(57)【要約】【課題】光デバイスを備える半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】絶縁層ＣＬ上には、光導波路ＬＡ，ＬＢと、これらを覆うように設けられた絶縁膜ｉＦ１が形成されている。絶縁膜ｉＦ１上には、絶縁膜ｉＲを介して配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭが形成されている。絶縁膜ｉＲは、絶縁膜ｉＦ１より薄く、絶縁膜ｉＲの屈折率は、絶縁膜ｉＦ１の屈折率より高い。この絶縁膜ｉＦ１，ｉＲの屈折率差を利用することで、光導波路ＬＡ，ＬＢからの漏れ光が配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭ等で反射して再び光導波路ＬＡ，ＬＢに向かうのを抑制または防止することができる。【選択図】図１
2019113666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ１を有する光導波路と、
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、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜上に形成された導電膜と、
を有し、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さく、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第３絶縁膜は、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１絶縁膜上に、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層とを有する受光器をさらに備え、
前記受光器に入射する光の光路上には前記第３絶縁膜が配置されていない、半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置において、
前記光導波路は、互いに並列するように形成された複数の突起部を有するグレーティングカプラをさらに有し、
前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜が配置されていない、半導体装置。
【請求項６】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ１を有する光導波路と、
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、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜上に形成された第４絶縁膜と、
前記第４絶縁膜上に形成された導電膜と、
を有し、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置において、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さい、半導体装置。
【請求項８】
請求項６記載の半導体装置において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置。
【請求項９】
請求項６記載の半導体装置において、
前記第４絶縁膜は、屈折率ｎ４を有し、
前記屈折率ｎ３，ｎ４は、
ｎ４＞ｎ３
を満たす、半導体装置。
【請求項１０】
請求項６記載の半導体装置において、
前記第３絶縁膜は、酸窒化シリコン膜であり、
前記第４絶縁膜は、窒化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項１１】
請求項６記載の半導体装置において、
前記第４絶縁膜は、酸化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項１２】
請求項６記載の半導体装置において、
前記第１絶縁膜上に、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層とを有する受光器をさらに備え、
前記受光器の上方の光路には前記第３絶縁膜が配置されていない、半導体装置。
【請求項１３】
請求項６記載の半導体装置において、
前記光導波路は、互いに並列するように形成された複数の突起部を有するグレーティングカプラをさらに有し、
前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路上には前記第３絶縁膜が配置されていない、半導体装置。
【請求項１４】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ１を有する光導波路と、
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、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成され、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜上に形成された導電膜と、
を有し、
前記第３絶縁膜は、前記導電膜に対応する位置に配置され、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さい、半導体装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第３絶縁膜と前記導電膜との間に形成された第４絶縁膜をさらに有する、半導体装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第３絶縁膜は、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第４絶縁膜は、屈折率ｎ４を有し、
前記屈折率ｎ３，ｎ４は、
ｎ４＞ｎ３
を満たす、半導体装置。
【請求項２０】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第４絶縁膜は、窒化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項２１】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第４絶縁膜は、酸化シリコン膜である、半導体装置。
【請求項２２】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記第１絶縁膜上に、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層とを有する受光器をさらに備え、
前記受光器の上方の光路には前記第３絶縁膜が配置されていない、半導体装置。
【請求項２３】
請求項１４記載の半導体装置において、
前記光導波路は、互いに並列するように形成された複数の突起部を有するグレーティングカプラをさらに有し、
