(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＬＳＩ製造プロセスにしたがって形成された回路ブロック層を選択的にエッチング除去することにより複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、上記複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、上記複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われ、
上記少なくとも二つの回路ブロック間が、上記基板上に、上記基板の表面に形成された溝の内部にその下部が埋められた状態でモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための、断面形状がほぼ円形の線状の光伝送路により接続されており、上記少なくとも二つの回路ブロックのうちの少なくとも一つの回路ブロックと上記光伝送路との間に、上記基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有する光電子集積回路装置。
【請求項２】
上記光スイッチは電界効果を用いた光スイッチ、半導体系光スイッチまたは有機薄膜を用いた光スイッチである請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項３】
上記光スイッチは液晶を用いた光スイッチである請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項４】
上記光伝送路は有機材料からなる請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項５】
上記光伝送路は有機樹脂製のレジストからなる請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項６】
上記光伝送路は無機材料からなる請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項７】
上記光伝送路は酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項８】
上記少なくとも二つの回路ブロックは発光素子および／または受光素子を有する請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項９】
上記少なくとも二つの回路ブロック間の光による信号の伝送は１重または多重信号により行われる請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１０】
上記基板はシリコン基板、化合物半導体基板、ＳＯＩ基板または絶縁基板である請求項１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１１】
基板上にＬＳＩ製造プロセスにしたがって形成された回路ブロック層を選択的にエッチング除去することにより複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、上記複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、上記複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われ、
上記少なくとも二つの回路ブロック間が、上記基板上に、上記基板の表面に形成された溝の内部にその下部が埋められた状態でモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための、断面形状がほぼ円形の線状の光伝送路により接続されており、上記光伝送路の途中に、上記基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有する光電子集積回路装置。
【請求項１２】
上記光スイッチは電界効果を用いた光スイッチ、半導体系光スイッチまたは有機薄膜を用いた光スイッチである請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１３】
上記光スイッチは液晶を用いた光スイッチである請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１４】
上記光伝送路は有機材料からなる請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１５】
上記光伝送路は有機樹脂製のレジストからなる請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１６】
上記光伝送路は無機材料からなる請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１７】
上記光伝送路は酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１８】
上記少なくとも二つの回路ブロックは発光素子および／または受光素子を有する請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項１９】
上記少なくとも二つの回路ブロック間の光による信号の伝送は１重または多重信号により行われる請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【請求項２０】
上記基板はシリコン基板、化合物半導体基板、ＳＯＩ基板または絶縁基板である請求項１１記載の光電子集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電子集積回路装置に関し、特に、高速信号処理に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路装置における配線には、もっぱらアルミニウム（Ａｌ）配線が用いられており、最近ではより低抵抗の銅（Ｃｕ）配線が用いられ始めている。しかしながら、これらの金属配線では、今後の半導体集積回路装置の高速化、高集積化に限界がきており、新たな配線技術が求められている。そのための有望な手段の一つとして、光による信号のやりとりを行う光配線技術が挙げられる。
【０００３】
従来、このような光配線を用いた装置としては、モジュール化された光学部品（発光素子または受光素子を含む）を基板上に搭載したものが、最も一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光配線を用いた装置は、モジュール化された光学部品の小型化が困難であるため、小型化および高集積化が困難であるという問題があった。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、小型化、高集積化および高速化が可能な光電子集積回路装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の発明による光電子集積回路装置は、
