特許 6972067 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972067

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/62 20100101AFI20211111BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20211111BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20211111BHJP

   H01L 33/54 20100101ALI20211111BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20211111BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20211111BHJP

   H01L 33/44 20100101ALI20211111BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/62

   G02B6/42

   G02B6/32

   H01L33/54

   H01L33/58

   H01L33/22

   H01L33/44

   H01L31/02 B

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-124222(P2019-124222)

(22)【出願日】2019年7月3日

(62)【分割の表示】特願2017-221820(P2017-221820)の分割

【原出願日】2017年11月17日

(65)【公開番号】特開2019-216242(P2019-216242A)

(43)【公開日】2019年12月19日

【審査請求日】2019年7月3日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】栗田 洋一郎

(72)【発明者】

【氏名】古山 英人

(72)【発明者】

【氏名】上村 浩

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３１９５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４９５１９７１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２００７／０８８９５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特許第３９１７０８５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００６−１２０７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５９０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７２３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００４９５４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３１／０８−３１／１０

Ｈ０１Ｌ ３１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電層を含む配線層と、
電気素子であって、前記配線層から前記電気素子に向かう方向が第１方向である、前記電気素子と、
光素子であって、前記配線層から前記光素子に向かう方向が前記第１方向に沿い、前記電気素子から前記光素子に向かう第２方向が前記第１方向と交差した、前記光素子と、
前記電気素子と前記光素子との間において前記電気素子及び前記光素子と接する第１部分領域を含む樹脂部と、
前記配線層と前記電気素子との間に設けられ前記電気素子と前記導電層とを電気的に接続する接続部材と、
前記配線層と前記光素子との間に設けられ前記光素子と前記導電層とを電気的に接続する別の接続部材と、
を備え、
前記光素子の少なくとも一部は、前記第１方向において前記樹脂部と重ならず、
前記第１部分領域は、第１樹脂部面、及び、前記第１樹脂部面とは反対の第２樹脂部面を含み、前記第２樹脂部面は、前記配線層に対面し、
前記光素子は、第１光素子面、及び、前記第１光素子面とは反対の第２光素子面を含み、前記第２光素子面は、前記配線層に対面し、
前記光素子は、反射防止層と、前記反射防止層と前記配線層との間に設けられた光素子半導体層と、を含み、前記第１光素子面は、前記反射防止層の表面であり、
前記第１光素子面は、露出しており、
前記樹脂部は、前記光素子半導体層と接して他部材を介さずに前記光素子半導体層を支持し、
前記配線層と前記第１樹脂部面との間の前記第１方向に沿った距離は、前記配線層と前記第１光素子面との間の前記第１方向に沿った距離よりも長い、半導体装置。

【請求項2】

導電層を含む配線層と、
電気素子であって、前記配線層から前記電気素子に向かう方向が第１方向である、前記電気素子と、
光素子であって、前記配線層から前記光素子に向かう方向が前記第１方向に沿い、前記電気素子から前記光素子に向かう第２方向が前記第１方向と交差した、前記光素子と、
前記電気素子と前記光素子との間において前記電気素子及び前記光素子と接する第１部分領域を含む樹脂部と、
前記配線層と前記電気素子との間に設けられ前記電気素子と前記導電層とを電気的に接続する接続部材と、
前記配線層と前記光素子との間に設けられ前記光素子と前記導電層とを電気的に接続する別の接続部材と、
を備え、
前記光素子の少なくとも一部は、前記第１方向において前記樹脂部と重ならず、
前記第１部分領域は、第１樹脂部面、及び、前記第１樹脂部面とは反対の第２樹脂部面を含み、前記第２樹脂部面は、前記配線層に対面し、
前記光素子は、第１光素子面、及び、前記第１光素子面とは反対の第２光素子面を含み、前記第２光素子面は、前記配線層に対面し、
前記光素子は、光素子半導体層を含み、前記第１光素子面は、前記光素子半導体層の表面であり、
前記第１光素子面は、露出しており、
前記樹脂部は、前記光素子半導体層と接して他部材を介さずに前記光素子半導体層を支持し、
前記配線層と前記第１樹脂部面との間の前記第１方向に沿った距離は、前記配線層と前記第１光素子面との間の前記第１方向に沿った距離よりも長い、半導体装置。

