(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域および第２領域を有する基体と、
前記第１領域および前記第２領域において前記基体上に形成された絶縁層と、
前記第１領域において前記絶縁層上に形成され、平面視において第１方向に互いに間隔を空けて配置され、且つ、半導体層からなる２つの第１光導波路と、
前記第２領域において前記絶縁層上に形成され、平面視において第２方向に互いに間隔を空けて配置され、且つ、半導体層からなる２つの第２光導波路と、
前記絶縁層の上面、前記２つの第１光導波路の表面および前記２つの第２光導波路の表面に沿って形成された第１絶縁膜と、
前記第１領域において前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜と、
前記第１領域において前記第２絶縁膜上に形成され、且つ、前記第２領域において前記第１絶縁膜上に形成された第３絶縁膜と、
を有し、
前記２つの第１光導波路の各々の第１下面の第１周縁部、および、前記２つの第２光導波路の各々の第２下面の第２周縁部は、前記絶縁層から離れ、
前記第１絶縁膜は、前記第１周縁部と前記絶縁層との間、および、前記第２周縁部と前記絶縁層との間に埋め込まれ、
前記第２絶縁膜は、前記２つの第１光導波路の間に、前記第１絶縁膜を介して埋め込まれ、
前記第１方向における前記２つの第１光導波路の第１間隔は、前記第２方向における前記２つの第２光導波路の第２間隔よりも狭い、半導体装置。
【請求項２】
（ａ）基体と、前記基体上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、を有する半導体基板を用意する工程、
（ｂ）前記半導体層をパターニングし、前記半導体層からなる第１光導波路を形成する工程、
（ｃ）前記絶縁層の上面、および、前記第１光導波路の表面に沿って第１絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記第１絶縁膜上に、テトラエトキシシランガスおよびオゾンガスを含む第４ガスを用いた化学気相成長法により、酸化シリコンからなる第２絶縁膜を形成する工程、
を有し、
前記（ｂ）工程を行う際に、前記第１光導波路の第１下面の第１周縁部と、前記絶縁層との間に、第１隙間が形成され、
前記（ｃ）工程では、前記第１隙間を前記第１絶縁膜により埋め込み、
前記（ｃ）工程では、テトラエトキシシランガス、もしくは、テトラエトキシシランガスおよび酸素ガスを含む第１ガス、シランガスおよび亜酸化窒素ガスを含む第２ガス、または、ジクロロシランおよび亜酸化窒素ガスを含む第３ガスを用いた化学気相成長法により、酸化シリコンからなる前記第１絶縁膜を形成し、
前記（ｂ）工程では、平面視において、第１方向に互いに間隔を空けて配置された２つの前記第１光導波路を形成し、
前記（ｄ）工程では、前記２つの前記第１光導波路の間を、前記第１絶縁膜を介して前記第２絶縁膜により埋め込む、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ１）前記半導体層をパターニングし、前記第１光導波路を形成する工程、
（ｂ２）前記（ｂ１）工程の後、前記絶縁層の表面を洗浄する工程、
を含み、
前記（ｂ２）工程を行う際に、前記第１隙間が形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層は、酸素およびシリコンを含有し、
前記（ｂ２）工程では、フッ酸を含む洗浄液を用いて前記絶縁層の表面を洗浄する、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
（ｅ）前記第２絶縁膜上に、プラズマ化学気相成長法により、酸化シリコンからなる第３絶縁膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
（ｆ）前記（ｄ）工程の後、前記（ｅ）工程の前に、前記第２絶縁膜の上面を平坦化する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記基体の主面の第１領域、および、前記基体の前記主面の第２領域で、前記基体上に形成された前記絶縁層を有する前記半導体基板を用意し、
前記（ｂ）工程では、前記第１領域で、前記２つの第１光導波路を形成し、前記第２領域で、前記半導体層からなる２つの第２光導波路を形成し、
前記２つの第２光導波路は、平面視において、第２方向に互いに間隔を空けて配置され、
前記第１方向における前記２つの第１光導波路の第１間隔は、前記第２方向における前記２つの第２光導波路の第２間隔よりも狭く、
前記（ｂ）工程を行う際に、前記２つの第２光導波路の各々の第２下面の第２周縁部と、前記絶縁層との間に、第２隙間が形成され、
前記（ｃ）工程では、前記２つの第２光導波路の各々の表面に沿って前記第１絶縁膜を形成し、前記第２隙間を前記第１絶縁膜により埋め込み、
前記（ｄ）工程では、前記第１領域および前記第２領域で、前記第１絶縁膜上に前記第２絶縁膜を形成し、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｇ）前記（ｄ）工程の後、前記（ｅ）工程の前に、前記第２領域で、前記第２絶縁膜を除去する工程、
を有し、
前記（ｅ）工程では、前記第１領域で、前記第２絶縁膜上に前記第３絶縁膜を形成し、前記第２領域で、前記第１絶縁膜上に前記第３絶縁膜を形成する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記基体の主面の第３領域、および、前記基体の前記主面の第４領域で、前記基体上に形成された前記絶縁層を有する前記半導体基板を用意し、
前記（ｂ）工程では、前記第３領域で、前記２つの第１光導波路を形成し、前記第４領域で、前記半導体層からなる２つの第３光導波路を形成し、
前記２つの第３光導波路は、平面視において、第３方向に互いに間隔を空けて配置され、
前記第１方向における前記２つの第１光導波路の第３間隔は、前記第３方向における前記２つの第３光導波路の第４間隔よりも狭く、
前記（ｂ）工程を行う際に、前記２つの第３光導波路の各々の第３下面の第３周縁部と、前記絶縁層との間に、第３隙間が形成され、
前記（ｃ）工程では、前記２つの第３光導波路の各々の表面に沿って前記第１絶縁膜を形成し、前記第３隙間を前記第１絶縁膜により埋め込み、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｈ）前記（ｃ）工程の後、前記第３領域および前記第４領域で、前記第１絶縁膜上に、プラズマ化学気相成長法により、酸化シリコンからなる第４絶縁膜を形成する工程、
（ｉ）前記（ｈ）工程の後、前記（ｄ）工程の前に、前記第３領域で、前記第４絶縁膜を除去する工程、
を有し、
前記（ｄ）工程では、前記第３領域で、前記第１絶縁膜上に前記第２絶縁膜を形成し、前記第４領域で、前記第４絶縁膜上に前記第２絶縁膜を形成し、
前記（ｅ）工程では、前記第３領域および前記第４領域で、前記第２絶縁膜上に、前記第３絶縁膜を形成する、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、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば半導体チップ内に光デバイスを有する半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンフォトニクス技術が開発されている。このシリコンフォトニクス技術は、半導体基板上に、シリコンを材料とした光信号用の伝送線路を形成し、この光信号用の伝送線路により形成される種々の光デバイスと電子デバイスとを集積することにより、光通信用モジュールとしての半導体装置を実現する技術である。このような半導体装置の中には、光信号用の伝送線路として、基体上に絶縁層を介して形成された半導体層からなる光導波路と、絶縁層上に光導波路を覆うように形成された絶縁膜と、を有するものがある。このとき、光導波路は、コア層として機能し、絶縁層および絶縁膜は、クラッド層として機能する。
【０００３】
特開２０１２−２７１９８号公報（特許文献１）には、光半導体装置において、基板上に形成された真性半導体の半導体層と、半導体層の一部である光導波路とを有する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて半導体層をパターニングして光導波路を形成する際に用いられる感光性レジストを、パターニング後に、完全に除去することは、困難である。そのため、光導波路が形成された後、次の工程を行う前に、洗浄液を用いて絶縁層の上面を洗浄する必要があるが、絶縁層の上面を洗浄する際に、光導波路の下面と絶縁層との間に隙間が形成されることがある。あるいは、エッチングする際に、光導波路の下面と絶縁層との間に隙間が形成されることもある。
【０００６】
このような隙間が形成された場合、その後、光導波路を覆うように絶縁膜を形成する際に、光導波路の下面と絶縁層との間の隙間が絶縁膜により埋め込まれず、光導波路の下面と絶縁層との間に空間が形成されるおそれがある。この空間により、光導波路を伝搬する光が乱反射し、光導波路の光学特性が劣化する。そのため、半導体装置の性能を向上させることができない。
【０００７】
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】
【０００８】
一実施の形態によれば、半導体装置は、基体上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された半導体層からなる光導波路と、絶縁層の上面、および、光導波路の表面に沿って形成された絶縁膜と、を有する。光導波路の下面の周縁部は、絶縁層から離れ、絶縁膜は、周縁部と絶縁層との間に埋め込まれている。
【０００９】
また、他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、基体上に形成された絶縁層と、絶縁層上の半導体層と、を有する半導体基板を用意し、半導体層をパターニングし、半導体層からなる光導波路を形成した後、絶縁層の上面、および、光導波路の表面に沿って絶縁膜を形成する。光導波路を形成する際に、光導波路の下面の周縁部と、絶縁層との間に隙間が形成され、絶縁膜を形成する際に、絶縁膜により隙間を埋め込む。
【発明の効果】
【００１０】
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】実施の形態１の半導体装置の要部断面図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。
【図４】実施の形態１の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図８】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図９】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１０】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１１】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１２】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１３】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１４】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１５】比較例の半導体装置の要部断面図である。
【図１６】比較例の半導体装置の要部断面図である。
【図１７】実施の形態２の半導体装置の要部断面図である。
【図１８】実施の形態２の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１９】実施の形態３の半導体装置の要部断面図である。
【図２０】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２１】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２２】実施の形態４の半導体装置の要部断面図である。