基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、
複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われる
ことを特徴とするものである。
【０００７】
この発明の第２の発明による光電子集積回路装置は、
基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われる光電子集積回路装置であって、
少なくとも二つの回路ブロック間に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有する
ことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の第３の発明による光電子集積回路装置は、
基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われる光電子集積回路装置であって、
少なくとも二つの回路ブロック間が、基板上にモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための線状の光伝送路により接続されており、光伝送路の途中に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有する
ことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の第４の発明による光電子集積回路装置は、
基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、かつ、複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送は導電体からなる配線を通じて行われる光電子集積回路装置であって、
少なくとも二つの回路ブロック間が、基板上にモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための線状の光伝送路により接続されており、少なくとも二つの回路ブロックのうちの少なくとも一つの回路ブロックと光伝送路との間に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有する
ことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明において、相互の信号の伝送を光により行う少なくとも二つの回路ブロックは、発光素子および／または受光素子を有する。この少なくとも二つの回路ブロック間の領域は、場合に応じて、真空、空気または光学的に透明な物質、典型的には誘電体からなる。この少なくとも二つの回路ブロック間の光による信号の伝送は１重の信号により行ってもよいし、バスタイプの多重信号により行ってもよく、さらには、ホログラフィー信号（ホログラフィー化された信号）により行ってもよい。バスタイプの多重信号またはホログラフィー信号を用いた場合には、より多くの信号の伝送が可能である。
【００１１】
この発明において、複数の回路ブロックのそれぞれの回路ブロックは、典型的には、少なくとも一つの電子素子、例えばトランジスタを含む。この電子素子としては、シリコンなどの元素半導体を用いたものや、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いたものなどを用いることができ、これらの電子素子を混用してもよい。また、それぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送用の配線の材料である導電体としては、ＡｌやＣｕなどを用いることができる。
【００１２】
この発明において、複数の回路ブロックがモノリシックに形成される基板としては、シリコン基板やＧａＡｓ基板などの化合物半導体基板のほか、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板や絶縁基板などを用いることができる。
【００１３】
なお、場合によっては、基板上にモノリシックに形成された複数の回路ブロックに加えて、一つまたは複数のモジュール化された部品を基板上に搭載してもよい。
【００１４】
この発明の第２、第３および第４の発明において、光スイッチとしては、基板上にモノリシックに形成することができるものであれば、基本的にはどのようなものを用いてもよく、用途に応じたスイッチング速度を有するものが選ばれる。この光スイッチとしては、具体的には、例えば、液晶や電気光学結晶を用いた光スイッチなどの電界効果を用いた光スイッチ（例えば、光学第２１巻第８号（１９９２年８月）ｐ．５１０）、半導体系光スイッチ（例えば、光学第２１巻第８号（１９９２年８月）ｐ．５２７）、有機薄膜（スクェアリリウム（ＳＱ）色素にある特殊な分子構造を持たせた誘導体）を用いた光スイッチ（例えば、日刊工業新聞、１９９８年７月１３日）などを用いることができる。
【００１５】
この発明の第３および第４の発明において、光伝送路の材料としては、光学的に光信号の伝播損失の少ないものが用いられ、具体的には、例えば有機樹脂製のレジストなどの有機材料、あるいは、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機材料が用いられる。この光伝送路は、典型的には、基板の表面に形成された溝の内部にその下部が埋められた状態で形成される。この光伝送路の断面形状は、効率の良い光信号伝送を行う観点からは、好適には、ほぼ円形であるが、他の形状、例えば楕円や矩形であってもよい。
【００１６】
上述のように構成されたこの発明の第１、第２、第３および第４の発明においては、少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送を光により行っていることにより、回路ブロック間の信号の伝送を金属配線を通じて電気信号により行う場合と異なり、寄生容量や寄生抵抗による信号遅延あるいは信号損失をなくすことができる。また、少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送を光により行うので、信号処理の高速化および情報の高密度化を図ることができる。しかも、これらの回路ブロックは、成膜技術、エッチング技術、不純物ドーピング技術などにより基板上にモノリシックに形成されていることにより、モジュール化された光学部品を基板上に搭載する場合に比べて、装置の小型化および高集積化を図ることができる。さらに、それぞれの回路ブロックの内部の信号の伝送に用いられる配線は、従来の確立された配線技術により容易に形成することができる。
【００１７】
