(57)【要約】      （修正有）【課題】信号遅延が最適化または低減化され、半導体集積回路上の半導体装置の速度および性能が最適化または改善された半導体装置を提供する。【解決手段】半導体光導波路装置は、基板と、基板上に配置された第１絶縁層と、を含む。第２絶縁層は、第１絶縁層上に配置される。第３絶縁層は、第１絶縁層と物理的に接し、第２絶縁層および第１絶縁層上に配置される。シリコン層は、第３絶縁層上に配置される。第２絶縁層は、光透過性であり、第１、第３絶縁層と異なる材料からなる。【選択図】図１Ｅ
2008026868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層と、
前記第１絶縁層と物理的に接し、前記第２絶縁層および前記第１絶縁層上に配置された、第３絶縁層と、
前記第３絶縁層上に配置されたシリコン層と、
を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１、第３絶縁層と異なる材料からなる、半導体光導波装置。
【請求項２】
前記第２層の厚さは少なくとも０．４マイクロメートルである、請求項１の半導体光導波装置。
【請求項３】
前記第１、第３絶縁層は、協働して、前記第２絶縁層の少なくとも一部を囲む、請求項１の半導体光導波装置。
【請求項４】
前記第１、第３絶縁層は非連続で且つ第２絶縁層によって分離されている、請求項１の半導体光導波装置。
【請求項５】
前記基板はシリコン層を含む、請求項１の半導体光導波装置。
【請求項６】
前記第１絶縁層は１．４乃至１．５の屈折率を有する請求項１の半導体光導波装置。
【請求項７】
前記第２絶縁層は１．５乃至１．６の屈折率を有する請求項６の半導体光導波装置。
【請求項８】
前記第３絶縁層上に配置された導電性配線をさらに具備する、請求項１の半導体光導波装置。
【請求項９】
前記シリコン層および前記第３絶縁層を完全に貫いて前記第２絶縁層まで延びる穴をさらに具備する、請求項８の半導体光導波装置。
【請求項１０】
前記穴を介して前記第２絶縁層と光学的に接続された、光送信機および光受信機の一方をさらに含む、請求項９の半導体光導波装置。
【請求項１１】
前記穴の中で伝送される光は、前記第２絶縁層に第１角度で接し、前記第２絶縁層内へと第２角度で屈折する、請求項１０の半導体光導波装置。
【請求項１２】
前記伝送される光は、前記第２絶縁層内へと屈折した後前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間の界面に達し、前記伝送される光は前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間の界面に前記第２角度に基づいた角度で接する、請求項１１の半導体光導波装置。
【請求項１３】
前記第２角度は２０．３６４°乃至２８．９５５°に亘る、請求項１２の半導体光導波装置。
【請求項１４】
基板と、
前記基板上に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層内に埋め込まれ、前記第１絶縁層に物理的に接し、前記第１絶縁層によって少なくとも一部を覆われた、第２絶縁層と、
前記第１、第２絶縁層上に配置されたシリコン層と、
前記シリコン層上に配置された導電層と、
を具備し、
前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１絶縁層と異なる材料で構成される、
半導体光導波装置。
【請求項１５】
前記第１シリコン層の上および中に形成されたトランジスタをさらに具備し、
前記導電層は前記トランジスタのゲートを含む、
請求項１４の半導体光導波装置。
【請求項１６】
前記シリコン層および前記導電層上に配置された第３絶縁層をさらに含む、請求項１４の半導体光導波装置。
【請求項１７】
穴が、前記半導体光導波装置の最上層から前記第２絶縁層へと下に向って、前記穴内で前記第２絶縁層が露出するように延び、
前記第２絶縁層と前記穴を介して光学的に通信する光送信機および光受信機の一方をさらに含む、
請求項１４の半導体光導波装置。
【請求項１８】
第１シリコン層を設け、
前記シリコン層上に第１層を形成し、
前記第１層上に第２層を形成し、
前記第２層の一部を除去し、
前記第２層上に前記第２層と物理的に直接接触する第３層を形成し、
前記第３層上に第２シリコン層を形成し、
前記第２シリコン層および前記第３層を貫いて延びる開口を形成する、
ことを具備し、
前記第３層は、前記第１層と同じ屈折率を有し、前記第２層と異なる屈折率を有し、
前記第２層は光透過性である、
半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１、第３層のそれぞれの屈折率は前記第２層の屈折率より小さい、請求項１８の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１、第３層のそれぞれは、１．４乃至１．５に亘る屈折率を有し、前記第２層は１．５乃至１．６に亘る屈折率を有する、請求項１８の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み酸化層を光導波路として使用する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路によって、半導体基板上で多くの回路を接続できるという利点が得られる。集積回路内での回路同士またはトランジスタ同士の通信は、効率的な方法で達成され得る。しかしながら、半導体装置内に埋め込まれた要素の数が増えるに連れて、集積回路は一層複雑となった。より多くの回路が小さなスペースに詰め込まれるため、これに従って、多層配線は、長さが長くなり、複雑さが増している。この結果の長く複雑な多層配線は、信号伝播遅延が増加したり、予期せずに発生したりするという悪影響を受けている。集積回路内の回路およびトランジスタの数が増えるに連れて配線の長さおよび複雑さがより大きな問題となることになるため、装置の速度および性能が影響を受けるようになった。
【０００３】
複雑な配線に直面する中で、ある層間絶縁（ＩＬＤ）材料を用いることによって、装置速度および性能を維持できるという利点を得られる場合がある。例えば、ＩＬＤ材料の誘電率（ｋ）は、ＩＬＤ材料が電荷を保持する能力の指標であり、半導体回路の装置速度および性能に影響を与えることが示されている。しかしながら、低誘電率ＩＬＤ材料は、また、適用することが困難および高価であり、このため、低誘電率ＩＬＤは多くの場合、実用的でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、信号遅延時間が最適化または低減化され、また半導体集積回路上の半導体装置の速度および性能が最適化または改善された半導体装置を提供することに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書による開示の側面によれば、半導体光導波路装置が提供される。光導波路は、例えば、クラッド絶縁層によって取り囲まれ且つシリコン基板上に配置された光学伝導性（light-conductive）コア絶縁層を含んでいる。
【０００６】
別の側面によれば、半導体光導波路装置は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層および配線を含んでいる。本装置の上部表面からコア絶縁層に向って、コア絶縁層は、また／またはコア絶縁層から光の伝送を行なうための、エッチングされた穴が設けられ得る。送信機または受信機から伝送された光は、例えば、エッチングされた穴を介してコア絶縁層との境界へと伝送される。
【０００７】
さらに別の側面によれば、エッチングされた穴の中にプリズムが設けられる。エッチングされた穴において伝送される光は、第１角度でプリズムに接し、第２角度でプリズム内へと屈折させられる。プリズムにおいて屈折させられた光は、プリズムとコア絶縁層との間の境界にも接する。この光は、コア絶縁層内でさらに伝送される。
【０００８】