【図２３】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２４】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２５】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１５】
以下、代表的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１６】
さらに、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
【００１７】
（実施の形態１）
初めに、図１を参照し、実施の形態１の半導体装置について説明する。図１は、実施の形態１の半導体装置の要部断面図である。
【００１８】
本実施の形態１では、図１に示すように、例えば単結晶シリコンからなる基体ＳＢ１上に形成された光信号用伝送線路部ＰＲ１、光変調部ＰＲ２および光電変換部ＰＲ３を有する半導体装置を例示する。また、本実施の形態１では、２層構造の多層配線を有する半導体装置を例示するが、これに限定されるものではない。
【００１９】
＜光信号用伝送線路部＞
図１に示すように、本実施の形態１の半導体装置は、基体ＳＢ１と、基体ＳＢ１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。基体ＳＢ１と、絶縁層ＣＬと、半導体層ＳＬと、により、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板としての半導体基板ＳＢが形成されている。基体ＳＢ１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）単結晶基板からなる。絶縁層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。半導体層ＳＬは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）層とも称され、例えば面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のシリコン単結晶基板が薄化されたものである。絶縁層ＣＬの膜厚ＦＴ１を、例えば２〜３μｍ程度とすることができ、半導体層ＳＬの膜厚ＦＴ２を、例えば１８０〜２５０ｎｍ程度とすることができる。
【００２０】
基体ＳＢ１は、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａの領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３を有する。領域ＡＲ１には、光信号用伝送線路部ＰＲ１が形成されている。なお、領域ＡＲ２には、光変調部ＰＲ２が形成され、領域ＡＲ３には、光電変換部ＰＲ３が形成されている。
【００２１】
図１に示すように、領域ＡＲ１には、種々の光信号用の伝送線路、すなわち光信号線としての光導波路ＷＯ１およびＷＯ２が形成されている。光導波路ＷＯ１およびＷＯ２の各々は、コア層として機能する。
【００２２】
図１に示すように、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａ内で互いに交差、好適には直交する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａに垂直な方向、すなわち上下方向をＺ軸方向とする。また、本願明細書では、平面視において、とは、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａに垂直な方向から視た場合を意味する。
【００２３】
光導波路ＷＯ１は、半導体層ＳＬからなる。光導波路ＷＯ１の周辺の詳細な構造については、後述する。なお、図示は省略するが、光導波路ＷＯ１の一例として、光の位相を変化させる光位相シフタが形成されていてもよい。光位相シフタも、他の光導波路ＷＯ１と同様に、半導体層ＳＬからなる。
【００２４】
光導波路ＷＯ２も、光導波路ＷＯ１と同様に、半導体層ＳＬからなる。光導波路ＷＯ２に含まれる半導体層ＳＬは、リブ型に加工されている。このリブ型に加工された半導体層ＳＬのうち、厚さが厚くなっている部分、すなわちリブ部により、光導波路ＷＯ２が形成されている。光導波路ＷＯ２は、Ｙ軸方向（図１中紙面に垂直な方向）に延在する。従って、光導波路ＷＯ２内に導入される光信号は、Ｙ軸方向に進行する。
【００２５】
光導波路ＷＯ２の高さは、例えば前述した半導体層ＳＬの膜厚ＦＴ２に等しく、Ｘ軸方向における光導波路ＷＯ１の幅は、例えば５００ｎｍ程度である。また、半導体層ＳＬのうちの厚さが薄くなっている部分の厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。光導波路ＷＯ２には、不純物が導入されており、その不純物濃度は、例えば１０１５〜１０１９ｃｍ−３の範囲であり、代表的な値としては、例えば１０１５ｃｍ−３程度である。
【００２６】
光導波路ＷＯ２のＸ軸方向における一方の側（図１中左側）における半導体層ＳＬには、ｐ型の不純物が導入されて、ｐ型の半導体ＰＲが形成されている。このｐ型の半導体ＰＲは、光導波路ＷＯ２と並行するように形成されている。また、光導波路ＷＯ２のＸ軸方向における他方の側（図１中右側）における半導体層ＳＬには、ｎ型の不純物が導入されて、ｎ型の半導体ＮＲが形成されている。このｎ型の半導体ＮＲは、光導波路ＷＯ２と並行する。すなわち、ｐ型の半導体ＰＲとｎ型の半導体ＮＲとの間の半導体層ＳＬが、光導波路ＷＯ２となっている。
【００２７】
上記構造に順方向バイアスを印加すると、光導波路ＷＯ２にキャリアが注入される。光導波路ＷＯ２にキャリアが注入されると、光導波路ＷＯ２においてキャリアプラズマ効果、すなわち光学的に生成されたキャリアが電子正孔対（プラズマ）を増加させることに起因する現象が生じて、光導波路ＷＯ２における光の屈折率が変化する。光導波路ＷＯ２における光の屈折率が変化すると、光導波路ＷＯ２を進行する光の波長が変化するので、光導波路ＷＯ２を進行する過程で光の位相を変化させることができる。
【００２８】
光導波路ＷＯ２は、層間絶縁膜ＩＤ１およびＩＤ２、ならびに、保護膜ＴＣにより覆われている。層間絶縁膜ＩＤ１およびＩＤ２は、例えば酸化シリコンからなる。保護膜ＴＣは、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる。光信号用伝送線路部ＰＲ１には、後述する配線Ｍ１および配線Ｍ２は形成されていない。
【００２９】
＜光変調部＞
図１に示すように、領域ＡＲ２には、光変調部ＰＲ２が形成されている。光変調部ＰＲ２は、電気信号を光信号に変える。光変調部ＰＲ２は、半導体層ＳＬからなる。ここでは、一例としてｐｉｎ構造の光変調部について説明するが、これに限定されるものではない。
【００３０】
光変調部ＰＲ２は、光導波路ＷＯ３、ｐ型の半導体ＰＲＳおよびｎ型の半導体ＮＲＳを有し、ｐｉｎ構造を有する。光導波路ＷＯ３、ｐ型の半導体ＰＲＳおよびｎ型の半導体ＮＲＳは、光導波路ＷＯ１およびＷＯ２と同様に、半導体層ＳＬからなる。
【００３１】
光導波路ＷＯ３は、Ｙ軸方向（図１中紙面に垂直な方向）に延在する。従って、光導波路ＷＯ３内に導入される光信号は、Ｙ軸方向に進行する。光導波路ＷＯ３には不純物が導入されておらず、真性半導体、すなわちｉ（intrinsic）型の半導体により形成されている。
【００３２】
光導波路ＷＯ３のＸ軸方向における一方の側（図１中左側）における半導体層ＳＬには、ｐ型の不純物が導入されて、ｐ型の半導体ＰＲＳが形成されている。ｐ型の半導体ＰＲＳは、光導波路ＷＯ３と並行する。また、光導波路ＷＯ３のＸ軸方向における他方の側（図１中右側）における半導体層ＳＬには、ｎ型の不純物が導入されて、ｎ型の半導体ＮＲＳが形成されている。ｎ型の半導体ＮＲＳは、光導波路ＷＯ３と並行する。すなわち、ｐ型の半導体ＰＲＳとｎ型の半導体ＮＲＳとの間の半導体層ＳＬが、真性半導体からなる光導波路ＷＯ３となっており、ｐｉｎ構造が形成されている。ｐ型の半導体ＰＲＳおよびｎ型の半導体ＮＲＳには、それぞれ電極として、プラグＰＬ１が接続されている。
【００３３】
電極に印加される電圧により、真性半導体からなる光導波路ＷＯ３内のキャリア密度が変化して、その領域の屈折率が変化する。これにより、光変調部ＰＲ２を伝搬する光に対する実効的な屈折率が変化して、光変調部ＰＲ２から出力される光の位相を変化させることができる。
【００３４】
光変調部ＰＲ２は、層間絶縁膜ＩＤ１に覆われており、層間絶縁膜ＩＤ１には、層間絶縁膜ＩＤ１を貫通してｐ型の半導体ＰＲＳおよびｎ型の半導体ＮＲＳにそれぞれ達するコンタクトホールとしての接続孔ＣＴ１が形成されている。接続孔ＣＴ１の内部には、タングステン（Ｗ）からなるプラグＰＬ１が埋め込まれており、プラグＰＬ１を介してｐ型の半導体ＰＲＳと第１層目の配線Ｍ１とが電気的に接続され、プラグＰＬ１を介してｎ型の半導体ＮＲＳと配線Ｍ１とが電気的に接続されている。配線Ｍ１は、例えばアルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ合金）からなる。
【００３５】
配線Ｍ１は、層間絶縁膜ＩＤ２に覆われており、層間絶縁膜ＩＤ２には、層間絶縁膜ＩＤ２を貫通して配線Ｍ１に達するビアホールとしての接続孔ＣＴ２が形成されている。接続孔ＣＴ２の内部にはタングステン（Ｗ）からなるプラグＰＬ２が埋め込まれており、プラグＰＬ２を介して配線Ｍ１と第２層目の配線Ｍ２とが電気的に接続されている。配線Ｍ２は、保護膜ＴＣに覆われている。配線Ｍ２は、例えばアルミニウム−銅合金からなる。
【００３６】
＜光電変換部＞
図１に示すように、領域ＡＲ３には、光電変換部ＰＲ３が形成されている。光電変換部ＰＲ３は、光信号を電気信号に変える。光電変換部ＰＲ３は、半導体層ＳＬからなる。ここでは、一例としてｐ型の半導体とｎ型の半導体とを接合したｐｎ接合構造の光電変換部について説明するが、これに限定されるものではない。
【００３７】
光電変換部ＰＲ３は、ｐ型の半導体ＰＲＯ、ｎ型の半導体ＮＲＯを有し、ｐｎ接合構造を有する。ｐ型の半導体ＰＲＯは、ｐ型の不純物が導入された半導体層ＳＬからなる。ｎ型の半導体ＮＲＯは、ｐ型の半導体ＰＲＯ上に形成されている。ｎ型の半導体ＮＲＯは、ｎ型の不純物が導入されたゲルマニウム（Ｇｅ）からなる。また、ｎ型の半導体ＮＲＯ上には、キャップ層ＣＡＰが形成されている。キャップ層ＣＡＰは、シリコンからなり、ｎ型の半導体ＮＲＯに含まれるゲルマニウムの表面荒れまたは層厚の減少などの損傷を防止する。
【００３８】
ｎ型の半導体ＮＲＯ上のキャップ層ＣＡＰおよびｐ型の半導体ＰＲＯには、それぞれ電極として、プラグＰＬ１が接続されている。光電変換部ＰＲ３に含まれるｐｎ接合部における光起電力効果により流れる直流電流を、プラグＰＬ１により、外部に取り出すことができる。
【００３９】
光電変換部ＰＲ３は、層間絶縁膜ＩＤ１に覆われており、層間絶縁膜ＩＤ１には、層間絶縁膜ＩＤ１を貫通してキャップ層ＣＡＰおよびｐ型の半導体ＰＲＯにそれぞれ達するコンタクトホールとしての接続孔ＣＴ１が形成されている。接続孔ＣＴ１の内部にはタングステンからなるプラグＰＬ１が埋め込まれており、プラグＰＬ１を介してｎ型の半導体ＮＲＯと配線Ｍ１とが電気的に接続され、プラグＰＬ１を介してｐ型の半導体ＰＲＯと配線Ｍ１とが電気的に接続されている。
【００４０】
配線Ｍ１は、層間絶縁膜ＩＤ２に覆われており、層間絶縁膜ＩＤ２には、層間絶縁膜ＩＤ２を貫通して配線Ｍ１に達するビアホールとしての接続孔ＣＴ２が形成されている。接続孔ＣＴ２の内部にはタングステンからなるプラグＰＬ２が埋め込まれており、プラグＰＬ２を介して配線Ｍ１と配線Ｍ２とが電気的に接続されている。
【００４１】
配線Ｍ２は、保護膜ＴＣに覆われており、保護膜ＴＣには、保護膜ＴＣを貫通して配線Ｍ２に達する開口部ＯＰ１が形成されている。開口部ＯＰ１の底部には、配線Ｍ２が露出している。
【００４２】
＜光導波路の周辺の構造＞
次に、図２を参照し、光導波路ＷＯ１の周辺の構造について説明する。図２は、実施の形態１の半導体装置の要部断面図である。図２は、光導波路ＷＯ１の周辺の構造を拡大して示す。
【００４３】
