光學(xué)半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利說明】光學(xué)半導(dǎo)體器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]包括說明書、附圖和摘要的2014年8月21日提交的日本專利申請N0.2014-168258的公開的全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及光學(xué)半導(dǎo)體器件，例如，可優(yōu)選地用于在半導(dǎo)體芯片中包括各種光學(xué)器件和電子器件的光學(xué)半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]日本專利特許公開N0.2012-027198(專利文獻(xiàn)1)描述了一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，該光學(xué)半導(dǎo)體器件包括:光波導(dǎo)，其作為半導(dǎo)體層的一部分；第一雜質(zhì)區(qū)，其形成在光波導(dǎo)一側(cè)的半導(dǎo)體層中并且其中引入了第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；第二雜質(zhì)區(qū)，其形成在光波導(dǎo)另一側(cè)的半導(dǎo)體層中并且其中引入了與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。該光學(xué)半導(dǎo)體器件包括:下電極，其作為第二雜質(zhì)區(qū)的一部分；絕緣膜，其形成在至少下電極上；電容器，其包括形成在絕緣膜上的上電極；第三雜質(zhì)區(qū)，其形成在上電極的下區(qū)域的一部分中的半導(dǎo)體層中并且其中引入了第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
[0005]近年來，積極開發(fā)通過使用由硅制成的光學(xué)信號傳輸線形成的光學(xué)電路作為平臺集成各種光學(xué)器件和電子器件來制造光學(xué)信號傳輸線并且實(shí)現(xiàn)光學(xué)通信模塊的技術(shù)，也就是說，所謂的硅光子技術(shù)。然而，在將各種光學(xué)器件和電子器件包括在半導(dǎo)體芯片中的硅光子技術(shù)中，問題在于，由于源自半導(dǎo)體襯底的噪聲對電信號傳輸路徑的作用，導(dǎo)致電信號的質(zhì)量降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本說明書的描述和附圖，其它目的和新特征將變得清楚。
[0007]根據(jù)實(shí)施例的一種光學(xué)半導(dǎo)體器件包括:絕緣膜，其在半導(dǎo)體襯底上；光學(xué)信號傳輸線的光波導(dǎo)，其由絕緣膜上的第一區(qū)域中形成的半導(dǎo)體層形成；屏蔽半導(dǎo)體層，其由絕緣膜上的第二區(qū)域中形成的半導(dǎo)體層形成出層(η多2)的多層布線；電信號傳輸線，其由第二區(qū)域中的第m層布線(η多1)形成。光學(xué)半導(dǎo)體器件還包括:第一噪聲截止(noisecut)布線和第二噪聲截止布線，其分別形成在電信號傳輸線的兩側(cè)并且由離開并且平行于電信號傳輸線的第m層布線(η多m多1)形成；第一導(dǎo)電部，其電親合第一噪聲截止布線和屏蔽半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電部，其電耦合第二噪聲截止布線和屏蔽半導(dǎo)體層。在與電信號傳輸線的延伸方向垂直的橫截面中，電信號傳輸線被包括第一噪聲截止布線、第二噪聲截止布線、第一導(dǎo)電部、第二導(dǎo)電部和屏蔽半導(dǎo)體層的屏蔽部包圍，屏蔽部被固定到參考電位。
[0008]根據(jù)實(shí)施例，可以防止在光學(xué)半導(dǎo)體器件中電信號的質(zhì)量降低。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0010]圖2是沿著圖1中的A-A線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0011]圖3是沿著圖2中的B-B線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0012]圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部的主要部分頂視圖。
[0013]圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部中包括的屏蔽半導(dǎo)體層的第一示例的主要部分平面圖。
[0014]圖6是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部中包括的屏蔽半導(dǎo)體層的第二示例的主要部分平面圖。
[0015]圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0016]圖8是沿著圖7中的C-C線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0017]圖9是沿著圖8中的D-D線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0018]圖10是根據(jù)第三實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0019]圖11是沿著圖10中的E-E線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0020]圖12是沿著圖11中的F-F線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0021]圖13是根據(jù)第四實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0022]圖14是沿著圖13中的G-G線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0023]圖15是沿著圖14中的H-H線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。