また、コア絶縁層内での光の屈折または反射は、コア絶縁層、クラッド絶縁層、プリズム、エッチングされた穴等の屈折率の相対的な値に基づき得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一例においては、埋め込み酸化（ＢＯＸ）層およびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を具備する半導体装置が提供される。ＢＯＸ層は、半導体基板上に設けられたトランジスタおよび装置が光信号を介して通信できるように、光信号導波路として機能し得る。これによって、半導体装置の様々な回路および装置における伝播遅延は、改善され、最適化されさえもする。
【００１０】
光導波路は、光の伝送を所望の経路に沿って誘導し得る。コア領域は、光の屈折率によって特徴付けられ、クラッド材料によってその周りを囲まれる。クラッド材料は、同様に、光の屈折率を有する。コアの屈折率および周りを囲むクラッドの屈折率は、光が光導波路に沿って進行する際に、コア内に光をほぼ完全に閉じ込めることができるように決定され得る。
【００１１】
以下、複数の要素間の様々な形で接続することが開示される。これらの接続は、概して例示的なものであり、明記しない限り、直接的でもあり得るし、間接的でもあり得る。これらを特定することは、この点に関して限定を行なうことを意図されていないことに留意されたい。
【００１２】
例示的な実施形態が、図を参照して、以下に説明される。
【００１３】
図１Ａ乃至図１Ｉは、光導波路を有する半導体装置の、様々な製造段階での断面図である。図１Ａが例示するように、Ｓｉ基板１０１上に第１クラッド絶縁層１０６ａが形成される。一例においては、第１クラッド絶縁層１０６ａは、不純物を導入されたＳｉＯ2層とすることができる。例えば、第１クラッド絶縁層１０６ａは、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2層とすることができる。ＳｉＯ2層の不純物の量および／または種類は、光導波路中の対応する屈折率の所望の値に依存し得る。第１クラッド絶縁層１０６ａは、様々な方法で、Ｓｉ基板１０１上に形成することができる。一例では、第１クラッド絶縁層１０６ａは、Ｓｉ基板１０１上に、熱ＳｉＯ2形成法によって、図１Ａに示すように形成することができる。
【００１４】
次に、図１Ｂを参照して、コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成される。この例では、コア絶縁層１０２は、光透過性であり、光導波路のコア絶縁層を構成する。コア絶縁層１０２は、ＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2層とすることができ、熱形成法によってクラッド絶縁層１０６ａ上に（また物理的に直接接した形で）に形成することができる。コア絶縁層１０２は、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな厚さＴを有し得る。例えば、コア絶縁層１０２の厚さＴは、青色光の波長以上とすることができ、すなわち、少なくとも０．４μｍとすることができる。
【００１５】
次に、図１Ｃを参照して、第２クラッド絶縁層１０６ｂが、コア絶縁層１０２上に（また物理的に直接接触した形で）形成される。例として、第２クラッド絶縁層１０６ｂは、ＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2コア絶縁層１０２上に形成された、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2層とすることができる。また、第２クラッド絶縁層１０６ｂは、熱ＳｉＯ2形成法によって、コア絶縁層１０２上に形成することができる。第２クラッド絶縁層１０６ｂは、第１クラッド絶縁層１０６ａと材料または不純物が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１６】
図１Ｆ乃至図１Ｉは、図１Ｃの面に直交する面の断面図である。図１Ｆにおいて、コア絶縁層１０２は、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂによって囲まれている。図１Ｆの例が示すように、コア絶縁層１０２は、一部が第１クラッド絶縁層１０６ａ内にあり、一部が第２クラッド絶縁層１０６ｂ内にある。例えば、第１クラッド絶縁層は、図１Ａに例示するように基板１０１上に形成され、さらに、空洞を形成するためにエッチングされ得る。コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層上および第１クラッド絶縁層内のエッチングされた空洞上に形成され得る。次に、コア絶縁層１０２は、コア絶縁層１０２が第１クラッド層１０６ａのエッチングされた空洞を除いた表面から除去されるように、エッチングされ得る。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが、第１クラッド絶縁層１０６およびコア絶縁層１０２上に形成され得る。一例では、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂは、同じ屈折率を有する。これらの屈折率は、コア絶縁層１０２の屈折率とは異なり得る。
【００１７】
図１Ｇに例示されるように、コア絶縁層１０２は、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな厚さＴを有し得る。コア絶縁層１０２は、また、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな値であり得る幅Ｗを有し得る。例えば、コア絶縁層１０２の厚さＴおよび幅Ｗは、青色光の波長以上とすることができ、すなわち少なくとも０．４μｍとすることができる。別の例では、厚さＴは、コア絶縁層１０２の幅Ｗとほぼ同じであり、コア絶縁層１０２の断面は、ほぼ正方形の形状とされている。
【００１８】
また別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂの屈折率は、相互にほぼ同じで、コア絶縁層１０２の屈折率より小さい。例えば、第１クラッド絶縁層１０６および第２クラッド絶縁層１０６ｂは、屈折率が約１．４乃至１．５であり、コア絶縁層１０２は屈折率が約１．５乃至１．６である。
【００１９】
図１Ｇに示される別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａは、基板１０１上に形成され得る。次に、コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成され得る。コア絶縁層１０２に対してエッチングが行なわれてコア絶縁層１０２の一部が除去されて、図１Ｇに例示されるようなコア絶縁層１０２が形成される。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが第１クラッド絶縁層１０６ａおよびコア絶縁層１０２上に形成され得る。
【００２０】
図１Ｈに示されるさらに別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａが基板１０１上に形成される。次に、第１クラッド層１０６ａがエッチングされて第１クラッド層１０６ａ内に空洞が形成される。コア絶縁層１０２は、第１クラッド層１０６ａの空洞内に形成され得る。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが第１クラッド絶縁層１０６ａおよびコア絶縁層１０２上に、図１Ｈの例に示されるように形成され得る。これらの例では、コア絶縁層１０２は、厚さがＴであり且つ正方形の形状であることが例示されている。しかしながら、コア絶縁層の断面は、あらゆる形状とすることができる。例えば、コア絶縁層の断面形状は、実質的な、正方形、長方形、三角形、円形、楕円形、不規則形状、などとすることができる。
【００２１】
