半導体装置およびその製造方法ならびに実装基板
【課題】簡易な構造で光路の方向変更をすることの可能な導波路を提供する。
【解決手段】ＬＳＩチップ１０の表面上にクラッド層２１が形成されている。このクラッド層２１の表面上にはコア層２２が延在して形成されており、コア層２２の両端面Ｓ１には、表面全体に凸状の曲面Ｓ３を有する光路変更部２３が形成されている。コア層２２および光路変更部２３はクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有している。これにより、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。
【解決手段】ＬＳＩチップ１０の表面上にクラッド層２１が形成されている。このクラッド層２１の表面上にはコア層２２が延在して形成されており、コア層２２の両端面Ｓ１には、表面全体に凸状の曲面Ｓ３を有する光路変更部２３が形成されている。コア層２２および光路変更部２３はクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有している。これにより、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップおよび導波路を備えた半導体装置およびその製造方法ならびにその半導体装置を備えた実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の微細化技術や実装技術はＬＳＩ（Large Scale Integration）の内部動作の高速化や高機能化を急速に発展させている。その一方で、ＬＳＩの入出力データ(信号)については、半導体の微細化技術の恩恵を受けておらず、高速化および大容量化の進歩が停滞している。そのため、システム全体の速度はＬＳＩ同士の間のデータ速度に律速され、ＬＳＩ内の処理速度ほど高速化されていない。近年になって、ＰＣＩエクスプレスやＦｌｅｘＩＯなどの電気高速インターフェースが出現しているが、配線基板のレイアウト制約や電磁界ノイズ等により、これらのインターフェースにおけるデータ速度の高速化は厳しい状況にさらされている。
【０００３】
このような背景から、光によるデータ伝送(光配線)が注目されており、いくつかの提案がなされている。なお、光は電磁波による干渉がなく、光配線での損失が電気配線のそれより小さいという性質を有しており、データ速度の高速化に適している。
【０００４】
光配線の基本構成は、発光素子および受光素子などの光素子、光素子を動作させるドライバおよびアンプ、ファイバや導波路などの光路である。現状では、それらディスクリート部品は基板上に実装されており、ＬＳＩから光配線までは配線基板(プリント基板)を通して電気配線で接続されている。そのため、現状の光配線形態ではデータ速度がＬＳＩから光配線までの電気配線で律速されてしまう。
【０００５】
この問題に対して、ＬＳＩに光配線を組み込む形態の開発が進んでいる。ＬＳＩ上に光素子や光素子駆動デバイスを搭載またはインラインで形成する方法や、ＬＳＩと光配線を３次元に実装する方法がある。前者においては、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて導波路をＳＯＩのボディ部に形成するシリコンフォトニクスといわれる方法や、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの半導体で使われる材料を活用してＬＳＩの層間絶縁膜内などを経由させる方法などがある。
【０００６】
コア(光伝送部)をコアの屈折率より小さいクラッドで囲うことにより、光を閉じ込め、光配線のレイアウトをすることができる。しかし、電気配線とは異なり、方向変更(例えば、直角方向への変更)が難しいことがオンチップ内での光配線における課題である。
【０００７】
９０度の方向変更をする場合には、例えば、特許文献１〜３などに記載されているように、等方性のエッチングやリフローを用いて光方向に対して凹面の反射面を形成する方法や、例えば特許文献４，５などに記載されているように、溶解性の逆テーパーを有する構造物を搭載し、その後リフトオフのような手法で、テーパーを形成する方法がある。また、特許文献５などに記載されているように、導波路を形成する前に、金属のような反射率の高い材料をリフトオフや等方性エッチングなどで形成しておく方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−２６４８７０
【特許文献２】特開平０７−１９１２３６
【特許文献３】特開平０９−１９７１７９
【特許文献４】特開２００１−２４９２４４
【特許文献５】特開２００２−１０７５６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜３の技術では、光方向に対して凹面の反射面構造を形成するプロセス上、導波路から射出された光は自由空間を導波することになる。チップの最上層(パッシベーション層)上に形成する場合にはこの自由空間を形成することが可能であるが、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入する場合には、この自由空間は金属膜、シリコン酸化膜、低誘電率膜などで埋められることになる。そのため、特許文献１〜３の技術では、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入することが困難であり、導波路の形成場所が限定されてしまうという問題があった。また、特許文献１〜３の技術では、凹面の反射面構造という複雑な構造を設けることが必要となるという問題があった。また、特許文献４，５の技術では、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入することが可能であるが、反射させるための台座構造物を形成することが必要となる。このように、特許文献４，５の技術では、特殊な工程を追加することが必要となるという問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、簡易な構造で光路の方向変更をすることの可能な導波路およびその導波路を備えた半導体装置および実装基板を提供することにある。また、第２の目的は、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることの可能な導波路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の導波路は、発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に形成されるものであり、以下の（Ａ１）〜（Ａ５）の各構成要素を備えている。
（Ａ１）チップの表面上に形成される第１クラッド層
（Ａ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ａ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１２】
本発明の第２の導波路は、発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成されるものであり、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ５）の各構成要素を備えている。
（Ｂ１）一の層間絶縁膜の表面上に形成される第１クラッド層
（Ｂ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｂ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｂ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｂ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１３】
本発明の第１および第２の導波路では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００１４】
本発明の第１の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｃ１）〜（Ｃ５）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｄ１）〜（Ｄ３）の各構成要素を有している。
（Ｃ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｃ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｃ３）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｃ４）発光素子および受光素子の上に形成された層間絶縁膜
（Ｃ５）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｄ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｄ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｄ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１５】
本発明の第２の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｅ１）〜（Ｅ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｆ１）〜（Ｆ３）の各構成要素を有している。
（Ｅ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｅ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｅ３）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｅ４）発光素子および受光素子の上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｆ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｆ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｆ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｆ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｆ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１６】
本発明の第１および第２の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００１７】
本発明の第３の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｇ１）〜（Ｇ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｈ１）〜（Ｈ３）の各構成要素を有している。
（Ｇ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｇ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｇ３）発光素子上に形成された層間絶縁膜
（Ｇ４）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｈ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｈ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｈ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１８】
本発明の第４の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｉ１）〜（Ｉ３）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｊ１）〜（Ｊ５）の各構成要素を有している。
（Ｉ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｉ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｉ３）発光素子上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｊ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｊ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｊ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｊ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｊ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１９】
本発明の第３および第４の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射することが可能となる。
【００２０】
本発明の第５の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｋ１）〜（Ｋ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｌ１）〜（Ｌ３）の各構成要素を有している。
（Ｋ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｋ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｋ３）受光素子上に形成された層間絶縁膜
（Ｋ４）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｌ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｌ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｌ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００２１】
本発明の第６の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｍ１）〜（Ｍ３）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｐ１）〜（Ｐ５）の各構成要素を有している。
（Ｍ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｍ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｍ３）受光素子上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｐ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｐ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｐ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｐ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｐ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００２２】
本発明の第５および第６の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００２３】
本発明の第１の実装基板は、配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えたものである。ここで、第１チップは、以下の（Ｑ１）〜（Ｑ４）の各構成要素を有しており、第１導波路は、以下の（Ｒ１）〜（Ｒ３）の各構成要素を有しており、第２チップは、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各構成要素を有しており、第２導波路は、以下の（Ｔ１）〜（Ｔ３）の各構成要素を有している。
（Ｑ１）表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板
（Ｑ２）第１シリコン基板上に形成されると共に第１集積回路と電気的に接続され、かつ第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｑ３）発光素子上に形成された第１層間絶縁膜
（Ｑ４）第１層間絶縁膜上に形成された第１パッシベーション層
（Ｒ１）第１パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｒ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層
（Ｒ３）第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部
（Ｓ１）表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板
（Ｓ２）第２シリコン基板上に形成されると共に第２集積回路と電気的に接続され、かつ第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｓ３）受光素子上に形成された第２層間絶縁膜
（Ｓ４）層間絶縁膜上に形成された第２パッシベーション層
（Ｔ１）第２パッシベーション層上に形成された第２クラッド層
（Ｔ２）第２クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層
（Ｔ３）第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部
【００２４】
本発明の第２の実装基板は、配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えたものである。ここで、第１チップは、以下の（Ｕ１）〜（Ｕ３）の各構成要素を有しており、第１導波路は、以下の（Ｖ１）〜（Ｖ５）の各構成要素を有しており、第２チップは、以下の（Ｗ１）〜（Ｗ３）の各構成要素を有しており、第２導波路は、以下の（Ｘ１）〜（Ｘ５）の各構成要素を有している。
（Ｕ１）表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板
（Ｕ２）第１シリコン基板上に形成されると共に第１集積回路と電気的に接続され、かつ第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｕ３）発光素子上に形成された複数の第１層間絶縁膜
