜１００Ｈの例で述べたような構成のいずれかが適用される、各種組み合わせの電子装置が実現される。
【０１０４】
また、ＳＯＩ基板１７０又はシリコン基板１１０の表層部とは異なるシリコン層を用いて別途形成された光通信素子１３０及びトランジスタ１２０を擬似ウェハとして一体化したものを基板上に貼り付け、上記電子装置１００Ａ〜１００Ｈと同様の機能を持った電子装置を得てもよい。
【０１０５】
図２１は第２の実施の形態に係る電子装置の第２の変形例について説明する図である。図２１には、電子装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
図２１に示す電子装置１０２は、基板１０３と、その表面、ここでは一例として両面１０３ａ，１０３ｂに設けられた擬似ウェハ１０４とを含む。
【０１０６】
基板１０３には、シリコン基板、ＳＯＩ基板、樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板等、各種基板を用いることができる。基板１０３には、貫通孔１０３ｃが設けられ、貫通孔１０３ｃの内壁には、金属等の光反射膜１５４が設けられてもよい。
【０１０７】
擬似ウェハ１０４は、ＳＯＩ基板又はシリコン基板、ここでは一例としてＳＯＩ基板１７０を用いて別途形成された、光通信素子１３０を備えるチップ１３０ａと、トランジスタ１２０を備えるチップ１２０ａとが、樹脂層１０４ａに埋め込まれた構成を有する。チップ１３０ａの光通信素子１３０が、１枚のＳＯＩ基板１７０に形成され、チップ１２０ａのトランジスタ１２０が、別の１枚のＳＯＩ基板１７０に形成される。樹脂層１０４ａには、チップ１３０ａ（その光通信素子１３０）のＳＯＩ基板１７０に設けられた開口部１７５に対応する部位に、開口部１０４ａａが設けられる。ＳＯＩ基板１７０の開口部１７５の内壁には、光反射膜１５１が設けられてもよい。擬似ウェハ１０４は、チップ１２０ａとチップ１３０ａとが、樹脂層１０４ａ上に設けられた、絶縁部１０４ｂ１とその内部の導体部１０４ｂ２とを有する再配線層１０４ｂによって、電気的に接続された構成を有する。再配線層１０４ｂの、チップ１３０ａ（その光通信素子１３０）に対応する部位には、光反射膜１５２が設けられてもよい。擬似ウェハ１０４は、接着層１０６を用いて基板１０３の両面１０３ａ，１０３ｂに接着される。
【０１０８】
図２１に示す電子装置１０２では、基板１０３の貫通孔１０３ｃを通じて、基板１０３の両面１０３ａ，１０３ｂに設けられた擬似ウェハ１０４の、互いの光通信素子１３０間で、光通信が行われる。電子装置１０２のように、光通信素子１３０を備えるチップ１３０ａと、トランジスタ１２０を備えるチップ１２０ａとを擬似ウェハ１０４として一体化したものを基板１０３上に貼り付け、光通信デバイスを実現することもできる。
【０１０９】
［第３の実施の形態］
ここでは、上記第２の実施の形態で述べたような構成を適用した電子装置が積層されて集積された積層デバイス（電子装置）の例を、第３の実施の形態として説明する。
【０１１０】
図２２は第３の実施の形態に係る積層デバイスの第１の例について説明する図である。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）にはそれぞれ、積層デバイスの一例の要部断面図を模式的に示している。
【０１１１】
図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）では、上記電子装置１００Ｇ（図９）を用いた例について述べ、便宜上、電子装置１００Ｇの構成を簡略化して図示している。
図２２（Ａ）に示す積層デバイス２００Ａは、２つの電子装置１００Ｇが、互いのシリコン基板１７１に設けられた開口部１７５が向き合うように対向して積層された構造を有する。積層される２つの電子装置１００Ｇは、例えば、互いのシリコン基板１７１の面１７０ｂ上に対向して設けられた金属層２１０同士を直接接合することで、固定される。積層される２つの電子装置１００Ｇは、例えば、互いの開口部１７５の内壁からシリコン基板１７１の面１７０ｂ上にかけて設けられた金属の光反射膜１５１同士を直接接合することで、固定されてもよい。積層される２つの電子装置１００Ｇは、例えば、それらの間に接着層２２０を介在させて接着することで、固定されてもよい。積層される２つの電子装置１００Ｇは、このような金属層２１０同士の直接接合、光反射膜１５１同士の直接接合、接着層２２０による接着の３つの手法のうちの少なくとも１つの手法を用いて固定される。尚、図２２（Ａ）には、３つの手法が用いられて固定された例を示している。
