半導(dǎo)體器件及其制造方法與流程

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，例如，能夠在具有光波導(dǎo)路的半導(dǎo)體器件及其制造方法中得以適宜地利用的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，人們正在進(jìn)行硅光子技術(shù)的研發(fā)。該硅光子技術(shù)是利用光路將光學(xué)設(shè)備和電子設(shè)備之間連接起來的技術(shù)，該光路使用以硅為材料的光波導(dǎo)路。如此這樣使用光路將光學(xué)設(shè)備和電子設(shè)備連接起來，并且將這些設(shè)備安裝好后所得到的半導(dǎo)體器件被稱為光通信用模塊。

在這樣的半導(dǎo)體器件之中，作為光信號用的傳送線路，存在如下傳送線路，該傳送線路具有：光波導(dǎo)路，其由在基體上隔著絕緣層形成的半導(dǎo)體層構(gòu)成；絕緣膜，其以覆蓋光波導(dǎo)路的方式形成。此時(shí)，光波導(dǎo)路作為芯層發(fā)揮作用，絕緣層和絕緣膜作為包層發(fā)揮作用。

在日本特開2012-27198號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，公開一種光半導(dǎo)體器件，該光半導(dǎo)體器件具有形成在基板上的本征半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層和作為該半導(dǎo)體層的一部分的光波導(dǎo)路。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-27198號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在以硅為材料的光波導(dǎo)路中，在光波導(dǎo)路中傳輸?shù)墓獾囊徊糠衷谔囟úㄩL及其附近波長(下文簡稱波長程度)的范圍內(nèi)一邊向四周逸出一邊進(jìn)行傳送。為了減少由該光的逸出引起的傳輸損失，光波導(dǎo)路的四周(上下左右)被由氧化硅構(gòu)成的絕緣膜所覆蓋。

因此，正研究著一種通過使用所謂的SOI基板，利用較厚的絕緣 層來覆蓋光波導(dǎo)路的下側(cè)的結(jié)構(gòu)。在該情況下，包含光波導(dǎo)路的半導(dǎo)體元件的各部位形成于較厚的絕緣層上的較薄的半導(dǎo)體層。

然而，在包含光波導(dǎo)路的半導(dǎo)體元件的各部位的膜厚存在大小尺寸的情況下，需要對較薄的半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻至厚度的中間部分，由于對這種處理的控制很困難，容易產(chǎn)生膜厚的偏差。

根據(jù)本說明書的記述和添附的附圖就會明白其他的課題和新的特征。

在本申請所公開的技術(shù)方案之中，對代表性的概要進(jìn)行簡單的說明如下。

本申請所公開的一技術(shù)方案所示的半導(dǎo)體器件具有光波導(dǎo)路和與光波導(dǎo)路相連的第1半導(dǎo)體部。而且，光波導(dǎo)路具有：第1部，其由形成在絕緣層上的半導(dǎo)體構(gòu)成；第2部，其由形成在第1部上的絕緣體構(gòu)成；第3部，其由形成在第2部上的半導(dǎo)體構(gòu)成。此外，第1半導(dǎo)體部具有與第1部同層的第4部。而且，第1半導(dǎo)體部的膜厚比光波導(dǎo)路的膜厚薄。

本申請所公開的一技術(shù)方案所示的半導(dǎo)體器件的制造方法具有如下工序，在該工序中，對元件形成層進(jìn)行圖案形成，形成光波導(dǎo)路和與光波導(dǎo)路相連的第1半導(dǎo)體部。該元件形成層具有：第1層，其由形成在絕緣層上的半導(dǎo)體構(gòu)成；第2層，其由形成在第1部上的絕緣體構(gòu)成；第3層，其由形成在第2部上的半導(dǎo)體構(gòu)成。而且，形成光波導(dǎo)路和第1半導(dǎo)體部的工序具有對第3層進(jìn)行蝕刻的工序。

采用本申請所公開的有代表性的實(shí)施方式示出的半導(dǎo)體器件，能夠使半導(dǎo)體器件的特性提高。

采用本申請中所公開的有代表性的實(shí)施方式示出的半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠容易制造出特性良好的半導(dǎo)體器件。

附圖說明

圖1是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視 圖。

圖3是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖4是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖。

圖5作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖4之后的制造工序的剖視圖。

圖6作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖5之后的制造工序的剖視圖。

圖7是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖。

圖8作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖6之后的制造工序的剖視圖。

圖9作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖8之后的制造工序的剖視圖。

圖10作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖9之后的制造工序的剖視圖。

圖11作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖10之后的制造工序的剖視圖。

圖12作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖11之后的制造工序的剖視圖。

圖13作為表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖，是表示繼圖12之后的制造工序的剖視圖。

圖14是表示實(shí)施方式1的SOI基板的制造方法的第1例的剖視圖。

圖15是表示實(shí)施方式1的SOI基板的制造方法的第1例的剖視圖。

圖16是表示實(shí)施方式1的SOI基板的制造方法的第2例的剖視圖。

圖17是表示實(shí)施方式1的SOI基板的制造方法的第2例的剖視圖。

圖18是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例1的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖19是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖20是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例3的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖21是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例4的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖22是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例5的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)部位的剖視圖。

圖23是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例5的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)部位的剖視圖。

圖24是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例6的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖25是表示實(shí)施方式2的應(yīng)用例6的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖26是示意性地示出由光柵耦合器實(shí)施的光信號的交換的圖。

附圖標(biāo)記說明

AR1、AR2、AR3、區(qū)域；C1、C2、接觸孔；CAP、覆蓋層；CL、絕緣層；CP、光柵耦合器；CPa、凸部(肋部)；IL1、IL2、IL3、層間絕緣膜；L1、元件形成層；L1a、第1半導(dǎo)體層；L1b、絕緣層；L1c、第2半導(dǎo)體層；L1d、絕緣層；L1e、第3半導(dǎo)體層；M1、M2、布線；NR、NRO、NRS、n型半導(dǎo)體部；OA1、開口部；OA2、開口部；P1、P2、插塞；PF、光纖；PR、PRO、PRS、p型半導(dǎo)體部；PR1、光信號用傳送線路部；PR2、光調(diào)制部；PR3、光電轉(zhuǎn)換部；R1～R4、光致抗蝕膜；S1、第1硅基板；S2、第2硅基板；S3、第3硅基板；SB、SOI基板；SB1、基體；TC、保護(hù)膜；T1、T1O、T1S、Tn、Tp、TnS、TpS、膜厚；WO1～WO3、光波導(dǎo)路。

具體實(shí)施方式

在以下的實(shí)施方式中需要圖方便時(shí)，分割為多個(gè)部分或者實(shí)施方式來進(jìn)行說明，但是除了特別明示的情況以外，這些部分或者實(shí)施方式之間并不是毫無關(guān)系的，其中一方存在與另一方的一部分或者全部的變形例、應(yīng)用例、詳細(xì)說明、補(bǔ)充說明等的關(guān)系。此外，在以下的實(shí)施方式中，在談及要素的數(shù)等(包含個(gè)數(shù)、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)的情況下，除了特別明示的情況和在原理上明確地限定于特定的數(shù)的情況等以外，并不限定于該特定的數(shù)，也可以是特定的數(shù)以上或以下。

而且，在以下的實(shí)施方式中，除了特別明示的情況和認(rèn)為在原理上明確地必須的情況等以外，其結(jié)構(gòu)要素(也包含要素步驟等)并非一定需要。同樣地，在以下實(shí)施方式中，在談及結(jié)構(gòu)要素等的形狀、位置關(guān)系等時(shí)，除了特別明示的情況和認(rèn)為在原理上明確地不需要的情況等以外，實(shí)質(zhì)上包含與該形狀等近似或者類似的形狀等。這種情況與上記的數(shù)等(包含個(gè)數(shù)、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)也是相同的。

