专利名称：：光半导体装置的制作方法光半导体装置
技术领域：
本发明涉.半导体装置-
背景技术：
具有利用SIMOX(SeparationbyImplantedOxygen:注氧隔离)法在硅基板表面的正下方形成光波导路的方法。该方法具有如下的特征，即，可在表面平坦的状态下于表面侧残留单结晶的硅材料的同时、在内部形成成为光波导路的部分(例如，参照非专利文献l)。因此，是一种能够将光集成电路和电集成电路立体地集成在一个硅基板上的方法，在这一方面，尤为瞩目。在此，如图12所示，基于SIMOX法的光波导路的构成例为经由第一氧化硅层U2在硅基板111上形成硅层113,在该硅层113中形成有第二氧化硅层114。该第一氧化硅层112与第二氧化硅层114之间的硅层113是形成光波导路的第一硅层115，该第一硅层115的膜厚较厚的部分、即第一氧化硅膜112向硅基板111侧凹陷而形成的部分上成为光波导路121。此时，第二氧化硅层114两面都形成平坦的面。另外，第二氧化硅层114上的硅层113成为第二硅层116。在形成上述构成时，在硅基板lll上、在形成上述光波导路121的区域上形成开口的掩模(未图示)之后，例如通过离子注入氧而形成上述第一氧化硅层112，然后在将上述掩模除去之后，例如通过离子注入氧而形成上述第二氧化硅层114。由此，在第一硅层115形成脊状的光波导路121。另外，如图13所示，经由第一氧化硅层112在硅基板111上形成有硅层113。在该硅层113中形成第二氧化硅层114，被夹在上述第一氧化硅层112与上述第二氧化硅层114之间的硅层113(第一硅层115)将成为光波导路121的区域形成得比其他区域厚。另外，第二氧化硅层114上的硅层13成为第二硅层116。因此，由于将第一硅层115和第二硅层116在同一层形成，故在该硅层113上、在形成上述光波导路的区域上形成掩模(未图示)之后，例如通过离子注入氧而形成上述第二硅层116，在第一硅层115形成脊状的光波导路121。即，在SOI(Silicononinsulator:绝缘体上珪结构)基板的硅层113中，可通过离子注入氧而形成上述构成的光波导路121。最近提出有，在利用SIMOX法等方法于硅基板内部形成光波导路的基板表面制作MOS器件的方法(例如，参照非专利文献2)。发现由该SIMOX法在硅基板内部制作的光波导路形成脊型的光波导路。但是，通常，脊型的光波导路由于光的封入不强，故与条型的光波导路相比，存在有使光波导路弯曲时的光的波导损失增大的缺点。非专利文献1:PrakashKoonath，KoichiroKisima,TejaswiIndukuri,andBahramJalali著〔Sculptingofthree-dimensionalnano-opticalstructuresinsilicon〕APPLIDEPHYSICSLETTERSVOL.83Number24p.4909-49112003年12月15日非专利文南大2:TejaswiIndukuri,PrakashKoonath,andBahramJalali著〔Three-dimensionalIntegrationofmetal-oxide-semiconductortransistorwithsubterraneanphotonicsinsilicon〕APPLIDEPHYSICSLETTERSVOL.88121108-1-32006年
