CN1729600B - 具有自对准半导体平台和接触层的半导体器件和相关器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件的制造方法，可包括在衬底上形成半导体结构，该半导体结构具有平台侧壁和与衬底相对的平台表面。可在平台表面上形成接触层，其中接触层具有侧壁和与平台表面相对的接触表面，且其中接触层基本上延伸在整个平台表面上。可在平台侧壁上和毗邻平台表面的接触层侧壁的部分上形成钝化层，且该钝化层可基本上暴露接触层的整个接触表面。

Description

具有自对准半导体平台和接触层的半导体器件和相关器件的制造方法
相关申请
本申请主张下列申请的权益：2002年12月20日提出申请且标题为“Laser Diode With Self-Aligned Index Guide And Via”的美国临时申请No.60/435,213；2002年12月20日提出申请且标题为“Laser Diode With Surface Depressed Ridge Waveguide”的美国临时申请No.60/434,914；2002年12月20日提出申请且标题为“Laser Diode With Etched Mesa Structure”的美国临时申请No.60/434,999；以及2002年12月20日提出申请且标题为“LaserDiode With Metal Current Spreading Layer”的美国临时申请No.60/435,211。据此，这些临时申请的公开在此一并引用作为参考.
本申请还涉及以下申请：与本申请同时提出申请且标题为“Methods Of Forming Semiconductor Mesa Structures IncludingSelf-Aligned Contact Layers And Related Devices”的美国申请No._ _ _(代理人案号No.5308-280)、与本申请同时提出申请且标题为“Methods Of Forming Semiconductor Devices Including MesaStructures And Multiple Passivation Layers And RelatedDevices”的美国申请No._ _ _(代理人案号No.5308-282)、以及与本申请同时提出申请且标题为“Methods Of Forming ElectronicDevices Including Semiconductor Mesa Structures AndConductivity Junctions And Related Devices”的美国申请No._ _ _(代理人案号No.5308-283)。这些美国申请的公开在此一并引用作为参考。
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及电子半导体器件和相关结构的形成方法。
背景技术
激光器是由光子受激发射产生相干单色光束的器件。光子的受激发射也会产生光增益，这使激光器产生高光能的光束.许多材料能够产生激射效应，如某些高纯度晶体(常见的例子为红宝石)、半导体、某些类型的玻璃、特定气体如二氧化碳、氦气、氩气和氖气以及某些等离子体。
最近，由半导体材料制造的激光器获得进展，从而具有尺寸更小、成本更低、以及通常和半导体器件相关的其它优点。在半导体领域中，光子起主要作用的器件称为“光子”或“光电子”器件.依此，光子器件可包括发光二极管(LED)、光电探测器、光伏器件和半导体激光器。
半导体激光器和其它激光器相类似是因为发射的辐射具有空间和时间相干性.如前所述，激光辐射具有高度单色性(即带宽窄)，且其产生高度方向性的光束。然而，半导体激光器在许多方面不同于其它激光器。例如，在半导体激光器中，量子跃迁与材料的能带特性有关；半导体激光器可以具有很紧凑的尺寸，可能具有很窄的有源区和较大的激光束发散；结介质会强烈影响半导体激光器的特性；对于P-N结激光器，通过二极管本身的正向电流注入产生激射行为.总体上说，半导体激光器可提供通过调整直接流经该器件电流进行控制的非常有效系统。此外，由于半导体激光器具有很短的光子寿命，其可用于产生高频调制。依此，这种紧凑尺寸和高频调制的性能使半导体激光器成为光纤通信的重要光源。
广义上说，半导体激光器的结构应该提供光学限制以产生可以出现光放大的共振腔，并提供电学限制以产生导致发生受激发射的高电流密度。此外，为了产生激射效应(辐射的受激发射)，该半导体应该是直接带隙材料而不是间接带隙材料.熟悉半导体特性的都知道，直接带隙材料是这样一种材料：电子从价带到导带的跃迁并不要求改变电子的晶体动量。砷化镓和氮化镓为直接带隙半导体的例子。在间接带隙半导体中存在另一种情况，即电子在价带和导带之间的跃迁要求改变晶体动量.硅和碳化硅为这种间接半导体的例子.
Sze在Physics of Semiconductor Devices的第二版(1981年)704-742页给出了半导体激光器理论、结构和工作的实用解释，包括光学和电学限制以及镜面反射。这些页在此一并引用作为参考.