図２に示すように、領域ＡＲ１では、光導波路ＷＯ１としての光導波路ＷＯ１１が２個形成されている。２つの光導波路ＷＯ１１は、基体ＳＢ１（図１参照）の主面ＳＢ１ａ（図１参照）の領域ＡＲ１で、絶縁層ＣＬ上に形成されている。２つの光導波路ＷＯ１１は、平面視において、例えばＸ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。
【００４４】
光導波路ＷＯ１１の高さＨＴ１は、半導体層ＳＬの膜厚ＦＴ２と等しく、例えば１８０〜２５０ｎｍ程度である。また、Ｘ軸方向における光導波路ＷＯ１１の幅ＷＤ１は、例えば１００〜５００ｎｍ程度である。光導波路ＷＯ１１には、不純物が導入されており、その不純物濃度は、例えば１０１５〜１０１９ｃｍ−３の範囲であり、代表的な値としては、例えば１０１５ｃｍ−３程度である。
【００４５】
絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の表面には、絶縁膜ＩＦ１が形成されている。絶縁膜ＩＦ１は、光導波路ＷＯ１１から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、ならびに、光導波路ＷＯ１１の各々の両側面ＳＳ１および上面ＴＳ２に形成されている。すなわち、絶縁膜ＩＦ１は、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の表面に沿って形成されている。
【００４６】
絶縁膜ＩＦ１上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ２が形成され、絶縁膜ＩＦ２上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ３が形成されている。絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３により、絶縁膜部ＩＦが形成されている。また、絶縁膜部ＩＦおよび絶縁膜ＩＦ４（図１参照）により、層間絶縁膜ＩＤ１（図１参照）が形成されている。
【００４７】
光導波路ＷＯ１１は、シリコンからなり、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３は、酸化シリコンからなる。また、光導波路ＷＯ１１は、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３により囲まれている。例えば１．５５μｍの波長を有する光に対し、シリコンの屈折率は例えば３．５であり、酸化シリコンの屈折率は例えば１．４６であり、シリコンの屈折率は、酸化シリコンの屈折率よりも高い。そのため、光導波路ＷＯ１１は、コア層として機能し、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３は、クラッド層として機能する。
【００４８】
２つの光導波路ＷＯ１１の各々の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、周縁部ＢＳ１１下に位置する部分の絶縁層ＣＬとは、絶縁層ＣＬの厚さ方向（Ｚ軸方向）に互いに離れている。すなわち、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１は、絶縁層ＣＬから離れている。
【００４９】
なお、図２に示す例では、絶縁膜ＩＦ１の上面に凹部ＣＣ１が形成され、凹部ＣＣ１が、平面視において、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と重なる。しかし、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１よりも中心側の部分を中央部ＢＳ１２としたとき、光導波路ＷＯ１１から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１の高さ位置が、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の中央部ＢＳ１２下に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ３の高さ位置よりも低くてもよい。
【００５０】
本実施の形態１では、後述する図８および図９を用いて説明するように、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ１は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガス、または、ＴＥＯＳガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを含む原料ガスを用いた化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、形成されている。このような絶縁膜ＩＦ１は、形状に適応してコンフォーマルに成長する性質、すなわち形状適応性を有し、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と絶縁層ＣＬとの間に埋め込まれている。これにより、周縁部ＢＳ１１付近において、コア層としての光導波路ＷＯ１１と、クラッド層としての絶縁層ＣＬおよび絶縁膜ＩＦ１との間に空間または空隙が形成されることを防止することができる。そのため、この空間または空隙により光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射されることを防止することができ、光導波路ＷＯ１１の光学特性を向上させることができる。
【００５１】
また、後述する図１０を用いて説明するように、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ２は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスおよびオゾン（Ｏ３）ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、形成されている。このような絶縁膜ＩＦ２は、良好な段差被覆性を有し、かつ、良好な流動性を有し、２つの光導波路ＷＯ１１の間に、絶縁膜ＩＦ１を介して埋め込まれている。
【００５２】
２つの光導波路ＷＯ１１の間には、凹部ＣＣ２が形成されている。凹部ＣＣ２の底面は、２つの光導波路ＷＯ１１同士の間に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１であり、凹部ＣＣ２の内壁は、２つの光導波路ＷＯ１１の互いに対向する側面ＳＳ１である。そのため、凹部ＣＣ２は、絶縁膜ＩＦ２により埋め込まれている。
【００５３】
また、後述する図１１を用いて説明するように、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ３は、例えばプラズマ化学気相成長（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）法により、形成されている。
【００５４】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法について説明する。
【００５５】
図３および図４は、実施の形態１の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図４は、図３のステップＳ４に含まれる工程を示す。なお、図３および図４では、主として、光信号用伝送線路部ＰＲ１が形成される領域である領域ＡＲ１における工程を示す。
【００５６】
図５〜図１４は、実施の形態１の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。このうち、図６、図８、図１０は、光信号用伝送線路部ＰＲ１が形成される領域である領域ＡＲ１を拡大して示す。図７および図９は、領域ＡＲ１のうち、さらに光信号用伝送線路部ＰＲ１のうち、光導波路ＷＯ１１の周辺を拡大して示す。
【００５７】
図５および図１１〜図１４の断面図には、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａ側の領域ＡＲ１に光信号用伝送線路部ＰＲ１が形成され、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａ側の領域ＡＲ２に光変調部ＰＲ２が形成され、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａ側の領域ＡＲ３に光電変換部ＰＲ３が形成される様子が示されている。
【００５８】
初めに、図５に示すように、半導体基板ＳＢを用意する（図３のステップＳ１）。半導体基板ＳＢは、基体ＳＢ１と、基体ＳＢ１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。基体ＳＢ１は、例えば面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のシリコン単結晶基板からなる。絶縁層ＣＬは、酸素およびシリコンを含有し、好適には、例えば酸化シリコン膜からなる。半導体層ＳＬは、例えば面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のシリコン単結晶基板が薄化されたものである。絶縁層ＣＬの膜厚ＦＴ１、および、半導体層の膜厚ＦＴ２については、図１を用いて前述した通りである。
【００５９】
基体ＳＢ１は、基体ＳＢ１の主面ＳＢ１ａの領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３を有する。領域ＡＲ１には、光信号用伝送線路部ＰＲ１が形成され、領域ＡＲ２には、光変調部ＰＲ２が形成され、領域ＡＲ３には、光電変換部ＰＲ３が形成される。
【００６０】
次に、半導体層ＳＬをパターニングする（図３のステップＳ２）。
【００６１】
このステップＳ２では、まず、図５に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて半導体層ＳＬをパターニングする（図３のステップＳ２１）。これにより、領域ＡＲ１で、絶縁層ＣＬ上に、半導体層ＳＬからなる光導波路ＷＯ１およびＷＯ２を形成し、領域ＡＲ２で、半導体層ＳＬからなる光導波路ＷＯ３を形成し、領域ＡＲ３で、半導体層ＳＬからなる半導体部ＳＬＰを形成する。
【００６２】
図６および図７に示すように、領域ＡＲ１で、絶縁層ＣＬ上に、半導体層ＳＬからなる光導波路ＷＯ１としての光導波路ＷＯ１１が例えば２個形成される。２つの光導波路ＷＯ１１は、平面視において、Ｙ軸方向にそれぞれ延在し、かつ、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置される。また、２つの光導波路ＷＯ１１の間には、凹部ＣＣ２が形成される。凹部ＣＣ２の底面は、２つの光導波路ＷＯ１１の間に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１であり、凹部ＣＣ２の内壁は、２つの光導波路ＷＯ１１の互いに対向する側面ＳＳ１である。
【００６３】
２つの光導波路ＷＯ１１の各々の高さＨＴ１は、半導体層ＳＬの膜厚ＦＴ２と等しく、例えば１８０〜２５０ｎｍ程度とすることができる。一方、２つの光導波路ＷＯ１１の互いに対向する側面ＳＳ１同士の距離を、２つの光導波路ＷＯ１の間隔ＤＳ１と定義すると、高さＨＴ１に対する間隔ＤＳ１の比ＲＴ１を、１．５以下とすることができる。
【００６４】
比ＲＴ１が１．５以下の場合、後述する図１５および図１６を用いて説明するように、絶縁層ＣＬ上に、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ２を形成せず、絶縁膜ＩＦ３を形成する場合に、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されやすい。したがって、比ＲＴ１が１．５以下の場合、本実施の形態１において、絶縁膜ＩＦ３を形成する前に、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ２を形成することにより、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されることを防止または抑制する効果が高まる。
【００６５】