发明内容本发明要解决的问题点为通常，脊型的光波导路由于光的封入不强，与条型的光波导路相比，存在有使光波导路弯曲时的光的波导损失增大的缺点。本发明的光半导体装置包括包括半导体区域；光波导路，其被夹在所述半导体区域内形成的第一光封入层和第二光封入层之间；绝缘膜区所述半导体区域。在本发明的光半导体装置中，由于具有在光波导路的弯曲部的中央部的外侧及内侧的至少一侧上的所述半导体区域形成的绝缘膜区域，故光波导路的弯曲部的波导损失减少。这是由于，在光波导路中导波的光在光波导路的弯曲部，通过绝缘膜区域而产生使向光波导路外放出的光返回到光波导路中的效果。根据本发明的光半导体装置，由于能够将光波导路的弯曲部的波导损失减少，故能够提高光的波导效率，因此，具有可提供具有高性能的光波导路的光半导体装置的优点。图1是表示本发明的光半导体装置的一实施方式(第一实施例)的示意构成剖面图。图2是表示本发明的光半导体装置的一实施方式(第一实施例)的布置图。图3是表示本发明的光半导体装置的一实施方式(第二实施例)的示意构成剖面图。图4是表示本发明的光半导体装置的一实施方式(第三实施例)的示意构成剖面图。图5是表示本发明的光半导体装置的一实施方式(第四实施例)的示意构成剖面图。图6是表示模拟的构成A(基本结构)的示意构成剖面图。图7是表示模拟的构成B的示意构成剖面图。图8是表示模拟的构成C的示意构成剖面图。图9是表示模拟的构成D的示意构成剖面图。图IO是表示模拟的构成E的示意构成剖面图。图11是表示模拟的构成F的示意构成剖面图。图12是表示现有的光半导体装置的一例的示意构成剖面图。图13是表示现有的光半导体装置的一例的示意构成剖面图附图标记说明1光半导体装置12第一光封入层14第二光封入层21光波导路22绝缘膜区域具体实施方式由图1的示意构成剖面图以及图2的平面布置图来说明本发明的光半导体装置的一实施方式(第一实施例)。如图1所示，光半导体装置包括半导体基板ll;第一半导体层13，其经由第一光封入层12形成在该半导体基板11上，将成为光波导路21的区域形成得比其他区域厚；第二半导体层15，其经由第二光封入层14形成在第一半导体层13上。上述半导体基板11例如使用硅基板。并且，上述第一光封入层12、第二光封入层14使用折射率比上述半导体层低的绝缘膜，例如由氧化硅膜形成。并且，第一光封入层12靠第一半导体层13的一侧平坦地形成，第二封入层14以向第二半导体层15侧凹入的状态形成，以使第一半导体层13的成为光波导路21的部分变厚。另外，上述第一半导体层13、第二半导体层15使用硅层。即，由上述半导体基板ll、第一半导体层13以及第二半导体层15形成半导体区域16。另外，第一半导体层13和第二半导体层15在同一半导体层形成，在该半导体层上，上述第二光封入层14利用SIMOX法等，例如通过离子注入氧而由氧化硅形成。另外，上述光波导路21成为脊型的光波导路。如图2所示，上述光波导路21形成在所希望的路径上，在该路径中的光波导^^的弯曲部21C,在该弯曲部21C的中央部(中央线C)的外侧及内侧的至少一侧上的上述半导体区域16(第二硅层15)，沿着上述光波导路21形成有绝缘膜区域22。在本第一实施方式中，在光波导路21两侧的倾斜的侧壁上方的第二光封入层14上的半导体区域16(第二硅层15)，绝缘膜区域22(22a、22b)沿着光波导路21的两侧上方形成。另外，如图1所示，在上述第二半导体层15可以形成有MOS器件。例如，形成有MOS晶体管41、51。MOS晶体管41例如经由栅极绝缘膜42在第二半导体层15上形成栅极电极43,在该栅极电极43两侧的第二半导体层15形成有源极、漏极44、45。同样地，MOS晶体管51例如在第二半导体层15上经由栅极绝缘膜52形成栅极电极53，在该栅极电极53两侧的第二半导体层15形成有源极、漏极54、55。并且，在MOS晶体管41、51之间，为了减少电气干扰、通常形成有电气分离的元件分离区域，但在此，能够将上述绝缘膜区域22兼作该元件分离区域，该绝缘膜区域22通过通常的MOS晶体管的元件分离技术、即浅沟槽隔离(STI:ShallowTrenchIsolation)技术而形成。例如，在第二半导体层15的形成绝缘膜区域22的区域，通过形成通常的抗蚀剂膜、利用刻蚀技术对抗蚀剂膜进行构图，在形成绝缘膜区域22的区域上形成设有开口的蚀刻掩模，利用该蚀刻掩模将第二半导体层15蚀刻到第二光封入层14而形成槽。