CN101682170B - 使用背面紫外线曝光制造激光二极管金属触点结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供制造激光二极管金属触点结构的方法，其中所述方法包括提供紫外线透明半导体衬底、确定布置在蚀刻的外延层边缘之间的脊的紫外线透明半导体外延层，所述外延层安排在紫外线透明半导体衬底上，安排在外延层脊上的紫外线不透明金属层，在不透明金属层和外延层边缘上施加至少一层光刻胶层(正性光刻胶、图像反转光刻胶或负性光刻胶)，通过背面紫外线曝光使光刻胶层区域选择性显影，使用不透明金属层作为光刻用掩膜。

Description

使用背面紫外线曝光制造激光二极管金属触点结构的方法
相关申请的交叉参照
本申请要求享有2007年5月31日提交的美国申请第11/809117号的优先权。
背景技术
本发明一般涉及用于激光二极管的金属触点结构的制造，具体地涉及使用背面紫外线光刻法在激光二极管脊上制造金属触点的方法。
发明内容
发明人已经意识到，在折射率导引激光二极管的制造中，半导体晶片上的图案和掩膜图案之间发生的配准误差会导致电流泄漏，这是脊顶上的p型接触金属与接触窗口之间的不对准的结果。
根据本发明的一个实施方式，提供一种制造能消除配准误差的激光二极管金属触点结构的方法。该方法包括提供紫外线透明半导体衬底、确定配置在蚀刻的外延层边缘之间的脊的紫外线透明半导体外延层，其中，所述外延层配置在紫外线透明半导体衬底上。还在外延层脊上设置紫外线不透明金属接触层。该方法还包括以下步骤：在所述不透明金属接触层和外延层边缘之上施加至少一个正性光刻胶层，和通过背面曝露于紫外线使配置在外延层边缘之上的正性光刻胶层区选择地显影。用背面紫外线曝光，紫外线首先通过紫外线透明半导体衬底的底表面。通过防止配置在不透明金属之上的正性光刻胶层区曝露于紫外线中，不透明金属接触层帮助选择性地显影。该方法还包括以下步骤：除去外延层边缘之上已显影的光刻胶区；在未显影的光刻胶区和外延层边缘之上施涂介电层；除去未显影的光刻胶区和配置在未显影的光刻胶区之上的介电层部分；以及通过在介电层和不透明金属接触层之上施加金属层而形成金属触点结构。
在另一个实施方式中，提供另一种使用图像反转光刻胶层来制造激光二极管金属触点结构的方法。该方法包括在所述不透明金属接触层和外延层边缘之上施加紫外线透明介电层，在该紫外线透明介电层上施加至少一个图像反转光刻胶层，和通过背面曝露于紫外线使配置在外延层边缘之上的图像反转光刻胶层区选择性地显影。该方法还包括通过光刻胶烘烤使外延层边缘之上已显影的光刻胶区稳定，然后通过将图像反转光刻胶层的顶面曝露于紫外线而使配置在不透明金属之上的图像反转光刻胶层区选择性地显影的各个步骤。光刻胶烘烤步骤使外延层边缘之上的光刻胶区失去紫外线感光性。而且，该方法包括除去不透明金属接触层之上已显影的光刻胶区、除去外延层边缘之上的光刻胶区、通过在介电层和不透明金属接触层之上施加金属层而在激光二极管的脊上形成金属触点结构的各个步骤。
根据本发明的又一个实施方式，提供一种使用负性光刻胶制造激光二极管金属触点结构的方法。该方法包括在所述不透明金属接触层和外延层边缘之上施加紫外线透明介电层，在该紫外线透明介电层之上施加至少一个负性光刻胶层，和通过限制外延层边缘上的光刻胶区的背面紫外线曝光及随后的光刻胶烘烤使配置在不透明金属接触层之上的负性光刻胶层区选择性地显影。该方法还包括除去不透明金属接触层上已显影的光刻胶区、除去外延层边缘之上的未显影的光刻胶区、通过在介电层和不透明金属层之上施加金属层而形成激光二极管的触点结构。
鉴于以下的具体说明，结合附图，将更全面地理解本发明的实施方式提供的这些特征和其它特征。
附图简述
当结合随附附图阅读时，能够更好地理解本发明的具体实施方式的以下具体说明。图纸包括：
图1A-1H根据本发明的一个或多个实施方式，说明通过利用正性光刻胶层、结合背面紫外线曝光来制造激光二极管金属触点结构的方法。
图2A-2I根据本发明的一个或多个实施方式，说明通过利用图像反转光刻胶层、结合背面紫外线曝光来制造激光二极管金属触点结构的方法。