好適には、比ＲＴ１を、１．０以下とすることができる。比ＲＴ１が１．０以下の場合、絶縁層ＣＬ上に、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ２を形成せず、絶縁膜ＩＦ３を形成する場合に、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２がさらに形成されやすくなる。したがって、比ＲＴ１が１．０以下の場合、本実施の形態１において、絶縁膜ＩＦ３を形成する前に、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ２を形成することにより、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されることを防止または抑制する効果がさらに高まる。
【００６６】
このステップＳ２では、次に、ステップＳ２１において、半導体層ＳＬをパターニングした後、絶縁層ＣＬの表面を洗浄してもよい（図３のステップＳ２２）。
【００６７】
このステップＳ２２では、例えばフッ酸を含む洗浄液を用いて絶縁層ＣＬの表面を洗浄することができる。このような場合、絶縁層ＣＬが酸素およびシリコンを含有する場合には、光導波路ＷＯ１１から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１が、洗浄液に接触することにより、わずかにエッチングされる。一方、平面視において光導波路ＷＯ１１と隣接した部分の絶縁層ＣＬには、それ以外の部分の絶縁層ＣＬに比べ、例えば毛細管現象により洗浄液が接触しやすい。そのため、絶縁層ＣＬの表面を洗浄する工程を行う際に、図６および図７に示すように、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、周縁部ＢＳ１１下に位置する部分の絶縁層ＣＬとの間に、隙間ＧＰ１が形成される。すなわち、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、周縁部ＢＳ１１下に位置する部分の絶縁層ＣＬとは、絶縁層ＣＬの厚さ方向であるＺ軸方向に離れる。
【００６８】
なお、図６および図７に示す例では、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１に凹部ＣＣ１が形成され、凹部ＣＣ１が、平面視において、光導波路ＷＯ１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と重なる。しかし、光導波路ＷＯ１１から露出した部分の絶縁層ＣＬが一様にエッチングされ、光導波路ＷＯ１１から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１が、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の中央部ＢＳ１２下に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ３の高さよりも低くなってもよい。
【００６９】
また、ドライエッチングを用いて半導体層ＳＬをパターニングする際に、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、周縁部ＢＳ１１下に位置する部分の絶縁層ＣＬとの間に隙間ＧＰ１が形成されることもある。
【００７０】
次に、図５に示すように、ｐ型の半導体ＰＲ、および、ｎ型の半導体ＮＲを形成する（図３のステップＳ３）。
【００７１】
このステップＳ３では、レジストパターン（図示は省略）をマスクとして用いたイオン注入法により、領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３で、半導体層ＳＬに、ｐ型の不純物を導入する。このとき、領域ＡＲ１で、光導波路ＷＯ２のＸ軸方向における一方の側（図５中左側）における半導体層ＳＬには、ｐ型の不純物が導入されて、ｐ型の半導体ＰＲが形成される。また、領域ＡＲ２で、光導波路ＷＯ３のＸ軸方向における一方の側（図５中左側）に位置する部分の半導体層ＳＬには、ｐ型の不純物が導入されて、ｐ型の半導体ＰＲＳが形成される。また、領域ＡＲ３では、半導体層ＳＬからなる半導体部ＳＬＰにｐ型の不純物が導入されて、ｐ型の半導体ＰＲＯが形成される。
【００７２】
また、このステップＳ３では、レジストパターン（図示は省略）をマスクとして用いたイオン注入法により、領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３で、半導体層ＳＬに、ｎ型の不純物を導入する。このとき、領域ＡＲ１で、光導波路ＷＯ２のＸ軸方向における他方の側（図５中右側）における半導体層ＳＬには、ｎ型の不純物が導入されて、ｎ型の半導体ＮＲが形成される。また、領域ＡＲ２で、光導波路ＷＯ３のＸ軸方向における他方の側（図５中右側）における半導体層ＳＬには、ｎ型の不純物が導入されて、ｎ型の半導体ＮＲＳが形成される。
【００７３】
なお、ｐ型不純物およびｎ型不純物が導入された後、熱処理を行って、導入された不純物を活性化してもよい。
【００７４】
次に、図８〜図１０および図２に示すように、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３を形成する（図３のステップＳ４）。このステップＳ４では、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３を順次積層し、順次積層された絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３からなる絶縁膜部ＩＦを形成する。
【００７５】
このステップＳ４では、まず、図８および図９に示すように、絶縁膜ＩＦ１を形成する（図４のステップＳ４１）。このステップＳ４１では、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、光導波路ＷＯ１１の表面に沿って、絶縁膜ＩＦ１を形成する。
【００７６】
好適には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガス、または、ＴＥＯＳガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ１を形成する。あるいは、好適には、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ１を形成する。あるいは、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ１を形成する。
【００７７】
好適には、減圧ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：ＬＰＣＶＤ）法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ１を形成することができる。具体的には、絶縁膜ＩＦ１を、ＴＥＯＳガスおよび酸素ガスを含む原料ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により成膜する場合、例えば１０〜１００Ｐａ程度の圧力、および、６００〜８５０℃程度の温度で成膜することができる。また、絶縁膜ＩＦ１の膜厚ＴＨ１を、例えば５０〜２００ｎｍ程度とすることができる。
【００７８】
上記したガスを用いたＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜は、形状に適応してコンフォーマルに成長する性質、すなわち形状適応性を有する。そのため、絶縁膜ＩＦ１は、光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１および上面ＴＳ２に、均一な膜厚を有するように、形成することができる。これにより、コア層としての光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１および上面ＴＳ２が、クラッド層としての絶縁膜ＩＦ１で均一に覆われる。そのため、光導波路ＷＯ１を伝搬する光がコア層である光導波路ＷＯ１１の内部に閉じ込められやすくなり、光導波路ＷＯ１１中を伝搬する光の光学特性を高めることができる。
【００７９】
一方、ステップＳ４１では、平面視において光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１と隣り合う部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１に、絶縁膜ＩＦ１を形成する。上記したガスを用いたＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜は、前述したように、形状適応性を有するため、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１に形成された凹部ＣＣ１、および、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と絶縁層ＣＬとの間の隙間ＧＰ１を埋め込むように、形成される。そのため、ステップＳ４１では、隙間ＧＰ１を、絶縁層ＣＬの屈折率と略等しい屈折率を有する絶縁膜ＩＦ１により埋め込むことになる。したがって、後述する図１５および図１６を用いて説明するように、隙間ＧＰ１に空間ＳＰ１が残される比較例に比べ、隙間ＧＰ１に残された空間ＳＰ１と光導波路ＷＯ１１との界面で、光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射することを防止でき、光導波路ＷＯ１１の光学特性を高めることができる。
【００８０】
次に、図１０に示すように、絶縁膜ＩＦ２を形成する（図４のステップＳ４２）。このステップＳ４２では、絶縁膜ＩＦ１上に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスおよびオゾン（Ｏ３）ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ２を形成する。このオゾンガスおよびＴＥＯＳガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜は、Ｏ３ＴＥＯＳ膜と称される。
【００８１】
好適には、オゾンガスおよびＴＥＯＳガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法として、準常圧ＣＶＤ（Sub Atmospheric Chemical Vapor Deposition：ＳＡＣＶＤ）法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ２を形成することができる。準常圧ＣＶＤ法による成膜時の圧力は、常圧ＣＶＤ（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition：ＡＰＣＶＤ）法による成膜時の圧力である大気圧よりも小さく、かつ、減圧ＣＶＤ法による成膜時の圧力である１３〜３９０Ｐａ程度の圧力よりも大きい。具体的には、準常圧ＣＶＤ法による成膜時の圧力は、例えば３９０Ｐａよりも大きく、かつ、０．１ＭＰａよりも小さい。すなわち、ステップＳ４２では、ステップＳ４１で絶縁膜ＩＦ１をＣＶＤ法により形成する際の圧力よりも高い圧力で、絶縁膜ＩＦ２をＣＶＤ法により形成する。
【００８２】
このＯ３ＴＥＯＳ膜は、良好な段差被覆性を有し、かつ、良好な流動性を有する。すなわち、Ｏ３ＴＥＯＳ膜は、ギャップを埋め込む性質、つまりギャップフィル性を有する。したがって、図１０に示すように、２つの光導波路ＷＯ１１の互いに対向する側面ＳＳ１同士の間を、絶縁膜ＩＦ１を介して絶縁膜ＩＦ２により埋め込むことができる。すなわち、２つの光導波路ＷＯ１１の互いに対向する側面ＳＳ１を内壁とし、２つの光導波路ＷＯ１１の間に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１を底面とする凹部ＣＣ２の内部を、絶縁膜ＩＦ１を介して絶縁膜ＩＦ２により埋め込むことができる。
【００８３】
具体的には、絶縁膜ＩＦ２を、オゾンガスおよびＴＥＯＳガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により成膜する場合、例えば０．０１〜０．１ＭＰａ程度の圧力、および、４５０〜６００℃程度の温度で成膜することができる。また、絶縁膜ＩＦ２の膜厚を、例えば２μｍ程度とすることができる。なお、絶縁膜ＩＦ２の膜厚とは、光導波路ＷＯ１１が形成されない平坦な領域における絶縁膜ＩＦ２の膜厚を意味する。