熟悉诸如LED和激光器的光子器件的知道，由特定半导体材料产生的电磁辐射(即光子)的频率是该材料带隙的函数.窄带隙产生能量低、波长长的光子，而宽带隙材料产生能量高、波长短的光子。例如，磷化铝铟镓(AlInGaP)就是一种通常用于激光器的半导体.由于该材料的带隙(实际上为取决于各个出现的元素的摩尔数或原子百分比的带隙范围)，AlInGaP产生的光限于可见光谱的红光波段，即约600至700纳米(nm)。为了产生波长位于光谱的蓝色或紫外波段的光子，可使用带隙相对大的半导体材料.诸如氮化镓(GaN)，三元合金氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)和氮化铝铟(AlInN)，以及四元合金氮化铝镓铟(AlInGaN)的III族氮化物材料，由于其相对宽的带隙(室温下GaN带隙为3.36eV)而成为蓝光和紫外激光器有吸引力的候选材料.相应地，已经证实了发射光范围在370至420nm的III族氮化物基激光二极管.
多个共同转让的专利和待审批的专利同样在申请讨论光电子器件的设计和制造。例如，美国专利No.6,459,100、6,373,077、6,201,262、6,187,606、5,912,477和5,416,342描述了各种氮化镓基光电子器件的方法和结构.美国专利No.5,838,706描述了低应变氮化物激光二极管结构。已公开的美国申请No.20020093020和20020022290描述了氮化物基光电子器件的外延结构.下述申请中：已公开美国申请No.20020123164、标题为“Flip Chip Bonding ofLight Emitting Devices and Light Emitting Devices Suitable forFlip-Chip Bonding”的已公开美国申请No.030045015、标题为“Bonding of Light Emitting Diodes Having Shaped Substratesand Collets for Bonding of Light Emitting Diodes Having ShapedSubstrates”的已公开美国申请No.20030042507以及标题为“LightEmitting Diodes Including Modifications for Submount Bondingand Manufacturing Methods Therefor”的已公开美国申请No.20030015721，描述了各种金属接触结构和键合方法，包含倒装焊键合方法。美国专利No.6,475,889中描述了干法刻蚀方法。标题为“Robust Group III Light Emitting Diode for High Reliabilityin Standard Packaging Applications”的美国申请序号No.08/920,409中描述了氮化物光电子器件的钝化方法.标题为“Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures witha Quantum Well and Superlattice，Group III Nitride BasedQuantum Well Structures and Group III Nitride BasedSuperlattice Structures”的已公开的美国专利申请No.20030006418和标题为“Ultraviolet Light Emitting Diode”的已公开美国专利申请No.20030020061中描述了适用于氮化物激光二极管的有源层结构.所有前述专利、专利申请和已公开的专利申请在此一并引用作为参考，如同在此阐述了其全文一样。
然而，传统半导体激光器器件的脆弱部分在于制造与/或随后封装期间易遭受损坏。而且，传统半导体激光器器件的电学脆弱部分可能导致漏电、短路、与/或激射阈值的增加。
发明内容
根据本发明的实施例，半导体器件的制造方法包括：在衬底上形成半导体层、与衬底相对地在半导体层上形成导电层、以及与半导体层相对地在导电层上形成掩膜(mask)。通过掩膜暴露的导电层和半导体层的部分可以被选择性地除去，但保留掩膜以定义半导体平台，该平台具有位于掩膜和衬底之间的平台侧壁以及与衬底相对的平台表面，并且限定位于半导体平台和掩膜之间的平台表面上的接触层。可以在掩膜上和平台侧壁上形成钝化层，且可以除去该掩膜和掩膜上的钝化层的部分。更为特别地，接触层可提供与半导体平台的欧姆接触。
选择性地除去金属层的部分时，导电层的副产物会再次沉积在掩膜的侧壁上。因此，当导电层被除去后，掩膜的有效宽度增加。此外，平台可设计成这样：为半导体结构内的发光器件提供光学限制或电流限制中的至少一个。甚至，平台侧壁可以不被导电接触层覆盖.
该半导体层可以为诸如III族氮化物半导体材料的III-V族半导体材料，且形成该半导体层包括形成外延半导体层。此外，半导体层可包括第一导电类型(例如N型)的第一层和与衬底相对的第一层上的第二导电类型(例如P型)的第二层.更为特别地，除去半导体层的部分可包括，除去第二导电类型的第二层的部分而不除去第一导电类型的第一层的部分。或者，除去半导体层的部分可包括除去第一层的部分和第二层的部分。此外，半导体层可包括位于第一层和第二层之间的有源层.