前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜が配置されていない、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、光デバイスを備える半導体装置技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイスについては、例えば、特許文献１，２に記載がある。特許文献１には、基板上に下部クラッド層（屈折率ｎ１）、コア層（屈折率ｎ２）、第１の上部クラッド層（屈折率ｎ３）および第２の上部クラッド層（屈折率ｎ４）を順次塗布してポリマー導波路を作製し、屈折率の関係をｎ２＞ｎ３＞ｎ１，ｎ４とする技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、基板上に形成された第１のクラッド層と、その上に形成されたコア層と、第１クラッド層およびコア層の表面に密着性よく被覆された相溶性を有する中間薄層と、その上に形成された第２のクラッド層とからなる光導波路が開示されている。また、この特許文献２には、第１のクラッド層の屈折率をｎｃ１、第２のクラッド層の屈折率をｎｃ２、コア層の屈折率をｎ、中間薄層の屈折率をｎ１とすると、ｎ１≦ｎ，ｎｃ１，ｎｃ２或いはｎ≧ｎ１≧ｎｃ１，ｎｃ２を満足していれば良いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３３２５４号公報
【特許文献２】特開平３−１５８８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光デバイスを備える半導体装置においては、実用化にあたりさらなる信頼性の向上が望まれている。
【０００６】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述およ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】
【０００７】
一実施の形態における半導体装置では、基板を構成する第１絶縁膜上には、屈折率ｎ１を有する光導波路と、光導波路を覆うように、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜とが形成されている。そして、第２絶縁膜上には、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜を介して導電膜が形成されている。光導波路と第３絶縁膜との最短距離は、第１絶縁膜の厚さより薄く、屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、ｎ１＞ｎ２、ｎ３＞ｎ２の関係を満たす。
【発明の効果】
【０００８】
一実施の形態によれば、光デバイスを備え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】実施の形態１の半導体装置の要部断面図である。
【図２】図１の半導体装置の要部平面図である。
【図３】図１の半導体装置の要部拡大断面図である。
【図４】図１の半導体装置を用いた光変調器の概略平面図である。
【図５】実施の形態２の半導体装置の要部断面図である。
【図６】実施の形態３の半導体装置の要部断面図である。
【図７】実施の形態４の半導体装置の要部断面図である。
【図８】図７の半導体装置の要部平面図である。
【図９】図７の半導体装置を用いた光電気混載装置の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本明細書における記載形式・基本的用語・用法の説明）
本明細書において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨を明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００１１】
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＢからなるＫ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ｂ以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ｂを主要な成分として含むＫ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。
【００１２】
また、本明細書において「電極」および「配線」という用語は、これらを機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もある。さらに、「電極」および「配線」の用語は、複数（または複数層）の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合等も含む。
【００１３】
また、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であっても良いし、その特定の数値未満の数値でも良い。
【００１４】
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００１５】
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
【００１６】
また、本明細書において、平面視とは、基板の主面に垂直な方向から視た場合を意味する。
【００１７】
＜発明者の検討＞
半導体層を用いて光導波路を形成する光デバイスでは、光導波路（コア層）の周囲に半導体層より屈折率の小さな酸化シリコン膜（クラッド層）を形成し、コア層とクラッド層との屈折率差を利用することで、光導波路中に光を閉じ込めるようにしている。しかし、光導波路を伝わる光信号は、完全に封じ込められているわけではなく、実際にはエバネッセント波と呼ばれる漏れ光が波長程度の周囲に染み出している。
【００１８】
このため、半導体を使用した機能デバイスを半導体製造技術で集積した場合に、光導波路の近傍にデバイス制御用の金属配線があると、光導波路からの漏れ光が金属配線にあたることで光の散乱や反射が生じ、さらに、その散乱光や反射光が再び光導波路に入り込みノイズとなる場合がある。このため、光導波路を伝搬する光信号が偽信号となり、光信号の信頼性が低下する結果、光デバイスの信頼性が低下する、という課題がある。
【００１９】
また、上記の理由から、いかにコア層とクラッド層との屈折率差が大きく、光の閉じ込めが強い場合でも、光導波路からのエバネッセント波が十分に減衰する以上の距離（例えば、絶縁膜媒質中での光の波長より充分大きな１〜２μｍ程度）だけ金属配線を光導波路から遠ざけて配置することが好ましい。しかし、そのために、光導波路の周囲を避けて金属配線を配置しなければならず、電極の引出も大幅に制限されるので、集積するとしてもチップ面積を縮小する際の妨げになる、という課題がある。
【００２０】
また、光導波路である半導体は、熱光学効果が大きく、熱光学デバイスとして使用される場合がある。この場合、熱源となるヒータ金属線からの加熱温度で光導波路の屈折率を制御（操作）する関係上、ヒータ金属線をできるだけ光導波路の近傍に配置することが要求される。このため、光導波路からの漏れ光がヒータ金属線にあたることで生じる散乱光や反射光（戻り光）の影響を避けることが難しい、という課題がある。
【００２１】
（実施の形態１）
＜半導体装置の構成例＞
図１は本実施の形態１の半導体装置の要部断面図、図２は図１の半導体装置の要部平面図、図３は図１の半導体装置の要部拡大断面図である。なお、図１は図２のＩ−Ｉ線の断面図である。また、図２では図面を見易くするため配線、ヒータ金属線および半導体領域にハッチングを付した。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態１の半導体装置を構成する基板ＳＢは、支持基板ＳＳＢと、支持基板ＳＳＢ上に形成された絶縁層ＣＬと、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬとを有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。ただし、基板ＳＢは、支持基板ＳＳＢを有するものに限定されるものではなく、例えば、ＳＯＳ（Silicon on Sapphire）基板のように、支持基板自体を持たず、支持基板として機能する絶縁層（サファイアや石英等）上に半導体層を設けた２層構造の基板を用いても良い。