【０１１２】
また、図２２（Ｂ）に示す積層デバイス２００Ａａは、２つの電子装置１００Ｇが、互いのシリコン基板１７１の面１７０ｂ上に対向して設けられた金属層２１０同士を半田等のバンプ２３０を用いて接合することで固定され、積層されたものである。半田等のバンプ２３０を用いると、積層する２つの電子装置１００Ｇを自己整合的に位置合わせすることができる。
【０１１３】
積層デバイス２００Ａ，２００Ａａにおいて、金属層２１０は、積層される２つの電子装置１００Ｇの固定目的で設けることができる。この場合、金属層２１０は、電子装置１００Ｇ内のトランジスタ１２０等の回路とは電気的に分離されたものであってよい。但し、金属層２１０は、電子装置１００Ｇ内のトランジスタ１２０等の回路と電気的に接続されたものとすることもできる。
【０１１４】
積層デバイス２００Ａ，２００Ａａでは、積層される２つの電子装置１００Ｇ間の信号伝送が、向き合わせた互いの開口部１７５に対応して設けられた光通信素子１３０間の光通信によって行われる。即ち、一方の光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で発光（送信）された光が、他方の光通信素子１３０のｐｎ接合１３１で受光（受信）されることで、信号伝送が行われる。
【０１１５】
このように光通信が行われる積層デバイス２００Ａ，２００Ａａでは、積層される２つの電子装置１００Ｇの互いの開口部１７５を通じた光通信素子１３０間の光通信が可能であれば、必ずしも電子装置１００Ｇ同士が高い位置精度で固定されることを要しない。
【０１１６】
更に、積層される２つの電子装置１００Ｇの互いの開口部１７５を通じた光通信素子１３０間の光通信が可能であれば、必ずしも２つの電子装置１００Ｇ間の接合位置は限定されない。そのため、例えば、内部回路と電気的に分離された金属層２１０を接合に用いる場合、金属層２１０を、様々な位置（中央部、外周部等）に、様々な形状（島状、線状等）やサイズで、設けることができる。また、内部回路と電気的に分離された金属層２１０同士を複数箇所で接合する場合、当該複数箇所の金属層２１０同士は信号伝送の経路にならないため、必ずしも全箇所で良好な接合が実現されていることを要しない。
【０１１７】
電子装置１００Ｇによれば、積層プロセスの複雑化を抑え、積層プロセスに伴う制約条件を減らして、積層デバイス２００Ａ，２００Ａａを実現することができる。
図２３は第３の実施の形態に係る積層デバイスの第２の例について説明する図である。図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）にはそれぞれ、積層デバイスの一例の要部断面図を模式的に示している。
【０１１８】
図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）では、上記電子装置１００Ｆ（図８）及び電子装置１００Ｇ（図９）を用いた例について述べ、便宜上、電子装置１００Ｆ及び電子装置１００Ｇの構成を簡略化して図示している。
【０１１９】
図２３（Ａ）に示す積層デバイス２００Ｂは、電子装置１００Ｆと電子装置１００Ｇとが、配線層１４０に設けられた開口部１４３とシリコン基板１７１に設けられた開口部１７５とが向き合うように対向して積層された構造を有する。積層される電子装置１００Ｆと電子装置１００Ｇとは、配線層１４０上の金属層２１０とシリコン基板１７１上の金属層２１０との直接接合、光反射膜１５０と光反射膜１５１との直接接合、接着層２２０による接着の、少なくとも１つの手法を用いて固定される。尚、図２３（Ａ）には、３つの手法が用いられて固定された例を示している。
【０１２０】
また、図２３（Ｂ）に示す積層デバイス２００Ｂａは、電子装置１００Ｆと電子装置１００Ｇとが、互いの金属層２１０同士を半田等のバンプ２３０を用いて接合することで固定され、積層されたものである。