【請求項3】

前記配線層と前記電気素子との間に設けられた前記接続部材は、前記導電層の一部と、前記電気素子の一部と、の間にあり、
前記配線層と前記光素子との間に設けられた前記別の接続部材は、前記導電層の別の一部と、前記光素子の一部と、の間にある、請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記光素子は、前記第１光素子面に凹部を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項5】

前記凹部の底面が、前記光素子の前記第２光素子面から前記第１方向に５０μｍ以内にある、請求項４記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１光素子面は、複数の凹凸を含み、
前記複数の凹凸が前記光素子の発光ピーク波長または受光ピーク波長より短い周期で配列される、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１光素子面は、複数の凹凸を含み、
前記複数の凹凸が前記光素子の発光ピーク波長または受光ピーク波長に対する回折レンズまたはフレネルレンズである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１方向において、前記樹脂部の一部と前記配線層との間に前記電気素子が位置した、請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項9】

前記樹脂部は、第２〜第７部分領域をさらに含み、
前記第２方向において、前記第２部分領域と前記第１部分領域との間に前記光素子が位置し、
前記第２方向において、前記第１部分領域と前記第３部分領域との間に前記電気素子が位置し、
前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において、前記第４部分領域と前記第５部分領域との間に前記光素子が位置し、
前記第３方向において、前記第６部分領域と前記第７部分領域との間に前記電気素子が位置した、請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項10】

前記樹脂部は、
複数の粒子と、
前記複数の粒子の少なくとも一部の周りに設けられた樹脂材料部と、
を含む、請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項11】

前記電気素子は、増幅回路、論理回路、記憶回路、及びスイッチング回路の少なくともいずれかを含む、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、半導体チップなどをモールド樹脂で覆った半導体装置がある。半導体装置において、小型化が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１０２２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、小型化が可能な半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、配線層、電気素子、光素子及び樹脂部を含む。前記配線層から前記電気素子に向かう方向が第１方向である。前記配線層から前記光素子に向かう方向が前記第１方向に沿う。前記電気素子から前記光素子に向かう第２方向が前記第１方向と交差する。前記樹脂部は、前記電気素子と前記光素子との間の第１部分領域を含む。前記光素子の少なくとも一部は、前記第１方向において前記樹脂部と重ならない。前記第１部分領域は、第１樹脂部面、及び、前記第１樹脂部面とは反対の第２樹脂部面を含む。前記第２樹脂部面は、前記配線層に対面する。前記光素子は、第１光素子面、及び、前記第１光素子面とは反対の第２光素子面を含む。前記第２光素子面は、前記配線層に対面する。前記光素子は、光素子半導体層を含む。発光部及び受光部の少なくともいずれかは、前記配線層と前記光素子半導体層との間に設けられる。前記配線層と前記第１樹脂部面との間の前記第１方向に沿った距離は、前記配線層と前記第１光素子面との間の前記第１方向に沿った距離よりも長い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。

【図2】図２（ａ）〜図２（ｇ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図3】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図4】第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図5】第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図6】第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図7】第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図8】第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図9】図９（ａ）〜（ｆ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図10】図１０（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図11】図１１（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【図12】第１実施形態に係る半導体装置の応用を例示する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図１（ａ）は、図１（ｃ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｂ）は、図１（ｃ）の矢印ＡＡから見た平面図である。図１（ｃ）は、斜視図である。

【0009】

図１（ａ）に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１１０は、配線層５０、半導体チップ、電子部品などの電気素子１０、光半導体チップ（発光素子、光変調器（光変調素子）、受光素子）などの光素子２０及び樹脂部４０を含む。

【0010】

配線層５０から電気素子１０に向かう方向は、第１方向に沿う。

【0011】

第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

【0012】

配線層５０は、例えばＸ−Ｙ平面に沿っている。

【0013】

配線層５０から光素子２０に向かう方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。電気素子１０から光素子２０に向かう第２方向は、第１方向と交差する。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向に沿う。

【0014】

樹脂部４０は、第１部分領域ｒ１を含む。第１部分領域ｒ１は、電気素子１０と光素子２０との間に位置する。

【0015】

図１（ｂ）に示すように、この例では、樹脂部４０は、第２〜第７領域ｒ２〜ｒ７をさらに含んでいる。

【0016】

第２方向（Ｘ軸方向）において、第２部分領域ｒ２と第１部分領域ｒ１との間に、光素子２０が位置する。第２方向において、第１部分領域ｒ１と第３部分領域ｒ３との間に、電気素子１０が位置する。