【００２３】
最下層の支持基体ＳＳＢは、例えば、面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる。中間の絶縁層（第１絶縁膜）ＣＬは、ＢＯＸ（Buried Oxide）層とも称され、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。絶縁層ＣＬの厚さは、光損失を低減するために、例えば、１μｍ以上、具体的には、例えば、２〜３μｍ程度である。また、絶縁層ＣＬを厚くすることで、支持基板ＳＳＢと半導体層ＳＬとの間の静電容量も低減できる。さらに、最上層の半導体層ＳＬは、ＳＯＩ層あるいは素子形成層とも称され、例えば面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のＳｉ単結晶基板が薄化されたものである。半導体層ＳＬの厚さは、例えば、１８０〜２５０ｎｍ程度である。
【００２４】
この半導体層ＳＬを構成するＳｉは、例えば、光通信用の１．３〜１．６μｍ帯（通信波長帯）の光に対して透明な材料であり、Ｓｉの屈折率は、当該波長帯の光で、例えば、３．５である。このようなＳｉからなる半導体層ＳＬは、後述するように、光を伝搬するコア部を構成している。これに対して、絶縁層ＣＬを構成するＳｉＯ２の屈折率は、半導体層ＳＬの屈折率より低く、当該波長の光で、例えば、１．４５であり、絶縁層ＣＬは、クラッド部を構成している。
【００２５】
このような基板ＳＢの主面上（絶縁層ＣＬ上）には、光導波路ＬＡ，ＬＢと、その光導波路ＬＡ，ＬＢを覆うように絶縁膜（第２絶縁膜）ｉＦ１とが形成されている。光導波路ＬＡ，ＬＢは、基板ＳＢの主面に沿って光を伝搬するコア部として機能する部分であり、上記した半導体層ＳＬで形成されている。この光導波路ＬＡ，ＬＢを覆う絶縁膜ｉＦ１上には、絶縁膜（第３絶縁膜）ｉＲが形成されている。この絶縁膜ｉＲ上には、配線（導電膜）ＭＡ１，ＭＢ１、配線（導電膜）ＭＣ１，ＭＤ１（図２参照）およびヒータ金属線（導電膜）ＨＭと、その配線ＭＡ１，ＭＢ１、配線ＭＣ１，ＭＤ１およびヒータ金属線ＨＭを覆うように絶縁膜ｉＦ２とが形成されている。さらに、絶縁膜ｉＦ２上には、配線ＭＡ２，ＭＢ２と、その配線ＭＡ２，ＭＢ２，ＭＣ２，ＭＤ２を覆うように保護膜ＰＦとが形成されている。以下、これらの構成について説明する。
【００２６】
＜光導波路ＬＡについて＞
光導波路ＬＡは、光導波路ＬＡを伝搬する光の位相を電気的に制御（変調）する電気制御型の光変調器を構成する光導波路を例示している。この光導波路ＬＡは、例えば、光信号の伝搬方向に対して交差する断面の形状が凸状に形成されている。すなわち、光導波路ＬＡは、相対的に厚いリブ部ＬＡｒと、その幅方向（短方向、光の伝搬方向に交差し、上記主面に沿う方向）の両側に形成された相対的に薄いスラブ部ＬＡｓとを一体で有している。
【００２７】
リブ部ＬＡｒは、主に光を伝搬する部分である。リブ部ＬＡｒは、光導波路ＬＡの幅方向（短方向、光の伝搬方向に交差し、上記主面に沿う方向）中央に配置されており、断面視でスラブ部ＬＡｓの上面から上方に突出するようにスラブ部ＬＡｓより厚く形成されている。すなわち、絶縁層ＣＬの上面からのリブ部ＬＡｒの上面の高さは、絶縁層ＣＬの上面からのスラブ部ＬＡｓの上面の高さより高い。リブ部ＬＡｒの高さ(厚さ)は、光の伝搬方向に沿って同一になるように形成されており、例えば、１８０〜２５０ｎｍ程度である。また、リブ部ＬＡｒは、例えば、図２に示すように、平面視で帯状に形成されている。このリブ部ＬＡｒの幅（短方向の寸法）は、光の伝搬方向に沿って同一になるように形成されており、例えば、３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度である。
【００２８】
スラブ部ＬＡｓは、主に光導波路ＬＡに電位を供給する部分である。このスラブ部ＬＡｓの高さ（厚さ）は、光の伝搬方向に沿って同一になるように形成されており、例えば、１００ｎｍ程度である。リブ部ＬＡｒの幅方向の一方のスラブ部ＬＡｓの外方端部には、ｎ＋型の半導体領域ＮＲが形成され、リブ部ＬＡｒの他方のスラブ部ＬＡｓの外方端部には、ｐ＋型の半導体領域ＰＲが形成されている。リブ部ＬＡｒの幅方向における半導体領域ＮＲ，ＰＲの長さは、キャリアが供給できる程度あれば良く、例えば、０．５μｍ程度である。また、光導波路となるリブ部ＬＡｒ内を光が伝搬するときに、リブ部ＬＡｒ外に染み出す光が、半導体領域ＮＲ，ＰＲ内部の不純物によって散乱され、光の伝搬損失が生じることを抑制する観点から、リブ部ＬＡｒの幅方向の端から半導体領域ＮＲ，ＰＲの端までの間隔（スラブ部ＬＡｓの幅）は、ある程度大きいことが好ましい。当該間隔は、例えば、１μｍ（＝１．５／１．４５）より大きい。なお、ｎ＋型の半導体領域ＮＲには、例えば、リン（Ｐ）またヒ素（Ａｓ）が含まれ、ｐ＋型の半導体領域ＰＲには、例えば、ホウ素（Ｂ）が含まれている。
【００２９】
このｎ＋型の半導体領域ＮＲとｐ＋型の半導体領域ＰＲとの間のスラブ部ＬＡｓおよびリブ部ＬＡｒは、例えば、真性半導体（すなわち、ｉ（intrinsic）型の半導体）で形成されている。すなわち、光導波路ＬＡは、例えば、ｐｉｎ接合のダイオード構造となっている。ただし、光導波路ＬＡの構造は、ｐｉｎ接合ダイオード構造に限定されるものではなく種々変更可能であり、ｐｎ接合ダイオード構造やＳＩＳ（Semiconductor Insulator Semiconductor）構造としても良い。ｐｎ接合ダイオード構造の場合は、光導波路ＬＡを構成する半導体層ＳＬに、ｎ＋型の半導体領域ＮＲと接するｎ型の半導体領域と、ｐ＋型の半導体領域ＰＲと接するｐ型の半導体領域とが形成され、そのｐ型の半導体領域とｎ型の半導体領域とがリブ部ＬＡｒで接触してｐｎ接合が形成される。また、ＳＩＳ構造の場合は、光導波路ＬＡを構成する半導体層ＳＬ上に誘電体層を介して制御用の半導体層を設けられる。
【００３０】
スラブ部ＬＡｓのｎ＋型の半導体領域ＮＲは、複数のプラグＰＡ１を通じて配線ＭＡ１と電気的に接続され、スラブ部ＬＡｓのｐ＋型の半導体領域ＰＲは、複数のプラグＰＢ１を通じて配線ＭＢ１と電気的に接続されている。プラグＰＡ１，ＰＢ１は、絶縁膜ｉＦ１，ｉＲに穿孔されたコンタクトホールＣＴ１内に、例えば、Ｗ等のような導体膜が埋め込まれることで構成されている。なお、ｎ＋型の半導体領域ＮＲおよびｐ＋型の半導体領域ＰＲの不純物濃度は、プラグＰＡ１，ＰＢ１との接触状態がオーミック接触になるように設定されている。
【００３１】
配線ＭＡ１，ＭＢ１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、ＴｉＮおよびＴｉの順に積層された積層膜で形成されている。ただし、Ａｌに代えて、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）を用いても良い。ＴｉおよびＴｉＮの積層膜はバリアメタル層である。配線ＭＡ１は、図２に示すように、平面視で光導波路ＬＡのｎ＋型の半導体領域ＮＲと重なるように形成されている。一方、配線ＭＢ１は、平面視で光導波路ＬＡのｐ＋型の半導体領域ＰＲと重なるように形成されている。
【００３２】
図１に示すように、配線ＭＡ１は、複数のプラグＰＡ２を通じて配線ＭＡ２と電気的に接続され、配線ＭＢ１は、複数のプラグＰＢ２を通じて配線ＭＢ２と電気的に接続されている。プラグＰＡ２，ＰＢ２は、絶縁膜ｉＦ２に穿孔されたコンタクトホールＣＴ２内に、例えば、Ｗ等のような導体膜が埋め込まれることで構成されている。また、配線ＭＡ２，ＭＢ２の構成は、例えば、上記配線ＭＡ１，ＭＢ１と同じである。