コア絶縁層１０２の幅は、あらゆる寸法とすることができる。例えば、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さとほぼ同じとする（すなわち、ＷはＴとほぼ等しい）ことができる。または、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さと異なっていて（すなわち、厚さよりも小さいまたは大きい）もよい。一例では、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さよりも大きい。別の例では、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さより小さい。図１Ｉに示される例では、コア絶縁層１０２は、第１クラッド層１０６ａおよび第２クラッド層１０６ｂの間に形成される。この例におけるコア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さよりも大きい。コア絶縁層１０２の幅は、また、コア絶縁層１０２の厚さ以下であってもよい（図示せず）。
【００２２】
また、図１Ｉに示される例から分かるように、コア絶縁層１０２の幅は、第１クラッド層１０６ａの幅および第２クラッド層１０６ｂの幅とほぼ同じである。よって、この例では、第１クラッド層１０６ａおよび第２クラッド層１０６ｂは、コア絶縁層１０２を囲んだり、取り囲んだりしない。
【００２３】
次に、図１Ｄを参照して、シリコン層１０３が図１Ｃの第２クラッド絶縁層１０６ｂ上に形成される（例えば接着される）。シリコン層１０３は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層とすることができ、標準的なＳＯＩ製造工程を用いて所望の厚さまでさらに研磨されてもよい。図１Ｅは、例えばＳＯＩ層１０３上に形成された１つのトランジスタ１０４を示している。しかしながら、あらゆる種類の任意の数の回路要素、例えば抵抗、キャパシタ、および／またはトランジスタ、がＳＯＩ層１０３上に形成されていてもよい。（ＳｉＮのような）絶縁膜１０５がトランジスタ１０４上に堆積され、縦のタングステン（Ｗ）プラグ１１１が、トランジスタ１０４のソース／ドレインおよびゲート領域への電気的な接続のために、形成され得る。また、層間絶縁（ＩＬＤ）膜１０７がさらに絶縁膜１０５上に堆積され得る。配線１０８は、様々な形で、ＩＬＤ膜１０７内で水平に走るように形成され得る。例えば、配線１０８は、ダマシン法を用いてＩＬＤ膜１０７内に形成され得る。
【００２４】
各クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂおよびコア絶縁層１０２は、光の伝送に関する屈折率を有している。各クラッド絶縁層またはコア絶縁層の屈折率の値は、所望される光の屈折および伝送に応じて決定することができる。一例では、コア絶縁層１０２の屈折率は、約１．５乃至１．６の範囲内にある。別の例では、クラッド絶縁層１０６ａまたは１０６ｂの屈折率は、約１．４乃至１．６の範囲内にあり得る。
【００２５】
図２を参照すると、光導波路を有する別の半導体装置の概略的な断面図が示されている。この例では、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2クラッド絶縁層１０６ａが、Ｓｉ基板層１０１上に、例えば熱ＳｉＯ2形成法によって形成され得る。次に、コア絶縁層１０２が、例えばＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2層として、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成され得る。既出の例のように、光は、コア絶縁層１０２を介して伝送され、コア絶縁層１０２で光はコア絶縁層１０２と第１、第２クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂとの境界で反射される。第２クラッド絶縁層１０６ｂ（すなわちＳｉＯ2）が、コア絶縁層１０２上に形成され、ＳＯＩ層１０３が第２クラッド絶縁層１０６ｂ上に形成され得る。トランジスタ１０４がＳＯＩ層１０３上に形成され、絶縁膜層１０５がトランジスタ１０４上に堆積される。Ｗプラグ１１１が絶縁膜層１０５内に形成され得る。また、ＩＬＤ膜１０７が、絶縁膜層１０５上に堆積され得る。Ｃｕ配線のような配線がＩＬＤ層１０７内に形成され得る。
【００２６】
また、図２に例示されるように、穴、空洞、または他の開口が、絶縁膜層１０５およびＳＯＩ絶縁層１０３を貫いてコア絶縁層１０２までまたはその中までエッチングされ、光学伝導性（optically conductive）で電気的に絶縁性の膜１０９材料によって埋め込まれ、平坦化される。例えば、絶縁膜１０９材料は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって平坦化され得る。配線（例えばＣｕ配線）１０８が、図２に例示されるように形成され得る。配線１０８の形成後、光送信機および／または光受信機１１０が、配線１０８に電気的に接続され、絶縁膜１０９に（矢印によって示されるように）光学的に接続される。光送信機（例えばレーザＬＥＤ)は、電気的入力信号を光出力信号へと変換し、光受信機（例えばフォトレセプタ）は光入力信号を電気的出力信号へと変換する。こうして、この例では、光信号は、絶縁膜１０９内を、コア絶縁層１０２へまたはコア絶縁層１０２から誘導され、これによって、信号がコア絶縁層１０２と回路の別の部分との間を、送信機および／または受信機１１０を介して転送されることが可能となる。
【００２７】
図３は、半導体装置内に設けられる光導波路の別の例を示している。この例では、配線（例えばＣｕ配線）１０８は、ＩＬＤ層１０７内に形成され得る。穴、空洞、または他の開口１０９がエッチングによって形成され、次に、送信機および／または受信機１１０が取り付けられ、これによって配線１０８に電気的に接続される。送信機および／または受信機１１０は、例えばはんだ１１２を介して取り付けされ得る。よって、この例では、光信号は、空穴１０９を介して、コア絶縁層１０２へ、また／またはコア絶縁層１０２から送信されまたは誘かれ得る。
【００２８】
図４は、半導体装置内に設けられる光導波路の別の例を示している。この例では、配線１０８の形成後、穴１０９がエッチングで形成される。この例では、穴１０９は、エッチングされて、絶縁膜層１０５およびＳＯＩ絶縁層１０３を貫いてコア絶縁層１０２に達する。また、図４の例に示されるように、プリズム１１２が穴１０９内に形成されて、光を屈折させ、穴１０９とコア絶縁層１０２との間での光の誘導をさらに円滑にする。光信号を送信または受信するための送信機または受信機１１０は、配線１０８に取り付けられ得る。図４は、送信機または受信機１１０が、はんだ接続体１１３によって配線１０８に取り付けられることを示している。これらのあらゆる例において、送信機または受信機１１０は、例えばバンプ技術によって配線１０８に取り付けられてもよい。よって、図４に示される例では、光信号は、コア絶縁層１０２へまたはコア絶縁層１０２から伝送され、またプリズム１１２によってエッチングされた穴１０９内を誘導される。
【００２９】
図５は、光信号をプリズム１１２を介して送信する例を示している。この例では、光信号は、送信機または受信機１１０からエッチングされた穴１０９を介して、光導波路内のコア絶縁層１０２へと伝送される。上記したように、プリズム１１２は、エッチングされた穴１０９とコア絶縁層１０２との間の界面に形成される。光信号は、エッチングされた穴１０９内を通って、プリズム１１２の表面に角度θ4で入射する。光信号は、プリズム１１２によって、プリズム１１２とエッチングされた穴１０９との屈折率の相対的な値に基づいて屈折させられる。その結果、光信号は、コア絶縁層１０２に角度θ3で入射し、コア絶縁層１０２において、プリズム１１２とコア絶縁層１０２とのの屈折率の相対的な値に基づいて角度θ1でさらに屈折させられる。光信号は、クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂとコア絶縁層１０２との間の界面で、図に示されるように、コア絶縁層１０２の屈折率とクラッド絶縁層１０６ａ／１０６ｂの屈折率との間の相対的な値に基づいて、角度ｑ１で、さらにコア絶縁層１０２に沿って伝播する。
【００３０】