また、この発明の第２、第３および第４の発明においては、回路ブロック間、回路ブロック間に接続された光伝送路の途中または回路ブロックと光伝送路との間に光スイッチを有することにより、この光スイッチを用いて、回路ブロック間を伝送される光信号の選択を容易に行うことができ、情報の高密度化を図ることができる。しかも、この光スイッチは、基板上にモノリシックに形成されていることにより、モジュール化された光スイッチを基板上に搭載する場合に比べて、装置の小型化および高集積化を図ることができる。
【００１８】
また、この発明の第３および第４の発明においては、少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送を光により行うための線状の光伝送路が、回路ブロックとともに基板上にモノリシックに形成されていることにより、この光伝送路を通じて回路ブロック間の光信号の伝送を確実にしかも高い信頼性で行うことができるとともに、装置の小型化および高集積化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００２０】
図１はこの発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置を示す。
【００２１】
図１に示すように、この第１の実施形態による光電子集積回路装置においては、シリコン基板１上に複数の回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・が、成膜技術、エッチング技術、不純物ドーピング技術などのプロセス技術を用いてモノリシックに形成されている。これらの回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・の個数および配置や各回路ブロックの機能は、この光電子集積回路装置にどのような機能を持たせるかに応じて決められる。例えば、この光電子集積回路装置にある特定の信号処理を行う機能を持たせる場合には、その信号処理に必要な回路がこれらの回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・の一部または全部により構成されるようにする。各回路ブロックにおいては、必要な機能に応じて、トランジスタなどの電子素子がＡｌやＣｕなどからなる金属配線（図示せず）で接続されている。これに対し、互いに隣接する回路ブロック間の信号の伝送は光により行われる。具体的には、各回路ブロックは、トランジスタなどの電子素子のほか、受光素子および／または発光素子を有し、隣接する回路ブロックからの光信号を受光することができるか、隣接する回路ブロックに光信号を送信することができるか、あるいは、これらの両方が可能になっている。この場合、受光素子により受光された光信号は、この受光素子が設けられた回路ブロック内で所定の処理が行われる。また、発光素子は、この発光素子が設けられた回路ブロック内における信号処理の結果得られる出力により駆動され、光信号が発生される。各回路ブロック間を伝送される光信号は、１重でもバスタイプの多重信号でもホログラフィー信号でもよく、これらを混用してもよい。
【００２２】
各回路ブロックにおける素子の集積規模は、必要な機能に応じて選ばれるが、例えば、カスタムＩＣなどにおけるスタンダードセルまたはマクロセルと同様な規模としてもよい。
【００２３】
次に、各回路ブロックの受発光部の構造の具体例について説明する。ここでは図１に示す回路ブロックＡ1 、Ｂ1 について説明するが、他の回路ブロックについても同様である。
【００２４】
図２は受発光部の第１の例を示す。図２に示すように、この第１の例においては、互いに隣接する回路ブロックＡ1 、Ｂ1 の、基板表面にほぼ垂直な互いに対向する端面に、発光素子および／または受光素子を有する受発光部ａ1 、ｂ1 が設けられている。ここで、発光素子としては、例えばＧａＰ系の発光ダイオードなどが用いられ、受光素子としては、例えばＧａＡｓ系フォトダイオードなどが用いられる。これらの受発光部ａ1 、ｂ1 間で光信号は基板表面に平行な方向にやりとりされる。
【００２５】
図３は受発光部の第２の例を示す。図３に示すように、この第２の例においては、互いに隣接する回路ブロックＡ1 、Ｂ1 の互いに対向する端面が基板表面に対して例えば４５°傾斜しており、これらの端面に、発光素子および／または受光素子を有する受発光部ａ1 、ｂ1 が設けられている。これらの発光素子および受光素子としては、第１の例と同様なものを用いることができる。この場合、回路ブロックＡ1 、Ｂ1 の一方の回路ブロックの受発光部の発光素子から基板表面に対して４５°の方向に発生する光信号は、基板表面に平行に配置された反射鏡２で反射されて、他方の回路ブロックの受発光部の受光素子に基板表面に対して４５°の方向から入射して受光される。
【００２６】
図４は受発光部の第３の例を示す。図４に示すように、この第３の例においては、互いに隣接する回路ブロックＡ1 、Ｂ1 の、基板表面にほぼ垂直な互いに対向する端面に、発光素子および／または受光素子を有する受発光部ａ1 、ｂ1 が設けられている。これらの発光素子および受光素子としては、第１の例と同様なものを用いることができるが、発光素子としては面発光型のものを用いる。この場合、回路ブロックＡ1 、Ｂ1 の一方の回路ブロックの受発光部の発光素子から基板表面に対して垂直な方向に光信号が出射され、この光信号は、基板表面に対して４５°の方向に傾斜して配置された反射鏡３、４で反射されて、他方の回路ブロックの受光素子に基板表面に対して垂直上方から入射して受光される。
【００２７】
この第１の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を図５および図６を参照して説明する。ここで、図５および図６は図１のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。まず、図５に示すように、通常のＬＳＩ製造プロセスにしたがって、シリコン基板１上に成膜技術、エッチング技術、不純物ドーピング技術などにより回路ブロック層５を形成する。次に、図６に示すように、この回路ブロック層５を例えば異方性エッチング技術などにより選択的にエッチング除去して回路ブロックＡ1 、・・・Ｂ1 、・・・を形成する。次に、各回路ブロックに、例えば図２、図３または図４に示したような受発光部ａ1 、ｂ1 などを化合物半導体のエピタキシャル成長技術などを用いて形成する。以上により、目的とする光電子集積回路装置が製造される。
【００２８】
以上のように、この第１の実施形態によれば、回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・間の信号の伝送を光により行うので、寄生容量や寄生抵抗による信号遅延あるいは信号損失をなくすことができる。また、信号処理の高速化および情報の高密度化を図ることができる。しかも、これらの回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・はシリコン基板１上にモノリシックに形成されていることにより、従来のようにモジュール化された光学部品を基板上に搭載する場合に比べて、装置の小型化および高集積化を図ることができる。また、各回路ブロックの内部の信号の伝送用のＡｌ、Ｃｕなどからなる金属配線は、従来の確立された配線技術により容易に形成することができる。以上により、小型、高集積および高速の光電子集積回路装置を実現することができる。