（Ｖ１）一の第１層間絶縁膜と他の第１層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｖ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層
（Ｖ３）第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部
（Ｖ４）第１光路変更部の表面上に形成された第１金属膜
（Ｖ５）第１コア層および前記第１金属膜の表面上に形成されると共に第１コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
（Ｗ１）表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板
（Ｗ２）第２シリコン基板上に形成されると共に第２集積回路と電気的に接続され、かつ第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｗ３）受光素子上に形成された複数の第２層間絶縁膜
（Ｘ１）一の第２層間絶縁膜と他の第２層間絶縁膜との間に形成された第３クラッド層
（Ｘ２）第３クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層
（Ｘ３）第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部
（Ｘ４）第２光路変更部の表面上に形成された第２金属膜
（Ｘ５）第２コア層および第２金属膜の表面上に形成されると共に第２コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第４クラッド層
【００２５】
本発明の第１および第２の実装基板では、第１チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部が第１コア層の一方の端面に形成されており、第２チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部が第２コア層の一方の端面に形成されている。これにより、第１チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の第１曲面で第１コア層に向けて反射し、第２チップの第２コア層に向けて射出することが可能となる。また、第１チップから射出された光を第２チップの第２コア層の内部に伝播させ、第２コア層の内部を伝播してきた光を第２光路変更部の第２曲面で第２チップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００２６】
本発明の第１の導波路の製造方法は、発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に導波路を製造する方法であって、以下の（Ｙ１）〜（Ｙ３）の各工程を含むものである。
（Ｙ１）チップの表面上にクラッド層を形成する工程
（Ｙ２）クラッド層の表面上にクラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程
（Ｙ３）コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程
【００２７】
本発明の第２の導波路の製造方法は、発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に導波路を製造する方法であって、以下の（Ｚ１）〜（Ｚ３）の各工程を含むものである。
（Ｚ１）一の層間絶縁膜の表面上にクラッド層を形成する工程
（Ｚ２）クラッド層の表面上にクラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程
（Ｚ３）コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程
【００２８】
本発明の第１および第２の導波路の製造方法では、コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部が形成される。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１および第２の導波路ならびに第１ないし第６の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部をコア層の少なくとも一方の端面に形成するようにしたので、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００３０】
本発明の第１および第２の実装基板によれば、第１チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部を第１コア層の一方の端面に形成し、かつ、第２チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部を第２コア層の一方の端面に形成するようにしたので、第１チップおよび第２チップのそれぞれにおいて、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００３１】
本発明の第１および第２の導波路の製造方法によれば、コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成するようにしたので、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１を斜視的に表すものである。図２は図１の半導体装置１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は図１の半導体装置１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。なお、図１ないし図３は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。
【００３４】
半導体装置１は、図１に示したように、ＬＳＩチップ１０上に導波路２０が形成されたものである。
【００３５】
（ＬＳＩチップ１０）
ＬＳＩチップ１０は、図２、図３に示したように、シリコン基板１１上に、複数の層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを積層してなる層間絶縁膜１２と、パッシベーション層１３とをシリコン基板１１側からこの順に備えている。ここで、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄおよびパッシベーション層１３は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、またはこれらよりも低い比誘電率を有する材料からなる。なお、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄおよびパッシベーション層１３は、後述の発光素子１５から射出される光（例えば７８０ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯の光）に対して透明（無損失または低損失）な材料により構成されていることが好ましい。
【００３６】
シリコン基板１１の表面には集積回路部１４が配置されている。この集積回路部１４は、例えば素子分離、拡散層、チャネル、ゲートなどで構成された一般的なＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)またはバイポーラなどのトランジスタ、ダイオード、キャパシタなどで構成されている。なお、本実施の形態では、この集積回路部１４には、後述の発光素子１５および受光素子１６を駆動するドライバ回路が内蔵されているものとする。
【００３７】
この集積回路１４には、複数の配線層１７や、複数のビア１８が接続されており、これら配線層１７およびビア１８を介して集積回路１４に電力を供給したり、集積回路１４と他の電子部品（図示せず）との間で制御信号などの入出力を行うようになっている。
【００３８】
ここで、配線層１７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）からなり、層間絶縁膜１２内の積層面内方向に延在して形成されている。また、ビア１８は、例えばＣｕからなり、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃまたは１２Ｄを貫通して形成されている。
【００３９】
また、集積回路１４に接続された複数の配線層１７のうち一の配線層１７には発光素子１５が接続されており、さらに、集積回路１４に接続された複数の配線層１７のうち他の配線層１７には受光素子１６が接続されている。これら発光素子１５および受光素子１６は、シリコン基板１１の表面のうち、その直上に配線層１７およびビア１８が存在していないところに配置または直接形成されたものであり、集積回路部１４内のドライバ回路によって駆動されるようになっている。
【００４０】
ここで、発光素子１５は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、上面発光型のＬＤ（Laser Diode）であり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に、出力信号としての光を射出するようになっている。なお、端面発光型のＬＤの光の入出力部に導波路などを設け、この導波路内に、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に光路変更するミラーなどを設けたものを発光素子１５として用いてもよい。
【００４１】
また、受光素子１６は、例えば上面に光検出面を有するＰＤ（Photo Diode）であり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向から入射する光を入力信号として検出（受信）するようになっている。
【００４２】
（導波路２０）
導波路２０は、図１ないし図３に示したように、ＬＳＩチップ１０の表面（パッシベーション層１３の表面）上に、クラッド層２１と、コア層２２および光路変更部２３とをＬＳＩチップ１０側からこの順に積層したものである。この導波路２０の上面（特にコア層２２および光路変更部２３）は大気（空気）に曝されており、この大気がクラッド層２１と共にコア層２２を上下方向から挟み込む一対のクラッド層として作用するようになっている。
【００４３】
ここで、クラッド層２１は、例えばシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなり、ＬＳＩチップ１０の表面全体に渡って形成されている。
【００４４】
また、コア層２２は、クラッド層２１の表面上に形成されると共に、クラッド層２１の表面と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。このコア層２２の端部には、クラッド層２１の表面とほぼ平行な法線を有する端面Ｓ１が形成されている。両端部に設けられた２つの端面Ｓ１のうち一方の端面Ｓ１が発光素子１５の直上（発光素子１５との対向領域上）に配置されており、他方の端面Ｓ１が受光素子１６の直上（受光素子１６との対向領域上）に配置されている。なお、コア層２２はクラッド層２１の表面上において完全な直線である必要はなく、多少曲がっていてもよい。
【００４５】
コア層２２は、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料により構成されている。例えば、クラッド層２１が酸素と窒素の含有比（酸素含有量／窒素含有量）がαのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる場合には、コア層２２は、αよりも小さな含有比βのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる。
【００４６】
ここで、図４、図５に示したように、コア層２２の厚さａ、幅ｃ（コア層２２の延在方向と直交する方向の幅）および屈折率の適切な範囲は、コア層２２の内部を伝播させる光の波長およびモードによって多少異なる。例えば、波長１５５０ｎｍの光をシングルモードで伝播させる場合には、コア層２２の厚さはおよそ７〜１０μｍとなっていることが好ましく、コア層２２の幅はおよそ７〜１０μｍとなっていることが好ましい。また、例えば、波長１５５０ｎｍの光をマルチモードで伝播させる場合には、コア層２２の厚さはおよそ５０〜１５０μｍとなっていることが好ましく、コア層２２の幅はおよそ５０〜１５０μｍとなっていることが好ましい。なお、これらの寸法形状は、最先端の半導体プロセスや、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いることにより容易に形成することが可能なものである。
【００４７】
なお、クラッド層２１の含有比αを２７〜２８とし、コア層２２の含有比βを２５〜２６とし、クラッド層２１の厚さを１０μｍ以上とし、コア層２２の厚さａを１０μｍとし、コア層２２の幅ｃを７μｍとした場合には、コア層２２とクラッド層２１の屈折率比を０．１３〜０．２７に、ＮＡを０．０８〜０．１１にすることが可能である。
【００４８】
また、コア層２２の厚さａおよび幅ｃは、光の波長およびモードに適した範囲内であって、かつ後述の製造方法に適した範囲内となっていることが好ましい。後述の製造方法では、犠牲層２３Ａを成膜する際に、端面Ｓ１への被覆性を悪くする（つまり犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にする）ことが要求されることから、コア層２２の厚さａおよび幅ｃの比（ａ／ｃ）を１よりも大きくすることが好ましい。もっとも、ａ／ｃを１よりも大きくしなくても、他の方策（後述）を用いることにより、発光素子１５側の端面Ｓ１への被覆性を悪くすることは可能であることから、本実施の形態の半導体装置１はａ／ｃが１よりも大きい場合に限定される訳ではない。
【００４９】
また、この導波路２０には、図４、図５に示したように、クラッド層２１の表面上に光路変更部２３が形成されている。この光路変更部２３は、コア層２２の２つの端面Ｓ１およびコア層２２の２つの側面Ｓ２に接して形成されており、コア層２２を環状に囲んでいる。なお、光路変更部２３は端面Ｓ１にだけ形成されればその機能を発揮することが可能であることから、端面Ｓ１にだけ形成されていてもよい。
【００５０】
この光路変更部２３は、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有している。この曲面Ｓ３のうち発光素子１５の直上（発光素子１５との対向領域上）に対応する部分が、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に射出された光をコア層２２の端面Ｓ１側に反射する（９０度の方向変更する）反射ミラーとして作用する。また、この曲面Ｓ３のうち受光素子１６の直上（受光素子１６との対向領域上）に対応する部分が、コア層２２の内部を伝播してきた光を受光素子１６に向けて反射する（９０度の方向変更する）反射ミラーとして作用する。
【００５１】
この光路変更部２３は、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であって、かつコア層２２とほぼ同一の屈折率を有する材料により構成されている。例えば、クラッド層２１が酸素と窒素の含有比（酸素含有量／窒素含有量）がαのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる場合には、光路変更部２３は、αよりも小さな含有比γのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる。
【００５２】
ここで、図４に示したように、光路変更部２３の底面のうち端面Ｓ１と直交する方向の幅ｂおよび高さａは、入射してきた光を最低限の損失で方向変更することの可能な範囲内、具体的には、光路変更部２３の曲面Ｓ３が入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に設定されていることが好ましい。
【００５３】
例えば、曲面Ｓ３に、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する光軸を有する光が入射するとした場合に、光路変更部２３の屈折率が１．４以上１．５以下となっているときには、大気の屈折率が１であることから、入射光に対する全反射角は、光軸とのなす角度で表現すると、４１度以上４６度以下となる。従って、この場合に、入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に曲面Ｓ３を設定するためには、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。つまり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する光軸を有する光に対する全反射角の範囲が４５度よりも大きな範囲を含む場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。
【００５４】
もっとも、わずかな損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１にすることが可能であり、多少の損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１よりも小さくすることが可能である。
【００５５】
一方、例えば、曲面Ｓ３に、シリコン基板１１の表面とほぼ平行な光軸を有する光が入射するとした場合に、光路変更部２３の屈折率が１．４以上１．５以下となっているときには、大気の屈折率が１であることから、入射光に対する全反射角は、光軸とのなす角度で表現すると、上記のケースと同様、４１度以上４６度以下となる。従って、この場合に、入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に曲面Ｓ３を設定するためには、ａ／ｂを１よりも小さくすることが必要となる。つまり、シリコン基板１１の表面とほぼ平行な光軸を有する光に対する全反射角の範囲が４５度よりも大きな範囲を含む場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。
【００５６】
もっとも、わずかな損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１にすることが可能であり、多少の損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが可能である。
【００５７】