平台内所包括的半导体层的部分的厚度约为0.1至5微米或更大，且更为特别地，平台内所包括的半导体层的部分的厚度约小于2.5微米。此外，在与接触层的界面处，平台表面的宽度约为1至3微米或更大。
除去掩膜和其上的钝化层的部分之后，根据本发明实施例的方法，还包括在平台表面上和接触层周围的钝化层的部分上形成导电覆盖层。导电覆盖层可包括诸如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)与/或钯(Pd)层的金属层.钝化层可包括诸如氮化硅、氧化硅与/或氧化铝层的绝缘层.此外，钝化层的形成可通过使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、溅射、与/或电子束蒸发进行沉积。
接触层可包括向内倾斜的侧壁和与平台表面相对的接触表面，其中钝化层延伸到接触层的向内倾斜的侧壁上，且其中接触层的接触表面不被钝化层覆盖.此外，毗邻接触表面的向内倾斜的侧壁的部分可不被钝化层覆盖.半导体平台的侧壁可具有相对于衬底的第一斜率(slope)，且接触层的侧壁可具有相对于衬底的第二斜率，且第一斜率大于第二斜率。此外，选择性地除去半导体层和导电层的部分包括，干法刻蚀半导体层和导电层的部分.
根据本发明的另外的实施例，半导体器件的制造方法可包括：在衬底上形成半导体结构，其中该半导体结构具有平台侧壁和与衬底相对的平台表面。在平台表面上形成接触层，其中该接触层具有侧壁和与平台表面相对的接触表面，且接触层基本上在整个平台表面上延伸。在平台侧壁上和毗邻平台表面的接触层侧壁的部分上形成钝化层，且该钝化层基本上暴露接触层的整个接触表面。
该半导体结构可包含诸如III族氮化物半导体材料的III-V族半导体材料。此外，该半导体结构可包括第一导电类型(例如N型)的第一层和与衬底相对的第一层上的第二导电类型(例如P型)的第二层。平台侧壁可暴露第二导电类型的第二层的部分，而不暴露第一导电类型的第一层的部分。或者，平台侧壁可暴露第一导电类型的第一层的部分和第二导电类型的第二层的部分。半导体结构也可包括位于第一层和第二层之间的有源层。
平台内所包括的半导体结构的部分的厚度约为0.1至5微米，且更为特别地，平台内所包括的半导体结构的部分的厚度约小于2.5微米。此外，半导体结构的平台表面的宽度约为1至3微米。
根据本发明实施例的方法包括，在接触层的暴露部分上和接触层周围的钝化层的部分上形成导电覆盖层.导电覆盖层可包括诸如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)与/或钯(Pd)层的金属层。钝化层包括诸如氮化硅、氧化硅与/或氧化铝层的绝缘层.此外，形成钝化层可包括使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、溅射、与/或电子束蒸发进行沉积.
接触层侧壁可向内倾斜，且钝化层延伸到与平台表面相对的接触层的向内倾斜的侧壁上.此外或可供选择地，半导体结构的平台侧壁可具有相对于衬底的第一斜率，且接触层侧壁可具有相对于衬底的第二斜率，其中第二斜率小于第一斜率.
在形成钝化层之前，在接触层上保留与半导体衬底相对的掩膜，且形成钝化层包括在掩膜上形成钝化层.在形成钝化层之后，除去掩膜以及掩模上的钝化层的部分.因此，无需采用掩蔽操作以形成穿过钝化层的通孔，即可保持接触层的接触表面没有钝化层.此外，形成半导体结构和形成接触层可包括：在衬底上形成半导体层、在半导体层上形成导电层、以及与半导体层相对地在导电层上形成掩膜.随后，可以除去被掩膜暴露的半导体层和导电层的部分以形成接触层和该半导体结构。钝化层也可暴露毗邻接触表面的接触层侧壁的部分.
依然根据本发明的另外的实施例，半导体器件包括衬底和衬底上的半导体结构，该半导体结构具有平台侧壁和与衬底相对的平台表面。平台表面上的接触层具有侧壁和与平台表面相对的接触表面，且接触层基本上在整个平台表面上延伸.钝化层位于平台侧壁上和毗邻平台表面的接触层侧壁的部分上，且钝化层基本上暴露接触层的整个接触表面.