图3A-3H根据本发明的一个或多个实施方式，说明通过利用负性光刻胶层、结合背面紫外线曝光来制造激光二极管金属触点结构的方法。
附图中陈述的实施方式本质上是说明性的，无意限制由权利要求书限定的本发明。而且，考虑详细描述，附图的个别特征和本发明将更清楚、更好全面地理解。
具体描述
本发明涉及通过利用形成于紫外线透明晶片之上的紫外线不透明金属触点之上的光子敏感光刻胶层来制造激光二极管上的金属触点结构的方法。
如本文中使用的，“晶片”指紫外线透明半导体衬底1、外延层2，还可以包括本领域的普通技术人员熟悉的其它合适的层。再如本文中使用的，“在...之上”指一个层被施加在另一个层上，但不必直接在另一个层上。在本发明中，设想加入中间层，例如包覆层。而且，术语“在...之上”不要求该层覆盖整个表面，可能仅仅包括部分覆盖。从晶片的背面使光刻胶层曝光，以便光刻胶图案能准确地遵循不透明金属的图案，不透明金属被用作光刻用掩膜。虽然本申请集中于用于将光子传递给光刻胶层的紫外线作为光源，但是也考虑红外线、微波和其它合适的光源将是紫外线可行的替代物。本发明的各种实施方式的方法能够用于制造透明衬底(例如III-N衬底)上的窄脊形激光器金属触点结构，同时消除配准误差。而且，本发明的各种实施方式的方法可以用于在边缘宽度小于约2μm的窄脊上制造激光二极管接触金属层，但是本发明的概念适用于制造各种更大和更小尺寸的不透明层。
参考图1A-1H的正性光刻胶实施方式，提供紫外线透明半导体衬底1，在其上形成至少一个紫外线透明外延层2。例如(但不是通过限制的方式)，紫外线透明半导体衬底1可以包含蓝宝石、氮化镓、氮化铝、碳化硅或它们的组合，紫外线透明的外延层2可以包含AlGaInN合金。也考虑其它合适的紫外线透明组合物用于衬底1和/或外延层2。如图1A(以及图2A和3A)中所示，紫外线不透明金属层3被沉积在外延层2上。紫外线不透明金属层3可以包含任何不透明金属，例如Pd、Pt、Au、Ni或它们的组合，除了金属以外，其它不透明组合物，诸如不透明陶瓷或聚合物也被认为是可行的。根据所用的金属材料，不透明金属层3可以包括各种厚度。在一些示例性的实施方式中，不透明金属3可以包含Pd、Pt、Au或Ni，厚度分别为50nm、100nm、250nm或100nm。
沉积不透明金属3之后，可以进行蚀刻步骤以便形成上部脊和经蚀刻的边缘，如图1B(以及图2B和3B)中所示。如本文中使用的，“边缘”是外延层2中被蚀刻的切除区，而“脊”是外延层2的未被蚀刻区的上表面。蚀刻可以包括湿蚀刻或干蚀刻(例如活性离子束蚀刻、化学辅助离子束蚀刻或诱导耦合等离子蚀刻)。如图1B的实施方式中所示，不透明金属层3可以被配置在脊上。形成图1B中的脊后，在外延层2边缘和不透明金属层3的顶部施加(例如通过旋涂)正性光刻胶4，如图1C中所示。曝露于紫外线中的光刻胶部分变得能溶解于光刻胶显影剂，未曝光的光刻胶部分不溶于光刻胶显影剂。合适的正性光刻胶材料的一个例子是由AZ电子材料公司生产的
Figure G2008800176853D00041
4210正性光刻胶材料。
图1D描绘经历背面曝光光刻的正性光刻胶层4。在该方法中，紫外线穿过紫外线透明衬底1的底表面、紫外线透明外延层2，然后进入光刻胶层4。不透明金属层3用作光刻掩膜，它防止不透明金属层3之上的正性光刻胶4区接受光子能量。结果，不透明金属层3之上的正性光刻胶4区不能被显影。然而，外延层2之上的正性光刻胶4区通过曝露于紫外线而接受光子能量，因此被显影。如本文中使用的，“显影”指使得光刻胶部分能够溶解于光刻胶显影剂，而“未显影”指光刻胶部分不溶于光刻胶显影剂。
参考图1E，正性光刻胶层4的显影区通过加入显影液而被除去。已显影的光刻胶区溶解在显影液中，然后被冲走，而未显影的区不溶于显影液。因此，显影液必需能够溶解已显影的区而不能溶解未显影的区。合适的正性光刻胶显影剂的例子是AZ400K和AZ421K显影剂，由AZ电子材料公司生产。参考图1E，在通过显影液除去已显影的光刻胶区后，只有不透明金属3上的未显影的光刻胶4区仍然存在。