【0017】

第３方向において、第４部分領域ｒ４と第５部分領域ｒ５との間に、光素子２０が位置する。第３方向は、第１方向及び第２方向を含む平面（例えばＺ−Ｘ平面）と交差する。この例では、第３方向は、Ｙ軸方向である。第３方向において、第６部分領域ｒ６と第７部分領域ｒ７との間に、電気素子１０が位置する。

【0018】

第１〜第７部分領域ｒ１〜ｒ７は、互いに連続している。この例では、第４部分領域ｒ４から第６部分領域ｒ６に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第５部分領域ｒ５から第７部分領域ｒ７に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。

【0019】

光素子２０は、第１光素子面２０ａ及び第２光素子面２０ｂを含む。第２光素子面２０ｂは、第１方向（Ｚ軸方向）に沿って、配線層５０に対向する。第２光素子面２０ｂは、第１光素子面２０ａとは反対の面である。１つの例において、第１光素子面２０ａは、光素子の光出射面（発光面）である。別の１つの例において、第１光素子面２０ａは、光素子の光入射面（受光面）である。

【0020】

例えば、第１光素子面２０ａの少なくとも一部は、樹脂部４０に覆われていない。

【0021】

この例では、光素子２０の上面は、樹脂部４０の上面よりも下方に位置している。

【0022】

樹脂部４０の第１部分領域ｒ１は、第１樹脂部面４０ａ及び第２樹脂部面４０ｂを含む。第２樹脂部面４０ｂは、第１方向（Ｚ軸方向）に沿って、配線層５０に対向する。第２樹脂部面４０ｂは、第１樹脂部面４０ａとは反対の面である。

【0023】

図１（ａ）に示すように、配線層５０と第１樹脂部面４０ａとの間の第１方向（Ｚ軸方向）に沿った距離を距離ｄ１とする。配線層５０と第１光素子面２０ａとの間の第１方向に沿った距離を距離ｄ２とする。距離ｄ１は、距離ｄ２よりも長い。このような距離の関係により、第１光素子面２０ａは、第１樹脂部面４０ａよりも後退する。例えば、第１光素子面２０ａにおいて、汚れなどが抑制され、良好な光機能が得られる。
また、例えば、図１２に示すように、光素子２０の光入出力面（光出力または光入力）に光コネクタフェルール７０に保持された光ファイバ８０を配置して光結合を行う場合などに、光ファイバを光素子２０に近接させても光入出力面に光ファイバが接触しないように構成可能となる。この例では、光ファイバ８０は、ＵＶ樹脂８１、クラッド８２、及びコア８３を含む。フェルール７０と光ファイバ８０との間には、接着剤７１が設けられている。光素子２０は、結晶レンズ２６Ａを含む。結晶レンズ２６Ａの屈折率は、例えば、３．２〜３．５である。配線層５０と光素子２０の間には、発光部／受光部９０が設けられている。
また、上記において、光ファイバと光素子２０を近接して固定した場合に、使用環境の変化（例えば、温度変化や外力による応力変化）により光ファイバ先端が熱膨張や応力により迫り出すようなことがあっても、予め第１樹脂部面４０ａと第１光素子面２０ａのクリアランスによりこれを吸収するように構成することが可能であり、光ファイバおよび光素子２０の破損を防止可能となる。
また、光素子２０の光入出力面に無反射コートに代わるＳＷＳ（Sub-Wavelength Structure）の凹凸部をエッチング形成した場合や、光素子とは別の材料によるＳＷＣ（Subwavelength Structure Coating）の凹凸部を形成した場合など、光ファイバなどの接触により光素子２０表面の凹凸部に異物が入り込んで無反射コートの効果が喪失することを防止できる。
また、図１２に示すように、光素子２０の光入出力面にレンズなどの光学素子を形成して光結合を行う場合に、光素子２０と光ファイバの距離をレンズ焦点に合せた間隔に設定することが可能となる。
また、光素子２０の表面に回折レンズやフレネルレンズなどを形成した場合においても同様にレンズ焦点に合せた距離調整機構として利用可能であり、回折レンズやフレネルレンズの凹凸部に光ファイバなどの接触により異物が入り込んでレンズ機能が喪失することを防止することもできる。
また、図８に示すように、光素子２０に例えばクラッドを露出した光ファイバ素線を挿入、保持する凹部を設ける場合、上記同様に光ファイバ素線の挿入前に意図しない物体の接触により凹部に異物が入り込むことを防止することができる。この場合、光ファイバは例えばコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍのＧＩ（Graded Index）ファイバ（マルチモードファイバ）とし、光素子２０の光素子基板２１の凹部底面から配線層側表面に形成される能動部（発光部又は受光部または光変調部）までの距離は、例えば５０μｍ以下として光ファイバとの光結合を確保する。