以下は、コア絶縁層１０２、クラッド絶縁層１０６ａ／１０６ｂ、プリズム１１２、エッチングされた穴１０９の屈折率の値の例示的な関係について説明している。この例では、コア絶縁層の屈折率は約１．５乃至１．６であり、クラッド絶縁層の屈折率は約１．４乃至１．５である。図６は、コア絶縁層とクラッド絶縁層との間の界面の例を示している。この例では、入射光は、コア／クラッド界面に角度ｑ１で入射する。コアおよびクラッド材料の屈折率の値に基づいて、入射光は、角度ｑ１で反射されてコア層へと戻ってくる。または、入射光は、角度ｑ２でクラッド層内で屈折される。この例では、クラッド層内で屈折された光は、光導波路内でさらに誘導されない。
【００３１】
各屈折率と入射角度との関係は、以下のように記載され得る。
【００３２】
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ2ｃｏｓθ2
ここで、ｎ1は、コア層の屈折率であり、ｎ2は、クラッド層の屈折率であり、θ1はコア・クラッド界面の入射光の屈折角度であり、θ2はクラッド層への入射光の屈折角度である。
【００３３】
一例では、光信号は、全反射によって、コア層内を伝播する。この例では、ｃｏｓθ2は１であり、
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ2、または
θ1＝ｃｏｓ-1（ｎ2／ｎ1）
である。
【００３４】
この例では、ｎ2（クラッド層の屈折率）が１．４乃至１．５の範囲に亘り且つｎ1（コア層の屈折率）が１．５乃至１．６の範囲に亘ると、θ１は、２０．４６４°乃至２８．９５５°の範囲に亘り得る。
【００３５】
別の例では、図５に示されるように、プリズムは４５°の角度を形成し、エッチングされた穴１０９は、屈折率ｎ4＝１を有する空気を含み得る。この例では、
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ3ｃｏｓθ3
であり、
ｃｏｓθ3＝ｎ1ｃｏｓθ1／ｎ3
である。
【００３６】
ここで、ｎ1は、コア層の屈折率であり、ｎ3はプリズムの屈折率であり、θ1はコア層への入射光の屈折角度であり、θ3はプリズム・コア層界面での入射光の角度である。
【００３７】
同様に、光はプリズムの表面で角度θ4で入射する。図５のようにプリズムが４５°の角度を形成するとすれば、
ｎ3ｃｏｓ（１３５-θ1）＝ｎ4ｃｏｓθ4＝１＊ｃｏｓ４５°＝０．７０７１
である。
【００３８】
例えば、エッチングされた穴が屈折率ｎ4＝１の空気で満たされていると、この例では、
ｎ3ｃｏｓ１３５°ｃｏｓθ3＋ｎ3ｓｉｎ１３５°ｓｉｎθ3＝ｎ4ｃｏｓθ4
ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°＋ｎ3ｓｉｎ１３５°ｓｉｎθ3＝ｎ4ｃｏｓθ4
である。
【００３９】
この例では、上記したように、θ1は、２０．３６４°乃至２８．９５５°に亘り得る。θ3＝７０°でかつθ1が最小の２０．３６４°であると、
ｎ3ｓｉｎθ3＝（ｎ4ｃｏｓθ4−ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎ１３５°
＝（０．７０７１-１．６＊ｃｏｓ（２０．３６４°）ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎｌ３５°
＝（０．７０７１-（−１．０６０６６））／ｓｉｎ１３５°
＝  ２．４９９９、
であり、
ｎ3＝２．６６
である。
【００４０】
θ3＝７０°でかつθ1が最大の２８．９５５°であると、
ｎ3ｓｉｎθ3＝（ｎ4ｃｏｓθ4−ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎ１３５°
＝（０．７０７１-１．６＊ｃｏｓ（２８．９５５°）ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎｌ３５°
＝（０．７０７１-（−０．９２８１））／ｓｉｎ１３５°
＝  ２．３１２４、
であり、
ｎ3＝２．４６
である。
【００４１】
このように、本例では、プリズムの屈折率が２．４６乃至２．６６に亘り、多種の材料をプリズムとして用いることができる。例えば、２、３、例を挙げると、ダイアモンド（ｎ3＝２．４３）またはＡｇ2Ｓ3（ｎ3＝２．５８）を用いることができる、
本例でも、各材料の屈折率は、各層の屈折率に基づいて決定することができる。例えば、ｎ1（コア絶縁材層の屈折率）またはｎ3（プリズムの屈折率）は、ｎ2（クラッドの屈折率）より大きくすることができる。また、ｎ3（プリズムの屈折率）は、ｎ4（エッチングされた穴の屈折率）より大きくすることができる。したがって、本例では、ｎ3＞ｎ1＞ｎ2≧ｎ4である。
【００４２】
説明のための具体例が記載されたが、当業者は、上記した装置および技術を様々に変形したり置換したりし得ることを理解するであろう。よって、本発明の思想および範囲は、開示された具体的な実施形態に必ずしも限定されずに、特許請求の範囲に記載のように広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｂ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｃ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｄ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｅ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｆ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｇ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｈ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｉ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図２】光導波路を有する別の例示的な半導体装置の概略的な断面図である。
【図３】光導波路を有する半導体装置のまた別の例を示している。
【図４】光導波路を有する半導体装置のさらに別の例を示している。
【図５】導波路を介した光信号の伝送の例を示している。
【図６】コア絶縁層とクラッド絶縁層との間の界面の例を示している。
【図１Ａ】
2008026868.tif 000003
【図１Ｂ】
2008026868.tif 000004
【図１Ｃ】
2008026868.tif 000005
【図１Ｄ】
2008026868.tif 000006
【図１Ｅ】
2008026868.tif 000007
【図１Ｆ】
2008026868.tif 000008
【図１Ｇ】
2008026868.tif 000009
【図１Ｈ】
2008026868.tif 000010
【図１Ｉ】
2008026868.tif 000011
【図２】
2008026868.tif 000012
【図３】
2008026868.tif 000013
【図４】
2008026868.tif 000014
【図５】
2008026868.tif 000015
【図６】
2008026868.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月11日(2007.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層と、
前記第１絶縁層と物理的に接し、前記第２絶縁層および前記第１絶縁層上に配置された、第３絶縁層と、
前記第３絶縁層上に配置されたシリコン層と、
を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１、第３絶縁層と異なる材料からなる、半導体光導波装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層内に埋め込まれ、前記第１絶縁層に物理的に接し、前記第１絶縁層によって少なくとも一部を覆われた、第２絶縁層と、
前記第１、第２絶縁層上に配置されたシリコン層と、