接下來，基于附圖詳細(xì)說明實(shí)施方式。此外，在為了說明實(shí)施方式的所有附圖中，在具有相同的功能的部件上標(biāo)注相同或者相關(guān)聯(lián)的附圖標(biāo)記，省略其重復(fù)的說明。此外，在存在多個(gè)類似的部件(部位)的情況下，有時(shí)在總稱的附圖標(biāo)記上追加符號，表示出個(gè)別或者特定的部位。此外，在以下實(shí)施方式中，除了特殊需要的情況以外，原則上不重復(fù)對相同或者同樣的部分的說明。

此外，在實(shí)施方式所用的附圖中，為了便于識圖，即使在剖視圖中有時(shí)也省略剖面線。

此外，在剖視圖和俯視圖中，各部位的大小并非與實(shí)際設(shè)備相對應(yīng)，為了便于理解附圖，有時(shí)將特定的部位進(jìn)行相對較大的表示。此外，即使在剖視圖和俯視圖相對應(yīng)的情況下，為了容易理解附圖，有時(shí)對特定的部位進(jìn)行相對較大的表示。

(實(shí)施方式1)

以下，參照附圖詳細(xì)說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件。

[構(gòu)造說明]

圖1是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1所示的半導(dǎo)體器件是具有由半導(dǎo)體層構(gòu)成的光波導(dǎo)路的半導(dǎo)體器件(光半導(dǎo)體器件)。圖2是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的俯視圖。例如，圖2的剖視圖與圖3的A-A截面部相對應(yīng)。

如圖1所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件具有：分別形成于SOI(Silicon on Insulator)基板SB的區(qū)域AR1、AR2以及AR3的光信號用傳送線路部PR1、光調(diào)制部PR2以及光電轉(zhuǎn)換部PR3。SOI基板SB由基體SB1、形成在基體SB1上的絕緣層CL以及形成在絕緣層CL上的元件形成層L1構(gòu)成。

作為基體(也被稱作支承基板)SB1，例如，能夠使用硅(Si)的單晶基板。例如，能夠使用晶向(100)、電阻率5Ωcm～50Ωcm左右的p型的Si單晶基板作為基體SB1。

絕緣層CL也被稱為BOX(Buried Oxide)層。作為絕緣層CL，例如能夠使用氧化硅(SiO₂)膜。絕緣層CL的膜厚例如為2μm～3μm左右。

元件形成層L1具有由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層，也被稱為SOI(Silicon on Insulator)層。在這里，在本實(shí)施方式中，元件形成層L1具有第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c，并且在第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c之間形成有絕緣層L1b。換言之，元件形成層L1具有：形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c。

作為元件形成層(第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體)L1，例如能夠使用150nm左右的膜厚的第1硅層、第1硅層之上的10nm左右的氧化硅層以及150nm左右的膜厚的第2硅層的層疊體(參照圖4)。作為絕緣層L1b，除了氧化硅層以外，能夠使用氮氧化硅層、氮化硅層等。在使用氮氧化硅層和氮化硅層的情況下，膜厚也是10nm左右。

接下來，針對光信號用傳送線路部PR1、光調(diào)制部PR2以及光電 轉(zhuǎn)換部PR3的各部來說明它們的結(jié)構(gòu)。

<光信號用傳送線路部>

光信號用傳送線路部PR1形成在區(qū)域AR1(圖1)。在該區(qū)域AR1中形成有光波導(dǎo)路WO1。光波導(dǎo)路WO1形成于元件形成層(第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體)L1。

具體而言，光波導(dǎo)路WO1由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。在這里，絕緣層L1b比光的波長(例如、1.5μm)薄(例如、10nm)，因此，不影響光信號的傳送。光波導(dǎo)路WO1例如在X方向上形成為直線狀(在X方向上具有長邊的矩形形狀)。即、在以硅為材料的光波導(dǎo)路中，在光波導(dǎo)路中傳輸?shù)墓獾囊徊糠忠贿呍诠獾牟ㄩL程度的范圍內(nèi)向四周逸出一邊進(jìn)行傳輸時(shí)，該光的逸出可造成光信號的傳輸損失。為了減少這樣的光信號的傳輸損失，需要利用由氧化硅構(gòu)成的絕緣膜覆蓋光波導(dǎo)路的四周(上下左右)。例如，在光波導(dǎo)路的上下例如配置有2μm～5μm厚的氧化硅。此外，為了防止光的干涉，在光波導(dǎo)路之間確保例如5μm左右的間隔。在光波導(dǎo)路之間配置有氧化硅。氧化硅的折射率n為1.45左右。

然而，在本實(shí)施方式中，利用光的逸出(浸透、漸逝)實(shí)施光信號的傳送。即，即使在光波導(dǎo)路WO1的中途夾裝絕緣層L1b，但只要其膜厚非常薄，就能夠傳送光信號。

在光波導(dǎo)路WO1上形成有層間絕緣膜IL1、IL2、IL3以及保護(hù)膜TC。此外，層間絕緣膜IL1、IL2、IL3例如由氧化硅膜構(gòu)成。此外，保護(hù)膜TC例如由氮氧化硅膜構(gòu)成。

<光調(diào)制部>

光調(diào)制部PR2形成在區(qū)域AR2(圖1)。在該區(qū)域AR2形成有使光的相位變化的元件。在這里，作為一例，對pin構(gòu)造的元件進(jìn)行說明，但并未限定于此。

在區(qū)域AR2中形成有光波導(dǎo)路WO2、p型半導(dǎo)體部PR以及n型 半導(dǎo)體部NR(圖1、圖2)。由此，構(gòu)成pin構(gòu)造的元件(pin構(gòu)造的二極管)。

光波導(dǎo)路WO2由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。即使如此，因?yàn)榻^緣層L1b非常薄(例如、10nm)，所以不影響光信號的傳送。光波導(dǎo)路WO2例如在Y方向形成為直線狀(在Y方向上有長邊的矩形形狀)(圖3)。

即、在以硅為材料的光波導(dǎo)路中，在光波導(dǎo)路中傳輸?shù)墓獾囊徊糠忠贿呍诠獾牟ㄩL程度的范圍內(nèi)向四周逸出一邊進(jìn)行傳輸時(shí)，該光的逸出可造成光信號的傳輸損失。所以，為了減少這樣的光信號的傳輸損失，需要利用由氧化硅構(gòu)成的絕緣膜覆蓋光波導(dǎo)路的四周(上下左右)。如上所述地利用光的逸出，即使在光波導(dǎo)路WO1的中途夾裝有絕緣層L1b，只要其膜厚非常薄，就能夠傳送光信號。

如上所述，在該光波導(dǎo)路WO2的兩側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體部(PR、NR)。在這里，在光波導(dǎo)路WO2的一側(cè)(圖1、圖2中的左側(cè))設(shè)置有p型半導(dǎo)體部PR。此外，在光波導(dǎo)路WO2的另一側(cè)(圖1、圖2中的右側(cè))設(shè)置有n型半導(dǎo)體部NR。例如，在沿著Y方向呈直線狀延伸的光波導(dǎo)路WO2的端部設(shè)置有半導(dǎo)體部(PR、NR)(圖3)。此外，在光波導(dǎo)路WO2中未注入雜質(zhì)離子。換言之，光波導(dǎo)路WO2由本征半導(dǎo)體、即i(intrinsic)型的區(qū)域構(gòu)成。

這樣一來，通過設(shè)置由光波導(dǎo)路WO2、位于光波導(dǎo)路WO2兩側(cè)的p型半導(dǎo)體部PR以及n型半導(dǎo)體部NR構(gòu)成的構(gòu)造部(pin構(gòu)造的二極管)，能夠使光的相位變化。此外，在p型半導(dǎo)體部PR和后述的n型半導(dǎo)體部NR上分別形成有插塞P1(參照圖3)。借助布線等(例如M1、P2、M2)向該插塞P1施加電位。