【0024】

例えば、電気素子１０は、側面を有する。この側面は、Ｘ−Ｙ平面と交差する。樹脂部４０は、電気素子１０の側面の周りに設けられる。例えば、光素子２０は、側面を有する。この側面は、Ｘ−Ｙ平面と交差する。樹脂部４０は、光素子２０の側面の周りに設けられる。

【0025】

電気素子１０は、例えば、半導体チップを含む。電気素子１０は、例えば、増幅回路、論理回路、記憶回路、スイッチング回路からなり、演算回路、制御回路、及び信号処理回路の少なくともいずれかを含んでも良い。電気素子１０は、例えば、抵抗、キャパシタ及びインダクタの少なくともいずれかを含んでも良い。実施形態において、複数の電気素子１０が設けられても良い。以下では、複数の電気素子１０の１つについて説明する。以下の説明は、複数の電気素子１０の別の１つにも適用できる。

【0026】

電気素子１０は、例えば、シリコン、Ｇｅ、ダイヤモンド、及び、化合物半導体（ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）の少なくとも１つを含む。

【0027】

光素子２０は、例えば、発光素子及び受光素子の少なくともいずれかを含む。発光素子は、例えば発光ダイオード、レーザダイオードを含む。受光素子は、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＭＳＭ（Metal Semiconductor Metal）フォトダイオードを含む。光素子２０は、例えば、シリコン、Ｇｅ、ダイヤモンド、及び、化合物半導体（ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）の少なくともいずれかを含む。光素子２０は、例えば、光を用いた信号の送受信（通信）の機能を有する。

【0028】

配線層５０は、例えば導電層５１を含む。導電層５１は、例えば、再配線層（Re-Distribution Layer：ＲＤＬ）である。導電層５１は、例えば、光素子２０及び電気素子１０の少なくともいずれかと電気的に接続される。導電層５１は、例えば、光素子２０と電気素子１０とを電気的に接続しても良い。

【0029】

例えば、光素子２０は、電極（第１電極２０ｅ及び第２電極２０ｆなど）を含む。導電層５１は、例えば、第１電極２０ｅ及び第２電極２０ｆの少なくともいずれかと電気的に接続される。

【0030】

配線層５０は、樹脂層５２をさらに含む。樹脂層５２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂を含む。

【0031】

樹脂部４０の第１〜第７部分領域ｒ１〜ｒ７は、例えば、配線層５０と接する。

【0032】

実施形態において、光素子２０の少なくとも一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、樹脂部４０と重ならない。これにより、光素子２０が発光素子を含む場合、発光素子から放出される光は、樹脂部４０を通過せずに、外部に出射できる。一方、光素子２０が受光素子である場合、光は、樹脂部４０を通過せずに、光素子２０に入射できる。これにより、光素子２０における光の出射及び入射の少なくともいずれかにおいて、良好な特性が得られる。

【0033】

半導体装置１１０においては、電気素子１０と光素子２０とが組み合わされ、配線層５０が設けられる。このような電気素子１０及び光素子２０は、樹脂部４０により保持される。部品の数が少ない。半導体装置のサイズを小さくでき、小さいピッチ（間隔）の接続が可能である。そして、光素子２０の少なくとも一部が樹脂部４０に覆われないことにより、光素子における良好な機能が得られる。良好な機能を得つつ、小型化が可能な半導体装置が提供できる。

【0034】

図１（ａ）に示すように、この例では、第１方向（Ｚ軸方向）において、樹脂部４０の一部４０ｐと配線層５０との間に、電気素子１０が位置している。例えば、電気素子１０は、樹脂部４０に覆われる。良好な信頼性が得られる。後述するように、電気素子１０の少なくとも一部は、樹脂部４０により覆われていなくても良い。