将绝缘膜埋入到该槽中，通过研磨、例如化学机械研磨而将形成于第二半导体层15上的多余绝缘膜除去。由此，能够在第二半导体层15形成到达第二光封入层14的绝缘膜区域22。在上述光半导体装置1中，相对光波导路21的弯曲部21C的曲率半径方向、在该弯曲部21C的外侧以及内侧的至少一侧上的半导体区域16(第二硅层15)形成有绝缘膜区域22，因此，降低光波导路21的弯曲部21C的波导损失。这是由于，在光导部路21中被导波的光在光波导路21的弯曲部21C,通过绝缘膜区域22而具有使向光波导路21外放出的光返回光波导路21中的效果。由此，由于能够降低光波导路的弯曲部21C的波导损失，故能够提高光的波导效率，因此，可提供具有高性能的光波导路21的光半导体装置l。另外，在上述构成中，将绝缘膜区域22设置在光波导路21的两侧壁部上方，但设置在一侧也能够得到上述效果。接着，由图3的示意构成剖面图对本发明的光半导体装置的一实施方式(第二实施例)进行说明。另外，对与上述第一实施例同样的构成部件标注同一附图标记而进行说明。如图3所示，光半导体装置包括半导体基板ll;第一半导体层13,其经由第一光封入层12形成在该半导体基板11上，成为光波导路21的区域形成得比其他区域厚；第二半导体层15，其经由第二光封入层14形成在上述第一半导体层13上。上述半导体基板11例如使用硅基板。并且，上述第一光封入层12、第二光封入层14使用折射率比上述半导体层低的绝缘膜，例如由氧化硅膜形成。第一光封入层12以向半导体基板11侧凹入的状态形成，以使第一半导体层13的成为光波导路21的部分变厚。第二封入层14靠第一半导体层13的一侧平坦地形成。上述第一半导体层13、第二半导体层15使用硅层。即，由上述半导体基板11、第一半导体层13以及第二半导体层15形成半导体区域16。另外，第一光封入层12利用SIMOX法等，例如通过向半导体基板11离子注入氧，由氧化硅形成。另外，上述光波导路21成为脊型的光波导路。与上述图2说明的同样，上述光波导路21形成在所希望的路径上，在该路径中的光波导路的弯曲部21C,相对该弯曲部21C的曲率半径方向、在弯曲部的外侧及内侧的至少一侧上的上述半导体区域16(第二硅层15)上，沿着上述光波导路21而形成有绝缘膜区域22。在本第二实施例中，在光波导路21两侧的倾斜侧壁上方的第二光封入层14上的半导体区域16(第二硅层15),绝缘膜区域22(22a、22b)沿着光波导路21的两侧上方形成。在上述第二半导体层15也可以形成有MOS器件。例如，形成有MOS晶体管41、51。MOS晶体管41例如经由栅极绝缘膜42在第二半导体层15上形成栅极电极43，在该对册极电极43两侧的第二半导体层15形成有源极、漏极44、45。同样地，MOS晶体管51例如经由栅极绝缘膜52在第二半导体层15上形成栅极电极53,在该栅极电极53两侧的第二半导体层15形成有源极、漏极54、55。并且，在MOS晶体管41、51之间，为了减少电气干扰、通常形成有电气分离的元件分离区域，但在此，能够将上述绝缘膜区域22兼作该元件分离区域，该绝缘膜区域22通过通常的MOS晶体管的元件分离技术、即浅沟槽隔离(STI:ShallowTrenchIsolation)技术而形成。与上述光半导体装置1同样地，在上述光半导体装置2中，相对光波导路21的弯曲部21C的曲率半径方向、在该弯曲部21C的外侧以及内侧的至少一侧上的半导体区域16(第二硅层15)设有绝缘膜区域22,故而降低光波导路21的弯曲部21C的波导损失。这是由于，即，在光导部路21中被导波的光在光波导路21的弯曲部21C,通过绝缘膜区域22而具有使向光波导路21外放出的光返回光波导路21中的效果。因此，由于能够降低光波导路的穹曲部21C的波导损失，故能够提高光的波导效率，因此，可提供具有高性能的光波导路21的光半导体装置2。另外，在上述构成中，将绝缘膜区域22设置在光波导路21的两侧壁部上方，但设置在一侧也能够得到上述效果。