例如，當(dāng)向上述構(gòu)造部施加正向偏壓時(shí)，向光波導(dǎo)路WO2注入載流子。當(dāng)向光波導(dǎo)路WO2注入載流子時(shí)，在光波導(dǎo)路WO2中產(chǎn)生載流子等離子體效應(yīng)(產(chǎn)生由于光學(xué)產(chǎn)生的載流子使電子空穴對(等離子體)增加所引發(fā)的現(xiàn)象)，使光波導(dǎo)路WO2中的光的折射率變 化。當(dāng)光波導(dǎo)路WO2中的光的折射率變化時(shí)，在光波導(dǎo)路WO2中前進(jìn)的光的波長發(fā)生變化，因此，能夠在光在光波導(dǎo)路WO2中前進(jìn)的過程中，使光的相位變化。此外，如上所述，在p型半導(dǎo)體部PR的最上層的含有p型雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c上形成有插塞(P1)(參照圖3)。

在這里，將上述構(gòu)造部加工成肋型(凸型)。光波導(dǎo)路WO2是由從下方起依次層疊第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c而成的層疊體(L1)構(gòu)成。與此相對，p型半導(dǎo)體部PR由含有p型雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a構(gòu)成。此外，n型半導(dǎo)體部NR由含有n型雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a構(gòu)成。即、光波導(dǎo)路WO2的膜厚(高度)T1比p型半導(dǎo)體部PR的膜厚(高度)Tp大。此外，光波導(dǎo)路WO2的膜厚(高度)T1比n型半導(dǎo)體部NR的膜厚(高度)Tn大。存在T1>Tp≈Tn的關(guān)系。此外，在含有上述p型雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a上殘存有絕緣層L1b。此外，在含有上述n型雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a上殘存有絕緣層L1b。也就是說，絕緣層L1b配置于臺階的轉(zhuǎn)換面(臺階的轉(zhuǎn)換部)。

在這里，在本實(shí)施方式中，如上所述，在第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c之間形成有絕緣層L1b，因此，對于光波導(dǎo)路WO2的膜厚(高度)T1、p型半導(dǎo)體部PR的膜厚(高度)Tp以及n型半導(dǎo)體部NR的膜厚(高度)Tn的控制變得容易。即、因?yàn)閜型半導(dǎo)體部PR的膜厚(高度)Tp和n型半導(dǎo)體部NR的膜厚(高度)Tn由第1半導(dǎo)體層L1a的膜厚來確定，所以能夠抑制p型半導(dǎo)體部PR的膜厚(高度)Tp和n型半導(dǎo)體部NR的膜厚(高度)Tn的偏差。特別是，如后述那樣，在p型半導(dǎo)體部PR和半導(dǎo)體部NR的形成工序中，在利用蝕刻除去不需要的第2半導(dǎo)體層L1c之際，下層的絕緣層L1b作為蝕刻阻擋層發(fā)揮作用，能夠容易地調(diào)整p型半導(dǎo)體部PR和半導(dǎo)體部NR各自的膜厚。

這樣一來，采用本實(shí)施方式，通過在第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c之間夾有絕緣層L1b，能夠在維持光信號的傳送特性的同 時(shí)，使上述構(gòu)造部的光的控制特性(在這里是光的相位的控制特性)提高。

此外，在區(qū)域AR2中形成有光波導(dǎo)路WO3、p型半導(dǎo)體部PRS以及n型半導(dǎo)體部NRS。由此，構(gòu)成pin構(gòu)造的元件(pin構(gòu)造的二極管)。

光波導(dǎo)路WO3與光波導(dǎo)路WO2一樣，由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。其中，因?yàn)榻^緣層L1b也是非常薄(例如、10nm)，所以不影響光信號的傳送。雖然省略圖示，光波導(dǎo)路WO3也與光波導(dǎo)路WO2一樣，例如在Y方向上形成為直線狀(在Y方向上具有長邊的矩形形狀)。

如上所述，在該光波導(dǎo)路WO3的兩側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體部(PRS、NRS)。在這里，在光波導(dǎo)路WO3的一側(cè)(圖1中的左側(cè))設(shè)置有p型半導(dǎo)體部PRS。此外，在光波導(dǎo)路WO3的另一側(cè)(圖1中的右側(cè))設(shè)置有n型半導(dǎo)體部NRS。例如，在沿著Y方向呈直線狀延伸的光波導(dǎo)路WO3的端部設(shè)置有半導(dǎo)體部(PRS、NRS)。此外，在光波導(dǎo)路WO3中未注入雜質(zhì)離子。換言之，光波導(dǎo)路WO3由本征半導(dǎo)體、即i型的區(qū)域構(gòu)成。

這樣一來，通過設(shè)置由光波導(dǎo)路WO3、光波導(dǎo)路WO3兩側(cè)的p型半導(dǎo)體部PRS以及n型半導(dǎo)體部NRS構(gòu)成的構(gòu)造部(pin構(gòu)造的二極管)，能夠使光的相位變化。

例如，當(dāng)向上述構(gòu)造部施加正向偏壓時(shí)，向光波導(dǎo)路WO3注入載流子。當(dāng)向光波導(dǎo)路WO3注入載流子時(shí)，在光波導(dǎo)路WO3中產(chǎn)生載流子等離子體效應(yīng)(產(chǎn)生由于光學(xué)產(chǎn)生的載流子使電子空穴對(等離子體)增加所引發(fā)的現(xiàn)象)，使光波導(dǎo)路WO3中的光的折射率變化。當(dāng)光波導(dǎo)路WO3中的光的折射率變化時(shí)，在光波導(dǎo)路WO3中前進(jìn)的光的波長發(fā)生變化，因此，能夠在光在光波導(dǎo)路WO3中前進(jìn)的過程中使光的相位變化。

在這里，在上述構(gòu)造部之中，光波導(dǎo)路WO3是由從下方起依次 層疊第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c而成的層疊體(L1)構(gòu)成。此外，p型半導(dǎo)體部PRS是由層疊含有p型的雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c而成的層疊體(L1)構(gòu)成。此外，n型半導(dǎo)體部NRS是由層疊含有n型的雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及含有n型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c而成的層疊體(L1)構(gòu)成。在該情況下，光波導(dǎo)路WO3的膜厚(高度)T1S與p型半導(dǎo)體部PRS的膜厚(高度)TpS大致相同。此外，光波導(dǎo)路WO3的膜厚(高度)T1S與n型半導(dǎo)體部NRS的膜厚(高度)TnS大致相同。存在T1S≈TpS≈TnS的關(guān)系。

而且，在p型半導(dǎo)體部PRS的最上層的含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c上形成有插塞P1。借助該插塞P1向含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c施加電位。此外，在n型半導(dǎo)體部NRS的最上層的含有n型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c上形成有插塞P1。借助該插塞P1，向含有n型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c施加電位。在該情況下，在p型半導(dǎo)體部PRS的中途形成有絕緣層L1b，因此，未向p型半導(dǎo)體部PRS的最下層的含有p型的雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a施加電位。此外，在n型半導(dǎo)體部NRS的中途形成有絕緣層L1b，因此，未向n型半導(dǎo)體部NRS的最下層的含有n型的雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a施加電位。然而，利用p型半導(dǎo)體部PRS的最上層的含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c、光波導(dǎo)路WO3以及n型半導(dǎo)體部NRS的最上層的含有n型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c能夠使光的相位變化，因此，絕緣層L1b的存在不會產(chǎn)生不良影響。這樣一來，上述構(gòu)造部就實(shí)際效果而言，也被稱為反肋型(凸型)的構(gòu)造體。

這樣一來，采用本實(shí)施方式，通過在第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c之間夾有絕緣層L1b，在pin構(gòu)造的元件中存在膜厚不同的結(jié)構(gòu)部位的情況下，能夠容易調(diào)整膜厚。此外，即使在多個(gè)pin構(gòu)造的元件中存在膜厚不同的結(jié)構(gòu)部位的情況下，也能夠容易調(diào)整膜厚。