前記シリコン層上に配置された導電層と、
を具備し、
前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１絶縁層と異なる材料で構成される、
半導体光導波装置。
【請求項３】
前記シリコン層および前記導電層上に配置された第３絶縁層をさらに含み、
穴が、前記半導体光導波装置の最上層から前記第２絶縁層へと下に向って、前記穴内で前記第２絶縁層が露出するように延び、
前記第２絶縁層と前記穴を介して光学的に通信する光送信機および光受信機の一方をさらに含む、
請求項２の半導体光導波装置。
【請求項４】
第１シリコン層を設け、
前記第１シリコン層上に第１層を形成し、
前記第１層上に第２層を形成し、
前記第２層の一部を除去し、
前記第２層上に前記第２層と物理的に直接接触する第３層を形成し、
前記第３層上に第２シリコン層を形成し、
前記第２シリコン層および前記第３層を貫いて延びる開口を形成する、
ことを具備し、
前記第３層は、前記第１層と同じ屈折率を有し、前記第２層と異なる屈折率を有し、
前記第２層は光透過性である、
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１、第３層のそれぞれの屈折率は前記第２層の屈折率より小さい、請求項４の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み酸化層を光導波路として使用する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路によって、半導体基板上で多くの回路を接続できるという利点が得られる。集積回路内での回路同士またはトランジスタ同士の通信は、効率的な方法で達成され得る。しかしながら、半導体装置内に埋め込まれた要素の数が増えるに連れて、集積回路は一層複雑となった。より多くの回路が小さなスペースに詰め込まれるため、これに従って、多層配線は、長さが長くなり、複雑さが増している。この結果の長く複雑な多層配線は、信号伝播遅延が増加したり、予期せずに発生したりするという悪影響を受けている。集積回路内の回路およびトランジスタの数が増えるに連れて配線の長さおよび複雑さがより大きな問題となることになるため、装置の速度および性能が影響を受けるようになった。
【０００３】
複雑な配線に直面する中で、ある層間絶縁（ＩＬＤ）材料を用いることによって、装置速度および性能を維持できるという利点を得られる場合がある。例えば、ＩＬＤ材料の誘電率（ｋ）は、ＩＬＤ材料が電荷を保持する能力の指標であり、半導体回路の装置速度および性能に影響を与えることが示されている。しかしながら、低誘電率ＩＬＤ材料は、また、適用することが困難および高価であり、このため、低誘電率ＩＬＤは多くの場合、実用的でない。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開2002-246639号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、信号遅延時間が最適化または低減化され、また半導体集積回路上の半導体装置の速度および性能が最適化または改善された半導体装置を提供することに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による半導体光導波路装置は、基板と、前記基板上に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層と、前記第１絶縁層と物理的に接し、前記第２絶縁層および前記第１絶縁層上に配置された、第３絶縁層と、前記第３絶縁層上に配置されたシリコン層と、を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１、第３絶縁層と異なる材料からなる。
【０００７】
本発明の一態様による半導体光導波路装置は、基板と、前記基板上に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層内に埋め込まれ、前記第１絶縁層に物理的に接し、前記第１絶縁層によって少なくとも一部を覆われた、第２絶縁層と、前記第１、第２絶縁層上に配置されたシリコン層と、前記シリコン層上に配置された導電層と、を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１絶縁層と異なる材料で構成される。
【０００８】
本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、第１シリコン層を設け、前記第１シリコン層上に第１層を形成し、前記第１層上に第２層を形成し、前記第２層の一部を除去し、前記第２層上に前記第２層と物理的に直接接触する第３層を形成し、前記第３層上に第２シリコン層を形成し、前記第２シリコン層および前記第３層を貫いて延びる開口を形成する、ことを具備し、前記第３層は、前記第１層と同じ屈折率を有し、前記第２層と異なる屈折率を有し、前記第２層は光透過性である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書による開示の側面によれば、半導体光導波路装置が提供される。光導波路は、例えば、クラッド絶縁層によって取り囲まれ且つシリコン基板上に配置された光学伝導性（light-conductive）コア絶縁層を含んでいる。
【００１０】
別の側面によれば、半導体光導波路装置は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層および配線を含んでいる。本装置の上部表面からコア絶縁層に向って、コア絶縁層は、また／またはコア絶縁層から光の伝送を行なうための、エッチングされた穴が設けられ得る。送信機または受信機から伝送された光は、例えば、エッチングされた穴を介してコア絶縁層との境界へと伝送される。
【００１１】
さらに別の側面によれば、エッチングされた穴の中にプリズムが設けられる。エッチングされた穴において伝送される光は、第１角度でプリズムに接し、第２角度でプリズム内へと屈折させられる。プリズムにおいて屈折させられた光は、プリズムとコア絶縁層との間の境界にも接する。この光は、コア絶縁層内でさらに伝送される。
【００１２】
また、コア絶縁層内での光の屈折または反射は、コア絶縁層、クラッド絶縁層、プリズム、エッチングされた穴等の屈折率の相対的な値に基づき得る。
【００１３】
一例においては、埋め込み酸化（ＢＯＸ）層およびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を具備する半導体装置が提供される。ＢＯＸ層は、半導体基板上に設けられたトランジスタおよび装置が光信号を介して通信できるように、光信号導波路として機能し得る。これによって、半導体装置の様々な回路および装置における伝播遅延は、改善され、最適化されさえもする。
【００１４】
光導波路は、光の伝送を所望の経路に沿って誘導し得る。コア領域は、光の屈折率によって特徴付けられ、クラッド材料によってその周りを囲まれる。クラッド材料は、同様に、光の屈折率を有する。コアの屈折率および周りを囲むクラッドの屈折率は、光が光導波路に沿って進行する際に、コア内に光をほぼ完全に閉じ込めることができるように決定され得る。
【００１５】
以下、複数の要素間の様々な形で接続することが開示される。これらの接続は、概して例示的なものであり、明記しない限り、直接的でもあり得るし、間接的でもあり得る。これらを特定することは、この点に関して限定を行なうことを意図されていないことに留意されたい。
【００１６】
例示的な実施形態が、図を参照して、以下に説明される。
【００１７】
図１Ａ乃至図１Ｉは、光導波路を有する半導体装置の、様々な製造段階での断面図である。図１Ａが例示するように、Ｓｉ基板１０１上に第１クラッド絶縁層１０６ａが形成される。一例においては、第１クラッド絶縁層１０６ａは、不純物を導入されたＳｉＯ2層とすることができる。例えば、第１クラッド絶縁層１０６ａは、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2層とすることができる。ＳｉＯ2層の不純物の量および／または種類は、光導波路中の対応する屈折率の所望の値に依存し得る。第１クラッド絶縁層１０６ａは、様々な方法で、Ｓｉ基板１０１上に形成することができる。一例では、第１クラッド絶縁層１０６ａは、Ｓｉ基板１０１上に、熱ＳｉＯ2形成法によって、図１Ａに示すように形成することができる。