【００２９】
次に、この発明の第２の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。図７はこの光電子集積回路装置を示す。
【００３０】
図７に示すように、この第２の実施形態による光電子集積回路装置においては、シリコン基板１上に複数の回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・がモノリシックに形成され、さらに、これらの回路ブロックの間の部分を埋めるように、光学的に透明な膜６が形成されている。この場合、互いに隣接する回路ブロック間の信号の伝送は、この光学的に透明な膜６を介して、光により行われる。この光学的に透明な膜６としては、使用する光信号に対して光学的に信号伝播損失の少ない物質からなるものが好適に用いられ、具体的には、有機樹脂からなるレジストや耐熱性絶縁体であるＳｉＯ2 などが用いられる。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３１】
この第２の実施形態による光電子集積回路装置を製造するには、図５および図６に示すと同様に工程を進めた後、図８に示すように、基板全面に光学的に透明な膜６を成膜する。具体的には、この光学的に透明な膜６の成膜は、その材料として有機樹脂からなるレジストを用いる場合には、基板全面にレジストを塗布することにより行う。この方法は、この光学的に透明な膜６の成膜後の工程として、おおよそ２００℃以下の熱処理しか行わない場合に有効である。また、この光学的に透明な膜６の材料としてＳｉＯ2 を用いる場合には、ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法によりこの光学的に透明な膜６の成膜を行うことができる。この液相ＣＶＤ法による成膜においては、成長温度を例えば０℃に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すＳｉＯ2 膜を成長させ、次に低温、例えば４００℃で１５分程度熱処理を行うことにより、ＳｉＯ2 膜中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ2 膜を固化させる。ＳｉＯ2 は耐熱性絶縁体であるので、この光学的に透明な膜６の成膜後のプロセス温度は１０００℃程度まで許容することができる。
【００３２】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３３】
次に、この発明の第３の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。図９はこの光電子集積回路装置を示し、図１０はこの光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分の拡大断面図を示す。
【００３４】
図９および図１０に示すように、この第３の実施形態による光電子集積回路装置においては、シリコン基板１上に複数の回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・がモノリシックに形成され、さらに、これらの回路ブロックの間の部分に光スイッチ７が同様にモノリシックに形成されている。この光スイッチ７としては用途に応じて種々のものを用いることができるが、例えば、液晶を用いた光スイッチなどの電界効果を用いた光スイッチを用いることができる。この光スイッチ用の液晶は、例えば塗布技術およびエッチングなどにより形成することができる。この場合、液晶に電界を印加するための制御用電極（図示せず）は、一方の回路ブロックの受発光部の発光素子およびこれに対向する他方の回路ブロックの受発光部の受光素子の一組ごとに、光スイッチ７の上下に設けてもよいし、複数の組に対して共通に設けてもよい。この制御用電極は、例えば、不純物をドープした多結晶シリコン膜やＡｌ膜などの金属膜により形成することができ、必要に応じて、保護膜を介して液晶上に形成する。この場合、互いに隣接する回路ブロック間の光信号の伝送は、この光スイッチ７のオン／オフにより制御されるようになっている。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
この第３の実施形態による光電子集積回路装置を製造するには、図５および図６に示すと同様に工程を進めた後、図１１に示すように、回路ブロック間の部分に光スイッチ７を形成する。具体的には、例えば、回路ブロック間の部分に液晶および制御用電極を形成して光スイッチ７を形成する。
【００３６】
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、回路ブロック間に光スイッチ７が設けられていることにより、この光スイッチ７を用いて、回路ブロック間を伝送される光信号の選択を容易に行うことができるとともに、情報の高密度化を図ることができるという利点を得ることができる。
【００３７】
次に、この発明の第４の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。図１２はこの光電子集積回路装置を示し、図１３はこの光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分の拡大断面図を示す。
【００３８】
図１２および図１３に示すように、この第４の実施形態による光電子集積回路装置においては、シリコン基板１上に複数の回路ブロックＡ1 、Ａ2 、・・・、Ｂ1 、Ｂ2 、・・・がモノリシックに形成され、さらに、これらの回路ブロックの間の部分に光スイッチ７が同様にモノリシックに形成されている。そして、これらの回路ブロックおよび光スイッチ７を覆うように例えばＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜などのパッシベーション膜８が形成されている。この光スイッチ７としては用途に応じて種々のものを用いることができるが、例えば、液晶を用いた光スイッチなどの電界効果を用いた光スイッチを用いることができる。この場合、その制御用電極（図示せず）は、一方の回路ブロックの受発光部の発光素子およびこれに対向する他方の回路ブロックの受発光部の受光素子の一組ごとに、光スイッチ７の上下に設けてもよいし、複数の組に対して共通に設けてもよい。この場合、互いに隣接する回路ブロック間の光信号の伝送は、この光スイッチ７のオン／オフにより制御されるようになっている。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
この第４の実施形態による光電子集積回路装置を製造するには、図５および図６に示すと同様に工程を進めた後、図１４に示すように、回路ブロック間の部分に光スイッチ７を形成し、さらに例えばＣＶＤ法などにより基板全面にパッシベーション膜８を形成する。