此外，在這里，雖然第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c的膜厚大致相同，但是也可以改變這些層的膜厚。這樣一來，通過調(diào)整第1半導(dǎo)體層L1a和第2半導(dǎo)體層L1c的膜厚，能夠?qū)⒍鄠€(gè)pin構(gòu)造的元件中的特性調(diào)整為所希望的特性。例如，利用膜厚的大小，能夠調(diào)整電阻。

此外，上述插塞P1由被埋入設(shè)置于層間絕緣膜IL1、IL2的接觸孔C1中的導(dǎo)電性膜構(gòu)成。作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鎢(W)膜。此外，在插塞P1上形成有第1層的布線M1。布線M1由導(dǎo)電性膜構(gòu)成，作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鋁-銅合金(Al-Cu合金)膜。

在層間絕緣膜IL2和布線M1上形成有層間絕緣膜IL3。此外，在布線M1上形成有插塞P2。該插塞P2由被埋入設(shè)置于層間絕緣膜IL3的接觸孔C2中的導(dǎo)電性膜構(gòu)成。作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鎢(W)膜。此外，在插塞P2上形成有第2層的布線M2。布線M2由導(dǎo)電性膜構(gòu)成，作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鋁-銅合金(Al-Cu合金)膜。

在層間絕緣膜IL3和布線M2上形成有保護(hù)膜TC。此外，層間絕緣膜IL1、IL2、IL3由例如氧化硅膜構(gòu)成。此外，保護(hù)膜TC由例如氮氧化硅膜構(gòu)成。布線M2的一部分的區(qū)域上的保護(hù)膜TC被除去，設(shè)置達(dá)到布線M2的開口部OA1。在該開口部OA1的底部暴露布線M2，并且布線M2的暴露區(qū)域成為焊盤部(外部連接部)。

<光電轉(zhuǎn)換部>

如圖1所示，在區(qū)域AR3形成有光電轉(zhuǎn)換部PR3。光電轉(zhuǎn)換部PR3用于將光信號變換為電信號。在這里，作為一例，針對pn結(jié)構(gòu)造的元件進(jìn)行了說明，但并不限于此。

在區(qū)域AR3形成有p型半導(dǎo)體部PRO和n型半導(dǎo)體部NRO。由此，構(gòu)成pn結(jié)構(gòu)造的元件(pn構(gòu)造的二極管)。

p型半導(dǎo)體部PRO由層疊含有p型的雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c而成的層疊體(L1)構(gòu)成。此外，p型半導(dǎo)體部PRO的膜厚(高度)T1O與光波 導(dǎo)路WO1、WO2、WO3的膜厚(高度)、p型半導(dǎo)體部PRS的膜厚(高度)、n型半導(dǎo)體部NRS的膜厚(高度)大致相同。例如，存在T1O≈T1≈T1S≈TpS≈TnS的關(guān)系。換言之，分別構(gòu)成p型半導(dǎo)體部PRO、光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3、p型半導(dǎo)體部PRS以及n型半導(dǎo)體部NRS的3層膜是同層的膜、即由利用相同材料形成為相同高度的膜構(gòu)成。此外，分別構(gòu)成上述p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR的膜由與上述3層的膜之中、最下層的膜(L1a)同層的膜構(gòu)成。在這里，將同層的膜定義為利用相同的材料形成為相同的高度的膜，有時(shí)存在雜質(zhì)離子的有無、導(dǎo)電型不同的情況。

n型半導(dǎo)體部NRO形成在p型半導(dǎo)體部PRO上。n型半導(dǎo)體部NRO由被導(dǎo)入了n型的雜質(zhì)的鍺(Ge)構(gòu)成。此外，在n型半導(dǎo)體部NRO上形成有覆蓋層CAP。覆蓋層CAP由硅構(gòu)成，是為了改善n型半導(dǎo)體部NRO所含有的鍺的表面粗糙度，并且填補(bǔ)層厚而形成。

而且，在p型半導(dǎo)體部PRO的最上層的含有p型的雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c上形成有插塞P1。此外，在n型半導(dǎo)體部NRO上的覆蓋層CAP上形成有插塞P1。能夠利用這些插塞P1，在外部獲得因pn結(jié)部的光生伏特效應(yīng)而引起流動的直流電流。即、能夠?qū)⒐庑盘栕鳛殡娦盘柖@得。

此外，上述插塞P1由被埋入設(shè)置于層間絕緣膜IL1、IL2的接觸孔C1中的導(dǎo)電性膜構(gòu)成。作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鎢(W)膜。此外，在插塞P1上形成有第1層的布線M1。布線M1由導(dǎo)電性膜構(gòu)成，作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鋁-銅合金(Al-Cu合金)膜。

在層間絕緣膜IL2和布線M1上形成有層間絕緣膜IL3。在布線M1上形成有插塞P2。該插塞P2由被埋入設(shè)置于層間絕緣膜IL3的接觸孔C2中的導(dǎo)電性膜構(gòu)成。作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鎢(W)膜。此外，在插塞P2上形成有第2層的布線M2。布線M2由導(dǎo)電性膜構(gòu)成，作為導(dǎo)電性膜，例如能夠使用鋁-銅合金(Al-Cu合金)膜。此外，為了減少寄生電容，優(yōu)選的是，在布線M1、M2之間例如配置2μm～3μm的絕緣膜(例如、氧化硅)。

在層間絕緣膜IL3和布線M2上形成有保護(hù)膜TC。此外，層間絕緣膜IL1、IL2以及IL3例如由氧化硅膜構(gòu)成。此外，保護(hù)膜TC例如由氮氧化硅膜構(gòu)成。氮氧化硅膜(SiON膜)的折射率n為1.82左右。布線M2的一部分區(qū)域上的保護(hù)膜TC被除去，而設(shè)置到達(dá)布線M2的開口部OA1。在該開口部OA1的底部暴露出布線M2，而布線M2的暴露區(qū)域成為焊盤部(外部連接部)。

[制造方法說明]

接下來，在說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造工序的同時(shí)，進(jìn)一步明確本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造。

圖4～圖13是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖視圖。

首先，如圖4所示，準(zhǔn)備SOI基板SB，該SOI基板SB具有基體SB1、形成在基體SB1上的絕緣層CL和形成在絕緣層CL上的元件形成層L1。例如，準(zhǔn)備如下SOI基板SB：在由晶向?yàn)?100)、電阻率為5Ωcm～50Ωcm左右的p型的硅的單晶基板構(gòu)成的基體SB1上隔著例如2μm～3μm左右的氧化硅(SiO₂)膜形成元件形成層L1。元件形成層L1由具有第1半導(dǎo)體層L1a、第1半導(dǎo)體層L1a上的薄的絕緣層L1b以及絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體構(gòu)成。具體而言，例如元件形成層L1由如下的層疊體構(gòu)成：所述層疊體具有形成在基體SB1上的由150nm左右的膜厚的硅構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層L1a、第1半導(dǎo)體層L1a上的10nm左右的氧化硅層(L1b)以及氧化硅層上的由150nm左右的膜厚的硅構(gòu)成的第2半導(dǎo)體層L1c。

這樣一來，使用具有在半導(dǎo)體層的中途形成了較薄的絕緣層L1b的元件形成層L1的SOI基板SB，能夠精度良好地形成元件，特別是肋型(凸型)的元件。具體而言，如后述那樣，通過使薄的絕緣層L1b作為蝕刻阻擋層發(fā)揮作用，能夠精度良好地形成肋型(凸型)的元件。此外，半導(dǎo)體層的中途的絕緣層L1b非常薄，因此，在作為肋型(凸型)元件的凸部的光波導(dǎo)路中，能夠不受上述絕緣層L1b的影響地維持光信號的傳送特性。