该半导体结构可包含诸如III族氮化物半导体材料的III-V族半导体材料。该半导体结构可包括第一导电类型(例如N型)的第一层和位于与衬底相对的第一层上的第二导电类型(例如P型)的第二层。此外，平台侧壁暴露第二导电类型的第二层的部分，而不暴露第一导电类型的第一层的部分.或者，平台侧壁可暴露第一导电类型的第一层的部分和第二导电类型的第二层的部分.该半导体结构也可包括位于第一层和第二层之间的有源层.
平台内所包括的半导体结构的部分的厚度约为0.1至5微米，且更为特别地，平台内所包括的半导体结构的部分的厚度约小于2.5微米。该半导体结构的平台表面的宽度约为1至3微米。
该半导体器件也包括位于接触层的暴露部分上和接触层周围的钝化层的部分上的导电覆盖层.该导电覆盖层可包括诸如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)与/或钯(Pd)层的金属层.钝化层可包括诸如氮化硅、氧化硅与/或氧化铝层的绝缘层.
接触层侧壁可向内倾斜，且钝化层可延伸到与平台表面相对的接触层的向内倾斜的侧壁上.此外，钝化层可暴露毗邻接触表面的接触层侧壁的部分.此外，该半导体结构的平台侧壁具有相对于衬底的第一斜率，且接触层侧壁可具有相对于衬底的第二斜率，其中第二斜率小于第一斜率.
附图说明
图1示出了半导体激光器的平台结构的横截面图.
图2示出了根据本发明实施例的半导体激光器结构的横截面图.
图3A-3F示出了根据本发明实施例的半导体激光器结构的形成步骤的横截面图.
图4示出了根据本发明实施例的半导体激光器结构横截面的扫描电子显微镜显微图。
图5示出了根据本发明实施例的半导体器件结构的横截面图.
图6A-6D示出了根据本发明实施例的半导体器件结构的形成步骤的横截面图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的具体实施例。然而，本发明实施例可具有不同的形式，不应该被推定为限于这里所提出的实施例.更为确切的是，提供这些实施例，目的是使本公开变得彻底和全面，并向本领域的专业人员完整地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，放大了各层和区域的厚度.也将会了解到，当一层被称为在另一层或衬底“之上”时，该层可以直接在其它层或衬底上，也可以有中间层.也将会了解到，当一个元件被称为与另一个元件“耦合”或“连接”时，该元件可以直接耦合或连接到其它元件，或者也可以存在中间元件。相同数字始终表示相同元件。此外，这里使用诸如“垂直”和“水平”的有关术语以描述如图所示的相对于衬底或基层的关系.也将会了解到，使用这些术语以包括除图中所描述的方向之外的器件的不同方向.
通过掺入诸如镁的P型杂质(掺杂剂)，III族氮化物材料可以形成为P型。然而，P型氮化物半导体材料具有相对低的载流子激活率和相对低的载流子迁移率。因此，P型氮化物半导体材料具有电阻率相对高的特征。由于激光二极管要求相对高的电流密度以提供激射条件，因此，对P型氮化物材料，其欧姆接触覆盖尽可能多的表面积是有益的。
图1示出了向P型III族氮化物基激光二极管提供欧姆接触的结构的横截面图。如图1所示，激光器结构210包括衬底212，在衬底212上形成包含一种或多种III族氮化物材料的外延半导体结构214.该外延半导体结构214可包括N型层215、P型层217、和位于N型层与P型层之间的有源层216.有源层216可包括许多不同结构与/或层与/或其组合的任意一种，所述不同结构与/或层有例如单量子阱或多量子阱、双异质结构、与/或超晶格。有源层216也包括有利于器件产生激射效应的光限制或电流限制层。
出于光学和电流限制的目的，外延结构214的部分可以被图形化成平台结构220.钝化层218可保护并绝缘P型层217的暴露表面.钝化层218可为诸如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、与/或其组合的绝缘材料层。
激光器结构210包括P型层217上的第一欧姆接触层226和与外延半导体结构214相对的衬底212上的第二欧姆接触层227。在钝化层218上和第一欧姆接触层226上可设有金属覆盖层224以提供器件210与外部电路互连的导电路径。金属覆盖层224也可为器件210提供光学限制。
尽管第二欧姆接触227图示在衬底212上，但欧姆接触227可设在N型层215上.在图1所示的器件中，衬底212可包括诸如N型碳化硅的导电材料以提供“垂直”器件，“垂直”器件具有在第一欧姆接触226和第二欧姆接触227之间穿过外延半导体结构214和衬底212的“垂直”电流路径。换而言之，器件的阳极和阴极分别位于衬底212的相对侧。例如：在“水平”器件中，可将第二欧姆接触置于N型层215的暴露部分上，以便两个欧姆接触可位于衬底的同一侧.