【００４０】
この第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４１】
次に、この発明の第５の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００４２】
図１５に示すように、この第５の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、その両側の回路ブロックにまたがって形成されている。その他のことは第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
この第５の実施形態によっても、第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４４】
次に、この発明の第６の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００４５】
図１６に示すように、この第６の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、その両側の回路ブロックにまたがって形成されている。その他のことは第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４６】
この第６の実施形態によっても、第４の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４７】
上述の第１〜第６の実施形態による光電子集積回路装置においては、互いに隣接する回路ブロック間の領域に光スイッチ７を形成しているが、ある回路ブロックからの光信号を光配線としての光伝送路を通じて他の回路ブロックに伝送し、その際に光信号の伝送を光スイッチにより制御する場合もある。そこで、次に、このような光伝送路を用いるこの発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００４８】
図１７に示すように、この第７の実施形態による光電子集積回路装置においては、回路ブロックの受発光部、例えば回路ブロックＡ1 の受発光部ａ1 に光スイッチ７を介して光伝送路９の一端が接続されている。この光伝送路９はシリコン基板１上にモノリシックに形成されている。この光伝送路９の他端は他の回路ブロックの受発光部に接続されている。この光伝送路９は、光信号の伝播損失の少ない透明材料、例えば、有機樹脂製のレジストやＳｉＯ2 などにより形成されている。この光伝送路９は、具体的には例えば図１８に示すように形成される。回路ブロックの受発光部の発光素子から出射される光信号はこの光伝送路９の一方の端面に入射し、その内部を伝播した後、他方の端面から出射され、他の回路ブロックの受発光部の受光素子に入射して受光される。光伝送路９は、光信号の伝送を行う回路ブロック間に必要に応じて１本または複数本形成され、シリコン基板１全体では通常複数本形成される。図１９に、シリコン基板１上に光伝送路９が複数本設けられたときの様子を示す。また、この光伝送路９は、必要に応じて、図２０に示すように、途中で曲がって形成されることもある。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
次に、光伝送路９の形成方法について説明する。ここでは、光伝送路９の材料として有機樹脂製のレジストを用いる第１の方法と、光伝送路９の材料としてＳｉＯ2 を用いる第２の方法とに分けて説明する。
【００５０】
図２１〜図２７は第１の方法を示す。この第１の方法においては、まず、図２１に示すように、シリコン基板１の全面に例えばＣＶＤ法によりＳｉ3 Ｎ4 膜１０を形成した後、その上にリソグラフィーにより光伝送路の形成部に対応する部分が開口した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法で異方性エッチングを行うことによりＳｉ3 Ｎ4 膜１０に開口部１０ａを形成する。この開口部１０ａの幅は、最終的に形成する光伝送路９の直径よりも少し狭く選ばれる。次に、レジストパターンを除去した後、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０をマスクとして例えばＲＩＥ法によりシリコン基板１をエッチングし、溝１１を形成する。この時点の溝１１の断面形状は矩形である。
【００５１】
次に、図２２に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０をマスクとしてシリコン基板１の等方性エッチング、例えばウエットエッチングを行うことにより、溝１１の断面形状を最終的に形成する光伝送路９の直径と等しい直径の半円形にする。
【００５２】
次に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０をエッチング除去した後（図２３）、図２４に示すように、シリコン基板１上に有機樹脂性のレジスト膜１２を塗布する。このレジスト膜１２の厚さは、最終的に形成する光伝送路９の直径に応じて選ばれる。
【００５３】
次に、レジスト膜１２の所定部分を露光した後、現像を行うことにより、図２５に示すように、溝１１の部分にこの溝１１の直径よりも少し大きい幅のレジストパターン１３を形成する。
【００５４】
次に、図２６に示すように、レジストパターン１３をそのレジストの種類に応じた適当な温度に加熱してリフローを行い、このレジストパターン１３の上側半分の表面を滑らかな曲面にする。
【００５５】
次に、例えば酸素プラズマを用いたアッシング処理を行うことにより、レジストパターン１３の上側半分の表面を加工し、レジストパターン１３を全体としてほぼ円形の断面形状にする。この後、例えば真空乾燥やプラズマ照射などを行うことによりこのレジストパターン１３を硬化させる。これによって、図２７に示すように、有機樹脂製のレジストからなり、ほぼ円形の断面形状を有する光伝送路９が形成される。
【００５６】
図２８〜図３３は第２の方法を示す。この第２の方法においては、まず、図２８に示すように、シリコン基板１の全面に例えばＣＶＤ法によりＳｉ3 Ｎ4 膜１０を形成し、その上にリソグラフィーにより光伝送路の形成部に対応する部分が開口した所定形状のレジストパターン１４を形成する。このレジストパターン１４の開口部の幅は、最終的に形成する光伝送路９の直径よりも少し狭く選ばれる。次に、このレジストパターン１４をマスクとして例えばＲＩＥ法で異方性エッチングを行うことによりＳｉ3 Ｎ4 膜１０に開口部１０ａを形成し、引き続いて異方性エッチングを行うことによりシリコン基板１をエッチングして溝１１を形成する。この時点の溝１１の断面形状は矩形である。
【００５７】
次に、図２９に示すように、レジストパターン１３およびＳｉ3 Ｎ4 膜１０をマスクとして等方性エッチング、例えばウエットエッチングを行うことにより、溝１１の断面形状を最終的に形成する光伝送路９の直径と等しい直径の半円形にする。