【００３３】
配線ＭＡ２，ＭＢ２を覆う保護膜ＰＦは、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン、ＰＳＧ（PhosphoSilicate Glass）または窒化シリコン（ＳｉＮ）により形成されている。保護膜ＰＦの一部には、開口部Ｈｐが形成されており、配線ＭＡ２，ＭＢ２の一部が露出されている。この配線ＭＡ２，ＭＢ２の露出部は外部配線との接続パッド部になっている。
【００３４】
このような電気制御型の光変調器を構成する光導波路ＬＡでは、キャリアプラズマ効果（光導波路ＬＡの屈折率が、光導波路ＬＡを構成する半導体中のキャリア（電子正孔対）濃度に依存する現象）を利用して光の位相を変調する。すなわち、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合ダイオード構造の光導波路ＬＡでは、ダイオードに順バイアス（逆バイアス）を印加することで、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）にキャリアを注入し（キャリアを引き抜き）、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）の屈折率を減少（増加）させて光の位相を変調させる。また、ＳＩＳ構造の光導波路ＬＡでは、制御用の半導体層に電圧を印加することで、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）にキャリアを注入し（キャリアを引き抜き）、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）の屈折率を減少（増加）させて光の位相を変調させる。
【００３５】
＜光導波路ＬＢについて＞
光導波路ＬＢは、光導波路ＬＢを伝搬する光の位相を温度で制御（変調）する温度制御型の光変調器を構成する光導波路を例示している。この光導波路ＬＢは、例えば、真性半導体で形成されており、光信号の伝搬方向に対して交差する断面の形状が矩形（四角形）状に形成されている。また、光導波路ＬＢは、例えば、図２に示すように、平面視で帯状に形成されている。
【００３６】
この光導波路ＬＢの直上の絶縁膜ｉＲ上には、ヒータ金属線ＨＭが形成されている。ヒータ金属線ＨＭは、例えば、ＴｉまたはＷ等のような高融点金属からなり、図２に示すように、平面視において光導波路ＬＢの一部を覆うように、すなわち、光導波路ＬＢの一部と重なるように形成されている。ヒータ金属線ＨＭの一端側は、複数のプラグＰＣ２を通じて配線ＭＣ２と電気的に接続され、ヒータ金属線ＨＭの他端側は、複数のプラグＰＤ２を通じて配線ＭＤ２と電気的に接続されている。プラグＰＣ２，ＰＤ２の構成例は、上記プラグＰＡ１，ＰＢ１と同じである。また、例えば、配線ＭＣ２，ＭＤ２は、上記配線ＭＡ１，ＭＢ１より上層の配線層に形成されている。配線ＭＣ２，ＭＤ２の構成例は、配線ＭＡ１，ＭＢ１と同じである。
【００３７】
このような温度制御型の光変調器を構成する光導波路ＬＢでは、熱光効果（光導波路ＬＢの屈折率が加熱温度に依存する現象）を利用して光の位相を変調する。すなわち、所定の電力を印加することで加熱させたヒータ金属線ＨＭにより光導波路ＬＢを加熱して光導波路ＬＢの屈折率を変化させて光の位相を変調させる。
【００３８】
＜絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２について＞
絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２は、光導波路ＬＡ，ＬＢ中に光を閉じ込めるクラッド部として機能する絶縁膜であり、上記した絶縁層ＣＬと同一材料で形成されていることが好ましい。絶縁膜ｉＦ１の厚さは、光損失を低減するために絶縁膜ｉＲより厚く、例えば、１〜２μｍである。また、絶縁膜ｉＦ１および絶縁膜ｉＦ２の合計厚さは、例えば、２〜５μｍである。ここで、光導波路ＬＡ，ＬＢ（半導体層ＳＬ）の屈折率をｎ１、絶縁層ＣＬや絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２の屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２の関係を満たすようになっている。このように相対的に屈折率が大きな光導波路ＬＡ，ＬＢを、相対的に屈折率の小さな下層の絶縁層ＣＬおよび上層の絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２で取り囲むことで、光導波路ＬＡ，ＬＢ内に光を閉じ込めつつ伝搬させることができる。
【００３９】
＜絶縁膜ｉＲについて＞
絶縁膜ｉＲは、絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２との屈折率差を利用することで、配線ＭＡ１，ＭＢ１やヒータ金属線ＨＭ等のような導電膜（反射膜）から光導波路への戻り光（反射光）を抑制または防止する。この絶縁膜ｉＲは、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）により形成されている。窒化シリコンの屈折率は、例えば、１．９以上である。また、酸窒化シリコンの屈折率は、酸化シリコンの屈折率と窒化シリコンの屈折率との間で、例えば、１．４５〜１．９である。ここで、絶縁層ＣＬや絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２の屈折率をｎ２、絶縁膜ｉＲの屈折率をｎ３とすると、ｎ３＞ｎ２の関係を満たすようになっている。すなわち、絶縁膜ｉＲの屈折率は、絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２を構成する酸化シリコンの屈折率（１．４５）より大きい。これにより、光導波路ＬＡ，ＬＢからの漏れ光が配線ＭＡ１，ＭＢ１やヒータ金属線ＨＭにあたることで生じた散乱光や反射光等が再び光導波路ＬＡ，ＬＢに戻るのを抑制または防止することができる。すなわち、図３に示すように、配線、電極またはヒータ金属線等のような導電膜Ｍから光導波路ＬＡ，ＬＢ（図１参照）に向かって反射された戻り光（反射光ＲＬ１，ＲＬ２）は、絶縁膜ｉＦ１と絶縁膜ｉＲとの界面の屈折率差によって導電膜Ｍ側に反射され易くなる。このため、導電膜Ｍから光導波路ＬＡ，ＬＢへの戻り光（反射光ＲＬ１，ＲＬ２）を抑制または防止することができる。したがって、光導波路ＬＡ，ＬＢ中にノイズが入るのを抑制または防止できるので、光導波路ＬＡ，ＬＢを伝搬する光信号の信頼性を向上させることができる。特に、図１に示すように、光導波路ＬＢでは、ヒータ金属線ＨＭを光導波路ＬＢに近づけて配置してもヒータ金属線ＨＭからの戻り光（反射光）の影響を抑制または防止できる。このため、光導波路ＬＢの屈折率の制御性（操作性）を損なうことなく、光導波路ＬＢ中を伝搬する光信号の信頼性をも向上させることができる。
【００４０】
また、配線ＭＡ１，ＭＢ１等から光導波路ＬＡへの戻り光（反射光）を抑制または防止できるので、配線ＭＡ１，ＭＢ１と光導波路ＬＡのリブ部ＬＡｒとの距離を縮めることができる。すなわち、光導波路ＬＡの幅方向寸法を縮小できる。このため、配線ＭＡ１，ＭＢ１を効率的に配置できるので、チップサイズを縮小できる。また、配線ＭＡ１，ＭＢ１とリブ部ＬＡｒとの間の寄生抵抗を低減できるので、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００４１】