[0024]圖16是根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的修改例的主要部分剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]將說明下面的實(shí)施例，為了方便起見，如有必要，將這些實(shí)施例劃分成多個(gè)部分或?qū)嵤├?。除了具體清楚表示的情況之外，它們不是相互無關(guān)的并且一個(gè)與另一個(gè)的一些或全部具有諸如修改、細(xì)節(jié)和補(bǔ)充說明的關(guān)系。
[0026]在下面的實(shí)施例中，當(dāng)引用元件等的數(shù)量(包括數(shù)字、數(shù)值、量、范圍等)時(shí)，它們可不限于具體數(shù)字，而是可大于或小于具體數(shù)字，除了它們被具體清楚指明并且它們明確理論上限于具體數(shù)字的情況之外。
[0027]另外，在下面的實(shí)施例中，不用說，要素(包括要素步驟等)不一定是不可缺少的，除了明確具體指明并且從理論上的觀點(diǎn)看明確被認(rèn)為是不可缺少的情況之外。
[0028]另外，當(dāng)使用“由A形成”、“具有A”和“包括A”的詞語時(shí)，不用說，并不排除除了A外的元件，除了明確指明只有A等的情況之外。類似地，在下面的實(shí)施例中，當(dāng)引用元件等的形狀、位置關(guān)系等時(shí)，應(yīng)該基本上包括與該形狀類似或近似的形狀，除了明確具體指明并且從理論上的觀點(diǎn)看明確被認(rèn)為不正確的情況之外。這項(xiàng)聲明還應(yīng)用于上述的數(shù)值和范圍。
[0029]在下述實(shí)施例中使用的附圖中，為了使附圖容易理解，即使是平面圖，也可添加陰影。在說明下述實(shí)施例的所有附圖中，原理上，相同的構(gòu)件附帶相同的標(biāo)號，省略對其的重復(fù)說明。下文中，將參照附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。
[0030]第一實(shí)施例
[0031]將參照圖1至圖6描述根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件。圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。圖2是沿著圖1中的A-A線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。圖3是沿著圖2中的B-B線截取的光學(xué)半導(dǎo)體器件的主要部分剖視圖。圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部的主要部分頂視圖。圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部中包括的屏蔽半導(dǎo)體層的第一示例的主要部分平面圖。圖6是根據(jù)第一實(shí)施例的電信號傳輸線部中包括的屏蔽半導(dǎo)體層的第二示例的主要部分平面圖。
[0032]在第一實(shí)施例中，將以光學(xué)半導(dǎo)體器件為例，如圖1中所示，光學(xué)半導(dǎo)體器件包括集成在由例如單晶硅形成的半導(dǎo)體襯底SUB上的光學(xué)信號傳輸線部、光學(xué)調(diào)制部、光電轉(zhuǎn)換部、布線耦合部和電信號傳輸線部。在第一實(shí)施例中，以具有兩層結(jié)構(gòu)的多層布線的光學(xué)半導(dǎo)體器件為例。然而，第一實(shí)施例不限于此。
[0033]光學(xué)信號傳輸線部
[0034]如圖1中所示，在光學(xué)信號傳輸線部中，形成各種光學(xué)信號傳輸線(也被稱為光學(xué)信號線)0TL。用由硅形成的半導(dǎo)體層(也被稱為SOI層)構(gòu)成光學(xué)信號傳輸線OTL，SOI層通過絕緣膜(也被稱為BOX層)CL形成在半導(dǎo)體襯底SUB上。絕緣膜CL的厚度是例如大約2 μ m至3 μ m并且形成得相對厚，使得可以減小半導(dǎo)體襯底SUB和半導(dǎo)體層SL之間的靜電電容，使靜電電容小。半導(dǎo)體層SL的厚度的合適范圍被認(rèn)為是例如lOOnm至300nm(不用說，根據(jù)其它條件，厚度不限于這個(gè)范圍)。然而，中心位于200nm的范圍是最合適的。
[0035]這里，作為光學(xué)信號傳輸線0TL的示例，將描述改變光學(xué)相位的光學(xué)移相器PS。光學(xué)移相器PS由通過絕緣膜CL形成在半導(dǎo)體襯底SUB上的半導(dǎo)體層SL形成。
[0036]將半導(dǎo)體層SL加工成肋形。半導(dǎo)體層SL中的厚部分(肋部分)是光波導(dǎo)(也被稱為芯層)W01，在垂直于頁面的方向(圖1中示出Z方向)上延伸。因此，被引入光波導(dǎo)TO1中的光學(xué)信號在垂直于頁面的方向上行進(jìn)。光波導(dǎo)W01的高度(頁面上的垂直方向(圖1中示出的y方向)上的尺寸)是例如大約200nm。光波導(dǎo)W01的寬度(頁面上的水平方向(圖1中示出的X方向)上的尺寸)是例如大約500nm。半導(dǎo)體層SL中的薄部分的厚度是例如大約50nm。將雜質(zhì)引入光波導(dǎo)W01中。雜質(zhì)的濃度在例如1015至10 19cm3的范圍內(nèi)，濃度的典型值是例如大約1015cm3。
[0037]在光波導(dǎo)W01—側(cè)(頁面的左側(cè))的半導(dǎo)體層SL中，引入p型雜質(zhì)并且形成p型半導(dǎo)體PR。p型半導(dǎo)體PR與光波導(dǎo)W01平行形成。另外，在光波導(dǎo)W01另一側(cè)(頁面的右偵U)的半導(dǎo)體層SL中，引入η型雜質(zhì)并且形成η型半導(dǎo)體NR。η型半導(dǎo)體NR與光波導(dǎo)TO1平行形成。換句話講，P型半導(dǎo)體PR和η型半導(dǎo)體NR之間的半導(dǎo)體層SL是光波導(dǎo)W01。
[0038]當(dāng)向以上結(jié)構(gòu)施加正向偏壓時(shí)，載流子被注入光波導(dǎo)W01中。當(dāng)載流子被注入光波導(dǎo)W01中時(shí)，在光波導(dǎo)W01中出現(xiàn)載流子等離子體效應(yīng)(因電子空穴對(等離子體)造成的現(xiàn)象，電子空穴對的數(shù)量因光學(xué)產(chǎn)生的載流子而增