接下來，如圖5所示，在分別構(gòu)成光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3、p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS以及p型半導(dǎo)體部PRO的3層的膜之中，形成構(gòu)成最上層的膜的第2半導(dǎo)體層L1c。首先，利用涂覆等方式在SOI基板SB的整個(gè)面上形成光致抗蝕膜R1，利用光刻法(曝光/顯影)使光致抗蝕膜R1殘留于p型半導(dǎo)體部PRO、光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3、p型半導(dǎo)體部PRS以及n型半導(dǎo)體部NRS的形成區(qū)域。接下來，將光致抗蝕膜R1作為掩模對第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行干蝕刻。此時(shí)，下層的絕緣層L1b起到蝕刻阻擋層的作用。優(yōu)選設(shè)置硅容易被蝕刻而氧化硅難以被蝕刻的蝕刻條件。優(yōu)選的是，想要蝕刻的膜(在該情況下是第2半導(dǎo)體層L1c)的蝕刻速度比不想蝕刻的膜(在該情況下是絕緣層L1b)的蝕刻速度快，即蝕刻選擇比(第2半導(dǎo)體層L1c的蝕刻速度/絕緣層L1b的蝕刻速度)大。此外，也可以實(shí)施濕蝕刻來代替干蝕刻。

接下來，在利用灰化等除去了光致抗蝕膜R1之后，如圖6所示，在分別構(gòu)成光波導(dǎo)路WO1、WO2、p型半導(dǎo)體部PR、n型半導(dǎo)體部NR、光波導(dǎo)路WO3、p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS以及p型半導(dǎo)體部PRO的3層的膜之中，形成下方的兩個(gè)膜(L1b、L1a)。首先，利用涂覆等方式在SOI基板SB的整個(gè)面上形成光致抗蝕膜R2，并且利用光刻法(曝光/顯影)使光致抗蝕膜R2殘留于光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3、p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS以及p型半導(dǎo)體部PRO的形成區(qū)域。接下來，將光致抗蝕膜R2作為掩模對絕緣層L1b和第1半導(dǎo)體層L1a進(jìn)行干蝕刻。此外，也可以使用不同的蝕刻劑分別對絕緣層L1b和第1半導(dǎo)體層L1a進(jìn)行蝕刻。此外，也可以實(shí)施濕蝕刻來代替干蝕刻。接下來，利用灰化等除去光致抗蝕膜R2。

利用以上的工序，能夠形成構(gòu)成光波導(dǎo)路WO1、WO2、p型半導(dǎo)體部PR、n型半導(dǎo)體部NR、光波導(dǎo)路WO3、p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS以及p型半導(dǎo)體部PRO的各膜(L1a、L1b、L1c)。此時(shí)，采用本實(shí)施方式，能夠精度良好地形成肋型(凸型)的元件(WO2、PR、NR)。圖7是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的肋型的 元件的制造工序的剖視圖。

即、如圖7的(A)所示，在對構(gòu)成光波導(dǎo)路WO2的3層的膜之中的最上層的膜的第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行蝕刻之際，下層的絕緣層L1b起到蝕刻阻擋層的作用。即、在對第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行蝕刻直至絕緣層L1b暴露之際，下層的絕緣層L1b作為蝕刻阻擋層發(fā)揮作用。接下來，如圖7的(B)所示，對暴露出來的絕緣層L1b和絕緣層L1b的下層的第1半導(dǎo)體層L1a進(jìn)行蝕刻。利用這樣的工序，能夠減少肋型(凸型)的元件的各部位的膜厚的偏差，從而能夠精度良好地形成各部位。

在這里，對絕緣層L1b的膜厚進(jìn)行說明。如上所述，為了利用光的逸出執(zhí)行光信號的傳送，并且使絕緣層L1b作為蝕刻阻擋層發(fā)揮作用，優(yōu)選的是，絕緣層L1b形成10nm左右的膜厚。

接下來，如圖8和圖9所示，將雜質(zhì)離子注入到光波導(dǎo)路WO2兩側(cè)的第1半導(dǎo)體層L1a而形成p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR。此外，將雜質(zhì)離子注入光波導(dǎo)路WO3兩側(cè)的第1半導(dǎo)體層L1a而形成p型半導(dǎo)體部PRS和n型半導(dǎo)體部NRS。此外，將雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域AR3而形成p型半導(dǎo)體部PRO。

首先，如圖8所示，利用光刻法(曝光/顯影)形成在光波導(dǎo)路WO2的一側(cè)(例如，圖8中右側(cè))的第1半導(dǎo)體層L1a的上方和光波導(dǎo)路WO3的一側(cè)的第1半導(dǎo)體層L1a的上方具有開口的光致抗蝕膜R3。接下來，以光致抗蝕膜R作為掩模，注入n型的雜質(zhì)離子離子。由此，形成n型半導(dǎo)體部NR、NRS。

接下來，利用灰化等除去光致抗蝕膜R3，如圖9所示，利用光刻法(曝光/顯影)形成在光波導(dǎo)路WO2的另一側(cè)(例如，圖8中左側(cè))的第1半導(dǎo)體層L1a的上方、光波導(dǎo)路WO3的另一側(cè)的第1半導(dǎo)體層L1a的上方以及光電轉(zhuǎn)換部AR3的第1半導(dǎo)體層L1a的上方具有開口的光致抗蝕膜R4。接下來，以光致抗蝕膜R4作為掩模，注入p型的雜質(zhì)離子離子。由此，形成p型半導(dǎo)體部PR、p型半導(dǎo)體部PRS以及p型半導(dǎo)體部PRO。

此外，也可以在導(dǎo)入了p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)之后實(shí)施熱處理來活化被導(dǎo)入的雜質(zhì)離子。

接下來，如圖10所示，在光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3以及p型半導(dǎo)體部PRO等上形成層間絕緣膜IL1。例如，利用CVD(Chemical Vapor Deposition)法在光波導(dǎo)路WO1、WO2、WO3以及p型半導(dǎo)體部PRO等上形成氧化硅膜。接下來，根據(jù)需要，將層間絕緣膜IL1的上表面平坦化。例如，使用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等，通過研磨層間絕緣膜IL1的表面部來進(jìn)行平坦化。

接下來，如圖11所示，在p型半導(dǎo)體部PRO上形成n型半導(dǎo)體部NRO和覆蓋層CAP。

首先，使用光刻法技術(shù)和蝕刻技術(shù)，通過除去p型半導(dǎo)體部PRO上的層間絕緣膜IL1而在p型半導(dǎo)體部PRO上形成開口部OA2。在該開口部OA2的底部暴露出由硅構(gòu)成的p型半導(dǎo)體部PRO。接下來，在p型半導(dǎo)體部PRO的暴露面上形成由Ge構(gòu)成的n型半導(dǎo)體部NRO。在p型半導(dǎo)體部PRO上導(dǎo)入n型的雜質(zhì)的同時(shí)，使由Ge構(gòu)成的半導(dǎo)體層進(jìn)行外延成長。此外，在使由Ge構(gòu)成的本征的半導(dǎo)體層進(jìn)行了外延成長之后，也可以使用離子注入法等導(dǎo)入n型的雜質(zhì)。由此，形成由p型半導(dǎo)體部PRO和由Ge構(gòu)成的n型半導(dǎo)體部NRO所構(gòu)成的pn結(jié)構(gòu)造的元件。

接下來，在n型半導(dǎo)體部NRO上形成覆蓋層CAP。如上述那樣，覆蓋層CAP是為了修正構(gòu)成n型半導(dǎo)體部NRO的Ge的表面毛躁或者填補(bǔ)層厚而形成。例如，在n型半導(dǎo)體部NRO上形成作為覆蓋層CAP的n型的硅膜。例如，在n型半導(dǎo)體部NRO上，在使由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體膜進(jìn)行外延成長之后，通過利用離子注入法將n型的雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體膜，而在n型半導(dǎo)體部NRO上形成覆蓋層CAP。

接下來，如圖12所示，形成層間絕緣膜IL2、插塞P1以及布線M1。首先，在層間絕緣膜IL1和覆蓋層CAP上形成層間絕緣膜IL2。例如，使用CVD法在層間絕緣膜IL1和覆蓋層CAP上形成作為層間絕緣膜IL2的氧化硅膜。由此，在區(qū)域AR1、AR2以及AR3中，利 用層間絕緣膜IL1、IL2以及絕緣層CL圍住光波導(dǎo)路WO1、WO2、p型半導(dǎo)體部PR、n型半導(dǎo)體部NR、光波導(dǎo)路WO3、p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS、p型半導(dǎo)體部PRO以及n型半導(dǎo)體部NRO。