【００８４】
次に、図２に示すように、絶縁膜ＩＦ３を形成する（図４のステップＳ４３）。このステップＳ４３では、絶縁膜ＩＦ２上に、プラズマ化学気相成長（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ３を形成する。
【００８５】
好適には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを含む原料ガス、または、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを含む原料ガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ３を形成する。このＰＥＣＶＤ法によれば、低温でも高い成膜速度で酸化シリコン膜を形成することができる。
【００８６】
一方、ＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜の段差被覆性は、Ｏ３ＴＥＯＳ膜の段差被覆性よりも低く、かつ、ＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜の流動性も、Ｏ３ＴＥＯＳ膜の流動性よりも低い。しかし、２つの光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１同士の間が絶縁膜ＩＦ２により埋め込まれており、絶縁膜ＩＦ２の上面の段差は、２つの光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１による段差に比べて極めて高低差の小さい段差になっている。そのため、絶縁膜ＩＦ２上に形成される絶縁膜ＩＦ３の上面の段差も、２つの光導波路ＷＯ１１の側面ＳＳ１による段差に比べて極めて高低差の小さい段差になる。
【００８７】
具体的には、絶縁膜ＩＦ３を、ＴＥＯＳガスおよび酸素ガスを含む原料ガスを用いたＰＥＣＶＤ法により成膜する場合、例えば１０〜１０００Ｐａ程度の圧力、および、３５０〜５００℃程度の温度で成膜することができる。
【００８８】
なお、絶縁膜ＩＦ３として、酸化シリコンに代え、例えばＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）からなる絶縁膜ＩＦ３を形成することもできる。８００℃以上のアニールの追加により、ＢＰＳＧからなる絶縁膜ＩＦ３がリフローし、平坦性が向上できるメリットもある。
【００８９】
次に、図２に示すように、絶縁膜ＩＦ３の上面を平坦化する（図４のステップＳ４４）。このステップＳ４４では、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、絶縁膜ＩＦ３の上面を平坦化することができる。
【００９０】
このようにして、ステップＳ４の工程が行われ、領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３で、絶縁層ＣＬ上に、光導波路ＷＯ１、ＷＯ２およびＷＯ３、ならびに、ｐ型の半導体ＰＲＯを覆うように、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３が形成され、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３からなる絶縁膜部ＩＦが形成される。ステップＳ４の工程が行われた後の、領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３における要部断面図を、図１１に示す。
【００９１】
次に、図１２に示すように、ｎ型の半導体ＮＲＯ、および、キャップ層ＣＡＰを形成する（図３のステップＳ５）。
【００９２】
このステップＳ５では、まず、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて絶縁膜部ＩＦをパターニングすることにより、領域ＡＲ３で、絶縁膜部ＩＦに、絶縁膜部ＩＦを貫通してｐ型の半導体ＰＲＯに達する開口部ＯＰ２を形成する。
【００９３】
このステップＳ５では、次に、開口部ＯＰ２の底部に露出した部分のｐ型の半導体ＰＲＯ上に、ゲルマニウムからなるｎ型の半導体ＮＲＯを形成する。ｐ型の半導体ＰＲＯ上に、例えばＣＶＤ法を用いてゲルマニウムからなる半導体膜をエピタキシャル成長させた後、その半導体膜にイオン注入法によりｎ型の不純物を導入することにより、ｎ型の半導体ＮＲＯを形成することができる。あるいは、例えばＣＶＤ法を用いてゲルマニウムからなる半導体膜をエピタキシャル成長させる際に、ｎ型の不純物を含有する原料ガスを用いてエピタキシャル成長させることにより、ｎ型の半導体ＮＲＯを形成することができる。ｐ型の半導体ＰＲＯと、ｐ型の半導体ＰＲＯ上に形成されたゲルマニウムからなるｎ型の半導体ＮＲＯとにより、光電変換部ＰＲ３が形成される。
【００９４】
このステップＳ５では、次に、ｎ型の半導体ＮＲＯ上に、キャップ層ＣＡＰを形成する。前述したように、キャップ層ＣＡＰは、ｎ型の半導体ＮＲＯを構成するゲルマニウムの表面荒れまたは層厚の減少などの損傷を防止する。例えばＣＶＤ法を用いてシリコンからなる半導体膜をエピタキシャル成長させた後、その半導体膜にイオン注入法によりｎ型の不純物を導入することにより、キャップ層ＣＡＰを形成することができる。
【００９５】
次に、図１３に示すように、絶縁膜ＩＦ４、プラグＰＬ１および配線Ｍ１を形成する（図３のステップＳ６）。
【００９６】
このステップＳ６では、まず、図１３に示すように、絶縁膜ＩＦ４を形成する。例えば、絶縁膜ＩＦ３上に、例えば酸化シリコン膜などの絶縁膜ＩＦ４をＣＶＤ法などで形成する。これにより、領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３で、絶縁層ＣＬ上に、光導波路ＷＯ１、ＷＯ２およびＷＯ３、ならびに、ｐ型の半導体ＰＲＯ、ｎ型の半導体ＮＲＯおよびキャップ層ＣＡＰを覆うように、絶縁膜部ＩＦおよび絶縁膜ＩＦ４からなる層間絶縁膜ＩＤ１が形成される。
【００９７】
このステップＳ６では、次に、図１３に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて層間絶縁膜ＩＤ１をパターニングする。これにより、領域ＡＲ２で、層間絶縁膜ＩＤ１を貫通してｐ型の半導体ＰＲＳ、ｎ型の半導体ＮＲＳ、ｐ型の半導体ＰＲＯおよびキャップ層ＣＡＰの各々にそれぞれ達する接続孔ＣＴ１が形成される。
【００９８】
このステップＳ６では、次に、図１３に示すように、接続孔ＣＴ１の内部に例えばタングステンからなる導電膜を埋め込む。これにより、接続孔ＣＴ１の内部に埋め込まれた導電膜からなるプラグＰＬ１が形成される。
【００９９】
このステップＳ６では、次に、図１３に示すように、配線Ｍ１を形成する。具体的には、層間絶縁膜ＩＤ１上に、例えばアルミニウム−銅合金からなる導電膜を形成し、形成された導電膜をパターニングすることにより、この導電膜からなる配線Ｍ１が形成される。なお、配線Ｍ１を、銅（Ｃｕ）を主導電材料とするシングルダマシン法により形成してもよい。
【０１００】
次に、図１４に示すように、層間絶縁膜ＩＤ２を形成する（図３のステップＳ７）。このステップＳ７では、例えば、層間絶縁膜ＩＤ１上に、配線Ｍ１を覆うように、例えば酸化シリコン膜などの層間絶縁膜ＩＤ２をＣＶＤ法などで形成する。
【０１０１】
次に、図１４に示すように、プラグＰＬ２および配線Ｍ２を形成する（図３のステップＳ８）。
【０１０２】
このステップＳ８では、まず、図１４に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて層間絶縁膜ＩＤ２をパターニングする。これにより、領域ＡＲ２およびＡＲ３で、層間絶縁膜ＩＤ２を貫通して配線Ｍ１に達する接続孔ＣＴ２が形成される。
【０１０３】
このステップＳ８では、次に、図１４に示すように、接続孔ＣＴ２の内部に例えばタングステンからなる導電膜を埋め込む。これにより、接続孔ＣＴ２の内部に埋め込まれた導電膜からなるプラグＰＬ２が形成される。
【０１０４】
このステップＳ８では、次に、図１４に示すように、配線Ｍ２を形成する。具体的には、層間絶縁膜ＩＤ２上に、例えばアルミニウム−銅合金からなる導電膜を形成し、形成された導電膜をパターニングする。これにより、この導電膜からなる配線Ｍ２が形成される。なお、配線Ｍ２を、銅を主導電材料とするシングルダマシン法により形成してもよい。
【０１０５】
その後、例えば酸化シリコン膜などの保護膜ＴＣを形成し（図３のステップＳ９）、例えば領域ＡＲ３で、保護膜ＴＣを貫通して配線Ｍ２に達する開口部ＯＰ１を形成することにより、図１に示す半導体装置が形成される。
【０１０６】
＜クラッド層中に形成される空間＞
次に、クラッド層中に形成される空間について、比較例の半導体装置と対比しながら説明する。図１５および図１６は、比較例の半導体装置の要部断面図である。図１５は、光導波路の周辺を拡大して示し、図１６は、図１５のうち凹部の周辺を拡大して示す。
【０１０７】
比較例の半導体装置の製造方法では、図３のステップＳ２に相当する工程を行って光導波路ＷＯ１１を形成した後、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３を形成する工程（図３のステップＳ４）に代え、絶縁膜ＩＦ３を形成する工程を行う。そのため、図１５に示すように、比較例の半導体装置は、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の表面に沿って形成された絶縁膜ＩＦ１、および、絶縁膜ＩＦ１上に形成された絶縁膜ＩＦ２を有しない。代わりに、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の表面には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ３が、例えばＰＥＣＶＤ法により直接形成されている。絶縁膜ＩＦ３は、絶縁層ＣＬから露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、ならびに、光導波路ＷＯ１１の各々の両側面ＳＳ１および上面ＴＳ２に形成されている。
【０１０８】
前述した図６および図７を用いて説明したように、図３のステップＳ２に相当する工程を行って光導波路ＷＯ１１を形成する際に、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、絶縁層ＣＬとの間には、隙間ＧＰ１が形成される。あるいは、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１に凹部ＣＣ１が形成され、凹部ＣＣ１が、平面視において、光導波路ＷＯ１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と重なる。
【０１０９】
例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて半導体層ＳＬをパターニングして光導波路ＷＯ１１を形成する際に用いられる感光性レジストを、パターニング後に、完全に除去することは、困難である。そのため、光導波路ＷＯ１１が形成された後、次の工程を行う前に、洗浄液を用いて絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１を洗浄する必要があるが、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１を洗浄する際に、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、絶縁層ＣＬとの間に、隙間ＧＰ１が形成されることがある。あるいは、半導体層ＳＬをエッチングする際に、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、絶縁層ＣＬとの間に、隙間ＧＰ１が形成されることもある。
【０１１０】