如图1所示，在通路222内能形成P型层217上的欧姆接触226，该通路被开通穿过钝化层218以暴露平台220的表面220A的部分.更为具体地，可以这样制造平台220：形成外延半导体层、在外延半导体层上形成光致抗蚀剂层、(例如，使用众所周知的光刻方法)图形化光致抗蚀剂层以暴露部分半导体层、并刻蚀外延半导体层的暴露部分以形成平台220.随后，在包括平台220的外延半导体结构214上覆盖钝化层218，并在钝化层上形成和图形化(使用光刻)第二图形化的光致抗蚀剂层以暴露通路将要形成处的钝化层的部分.接着刻蚀钝化层的暴露部分以形成暴露平台表面220A的部分的通路222.
随后在通路222暴露的平台表面220A的部分上沉积诸如镍、钛、铂、钯与/或其组合的金属层。然而，由于前述两个光刻步骤的容差极限，通路222难以对准平台表面220A.因此，通路222需要图形化成明显窄于平台表面220A，使得钝化层218可扩展到平台表面220A的相当大的部分上且使得欧姆接触226不接触平台表面220A的相当大的部分。因此，从欧姆接触226流到平台表面220A的电流在平台上分布不均衡，且器件的性能会降低。
如图1所示，钝化层218可覆盖平台220的角211.角211为结构的电学脆弱区域，因此钝化层可对其提供保护.更为特别地，当沉积金属覆盖层224时，保护平台角211是理想的.如果沉积金属覆盖层224时不保护所述角，来自覆盖层的金属会向下迁移到平台220侧壁，引起电流泄漏、电学短路、与/或激射阈值电压的增加.在平台220A的角211上提供钝化层218也可保护平台侧壁免受诸如高湿度的环境条件的影响.
在图2中示出了根据本发明实施例的激光二极管结构。如图2所示，激光二极管结构30包括衬底12和外延半导体结构14，所述外延半导体结构14包括诸如III-V族半导体材料、尤其是诸如III族氮化物半导体材料的半导体材料。外延半导体结构14包括N型层15和P型层17.外延半导体结构14也包括位于N型层和P型层之间的有源层16。
衬底12包括诸如具有例如2H、4H、6H、8H、15R、与/或3C的多型的N-型碳化硅；蓝宝石；氮化镓；与/或氮化铝的材料。通过提供导电衬底，可提供“垂直”器件，这样可提供穿过外延半导体结构14和衬底12的电流路径。如图2所示，在位于衬底12的相对侧上的欧姆接触层36和27之间提供“垂直”电流路径.或者，可提供两个接触都位于衬底的同一侧上的“水平”器件.这种情况下衬底可以是绝缘的、半绝缘的、或者导电的.
有源层16包括多个不同的结构与/或层与/或其组合.例如，有源层16包括单量子阱或多量子阱、双异质结构、与/或超晶格.有源层16也包括有利于器件产生激射效应的光与/或电流限制层.