接下來，使用光刻法技術(shù)和蝕刻技術(shù)，通過除去p型半導(dǎo)體部PRS、n型半導(dǎo)體部NRS、p型半導(dǎo)體部PRO以及覆蓋層CAP上的層間絕緣膜IL1、IL2，而在其上形成接觸孔C1。此外，雖然在圖12中未示出，也可以在p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR上形成接觸孔(參照圖3)。

接下來，通過將導(dǎo)電性膜埋入接觸孔C1的內(nèi)部而形成插塞P1。例如，利用濺射法在包含接觸孔C1的內(nèi)部的層間絕緣膜IL2上形成鎢膜。接下來，利用CMP法等除去層間絕緣膜IL2上的鎢膜，從而將鎢膜埋入接觸孔C1的內(nèi)部。

接下來，在插塞P1上形成導(dǎo)電性膜，并且通過圖案形成形成布線M1。例如，利用濺射法在插塞P1和層間絕緣膜IL2上形成鋁-銅合金膜。通過對該鋁-銅合金膜進(jìn)行圖案形成，能夠形成布線M1。此外，在這里，雖然通過圖案形成形成布線M1，但是也可以利用所謂的“鑲嵌蝕刻法(damascene method)”形成布線M1。在該情況下，在插塞P1上形成具有開口部(布線槽)的絕緣膜，并且通過將導(dǎo)電性膜埋入開口部內(nèi)來形成布線M1。

接下來，如圖13所示，形成層間絕緣膜IL3、插塞P2以及布線M2。首先，在層間絕緣膜IL2和布線M1上形成層間絕緣膜IL3。例如，使用CVD法在層間絕緣膜IL和布線M1上形成作為層間絕緣膜IL3的氧化硅膜。接下來，使用光刻法技術(shù)和蝕刻技術(shù)，通過除去布線M1上的層間絕緣膜IL3，在布線M1上形成接觸孔C2。接下來，通過將導(dǎo)電性膜埋入接觸孔C2的內(nèi)部來形成插塞P2。例如，能夠與插塞P1的情況一樣地，形成插塞P2。接下來，在插塞P2上形成布線M2。例如，能夠與布線M1的情況一樣地，形成布線M2。也可以利用所謂的“鑲嵌蝕刻法”形成布線M2。在該情況下，也可以利用所謂的“雙鑲嵌蝕刻法(dual damascene method)”同時(shí)形成同時(shí)埋 入接觸孔和布線槽的插塞P2和布線M2。

之后，在布線M2上形成保護(hù)膜TC，并進(jìn)一步形成焊盤部。例如，首先，使用CVD法在層間絕緣膜IL3和布線M2上形成作為保護(hù)膜TC的氮氧化硅膜。接下來，使用光刻法技術(shù)和蝕刻技術(shù)，通過除去布線M2上的保護(hù)膜TC，而使布線M2的表面暴露出來。該布線M2的暴露區(qū)域成為焊盤部(外部連接區(qū)域)OA1(圖1)。此外，在這里，以在保護(hù)膜TC的下方具有兩層的布線(M1、M2)的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說明，進(jìn)一步也可以形成多層的布線。

利用以上工序形成圖1所示的半導(dǎo)體器件。

(SOI基板的制造方法)

并不限于圖4所示的SOI基板SB的形成方法，例如，能夠如下那樣形成SOI基板SB。

(第1例)

能夠利用粘貼法來制造SOI基板SB。圖14和圖15是表示本實(shí)施方式的SOI基板的制造方法的第1例的剖視圖。

對圖14的(A)所示的第1硅基板S1的表面進(jìn)行氧化，并且形成由氧化硅膜構(gòu)成的絕緣層CL(圖14的(B))。接下來，如圖14的(C)所示，在高溫下，將第2硅基板S2隔著絕緣層CL壓接在第1硅基板S1的表面?zhèn)?。由此，將?硅基板S1和第2硅基板S2隔著絕緣層CL粘貼起來。之后，如圖14的(D)所示，將第2硅基板S2作為上表面，使用CMP法等進(jìn)行薄膜化。在該情況下，第1硅基板S1成為基體SB1。此外，在絕緣層CL上殘留有第2硅基板S2的薄膜。該薄膜成為第1半導(dǎo)體層L1a。該第2硅基板S2的薄膜(L1a)的厚度例如設(shè)為160nm左右。

接下來，如圖15的(A)所示，對第2硅基板S2的薄膜(L1a)的表面進(jìn)行氧化，形成由氧化硅膜構(gòu)成的絕緣層L1b。絕緣層L1b的膜厚為10nm左右。此外，在進(jìn)行硅的氧化時(shí)，因?yàn)榘殡S有體積膨脹，所以考慮到該體積膨脹，優(yōu)選的是，以第2硅基板S2的薄膜(L1a)的表面的氧化膜為10nm左右、殘留在氧化膜的下層的第2硅基板S2 的薄膜(L1a)的膜厚為150nm左右的方式，調(diào)整氧化前的第2硅基板S2的薄膜的厚度。

接下來，如圖15的(B)所示，在高溫下，將第3硅基板S3隔著絕緣層L1b壓接于第2硅基板S2的薄膜(L1a)的表面?zhèn)取Ｖ?，如圖15的(C)所示，將第3硅基板S3作為上表面，使用CMP法等進(jìn)行薄膜化。在該情況下，在絕緣層L1b上殘留有第3硅基板S3的薄膜。該薄膜成為第2半導(dǎo)體層L1c。該第3硅基板S3的薄膜(L1c)的厚度例如為150nm左右。

這樣一來，能夠形成在基體SB1上隔著絕緣層CL形成有由第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體構(gòu)成的元件形成層L1的SOI基板SB。

(第2例)

此外，也可以利用SIMOX(Silicon Implanted Oxide)法形成絕緣層L1b。圖16和圖17是表示本實(shí)施方式的SOI基板的制造方法的第2例的剖視圖。

對圖16的(A)所示的第1硅基板S1的表面進(jìn)行氧化而形成由氧化硅膜構(gòu)成的絕緣層CL(圖16的(B))。接下來，如圖16的(C)所示，在高溫下，將第2硅基板S2隔著絕緣層CL壓接于第1硅基板S1的表面?zhèn)取Ｓ纱?，將?硅基板S1和第2硅基板S2隔著絕緣層CL粘合起來。之后，如圖17的(A)所示，將第2硅基板S2作為上表面，使用CMP法等進(jìn)行薄膜化。在該情況下，第1硅基板S1成為基體SB1。此外，在絕緣層CL上殘留有第2硅基板S2的薄膜。該薄膜構(gòu)成第1半導(dǎo)體層L1a、L1b。該第2硅基板S2的薄膜(L1a)的厚度例如為310nm左右。

接下來，如圖17的(B)所示，在第2硅基板S2的薄膜的中途，利用高能量，離子注入氧氣(O₂)。接下來，如圖17的(C)所示，通過實(shí)施熱處理，使Si(硅)和所注入的氧氣相結(jié)合，在比第2硅基板S2的薄膜的表面稍深的位置形成絕緣層L1b。以絕緣層L1b的深度為距第2硅基板S2的薄膜的表面例如150nm～160nm的位置、絕 緣層L1b的厚度例如為10nm左右的方式，調(diào)整氧氣(O₂)的注入位置、注入量。在第2硅基板S2的薄膜之中，該絕緣層L1b的上部成為第2半導(dǎo)體層L1c，下部成為第1半導(dǎo)體層L1a。第2半導(dǎo)體層L1c的厚度為150nm左右，第1半導(dǎo)體層L1a的厚度為150nm左右。