随后，如图1F的实施方式中所示，可以在留存的光刻胶4和外延层2之上施加介电层5，例如紫外线透明的SiO2或Si3N4。可以通过各种常规的或有待开发的方法来施加介电层5。例如(不是通过限制的方式)，通过气相沉积法或通过溅射成钝化层来施加介电层5。参考图1G，留存的光刻胶4区和其上的介电层5可以使用光刻胶剥膜液除去。光刻胶剥膜剂是一种溶剂，它能溶解未显影的光刻胶区，而且可以除去任何留存的已显影的光刻胶材料或有机残留物。合适的光刻胶剥膜剂组合物可以包括各种有机溶剂和无机溶剂，诸如丙酮或由AZ电子材料公司生产的AZ400T。当未显影的光刻胶区溶解时，光刻胶区之上的介电层5可以被除去。该除去过程有时可以称为“卸下”。
参考图1G，不透明金属层3现在显露出来。如图1H中所示，然后可以在不透明金属层3和介电层5之上施加顶部金属层6，以便完成激光二极管脊上的金属触点结构的制造。顶部金属层6可以包括钛、金、钯、铂、镍和它们的组合。
参考图2A-2I，可以使用图像反转光刻胶14制造脊形激光二极管。如图2B中所示形成脊和蚀刻的边缘后，可以通过气相沉积法或溅射法沉积介电层5，例如SiO2或Si3N4，如图2C中所示。参考图2D，将一层图像反转光刻胶14旋涂在介电层5上。图像反转光刻胶14可以包括各种材料，例如由AZ电子材料公司销售的AZ5214E和AZ5218E。
参考图2E，实施背面曝光光刻。外延层2边缘之上的图像反转光刻胶14区接受光子能量并被稳定化。随后，该方法使用光刻胶烘烤步骤，这使外延层2边缘之上的紫外线曝光的光刻胶区失去光子感应力，并且使该区域稳定。在烘烤步骤后，从顶表面使光刻胶层14曝露于紫外线中，如图2F中所示。因为烘烤步骤使外延层2边缘之上的光刻胶区失去光子感应力，仅仅不透明金属3之上的光刻胶14区由于紫外线曝光而被显影。至此，不透明金属3之上的已显影的光刻胶14区被溶解在显影液中并且被除去，因此，在不透明金属上打开了一扇窗，如图2G中所示。显影液可以包括由AZ电子材料公司生产的AZ400K、AZ 351B，以及其它合适的常规的或有待发现的显影剂。
参考图2H，可以进行蚀刻步骤以便除去不透明金属3之上的介电层。外延层2边缘之上的留存光刻胶14区通过加入如上所述的光刻胶剥膜剂被除去。参考图2I，在不透明金属3和介电层5之上沉积金属层6，以便完成激光二极管金属触点结构的制造。
参考图3A-3H，提供一种使用负性光刻胶层制造金属触点结构的方法。如图3B中所示，在外延层2中形成脊和经蚀刻的边缘后，沉积介电层5，如图3C中所示。然后，如图3D中所示，通过旋涂施加一层负性光刻胶24。负性抗蚀剂是一种光刻胶，其中曝露于紫外线中的光刻胶部分变得不溶于光刻胶显影剂，而未曝光的光刻胶部分被光刻胶显影剂溶解。合适的负性光刻胶可以包括但不限于由Futurrex公司(Futurrex Inc)生产的Futurrex NR7-1000P负性光刻胶。参考图5E，随后实施背面曝光光刻。外延层2边缘之上的负性光刻胶24区曝露于紫外线中并且不显影，而不透明金属3之上的光刻胶24区不曝露于紫外线中并且被显影。在另一个实施方式中，该方法可以使用光刻胶烘烤步骤，以便稳定外延层2边缘之上的紫外线曝光的光刻胶区。然后，在显影液的存在下溶解不透明金属上的已显影的光刻胶24区。用于负性光刻胶24的显影液可以包括由Futurrex公司生产的Futurrex RD6，以及其它合适的常规的或有待发现的显影剂。图3F显示，在除去显影的光刻胶24区后，不透明金属3上开了一个窗口。在图2G中，进行蚀刻步骤以便除去不透明金属3之上的介电层5。最后，除去外延层2边缘之上的光刻胶24(例如通过光刻胶剥膜剂)，沉积另一层厚金属层6以便完成金属触点结构的制造，如图3H中所示。
我们已经具体描述了本发明并参考其具体实施方式，这一点将很清楚，在不脱离所附权利要求书定义的本发明的范围的情况下，作出修改和变化是可能的。更具体地，虽然本发明的一些方面在本文中被认为是优选的或特别有利的，但是，考虑本发明不必局限于本发明的这些优选的方面。

Claims (6)