なお、光軸のアライメント精度については、光ビームがガウシアン分布となっていることを考慮すると、コア層２２の幅（端面Ｓ１の幅）の１０〜２０％程度の合わせ精度を有していれば許容範囲内であると言える。例えば、シングルモードにおいてコア層２２の幅（端面Ｓ１の幅）がおよそ１０μｍとなっている場合には、±１〜２μｍ程度の合わせ精度を有していることが要求される。また、例えば、マルチモードにおいてコア層２２の幅がおよそ５０μｍとなっている場合には、５〜１０μｍ程度の合わせ精度を有していることが要求される。一方、ＬＳＩの製造工程におけるアライメント精度のワースト値は簡単には最小デザインルールの約２倍と考えることができることから、例えば、デザインルールが０．５μｍとなっている場合には、約１μｍの合わせ精度を補償することができる。従って、ＬＳＩの製造工程におけるアライメント精度の方が光軸のアライメント精度よりも十分に小さいので、ＬＳＩの製造工程を用いることにより、コア層２２の端面Ｓ１の位置を確実に発光素子１５および受光素子１６の直上に配置することが可能である。
【００５８】
このような構成の半導体装置１は、例えば次のようにして製造することができる。なお、以下では、ＬＳＩチップ１０については公知の方法を用いて製造されたものを用意して、そのＬＳＩチップ１０上に導波路２０を形成する方法について詳細に説明する。
【００５９】
図６（Ａ），（Ｂ）〜図８（Ａ），（Ｂ）は、半導体装置１の各製造工程を表したものであり、図６（Ａ），図７（Ａ），図８（Ａ）は図１のＡ−Ａ線に相当する部分での断面構成を表しており、図６（Ｂ），図７（Ｂ），図８（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に相当する部分での断面構成を表している。なお、図６（Ａ），（Ｂ）〜図８（Ａ），（Ｂ）では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００６０】
まず、例えばＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）などを用いて、ＬＳＩチップ１０の表面（パッシベーション層１３層）上に、クラッド層２１およびコア層２２Ａをこの順に成膜する（図６（Ａ），（Ｂ））。なお、コア層２２Ａは、コア層２２を成形加工する前の段階のものを指したものであり、その材料はコア層２２と同一の材料により構成されている。
【００６１】
次に、コア層２２を形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりコア層２２Ａを選択的にエッチングする。これにより、クラッド層２１の表面上にコア層２２が形成される（図７（Ａ），（Ｂ））。
【００６２】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図８（Ａ），（Ｂ））。なお、犠牲層２３Ａは、光路変更部２３を成形加工する前の段階のものを指したものであり、その材料は光路変更部２３と同一の材料により構成されている。
【００６３】
ここで、犠牲層２３Ａを形成する際に、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性が悪くなる（つまり、犠牲層２３Ａの傾斜角が急峻となる）ような製造条件に設定することが好ましい。もっとも、端面Ｓ１のアスペクト比（ａ／ｃ）（図５参照）が１よりも大きい場合には、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性が悪くなるような製造条件に設定されていなくても、被覆性を悪くすることが可能である。
【００６４】
次に、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などの異方性のエッチング法により犠牲層２３Ａを選択的にエッチング（エッチバック）する。これにより、コア層２２の端面Ｓ１および側面Ｓ２に犠牲層２３Ａが残留し、この残留物が光路変更部２３となる（図２、図３）。なお、光路変更部２３は端面Ｓ１にだけ形成されれば十分であることから、残留物がコア層２２の端面Ｓ１にだけ形成されるようなエッチング方法および条件に設定してもよい。このようにして、本実施の形態の半導体装置１が製造される。
【００６５】
本実施の形態の半導体装置１では、図９に示したように、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２およびパッシベーション層１３を透過したのち、一方の光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、他方の光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２およびパッシベーション層１３を透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００６６】
このように、本実施の形態では、導波路２０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の両端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００６７】
また、本実施の形態の導波路の製造方法では、コア層２２を含む表面全体に、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層２３Ａを形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層２３Ａをエッチングすることにより、コア層２２の両端面Ｓ１に、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３が形成される。これにより、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることができる。
【００６８】
［第１の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、光路変更部２３は、クラッド層２１上に形成されていたが、図１０、図１１に示したように、ＬＳＩチップ１０の表面上に形成されていてもよい。ただし、この場合には、クラッド層２１の端面Ｓ４が、コア層２２の端面Ｓ１と同一面内に形成されていることが好ましい。
【００６９】
また、上記実施の形態では、光路変更部２３の曲面Ｓ３の表面は大気に曝されていたが、例えば、図１２，図１３に示したように、曲面Ｓ３の表面上に、曲面Ｓ３での光反射を補助する金属膜２４を設けるようにしてもよい。これにより、曲面Ｓ３を通過して導波路２０を抜けてしまう光の割合を少なくすることが可能となるので、ａ／ｃの値を１と等しくしたり、さらに１よりも小さくした場合であっても、光損失を最小限にすることができる。
【００７０】
また、上記実施の形態では、コア層２２の上面および光路変更部２３の曲面Ｓ３は共に大気に曝されていたが、例えば、図１４，図１５に示したように、上記した金属膜２４を曲面Ｓ３の表面上に設けた上で、コア層２２および金属膜２４のそれぞれの表面に、コア層２２の屈折率よりも小さな屈折率を有する固体材料からなるクラッド層２５を設けるようにしてもよい。このとき、クラッド層２５は、クラッド層２１と同等の屈折率となるような組成比のシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）により構成されていることが好ましい。
【００７１】
また、上記実施の形態では、光路変更部２３はほぼ直線状となっていたが、例えば、図１６に示したように、ＬＳＩチップ１０上に、延在方向が互いに交差する（ほぼ直交する）２つのコア層２２を設けると共に、これら２つのコア層２２の端面Ｓ１同士を光路変更部２３で光学的に接続して、ＬＳＩチップ１０上でも光路を方向変更するようにしてもよい。
【００７２】
なお、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性を悪くする他の方法としては、上記実施の形態において示したものの他に、以下に示したようなものがある。
【００７３】
［第１の方法］
例えば、コア層２２を形成することとなる領域の周囲だけに開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えばＲＩＥ法によりコア層２２Ａを選択的にエッチングして、環状の開口部Ｈ１を形成する（図１７（Ａ），（Ｂ））。これにより、開口部Ｈ１の内側にコア層２２が形成され、開口部Ｈ１の外側にコア層２２Ａが残留する。
【００７４】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２およびコア層２２Ａを含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図１８（Ａ），（Ｂ））。このとき、開口部Ｈ１の内部には犠牲層２３Ａが入りにくいので、犠牲層２３Ａのうち開口部Ｈ１の内部の傾斜角を急峻にすることができる。
【００７５】
ただし、この場合に、開口部Ｈ１の幅を発光素子１５側と受光素子１６側とで互いに異ならせたときには、開口部Ｈ１の内部に形成される犠牲層２３Ａの傾斜角も発光素子１５側と受光素子１６側とで互いに異ならせることが可能となる。そのため、例えば、開口部Ｈ１の発光素子１５側の開口幅を開口部Ｈ１の受光素子１６側の開口幅よりも狭くした場合には、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００７６】
［第２の方法］
また、例えば、ＬＳＩチップ１０の表面上にクラッド層２１およびコア層２２Ａをこの順に成膜したのち、コア層２２を形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、バイアスを徐々に小さくしながらコア層２２Ａを選択的にドライエッチングし、端面および側面に、法線がシリコン基板１１の表面と交差する逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２を形成する（図１９（Ａ），（Ｂ））。
【００７７】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図２０（Ａ），（Ｂ））。このとき、コア層２２の端面および側面には逆テーパー部２２Ｃが形成されているので、逆テーパー部２２Ｃが形成されていない場合と比べて、犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にすることができる。
【００７８】
ただし、この場合に、コア層２２Ａの一部を異方性のエッチング法（例えばドライエッチング法）を用いて選択的にエッチングすると共に、コア層２２Ａの他の部分を、バイアスを徐々に小さくしながらコア層２２Ａを選択的にドライエッチングした場合には、異方性のエッチングをしたところと、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングしたところで、犠牲層２３Ａの傾斜角を互いに異ならせることが可能となる。そのため、例えば、コア層２２Ａのうち発光素子１５との対向領域を含む部分を異方性のエッチング法を用いて選択的にエッチングして、法線がシリコン基板１１の表面とほぼ平行な端面Ｓ１を発光素子１５側に形成し、コア層２２Ａのうち受光素子１６との対向領域を含む部分を、バイアスを徐々に小さくしながら選択的にドライエッチングして、法線がシリコン基板１１の表面と交差する逆テーパー状の端面Ｓ１を受光素子１６側に形成することができる。その結果、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００７９】
なお、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングする代わりに、例えば、コア層２２Ａを、屈折率が一定であって、かつ、下側から上側に向かうにつれてエッチング速度が遅くなるような層構造とし、さらにそのような層構造を有するコア層２２Ａを異方性のエッチング法（例えばドライエッチング法）を用いて上側から選択的にエッチングしたのち、等方性のエッチング法（例えばウエットエッチング法）を用いて横方向から選択的にエッチングするようにしてもよい。また、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングする代わりに、例えば、オーバーエッチが生じる条件でドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００８０】
［第３の方法］
また、例えば、上記した２つの方法を同時に用いることによっても、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性を悪くすることができる。具体的には、例えば、コア層２２を形成することとなる領域の周囲だけに開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば等方性のエッチング法（例えばウエットエッチング法）を用いてコア層２２Ａを選択的にエッチングし、環状かつ逆テーパー状の開口部Ｈ２を形成する（図２１（Ａ），（Ｂ））。これにより、開口部Ｈ２の内側に、逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２が形成され、かつ、開口部Ｈ２の外側に、逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２Ａが残留する。
【００８１】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図２２（Ａ），（Ｂ））。このとき、コア層２２の端面および側面には逆テーパー部２２Ｃが形成されているので、逆テーパー部２２Ｃが形成されていない場合と比べて、犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にすることができる。
【００８２】
ただし、この場合に、上記と同様の工程を経た場合には、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００８３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置２について説明する。本実施の形態の半導体装置２は、導波路３０がＬＳＩチップ１０内に設けられている点で、上記実施の形態の構成と主に相違する。そこで、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略し、上記実施の形態との相違点について主に説明する。
【００８４】
図２３は半導体装置２を斜視的に表すものである。図２４は図１の半導体装置２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図２５は図１の半導体装置２のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。なお、図２３ないし図２５は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。
【００８５】
この半導体装置２は、図２３〜図２５に示したように、ＬＳＩチップ１０内に導波路３０が形成されたものである。
【００８６】
（ＬＳＩチップ１０）
ＬＳＩチップ１０は、図２４、図２５に示したように、シリコン基板１１上に、複数の層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを積層してなる層間絶縁膜１２と、パッシベーション層１３とをシリコン基板１１側からこの順に備えている。
【００８７】
（導波路３０）
導波路３０は、図２３〜図２５に示したように、ＬＳＩチップ１０の層間絶縁膜１２Ｂと層間絶縁膜１２Ｃとの間に、クラッド層２１と、コア層２２および光路変更部２３と、金属膜２４と、クラッド層２５とを層間絶縁膜１２Ｂ側からこの順に積層したものである。つまり、導波路３０は、層間絶縁膜１２内に形成されており、導波路３０の上面および下面は共に層間絶縁膜１２で覆われており、上記実施の形態の導波路２０と同様の方法で形成することが可能である。
【００８８】
本実施の形態の半導体装置２では、図２８に示したように、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、一方の光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、他方の光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００８９】
このように、本実施の形態では、導波路３０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の両端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００９０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る実装基板１００について説明する。本実施の形態の実装基板１００は、配線基板５上に、半導体装置３，４を備えたものである。なお、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
【００９１】
図２９は実装基板１００を斜視的に表すものである。図３０は図２９の実装基板１００のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。なお、図２９，図３０は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。また、図３０では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００９２】
半導体装置３は、ＬＳＩチップ４０上に導波路６０が形成されたものである。また、半導体装置４は、ＬＳＩチップ５０上に導波路６０が形成されたものである。
【００９３】
ここで、ＬＳＩチップ４０は、上記第１の実施の形態のＬＳＩチップ１０において受光素子１６をなくしたものに相当する。ＬＳＩチップ５０は、上記第１の実施の形態のＬＳＩチップ１０において発光素子１５をなくしたものに相当する。半導体装置３の導波路６０は、上記第１の実施の形態の導波路２０において受光素子１６の直上に配置されていた光路変更部２３をなくすると共に受光素子１６側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。半導体装置４の導波路６０は、上記第１の実施の形態の導波路２０において発光素子１５の直上に配置されていた光路変更部２３をなくすると共に発光素子１５側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。また、半導体装置３の導波路６０と、半導体装置４の導波路６０とは、光路変更部２３の形成されていないコア層２２の端面Ｓ１同士を互いに対向させた状態で、所定の間隔を空けて配置されている。
【００９４】
本実施の形態の実装基板１００では、図３１に示したように、半導体装置３において、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２を透過したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、光路変更部２３の端面Ｓ１から外部に射出されたのち、半導体装置４の光路変更部２３の端面Ｓ１に入射する。半導体装置３に入射した光は、コア層２２の内部を伝播したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２を透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００９５】