這樣一來，能夠形成在基體SB1上隔著絕緣層CL形成有由第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體構(gòu)成的元件形成層L1的SOI基板SB。

此外，也可以利用SIMOX法形成圖17的(A)所示的狀態(tài)的基板。即、也可以在硅基板的中途，利用高能量，離子注入氧氣(O₂)之后，通過實(shí)施熱處理來形成由氧化硅膜構(gòu)成的絕緣層CL。

(實(shí)施方式2)

在本實(shí)施方式中，針對實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的各種應(yīng)用例進(jìn)行說明。

(應(yīng)用例1)

在實(shí)施方式1(圖2)中，在肋型(凸型)的元件(WO2、PR、NR)中，設(shè)置有一處作為膜厚較大的凸部的光波導(dǎo)路，但是也可以設(shè)置兩處凸部(光波導(dǎo)路)。圖18是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例1的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

如圖18所示，兩個(gè)光波導(dǎo)路WO2分別由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。

而且，在一個(gè)光波導(dǎo)路WO2的兩側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體部(PR、NR)，在另一個(gè)光波導(dǎo)路WO2的兩側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體部(PR、NR)。半導(dǎo)體部PR設(shè)置在兩個(gè)光波導(dǎo)路WO2之間。

(應(yīng)用例2)

在實(shí)施方式1(圖1)中，將肋型(凸型)的元件設(shè)置在區(qū)域AR2的區(qū)域AR1側(cè)，但是并不限于這樣的布局。圖19是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

在圖19所示的半導(dǎo)體器件中，將肋型(凸型)的元件配置在區(qū) 域AR3的外側(cè)(圖19中的右側(cè))。此外，配置在各區(qū)域(AR1、AR2、AR3)的光信號用傳送線路部PR1、光調(diào)制部PR2以及光電轉(zhuǎn)換部PR3的各部的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的情況相同，故此省略其說明。

(應(yīng)用例3)

在實(shí)施方式1(圖2)中，雖然使絕緣層L1b殘留在構(gòu)成肋型(凸型)的元件(WO2、PR、NR)的p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR上，但是也可以除去該絕緣層L1b。圖20是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例3的半導(dǎo)體器件的肋型元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

如圖20所示，除去p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR上的絕緣層L1b，并且利用層間絕緣膜IL1覆蓋p型半導(dǎo)體部PR和n型半導(dǎo)體部NR的表面。

例如，與實(shí)施方式1的情況一樣，在將絕緣層L1b作為蝕刻阻擋層來對構(gòu)成光波導(dǎo)路WO2的3層的膜之中的最上層的膜的第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行了蝕刻之后，對暴露出來的絕緣層L1b進(jìn)行蝕刻直至第1半導(dǎo)體層L1a暴露出來。在該情況下，設(shè)置氧化硅容易被蝕刻、硅難以被蝕刻的條件。即，使蝕刻選擇比(絕緣層L1b的蝕刻速度/第1半導(dǎo)體層L1a的蝕刻速度)大。這樣一來，也可以除去絕緣層L1b。在該情況下，也能夠利用絕緣層L1b的下層的第1半導(dǎo)體層L1a容易地停止蝕刻。

(應(yīng)用例4)

在實(shí)施方式1(圖1)中，在光波導(dǎo)路WO3的兩側(cè)設(shè)置半導(dǎo)體部(PRS、NRS)，在半導(dǎo)體部(PRS、NRS)之中含有雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層L1c上設(shè)置插塞P1，但是也可以將插塞P1設(shè)置在含有雜質(zhì)的第1半導(dǎo)體層L1a上。圖21是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例4的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

如圖21所示，插塞P1由被埋入設(shè)置在第1半導(dǎo)體層L1a上的接觸孔C1的內(nèi)部的導(dǎo)電性膜構(gòu)成。該接觸孔C1貫穿第1半導(dǎo)體層L1a上的層間絕緣膜IL1、IL2、第2半導(dǎo)體層L1c以及絕緣層L1b，到達(dá)第1半導(dǎo)體層L1a為止。由被埋入這樣的接觸孔C1的導(dǎo)電性膜構(gòu)成 的插塞P1的底面與第1半導(dǎo)體層L1a接觸，進(jìn)而插塞P1的側(cè)面與第2半導(dǎo)體層L1c接觸。

由此，例如借助插塞P1所施加的電位不僅傳遞到第2半導(dǎo)體層L1c，也傳遞到第1半導(dǎo)體層L1a。

此外，上述插塞P1能夠如以下那樣形成。首先，使用光刻法技術(shù)和蝕刻技術(shù)，通過除去p型半導(dǎo)體部PRS和n型半導(dǎo)體部NRS上的層間絕緣膜IL1、IL2、第2半導(dǎo)體層L1c以及絕緣層L1b，而在其上形成接觸孔C1。接下來，通過將導(dǎo)電性膜埋入接觸孔C1的內(nèi)部而形成插塞P1。例如，利用濺射法在包含接觸孔C1的內(nèi)部的層間絕緣膜IL2上形成鎢膜。接下來，通過利用CMP法等除去層間絕緣膜IL2上的鎢膜，而能夠?qū)㈡u膜埋入接觸孔C1的內(nèi)部。

(應(yīng)用例5)

在實(shí)施方式1(圖2)中，構(gòu)成肋型(凸型)元件的光波導(dǎo)路WO2由第1半導(dǎo)體層L1a、絕緣層L1b以及第2半導(dǎo)體層L1c的層疊體(L1)、即3層的膜構(gòu)成，但是也可以由5層以上的膜構(gòu)成。圖22和圖23是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例5的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)部位的剖視圖。

如圖22的(A)所示，SOI基板SB的元件形成層L1由第1半導(dǎo)體層L1a、該第1半導(dǎo)體層L1a上的較薄的絕緣層L1b、該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c、該第2半導(dǎo)體層L1c上的較薄的絕緣層L1d以及該絕緣層L1d上的第3半導(dǎo)體層L1e的層疊體構(gòu)成。例如，半導(dǎo)體層L1a、L1c、L1e分別由150nm左右的膜厚的硅構(gòu)成，薄的絕緣層L1b、L1d由10nm左右的膜厚的氧化硅構(gòu)成。此外，也可以分別改變半導(dǎo)體層L1a、L1c、L1e的膜厚。

而且，對構(gòu)成光波導(dǎo)路WO2的5層的膜之中的自上方起算的3層的膜進(jìn)行蝕刻。在該蝕刻工序中，在對第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行蝕刻之際，下層的絕緣層L1b起到蝕刻阻擋層的作用。

這樣一來，通過利用將半導(dǎo)體層和薄的絕緣層交替的多個(gè)層層疊而成的層疊體構(gòu)成元件形成層L1，能夠使光波導(dǎo)路WO2和該光波導(dǎo) 路WO2兩側(cè)的半導(dǎo)體部(PR、NR)的膜厚比變化。

此外，如圖23的(A)所示，也可以是光波導(dǎo)路WO2與其他的光波導(dǎo)路(例如WO1)的膜結(jié)構(gòu)相同。換言之，也可以是膜厚相同。

此外，如圖23的(B)所示，也可以改變光波導(dǎo)路WO2與其他的光波導(dǎo)路(例如WO1)的膜厚比。

這樣一來，采用本應(yīng)用例，能夠豐富構(gòu)成元件的部位的膜厚的變化連同元件的特性。

此外，在本應(yīng)用例中，光波導(dǎo)路WO3和半導(dǎo)體部(PRS、NRS)由5層的膜構(gòu)成，如上述應(yīng)用例4那樣，可以將插塞P1以其底面與第1半導(dǎo)體層L1a接觸，進(jìn)而其側(cè)面與第2半導(dǎo)體層L1c和第3半導(dǎo)體層L1e接觸的方式構(gòu)成。

(應(yīng)用例6)