【００１８】
次に、図１Ｂを参照して、コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成される。この例では、コア絶縁層１０２は、光透過性であり、光導波路のコア絶縁層を構成する。コア絶縁層１０２は、ＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2層とすることができ、熱形成法によってクラッド絶縁層１０６ａ上に（また物理的に直接接した形で）に形成することができる。コア絶縁層１０２は、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな厚さＴを有し得る。例えば、コア絶縁層１０２の厚さＴは、青色光の波長以上とすることができ、すなわち、少なくとも０．４μｍとすることができる。
【００１９】
次に、図１Ｃを参照して、第２クラッド絶縁層１０６ｂが、コア絶縁層１０２上に（また物理的に直接接触した形で）形成される。例として、第２クラッド絶縁層１０６ｂは、ＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2コア絶縁層１０２上に形成された、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2層とすることができる。また、第２クラッド絶縁層１０６ｂは、熱ＳｉＯ2形成法によって、コア絶縁層１０２上に形成することができる。第２クラッド絶縁層１０６ｂは、第１クラッド絶縁層１０６ａと材料または不純物が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００２０】
図１Ｆ乃至図１Ｉは、図１Ｃの面に直交する面の断面図である。図１Ｆにおいて、コア絶縁層１０２は、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂによって囲まれている。図１Ｆの例が示すように、コア絶縁層１０２は、一部が第１クラッド絶縁層１０６ａ内にあり、一部が第２クラッド絶縁層１０６ｂ内にある。例えば、第１クラッド絶縁層は、図１Ａに例示するように基板１０１上に形成され、さらに、空洞を形成するためにエッチングされ得る。コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層上および第１クラッド絶縁層内のエッチングされた空洞上に形成され得る。次に、コア絶縁層１０２は、コア絶縁層１０２が第１クラッド層１０６ａのエッチングされた空洞を除いた表面から除去されるように、エッチングされ得る。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが、第１クラッド絶縁層１０６ａおよびコア絶縁層１０２上に形成され得る。一例では、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂは、同じ屈折率を有する。これらの屈折率は、コア絶縁層１０２の屈折率とは異なり得る。
【００２１】
図１Ｇに例示されるように、コア絶縁層１０２は、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな厚さＴを有し得る。コア絶縁層１０２は、また、光導波路内で伝送される光信号の波長より大きな値であり得る幅Ｗを有し得る。例えば、コア絶縁層１０２の厚さＴおよび幅Ｗは、青色光の波長以上とすることができ、すなわち少なくとも０．４μｍとすることができる。別の例では、厚さＴは、コア絶縁層１０２の幅Ｗとほぼ同じであり、コア絶縁層１０２の断面は、ほぼ正方形の形状とされている。
【００２２】
また別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂの屈折率は、相互にほぼ同じで、コア絶縁層１０２の屈折率より小さい。例えば、第１クラッド絶縁層１０６ａおよび第２クラッド絶縁層１０６ｂは、屈折率が約１．４乃至１．５であり、コア絶縁層１０２は屈折率が約１．５乃至１．６である。
【００２３】
図１Ｇに示される別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａは、基板１０１上に形成され得る。次に、コア絶縁層１０２が、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成され得る。コア絶縁層１０２に対してエッチングが行なわれてコア絶縁層１０２の一部が除去されて、図１Ｇに例示されるようなコア絶縁層１０２が形成される。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが第１クラッド絶縁層１０６ａおよびコア絶縁層１０２上に形成され得る。
【００２４】
図１Ｈに示されるさらに別の例では、第１クラッド絶縁層１０６ａが基板１０１上に形成される。次に、第１クラッド層１０６ａがエッチングされて第１クラッド層１０６ａ内に空洞が形成される。コア絶縁層１０２は、第１クラッド層１０６ａの空洞内に形成され得る。次に、第２クラッド絶縁層１０６ｂが第１クラッド絶縁層１０６ａおよびコア絶縁層１０２上に、図１Ｈの例に示されるように形成され得る。これらの例では、コア絶縁層１０２は、厚さがＴであり且つ正方形の形状であることが例示されている。しかしながら、コア絶縁層の断面は、あらゆる形状とすることができる。例えば、コア絶縁層の断面形状は、実質的な、正方形、長方形、三角形、円形、楕円形、不規則形状、などとすることができる。
【００２５】
コア絶縁層１０２の幅は、あらゆる寸法とすることができる。例えば、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さとほぼ同じとする（すなわち、ＷはＴとほぼ等しい）ことができる。または、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さと異なっていて（すなわち、厚さよりも小さいまたは大きい）もよい。一例では、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さよりも大きい。別の例では、コア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さより小さい。図１Ｉに示される例では、コア絶縁層１０２は、第１クラッド層１０６ａおよび第２クラッド層１０６ｂの間に形成される。この例におけるコア絶縁層１０２の幅は、コア絶縁層１０２の厚さよりも大きい。コア絶縁層１０２の幅は、また、コア絶縁層１０２の厚さ以下であってもよい（図示せず）。
【００２６】
また、図１Ｉに示される例から分かるように、コア絶縁層１０２の幅は、第１クラッド層１０６ａの幅および第２クラッド層１０６ｂの幅とほぼ同じである。よって、この例では、第１クラッド層１０６ａおよび第２クラッド層１０６ｂは、コア絶縁層１０２を囲んだり、取り囲んだりしない。
【００２７】
次に、図１Ｄを参照して、シリコン層１０３が図１Ｃの第２クラッド絶縁層１０６ｂ上に形成される（例えば接着される）。シリコン層１０３は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）層とすることができ、標準的なＳＯＩ製造工程を用いて所望の厚さまでさらに研磨されてもよい。図１Ｅは、例えばＳＯＩ層１０３上に形成された１つのトランジスタ１０４を示している。しかしながら、あらゆる種類の任意の数の回路要素、例えば抵抗、キャパシタ、および／またはトランジスタ、がＳＯＩ層１０３上に形成されていてもよい。（ＳｉＮのような）絶縁膜１０５がトランジスタ１０４上に堆積され、縦のタングステン（Ｗ）プラグ１１１が、トランジスタ１０４のソース／ドレインおよびゲート領域への電気的な接続のために、形成され得る。また、層間絶縁（ＩＬＤ）膜１０７がさらに絶縁膜１０５上に堆積され得る。配線１０８は、様々な形で、ＩＬＤ膜１０７内で水平に走るように形成され得る。例えば、配線１０８は、ダマシン法を用いてＩＬＤ膜１０７内に形成され得る。