このように、本実施の形態では、半導体装置３，４の導波路６０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の一方の端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ４０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ５０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００９６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る実装基板２００について説明する。本実施の形態の実装基板２００は、配線基板５上に、半導体装置６，７を備えたものである。なお、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
【００９７】
図３２は実装基板２００を斜視的に表すものである。図３３は図３２の実装基板２００のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。なお、図３２，図３３は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。また、図３３では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００９８】
半導体装置６は、ＬＳＩチップ７０内に導波路９０が形成されたものである。また、半導体装置７は、ＬＳＩチップ８０内に導波路９０が形成されたものである。
【００９９】
ここで、ＬＳＩチップ７０は、上記第２の実施の形態のＬＳＩチップ１０において受光素子１６をなくしたものに相当する。ＬＳＩチップ８０は、上記第２の実施の形態のＬＳＩチップ１０において発光素子１５をなくしたものに相当する。半導体装置６の導波路９０は、上記第２の実施の形態の導波路３０において受光素子１６の直上に配置されていた光路変更部２３および金属膜２４をなくすると共に受光素子１６側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。半導体装置７の導波路９０は、上記第２の実施の形態の導波路３０において発光素子１５の直上に配置されていた光路変更部２３および金属膜２４をなくすると共に発光素子１５側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。また、半導体装置６の導波路９０と、半導体装置７の導波路９０とは、光路変更部２３の形成されていないコア層２２の端面Ｓ１同士を互いに対向させた状態で、所定の間隔を空けて配置されている。
【０１００】
本実施の形態の実装基板２００では、図３４に示したように、半導体装置６において、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、光路変更部２３の端面Ｓ１から外部に射出されたのち、半導体装置７の光路変更部２３の端面Ｓ１に入射する。半導体装置７に入射した光は、コア層２２の内部を伝播したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【０１０１】
このように、本実施の形態では、半導体装置６，７の導波路９０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の一方の端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ７０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ８０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【０１０２】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２】図１の半導体装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１の半導体装置のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。
【図４】図２の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図５】図３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図６】図１の半導体装置の製造方法の一例について説明するための断面構成図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図８】図７に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図９】図１の半導体装置の動作について説明するための断面構成図である。
【図１０】図１の半導体装置の一変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１１】図１の半導体装置の一変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１２】図１の半導体装置の他の変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１３】図１の半導体装置の他の変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１４】図１の半導体装置のその他の変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１５】図１の半導体装置のその他の変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１６】図１の半導体装置の更にその他の変形例の斜視図である。
【図１７】半導体装置の製造方法の一変形例について説明するための断面構成図である。
【図１８】図１７に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図１９】半導体装置の製造方法の他の変形例について説明するための断面構成図である。
【図２０】図１９に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図２１】半導体装置の製造方法のその他の変形例について説明するための断面構成図である。
【図２２】図２１に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２４】図２３の半導体装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図２５】図２３の半導体装置のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。
【図２６】図２３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図２７】図２３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図２８】図２３の半導体装置の動作について説明するための断面構成図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態に係る実装基板の斜視図である。
【図３０】図２９の実装基板のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３１】図２９の実装基板の動作について説明するための断面構成図である。
【図３２】本発明の第４の実施の形態に係る実装基板の斜視図である。
【図３３】図３２の実装基板のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３４】図３２の実装基板の動作について説明するための断面構成図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１〜６…半導体装置、１０，４０，５０，７０，８０…ＬＳＩチップ、１１…シリコン基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ…層間絶縁膜、１３…パッシベーション層、１４…集積回路部、１５…発光素子、１６…受光素子、１７…配線層、１８…ビア、２０，３０，６０，９０…導波路、２１，２５…クラッド層、２２…コア層、２３…光路変更部、２３Ａ…犠牲層、２４…金属膜、１００，２００…実装基板、Ｌ…光、Ｓ１…端面、Ｓ２…側面、Ｓ３…曲面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップおよび導波路を備えた半導体装置およびその製造方法ならびにその半導体装置を備えた実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の微細化技術や実装技術はＬＳＩ（Large Scale Integration）の内部動作の高速化や高機能化を急速に発展させている。その一方で、ＬＳＩの入出力データ(信号)については、半導体の微細化技術の恩恵を受けておらず、高速化および大容量化の進歩が停滞している。そのため、システム全体の速度はＬＳＩ同士の間のデータ速度に律速され、ＬＳＩ内の処理速度ほど高速化されていない。近年になって、ＰＣＩエクスプレスやＦｌｅｘＩＯなどの電気高速インターフェースが出現しているが、配線基板のレイアウト制約や電磁界ノイズ等により、これらのインターフェースにおけるデータ速度の高速化は厳しい状況にさらされている。
【０００３】
このような背景から、光によるデータ伝送(光配線)が注目されており、いくつかの提案がなされている。なお、光は電磁波による干渉がなく、光配線での損失が電気配線のそれより小さいという性質を有しており、データ速度の高速化に適している。
【０００４】
光配線の基本構成は、発光素子および受光素子などの光素子、光素子を動作させるドライバおよびアンプ、ファイバや導波路などの光路である。現状では、それらディスクリート部品は基板上に実装されており、ＬＳＩから光配線までは配線基板(プリント基板)を通して電気配線で接続されている。そのため、現状の光配線形態ではデータ速度がＬＳＩから光配線までの電気配線で律速されてしまう。
【０００５】
この問題に対して、ＬＳＩに光配線を組み込む形態の開発が進んでいる。ＬＳＩ上に光素子や光素子駆動デバイスを搭載またはインラインで形成する方法や、ＬＳＩと光配線を３次元に実装する方法がある。前者においては、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて導波路をＳＯＩのボディ部に形成するシリコンフォトニクスといわれる方法や、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの半導体で使われる材料を活用してＬＳＩの層間絶縁膜内などを経由させる方法などがある。
【０００６】
コア(光伝送部)をコアの屈折率より小さいクラッドで囲うことにより、光を閉じ込め、光配線のレイアウトをすることができる。しかし、電気配線とは異なり、方向変更(例えば、直角方向への変更)が難しいことがオンチップ内での光配線における課題である。
【０００７】
９０度の方向変更をする場合には、例えば、特許文献１〜３などに記載されているように、等方性のエッチングやリフローを用いて光方向に対して凹面の反射面を形成する方法や、例えば特許文献４，５などに記載されているように、溶解性の逆テーパーを有する構造物を搭載し、その後リフトオフのような手法で、テーパーを形成する方法がある。また、特許文献５などに記載されているように、導波路を形成する前に、金属のような反射率の高い材料をリフトオフや等方性エッチングなどで形成しておく方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−２６４８７０
【特許文献２】特開平０７−１９１２３６
【特許文献３】特開平０９−１９７１７９
【特許文献４】特開２００１−２４９２４４
【特許文献５】特開２００２−１０７５６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜３の技術では、光方向に対して凹面の反射面構造を形成するプロセス上、導波路から射出された光は自由空間を導波することになる。チップの最上層(パッシベーション層)上に形成する場合にはこの自由空間を形成することが可能であるが、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入する場合には、この自由空間は金属膜、シリコン酸化膜、低誘電率膜などで埋められることになる。そのため、特許文献１〜３の技術では、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入することが困難であり、導波路の形成場所が限定されてしまうという問題があった。また、特許文献１〜３の技術では、凹面の反射面構造という複雑な構造を設けることが必要となるという問題があった。また、特許文献４，５の技術では、チップ内部の層間絶縁膜内に導波路を導入することが可能であるが、反射させるための台座構造物を形成することが必要となる。このように、特許文献４，５の技術では、特殊な工程を追加することが必要となるという問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、簡易な構造で光路の方向変更をすることの可能な導波路およびその導波路を備えた半導体装置および実装基板を提供することにある。また、第２の目的は、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることの可能な導波路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の導波路は、発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に形成されるものであり、以下の（Ａ１）〜（Ａ５）の各構成要素を備えている。
（Ａ１）チップの表面上に形成される第１クラッド層
（Ａ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ａ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１２】
本発明の第２の導波路は、発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成されるものであり、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ５）の各構成要素を備えている。
（Ｂ１）一の層間絶縁膜の表面上に形成される第１クラッド層
（Ｂ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｂ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｂ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｂ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１３】
本発明の第１および第２の導波路では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００１４】
本発明の第１の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｃ１）〜（Ｃ５）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｄ１）〜（Ｄ３）の各構成要素を有している。
（Ｃ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｃ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｃ３）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｃ４）発光素子および受光素子の上に形成された層間絶縁膜
（Ｃ５）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｄ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｄ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｄ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１５】
本発明の第２の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｅ１）〜（Ｅ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｆ１）〜（Ｆ３）の各構成要素を有している。
（Ｅ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｅ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｅ３）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｅ４）発光素子および受光素子の上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｆ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｆ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｆ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｆ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｆ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１６】
本発明の第１および第２の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００１７】
本発明の第３の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｇ１）〜（Ｇ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｈ１）〜（Ｈ３）の各構成要素を有している。
（Ｇ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｇ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｇ３）発光素子上に形成された層間絶縁膜
（Ｇ４）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｈ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｈ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｈ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００１８】