半導体装置の微細化に伴って、光導波路ＷＯ１１の各種の寸法が短くなり、より高い形状精度が要求される。このような場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて半導体層をパターニングして光導波路ＷＯ１１を形成する際の露光工程において、解像度を向上させるために、例えばフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザを用いた液浸露光が行われる。ところが、液浸露光に用いられる感光性レジストを、パターニング後のレジストパターン除去工程において、完全に除去することは、困難である。そのため、光導波路ＷＯ１１が形成された後、次の工程を行う前に、例えばフッ酸を含む洗浄液を用いて絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１を洗浄する必要が生じる。したがって、上記した隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１が形成されやすくなる。
【０１１１】
ここで、ＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜は、例えばＴＥＯＳガスおよび酸素ガスを含む原料ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜に比べ、形状に適応してコンフォーマルに成長する性質、すなわち形状適応性を有しない。そのため、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１と、絶縁層ＣＬとの間に形成された隙間ＧＰ１は、絶縁膜ＩＦ３により埋め込まれない。あるいは、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１に形成された凹部ＣＣ１は、絶縁膜ＩＦ３により埋め込まれない。
【０１１２】
したがって、比較例では、隙間ＧＰ１に空間ＳＰ１が形成される。あるいは、比較例では、凹部ＣＣ１に空間ＳＰ１が形成される。よって、例えば空間ＳＰ１と光導波路ＷＯ１１との界面、および、空間ＳＰ１と絶縁層ＣＬとの界面で、光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射し、例えば光導波路ＷＯ１１を伝搬する光の強さが減衰するなどして、光導波路ＷＯ１１の光学特性が劣化する。そのため、半導体装置の性能を向上させることができない。
【０１１３】
また、空間ＳＰ１における比誘電率は、空気の比誘電率１に等しく、酸化シリコン膜の屈折率１．４６に比べて小さい。そのため、空間ＳＰ１と光導波路ＷＯ１１との界面、および、空間ＳＰ１と絶縁層ＣＬとの界面で、光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射する可能性は、隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１が何らかの材料により埋め込まれた場合と比べても、大きくなる。
【０１１４】
一方、ＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜の段差被覆性は、Ｏ３ＴＥＯＳ膜の段差被覆性よりも低く、かつ、ＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜の流動性も、Ｏ３ＴＥＯＳ膜の流動性よりも低い。そのため、２つの光導波路ＷＯ１１の間は、絶縁膜ＩＦ３により埋め込まれない。
【０１１５】
したがって、比較例では、２つの光導波路ＷＯ１１の間には、空間ＳＰ２が形成されやすい。よって、例えば空間ＳＰ２と絶縁膜ＩＦ３との界面で、光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射し、例えば光導波路ＷＯ１１を伝搬する光の強さが減衰するなどして、光導波路ＷＯ１１の光学特性が劣化する。
【０１１６】
具体的には、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の高さＨＴ１に対する、２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１の比ＲＴ１が１．５以下の場合には、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されやすい。また、比ＲＴ１が１．０以下の場合には、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が極めて形成されやすい。
【０１１７】
また、空間ＳＰ２における比誘電率は、空気の比誘電率１に等しく、酸化シリコン膜の屈折率１．４６に比べて小さい。そのため、空間ＳＰ２と絶縁膜ＩＦ３との界面で、光導波路ＷＯ１を伝搬する光が乱反射する可能性は、２つの光導波路ＷＯ１１の間が何らかの材料により埋め込まれた場合と比べても、大きくなる。
【０１１８】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
一方、本実施の形態１の半導体装置は、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、光導波路ＷＯ１１の表面に沿って形成された絶縁膜ＩＦ１を有する。また、光導波路ＷＯ１１の下面ＢＳ１の周縁部ＢＳ１１は、絶縁層ＣＬから離れ、絶縁膜ＩＦ１は、周縁部ＢＳ１１と絶縁層ＣＬとの間に埋め込まれている。
【０１１９】
このような構成を有することにより、絶縁膜ＩＦ１を、例えばＴＥＯＳガスおよび酸素ガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜からなるものとすることができる。このような酸化シリコン膜は、例えばＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜に比べ、形状に適応してコンフォーマルに成長する性質、すなわち形状適応性を有する。そのため、周縁部ＢＳ１１と絶縁層ＣＬとの間に空間が形成されることを防止または抑制することができる。
【０１２０】
したがって、本実施の形態１では、隙間ＧＰ１に空間ＳＰ１が形成されることを防止または抑制することができる。あるいは、本実施の形態１では、凹部ＣＣ１に空間ＳＰ１が形成されることを防止することができる。よって、比較例のように、例えば隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１に形成された空間ＳＰ１と光導波路ＷＯ１１との界面、および、隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１に形成された空間ＳＰ１と絶縁層ＣＬとの界面で、光導波路ＷＯ１１を伝搬する光が乱反射することを防止または抑制することができる。このような場合、例えば光導波路ＷＯ１１を伝搬する光の強さが減衰することを防止または抑制することができ、光導波路ＷＯ１１の光学特性を向上させることができる。そのため、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１２１】
このように、本実施の形態１では、隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１が形成されたとしても、形成された隙間ＧＰ１または凹部ＣＣ１に空間ＳＰ１が形成されることを防止または抑制することができる。そのため、半導体層ＳＬをパターニングする際の露光工程において、液浸露光が行われた場合でも、光導波路ＷＯ１１が形成された後、次の工程を行う前に、例えばフッ酸を含む洗浄液を用いて絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１を十分に洗浄することができる。したがって、半導体装置が微細化され、光導波路ＷＯ１１の各種の寸法が短くなり、より高い形状精度が要求される場合には、本実施の形態１の半導体装置の効果がより顕著になる。
【０１２２】
また、本実施の形態１の半導体装置は、好適には、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、間隔を空けて配置された２つの光導波路ＷＯ１１の各々の表面に沿って形成された絶縁膜ＩＦ１と、絶縁膜ＩＦ１上に形成された絶縁膜ＩＦ２と、を有する。また、絶縁膜ＩＦ２は、２つの光導波路ＷＯ１１の間に、絶縁膜ＩＦ１を介して埋め込まれている。
【０１２３】
このような構成を有することにより、絶縁膜ＩＦ２を、例えばＴＥＯＳガスおよびオゾンガスを含む原料ガスを用いてＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜からなるものとすることができる。このような酸化シリコン膜は、例えばＰＥＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜に比べ、良好な段差被覆性を有し、かつ、良好な流動性を有する。
【０１２４】
前述したように、比較例では、２つの光導波路ＷＯ１１の各々の高さＨＴ１に対する、２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１の比ＲＴ１が１．５以下の場合、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されやすい。しかし、比ＲＴ１が１．５以下の場合でも、本実施の形態１では、２つの光導波路ＷＯ１１の間に絶縁膜ＩＦ２を埋め込む際に、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間ＳＰ２が形成されることを、防止または抑制することができる。
【０１２５】
（実施の形態２）
実施の形態１の半導体装置では、絶縁膜ＩＦ２の上面は平坦ではなかったが、絶縁膜ＩＦ２の上面は平坦であってもよい。このような例を、実施の形態２の半導体装置として説明する。なお、以下では、主として、実施の形態１の半導体装置と異なる点について説明する。
【０１２６】
＜光導波路の周辺の構造および半導体装置の製造方法＞
図１７は、実施の形態２の半導体装置の要部断面図である。図１８は、実施の形態２の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図１７および図１８は、光導波路の周辺の構造を拡大して示す。
【０１２７】
図１７に示すように、本実施の形態２の半導体装置では、実施の形態１の半導体装置と異なり、絶縁膜ＩＦ２の上面は、平坦である。また、本実施の形態２の半導体装置の製造方法では、図４のステップＳ４２を行って、図１０に示すように、絶縁膜ＩＦ２を形成した後、図４のステップＳ４３を行って、図２に示すように、絶縁膜ＩＦ３を形成する前に、図１８に示すように、絶縁膜ＩＦ２の上面を平坦化する。
【０１２８】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置が有する特徴と同様の特徴を有し、実施の形態１の半導体装置が有する効果と同様の効果を有する。
【０１２９】
一方、本実施の形態２の半導体装置では、絶縁膜ＩＦ２の上面は、平坦である。
【０１３０】
後述する図１９を用いて説明するように、領域ＡＲ１が、領域ＡＲ１１と、領域ＡＲ１２とを含み、領域ＡＲ１１では、２つの光導波路ＷＯ１の間隔が狭く、領域ＡＲ１２では、２つの光導波路ＷＯ１の間隔が広い場合がある。このような場合、絶縁膜ＩＦ３が平坦化される前、領域ＡＲ１１における絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３からなる絶縁膜部ＩＦの上面の高さ位置は、領域ＡＲ１２における絶縁膜部ＩＦの上面の高さ位置よりも高くなる。そして、領域ＡＲ１１に配置された部分の絶縁膜部ＩＦの上面と、領域ＡＲ１２に配置された部分の絶縁膜部ＩＦの上面との間には、グローバル段差と称される段差が形成される。
【０１３１】
絶縁膜ＩＦ２は、隣り合う２つの光導波路ＷＯ１１の間に埋め込まれるため、絶縁膜ＩＦ１、ＩＦ２およびＩＦ３のうち、前述したグローバル段差に絶縁膜ＩＦ２が及ぼす影響は、当該グローバル段差に絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ３が及ぼす影響よりも大きい。そのため、本実施の形態２では、絶縁膜ＩＦ２の上面が平坦化されることにより、絶縁膜部ＩＦのグローバル段差を低減することができる。また、領域ＡＲ１のいずれの部分においても絶縁膜ＩＦ２の上面の高さが均一になるため、領域ＡＲ１のいずれの部分においても光導波路ＷＯ１の光学特性を均一にすることができる。
【０１３２】
（実施の形態３）