また、光導波路ＬＡ，ＬＢと絶縁膜ｉＲとの最短距離（この例では、光導波路ＬＡのリブ部ＬＡｒまたは光導波路ＬＢの上面からその直上の絶縁膜ｉＲの下面までの距離）ｄｓｒを絶縁層ＣＬの厚さ（光導波路ＬＡ，ＬＢからのエバネッセント波が十分に減衰する距離）より小さくすることができる。
【００４２】
また、絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２を酸化シリコンで形成し、絶縁膜ｉＲを窒化シリコンで形成した場合、酸化シリコンに比べて窒化シリコンは誘電率が大きく、高速の電気信号を扱う場合には配線の容量負荷が大きくなる虞がある。したがって、この容量負荷を軽減するためには絶縁膜ｉＲを可能な限り薄く形成することが好ましい。ここで、図３に示すように、導電膜Ｍから絶縁膜ｉＲに入射した反射光のうち、絶縁膜ｉＦ１と絶縁膜ｉＲとの界面と平行に近い角度を持った反射光ＲＬ１は、絶縁膜ｉＦ１と絶縁膜ｉＲとの屈折率差によって絶縁膜ｉＲ中に全反射される。このため、導電膜Ｍから絶縁膜ｉＲに入射した反射光のうち、全反射されない反射光、すなわち、絶縁膜ｉＦ１と絶縁膜ｉＲとの界面と垂直に近い角度を持った反射光ＲＬ２について最適な膜厚を考慮すれば充分である。一例として、光の波長を１．５５μｍとし、酸化シリコン膜／窒化シリコン膜／酸化シリコン膜の積層構造において、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との界面に対して垂直に入射した光の反射率が極大となる絶縁膜ｉＲの最小の厚さｄｓは、例えば、０．２０μｍ程度である。したがって、反射光ＲＬ１，ＲＬ２の両方が光導波路ＬＡ，ＬＢに向かうのを抑制または防止しつつ、容量負荷を最大限低減するには、絶縁膜の厚さを、例えば、０．２０μｍ程度にすることが好ましい。なお、図３では図面を見易くするため絶縁膜ｉＲのハッチングを省略した。
【００４３】
＜光変調器の構成例＞
次に、本実施の形態１の半導体装置を構成する光導波路を用いた光変調器の一例について図４を参照して説明する。図４は図１の半導体装置を用いた光変調器の概略平面図である。なお、図４の矢印は光の伝搬方向を示している。
【００４４】
光変調器ＬＭは、入力用の光導波路Ｌｉと、出力用の光導波路Ｌｏと、それらの間に光学的に並列に接続された２本の光導波路ＬＡ，ＬＡとを有している。
【００４５】
入力用の光導波路Ｌｉおよび出力用の光導波路Ｌｏは、図１の光導波路ＬＢと同様に構成されている。ただし、この場合の光導波路Ｌｉ，Ｌｏの直上にはヒータ金属線ＨＭは形成されていない。また、各光導波路ＬＡ，ＬＡの構造は上記した通りである。
【００４６】
このような光変調器ＬＭでは、入力用の光導波路Ｌｉを通じて入力された光が、２本の光導波路ＬＡ，ＬＡに分岐され、各々の光導波路ＬＡ，ＬＡで位相差を与えられてから、出力用の光導波路Ｌｏで合流されるようになっている。そして、その光導波路Ｌｏでの合流のときの光の干渉により、光の位相や振幅を変調することが可能になっている。本実施の形態１によれば、上記したように光導波路ＬＡの信頼性を向上させることができるので、光変調器ＬＭの信頼性を向上させることができる。
【００４７】
＜半導体装置の製造方法例＞
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の一例について図１を参照して説明する。
【００４８】
まず、半導体装置の製造装置に基板ＳＢを導入する。この段階の基板ＳＢは、例えば、支持基板ＳＳＢ上に絶縁層ＣＬを介して半導体層ＳＬが形成されたＳＯＩ基板である。絶縁層ＣＬは、例えば、酸化シリコンからなり、その厚さは、光損失を低減する観点から、例えば、１〜２μｍに設定されている。半導体層ＳＬは、例えば、Ｓｉ単結晶からなり、その厚さは、例えば、１００〜５００ｎｍ程度である。
【００４９】
次いで、リソグラフィ法およびドライエッチング法により半導体層ＳＬをパターニングすることで光導波路ＬＡ，ＬＢを形成する。続いて、基板ＳＢ上に、光導波路ＬＡ，ＬＢを覆うように、クラッド用の絶縁膜ｉＦ１をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により堆積する。絶縁膜ｉＦ１は、例えば、酸化シリコンからなり、その厚さは、例えば、１〜２μｍである。その後、絶縁膜ｉＦ１上に絶縁膜ｉＲをＣＶＤ法等により堆積する。絶縁膜ｉＲは、例えば、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなり、その厚さは、絶縁膜ｉＦ１より薄く形成されている。また、光導波路ＬＡ，ＬＢの上面から絶縁膜ｉＲの下面までの最短距離は、絶縁層ＣＬの厚さより薄い。
【００５０】
次いで、絶縁膜ｉＲ，ｉＦ１に、リソグラフィ法およびドライエッチング法によりコンタクトホールＣＴ１を形成する。続いて、絶縁膜ｉＦ１上にスパッタリング法またはＣＶＤ等により導電膜を堆積し、さらにその導電膜をリソグラフィ法およびドライエッチング法によりパターニングすることで配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭを形成する。ヒータ金属線ＨＭは、配線ＭＡ１，ＭＢ１とは別に形成しても良いし、配線ＭＡ１，ＭＢ１のバリアメタル層を用いて形成しても良い。その後、絶縁膜ｉＲ上に、ヒータ金属線ＨＭおよび配線ＭＡ１，ＭＢ１を覆うように絶縁膜ｉＦ２をＣＶＤ法等により堆積した後、コンタクトホールＣＴ１と同様に、絶縁膜ｉＦ２にコンタクトホールＣＴ２を形成する。
【００５１】
次いで、絶縁膜ｉＦ２上に、配線ＭＡ１等と同様に、配線ＭＡ２，ＭＢ２を形成した後、配線ＭＡ２，ＭＢ２を覆うように保護膜ＰＦをＣＶＤ法等により堆積し、さらに、リソグラフィ法およびドライエッチング法により保護膜ＰＦに開口部Ｈｐを形成する。その後、基板ＳＢの個々のチップに対して電気的特性検査を実施した後、ダイシング工程を経て個々のチップを基板ＳＢから切り出すことで、光デバイスを有する半導体装置を製造する。
【００５２】
（実施の形態２）
図５は本実施の形態２の半導体装置の要部断面図である。
【００５３】
本実施の形態２では、絶縁膜ｉＲが、絶縁膜（第３絶縁膜）ｉＲ１と、その上に積層された絶縁膜（第４絶縁膜）ｉＲ２とを有している。下層の絶縁膜ｉＲ１は、例えば、酸窒化シリコンからなり、上層の絶縁膜ｉＲ２は、例えば、窒化シリコンからなる。すなわち、下層の絶縁膜ｉＲ１の屈折率をｎ３、上層の絶縁膜ｉＲ２の屈折率をｎ４とすると、ｎ４＞ｎ３の関係を満たすようになっている。配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭは、絶縁膜ｉＲ２に接した状態で絶縁膜ｉＲ上に形成されている。
【００５４】
本実施の形態２によれば、光導波路ＬＡ，ＬＢからの漏れ光が配線ＭＡ１やヒータ金属線ＨＭにあたることで生じた散乱光や反射光等を、絶縁膜ｉＲ２と絶縁膜ｉＲ１との界面と、絶縁膜ｉＲ１と絶縁膜ｉＦ１との界面との２段階で、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭ側に反射させることができる。このため、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭ等から光導波路ＬＡ，ＬＢへの戻り光（反射光）の影響をより効果的に抑制または防止することができる。また、誘電率の高い窒化シリコンで形成される絶縁膜ｉＲ２の厚さを前記実施の形態１より薄くできるので、容量負荷を低減できる。なお、絶縁膜ｉＲ１，ｉＲ２の上下を逆にすることもできる。すなわち、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を積層させることもできる。これ以外の構成および効果は前記実施の形態１と同じである。