【0035】

この例では、光素子２０は、光素子基板２１（透明層、光素子半導体層）及び反射防止層２５（光学層）を含む。反射防止層２５と配線層５０との間に、光素子基板２１が位置する。光素子基板２１に設けられた光素子２０は、例えば、発光、及び、受光の少なくともいずれかの機能を有する。反射防止層２５の屈折率は、光素子基板２１の屈折率よりも低い。反射防止層２５の屈折率は、例えば、１より大きい。これにより、外部と光素子基板２１との間において、良好な入出射特性が得られる。反射防止層２５は、反射抑制機能を有し、単層または多層膜からなっても良い。反射防止層２５が単層膜の場合、例えば、反射防止層２５の屈折率を光素子基板２１の屈折率と反射防止層の外側媒体の屈折率（例えば空隙で屈折率１、または透明樹脂で屈折率１．５など）の積の平方根付近とし、その厚みを光素子の動作波長（発光波長または受光波長）の１／４の光学長（波長／屈折率）に相当する厚さとする。

【0036】

上記の屈折率は、光素子２０の動作（発光または受光）波長における屈折率である。

【0037】

例えば、光素子２０は、光を放出可能である。この光のピーク波長における反射防止層２５の屈折率は、そのピーク波長における光素子基板２１の屈折率よりも低い。このときの反射防止層２５の屈折率は、例えば、１より大きい。

【0038】

例えば、光素子２０が受光素子である場合、光素子２０に入射する光のピーク波長における反射防止層２５の屈折率は、そのピーク波長における光素子基板２１の屈折率よりも低い。このときの反射防止層２５の屈折率は、例えば、１より大きい。

【0039】

後述するように、反射防止層２５は省略されても良い。

【0040】

実施形態において、樹脂部４０は、複数の粒子４１と、樹脂材料部４２と、を含む。樹脂材料部４２は、複数の粒子４１の少なくとも一部の周りに設けられる。複数の粒子４１は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、及び窒化アルミニウムの少なくともいずれかを含む。例えば、高い放熱性が得られる。例えば、高い機械強度が得られる。樹脂材料部４２は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂の少なくともいずれかを含む。

【0041】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態として、上記の半導体装置１１０の製造方法の例について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｇ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。

【0042】

図２（ａ）に示すように、第１構造体ＳＢ１を準備する。例えば、光素子２０となるウェーハ２０Ｗに、第１層２７を固定する。この例では、接着層２８により、ウェーハ２０Ｗに第１層２７が固定される。ウェーハ２０Ｗは、例えば、光素子２０となる基板（例えばシリコン基板）である。ウェーハ２０Ｗから、複数の光素子２０が得られる。第１層２７は、例えば、薄いシリコン層（基板）である。このような積層体を複数の領域に分割することで、複数の第１構造体ＳＢ１が得られる。以下では、複数の第１構造体ＳＢ１の１つについて説明する。

【0043】

図２（ｂ）に示すように、支持体６０に、上記の第１構造体ＳＢ１、及び、電気素子１０を固定する。支持体６０は、例えば、シリコン、ガラス、樹脂基板である。第１構造体ＳＢ１は、光素子２０と、光素子２０に設けられた第１層２７と、を含む。

【0044】

光素子２０において、第２光素子面２０ｂは、支持体６０に対向する。第１光素子面２０ａは、第１層２７（この例では、接着層２８）に対向する。

【0045】

図２（ｃ）に示すように、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０を樹脂材料層４０Ｆで覆う。樹脂材料層４０Ｆは、樹脂部４０となる。

【0046】

図２（ｄ）に示すように、支持体６０を除去する。

【0047】

図２（ｅ）に示すように、支持体６０の除去により露出した、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０に、配線層５０を形成する。

【0048】

図２（ｆ）に示すように、樹脂材料層４０Ｆの一部を除去して、第１層２７を露出させる。この除去は、例えば、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）などの実施を含む。

【0049】

図２（ｇ）に示すように、第１層２７を除去する。このとき、接着層２８も除去する。第１層２７の除去において、例えば、樹脂材料層４０Ｆ（の少なくとも一部）は、残る。これにより、半導体装置１１０が得られる。

【0050】

このように、この例では、樹脂材料層４０Ｆで覆うことは、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０を支持体６０に固定した状態で行われる。そして、樹脂材料層４０Ｆで覆うことの後に、支持体６０を除去する。支持体６０の除去により露出した第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０に配線層５０を形成する。配線層５０の形成の後に、第１層２７の露出が実施される。