本発明の第４の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｉ１）〜（Ｉ３）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｊ１）〜（Ｊ５）の各構成要素を有している。
（Ｉ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｉ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｉ３）発光素子上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｊ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｊ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｊ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｊ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｊ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００１９】
本発明の第３および第４の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射することが可能となる。
【００２０】
本発明の第５の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｋ１）〜（Ｋ４）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｌ１）〜（Ｌ３）の各構成要素を有している。
（Ｋ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｋ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｋ３）受光素子上に形成された層間絶縁膜
（Ｋ４）層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層
（Ｌ１）パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｌ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｌ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
【００２１】
本発明の第６の半導体装置は、チップおよび導波路を備えたものである。ここで、チップは、以下の（Ｍ１）〜（Ｍ３）の各構成要素を有しており、導波路は、以下の（Ｐ１）〜（Ｐ５）の各構成要素を有している。
（Ｍ１）表面に集積回路が形成されたシリコン基板
（Ｍ２）シリコン基板上に形成されると共に集積回路と電気的に接続され、かつシリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｍ３）受光素子上に形成された複数の層間絶縁膜
（Ｐ１）一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｐ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層
（Ｐ３）コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部
（Ｐ４）光路変更部の表面上に形成された金属膜
（Ｐ５）コア層および金属膜の表面上に形成されると共にコア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
【００２２】
本発明の第５および第６の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部がコア層の少なくとも一方の端面に形成されている。これにより、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００２３】
本発明の第１の実装基板は、配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えたものである。ここで、第１チップは、以下の（Ｑ１）〜（Ｑ４）の各構成要素を有しており、第１導波路は、以下の（Ｒ１）〜（Ｒ３）の各構成要素を有しており、第２チップは、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各構成要素を有しており、第２導波路は、以下の（Ｔ１）〜（Ｔ３）の各構成要素を有している。
（Ｑ１）表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板
（Ｑ２）第１シリコン基板上に形成されると共に第１集積回路と電気的に接続され、かつ第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｑ３）発光素子上に形成された第１層間絶縁膜
（Ｑ４）第１層間絶縁膜上に形成された第１パッシベーション層
（Ｒ１）第１パッシベーション層上に形成された第１クラッド層
（Ｒ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層
（Ｒ３）第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部
（Ｓ１）表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板
（Ｓ２）第２シリコン基板上に形成されると共に第２集積回路と電気的に接続され、かつ第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｓ３）受光素子上に形成された第２層間絶縁膜
（Ｓ４）層間絶縁膜上に形成された第２パッシベーション層
（Ｔ１）第２パッシベーション層上に形成された第２クラッド層
（Ｔ２）第２クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層
（Ｔ３）第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部
【００２４】
本発明の第２の実装基板は、配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えたものである。ここで、第１チップは、以下の（Ｕ１）〜（Ｕ３）の各構成要素を有しており、第１導波路は、以下の（Ｖ１）〜（Ｖ５）の各構成要素を有しており、第２チップは、以下の（Ｗ１）〜（Ｗ３）の各構成要素を有しており、第２導波路は、以下の（Ｘ１）〜（Ｘ５）の各構成要素を有している。
（Ｕ１）表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板
（Ｕ２）第１シリコン基板上に形成されると共に第１集積回路と電気的に接続され、かつ第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子
（Ｕ３）発光素子上に形成された複数の第１層間絶縁膜
（Ｖ１）一の第１層間絶縁膜と他の第１層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層
（Ｖ２）第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層
（Ｖ３）第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部
（Ｖ４）第１光路変更部の表面上に形成された第１金属膜
（Ｖ５）第１コア層および前記第１金属膜の表面上に形成されると共に第１コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層
（Ｗ１）表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板
（Ｗ２）第２シリコン基板上に形成されると共に第２集積回路と電気的に接続され、かつ第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子
（Ｗ３）受光素子上に形成された複数の第２層間絶縁膜
（Ｘ１）一の第２層間絶縁膜と他の第２層間絶縁膜との間に形成された第３クラッド層
（Ｘ２）第３クラッド層の表面上に延在して形成されると共に第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層
（Ｘ３）第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部
（Ｘ４）第２光路変更部の表面上に形成された第２金属膜
（Ｘ５）第２コア層および第２金属膜の表面上に形成されると共に第２コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第４クラッド層
【００２５】
本発明の第１および第２の実装基板では、第１チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部が第１コア層の一方の端面に形成されており、第２チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部が第２コア層の一方の端面に形成されている。これにより、第１チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の第１曲面で第１コア層に向けて反射し、第２チップの第２コア層に向けて射出することが可能となる。また、第１チップから射出された光を第２チップの第２コア層の内部に伝播させ、第２コア層の内部を伝播してきた光を第２光路変更部の第２曲面で第２チップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【００２６】
本発明の第１の導波路の製造方法は、発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に導波路を製造する方法であって、以下の（Ｙ１）〜（Ｙ３）の各工程を含むものである。
（Ｙ１）チップの表面上にクラッド層を形成する工程
（Ｙ２）クラッド層の表面上にクラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程
（Ｙ３）コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程
【００２７】
本発明の第２の導波路の製造方法は、発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に導波路を製造する方法であって、以下の（Ｚ１）〜（Ｚ３）の各工程を含むものである。
（Ｚ１）一の層間絶縁膜の表面上にクラッド層を形成する工程
（Ｚ２）クラッド層の表面上にクラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程
（Ｚ３）コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程
【００２８】
本発明の第１および第２の導波路の製造方法では、コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部が形成される。これにより、チップ内の発光素子から射出された光を光路変更部の曲面でコア層に向けて反射したり、または、コア層の内部を伝播してきた光を光路変更部の曲面でチップ内の受光素子に向けて反射することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１および第２の導波路ならびに第１ないし第６の半導体装置では、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部をコア層の少なくとも一方の端面に形成するようにしたので、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００３０】
本発明の第１および第２の実装基板によれば、第１チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部を第１コア層の一方の端面に形成し、かつ、第２チップにおいて、表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部を第２コア層の一方の端面に形成するようにしたので、第１チップおよび第２チップのそれぞれにおいて、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００３１】
本発明の第１および第２の導波路の製造方法によれば、コア層を含む表面全体に、クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層をエッチングすることにより、コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成するようにしたので、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１を斜視的に表すものである。図２は図１の半導体装置１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は図１の半導体装置１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。なお、図１ないし図３は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。
【００３４】
半導体装置１は、図１に示したように、ＬＳＩチップ１０上に導波路２０が形成されたものである。
【００３５】
（ＬＳＩチップ１０）
ＬＳＩチップ１０は、図２、図３に示したように、シリコン基板１１上に、複数の層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを積層してなる層間絶縁膜１２と、パッシベーション層１３とをシリコン基板１１側からこの順に備えている。ここで、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄおよびパッシベーション層１３は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、またはこれらよりも低い比誘電率を有する材料からなる。なお、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄおよびパッシベーション層１３は、後述の発光素子１５から射出される光（例えば７８０ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯の光）に対して透明（無損失または低損失）な材料により構成されていることが好ましい。
【００３６】
シリコン基板１１の表面には集積回路部１４が配置されている。この集積回路部１４は、例えば素子分離、拡散層、チャネル、ゲートなどで構成された一般的なＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)またはバイポーラなどのトランジスタ、ダイオード、キャパシタなどで構成されている。なお、本実施の形態では、この集積回路部１４には、後述の発光素子１５および受光素子１６を駆動するドライバ回路が内蔵されているものとする。
【００３７】
この集積回路１４には、複数の配線層１７や、複数のビア１８が接続されており、これら配線層１７およびビア１８を介して集積回路１４に電力を供給したり、集積回路１４と他の電子部品（図示せず）との間で制御信号などの入出力を行うようになっている。
【００３８】
ここで、配線層１７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）からなり、層間絶縁膜１２内の積層面内方向に延在して形成されている。また、ビア１８は、例えばＣｕからなり、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃまたは１２Ｄを貫通して形成されている。
【００３９】
また、集積回路１４に接続された複数の配線層１７のうち一の配線層１７には発光素子１５が接続されており、さらに、集積回路１４に接続された複数の配線層１７のうち他の配線層１７には受光素子１６が接続されている。これら発光素子１５および受光素子１６は、シリコン基板１１の表面のうち、その直上に配線層１７およびビア１８が存在していないところに配置または直接形成されたものであり、集積回路部１４内のドライバ回路によって駆動されるようになっている。
【００４０】
ここで、発光素子１５は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、上面発光型のＬＤ（Laser Diode）であり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に、出力信号としての光を射出するようになっている。なお、端面発光型のＬＤの光の入出力部に導波路などを設け、この導波路内に、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に光路変更するミラーなどを設けたものを発光素子１５として用いてもよい。
【００４１】
また、受光素子１６は、例えば上面に光検出面を有するＰＤ（Photo Diode）であり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向から入射する光を入力信号として検出（受信）するようになっている。
【００４２】
（導波路２０）
導波路２０は、図１ないし図３に示したように、ＬＳＩチップ１０の表面（パッシベーション層１３の表面）上に、クラッド層２１と、コア層２２および光路変更部２３とをＬＳＩチップ１０側からこの順に積層したものである。この導波路２０の上面（特にコア層２２および光路変更部２３）は大気（空気）に曝されており、この大気がクラッド層２１と共にコア層２２を上下方向から挟み込む一対のクラッド層として作用するようになっている。
【００４３】
ここで、クラッド層２１は、例えばシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなり、ＬＳＩチップ１０の表面全体に渡って形成されている。
【００４４】
また、コア層２２は、クラッド層２１の表面上に形成されると共に、クラッド層２１の表面と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。このコア層２２の端部には、クラッド層２１の表面とほぼ平行な法線を有する端面Ｓ１が形成されている。両端部に設けられた２つの端面Ｓ１のうち一方の端面Ｓ１が発光素子１５の直上（発光素子１５との対向領域上）に配置されており、他方の端面Ｓ１が受光素子１６の直上（受光素子１６との対向領域上）に配置されている。なお、コア層２２はクラッド層２１の表面上において完全な直線である必要はなく、多少曲がっていてもよい。