【０１２１】
電子装置１００Ｆ及び電子装置１００Ｇによれば、上記積層デバイス２００Ａ，２００Ａａについて述べたのと同様に、積層プロセスの複雑化を抑え、積層プロセスに伴う制約条件を減らして、積層デバイス２００Ｂ，２００Ｂａを実現することができる。
【０１２２】
尚、積層デバイス２００Ｂ，２００Ｂａでは、電子装置１００Ｆと電子装置１００Ｇとの積層後に、下側の電子装置１００ＦのＳＯＩ基板１７０を薄化してもよい。
図２４は第３の実施の形態に係る積層デバイスの第３の例について説明する図である。図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）にはそれぞれ、積層デバイスの一例の要部断面図を模式的に示している。
【０１２３】
図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）では、上記電子装置１００Ｆ（図８）を用いた例について述べ、便宜上、電子装置１００Ｆの構成を簡略化して図示している。
図２４（Ａ）に示す積層デバイス２００Ｃは、２つの電子装置１００Ｆが、互いの配線層１４０に設けられた開口部１４３が向き合うように対向して積層された構造を有する。積層される２つの電子装置１００Ｆは、配線層１４０上の金属層２１０同士の直接接合、光反射膜１５０同士の直接接合、接着層２２０による接着の、少なくとも１つの手法を用いて固定される。尚、図２４（Ａ）には、３つの手法が用いられて固定された例を示している。
【０１２４】
また、図２４（Ｂ）に示す積層デバイス２００Ｃａは、２つの電子装置１００Ｆが、互いの金属層２１０同士を半田等のバンプ２３０を用いて接合することで固定され、積層されたものである。
【０１２５】
電子装置１００Ｆによれば、上記積層デバイス２００Ａ，２００Ａａについて述べたのと同様に、積層プロセスの複雑化を抑え、積層プロセスに伴う制約条件を減らして、積層デバイス２００Ｃ，２００Ｃａを実現することができる。
【０１２６】
尚、積層デバイス２００Ｃ，２００Ｃａでは、電子装置１００Ｆ同士の積層後に、上側若しくは下側又は両側の電子装置１００ＦのＳＯＩ基板１７０を薄化してもよい。
図２５は第３の実施の形態に係る積層デバイスの第４の例について説明する図である。図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）にはそれぞれ、積層デバイスの一例の要部断面図を模式的に示している。
【０１２７】
図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）では、上記電子装置１００Ｆ（図８）及び電子装置１００Ｇ（図９）を用いた例について述べ、便宜上、電子装置１００Ｆ及び電子装置１００Ｇの構成を簡略化して図示している。
【０１２８】
図２５（Ａ）に示す積層デバイス２００Ｄは、電子装置１００Ｇが、フォトダイオード、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）等の各種電子装置３００と積層された構造を有する。積層デバイス２００Ｄでは、電子装置１００Ｇのｐｎ接合１３１に対応する開口部１７５と、電子装置３００の受光部又は発光部（光通信素子）３１０とが対向され、それらの間で光通信が行われる。積層される電子装置１００Ｇと電子装置３００とは、例えば、互いの対向面上に設けられた金属層２１０同士の直接接合によって固定される。尚、積層される電子装置１００Ｇと電子装置３００とは、互いの金属層２１０同士を半田等のバンプを用いて接合することで、固定されてもよい。
【０１２９】
また、図２５（Ｂ）に示す積層デバイス２００Ｅは、電子装置１００Ｆが、フォトダイオード、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ等の各種電子装置３００と積層された構造を有する。積層デバイス２００Ｅでは、電子装置１００Ｆのｐｎ接合１３１に対応する開口部１４３と、電子装置３００の光通信素子３１０とが対向され、それらの間で光通信が行われる。積層される電子装置１００Ｆと電子装置３００とは、例えば、互いの対向面上に設けられた金属層２１０同士の直接接合によって固定される。尚、積層される電子装置１００Ｆと電子装置３００とは、互いの金属層２１０同士を半田等のバンプを用いて接合することで、固定されてもよい。