【0051】

以下、半導体装置の製造方法の別の例について説明する。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【0052】

図３（ａ）に示すように、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０に配線層５０が設けられる。第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０は、配線層５０と固定される。

【0053】

図３（ｂ）に示すように、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０を樹脂材料層４０Ｆで覆う。

【0054】

図３（ｃ）に示すように、樹脂材料層４０Ｆの一部を除去して、第１層２７を露出させる。

【0055】

図３（ｄ）に示すように、第１層２７を除去する。

【0056】

以下、第１実施形態に係る半導体装置の別の例について説明する。
図４〜図８は、第１実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図４に示すように、半導体装置１１１においては、電気素子１０の少なくとも一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、樹脂部４０と重ならない。半導体装置１１１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０と同様である。

【0057】

図５に示すように、半導体装置１１２においては、光素子２０において、反射防止層２５が設けられていない。半導体装置１１２におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０と同様である。

【0058】

図６に示すように、半導体装置１１３においては、光素子２０において、反射防止層２５が省略されている。半導体装置１１３においては、第１光素子面２０ａは、複数の凹凸２０ｄｐを含む。複数の凹凸２０ｄｐは、光素子２０の発光ピーク波長または受光ピーク波長より短い周期で配列されても良い。複数の凹凸２０ｄｐは、光素子２０の発光ピーク波長または受光ピーク波長に対する回折レンズまたはフレネルレンズであっても良い。半導体装置１１３におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０と同様である。

【0059】

図７に示すように、半導体装置１１４においては、電気素子１０に加えて、別の電気素子１０Ａが設けられている。半導体装置１１４は、レンズ２６をさらに含む。第１方向（Ｚ軸方向）において、レンズ２６と配線層５０との間に、光素子２０が位置する。レンズにより、光Ｌ１の入出効率が向上する。

【0060】

この例では、半導体装置１１４は、第１接続部５５をさらに含む。第１接続部５５は、例えば、他の機器との電気的な接続に用いられる。例えば、配線層５０は、第１接続部５５と電気的に接続された導電層５１を含む。例えば、配線層５０は、第１方向（Ｚ軸方向）において第１接続部５５と光素子２０との間、及び、第１方向において第１接続部５５と電気素子１０との間の少なくともいずれかに位置する。

【0061】

図８に示すように、半導体装置１１５においては、光素子２０は、第１光素子面２０ａに設けられた凹部２０ｈ（例えば孔）を有する。例えば、凹部２０ｈには、光ファイバの端部などが挿入される。低い損失の光接続が得られる。

【0062】

凹部２０ｈの底面は、光素子２０の第２光素子面２０ｂから第１方向（Ｚ軸方向）に５０μｍ以内にある。安定した光接続が得られる。

【0063】

半導体装置１１５の製造方法においては、光素子２０に凹部２０ｈを形成することをさらに実施する。

【0064】

半導体層１１０〜１１５においても、小型化が可能な半導体装置が提供できる。

【0065】

以下、半導体装置の製造方法の別の例について説明する。
図９（ａ）〜（ｆ）、図１０（ａ）〜（ｅ）、及び、図１１（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態に係る半導体装置の別の製造方法を例示する模式的断面図である。

【0066】

図９（ａ）に示すように、光素子２０となるウェーハ２０Ｗを準備する。ウェーハ２０Ｗは、例えば、第１光素子面２０ａ、第２光素子面２０ｂ、及び凹部２０ｈを含む。

【0067】

図９（ｂ）に示すように、ウェーハ２０Ｗに接着層２８を形成する。

【0068】

図９（ｃ）に示すように、接着層２８により、ウェーハ２０Ｗに第１層２７を固定する。

【0069】

図９（ｄ）に示すように、第１層２７の一部を除去しても良い。第１層２７の一部の除去は、例えば、研削により行われる。

【0070】

図９（ｅ）に示すように、ウェーハ２０Ｗに第２接続部５６を形成する。ウェーハ２０Ｗ、接着層２８、第１層２７、及び第２接続部５６を含む積層体が形成される。第２接続部５６の少なくとも一部は、光素子２０に含まれる導電層と電気的に接続される。

【0071】

図９（ｆ）に示すように、上記の積層体を複数の領域に分割することで、複数の第１構造体ＳＢ１が得られる。この例では、第１構造体ＳＢ１は、光素子２０、接着層２８、第１層２７、及び第２接続部５６を含む。