在實(shí)施方式1(圖2)中，作為具有膜厚不同的部位的元件，設(shè)置有肋型(凸型)的元件(pin構(gòu)造的二極管)，但是例如也可以設(shè)置光柵耦合器(Grating Coupler)。圖24是表示本實(shí)施方式的應(yīng)用例6的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖25是俯視圖。例如，圖24的剖視圖與圖25的B-B截面部相對應(yīng)。

如圖24所示，例如，在區(qū)域AR2設(shè)置與光波導(dǎo)路WO1的端部相連的光柵耦合器CP。

如圖24所示，光波導(dǎo)路WO1由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。例如，第1半導(dǎo)體層L1a、第2半導(dǎo)體層L1c分別由150nm左右的膜厚的硅構(gòu)成，絕緣層L1b由10nm左右的膜厚的氧化硅構(gòu)成。在這里，因?yàn)榻^緣層L1b非常薄(例如10nm)，所以不影響光信號的傳送。光波導(dǎo)路WO1例如在X方向上形成為直線狀(在X方向上具有長邊的矩形形狀)。

光柵耦合器(功能膜)CP具有將凸部隔開規(guī)定的間隔地配置的多個(gè)凸部(肋部)CPa。該凸部CPa之間成為凹部。

凸部(肋部)CPa由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a、 形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b以及形成在該絕緣層L1b上的第2半導(dǎo)體層L1c構(gòu)成。在這里，因?yàn)榻^緣層L1b非常薄(例如10nm)，所以不影響光信號的傳送。

凸部(肋部)CPa例如在Y方向上形成為直線狀(在Y方向上具有長邊的矩形形狀)，且在X方向上隔開規(guī)定間隔地配置有多個(gè)(圖25)。換言之，凸部和凹部的平面形狀是分別沿著Y方向延伸的直線狀(在Y方向上具有長邊的矩形形狀)，凸部和凹部在X方向上交替配置。

凸部間(凹部)由形成在絕緣層CL上的第1半導(dǎo)體層L1a和形成在該第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b構(gòu)成。這樣一來，凹部(L1a、L1b)的膜厚比凸部(L1a、L1b、L1c)的膜厚小。此外，在凹部中，也可以除去第1半導(dǎo)體層L1a上的絕緣層L1b。

該光柵耦合器(功能膜)CP能夠形成為與實(shí)施方式1的肋型(凸型)元件一樣。例如，將凸部CPa和光波導(dǎo)路WO1的形成區(qū)域上的第1光致抗蝕膜作為掩模來對第2半導(dǎo)體層L1c進(jìn)行蝕刻，接下來，將凸部CPa、光波導(dǎo)路WO1以及凹部的形成區(qū)域上的第2光致抗蝕膜作為掩模來對絕緣層L1b和第1半導(dǎo)體層L1a進(jìn)行蝕刻。

該光柵耦合器CP是接受光信號或者輸出光信號的元件。于是，光柵耦合器CP被用作光輸入部、光輸出部。利用沿著傳輸方向設(shè)置的周期性折射率調(diào)制部(利用表面的凹凸形成的)，使光信號在光波導(dǎo)路面上沿著某個(gè)特定的方向衍射。圖26是示意性地表示由光柵耦合器實(shí)施的光信號的交換的圖。如圖26的(A)所示，利用周期性折射率調(diào)制部使從光纖PF輸入的光信號朝向某個(gè)特定的方向(例如光波導(dǎo)路WO1內(nèi))衍射。此外，如圖26的(B)所示，利用周期性折射率調(diào)制部使從光波導(dǎo)路WO1輸出的光信號朝向某個(gè)特定的方向(例如光纖PF的方向)衍射。

在光波導(dǎo)路WO1和光柵耦合器CP上形成有層間絕緣膜IL1、IL2。此外，也可以在層間絕緣膜IL2上設(shè)置層間絕緣膜(IL3)和保護(hù)膜(TC)。此外，也可以省略用于實(shí)施與外部的光信號的輸入輸出的光 柵耦合器CP上的保護(hù)膜(TC)。

以上，基于實(shí)施方式對本發(fā)明者做成的發(fā)明進(jìn)行了具體的說明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變是自不待言的。

[備注1]

一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其具有：

(a)準(zhǔn)備具有基體、形成在所述基體上的絕緣層以及形成在所述絕緣層上的元件形成層的半導(dǎo)體基板的工序；

(b)對所述元件形成層進(jìn)行圖案形成，形成光波導(dǎo)路和與所述光波導(dǎo)路相連的第1半導(dǎo)體部的工序，

在所述(a)工序中，

所述元件形成層具有：

形成在所述絕緣層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第1層、

形成在所述第1層上的由絕緣體構(gòu)成的第2層、

形成在所述第2層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第3層，

在所述(b)工序中，

所述光波導(dǎo)路具有：

形成在所述絕緣層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第1部、

形成在所述第1層上的由絕緣體構(gòu)成的第2部、

形成在所述第2層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第3部，

所述第1半導(dǎo)體部具有與所述第1部同層的第4部，

所述(b)工序具有：

(b1)將所述第3部的形成區(qū)域上的第1掩模膜作為掩模來對所述第3層進(jìn)行蝕刻的工序；

(b2)將所述第1部和所述第4部的形成區(qū)域上的第2掩模膜作為掩模來對所述第2層和所述第1層進(jìn)行蝕刻的工序。

[備注2]

根據(jù)備注1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，

所述(a)工序的所述元件形成層的形成工序具有：

(a1)將由半導(dǎo)體構(gòu)成的基板隔著所述第2層粘貼于形成在所述絕緣層上的所述第1層上的工序；

(a2)通過對所述基板進(jìn)行薄膜化來形成所述第3層的工序。

[備注3]

根據(jù)備注1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，

所述(a)工序的所述元件形成層的形成工序具有：

(a1)在由形成在所述絕緣層上的半導(dǎo)體構(gòu)成的層的中途注入氧氣的工序；

(a2)在所述(a1)工序之后，通過實(shí)施熱處理，而在由所述半導(dǎo)體構(gòu)成的層的中途形成作為所述第2層的氧化膜的工序。

[備注4]

一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其具有：

(a)準(zhǔn)備具有基體、形成在所述基體上的絕緣層以及形成在所述絕緣層上的元件形成層的半導(dǎo)體基板的工序；

(b)對所述元件形成層進(jìn)行圖案形成，形成光波導(dǎo)路和與所述光波導(dǎo)路相連的功能膜的工序，

在所述(a)工序中，

所述元件形成層具有：

形成在所述絕緣層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第1層、

形成在所述第1層上的由絕緣體構(gòu)成的第2層、

形成在所述第2層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第3層，

在所述(b)工序中，

所述光波導(dǎo)路具有：

形成在所述絕緣層上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第1部、

形成在所述第1部上的由絕緣體構(gòu)成的第2部、

形成在所述第2部上的由半導(dǎo)體構(gòu)成的第3部，

所述功能膜具有凸部和凹部，

所述凸部具有：

與所述第1部同層的第4部、

與所述第2部同層的第5部、

與所述第3部同層的第6部，

所述凹部具有與所述第1部同層的第7部，

所述(b)工序具有：

(b1)將所述凸部和所述光波導(dǎo)路的形成區(qū)域上的第1掩模膜作為掩模來對所述第3層進(jìn)行蝕刻的工序；

(b2)將所述凸部、所述光波導(dǎo)路和所述凹部的形成區(qū)域上的第2掩模膜作為掩模來對所述第2層和所述第1層進(jìn)行蝕刻的工序。

[備注5]

根據(jù)備注4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，

在所述(b2)工序中，在所述第7部上殘留有與所述第2部同層的第8部。

[備注6]

根據(jù)備注4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，

所述凸部和所述凹部的平面形狀分別是直線狀，所述凸部和所述凹部交替配置，

所述功能膜是光柵耦合器。

[備注7]

根據(jù)備注4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，

所述第1層和第3層由Si構(gòu)成，

所述第2層具有從氧化硅膜、氮氧化硅膜以及氮化硅膜中所選擇的膜。