【００５５】
（実施の形態３）
図６は本実施の形態３の半導体装置の要部断面図である。
【００５６】
本実施の形態３では、例えば、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる絶縁膜ｉＲ上に、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜ｉＦ３が積層され、その絶縁膜ｉＦ３上に配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭ等が形成されている。すなわち、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭは、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜ｉＦ３に接した状態で絶縁膜ｉＦ３上に形成されている（この例では絶縁膜ｉＲが第３絶縁膜であり、絶縁膜ｉＦ３が第４絶縁膜である）。ただし、本実施の形態３の絶縁膜ｉＲを、前記実施の形態２の絶縁膜ｉＲと同様に、絶縁膜ｉＲ１，ｉＲ２（図５参照）の積層膜で構成しても良い。
【００５７】
このように本実施の形態３では、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭ等の下地の絶縁膜ｉＦ３の材料として、導電膜の下地絶縁膜として一般的に使用されている酸化シリコン膜を用いている。このため、配線構造や配線形成時の変化（変更）点が少なく、半導体装置の製造技術で完成された配線形成技術をそのまま適用することができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。これ以外の構成および効果は前記実施の形態１，２と同じである。
【００５８】
（実施の形態４）
図７は本実施の形態４の半導体装置の要部断面図、図８は図７の半導体装置の要部平面図である。なお、図７の電気制御型の光変調器を構成する光導波路および温度制御型の光変調器を構成する光導波路の形成位置の断面図は図８のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。また、図８では図面を見易くするため配線、ヒータ金属線および半導体領域にハッチングを付した。
【００５９】
本実施の形態４では、絶縁膜ｉＲが部分的（選択的）に形成されている。ここでは、絶縁膜ｉＲが、配線ＭＡ１，ＭＢ１、配線（導電膜）ＭＥ１，ＭＦ１およびヒータ金属線ＨＭに対応する位置に形成されている。すなわち、配線ＭＡ１，ＭＢ１，ＭＥ１，ＭＦ１およびヒータ金属線ＨＭからの反射光が下層の光導波路ＬＡ，ＬＢ等に行かないように、配線ＭＡ１，ＭＢ１，ＭＥ１，ＭＦ１およびヒータ金属線ＨＭの下に部分的に絶縁膜ｉＲが配置されている。ヒータ金属線ＨＭの製造誤差による位置ずれを考慮して、図８に例示するように、平面視で絶縁膜ｉＲの各々は、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭの各々の平面積より若干大きく形成されている。そして、平面視において、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭは、その各々に対応する絶縁膜ｉＲに内包されるように配置されている。なお、絶縁膜ｉＲを部分的に形成するには、前記実施の形態１で説明したように、絶縁膜ｉＦ１上に絶縁膜ｉＲを堆積した後、リソグラフィ技術およびエッチング技術により絶縁膜ｉＲの一部を除去すれば良い。
【００６０】
本実施の形態４の絶縁膜ｉＲは、前記実施の形態１と同様に、例えば、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の単体膜で構成しても良いし、前記実施の形態２と同様に、例えば、窒化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との積層膜で構成しても良い。また、本実施の形態４においても、前記実施の形態３と同様に、配線ＭＡ１，ＭＢ１およびヒータ金属線ＨＭと絶縁膜ｉＲとの間に、酸化シリコン等からなる絶縁膜ｉＦ３（図６参照）を設けても良い。本実施の形態４の場合、酸化シリコンより誘電率が高い絶縁膜ｉＲの面積を前記実施の形態１〜３より小さくすることができるので、容量負荷をより一層低減できる。
【００６１】
また、本実施の形態４では、図７の右側に示すように、基板ＳＢの絶縁層ＣＬ上にグレーティングカプラＧＣおよび受光器ＰＤ等のような他の光デバイスが形成されている。以下、これらの光デバイスについて説明する。
【００６２】
＜グレーティングカプラ＞
グレーティングカプラＧＣは、基板ＳＢの内外の光路を結合するＩ／Ｏ素子（入出力素子）であり、基板ＳＢ上の光導波路を伝搬する光を基板ＳＢの外部の光ファイバ等に伝搬したり、逆に、基板ＳＢの外部の光ファイバ等からの光を基板ＳＢ上の光導波路内に伝搬したりする中継機能を備えている。
【００６３】
グレーティングカプラＧＣの本体は、上記した半導体層ＳＬにより形成されている。このグレーティングカプラＧＣを構成する半導体層ＳＬの上面（光の入出力部）には回折格子が形成されている。この回折格子は、光の伝搬方向に沿って周期的に、かつ、互いに並列に形成された複数の突起部（複数の凹凸）で形成されている。各突起部は、平面視で線状に形成されている。
【００６４】
このグレーティングカプラＧＣ上には、絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２および保護膜ＰＦが下層から順に堆積されている。ただし、グレーティングカプラＧＣにおける光入出力部の上方の光路には、部分的に絶縁膜ｉＲが配置されていない。これは、グレーティングカプラＧＣの光路上に絶縁膜ｉＲを配置してしまうと、絶縁膜ｉＲによって光の伝搬が妨げられてしまうからである。すなわち、外部からグレーティングカプラＧＣに向かって照射された光が絶縁膜ｉＲで遮られてしまうし、逆に、グレーティングカプラＧＣから外部に向かって放射された光が絶縁膜ｉＲで遮られてしまい、光信号を良好に伝送できなくなってしまうからである。また、同様の理由から、保護膜ＰＦの材料として光の伝搬を妨げる材料を使用する場合、グレーティングカプラＧＣの光入出力部の上方の光路には、部分的に保護膜ＰＦが配置されないことが好ましい。以上のような構成により、グレーティングカプラＧＣでの光信号の送受信を良好に行うことができる。
【００６５】
＜受光器＞
受光器ＰＤは、光信号を電気信号に変換する光電変換器である。ここでは、縦型のｐｉｎ接合ダイオード構造の受光器ＰＤが例示されている。すなわち、受光器ＰＤは、絶縁層ＣＬ上に形成されたｐ型の半導体層（第１半導体層）Ｄａと、その上に形成されたｉ型の半導体層Ｄｉと、さらに半導体層Ｄｉ上に形成されたｎ型の半導体層（第２半導体層）Ｄｂとを有している。
【００６６】
ｐ型の半導体層Ｄａは、上記した半導体層ＳＬにホウ素（Ｂ）等のような不純物を導入することで形成されている。ｉ型の半導体層Ｄｉは、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）からなり、真性半導体で形成されている。ｎ型の半導体層Ｄｂは、例えば、Ｇｅ層に所定の不純物を導入することで形成されている。なお、下層の半導体層Ｄａをｎ型にし、上層の半導体層Ｄｂをｐ型にすることもできる。受光器ＰＤは、例えば、シリコンフォトニクスの受光器として公知の受光器と同様の方法により製造されうる。
【００６７】