【０１３０】
このように電子装置１００Ｇ及び電子装置１００Ｆは、発光又は受光する各種電子装置３００と積層することができる。
尚、積層デバイス２００Ｄでは、電子装置１００Ｇと電子装置３００との積層後に、下側の電子装置３００を薄化してもよい。また、積層デバイス２００Ｅでは、電子装置１００Ｆと電子装置３００との積層後に、下側の電子装置３００若しくは上側の電子装置１００ＦのＳＯＩ基板１７０又はそれらの両方を薄化してもよい。
【０１３１】
図２２〜図２５には、電子装置１００Ｇ及び電子装置１００Ｆを用いる例を示したが、勿論、積層デバイスの形態は上記のものに限定されるものではない。上記第２の実施の形態で述べたような電子装置１００Ａ〜１００Ｈ等について、それらを各種組み合わせで積層することで、積層プロセスの複雑化を抑え、積層プロセスに伴う制約条件を減らして、各種積層デバイスを実現することができる。
【０１３２】
ここで、各種積層デバイスの実現に当たり、例えば、積層される電子装置同士は、いずれも個片化されたチップ形態とされる。この場合、得られる積層デバイスは、ＣＯＣ（Chip On Chip）形態となる。このほか、積層される電子装置同士は、一方が個片化されたチップ形態、他方が個片化される前のウェハ形態とされてもよく、この場合、得られる積層デバイスは、ＣＯＷ（Chip On Wafer）形態となる。或いは、積層される電子装置同士は、いずれも個片化される前のウェハ形態とされてもよく、この場合、得られる積層デバイスは、ＷＯＷ（Wafer On Wafer）形態となる。
【０１３３】
また、複数の光通信素子１３０が設けられる電子装置にあっては、一の光通信素子１３０に対応してシリコン基板１７１又はシリコン基板１１０に開口部１７５又は開口部１１３を設け、他の光通信素子１３０に対応して配線層１４０に開口部１４３を設けることもできる（上記図２０に示した電子装置１０１等）。このような電子装置を積層デバイスに用いることで、当該電子装置を含む３つ以上の電子装置を積層した積層デバイスが実現される。
【０１３４】
［第４の実施の形態］
上記第１及び第２の実施の形態で述べたような電子装置、上記第３の実施の形態で述べたような積層デバイス（電子装置）は、回路基板に搭載して電子機器とすることができる。
【０１３５】
図２６は第４の実施の形態に係る電子機器の第１の例について説明する図である。図２６には、電子機器の一例の要部断面図を模式的に示している。
図２６には一例として、上記第３の実施の形態で述べたような積層デバイス２００Ａが、回路基板４１０上に搭載された電子機器４００Ａを示している。この例では、積層デバイス２００Ａの２つの電子装置１００Ｇのうち、回路基板４１０側に位置される一方の電子装置１００Ｇの配線層１４０に、回路基板４１０との電気的な接続に用いる電極１４４が設けられる。電極１４４は、当該一方の電子装置１００Ｇのトランジスタ１２０等と電気的に接続される（点線で図示）。回路基板４１０の、積層デバイス２００Ａが搭載される面には、積層デバイス２００Ａの電極１４４に対応する位置に、電極４１１が設けられる。電極４１１は、回路基板４１０に設けられる図示しない配線と電気的に接続される。積層デバイス２００Ａの電極１４４と、回路基板４１０の電極４１１とが、半田等のバンプ４２０を用いて接合されることで、図２６に示すような、回路基板４１０上に積層デバイス２００Ａが搭載された電子機器４００Ａが得られる。
【０１３６】
尚、ここでは、積層デバイス２００Ａを例にしたが、上記第１〜第３の実施の形態で述べたような各種電子装置及び各種積層デバイスも同様に、回路基板４１０上に搭載することができる。
【０１３７】
図２７は第４の実施の形態に係る電子機器の第２の例について説明する図である。図２７には、電子機器の一例の要部断面図を模式的に示している。
