(57)【要約】【課題】  導波管を有した半導体装置の反りや歪みの発生を低減させつつ、そのような半導体装置を、新たな設備を用いることなく実現し得る製造方法を提供する。【解決手段】  基板１０上に、所定の温度Ｔ１で成膜可能な下部クラッド層１１を形成する。その上に、所定の温度Ｔ２で成膜可能なコア層１２を形成する。そして、コア層をエッチングして、下部クラッド層１１上に延びる導波管１２Ａを形成する。さらに、下部クラッド層１１及び導波管１２Ａを覆うようにして、所定の温度Ｔ３で成膜可能な上部クラッド層１３を形成する。ここで、下部クラッド層１１の屈折率ｎ１、コア層１２Ａの屈折率ｎ２、上部クラッド層１３の屈折率ｎ３は、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を有し、上記各層を形成する際の各所定の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を有することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2005084115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、所定の温度Ｔ１で成膜可能な下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、所定の温度Ｔ２で成膜可能であり、かつ光を透過する材料から成るコア層を形成する工程と、
前記コア層をエッチングして、前記下部クラッド層上に延びる導波管を形成する工程と、
前記下部クラッド層及び前記導波管上に、当該下部クラッド層及び導波管を覆うようにして、所定の温度Ｔ３で成膜可能な上部クラッド層を形成する工程と、
を有し、
前記所定の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記下部クラッド層の屈折率ｎ１、前記コア層の屈折率ｎ２、前記上部クラッド層の屈折率ｎ３は、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記下部クラッド層は、シリコン酸化膜から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記下部クラッド層は、熱酸化法もしくはＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記コア層は、シリコン窒化膜から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記コア層は、ＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記上部クラッド層は、ポリイミド、塗布酸化膜、もしくはシリコン酸化膜から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記上部クラッド層は、当該上部クラッド層の材料の塗布及び熱処理、もしくはＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に、所定の温度Ｔ１で形成されたシリコン酸化膜から成る下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に所定の温度Ｔ２で形成されたシリコン窒化膜から成り、前記下部クラッド層上に延びて形成された導波管と、
前記下部クラッド層及び前記導波管上に、当該下部クラッド層及び導波管を覆うようにして、ＣＶＤ法あるいは、ポリイミドもしくは塗布酸化膜材料を塗布した後、所定の温度Ｔ３の熱処理を行うことにより形成された上部クラッド層と、
を有し、
前記所定の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記下部クラッド層の屈折率ｎ１、前記コア層の屈折率ｎ２、前記上部クラッド層の屈折率ｎ３は、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を有することを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、基板上に導波管が形成された半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信などを目的とした半導体装置として、光を感知するフォトダイオードなどの受光素子と、光を受光素子に導く導波管とを、同一の基板上に有した平面光波回路が知られている。平面光波回路に用いられる導波管は半導体基板の平面上に延びて形成される。
【０００３】
次に、上述した導波管の従来の製造方法の例について、図面を参照して説明する。図２は、従来例に係る導波管を有した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０００４】
図２（ａ）に示すように、基板２０上に、ＳｉＯ２ガラス微粒子堆積膜から成る下部クラッド層２１を高温下で形成する。この後、下部クラッド層上に、ＳｉＯ２−ＧｅＯ２微粒子（ＳｉＯ２とＧｅＯ２との混合物）堆積膜から成るコア層２２をＣＶＤ法やスパッタ法により形成する。ここで、ＳｉＯ２にＧｅＯ２が加わることにより、コア層２２の屈折率は、ＳｉＯ２のみにより形成される層（下部クラッド層２１）の屈折率に比して大きくなる。
【０００５】
そして、図２（ｂ）に示すように、下部クラッド層２１の表面上において、帯状（例えばストライプ状）に延びる凸部を残すように、コア層２２をエッチングする。このエッチングにより残されたコア層２２が、導波管２２Ａとなる。