【００２８】
各クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂおよびコア絶縁層１０２は、光の伝送に関する屈折率を有している。各クラッド絶縁層またはコア絶縁層の屈折率の値は、所望される光の屈折および伝送に応じて決定することができる。一例では、コア絶縁層１０２の屈折率は、約１．５乃至１．６の範囲内にある。別の例では、クラッド絶縁層１０６ａまたは１０６ｂの屈折率は、約１．４乃至１．６の範囲内にあり得る。
【００２９】
図２を参照すると、光導波路を有する別の半導体装置の概略的な断面図が示されている。この例では、ＢまたはＦを導入されたＳｉＯ2クラッド絶縁層１０６ａが、Ｓｉ基板層１０１上に、例えば熱ＳｉＯ2形成法によって形成され得る。次に、コア絶縁層１０２が、例えばＧｅまたはＰを導入されたＳｉＯ2層として、第１クラッド絶縁層１０６ａ上に形成され得る。既出の例のように、光は、コア絶縁層１０２を介して伝送され、コア絶縁層１０２で光はコア絶縁層１０２と第１、第２クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂとの境界で反射される。第２クラッド絶縁層１０６ｂ（すなわちＳｉＯ2）が、コア絶縁層１０２上に形成され、ＳＯＩ層１０３が第２クラッド絶縁層１０６ｂ上に形成され得る。トランジスタ１０４がＳＯＩ層１０３上に形成され、絶縁膜層１０５がトランジスタ１０４上に堆積される。Ｗプラグ１１１が絶縁膜層１０５内に形成され得る。また、ＩＬＤ膜１０７が、絶縁膜層１０５上に堆積され得る。Ｃｕ配線のような配線がＩＬＤ層１０７内に形成され得る。
【００３０】
また、図２に例示されるように、穴、空洞、または他の開口が、絶縁膜層１０５およびＳＯＩ絶縁層１０３を貫いてコア絶縁層１０２までまたはその中までエッチングされ、光学伝導性（optically conductive）で電気的に絶縁性の膜１０９材料によって埋め込まれ、平坦化される。例えば、絶縁膜１０９材料は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって平坦化され得る。配線（例えばＣｕ配線）１０８が、図２に例示されるように形成され得る。配線１０８の形成後、光送信機および／または光受信機１１０が、配線１０８に電気的に接続され、絶縁膜１０９に（矢印によって示されるように）光学的に接続される。光送信機（例えばレーザＬＥＤ)は、電気的入力信号を光出力信号へと変換し、光受信機（例えばフォトレセプタ）は光入力信号を電気的出力信号へと変換する。こうして、この例では、光信号は、絶縁膜１０９内を、コア絶縁層１０２へまたはコア絶縁層１０２から誘導され、これによって、信号がコア絶縁層１０２と回路の別の部分との間を、送信機および／または受信機１１０を介して転送されることが可能となる。
【００３１】
図３は、半導体装置内に設けられる光導波路の別の例を示している。この例では、配線（例えばＣｕ配線）１０８は、ＩＬＤ層１０７内に形成され得る。穴、空洞、または他の開口１０９がエッチングによって形成され、次に、送信機および／または受信機１１０が取り付けられ、これによって配線１０８に電気的に接続される。送信機および／または受信機１１０は、例えばはんだ１１２を介して取り付けされ得る。よって、この例では、光信号は、空穴１０９を介して、コア絶縁層１０２へ、また／またはコア絶縁層１０２から送信されまたは誘かれ得る。
【００３２】
図４は、半導体装置内に設けられる光導波路の別の例を示している。この例では、配線１０８の形成後、穴１０９がエッチングで形成される。この例では、穴１０９は、エッチングされて、絶縁膜層１０５およびＳＯＩ絶縁層１０３を貫いてコア絶縁層１０２に達する。また、図４の例に示されるように、プリズム１１２が穴１０９内に形成されて、光を屈折させ、穴１０９とコア絶縁層１０２との間での光の誘導をさらに円滑にする。光信号を送信または受信するための送信機または受信機１１０は、配線１０８に取り付けられ得る。図４は、送信機または受信機１１０が、はんだ接続体１１３によって配線１０８に取り付けられることを示している。これらのあらゆる例において、送信機または受信機１１０は、例えばバンプ技術によって配線１０８に取り付けられてもよい。よって、図４に示される例では、光信号は、コア絶縁層１０２へまたはコア絶縁層１０２から伝送され、またプリズム１１２によってエッチングされた穴１０９内を誘導される。
【００３３】
図５は、光信号をプリズム１１２を介して送信する例を示している。この例では、光信号は、送信機または受信機１１０からエッチングされた穴１０９を介して、光導波路内のコア絶縁層１０２へと伝送される。上記したように、プリズム１１２は、エッチングされた穴１０９とコア絶縁層１０２との間の界面に形成される。光信号は、エッチングされた穴１０９内を通って、プリズム１１２の表面に角度θ4で入射する。光信号は、プリズム１１２によって、プリズム１１２とエッチングされた穴１０９との屈折率の相対的な値に基づいて屈折させられる。その結果、光信号は、コア絶縁層１０２に角度θ3で入射し、コア絶縁層１０２において、プリズム１１２とコア絶縁層１０２とのの屈折率の相対的な値に基づいて角度θ1でさらに屈折させられる。光信号は、クラッド絶縁層１０６ａ、１０６ｂとコア絶縁層１０２との間の界面で、図に示されるように、コア絶縁層１０２の屈折率とクラッド絶縁層１０６ａ／１０６ｂの屈折率との間の相対的な値に基づいて、角度θ1で、さらにコア絶縁層１０２に沿って伝播する。
【００３４】
以下は、コア絶縁層１０２、クラッド絶縁層１０６ａ／１０６ｂ、プリズム１１２、エッチングされた穴１０９の屈折率の値の例示的な関係について説明している。この例では、コア絶縁層の屈折率は約１．５乃至１．６であり、クラッド絶縁層の屈折率は約１．４乃至１．５である。図６は、コア絶縁層とクラッド絶縁層との間の界面の例を示している。この例では、入射光は、コア／クラッド界面に角度θ1で入射する。コアおよびクラッド材料の屈折率の値に基づいて、入射光は、角度θ1で反射されてコア層へと戻ってくる。または、入射光は、角度θ2でクラッド層内で屈折される。この例では、クラッド層内で屈折された光は、光導波路内でさらに誘導されない。
【００３５】
各屈折率と入射角度との関係は、以下のように記載され得る。
【００３６】
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ2ｃｏｓθ2
ここで、ｎ1は、コア層の屈折率であり、ｎ2は、クラッド層の屈折率であり、θ1はコア・クラッド界面の入射光の屈折角度であり、θ2はクラッド層への入射光の屈折角度である。
【００３７】
一例では、光信号は、全反射によって、コア層内を伝播する。この例では、ｃｏｓθ2は１であり、
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ2、または
θ1＝ｃｏｓ-1（ｎ2／ｎ1）
である。
【００３８】
この例では、ｎ2（クラッド層の屈折率）が１．４乃至１．５の範囲に亘り且つｎ1（コア層の屈折率）が１．５乃至１．６の範囲に亘ると、θ１は、２０．４６４°乃至２８．９５５°の範囲に亘り得る。
【００３９】
別の例では、図５に示されるように、プリズムは４５°の角度を形成し、エッチングされた穴１０９は、屈折率ｎ4＝１を有する空気を含み得る。この例では、
ｎ1ｃｏｓθ1＝ｎ3ｃｏｓθ3
であり、
ｃｏｓθ3＝ｎ1ｃｏｓθ1／ｎ3
である。
【００４０】
ここで、ｎ1は、コア層の屈折率であり、ｎ3はプリズムの屈折率であり、θ1はコア層への入射光の屈折角度であり、θ3はプリズム・コア層界面での入射光の角度である。
【００４１】
同様に、光はプリズムの表面で角度θ4で入射する。図５のようにプリズムが４５°の角度を形成するとすれば、
ｎ3ｃｏｓ（１３５−θ1）＝ｎ4ｃｏｓθ4＝１＊ｃｏｓ４５°＝０．７０７１
である。
【００４２】
例えば、エッチングされた穴が屈折率ｎ4＝１の空気で満たされていると、この例では、
ｎ3ｃｏｓ１３５°ｃｏｓθ3＋ｎ3ｓｉｎ１３５°ｓｉｎθ3＝ｎ4ｃｏｓθ4
ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°＋ｎ3ｓｉｎ１３５°ｓｉｎθ3＝ｎ4ｃｏｓθ4
である。
【００４３】
この例では、上記したように、θ1は、２０．３６４°乃至２８．９５５°に亘り得る。θ3＝７０°でかつθ1が最小の２０．３６４°であると、
ｎ3ｓｉｎθ3＝（ｎ4ｃｏｓθ4−ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎ１３５°
＝（０．７０７１−１．６＊ｃｏｓ（２０．３６４°）ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎｌ３５°
＝（０．７０７１−（−１．０６０６６））／ｓｉｎ１３５°
＝  ２．４９９９、
であり、
ｎ3＝２．６６
である。
【００４４】
θ3＝７０°でかつθ1が最大の２８．９５５°であると、
ｎ3ｓｉｎθ3＝（ｎ4ｃｏｓθ4−ｎ1ｃｏｓθ1ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎ１３５°
＝（０．７０７１−１．６＊ｃｏｓ（２８．９５５°）ｃｏｓ１３５°）／ｓｉｎｌ３５°
＝（０．７０７１−（−０．９２８１））／ｓｉｎ１３５°
＝  ２．３１２４、
であり、
ｎ3＝２．４６
である。
【００４５】
このように、本例では、プリズムの屈折率が２．４６乃至２．６６に亘り、多種の材料をプリズムとして用いることができる。例えば、２、３、例を挙げると、ダイアモンド（ｎ3＝２．４３）またはＡｇ2Ｓ3（ｎ3＝２．５８）を用いることができる、
本例でも、各材料の屈折率は、各層の屈折率に基づいて決定することができる。例えば、ｎ1（コア絶縁材層の屈折率）またはｎ3（プリズムの屈折率）は、ｎ2（クラッドの屈折率）より大きくすることができる。また、ｎ3（プリズムの屈折率）は、ｎ4（エッチングされた穴の屈折率）より大きくすることができる。したがって、本例では、ｎ3＞ｎ1＞ｎ2≧ｎ4である。
【００４６】
説明のための具体例が記載されたが、当業者は、上記した装置および技術を様々に変形したり置換したりし得ることを理解するであろう。よって、本発明の思想および範囲は、開示された具体的な実施形態に必ずしも限定されずに、特許請求の範囲に記載のように広く解釈されるべきである。
【００４７】
また、この発明は以下の実施態様を取り得る。
【００４８】
（１）基板と、前記基板上に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層と、前記第１絶縁層と物理的に接し、前記第２絶縁層および前記第１絶縁層上に配置された、第３絶縁層と、前記第３絶縁層上に配置されたシリコン層と、を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１、第３絶縁層と異なる材料からなる、半導体光導波装置。
【００４９】
（２）前記第２絶縁層の厚さは少なくとも０．４マイクロメートルである、（１）の半導体光導波装置。
【００５０】
（３）前記第１、第３絶縁層は、協働して、前記第２絶縁層の少なくとも一部を囲む、（１）の半導体光導波装置。
【００５１】
（４）前記第１、第３絶縁層は非連続で且つ第２絶縁層によって分離されている、（１）の半導体光導波装置。
【００５２】
（５）前記基板はシリコン層を含む、（１）の半導体光導波装置。
【００５３】
（６）前記第１絶縁層は１．４乃至１．５の屈折率を有する（１）の半導体光導波装置。
【００５４】
（７）前記第２絶縁層は１．５乃至１．６の屈折率を有する（６）の半導体光導波装置。
【００５５】
（８）前記第３絶縁層上に配置された導電性配線をさらに具備する、（１）の半導体光導波装置。
【００５６】
（９）前記シリコン層および前記第３絶縁層を完全に貫いて前記第２絶縁層まで延びる穴をさらに具備する、（８）の半導体光導波装置。
【００５７】
（１０）前記穴を介して前記第２絶縁層と光学的に接続された、光送信機および光受信機の一方をさらに含む、（９）の半導体光導波装置。
【００５８】
（１１）前記穴の中で伝送される光は、前記第２絶縁層に第１角度で接し、前記第２絶縁層内へと第２角度で屈折する、（１０）の半導体光導波装置。
【００５９】
（１２）前記伝送される光は、前記第２絶縁層内へと屈折した後前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間の界面に達し、前記伝送される光は前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間の界面に前記第２角度に基づいた角度で接する、（１１）の半導体光導波装置。
【００６０】
（１３）前記第２角度は２０．３６４°乃至２８．９５５°に亘る、（１２）の半導体光導波装置。
【００６１】
（１４）基板と、前記基板上に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層内に埋め込まれ、前記第１絶縁層に物理的に接し、前記第１絶縁層によって少なくとも一部を覆われた、第２絶縁層と、前記第１、第２絶縁層上に配置されたシリコン層と、前記シリコン層上に配置された導電層と、を具備し、前記第２絶縁層は、光透過性であり、前記第１絶縁層と異なる材料で構成される、半導体光導波装置。
【００６２】
（１５）前記第１シリコン層の上および中に形成されたトランジスタをさらに具備し、前記導電層は前記トランジスタのゲートを含む、（１４）の半導体光導波装置。
【００６３】
（１６）前記シリコン層および前記導電層上に配置された第３絶縁層をさらに含む、（１４）の半導体光導波装置。
【００６４】
（１７）穴が、前記半導体光導波装置の最上層から前記第２絶縁層へと下に向って、前記穴内で前記第２絶縁層が露出するように延び、前記第２絶縁層と前記穴を介して光学的に通信する光送信機および光受信機の一方をさらに含む、（１４）の半導体光導波装置。
【００６５】
（１８）第１シリコン層を設け、前記第１シリコン層上に第１層を形成し、前記第１層上に第２層を形成し、前記第２層の一部を除去し、前記第２層上に前記第２層と物理的に直接接触する第３層を形成し、前記第３層上に第２シリコン層を形成し、前記第２シリコン層および前記第３層を貫いて延びる開口を形成する、ことを具備し、前記第３層は、前記第１層と同じ屈折率を有し、前記第２層と異なる屈折率を有し、前記第２層は光透過性である、半導体装置の製造方法。
【００６６】
（１９）前記第１、第３層のそれぞれの屈折率は前記第２層の屈折率より小さい、（１８）の半導体装置の製造方法。
【００６７】
（２０）前記第１、第３層のそれぞれは、１．４乃至１．５に亘る屈折率を有し、前記第２層は１．５乃至１．６に亘る屈折率を有する、（１８）の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｂ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｃ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｄ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｅ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｆ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｇ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｈ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図１Ｉ】光導波路を有する例示的な半導体装置の、例示的な製造工程における概略的な断面図である。
【図２】光導波路を有する別の例示的な半導体装置の概略的な断面図である。
【図３】光導波路を有する半導体装置のまた別の例を示している。
【図４】光導波路を有する半導体装置のさらに別の例を示している。
【図５】導波路を介した光信号の伝送の例を示している。
【図６】コア絶縁層とクラッド絶縁層との間の界面の例を示している。
【外国語明細書】
2008026868000001.pdf