図２７には一例として、２つの電子装置の組が、回路基板４３０に設けられた貫通孔４３２を通じて光学的に接続され、光通信する構成を有する電子機器４００Ｂを図示している。２つの電子装置の組として、ここでは、回路基板４３０の一方の面４３０ａと他方の面４３０ｂとにそれぞれ搭載された２つの電子装置１００Ｇの組（左）、電子装置１００Ｇと電子装置１００Ｆの組（中央）、及び２つの電子装置１００Ｆの組（右）を例示している。これらの電子装置１００Ｇ及び電子装置１００Ｆは、各々に設けられた電極１９０と、回路基板４３０に設けられた電極４３１とが、半田等のバンプ４４０を用いて接合され、搭載される。電子装置１００Ｇ及び電子装置１００Ｆは、各々の光通信素子１３０が貫通孔４３２に対応する位置に設けられるように、回路基板４３０上に搭載される。尚、図２７では便宜上、電子装置１００Ｆ及び電子装置１００Ｇの構成を簡略化して図示している。
【０１３８】
回路基板４３０の貫通孔４３２の内壁には、金属が用いられた光反射膜４３３が設けられる。光反射膜４３３は、例えば、回路基板４３０の面４３０ａ及び面４３０ｂに絶縁材料（ソルダレジスト等）を用いて形成された段差部４３４上まで延在される。この場合、電子装置１００Ｇ及び電子装置１００Ｆの各搭載箇所では、回路基板４３０の段差部４３４上まで延在された光反射膜４３３と、電子装置１００Ｇの光反射膜１５１及び電子装置１００Ｆの光反射膜１５０とが直接接合される。但し、電子装置１００Ｇの光反射膜１５１及び電子装置１００Ｆの光反射膜１５０は、回路基板４３０の貫通孔４３２を通じた所定の相手との光通信が可能であれば、必ずしも回路基板４３０の光反射膜４３３と直接接合されていることを要しない。回路基板４３０には、段差部４３４を設けないようにしてもよく、回路基板４３０の光反射膜４３３と電子装置１００Ｇの光反射膜１５１との間、回路基板４３０の光反射膜４３３と電子装置１００Ｆの光反射膜１５０との間には、隙間が存在してもよい。
【０１３９】
電子機器４００Ｂのように、２つの電子装置１００Ｇの間、電子装置１００Ｇと電子装置１００Ｆの間、及び２つの電子装置１００Ｆの間の光通信は、それらが搭載される回路基板４３０の貫通孔４３２を通じて行うこともできる。
【０１４０】
尚、回路基板４３０上に搭載される２つの電子装置の組み合わせは、この図２７に示したようなものには限定されない。上記第１〜第３の実施の形態で述べたような各種電子装置及び各種積層デバイスのうちの２つを、貫通孔４３２を通じて光通信するように回路基板４３０の面４３０ａ上及び面４３０ｂ上に搭載することができる。
【０１４１】
［第５の実施の形態］
上記第１及び第２の実施の形態で述べたような電子装置、上記第３の実施の形態で述べたような積層デバイス（電子装置）、及び上記第４の実施の形態で述べたような電子機器は、更に各種電子機器に搭載することができる。例えば、コンピュータ（パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等）、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に搭載することができる。
【０１４２】
図２８は第５の実施の形態に係る電子機器の一例について説明する図である。図２８には、電子機器の一例の要部断面図を模式的に示している。
例えば、図２８に示すように、上記第４の実施の形態で述べたような電子機器４００Ａ（図２６）が、別の各種電子機器５００の筐体５００ａの内部に搭載（内蔵）される。尚、電子機器４００Ａは、電子機器５００が備えるラックやスロットに収容されてもよい。
【０１４３】
積層デバイス２００Ａでは、積層される２つの電子装置１００Ｇ間の信号伝送が、向き合わせた互いの開口部１７５に対応して設けられた光通信素子１３０間の光通信で行われる。このような積層デバイス２００Ａが回路基板４１０上に搭載され、内部の信号伝送の一部が光通信で行われる電子機器４００Ａが実現される。このような電子機器４００Ａが搭載され、各種電子機器５００が実現される。
【０１４４】
尚、ここでは、上記第４の実施の形態で述べたような電子機器４００Ａを例にしたが、上記第１〜第４の実施の形態で述べたような他の電子装置、積層デバイス及び電子機器についても同様に、各種電子機器５００に搭載することができる。
【０１４５】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  第１基板と、