接着，由图4的示意构成剖面图来说明本发明的光半导体装置的一实施方式(第三实施例)，由图5的示意构成剖面图来说明一实施方式(第四实施例)。如图4所示，除了绝缘膜区域22以外的结构，与上述图1说明的相同。因此，在此对绝缘膜区域22进行说明。绝缘膜区域22，在布局上，以包含光波导路21侧部上面而与光波导路21重叠的方式形成在第二光封入层14上的第二半导体层15中。在该结构中，由于也能够降低光波导路的弯曲部21C(参照上述图2)的波导损失，故能够提高光的波导效率。另外，如图5所示，除了绝缘膜区域22以外的结构，与上述图3说明的相同。因此，在此对绝缘膜区域22进行说明。绝缘膜区域22,在布局上，以包含光波导路21侧部上面而与光波导路21重叠的方式形成在第二光封入层14上的第二半导体层15中。在该结构中，由于也能够降低光波导路的弯曲部21C(参照上述图2)的波导损失，故能够提高光的波导效率。接着，关于本发明的光半导体装置的各种构成，说明通过模拟来探究光的波导损失的结果。在模拟中，通过将构成筒化后的模型进行。由图6的示意构成图对基本构成进行说明。该构成是不形成绝缘膜区域22的构成，将该构成设为构成A。如图6所示，光半导体装置包括半导体基板ll;第一半导体层3,其经由第一光封入层12形成在半导体基板11上，将成为光波导路21的区域形成得比其他区域厚；第二半导体层15，其经由第二光封入层14形成在第一半导体层13上。上述半导体基板11为硅基板，第一光封入层12、第二光封入层14为氧化硅膜。另外，第一半导体层13、第二半导体层15为硅层。并且，第一光封入层12靠第一半导体层13的一侧平坦地形成，第二封入层14以向第二半导体层15侧凹入的状态形成，以使第一半导体层12的成为光波导路21的部分增厚。另外，为了简化计算，光波导路21为矩形截面。各部分的尺寸如图所示，第一光封入层12的膜厚为0.4pm，第一半导体层13的膜厚为0.09pm,光波导路21部分的膜厚为0.19(mi。另外，第二光封入层14的膜厚为0.1|Lim,第二半导体层的膜厚为0.175|im,光波导路21上的膜厚为0.075|im。另外，将光波导路21的宽度设为l.O(am,光波导路21两侧的第二光封入层14的台阶形成部14S1、14S2的宽度设为0.3|mi,其两侧的第二光封入层14的宽度设为5.0)um。对于上述基本构成，由图7~图12的示意构成剖面图说明形成有绝缘膜区域22的构成。如图7所示，绝缘膜区域22，在布局上，重叠在光波导路21两端而形成在光波导路21两外侧上的第二光封入层14的台阶形成部14Sl、14S2上的第二半导体层15，将该构成设为构成B。如图8所示，绝缘膜区域22,在布局上，形成在光波导路21上的第二光封入层14以及第二光封入层14的台阶形成部14Sl、14S2上的第二半导体层15上，将该构成设为构成C。如图9所示，绝缘膜区域22,在布局上，形成在光波导路21上的第二光封入层14的第二半导体层15,该构成设为构成D。在该构成D中，绝缘膜区域22不形成在第二光封入层14的台阶形成部14Sl、14S2上。如图10所示，绝缘膜区域22,在布局上，重叠在光波导路21—端而形成在光波导路21—侧的第二光封入层14的一个台阶形成部14S1上，此时，光波导路21如上述图2所示地折曲而形成在光波导路21的弯曲部21C(参照上述图2)内侧上方的第二半导体层15,将该构成设为构成E。如图11所示，绝缘膜区域22，在布局上，重叠在光波导路21—端而形成在光波导路21—侧的第二光封入层14的一个台阶形成部14S2上，此时，光波导路21如上述图2所示地折曲而形成在光波导路21的弯曲部21C(参照上述图2)外侧上方的第二半导体层15，将该构成设为构成F。关于上述构成A-F，计算波导损失。在计算中，在将光波导路21的弯曲部21的曲率半径为10lam和20)im的情况下，计算波导损失L。在此，所谓光波导路21的曲率半径，是指光波导路21的中央线(由所述图2的点划线所示的线)的曲率半径。