【００５８】
次に、図３０に示すように、例えば酸素プラズマを用いたアッシング処理を行うことにより、レジストパターン１４の幅を狭くし、溝１１と同一の幅にする。
【００５９】
次に、図３１に示すように、レジストパターン１４をマスクとしてＳｉ3 Ｎ4 膜１０をエッチングすることにより、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０の開口部１０ａの幅を溝１１と同一の幅にする。
【００６０】
次に、図３２に示すように、ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法によりシリコン基板１の全面にＳｉＯ2 １５の成長を行う。このとき、このＳｉＯ2 １５は、その成長温度を例えば０℃に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０の開口部１０ａの内部の溝１１の部分のシリコン基板１上に、自然に自発的に、ほぼ円形の断面形状に成長する。なお、図示は省略するが、このＳｉＯ2 は、通常、レジストパターン１４の上にも薄く成長する。
【００６１】
次に、例えば酸素プラズマを用いたアッシング処理を行うことによりレジストパターン１４を除去する。この際、レジストパターン１４上に薄く成長したＳｉＯ2 膜はリフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ2 １５中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ2 １５を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば、４００℃で１５分程度行う。この後、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０をエッチング除去する。これによって、図３３に示すように、ＳｉＯ2 からなり、ほぼ円形の断面形状を有する光伝送路９が形成される。
【００６２】
この第２の方法によれば、耐熱性絶縁体であるＳｉＯ2 を光伝送路９の材料として用いているので、この光伝送路９の形成後のプロセス温度は１０００℃程度まで許容することができるとともに、エッチング耐性も優れている。このため、光伝送路９の形成後のプロセスの自由度が高い。さらに、レジストパターン１４およびＳｉ3 Ｎ4 膜１０のパターンをマスクとして液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 の成長を行うだけで、光伝送路９に必要な円形の断面形状を容易に得ることができる。また、この光伝送路９の直径は、リソグラフィーの解像度によって決まる限界寸法程度まで縮小することができる。
【００６３】
この第７の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、回路ブロック間の光信号の伝送をシリコン基板１上にモノリシックに形成された光伝送路９により確実にしかも高い信頼性で行うことができるという利点を得ることができる。
【００６４】
次に、この発明の第８の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００６５】
図３４に示すように、この第８の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、その両側の回路ブロックおよび光伝送路９にまたがって形成されている。その他のことは第７の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
この第８の実施形態によっても、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００６７】
上述の第７および第８の実施形態による光電子集積回路装置においては、回路ブロックと光伝送路との間に光スイッチを設けた場合について説明したが、この光スイッチは光伝送路の途中に設けられる場合もある。そこで、次に、この場合に対応するこの発明の第９の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００６８】
図３５に示すように、この第９の実施形態による光電子集積回路装置においては、光伝送路９の途中に光スイッチ７が設けられている。この光スイッチ７は、シリコン基板１上にモノリシックに形成されている。光伝送路９の一端はある回路ブロックの受発光部に接続され、他端は他の回路ブロックの受発光部に接続されている。この光伝送路９は、光信号の伝播損失の少ない透明材料、例えば、有機樹脂製のレジストやＳｉＯ2 などにより形成されている。この光伝送路９は、具体的には例えば図３６に示すように形成される。回路ブロックの受発光部の発光素子から出射される光信号はこの光伝送路９の一方の端面に入射し、その内部を伝播した後、他方の端面から出射され、他の回路ブロックの受発光部の受光素子に入射して受光されるが、この際、光スイッチ７のオン／オフにより光信号の伝送が制御される。光伝送路９は、光信号の伝送を行う回路ブロック間に必要に応じて１本または複数本形成され、シリコン基板１全体では通常複数本形成される。図３７に、シリコン基板１上に光伝送路９が複数本設けられたときの様子を示す。また、この光伝送路９は、必要に応じて、図３８に示すように、途中で曲がって形成されることもある。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
この第９の実施形態によっても、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７０】
次に、この発明の第１０の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００７１】
図３９に示すように、この第１０の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、その両側の光伝送路９にまたがって形成されている。その他のことは第７の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７２】
この第１０の実施形態によっても、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７３】
次に、この発明の第１１の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００７４】
図４０、図４１または図４２に示すように、この第１１の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、その断面が矩形になっている。その他のことは第７の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７５】
この第１１の実施形態によっても、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７６】