前記第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層と、
前記第１シリコン層に設けられた第１能動素子と、
前記第１面に設けられ、前記第１能動素子と電気的に接続され、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子と
を含むことを特徴とする電子装置。
【０１４６】
（付記２）  前記第１接合は、前記第１シリコン層に設けられることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記３）  前記第１面に、前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを覆うように設けられた第１配線層を含み、
前記第１配線層は、
第１絶縁部と、
前記第１絶縁部内に設けられ、前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを電気的に接続する第１導体部と
を有することを特徴とする付記１又は２に記載の電子装置。
【０１４７】
（付記４）  前記第１配線層に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する開口部を含むことを特徴とする付記３に記載の電子装置。
（付記５）  前記開口部の内壁に設けられた光反射膜を含むことを特徴とする付記４に記載の電子装置。
【０１４８】
（付記６）  前記第１基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する開口部を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の電子装置。
（付記７）  前記開口部の内壁に設けられた第１光反射膜を含むことを特徴とする付記６に記載の電子装置。
【０１４９】
（付記８）  前記第１光通信素子の光路上を除く前記第１光通信素子の表面に設けられた第２光反射膜を含むことを特徴とする付記６又は７に記載の電子装置。
（付記９）  前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する第２光通信素子と
を含むことを特徴とする付記１乃至８のいずれかに記載の電子装置。
【０１５０】
（付記１０）  前記第２基板の第２面に設けられた第２シリコン層と、
前記第２シリコン層に設けられた第２能動素子と
を含み、
前記第２光通信素子は、
前記第２面に設けられ、前記第２能動素子と電気的に接続され、前記第１導電型のシリコンと前記第２導電型のシリコンとの第２接合を有し、前記第２接合によって発光する機能と受光する機能とを有することを特徴とする付記９に記載の電子装置。
【０１５１】
（付記１１）  対向する前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記第１基板と前記第２基板との接続に用いられ、前記第１能動素子、前記第１光通信素子、前記第２能動素子及び前記第２光通信素子とは電気的に分離された導体層を含むことを特徴とする付記９又は１０に記載の電子装置。
【０１５２】
（付記１２）  第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層に第１能動素子を形成する工程と、
前記第１面に、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子を形成する工程と、
前記第１能動素子と前記第１光通信素子とを電気的に接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【０１５３】
（付記１３）  前記第１光通信素子を形成する工程は、前記第１シリコン層に前記第１接合を形成する工程を含むことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。
（付記１４）  前記第１光通信素子を形成する工程は、
前記第１シリコン層とは異なる第２シリコン層に前記第１接合を形成する工程と、
前記第１接合が形成された前記第２シリコン層を前記第１面に設ける工程と