例如，外延半导体结构14的部分可图形化成例如半导体平台20，以提供光学与/或电流限制.如图2所示，P型层17的一部分可包括在平台20内，而平台20内不包括N型层15的任何部分.或者，部分或全部有源层16与/或N型层15可包括在平台20内.(例如，由用于形成平台的刻蚀深度决定的)平台20的厚度可以约为0.1至5微米。更为具体地，平台的厚度可小于约2.5微米.平台表面20A的宽度(从图3的横截面图中可看到)可以约为1至3微米，且平台的长度(垂直于图2的截面)可以大得多。
如图2所示，可在平台表面20A上形成欧姆接触36，且与平台20相对地在衬底12上形成欧姆接触27.如图2进一步所示，欧姆接触36基本上直接接触平台表面20A的整个宽度。
钝化层34可保护和绝缘P型层17的暴露表面，且钝化层34可以是诸如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、与/或其组合的绝缘材料的层.此外，可使用诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、与/或电子束蒸发的沉积方法形成钝化层。如图所示，钝化层34可扩展到平台表面20A的外围部分上，从而覆盖平台表面20A和平台侧壁相遇的平台20的潜在脆弱的角部分.钝化层34可以也覆盖欧姆接触层36的倾斜侧壁的部分.金属覆盖层24包括诸如镍、金、铂、钛、钼、钽、钯、与/或其组合的金属的层。如图所示，金属覆盖层24可接触欧姆接触层36，这样激光二极管和外部器件的电连接变得很容易。例如，欧姆接触层可提供用于电连接其它器件的导线与/或其它键合的表面。
图3A-3F的横截面图示出了根据本发明实施例的激光二极管的制造方法。如图3A所示，激光二极管的前体结构包括包含N型层15和P型层17′的外延半导体结构14′。外延半导体层也可包括位于N型层和P型层之间的有源层16。此外，金属层42′可包括金属堆叠层，该金属堆叠层提供与衬底12相对的外延半导体结构14′的欧姆接触.除了提供与外延半导体结构14′的欧姆接触之外，金属层42′的金属叠层还可包括诸如阻挡与/或键合层的其它层，如在已公开的美国专利申请No.20030045015(序列号No.10/185,252)和已公开的美国专利申请No.20030042507(序列号No.10/185,350)中所述.这些专利申请的公开在此全部引用作为参考.在金属层42′上提供掩膜44以暴露金属层42′和外延半导体结构14′的部分.例如，掩膜44可以是使用光刻技术进行图形化的光致抗蚀剂掩膜.或者，掩膜44可以是另外的材料层，该层可以抵抗用于刻蚀金属层42′和外延半导体结构14′的刻蚀化学物质。
如图3B所示，例如可使用干法刻蚀，选择性地除去被掩膜44暴露的金属层42′和外延半导体结构14′的部分，以提供欧姆接触层42和包括部分P型层17的平台20.尽管平台20图示成只暴露部分P型层17，但外延半导体结构14′的暴露部分可以被清除至更大的深度，使得整个P型层17包括在平台内，使得全部或部分有源层16包含在平台内，并且/或者使得全部或部分N型层15包括在平台内.例如，可向下清除金属层42′和外延半导体结构14′的暴露部分直至衬底12。
可使用诸如反应离子刻蚀(RIE)、电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀、与/或感应耦合等离子体(ICP)刻蚀的干法刻蚀除去金属层42′和外延半导体结构14′的暴露部分。更为具体地，可以使用在含有氯气(Cl2)刻蚀剂的氩气(Ar)环境中的干法刻蚀金属层和外延半导体层。例如，RIE反应室压力范围约为5至50mTorr，且射频功率范围约为200至1000W时，氩气的流量范围约为2至40sccm，氯气流量范围约为5至50s ccm.以实例的方式提供了这些刻蚀参数，也可使用其它刻蚀参数。
图3C和3D更加详细地示出了平台刻蚀结束后，欧姆接触层42和掩膜44的交叉处。如图3C所示，当刻蚀穿过金属层42′进行以形成欧姆接触层42时，残留物45可堆积在掩膜44的侧壁44A上.残留物45可能源于从金属层42′刻蚀掉的材料的再次沉积.更为具体地，当干法刻蚀金属层42′时，金属层42′可能如图3D所示受反应离子41轰击，且反应离子41物理性地除去金属层42′的暴露部分。随着金属层42′的刻蚀进行，诸如离子41与/或被刻蚀掉的材料的刻蚀副产物可堆积形成掩膜44侧壁上的残留物45。由于当刻蚀穿过金属层42′进行时，残留物45有效地增加掩膜44的宽度，因此随着刻蚀深度的增加，金属层42′的越来越多区域被防护与/或遮蔽免受刻蚀.因此，欧姆接触层42的侧壁42A可能向内倾斜或歪斜。
一旦金属层42′被刻蚀穿透以提供欧姆接触层42且开始刻蚀P型层17′，可以减小与/或消除例如残留物45的刻蚀副产物再次沉积到掩膜侧壁44A上.因此，半导体平台20的侧壁相对于衬底的倾斜大于欧姆接触层42的侧壁42A.
如图3E所示，在P型层17的暴露部分上、掩膜34上、以及欧姆接触层42的倾斜侧壁的部分上形成钝化层34.钝化层3可以包括诸如氮化硅、二氧化硅、与/或氧化铝的绝缘材料的层.此外，可使用诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、与/或电子束蒸发的沉积方法形成钝化层34。根据一些实施例，钝化层34的厚度可略大于半导体层内的刻蚀深度。钝化层34的厚度范围约为0.1至2微米，半导体层内的刻蚀深度略小于钝化层的厚度.