次に、この発明の第１２の実施形態による光電子集積回路装置について説明する。
【００７７】
図４３に示すように、この第１２の実施形態による光電子集積回路装置においては、光スイッチ７は、シリコン基板１に光伝送路９に垂直な方向に形成された矩形の断面形状の溝１６に形成されている。この光スイッチ７として、液晶を用いた光スイッチなどの電界効果を用いた光スイッチを用いる場合、その制御用電極（図示せず）は、１本の光伝送路９ごとに、光スイッチ７の上下に設けてもよいし、複数本の光伝送路９に対して共通に設けてもよい。その他のことは第７の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７８】
この第１２の実施形態によっても、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７９】
この発明による光電子集積回路装置は、基本的にはどのような回路にも適用することができるが、具体例を挙げると、例えば図４４〜図４８に示すようなものに適用することができる。これらの図４４〜図４８に示す回路の全部または一部をこの発明による光電子集積化回路装置と同様に構成することができ、それによってこれらの回路の小型化、高集積化および高速化が可能となる。
【００８０】
図４４に示す例はＡＧＰ（Accelerated Graphics Port)を用いたグラフィックスＬＳＩであり、２Ｄグラフィックス処理ブロックや３Ｄグラフィックス処理ブロック、ビデオ信号処理ブロック、ＲＧＢ画像処理ブロックなどを備えたものである（日経エレクトロニクス、１９９８年４月６日号、第５５頁〜第６５頁）。
【００８１】
図４５に示す例は６８ビット加算器である（「高性能マイクロプロセッサアーキテクチャ  インテル８０９６０の設計」、マイヤーズ著、富沢、神成訳、丸善株式会社、１９９０年、第２０５頁）。
【００８２】
図４６に示す例はストアードプログラムマシン（stored-program machine) の例であり、データパスを制御するステートマシンのインプリメントのためのデコーダおよびメモリの使用を示す（Introduction to VLSI Systems, C.Mead & L. Conway,Addison Wesley,1980,p.201）。
【００８３】
図４７および図４８に示す例はストアードプログラムマシンの他の例である（Introduction to VLSI Systems, C.Mead & L. Conway,Addison Wesley,1980,p.201，p.203)。
【００８４】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００８５】
例えば、上述の第１〜第１２の実施形態において挙げた構造、材料、プロセスなどはあくまでも例にすぎず、必要に応じて、これらと異なる構造、材料、プロセスなどを用いてもよい。
【００８６】
具体的には、上述の第１〜第１２の実施形態においては、シリコン基板を用いた場合について説明したが、例えばＧａＡｓ基板のような化合物半導体基板を用いてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われることにより、小型、高集積および高速の光電子集積回路装置を実現することができる。
【００８８】
また、この発明によれば、基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、少なくとも二つの回路ブロック間に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有することにより、小型、高集積および高速で、しかも回路ブロック間を伝送される光信号の選択を容易に行うことができ、情報の高密度化を図ることができる光電子集積回路装置を実現することができる。
【００８９】
また、この発明によれば、基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、少なくとも二つの回路ブロック間が、基板上にモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための線状の光伝送路により接続されており、光伝送路の途中に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有することにより、小型、高集積および高速で、しかも回路ブロック間を伝送される光信号の選択を容易に行うことができ、情報の高密度化を図ることができる光電子集積回路装置を実現することができる。
【００９０】
また、この発明によれば、基板上に複数の回路ブロックがモノリシックに形成され、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路ブロック間の信号の伝送は光により行われ、少なくとも二つの回路ブロック間が、基板上にモノリシックに形成された、信号の伝送を光により行うための線状の光伝送路により接続されており、少なくとも二つの回路ブロックのうちの少なくとも一つの回路ブロックと光伝送路との間に、基板上にモノリシックに形成された光スイッチを有することにより、小型、高集積および高速で、しかも回路ブロック間を伝送される光信号の選択を容易に行うことができ、情報の高密度化を図ることができる光電子集積回路装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置における回路ブロックの受発光部の第１の例を示す断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置における回路ブロックの受発光部の第２の例を示す断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置における回路ブロックの受発光部の第３の例を示す断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による光電子集積回路装置を示す斜視図である。
【図８】この発明の第２の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第３の実施形態による光電子集積回路装置を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態による光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分を拡大して示す断面図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】この発明の第４の実施形態による光電子集積回路装置を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第４の実施形態による光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分を拡大して示す断面図である。