【００４５】
コア層２２は、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料により構成されている。例えば、クラッド層２１が酸素と窒素の含有比（酸素含有量／窒素含有量）がαのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる場合には、コア層２２は、αよりも小さな含有比βのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる。
【００４６】
ここで、図４、図５に示したように、コア層２２の厚さａ、幅ｃ（コア層２２の延在方向と直交する方向の幅）および屈折率の適切な範囲は、コア層２２の内部を伝播させる光の波長およびモードによって多少異なる。例えば、波長１５５０ｎｍの光をシングルモードで伝播させる場合には、コア層２２の厚さはおよそ７〜１０μｍとなっていることが好ましく、コア層２２の幅はおよそ７〜１０μｍとなっていることが好ましい。また、例えば、波長１５５０ｎｍの光をマルチモードで伝播させる場合には、コア層２２の厚さはおよそ５０〜１５０μｍとなっていることが好ましく、コア層２２の幅はおよそ５０〜１５０μｍとなっていることが好ましい。なお、これらの寸法形状は、最先端の半導体プロセスや、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いることにより容易に形成することが可能なものである。
【００４７】
なお、クラッド層２１の含有比αを２７〜２８とし、コア層２２の含有比βを２５〜２６とし、クラッド層２１の厚さを１０μｍ以上とし、コア層２２の厚さａを１０μｍとし、コア層２２の幅ｃを７μｍとした場合には、コア層２２とクラッド層２１の屈折率比を０．１３〜０．２７に、ＮＡを０．０８〜０．１１にすることが可能である。
【００４８】
また、コア層２２の厚さａおよび幅ｃは、光の波長およびモードに適した範囲内であって、かつ後述の製造方法に適した範囲内となっていることが好ましい。後述の製造方法では、犠牲層２３Ａを成膜する際に、端面Ｓ１への被覆性を悪くする（つまり犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にする）ことが要求されることから、コア層２２の厚さａおよび幅ｃの比（ａ／ｃ）を１よりも大きくすることが好ましい。もっとも、ａ／ｃを１よりも大きくしなくても、他の方策（後述）を用いることにより、発光素子１５側の端面Ｓ１への被覆性を悪くすることは可能であることから、本実施の形態の半導体装置１はａ／ｃが１よりも大きい場合に限定される訳ではない。
【００４９】
また、この導波路２０には、図４、図５に示したように、クラッド層２１の表面上に光路変更部２３が形成されている。この光路変更部２３は、コア層２２の２つの端面Ｓ１およびコア層２２の２つの側面Ｓ２に接して形成されており、コア層２２を環状に囲んでいる。なお、光路変更部２３は端面Ｓ１にだけ形成されればその機能を発揮することが可能であることから、端面Ｓ１にだけ形成されていてもよい。
【００５０】
この光路変更部２３は、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有している。この曲面Ｓ３のうち発光素子１５の直上（発光素子１５との対向領域上）に対応する部分が、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に射出された光をコア層２２の端面Ｓ１側に反射する（９０度の方向変更する）反射ミラーとして作用する。また、この曲面Ｓ３のうち受光素子１６の直上（受光素子１６との対向領域上）に対応する部分が、コア層２２の内部を伝播してきた光を受光素子１６に向けて反射する（９０度の方向変更する）反射ミラーとして作用する。
【００５１】
この光路変更部２３は、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であって、かつコア層２２とほぼ同一の屈折率を有する材料により構成されている。例えば、クラッド層２１が酸素と窒素の含有比（酸素含有量／窒素含有量）がαのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる場合には、光路変更部２３は、αよりも小さな含有比γのシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）からなる。
【００５２】
ここで、図４に示したように、光路変更部２３の底面のうち端面Ｓ１と直交する方向の幅ｂおよび高さａは、入射してきた光を最低限の損失で方向変更することの可能な範囲内、具体的には、光路変更部２３の曲面Ｓ３が入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に設定されていることが好ましい。
【００５３】
例えば、曲面Ｓ３に、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する光軸を有する光が入射するとした場合に、光路変更部２３の屈折率が１．４以上１．５以下となっているときには、大気の屈折率が１であることから、入射光に対する全反射角は、光軸とのなす角度で表現すると、４１度以上４６度以下となる。従って、この場合に、入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に曲面Ｓ３を設定するためには、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。つまり、シリコン基板１１の表面とほぼ直交する光軸を有する光に対する全反射角の範囲が４５度よりも大きな範囲を含む場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。
【００５４】
もっとも、わずかな損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１にすることが可能であり、多少の損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１よりも小さくすることが可能である。
【００５５】
一方、例えば、曲面Ｓ３に、シリコン基板１１の表面とほぼ平行な光軸を有する光が入射するとした場合に、光路変更部２３の屈折率が１．４以上１．５以下となっているときには、大気の屈折率が１であることから、入射光に対する全反射角は、光軸とのなす角度で表現すると、上記のケースと同様、４１度以上４６度以下となる。従って、この場合に、入射してきた光に対して全反射角の範囲内の角度成分しか有していない形状を採り得るような範囲内に曲面Ｓ３を設定するためには、ａ／ｂを１よりも小さくすることが必要となる。つまり、シリコン基板１１の表面とほぼ平行な光軸を有する光に対する全反射角の範囲が４５度よりも大きな範囲を含む場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが必要となる。
【００５６】
もっとも、わずかな損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１にすることが可能であり、多少の損失が生じるのを許容できる場合には、ａ／ｂを１よりも大きくすることが可能である。
【００５７】
なお、光軸のアライメント精度については、光ビームがガウシアン分布となっていることを考慮すると、コア層２２の幅（端面Ｓ１の幅）の１０〜２０％程度の合わせ精度を有していれば許容範囲内であると言える。例えば、シングルモードにおいてコア層２２の幅（端面Ｓ１の幅）がおよそ１０μｍとなっている場合には、±１〜２μｍ程度の合わせ精度を有していることが要求される。また、例えば、マルチモードにおいてコア層２２の幅がおよそ５０μｍとなっている場合には、５〜１０μｍ程度の合わせ精度を有していることが要求される。一方、ＬＳＩの製造工程におけるアライメント精度のワースト値は簡単には最小デザインルールの約２倍と考えることができることから、例えば、デザインルールが０．５μｍとなっている場合には、約１μｍの合わせ精度を補償することができる。従って、ＬＳＩの製造工程におけるアライメント精度の方が光軸のアライメント精度よりも十分に小さいので、ＬＳＩの製造工程を用いることにより、コア層２２の端面Ｓ１の位置を確実に発光素子１５および受光素子１６の直上に配置することが可能である。
【００５８】
このような構成の半導体装置１は、例えば次のようにして製造することができる。なお、以下では、ＬＳＩチップ１０については公知の方法を用いて製造されたものを用意して、そのＬＳＩチップ１０上に導波路２０を形成する方法について詳細に説明する。
【００５９】
図６（Ａ），（Ｂ）〜図８（Ａ），（Ｂ）は、半導体装置１の各製造工程を表したものであり、図６（Ａ），図７（Ａ），図８（Ａ）は図１のＡ−Ａ線に相当する部分での断面構成を表しており、図６（Ｂ），図７（Ｂ），図８（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に相当する部分での断面構成を表している。なお、図６（Ａ），（Ｂ）〜図８（Ａ），（Ｂ）では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００６０】
まず、例えばＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）などを用いて、ＬＳＩチップ１０の表面（パッシベーション層１３層）上に、クラッド層２１およびコア層２２Ａをこの順に成膜する（図６（Ａ），（Ｂ））。なお、コア層２２Ａは、コア層２２を成形加工する前の段階のものを指したものであり、その材料はコア層２２と同一の材料により構成されている。
【００６１】
次に、コア層２２を形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりコア層２２Ａを選択的にエッチングする。これにより、クラッド層２１の表面上にコア層２２が形成される（図７（Ａ），（Ｂ））。
【００６２】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図８（Ａ），（Ｂ））。なお、犠牲層２３Ａは、光路変更部２３を成形加工する前の段階のものを指したものであり、その材料は光路変更部２３と同一の材料により構成されている。
【００６３】
ここで、犠牲層２３Ａを形成する際に、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性が悪くなる（つまり、犠牲層２３Ａの傾斜角が急峻となる）ような製造条件に設定することが好ましい。もっとも、端面Ｓ１のアスペクト比（ａ／ｃ）（図５参照）が１よりも大きい場合には、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性が悪くなるような製造条件に設定されていなくても、被覆性を悪くすることが可能である。
【００６４】
次に、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などの異方性のエッチング法により犠牲層２３Ａを選択的にエッチング（エッチバック）する。これにより、コア層２２の端面Ｓ１および側面Ｓ２に犠牲層２３Ａが残留し、この残留物が光路変更部２３となる（図２、図３）。なお、光路変更部２３は端面Ｓ１にだけ形成されれば十分であることから、残留物がコア層２２の端面Ｓ１にだけ形成されるようなエッチング方法および条件に設定してもよい。このようにして、本実施の形態の半導体装置１が製造される。
【００６５】
本実施の形態の半導体装置１では、図９に示したように、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２およびパッシベーション層１３を透過したのち、一方の光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、他方の光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２およびパッシベーション層１３を透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００６６】
このように、本実施の形態では、導波路２０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の両端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００６７】
また、本実施の形態の導波路の製造方法では、コア層２２を含む表面全体に、クラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層２３Ａを形成したのち、異方性のエッチング法を用いて犠牲層２３Ａをエッチングすることにより、コア層２２の両端面Ｓ１に、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３が形成される。これにより、特殊な工程を追加することなく光路の方向変更をすることができる。
【００６８】
［第１の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、光路変更部２３は、クラッド層２１上に形成されていたが、図１０、図１１に示したように、ＬＳＩチップ１０の表面上に形成されていてもよい。ただし、この場合には、クラッド層２１の端面Ｓ４が、コア層２２の端面Ｓ１と同一面内に形成されていることが好ましい。
【００６９】
また、上記実施の形態では、光路変更部２３の曲面Ｓ３の表面は大気に曝されていたが、例えば、図１２，図１３に示したように、曲面Ｓ３の表面上に、曲面Ｓ３での光反射を補助する金属膜２４を設けるようにしてもよい。これにより、曲面Ｓ３を通過して導波路２０を抜けてしまう光の割合を少なくすることが可能となるので、ａ／ｃの値を１と等しくしたり、さらに１よりも小さくした場合であっても、光損失を最小限にすることができる。
【００７０】
また、上記実施の形態では、コア層２２の上面および光路変更部２３の曲面Ｓ３は共に大気に曝されていたが、例えば、図１４，図１５に示したように、上記した金属膜２４を曲面Ｓ３の表面上に設けた上で、コア層２２および金属膜２４のそれぞれの表面に、コア層２２の屈折率よりも小さな屈折率を有する固体材料からなるクラッド層２５を設けるようにしてもよい。このとき、クラッド層２５は、クラッド層２１と同等の屈折率となるような組成比のシリコン酸化窒化物（ＳｉＯＮ）により構成されていることが好ましい。
【００７１】
また、上記実施の形態では、光路変更部２３はほぼ直線状となっていたが、例えば、図１６に示したように、ＬＳＩチップ１０上に、延在方向が互いに交差する（ほぼ直交する）２つのコア層２２を設けると共に、これら２つのコア層２２の端面Ｓ１同士を光路変更部２３で光学的に接続して、ＬＳＩチップ１０上でも光路を方向変更するようにしてもよい。
【００７２】
なお、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性を悪くする他の方法としては、上記実施の形態において示したものの他に、以下に示したようなものがある。
【００７３】
［第１の方法］
例えば、コア層２２を形成することとなる領域の周囲だけに開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えばＲＩＥ法によりコア層２２Ａを選択的にエッチングして、環状の開口部Ｈ１を形成する（図１７（Ａ），（Ｂ））。これにより、開口部Ｈ１の内側にコア層２２が形成され、開口部Ｈ１の外側にコア層２２Ａが残留する。
【００７４】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２およびコア層２２Ａを含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図１８（Ａ），（Ｂ））。このとき、開口部Ｈ１の内部には犠牲層２３Ａが入りにくいので、犠牲層２３Ａのうち開口部Ｈ１の内部の傾斜角を急峻にすることができる。
【００７５】
ただし、この場合に、開口部Ｈ１の幅を発光素子１５側と受光素子１６側とで互いに異ならせたときには、開口部Ｈ１の内部に形成される犠牲層２３Ａの傾斜角も発光素子１５側と受光素子１６側とで互いに異ならせることが可能となる。そのため、例えば、開口部Ｈ１の発光素子１５側の開口幅を開口部Ｈ１の受光素子１６側の開口幅よりも狭くした場合には、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００７６】
［第２の方法］
また、例えば、ＬＳＩチップ１０の表面上にクラッド層２１およびコア層２２Ａをこの順に成膜したのち、コア層２２を形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、バイアスを徐々に小さくしながらコア層２２Ａを選択的にドライエッチングし、端面および側面に、法線がシリコン基板１１の表面と交差する逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２を形成する（図１９（Ａ），（Ｂ））。
【００７７】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図２０（Ａ），（Ｂ））。このとき、コア層２２の端面および側面には逆テーパー部２２Ｃが形成されているので、逆テーパー部２２Ｃが形成されていない場合と比べて、犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にすることができる。
【００７８】
ただし、この場合に、コア層２２Ａの一部を異方性のエッチング法（例えばドライエッチング法）を用いて選択的にエッチングすると共に、コア層２２Ａの他の部分を、バイアスを徐々に小さくしながらコア層２２Ａを選択的にドライエッチングした場合には、異方性のエッチングをしたところと、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングしたところで、犠牲層２３Ａの傾斜角を互いに異ならせることが可能となる。そのため、例えば、コア層２２Ａのうち発光素子１５との対向領域を含む部分を異方性のエッチング法を用いて選択的にエッチングして、法線がシリコン基板１１の表面とほぼ平行な端面Ｓ１を発光素子１５側に形成し、コア層２２Ａのうち受光素子１６との対向領域を含む部分を、バイアスを徐々に小さくしながら選択的にドライエッチングして、法線がシリコン基板１１の表面と交差する逆テーパー状の端面Ｓ１を受光素子１６側に形成することができる。その結果、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００７９】
なお、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングする代わりに、例えば、コア層２２Ａを、屈折率が一定であって、かつ、下側から上側に向かうにつれてエッチング速度が遅くなるような層構造とし、さらにそのような層構造を有するコア層２２Ａを異方性のエッチング法（例えばドライエッチング法）を用いて上側から選択的にエッチングしたのち、等方性のエッチング法（例えばウエットエッチング法）を用いて横方向から選択的にエッチングするようにしてもよい。また、バイアスを徐々に小さくしながらドライエッチングする代わりに、例えば、オーバーエッチが生じる条件でドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００８０】