ｐ型の半導体層Ｄａは、プラグＰＥ１を通じて配線ＭＥ１と電気的に接続され、ｎ型の半導体層ＤｂはプラグＰＦ１を通じて配線ＭＦ１と電気的に接続されている。プラグＰＥ１，ＰＦ１は、絶縁膜ｉＲ，ｉＦ１に穿孔されたコンタクトホールＣＴ１内に、例えば、Ｗ等のような導体膜が埋め込まれることで構成されている。配線ＭＥ１，ＭＦ１の構成は、例えば、上記配線ＭＡ１，ＭＢ１と同じである。
【００６８】
配線ＭＥ１は、プラグＰＥ２を通じて配線ＭＥ２と電気的に接続され、配線ＭＦ１は、プラグＰＦ２を通じて配線ＭＦ２と電気的に接続されている。プラグＰＥ２，ＰＦ２は、絶縁膜ｉＦ２に穿孔されたコンタクトホールＣＴ２内に、例えば、Ｗ等のような導体膜が埋め込まれることで構成されている。また、配線ＭＥ２，ＭＦ２の構成は、例えば、上記配線ＭＡ２，ＭＢ２と同じである。なお、保護膜ＰＦの一部には、配線ＭＥ２，ＭＦ２の一部が露出する開口部Ｈｐが形成されている。この配線ＭＥ２，ＭＦ２の露出部は、受光器ＰＤ用の接続パッド部になっている。
【００６９】
この受光器ＰＤ上には、絶縁膜ｉＦ１，ｉＦ２および保護膜ＰＦが下層から順に堆積されている。ただし、受光器ＰＤの受光部に上方から入射する光の光路には、部分的に絶縁膜ｉＲが配置されていない。これは、受光器ＰＤの光路上に絶縁膜ｉＲを配置してしまうと、絶縁膜ｉＲによって光の伝搬が妨げられてしまうからである。すなわち、外部から受光器ＰＤに向かって照射された光が絶縁膜ｉＲに遮られてしまい、光信号を良好に伝送できなくなってしまうからである。また、同様の理由から、保護膜ＰＦの材料として光の伝搬を妨げる材料を使用する場合、受光器ＰＤの受光部の上方の光路には、部分的に保護膜ＰＦが配置されないことが好ましい。以上のような構成により、受光器ＰＤでの光信号の受信を良好に行うことができる。
【００７０】
＜光電気混載装置の構成例＞
次に、本実施の形態４の半導体装置を用いた光電気混載装置の一例について図９を参照して説明する。図９は図７の半導体装置を用いた光電気混載装置の一例の概略構成図である。
【００７１】
光電気混載装置ＬＥには、例えば、４個の半導体チップ（以下、単にチップという）ＳＣ１〜ＳＣ４と、光源ＬＳとが実装されている。
【００７２】
チップＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３には、それぞれ電子回路ＥＣ１，ＥＣ２，ＥＣ３が形成され、チップＳＣ４には、光回路ＬＣ１〜ＬＣ４が形成されている。光源ＬＳは、所定波長のレーザ光を放射するレーザ発振器であり、光ファイバ等を通じてチップＳＣ４の光回路ＬＣ１と光学的に接続されている。すなわち、光源ＬＳから放射された所定波長の連続波レーザ（Continuous Wave Laser）光は、光回路ＬＣ１の入力に入射するようになっている。
【００７３】
チップＳＣ１の電子回路ＥＣ１は、制御回路およびメモリ回路を備えており、チップＳＣ２の電子回路ＥＣ２と電気的に接続されている。電子回路ＥＣ２は、例えば、トランシーバＩＣ（Transceiver Integrated Circuit）等のような双方向の信号のやり取りが可能な回路で構成されており、チップＳＣ４の光回路ＬＣ１と電気的に接続されている。
【００７４】
光回路ＬＣ１は、電気信号を光信号に変換する光回路であり、例えば、上記した光変調器ＬＭ（図４参照）で構成されている。光回路ＬＣ１では、光源ＬＳから入射された光の位相を、電子回路ＥＣ１から電子回路ＥＣ２を介して送られた制御信号（電気信号）に基づいて変調するようになっている。なお、この場合、光源ＬＳは、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）の入力用の光導波路Ｌｉ（図４参照）と光学的に接続されている。これにより、光源ＬＳから放射された連続波レーザ光は、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）の入力用の光導波路Ｌｉ（図４参照）に入射するようになっている。また、電子回路ＥＣ２は、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）の各々の光導波路ＬＡ，ＬＡ（図４および図７参照）と電気的に接続されている。これにより、電子回路ＥＣ１から電子回路ＥＣ２を介して光回路ＬＣ１に供給された電位は、光回路ＬＣ１の各々の光導波路ＬＡ，ＬＡ（図４および図７参照）に供給されるようになっている。
【００７５】
光回路ＬＣ１の出力（光変調器ＬＭの出力用の光導波路Ｌｏ（図４参照））は、同一のチップＳＣ４内の光回路ＬＣ２と光学的に接続されている。光回路ＬＣ２は、例えば、グレーティングカプラ（図７のグレーティングカプラＧＣ）またはスポットサイズ変換器等のような光結合器である。光回路ＬＣ１から送られた光信号は、光回路ＬＣ２を介して光電気混載装置ＬＥの外部に出力されるようになっている。
【００７６】
チップＳＣ４の光回路ＬＣ３は、例えば、グレーティングカプラ（図７のグレーティングカプラＧＣ）またはスポットサイズ変換器等のようなＩ／Ｏ素子であり、光回路ＬＣ４と光学的に接続されている。光電気混載装置ＬＥの外部から入力された光信号は、光回路ＬＣ３を介して光回路ＬＣ４に入力されるようになっている。光回路ＬＣ４は、光回路ＬＣ３から送られた光信号を電気信号に変換する光電変換用の受光器（図７の受光器ＰＤ）であり、チップＳＣ３の電子回路ＥＣ３と電気的に接続されている。この電子回路ＥＣ３は、例えば、トランシーバＩＣ等のような双方向の信号のやり取りが可能な回路で構成されており、チップＳＣ１の電子回路ＥＣ１と電気的に接続されている。
【００７７】
本実施の形態４によれば、上記したように光変調器ＬＭの信頼性を向上させることができるので、光電気混載装置ＬＥの信頼性を向上させることができる。また、上記の説明では、電子回路と光回路とをそれぞれ別々のチップに形成しているが、これに限定されるものではなく、１つのチップに電子回路と光回路とを形成することもできる。これにより、光電気混載回路ＬＥをより小型化できる。また、光電気混載回路ＬＥを高集積化できるので、光電気混載回路ＬＳの機能を向上させることができる。これ以外の構成および効果は前記実施の形態１〜３と同じである。
【００７８】
以上、本発明者によってなされた発明をその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言うまでもない。
【００７９】
例えば、前記実施の形態１〜４では、１層目の配線等の下に絶縁膜ｉＲを形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、１層目の配線（導電膜）と、その上層の配線（導電膜）との両方の下に（すなわち、異なる層に）絶縁膜ｉＲを形成しても良い。
【００８０】
[付記１]
（ａ）第１絶縁膜上に、屈折率ｎ１を有する光導波路を形成する工程、
（ｂ）前記光導波路を覆うように前記第１絶縁膜上に、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第２絶縁膜上に、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記第３絶縁膜上に導電膜を形成する工程、
を有し、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さく、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置の製造方法。
【００８１】
[付記２]
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置の製造方法。
【００８２】
[付記３]