【０００６】
さらに、図２（ｃ）に示すように、下部クラッド層２１及び導波管２２Ａを覆うようにして、上部クラッド層２３を形成する。上部クラッド層２３は、下部クラッド層２２と同じ材料及び形成方法により形成される。
【０００７】
上述した製造方法による導波管２２Ａの屈折率は、導波管２２Ａを挟む下部クラッド層２１及び上部クラッド層２３に比して高くなる。これにより、光が導波管２２Ａ内に封じられ易くなるため、導波管２２Ａ内における光の伝播が低損失に行われる。
【０００８】
なお、関連する技術文献としては、例えば、以下の特許文献がある。
【特許文献１】特開平６−４１７５１号公報
【特許文献２】特開２０００−３２１４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来例における導波管の製造方法では、導波管２２ＡがＳｉＯ２−ＧｅＯ２微粒子堆積膜から成るコア層２２により形成されていた。そのようなＧｅＯ２を添加した材料から成るコア層２２の形成に際しては、ＭＯＳ型半導体などを製造する既存の半導体製造設備の他に、別の製造設備を必要としていた。これにより、新たな設備投資が必要となるといった問題が生じていた。
【００１０】
また、ＳｉＯ２ガラス微粒子堆積膜から成る上部クラッド層２３は、導波管を形成した後に高温下で形成されるため、基板１０及び基板上に形成された上記各層に、熱膨張による反りや歪みが生じるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、新たな設備投資を必要とせず、かつ反りや歪みを生じさせることなく、導波管を有した半導体装置を実現し得る製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、基板上に、所定の温度Ｔ１で成膜可能な下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層上に、所定の温度Ｔ２で成膜可能であり、かつ光を透過する材料から成るコア層を形成する工程と、コア層をエッチングして、下部クラッド層上に延びる導波管を形成する工程と、下部クラッド層及び導波管上に、当該下部クラッド層及び導波管を覆うようにして、所定の温度Ｔ３で成膜可能な上部クラッド層を形成する工程と、を有するものである。また、本発明の半導体装置は、上記工程において実現され得るものである。
【００１３】
ここで、上記工程における下部クラッド層の屈折率ｎ１、コア層の屈折率ｎ２、上部クラッド層の屈折率ｎ３は、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を有すると共に、上記各層を形成する際の各所定の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記工程における下部クラッド層はシリコン酸化膜から成り、コア層はシリコン窒化膜から成り、上部クラッド層はポリイミドもしくは塗布酸化膜から成ることを特徴とするものである。この際、下部クラッド層は熱酸化法もしくはＣＶＤ法により形成され、コア層はＣＶＤ法により形成され、上部クラッド層は、当該上部クラッド層の材料の塗布及び熱処理により形成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造工場で頻繁に用いられる材料により、導波管を有した半導体装置を形成した。これにより、既存の設備により、導波管を有した半導体装置を製造することができる。従って、新たな設備投資が不要となり、製造コストの増大を抑止できる。
【００１６】
また、基板上に形成される上記各層の形成温度が、上層にゆくに従って低くなるため、基板や既に形成された層において、熱による膨張や収縮が減少する。これにより、半導体装置に生じる反りや歪みを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態に係る導波管を有した半導体装置は、以下に示す製造方法により実現されるものである。次に、本発明を実施するための最良の形態に係る導波管を有した半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る導波管を有した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、基板１０（例えばシリコンやガラスから成る）上に、下部クラッド層１１（例えばシリコン酸化膜から成る）を形成する。下部クラッド層１１がシリコン酸化膜から成る場合、下部クラッド層１１は、例えば熱酸化法やＬＰ−ＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）によって、所定の温度Ｔ１により形成される。この場合の所定の温度Ｔ１は、７００℃程度〜８００℃程度である。また、下部クラッド層の屈折率ｎ１は、１．５程度であることが好ましい。
【００１９】
そして、下部クラッド層１１上に、コア層１２（例えばシリコン窒化膜から成る）を形成する。このコア層１２は、所定の波長を有した光を透過する性質を有するものである。コア層１２がシリコン窒化膜から成る場合、コア層１２は、例えばＬＰ−ＣＶＤ法によって、所定の温度Ｔ２で形成される。この場合の所定の温度Ｔ２は、６００℃程度である。また、コア層１２の屈折率ｎ２は、２．０程度であることが好ましい。
【００２０】