由于欧姆接触层42的侧壁可向内倾斜，欧姆接触层42的向内倾斜的侧壁上的钝化层34的部分38可覆盖半导体平台20的角部分.因此钝化层34的部分38为半导体平台20的角部分提供电学与/或物理保护。随后可使用剥离技术除去掩膜44和掩膜上部分钝化层34，并可在去离子水中清洗产生的结构。因此，与半导体平台20交叠的钝化层34的部分38有效地提供环绕和保护欧姆接触层42的自对准通路。换而言之，用于图形化欧姆接触层42和半导体平台20的同一掩膜也用于限定通过钝化层暴露的欧姆接触层的接触表面。
如图3F所示，随后可在钝化层34上和欧姆接触层42的暴露部分上沉积金属覆盖层50。该金属覆盖层可以是诸如镍、金、铂、钛、钨、钼、钽、钯、与/或其组合的金属的层.因此，钝化层34的部分38可定义自对准通路以允许欧姆接触层42和金属覆盖层50之间的接触，同时降低金属覆盖层50和P型层之间接触的可能性.通过降低金属覆盖层50和半导体平台20之间接触的可能性，可减小漏电、短路、与/或阈值电压.图4示出了根据本发明实施例的平台结构的照片。
参考图5讨论本发明的另外的实施例.如图5的横截面图所示，根据本发明实施例的半导体器件包括衬底112和衬底112上的半导体结构114，该半导体结构114包括具有半导体平台侧壁120A和与衬底112相对的半导体平台表面120B的半导体平台120.半导体平台表面120B上的欧姆接触层136可包括侧壁136A和与半导体平台表面120B相对的接触表面136B，且欧姆接触层136基本上在整个半导体平台表面120B上延伸.可在半导体平台侧壁120A上和毗邻半导体平台表面120B的欧姆接触层侧壁136A的部分上提供钝化层134，且钝化层134基本上暴露欧姆接触层136的整个接触表面136B.也可以由钝化层134暴露毗邻接触表面136B的欧姆接触层侧壁136A的部分.
更为特别地，欧姆接触层侧壁136A可以向内倾斜，且钝化层134可以延伸到毗邻半导体平台侧壁120A的欧姆接触层的向内倾斜侧壁上。钝化层134可覆盖毗邻半导体平台表面120B的欧姆接触层侧壁136A的部分上，且毗邻接触表面136B的欧姆接触层侧壁136A的部分不被钝化层134覆盖.此外，半导体结构114的半导体平台侧壁120A具有相对于衬底的第一斜率，且欧姆接触层侧壁136A具有相对于衬底的第二斜率，其中第二斜率小于第一斜率。
通过在毗邻半导体平台表面的欧姆接触层侧壁136A的部分上提供钝化层134，该钝化层可以保护位于半导体平台侧壁120A和半导体平台表面120B之间的半导体平台120的角部分.如图5所示，半导体器件也包括位于钝化层134上和欧姆接触层136的暴露部分上的导电覆盖层124。更为具体地，导电覆盖层124可提供与接触表面136B和欧姆接触层侧壁136A的暴露部分之间的电接触，从而提供穿过半导体结构114的半导体平台120的电流路径.此外，可与半导体结构114相对地在衬底112上提供第二接触层127，从而在欧姆接触层124和第二接触层127之间定义穿过欧姆接触层136、半导体结构114、和衬底112的“垂直”电流路径.或者，可以在毗邻半导体结构114的衬底112的表面上或毗邻半导体平台的半导体结构114的表面上提供第二接触层，以定义“水平”电流路径.
根据本发明的特定实施例，半导体结构114可包括第一导电类型的第一层和与衬底112相对的位于第一层上的第二导电类型的第二层。更为具体地，第一层可为N型层且第二层为P型层，从而在两者之间可定义P-N结。此外，半导体器件可以为发光器件，使得可响应通过P-N结的电流发射光.更为特别地，半导体器件可以是半导体激光器，使得从半导体平台结构114发射平行于衬底且垂直于截面平面的相干光。
半导体平台侧壁120A可以暴露第二导电类型的第二层的部分，而不暴露第一导电类型的第一层的部分.因此，P-N结可位于半导体平台120下的半导体结构114内.或者，半导体平台侧壁120A暴露第一导电类型的第一层的部分和第二导电类型的第二层的部分.因此P-N结位于半导体结构114的半导体平台120内.