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３絶縁膜は、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。
【００８３】
[付記４]
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記基板上に受光器を形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記受光器に入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００８４】
[付記５]
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記基板上にグレーティングカプラを形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００８５】
[付記６]
（ａ）第１絶縁膜上に、屈折率ｎ１を有する光導波路を形成する工程、
（ｂ）前記光導波路を覆うように前記第１絶縁膜上に、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第２絶縁膜上に、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記第３絶縁膜上に、第４絶縁膜を形成する工程、
（ｅ）前記第４絶縁膜上に導電膜を形成する工程、
を有し、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置の製造方法。
【００８６】
[付記７]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さい、半導体装置の製造方法。
【００８７】
[付記８]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置の製造方法。
【００８８】
[付記９]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第４絶縁膜は、屈折率ｎ４を有し、
前記屈折率ｎ３，ｎ４は、
ｎ４＞ｎ３
を満たす、半導体装置の製造方法。
【００８９】
[付記１０]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３絶縁膜は、酸窒化シリコン膜であり、
前記第４絶縁膜は、窒化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。
【００９０】
[付記１１]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第４絶縁膜は、酸化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。
【００９１】
[付記１２]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記第１絶縁膜上に受光器を形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記受光器に入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００９２】
[付記１３]
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記第１絶縁膜上にグレーティングカプラを形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００９３】
[付記１４]
（ａ）第１絶縁膜上に、屈折率ｎ１を有する光導波路を形成する工程、
（ｂ）前記光導波路を覆うように前記第１絶縁膜上に、屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第２絶縁膜上に、屈折率ｎ３を有する第３絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記第３絶縁膜上に導電膜を形成する工程、
を有し、
前記（ｃ）工程では、前記第３絶縁膜を前記導電膜に対応する位置に形成し、
前記屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、
ｎ１＞ｎ２
ｎ３＞ｎ２
を満たす、半導体装置の製造方法。
【００９４】
[付記１５]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記光導波路と前記第３絶縁膜との最短距離は、前記第１絶縁膜の厚さより小さい、半導体装置の製造方法。
【００９５】
[付記１６]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜の厚さは、前記第３絶縁膜の厚さより厚い、半導体装置の製造方法。
【００９６】
[付記１７]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程後、前記（ｄ）工程の前に、前記第３絶縁膜と前記導電膜との間に、屈折率ｎ４を有する第４絶縁膜を形成する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００９７】
[付記１８]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３絶縁膜は、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。
【００９８】
[付記１９]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記第１絶縁膜上に受光器を形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記受光器に入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【００９９】
[付記２０]
付記１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記第１絶縁膜上にグレーティングカプラを形成する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記グレーティングカプラから出射されるか、または前記グレーティングカプラに入射する光の光路上に位置する前記第３絶縁膜を部分的に除去する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１００】
ＳＢ  基板
ＳＳＢ  支持基板
ＣＬ  絶縁層
ＳＬ  半導体層
ＬＡ  光導波路
ＬＡｒ  リブ部
ＬＡｓ  スラブ部
ＰＲ  ｐ＋型の半導体領域
ＮＲ  ｎ＋型の半導体領域
ＬＢ  光導波路
ｉＦ１，ｉＦ２，ｉＦ３  絶縁膜
ｉＲ，ｉＲ１，ｉＲ２  絶縁膜
ＰＦ  保護膜
ＭＡ１，ＭＢ１，ＭＥ１，ＭＦ１  配線
ＭＡ２，ＭＢ２，ＭＣ２，ＭＤ２，ＭＥ２，ＭＦ２  配線
ＰＡ１，ＰＢ１，ＰＥ１，ＰＦ１  プラグ
ＰＡ２，ＰＢ２，ＰＣ２，ＰＤ２，ＰＥ２，ＰＦ２  プラグ
ＣＴ１，ＣＴ２  コンタクトホール
ＨＭ  ヒータ金属線
ＧＣ  グレーティングカプラ
ＰＤ  受光器
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｉ  半導体層
ＬＭ  光変調器
ＬＥ  光電気混載装置
【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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