実施の形態１の半導体装置では、領域ＡＲ１では、隣り合う２つの光導波路ＷＯ１の間隔が一定の値であった。しかし、領域ＡＲ１に含まれる２つの領域の間で、隣り合う２つの光導波路ＷＯ１の間隔が異なってもよい。このような例を、実施の形態３の半導体装置として説明する。なお、以下では、主として、実施の形態１の半導体装置と異なる点について説明する。
【０１３３】
＜光導波路の周辺の構造＞
図１９は、実施の形態３の半導体装置の要部断面図である。図１９は、光導波路の周辺の構造を拡大して示す。
【０１３４】
図１９に示すように、領域ＡＲ１は、基体ＳＢ１（図１参照）の主面ＳＢ１ａ（図１参照）側の領域ＡＲ１１と、基体ＳＢ１（図１参照）の主面ＳＢ１ａ（図１参照）側の領域ＡＲ１２と、を含む。絶縁層ＣＬは、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、基体ＳＢ１上に形成されている。また、本実施の形態３の半導体装置は、２つの光導波路ＷＯ１１と、２つの光導波路ＷＯ１２と、を有する。
【０１３５】
２つの光導波路ＷＯ１１は、領域ＡＲ１１で、絶縁層ＣＬ上に形成されている。２つの光導波路ＷＯ１１は、実施の形態１と同様に、領域ＡＲ１１で、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬからなる。２つの光導波路ＷＯ１１は、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。
【０１３６】
２つの光導波路ＷＯ１２は、領域ＡＲ１２で、絶縁層ＣＬ上に形成されている。２つの光導波路ＷＯ１２は、領域ＡＲ１２で、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬからなる。２つの光導波路ＷＯ１２は、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。
【０１３７】
なお、光導波路ＷＯ１２が間隔を空けて配置される方向は、平面視において、光導波路ＷＯ１１が間隔を空けて配置される方向と同一の方向でもよく、異なる方向でもよい。
【０１３８】
光導波路ＷＯ１２の高さＨＴ２は、半導体層ＳＬの膜厚ＦＴ１と等しく、例えば１８０〜２５０ｎｍ程度である。また、Ｘ軸方向における光導波路ＷＯ１２の幅ＷＤ２は、例えば１００〜５００ｎｍ程度である。光導波路ＷＯ１２には、不純物が導入されており、その不純物濃度は、例えば１０１５〜１０１９ｃｍ−３の範囲であり、代表的な値としては、例えば１０１５ｃｍ−３程度である。
【０１３９】
２つの光導波路ＷＯ１２の各々の表面には、絶縁膜ＩＦ１が形成されている。絶縁膜ＩＦ１は、光導波路ＷＯ１２から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、ならびに、光導波路ＷＯ１２の各々の両側面ＳＳ２および上面ＴＳ４に形成されている。すなわち、絶縁膜ＩＦ１は、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の表面に沿って形成されている。
【０１４０】
光導波路ＷＯ１２は、シリコンからなり、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ３は、酸化シリコンからなる。また、光導波路ＷＯ１２は、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ３により囲まれている。そのため、光導波路ＷＯ１２は、コア層として機能し、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ３は、クラッド層として機能する。
【０１４１】
図１９に示す例では、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１は、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２よりも狭い。すなわち、領域ＡＲ１１における光導波路ＷＯ１１の面積率は、領域ＡＲ１２における光導波路ＷＯ１２の面積率よりも大きい。ここで、光導波路ＷＯ１１の面積率とは、領域ＡＲ１１のうち、光導波路ＷＯ１１が形成された部分の面積の総和の、領域ＡＲ１１全体の面積に対する比率を意味する。また、光導波路ＷＯ１２の面積率とは、領域ＡＲ１２のうち、光導波路ＷＯ１２が形成された部分の面積の総和の、領域ＡＲ１２全体の面積に対する比率を意味する。
【０１４２】
２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と、周縁部ＢＳ２１下に位置する部分の絶縁層ＣＬとは、絶縁層ＣＬの厚さ方向（Ｚ軸方向）に互いに離れている。すなわち、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１は、絶縁層ＣＬから離れている。
【０１４３】
なお、図１９に示す例では、絶縁膜ＩＦ１の上面ＴＳ１に凹部ＣＣ３が形成され、凹部ＣＣ３が、平面視において、光導波路ＷＯ１２の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と重なる。しかし、光導波路ＷＯ１２の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１よりも中心側の部分を中央部ＢＳ２２としたとき、光導波路ＷＯ１２から露出した部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１の高さ位置が、光導波路ＷＯ１２の下面ＢＳ２の中央部ＢＳ２２下に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ５の高さ位置よりも低くてもよい。
【０１４４】
絶縁膜ＩＦ１は、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と、絶縁層ＣＬとの間に、埋め込まれている。
【０１４５】
絶縁膜ＩＦ２は、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ１上に形成され、絶縁膜ＩＦ３は、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ２上に形成され、かつ、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上に形成されている。絶縁膜ＩＦ３は、２つの光導波路ＷＯ１２の間に埋め込まれている。
【０１４６】
２つの光導波路ＷＯ１２の間には、凹部ＣＣ４が形成されている。凹部ＣＣ４の底面は、２つの光導波路ＷＯ１２の間に位置する部分の絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１であり、凹部ＣＣ４の内壁は、２つの光導波路ＷＯ１２の互いに対向する側面ＳＳ２である。
【０１４７】
なお、本実施の形態３では、領域ＡＲ１２において、光導波路ＷＯ１２が２個以上形成されていてもよく、このような場合には、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２とは、隣り合う２つの光導波路ＷＯ１２の間隔を意味する。また、本実施の形態３では、光導波路ＷＯ１２が少なくとも２個形成される場合に限られない。したがって、領域ＡＲ１２で光導波路ＷＯ１２が１個のみ形成されていてもよい。このような場合は、間隔ＤＳ２とは、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔に代え、１つの光導波路ＷＯ１２と、領域ＡＲ１１に形成された光導波路ＷＯ１１のうち光導波路ＷＯ１２と最も近い位置に配置された光導波路ＷＯ１１との間隔を意味する。
【０１４８】
＜半導体装置の製造方法＞
図２０および図２１は、実施の形態３の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図２０および図２１は、光導波路の周辺の構造を拡大して示す。
【０１４９】
本実施の形態３の半導体装置の製造方法では、図３のステップＳ１に相当する工程では、図２０に示すように、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、基体ＳＢ１（図５参照）上に形成された絶縁層ＣＬを有する半導体基板ＳＢ（図５参照）を用意する。そして、図３のステップＳ２に相当する工程では、図２０に示すように、領域ＡＲ１１で、２つの光導波路ＷＯ１１を形成し、領域ＡＲ１２で、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置され、それぞれ半導体層ＳＬからなる２つの光導波路ＷＯ１２を形成する。Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１は、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２よりも狭い。
【０１５０】
また、この図３のステップＳ２に相当する工程を行う際に、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と、絶縁層ＣＬとの間に隙間ＧＰ２が形成される。
【０１５１】
その後、図４のステップＳ４１に相当する工程では、図２０に示すように、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の表面に沿って絶縁膜ＩＦ１を形成し、隙間ＧＰ２を、絶縁膜ＩＦ１により埋め込む。そして、図４のステップＳ４２に相当する工程では、図２０に示すように、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を形成する。
【０１５２】
このようにして図４のステップＳ４２に相当する工程を行った後、本実施の形態３では、図４のステップＳ４３に相当する工程を行う前に、図２１に示すように、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ２を除去する工程を行う。そして、図４のステップＳ４３に相当する工程では、図１９に示すように、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ２上に絶縁膜ＩＦ３を形成し、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ３を形成する。
【０１５３】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態３の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置が有する特徴と同様の特徴を有し、実施の形態１の半導体装置が有する効果と同様の効果を有する。
【０１５４】
一方、本実施の形態３では、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２が広い領域ＡＲ１２では、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２が形成されておらず、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を介さずに絶縁膜ＩＦ３が形成されている。
【０１５５】
領域ＡＲ１２では、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２が広いので、２つの光導波路ＷＯ１２の間に空間が形成されるか否かを考慮する必要がなく、例えばＴＥＯＳガスおよびオゾンガスを含む原料ガスを用いたＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ２を形成する必要がない。そのため、領域ＡＲ１２では、絶縁膜ＩＦ１上に、絶縁膜ＩＦ２を介さずに絶縁膜ＩＦ３を形成することができる。
【０１５６】
絶縁膜ＩＦ３は、例えばＰＥＣＶＤ法により形成され、酸化シリコンからなる。そのため、絶縁膜ＩＦ３の各部分における密度のばらつきが小さく、絶縁膜ＩＦ３の各部分における屈折率のばらつきが少ない。したがって、領域ＡＲ１２では、光導波路ＷＯ１２をコア層とし、絶縁層ＣＬ、ならびに、絶縁膜ＩＦ１およびＩＦ３をクラッド層としたときの光導波路ＷＯ１２の光学特性を向上させることができる。
【０１５７】