【0072】

図１０（ａ）に示すように、支持体６０を準備する。

【0073】

図１０（ｂ）に示すように、支持体６０に配線層５０を形成する。

【0074】

図１０（ｃ）に示すように、配線層５０が形成された支持体６０に、上記の第１構造体ＳＢ１、電気素子１０、及び別の電気素子１０Ａを固定する。例えば、第２接続部５６が、配線層５０に含まれる導電層の少なくとも一部と電気的に接続されても良い。例えば、第３接続部５７により、電気素子１０に含まれる電極（図示しない）の少なくとも１つが、配線層５０に含まれる導電層の少なくとも一部と電気的に、接続されても良い。

【0075】

図１０（ｄ）に示すように、第１構造体ＳＢ１、電気素子１０、及び別の電気素子１０Ａを樹脂材料層４０Ｆで覆う。樹脂材料層４０Ｆは、樹脂部４０となる。

【0076】

図１０（ｅ）に示すように、支持体６０を除去する。配線層５０が露出する。

【0077】

図１１（ａ）に示すように、樹脂材料層４０Ｆの一部を除去して、第１層２７を露出させる。１つの例において、図１１（ａ）に示すように、第１層２７が露出したときに、樹脂材料層４０Ｆの一部の除去を終了しても良い。別の１つの例において、図１１（ｂ）に示すように、樹脂材料層４０Ｆの一部の除去をさらに進めて、第１層２７も除去し、接着層２８を露出させても良い。

【0078】

図１１（ａ）に示すように、第１層２７が露出したときに樹脂材料層４０Ｆの一部の除去を終了した場合は、図１１（ｃ）に示すように、第１層２７を除去する。

【0079】

図１１（ｄ）に示すように、接着層２８を除去する。

【0080】

図１１（ｅ）に示すように、配線層５０に第１接続部５５を形成する。これにより、半導体装置が得られる。

【0081】

このように、この例では、樹脂材料層４０Ｆで覆うことは、第１構造体ＳＢ１、電気素子１０、及び別の電気素子１０Ａを、配線層５０が形成された支持体６０に固定した状態で行われる。そして、樹脂材料層４０Ｆで覆うことの後に、支持体６０を除去して配線層５０を露出させる。支持体６０の除去の後に、第１層２７の露出が実施される。

【0082】

実施形態に係る半導体装置の製造方法のさらに別の例では、樹脂材料層４０Ｆで覆うことは、第１構造体ＳＢ１及び電気素子１０を配線層５０が形成された支持体６０に固定した状態で、行われる。そして、樹脂材料層４０Ｆで覆うことの後に、第１層２７の露出が実施される。そして、第１層２７の露出の後に、支持体６０を除去して配線層５０の露出が実施される。

【0083】

実施形態によれば、小型化が可能な半導体装置及びその製造方法が提供できる。

【0084】

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

【0085】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる配線層、電気素子、光素子及び樹脂部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0086】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0087】

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0088】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0089】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0090】

１０、１０Ａ…電気素子、 ２０…光素子、 ２０Ｗ…ウェーハ、 ２０ａ…第１光素子面、 ２０ｂ…光素子面、 ２０ｄｐ…凹凸、 ２０ｅ、２０ｆ…第１、第２電極、 ２０ｈ…凹部、 ２１…光素子基板、 ２５…反射防止層、 ２６…レンズ、 ２６Ａ…結晶レンズ、 ２７…第１層、 ２８…接着層、 ４０…樹脂部、 ４０Ｆ…樹脂材料層、 ４０ａ…第１樹脂部面、 ４０ｂ…第２樹脂部面、 ４０ｐ…一部、 ４１…粒子、 ４２…樹脂材料部、 ５０…配線層、 ５１…導電層、 ５２…樹脂層、 ５５…第１接続部、 ５６…第２接続部、 ５７…第３接続部、 ６０…支持体、 ７０…フェルール、 ７１…接着剤、 ８０…光ファイバ、 ８１…ＵＶ樹脂、 ８２…クラッド、 ８３…コア、 ９０…発光部／受光部、 １１０〜１１５…半導体装置、 ＡＡ…矢印、 Ｌ１…光、 ＳＢ１…構造体、 ｄ１、ｄ２…距離、 ｒ１〜ｒ７…第１〜第７部分領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】