另外，上述光波导路21的波导损失L为如下定义的数值，即，在每导波lcm时，其波导光量为exp(-L)。利用曲率半径20(mi的弯曲部使光波导路的角度旋转90。时的波导长度为3.14x20x2/4，因此波导长度约为31.4[im，不足lcm，在表l中为了容易地进行波导损失的比较，使用这样的损失L。另外，在该计算结果中，如上述图2所示，在表l中表示光波导路相对纸面向左侧弯曲时的计算结果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在不形成绝缘膜区域22的构成A中，在曲率半径为20pm时，波导损失为19.45,在曲率半径为lOiim时，波导损失为50.78。以该值为基准进行探讨。设有绝缘膜区域22的构成表现出最有效的为构成F。在构成F中，在曲率半径为20pm时，波导损失为5.81,在曲率半径为10(im时，波导损失为15.84。另外，在构成B中，在曲率半径为2(Vm时，波导损失为5.95,在曲率半径为10(im时，波导损失为16.02，可得到与构成F大致相同的效果。即，可知，将绝缘膜区域22形成在光波导路21的弯曲部21C外侧上方的第二半导体层15的结构是最有效的。另一方面，在构成D中，在曲率半径为20(im时，波导损失为20.78,在曲率半径为10pm时，波导损失为51.08,显然比构成A差。绝缘膜区域22在布局上重叠在光波导路21上而形成的结构，显示出完全不能够得到效果。另外，在构成C中，在曲率半径为20|um时，波导损失为8.86，在曲率半径为10一m时，波导损失为22.20，表现出设有绝缘膜区域22的效果，但在布局上重叠在光波导路21上而形成的部分起到负面作用，不能够达到构成F或构成B那样的波导损失水平。另外，在构成E中，在曲率半径为20pm时，波导损失为5.23，在曲率半径为10pm时，波导损失为51.34,在曲率半径为20|Lim时表现出设有绝缘膜区域22的效果，但在曲率半径为10(im时，显然比构成A差。因此，构成E形成在具有曲率半径20(im以上大小的曲率半径的部分上是有效的，但若曲率半径小于20(im，则其效果降低。可知，曲率半径为10nm时不能够得到效果。即，波导损失的降低效果依赖于光波导路21的弯曲部21C的曲率半径。权利要求1.一种光半导体装置，其包括半导体区域；光波导路，其被夹在所述半导体区域内形成的第一光封入层和第二光封入层之间；绝缘膜区域，其形成在所述光波导路的弯曲部中央部的外侧及内侧的至少一侧上的所述半导体区域。2.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，所述绝缘膜区域自所述光波导路的侧面上方形成在外侧以及内侧的一侧上的所述半导体区域。3.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，所述光波导路由脊型的光波导路构成。4.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，所述绝缘膜区域兼作为在形成有所述绝缘膜区域的所述半导体区域上形成的MOS器件的元件分离区域。全文摘要本发明提供一种光半导体装置。一般，脊型光波导路由于光的封入不强，故与条型的光波导路相比，使光波导路弯曲时的光的波导损失变大，因此，能够降低在光波导路的弯曲部的光的波导损失。该光半导体装置包括半导体区域(16)；光波导路(21)，其被夹在所述半导体区域(16)内形成的第一光封入层(12)和第二光封入层(14)之间；绝缘膜区域(22)，其相对于所述光波导路(21)的弯曲部的曲率半径方向、在该弯曲部的外侧及内侧的至少一侧上的所述半导体区域(16)形成。文档编号G02B6/10GK101158731SQ20071015320公开日2008年4月9日申请日期2007年9月29日优先权日2006年10月6日发明者木岛公一朗申请人:索尼株式会社