すなわち、本実施の形態３では、２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１が狭い領域ＡＲ１１では、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を形成することにより、２つの光導波路ＷＯ１１の間に空間が形成されることを防止または抑制することにより、光導波路ＷＯ１１の光学特性を向上させることができる。一方、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２が狭い領域ＡＲ１２では、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を介さずに絶縁膜ＩＦ３を形成することにより、光導波路ＷＯ１２の光学特性を向上させることができる。つまり、本実施の形態３では、光導波路の面積率が互いに異なる２つの領域の各々で、クラッド層の構造を最適化することができる。
【０１５８】
（実施の形態４）
実施の形態３の半導体装置では、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で絶縁膜ＩＦ２を形成し、領域ＡＲ１２で絶縁膜ＩＦ２を除去することにより、領域ＡＲ１２で絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ３を形成した。しかし、領域ＡＲ１１で絶縁膜ＩＦ３と同様の絶縁膜を形成し、領域ＡＲ１１で絶縁膜ＩＦ３と同様の絶縁膜を除去することにより、領域ＡＲ１２で絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ３と同様の絶縁膜を形成してもよい。このような例を、実施の形態４の半導体装置として説明する。なお、以下では、主として、実施の形態１および実施の形態３の半導体装置と異なる点について説明する。
【０１５９】
＜光導波路の周辺の構造＞
図２２は、実施の形態４の半導体装置の要部断面図である。図２２は、光導波路の周辺の構造を拡大して示す。
【０１６０】
図２２に示すように、領域ＡＲ１は、基体ＳＢ１（図１参照）の主面ＳＢ１ａ（図１参照）側の領域ＡＲ１１と、基体ＳＢ１（図１参照）の主面ＳＢ１ａ（図１参照）側の領域ＡＲ１２と、を含む。絶縁層ＣＬは、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、基体ＳＢ１上に形成されている。また、本実施の形態４の半導体装置は、実施の形態３の半導体装置と同様に、２つの光導波路ＷＯ１１と、２つの光導波路ＷＯ１２と、を有する。
【０１６１】
２つの光導波路ＷＯ１１は、領域ＡＲ１１で、絶縁層ＣＬ上に形成されている。２つの光導波路ＷＯ１１は、実施の形態３と同様に、領域ＡＲ１１で、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬからなる。２つの光導波路ＷＯ１１は、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。
【０１６２】
２つの光導波路ＷＯ１２は、領域ＡＲ１２で、絶縁層ＣＬ上に形成されている。２つの光導波路ＷＯ１２は、領域ＡＲ１２で、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬからなる。２つの光導波路ＷＯ１２は、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。
【０１６３】
なお、光導波路ＷＯ１２が間隔を空けて配置される方向は、平面視において、光導波路ＷＯ１１が間隔を空けて配置される方向と同一の方向でもよく、異なる方向でもよい。
【０１６４】
図２２に示す例でも、図１９に示した例と同様に、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１は、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２よりも狭い。
【０１６５】
領域ＡＲ１２でも、領域ＡＲ１１と同様に、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１は、絶縁層ＣＬから離れ、絶縁膜ＩＦ１は、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と、絶縁層ＣＬとの間に、埋め込まれている。なお、絶縁膜ＩＦ１は、絶縁層ＣＬの上面ＴＳ１、および、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の表面に沿って形成されている。
【０１６６】
本実施の形態４では、実施の形態３と異なり、領域ＡＲ１２では、絶縁膜ＩＦ１上に、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ５が形成されている。そのため、絶縁膜ＩＦ２は、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ１上に形成され、かつ、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ５上に形成されている。また、絶縁膜ＩＦ３は、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ２上に形成されている。
【０１６７】
酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ５は、絶縁膜ＩＦ３と同様に、例えばＰＥＣＶＤ法により形成されている。
【０１６８】
なお、本実施の形態４でも、実施の形態３と同様に、領域ＡＲ１２において、光導波路ＷＯ１２が２個以上形成されていてもよく、光導波路ＷＯ１２が１個のみ形成されていてもよい。
【０１６９】
＜半導体装置の製造方法＞
図２３〜図２５は、実施の形態４の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図２３〜図２５は、光導波路の周辺の構造を拡大して示す。
【０１７０】
本実施の形態４の半導体装置の製造方法でも、実施の形態３の半導体装置の製造方法と同様に、図３のステップＳ１に相当する工程では、図２３に示すように、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、基体ＳＢ１（図５参照）上に形成された絶縁層ＣＬを有する半導体基板ＳＢ（図５参照）を用意する。そして、図３のステップＳ２に相当する工程では、図２３に示すように、領域ＡＲ１１で、２つの光導波路ＷＯ１１を形成し、領域ＡＲ１２で、平面視において、Ｘ軸方向に互いに間隔を空けて配置され、それぞれ半導体層ＳＬからなる２つの光導波路ＷＯ１２を形成する。Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１１の間隔ＤＳ１は、Ｘ軸方向における２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２よりも狭い。
【０１７１】
また、この図３のステップＳ２に相当する工程を行う際に、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の下面ＢＳ２の周縁部ＢＳ２１と、絶縁層ＣＬとの間に隙間ＧＰ２が形成される。
【０１７２】
その後、図４のステップＳ４１に相当する工程では、図２３に示すように、２つの光導波路ＷＯ１２の各々の表面に沿って絶縁膜ＩＦ１を形成し、隙間ＧＰ２を、絶縁膜ＩＦ１により埋め込む。
【０１７３】
このようにして図４のステップＳ４１に相当する工程を行った後、本実施の形態４では、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上に、絶縁膜ＩＦ５を形成する。この絶縁膜ＩＦ５を形成する工程では、絶縁膜ＩＦ１上に、ＰＥＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ５を形成する。好適には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを含む原料ガス、または、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを含む原料ガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、酸化シリコンからなる絶縁膜ＩＦ５を形成する。このＰＥＣＶＤ法によれば、低温でも高い成膜速度で酸化シリコン膜を形成することができる。なお、絶縁膜ＩＦ５として、絶縁膜ＩＦ３と同様に、酸化シリコンに代え、例えばＢＰＳＧからなる絶縁膜ＩＦ５を形成することもできる。
【０１７４】
また、絶縁膜ＩＦ５を形成した後、図４のステップＳ４２に相当する工程を行う前に、図２４に示すように、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ５を除去する工程を行う。
【０１７５】
次に、図４のステップＳ４２に相当する工程では、図２５に示すように、領域ＡＲ１１で、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を形成し、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ５上に絶縁膜ＩＦ２を形成する。そして、図４のステップＳ４３に相当する工程では、図２２に示すように、領域ＡＲ１１およびＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ２上に絶縁膜ＩＦ３を形成する。
【０１７６】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態４の半導体装置は、実施の形態３の半導体装置が有する特徴と同様の特徴を有し、実施の形態３の半導体装置が有する効果と同様の効果を有する。
【０１７７】
ここで、実施の形態３では、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を形成し、絶縁膜ＩＦ２を除去して絶縁膜ＩＦ１を露出させた後、再び絶縁膜ＩＦ３を形成する必要があった。すなわち、実施の形態３では、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上の絶縁膜を付け直す必要があった。
【０１７８】
一方、本実施の形態４では、領域ＡＲ１１で絶縁膜ＩＦ３と同様の絶縁膜ＩＦ５を形成し、領域ＡＲ１１で絶縁膜ＩＦ５を除去することにより、領域ＡＲ１２で絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ５を形成する。そのため、本実施の形態４では、領域ＡＲ１２で、絶縁膜ＩＦ１上の絶縁膜を付け直す必要がないので、絶縁膜の付け直しに伴って、絶縁膜ＩＦ１、光導波路ＷＯ１２および絶縁層ＣＬに損傷が与えられることを防止または抑制することができる。したがって、２つの光導波路ＷＯ１２の間隔ＤＳ２が広い領域ＡＲ１２において、光導波路ＷＯ１２の光学特性を向上させることができる。
【０１７９】
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】
【０１８０】
ＡＲ１、ＡＲ１１、ＡＲ１２、ＡＲ２、ＡＲ３  領域
ＢＳ１、ＢＳ２  下面
ＢＳ１１、ＢＳ２１  周縁部
ＢＳ１２、ＢＳ２２  中央部
ＣＡＰ  キャップ層
ＣＣ１〜ＣＣ４  凹部
ＣＬ  絶縁層
ＣＴ１、ＣＴ２  接続孔
ＤＳ１、ＤＳ２  間隔
ＦＴ１、ＦＴ２  膜厚
ＧＰ１、ＧＰ２  隙間
ＨＴ１、ＨＴ２  高さ
ＩＤ１、ＩＤ２  層間絶縁膜
ＩＦ  絶縁膜部
ＩＦ１〜ＩＦ５  絶縁膜
Ｍ１、Ｍ２  配線
ＮＲ、ＮＲＯ、ＮＲＳ  半導体
ＯＰ１、ＯＰ２  開口部
ＰＬ１、ＰＬ２  プラグ
ＰＲ、ＰＲＯ、ＰＲＳ  半導体
ＰＲ１  光信号用伝送線路部
ＰＲ２  光変調部
ＰＲ３  光電変換部
ＳＢ  半導体基板
ＳＢ１  基体
ＳＢ１ａ  主面
ＳＬ  半導体層
ＳＬＰ  半導体部
ＳＰ１、ＳＰ２  空間
ＳＳ１、ＳＳ２  側面
ＴＣ  保護膜
ＴＨ１  膜厚
ＴＳ１〜ＴＳ５  上面
ＷＤ１、ＷＤ２  幅
ＷＯ１、ＷＯ１１、ＷＯ１２、ＷＯ２、ＷＯ３  光導波路
【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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