［第３の方法］
また、例えば、上記した２つの方法を同時に用いることによっても、コア層２２の端面Ｓ１への被覆性を悪くすることができる。具体的には、例えば、コア層２２を形成することとなる領域の周囲だけに開口を有するレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば等方性のエッチング法（例えばウエットエッチング法）を用いてコア層２２Ａを選択的にエッチングし、環状かつ逆テーパー状の開口部Ｈ２を形成する（図２１（Ａ），（Ｂ））。これにより、開口部Ｈ２の内側に、逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２が形成され、かつ、開口部Ｈ２の外側に、逆テーパー状の端縁（逆テーパー部２２Ｃ）を有するコア層２２Ａが残留する。
【００８１】
次に、例えばＣＶＤ法や塗布法などを用いて、コア層２２を含む表面全体に渡って犠牲層２３Ａを成膜する（図２２（Ａ），（Ｂ））。このとき、コア層２２の端面および側面には逆テーパー部２２Ｃが形成されているので、逆テーパー部２２Ｃが形成されていない場合と比べて、犠牲層２３Ａの傾斜角を急峻にすることができる。
【００８２】
ただし、この場合に、上記と同様の工程を経た場合には、発光素子１５側の犠牲層２３Ａの傾斜角を受光素子１６側の犠牲層２３Ａの傾斜角よりも急峻にすることができる。
【００８３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置２について説明する。本実施の形態の半導体装置２は、導波路３０がＬＳＩチップ１０内に設けられている点で、上記実施の形態の構成と主に相違する。そこで、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略し、上記実施の形態との相違点について主に説明する。
【００８４】
図２３は半導体装置２を斜視的に表すものである。図２４は図１の半導体装置２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図２５は図１の半導体装置２のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。なお、図２３ないし図２５は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。
【００８５】
この半導体装置２は、図２３〜図２５に示したように、ＬＳＩチップ１０内に導波路３０が形成されたものである。
【００８６】
（ＬＳＩチップ１０）
ＬＳＩチップ１０は、図２４、図２５に示したように、シリコン基板１１上に、複数の層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを積層してなる層間絶縁膜１２と、パッシベーション層１３とをシリコン基板１１側からこの順に備えている。
【００８７】
（導波路３０）
導波路３０は、図２３〜図２５に示したように、ＬＳＩチップ１０の層間絶縁膜１２Ｂと層間絶縁膜１２Ｃとの間に、クラッド層２１と、コア層２２および光路変更部２３と、金属膜２４と、クラッド層２５とを層間絶縁膜１２Ｂ側からこの順に積層したものである。つまり、導波路３０は、層間絶縁膜１２内に形成されており、導波路３０の上面および下面は共に層間絶縁膜１２で覆われており、上記実施の形態の導波路２０と同様の方法で形成することが可能である。
【００８８】
本実施の形態の半導体装置２では、図２８に示したように、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、一方の光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、他方の光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００８９】
このように、本実施の形態では、導波路３０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の両端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ１０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ１０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００９０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る実装基板１００について説明する。本実施の形態の実装基板１００は、配線基板５上に、半導体装置３，４を備えたものである。なお、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
【００９１】
図２９は実装基板１００を斜視的に表すものである。図３０は図２９の実装基板１００のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。なお、図２９，図３０は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。また、図３０では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００９２】
半導体装置３は、ＬＳＩチップ４０上に導波路６０が形成されたものである。また、半導体装置４は、ＬＳＩチップ５０上に導波路６０が形成されたものである。
【００９３】
ここで、ＬＳＩチップ４０は、上記第１の実施の形態のＬＳＩチップ１０において受光素子１６をなくしたものに相当する。ＬＳＩチップ５０は、上記第１の実施の形態のＬＳＩチップ１０において発光素子１５をなくしたものに相当する。半導体装置３の導波路６０は、上記第１の実施の形態の導波路２０において受光素子１６の直上に配置されていた光路変更部２３をなくすると共に受光素子１６側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。半導体装置４の導波路６０は、上記第１の実施の形態の導波路２０において発光素子１５の直上に配置されていた光路変更部２３をなくすると共に発光素子１５側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。また、半導体装置３の導波路６０と、半導体装置４の導波路６０とは、光路変更部２３の形成されていないコア層２２の端面Ｓ１同士を互いに対向させた状態で、所定の間隔を空けて配置されている。
【００９４】
本実施の形態の実装基板１００では、図３１に示したように、半導体装置３において、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２を透過したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、光路変更部２３の端面Ｓ１から外部に射出されたのち、半導体装置４の光路変更部２３の端面Ｓ１に入射する。半導体装置３に入射した光は、コア層２２の内部を伝播したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２を透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【００９５】
このように、本実施の形態では、半導体装置３，４の導波路６０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の一方の端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ４０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ５０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【００９６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る実装基板２００について説明する。本実施の形態の実装基板２００は、配線基板５上に、半導体装置６，７を備えたものである。なお、以下では、上記実施の形態と共通する構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
【００９７】
図３２は実装基板２００を斜視的に表すものである。図３３は図３２の実装基板２００のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。なお、図３２，図３３は模式的に表したものであり、実際の寸法や形状とは異なる。また、図３３では、層間絶縁膜１２内の配線層１７およびビア１８を便宜的に省略した。
【００９８】
半導体装置６は、ＬＳＩチップ７０内に導波路９０が形成されたものである。また、半導体装置７は、ＬＳＩチップ８０内に導波路９０が形成されたものである。
【００９９】
ここで、ＬＳＩチップ７０は、上記第２の実施の形態のＬＳＩチップ１０において受光素子１６をなくしたものに相当する。ＬＳＩチップ８０は、上記第２の実施の形態のＬＳＩチップ１０において発光素子１５をなくしたものに相当する。半導体装置６の導波路９０は、上記第２の実施の形態の導波路３０において受光素子１６の直上に配置されていた光路変更部２３および金属膜２４をなくすると共に受光素子１６側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。半導体装置７の導波路９０は、上記第２の実施の形態の導波路３０において発光素子１５の直上に配置されていた光路変更部２３および金属膜２４をなくすると共に発光素子１５側に配置されていた端面Ｓ１を大気に曝したものに相当する。また、半導体装置６の導波路９０と、半導体装置７の導波路９０とは、光路変更部２３の形成されていないコア層２２の端面Ｓ１同士を互いに対向させた状態で、所定の間隔を空けて配置されている。
【０１００】
本実施の形態の実装基板２００では、図３４に示したように、半導体装置６において、発光素子１５からシリコン基板１１の表面とほぼ直交する方向に出力信号として射出された光Ｌは、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２の端面Ｓ１側に反射され、コア層２２の内部を伝播する。そして、コア層２２の内部を伝播した光は、光路変更部２３の端面Ｓ１から外部に射出されたのち、半導体装置７の光路変更部２３の端面Ｓ１に入射する。半導体装置７に入射した光は、コア層２２の内部を伝播したのち、光路変更部２３の曲面Ｓ３で受光素子１６に向けて反射され、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを透過したのち、受光素子１６に入射する。受光素子１６に入射した光は、受光素子１６で吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は受光素子１６に電気的に接続された集積回路１４に入力され、集積回路１４にて演算などに用いられる。
【０１０１】
このように、本実施の形態では、半導体装置６，７の導波路９０において、表面の全体または一部に凸状の曲面Ｓ３を有し、かつクラッド層２１の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部２３がコア層２２の一方の端面Ｓ１に形成されているので、ＬＳＩチップ７０内の発光素子１５から射出された光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でコア層２２に向けて反射したり、コア層２２の内部を伝播してきた光を光路変更部２３の曲面Ｓ３でＬＳＩチップ８０内の受光素子１６に向けて反射することが可能となる。これにより、簡易な構造で光路の方向変更をすることができる。
【０１０２】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２】図１の半導体装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１の半導体装置のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。
【図４】図２の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図５】図３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図６】図１の半導体装置の製造方法の一例について説明するための断面構成図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図８】図７に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図９】図１の半導体装置の動作について説明するための断面構成図である。
【図１０】図１の半導体装置の一変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１１】図１の半導体装置の一変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１２】図１の半導体装置の他の変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１３】図１の半導体装置の他の変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１４】図１の半導体装置のその他の変形例の一の方向の断面構成図である。
【図１５】図１の半導体装置のその他の変形例の一の方向と直交する方向の断面構成図である。
【図１６】図１の半導体装置の更にその他の変形例の斜視図である。
【図１７】半導体装置の製造方法の一変形例について説明するための断面構成図である。
【図１８】図１７に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図１９】半導体装置の製造方法の他の変形例について説明するための断面構成図である。
【図２０】図１９に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図２１】半導体装置の製造方法のその他の変形例について説明するための断面構成図である。
【図２２】図２１に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２４】図２３の半導体装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図２５】図２３の半導体装置のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。
【図２６】図２３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図２７】図２３の光導波路を拡大して表した拡大図である。
【図２８】図２３の半導体装置の動作について説明するための断面構成図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態に係る実装基板の斜視図である。
【図３０】図２９の実装基板のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３１】図２９の実装基板の動作について説明するための断面構成図である。
【図３２】本発明の第４の実施の形態に係る実装基板の斜視図である。
【図３３】図３２の実装基板のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３４】図３２の実装基板の動作について説明するための断面構成図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１〜６…半導体装置、１０，４０，５０，７０，８０…ＬＳＩチップ、１１…シリコン基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ…層間絶縁膜、１３…パッシベーション層、１４…集積回路部、１５…発光素子、１６…受光素子、１７…配線層、１８…ビア、２０，３０，６０，９０…導波路、２１，２５…クラッド層、２２…コア層、２３…光路変更部、２３Ａ…犠牲層、２４…金属膜、１００，２００…実装基板、Ｌ…光、Ｓ１…端面、Ｓ２…側面、Ｓ３…曲面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に形成される導波路であって、
前記チップの表面上に形成される第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を備える
ことを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記コア層および前記光路変更部の表面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記光路変更部の表面に金属膜を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項４】
前記コア層および前記金属膜の表面に、前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する固体材料からなる第２クラッド層を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の導波路。
【請求項５】
前記光路変更部は、前記チップに含まれる前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項６】
前記コア層の両端面のいずれか一方に前記光路変更部が形成されていない場合には、前記光路変更部が形成されていない端面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項７】
発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成される導波路であって、
前記一の層間絶縁膜の表面上に形成される第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を備える
ことを特徴とする導波路。
【請求項８】
前記光路変更部は、前記チップに含まれる前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の導波路。
【請求項９】
前記コア層の両端面のいずれか一方に前記光路変更部が形成されていない場合には、前記光路変更部が形成されていない端面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項７に記載の導波路。