【図１４】この発明の第４の実施形態による光電子集積回路装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】この発明の第５の実施形態による光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分を拡大して示す断面図である。
【図１６】この発明の第６の実施形態による光電子集積回路装置における互いに隣接する回路ブロック間の部分を拡大して示す断面図である。
【図１７】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における回路ブロックと光伝送路との接続部を拡大して示す断面図である。
【図１８】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第１の例を示す斜視図である。
【図１９】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第２の例を示す斜視図である。
【図２０】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第３の例を示す斜視図である。
【図２１】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２２】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２３】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２４】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２５】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２６】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２７】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第１の方法を説明するための断面図である。
【図２８】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図２９】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図３０】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図３１】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図３２】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図３３】この発明の第７の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路を形成するための第２の方法を説明するための断面図である。
【図３４】この発明の第８の実施形態による光電子集積回路装置における回路ブロックと光伝送路との接続部を拡大して示す断面図である。
【図３５】この発明の第９の実施形態による光電子集積回路装置における光スイッチが設けられた部分の光伝送路を拡大して示す断面図である。
【図３６】この発明の第９の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第１の例を示す斜視図である。
【図３７】この発明の第９の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第２の例を示す斜視図である。
【図３８】この発明の第９の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第３の例を示す斜視図である。
【図３９】この発明の第１０の実施形態による光電子集積回路装置における光スイッチが設けられた部分の光伝送路を拡大して示す断面図である。
【図４０】この発明の第１１の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第１の例を示す斜視図である。
【図４１】この発明の第１１の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第２の例を示す斜視図である。
【図４２】この発明の第１１の実施形態による光電子集積回路装置における光伝送路の第３の例を示す斜視図である。
【図４３】この発明の第１２の実施形態による光電子集積回路装置における光スイッチが設けられた部分の光伝送路を拡大して示す斜視図である。
【図４４】この発明による光電子集積回路装置を適用可能な回路の第１の例を示す略線図である。
【図４５】この発明による光電子集積回路装置を適用可能な回路の第２の例を示す略線図である。
【図４６】この発明による光電子集積回路装置を適用可能な回路の第３の例を示す略線図である。
【図４７】この発明による光電子集積回路装置を適用可能な回路の第４の例を示す略線図である。
【図４８】この発明による光電子集積回路装置を適用可能な回路の第５の例を示す略線図である。
【符号の説明】
１・・・シリコン基板、Ａ1 、Ａ2 、Ｂ1 、Ｂ2 ・・・回路ブロック、ａ1 、ｂ1 ・・・受発光部、２、３、４・・・反射鏡、６・・・光学的に透明な膜、７・・・光スイッチ、８・・・パッシベーション膜、９・・・光伝送路、１０・・・Ｓｉ3 Ｎ4 膜、１０ａ・・・開口部、１１・・・溝、１３、１４・・・レジストパターン、１５・・・ＳｉＯ2 
【図１】
0004529194.tif 000002
【図２】
0004529194.tif 000003
【図３】
0004529194.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004529194.tif 000006
【図６】
0004529194.tif 000007
【図７】
0004529194.tif 000008
【図８】
0004529194.tif 000009
【図９】
0004529194.tif 000010
【図１０】
0004529194.tif 000011
【図１１】
0004529194.tif 000012
【図１２】
0004529194.tif 000013
【図１３】
0004529194.tif 000014
【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】
0004529194.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
0004529194.tif 000041
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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