を含むことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。
【０１５４】
（付記１５）  回路基板と、
前記回路基板の一方の面に搭載された第１電子装置と
を備え、
前記第１電子装置は、
第１基板と、
前記第１基板の第１面に設けられた第１シリコン層と、
前記第１シリコン層に設けられた第１能動素子と、
前記第１面に設けられ、前記第１能動素子と電気的に接続され、第１導電型のシリコンと前記第１導電型とは異なる第２導電型のシリコンとの第１接合を有し、前記第１接合によって発光する機能と受光する機能とを有する第１光通信素子と
を含むことを特徴とする電子機器。
【０１５５】
（付記１６）  前記第１電子装置は、
前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１光通信素子の光路上に位置する第２光通信素子と
を含むことを特徴とする付記１５に記載の電子機器。
【０１５６】
（付記１７）  前記第１電子装置は、
前記第２基板の第２面に設けられた第２シリコン層と、
前記第２シリコン層に設けられた第２能動素子と
を含み、
前記第２光通信素子は、
前記第２面に設けられ、前記第２能動素子と電気的に接続され、前記第１導電型のシリコンと前記第２導電型のシリコンとの第２接合を有し、前記第２接合によって発光する機能と受光する機能とを有することを特徴とする付記１６に記載の電子機器。
【０１５７】
（付記１８）  前記回路基板の他方の面に搭載された第２電子装置を備え、
前記第２電子装置は、
第３基板と、
前記第３基板に設けられた第３光通信素子と
を含み、
前記回路基板は、前記一方の面と前記他方の面との間を貫通する孔を有し、
前記第３光通信素子は、前記孔を通じて前記第１電子装置と光学的に接続されることを特徴とする付記１５乃至１７のいずれかに記載の電子機器。
【符号の説明】
【０１５８】
１Ａ，１Ｂ，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１０１，１０２，３００  電子装置
２  鎖線
３  点線
１０，１０３  基板
１０ａ，１０３ａ，１０３ｂ，１１０ａ，１１０ｂ，１４０ａ，１７０ａ，１７０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ  面
１１，１７３，１７３ａ  シリコン層
２０  能動素子
３０，１３０，３１０  光通信素子
３１，１３１  ｐｎ接合
３１ｎ，１３１ｎ  ｎ型シリコン
３１ｐ，１３１ｐ  ｐ型シリコン
１０３ｃ，４３２  貫通孔
１０４  擬似ウェハ
１０４ａ  樹脂層
１０４ａａ，１１３，１４３，１７５  開口部
１０４ｂ  再配線層
１０５  構造体
１０６，２２０  接着層
１１０，１７１  シリコン基板
１１２，１７４  素子分離領域
１２０  トランジスタ
１２０ａ，１３０ａ  チップ
１２１  ｐＭＯＳ
１２２  ｎＭＯＳ
１２１ａ，１２２ａ  ゲート酸化膜
１２１ｂ，１２２ｂ  ゲート電極
１２１ｃ  ｎ型ウェル領域
１２１ｄ  ｐ型不純物領域
１２１ｅ，１２２ｅ  サイドウォール
１２２ｃ  ｐ型ウェル領域
１２２ｄ  ｎ型不純物領域
１３１ｎ１  ｎ型層
１３１ｐ１  ｐ型層
１４０  配線層
１４１，１０４ｂ１  絶縁部
１４１ａ  絶縁材料
１４２，１０４ｂ２  導体部
１４２ａ  プラグ
１４２ｂ  配線
１５０，１５１，１５２，１５４，４３３  光反射膜
１５３  絶縁膜
１６０  充填物
１７０  ＳＯＩ基板
１７２  酸化シリコン層
２００Ａ，２００Ａａ，２００Ｂ，２００Ｂａ，２００Ｃ，２００Ｃａ，２００Ｄ，２００Ｅ  積層デバイス
２１０  金属層
２３０，４２０，４４０  バンプ
１４４，１９０，４１１，４３１  電極
４００Ａ，４００Ｂ，５００  電子機器
４１０，４３０  回路基板
４３４  段差部
５００ａ  筐体
【図１】
2020109799.tif 000003
【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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