このコア層１２は、コア層１２より先に形成された下部クラッド層１１の形成温度（７００℃程度〜８００℃程度）よりも低い温度（６００℃程度）で形成できる。これにより、コア層１２を形成する際の熱による膨張や収縮により、下部クラッド層１１に反りや歪み等の不良が生じることを、極力抑止することが可能となる。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、下部クラッド層１１の表面上に延びる凸部を残すように、コア層１２をエッチングする。ここで、コア層１２のエッチングにより残存した凸部は、下部クラッド層１１の表面上に帯状（例えばストライプ状）に延びて形成される。このエッチングにより残されたコア層１２の凸部が、導波管１２Ａとなる。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、下部クラッド層１１及び導波管１２Ａ上に、それらを覆うようにして、上部クラッド層１３（例えばポリイミドから成る）を形成する。上部クラッド層１３がポリイミドから成る場合、上部クラッド層１３は、ポリイミドの塗布、及び所定の温度Ｔ３の熱処理により形成される。この場合の所定の温度Ｔ３は、２００℃程度〜３００℃程度である。また、上部クラッド層の屈折率ｎ３は、１．７程度あることが好ましい。もしくは、上部クラッド層１３は、塗布酸化膜やＬＰ−ＣＶＤ法により形成されるものであってもよい。塗布酸化膜の場合、所定の材料を溶かした溶液を塗布した後に、所定の熱処理を行うことによって酸化膜を形成する。
【００２３】
この上部クラッド層１３は、上部クラッド層１３より先に形成された下部クラッド層１１や導波管１２Ａ（コア層１２）の形成温度（７００℃程度〜８００℃程度、及び６００程度）よりも低い温度（２００℃程度〜３００℃程度）で形成できる。これにより、上部クラッド層１３を形成する際の熱による膨張や収縮により、下部クラッド層１１及び導波管１２Ａに反りや歪み等の不良が生じることを、極力抑止することが可能となる。
【００２４】
以上に述べたように、基板１０上に上記各層を形成する際の所定の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が、それぞれ異なり、かつＴ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を有するため、上記いずれの層の形成においても、形成時の熱により生じる熱膨張やその後の収縮を低減できる。従って、導波管を有した半導体装置の反りや歪みの発生を低減することができる。
【００２５】
また、上記製造方法においては、通常の半導体装置（ＭＯＳ型トランジスタ等）を製造する際に用いられる材料（シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド等）を上記各層に使用しているため、新たな製造装置の導入といった設備投資を必要としない。これにより、製造設備の増設に伴う製造コストの増大を抑えることが可能となる。
【００２６】
なお、上述した実施形態に係る製造方法では、下部クラッド層の屈折率ｎ１を１．５、コア層の屈折率ｎ２を２．０、上部クラッド層の屈折率ｎ３を１．７としたが、本発明の導波管を有した半導体装置の製造方法は、上記屈折率の値に限定されない。即ち、下部クラッド層１１の屈折率ｎ１、コア層１２の屈折率ｎ２、上部クラッド層１３の屈折率ｎ３は、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を有するものであれば、その他の値であってもよい。
【００２７】
また、下部クラッド層１１、コア層１２、上部クラッド層１３は、それぞれ、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミドもしくは塗布酸化膜であるとしたが、本発明の製造方法は、これに限定されない。即ち、ｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という関係を満たす屈折率を有し、かつ形成する際の所定の温度がＴ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を満たし得る材料であれば、下部クラッド層１１、コア層１２、上部クラッド層１３は、その他の材料により形成されるものであってもよい。
【００２８】
また、下部クラッド層１１、コア層１２、上部クラッド層１３は、それぞれ、熱酸化法もしくはＬＰ−ＣＶＤ法、ＬＰ−ＣＶＤ法、ポリイミドの塗布及び熱処理により形成するものとしたが、本発明の製造方法は、これに限定されない。即ち、上記各層をｎ２＞ｎ１かつｎ２＞ｎ３という屈折率の関係を満たして形成可能であり、かつ形成する際の所定の温度がＴ１≧Ｔ２かつＴ１≧Ｔ３という関係を満たし得る方法であれば、下部クラッド層１１、コア層１２、上部クラッド層１３は、その他の形成方法より形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係る導波管を有した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】従来例に係る導波管を有した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０，２０  基板
１１，２１  下部クラッド層
１２，２２  コア層
１２Ａ，２２Ａ  導波管
１３，２３  上部クラッド層
【図１】
2005084115.tif 000003
【図２】
2005084115.tif 000004