【請求項１０】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記光路変更部は、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子の上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記光路変更部は、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】
前記光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
前記光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】
前記光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えた実装基板であって、
前記第１チップは、
表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板と、
前記第１シリコン基板上に形成されると共に前記第１集積回路と電気的に接続され、かつ前記第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜上に形成された第１パッシベーション層と
を有し、
前記第１導波路は、
前記第１パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層と、
前記第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部と
を有し、
前記第２チップは、
表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板と、
前記第２シリコン基板上に形成されると共に前記第２集積回路と電気的に接続され、かつ前記第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された第２層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された第２パッシベーション層と
を有し、
前記第２導波路は、
前記第２パッシベーション層上に形成された第２クラッド層と、
前記第２クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層と、
前記第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ前記第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部と
を有する
ことを特徴とする実装基板。
【請求項２３】
前記第１光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成され、
前記第２光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えた実装基板であって、
前記第１チップは、
表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板と、
前記第１シリコン基板上に形成されると共に前記第１集積回路と電気的に接続され、かつ前記第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された複数の第１層間絶縁膜と
を有し、
前記第１導波路は、
一の第１層間絶縁膜と他の第１層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層と、
前記第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部と、
前記第１光路変更部の表面上に形成された第１金属膜と、
前記第１コア層および前記第１金属膜の表面上に形成されると共に前記第１コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有し、
前記第２チップは、
表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板と、
前記第２シリコン基板上に形成されると共に前記第２集積回路と電気的に接続され、かつ前記第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された複数の第２層間絶縁膜と
を有し、
前記第２導波路は、
一の第２層間絶縁膜と他の第２層間絶縁膜との間に形成された第３クラッド層と、
前記第３クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層と、
前記第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ前記第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部と、
前記第２光路変更部の表面上に形成された第２金属膜と、
前記第２コア層および前記第２金属膜の表面上に形成されると共に前記第２コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第４クラッド層と
を有する
ことを特徴とする実装基板。
【請求項２５】
前記第１光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成され、
前記第２光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置。
【請求項２６】
発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に導波路を製造する方法であって、
前記チップの表面上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の表面上に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程と、
前記コア層を含む表面全体に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて前記犠牲層をエッチングすることにより、前記コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２７】
前記コア層の端面の高さを前記コア層の端面の幅で除算することにより得られる前記コア層の縦横比は１よりも大きい
ことを特徴とする請求項２６に記載の導波路の製造方法。
【請求項２８】
発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に導波路を製造する方法であって、
前記一の層間絶縁膜の表面上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の表面上に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程と、
前記コア層を含む表面全体に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて前記犠牲層をエッチングすることにより、前記コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２９】
前記コア層の端面の高さを前記コア層の端面の幅で除算することにより得られる前記コア層の縦横比は１よりも大きい
ことを特徴とする請求項２８に記載の導波路の製造方法。
【請求項１】
発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に形成される導波路であって、
前記チップの表面上に形成される第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を備える
ことを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記コア層および前記光路変更部の表面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記光路変更部の表面に金属膜を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項４】
前記コア層および前記金属膜の表面に、前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する固体材料からなる第２クラッド層を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の導波路。
【請求項５】
前記光路変更部は、前記チップに含まれる前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項６】
前記コア層の両端面のいずれか一方に前記光路変更部が形成されていない場合には、前記光路変更部が形成されていない端面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項７】
発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成される導波路であって、
前記一の層間絶縁膜の表面上に形成される第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を備える
ことを特徴とする導波路。
【請求項８】
前記光路変更部は、前記チップに含まれる前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の導波路。
【請求項９】
前記コア層の両端面のいずれか一方に前記光路変更部が形成されていない場合には、前記光路変更部が形成されていない端面は空気に曝されている
ことを特徴とする請求項７に記載の導波路。
【請求項１０】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記光路変更部は、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記発光素子および前記受光素子の上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記光路変更部は、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】
前記光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション層と
を有し、
前記導波路は、
前記パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
前記光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
チップおよび導波路を備えた半導体装置であって、
前記チップは、
表面に集積回路が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されると共に前記集積回路と電気的に接続され、かつ前記シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された複数の層間絶縁膜と
を有し、
前記導波路は、
一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層と、
前記コア層の少なくとも一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部と、
前記光路変更部の表面上に形成された金属膜と、
前記コア層および前記金属膜の表面上に形成されると共に前記コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】
前記光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えた実装基板であって、
前記第１チップは、
表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板と、
前記第１シリコン基板上に形成されると共に前記第１集積回路と電気的に接続され、かつ前記第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜上に形成された第１パッシベーション層と
を有し、
前記第１導波路は、
前記第１パッシベーション層上に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層と、
前記第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部と
を有し、
前記第２チップは、
表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板と、
前記第２シリコン基板上に形成されると共に前記第２集積回路と電気的に接続され、かつ前記第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された第２層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された第２パッシベーション層と
を有し、
前記第２導波路は、
前記第２パッシベーション層上に形成された第２クラッド層と、
前記第２クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層と、
前記第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ前記第２クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部と
を有する
ことを特徴とする実装基板。
【請求項２３】
前記第１光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成され、
前記第２光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
配線基板上に、第１チップ、第２チップ、第１導波路および第２導波路を備えた実装基板であって、
前記第１チップは、
表面に第１集積回路が形成された第１シリコン基板と、
前記第１シリコン基板上に形成されると共に前記第１集積回路と電気的に接続され、かつ前記第１シリコン基板の表面とほぼ直交する方向に光を射出する発光素子と、
前記発光素子上に形成された複数の第１層間絶縁膜と
を有し、
前記第１導波路は、
一の第１層間絶縁膜と他の第１層間絶縁膜との間に形成された第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１コア層と、
前記第１コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第１曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第１光路変更部と、
前記第１光路変更部の表面上に形成された第１金属膜と、
前記第１コア層および前記第１金属膜の表面上に形成されると共に前記第１コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第２クラッド層と
を有し、
前記第２チップは、
表面に第２集積回路が形成された第２シリコン基板と、
前記第２シリコン基板上に形成されると共に前記第２集積回路と電気的に接続され、かつ前記第２シリコン基板の表面と交差する方向から入射する光を検出する受光素子と、
前記受光素子上に形成された複数の第２層間絶縁膜と
を有し、
前記第２導波路は、
一の第２層間絶縁膜と他の第２層間絶縁膜との間に形成された第３クラッド層と、
前記第３クラッド層の表面上に延在して形成されると共に前記第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２コア層と、
前記第２コア層の一方の端面に形成されると共に表面の全体または一部に凸状の第２曲面を有し、かつ前記第３クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第２光路変更部と、
前記第２光路変更部の表面上に形成された第２金属膜と、
前記第２コア層および前記第２金属膜の表面上に形成されると共に前記第２コア層の屈折率よりも小さな屈折率を有する第４クラッド層と
を有する
ことを特徴とする実装基板。
【請求項２５】
前記第１光路変更部は、前記発光素子との対向領域に形成され、
前記第２光路変更部は、前記受光素子との対向領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置。
【請求項２６】
発光素子および受光素子の少なくとも一方を含むチップの表面上に導波路を製造する方法であって、
前記チップの表面上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の表面上に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程と、
前記コア層を含む表面全体に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて前記犠牲層をエッチングすることにより、前記コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２７】
前記コア層の端面の高さを前記コア層の端面の幅で除算することにより得られる前記コア層の縦横比は１よりも大きい
ことを特徴とする請求項２６に記載の導波路の製造方法。
【請求項２８】
発光素子および受光素子の少なくとも一方と、複数の層間絶縁膜とを含むチップの一の層間絶縁膜と他の層間絶縁膜との間に導波路を製造する方法であって、
前記一の層間絶縁膜の表面上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の表面上に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有するコア層を延在して形成する工程と、
前記コア層を含む表面全体に、前記クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する犠牲層を形成したのち、異方性のエッチング法を用いて前記犠牲層をエッチングすることにより、前記コア層の少なくとも一方の端面に、表面の全体または一部に凸状の曲面を有し、かつ前記第１クラッド層の屈折率よりも大きな屈折率を有する光路変更部を形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２９】
前記コア層の端面の高さを前記コア層の端面の幅で除算することにより得られる前記コア層の縦横比は１よりも大きい
ことを特徴とする請求項２８に記載の導波路の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００９−５８８８８（Ｐ２００９−５８８８８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２７８０６（Ｐ２００７−２２７８０６）
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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