1.一种制造激光二极管金属触点结构的方法，该方法包括：
提供紫外线透明半导体衬底、确定配置在经蚀刻的外延层边缘之间的脊的紫外线透明半导体外延层、配置在所述外延层脊之上的紫外线不透明金属层，所述外延层配置在紫外线透明半导体衬底上；
在所述不透明金属层和外延层边缘之上施加至少一个正性光刻胶层；
通过背面曝露于紫外线使配置在所述外延层边缘之上的正性光刻胶层区选择性地显影，所述紫外线首先被递送通过所述紫外线透明半导体衬底的底表面，其中，所述不透明金属层防止配置在所述不透明金属之上的正性光刻胶层区曝露于紫外线中；
除去所述外延层边缘之上已显影的光刻胶区；
在未显影的光刻胶区和外延层边缘之上施加介电层；
除去未显影的光刻胶区和配置在该未显影的光刻胶区之上的介电层部分；和
通过在所述介电层和不透明金属层之上施加金属层来形成激光二极管的金属触点结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述边缘通过活性离子束蚀刻、化学辅助离子束蚀刻、诱导耦合等离子蚀刻或它们的组合进行蚀刻；所述已显影的光刻胶区通过溶解在光刻胶显影液中来除去，未显影的光刻胶区通过溶解在光刻胶剥膜液中来除去。
3.一种制造激光二极管金属触点结构的方法，该方法包括：
提供紫外线透明半导体衬底、确定配置在经蚀刻的外延层边缘之间的脊的紫外线透明半导体外延层、配置在外延层脊上的紫外线不透明金属层，所述外延层配置在紫外线透明半导体衬底之上；
在不透明金属层和外延层边缘之上施加紫外线透明介电层；
在紫外线透明介电层之上施加至少一层图像反转光刻胶层；
通过背面曝露于紫外线使配置在外延层边缘之上的图像反转光刻胶层区选择性地显影，所述紫外线首先被递送通过紫外线透明半导体衬底的底表面，
其中，所述不透明金属层防止配置在不透明金属之上的图像反转光刻胶区曝露于紫外线中；
通过光刻胶烘烤稳定外延层边缘之上显影的光刻胶区；
通过使图像反转光刻胶层的顶面曝露于紫外线中使配置在不透明金属之上的图像反转光刻胶层区选择性地显影，其中，所述光刻胶烘烤步骤使外延层边缘之上的光刻胶区失去紫外线感应力；
除去不透明金属层之上已显影的光刻胶区；
蚀刻不透明金属层之上的介电层部分；
除去外延层边缘之上的光刻胶区；和
通过在所述介电层和不透明金属层之上施加金属层来形成激光二极管的金属触点结构。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述边缘通过活性离子束蚀刻、化学辅助离子束蚀刻、诱导耦合等离子蚀刻或它们的组合进行蚀刻；不透明金属之上的已显影的光刻胶区通过溶解在光刻胶显影液中来除去，外延层边缘之上的光刻胶区通过溶解在光刻胶剥膜液中来除去。
5.一种制造激光二极管金属触点结构的方法，该方法包括：
提供紫外线透明半导体衬底、确定配置在经蚀刻的外延层边缘之间的脊的紫外线透明半导体外延层、配置在外延层脊之上的紫外线不透明金属层，所述外延层配置在紫外线透明半导体衬底之上；
在所述不透明金属层和外延层边缘之上施加紫外线透明介电层；
在所述紫外线透明介电层上施加至少一层负性光刻胶层；
通过限制所述外延层边缘之上的光刻胶区背面曝露于紫外线中使配置在所述不透明金属层之上的负性光刻胶层区选择性地显影，所述紫外线首先被递送通过所述紫外线透明半导体衬底的底表面，其中，所述不透明金属层防止配置在不透明金属之上的负性光刻胶层区曝露于紫外线中；
除去所述不透明金属层之上已显影的光刻胶区；
蚀刻不透明金属层之上的介电层部分；
除去所述外延层边缘之上的稳定化的光刻胶区；和
通过在所述介电层和不透明金属层之上施加金属层来形成激光二极管脊上的金属触点结构。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述边缘通过活性离子束蚀刻、化学辅助离子束蚀刻、诱导耦合等离子蚀刻或它们的组合进行蚀刻；所述已显影的光刻胶区通过溶解在光刻胶显影液中来除去，未显影的光刻胶区通过溶解在光刻胶剥膜液中来除去。
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