半导体结构114也包括位于第一导电类型的第一层和第二导电类型的第二层之间的有源层.有源层包括不同的结构与/或层与/或其组合，所述结构或层有例如单量子阱或多量子阱、双异质结构、与/或超晶格。有源层也包括有利于器件产生激射效应的光与/或电流限制层.
根据本发明的实施例，包括在半导体平台120内的部分半导体结构114具有的厚度约为0.1至5微米.根据本发明的附加实施例，包括在半导体平台120内的半导体结构114的部分的厚度约小于2.5微米。此外，半导体结构114的半导体平台表面120B具有的宽度约为1至3微米，其中该宽度为图5的横截面中可看出的半导体平台表面120B的横向尺寸。
平台120的长度为垂直于图5的横截面的平台尺寸，平台的长度可明显大于宽度。通过提供显著大于宽度的长度，因此当提供半导体激光器器件时，平台可提供电流与/或光学限制。
如图5所示，半导体结构114具有半导体平台120和位于半导体平台120和衬底112之间的未图形化部分，使得第一导电类型的第一层的至少一部分未包括在半导体平台120内.或者，半导体平台侧壁120A可从半导体平台表面120B延伸到衬底112上，使得第一导电类型的第一层的全部包括在半导体平台120内。
半导体结构114可包含诸如III族氮化物半导体材料的III-V族半导体材料。此外，衬底112可包含具有选自2H、4H、6H、8H、15R、与/或3C的多型的N型碳化硅.衬底可选择包含诸如蓝宝石、氮化镓、与/或氮化铝的另外的材料.当在与半导体结构114相对的衬底一侧上提供第二接触层127时，衬底112可以是导电的.然而，如果不提供穿过衬底112的电流路径，则可使用不导电的衬底材料。此外，术语衬底可定义成包括构成半导体结构114的半导体材料的未图形化部分，和/或者在衬底112和半导体结构114之间不存在材料过渡。而且，半导体结构可以是外延半导体结构.
导电覆盖层124可以是诸如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、与/或钯(Pd)层的金属层.钝化层可以是诸如氮化硅、氧化硅、与/或氧化铝的绝缘材料的层.而且，可以使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、溅射、与/或电子束蒸发中的一种或多种形成钝化层.
图6A-6D示出了图5所示的半导体器件的形成步骤.如图6A所示，可在衬底112上形成半导体层114′，且可与衬底112相对地在半导体层114′上形成导电层136′，并可与半导体层114′相对地在导电层136′上形成掩膜144.如前所述，衬底包含诸如具有例如2H、4H、6H、8H、15R、与/或3C的多型的N型碳化硅；蓝宝石；氮化镓；与/或铝的材料。导电层136′可包含诸如镍、钛、铂、与/或钯的金属，且掩膜144可以为光致抗蚀剂掩膜或可抵抗用于图形化导电层136′和半导体层114′的刻蚀剂的其它掩蔽材料。
半导体层114′可包括诸如III-V族半导体材料，更为特别地是III族氮化物材料的半导体材料.此外，半导体材料可包含第一导电类型的第一层和与衬底相对的第一层上的第二导电类型的第二层。更为特别地，第一层可以为衬底112上的N型半导体层，且第二层可以为与衬底相对的N型半导体层上的P型半导体层，这样可以在两者之间定义P-N结。此外，形成半导体层包括形成外延半导体层。
此外，半导体层可包括位于N型层和P型层之间的有源层。有源层包括不同的结构与/或层与/或其组合，诸如单量子阱或多量子阱、双异质结构、与/或超晶格.有源层也包括有利于器件产生激射效应的光与/或电流限制层.
如图6B所示，选择性地除去由掩膜144暴露的导电层136′和半导体层114′的部分，以定义欧姆接触层136和包括半导体平台120的半导体结构114，该半导体平台120具有半导体平台侧壁120A和半导体平台表面120B。可使用诸如反应离子刻蚀(RIE)、电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀、与/或感应耦合等离子体(ICP)刻蚀的干法刻蚀选择性地除去导电层和半导体层的部分。例如，可使用在含有氯气(Cl2)刻蚀剂的氩气(Ar)环境中的干刻蚀法刻蚀半导体层.更为特别地，可以在RIE反应室压力约为5至50mTorr且射频(RF)功率约为200至1000W，氩气的流量约为2至40sccm，且氯气的流量约为5至50sccm的条件下刻蚀半导体层.以实例的方式提供这些工艺参数，也可根据本发明的实施例使用其它工艺参数.
根据本发明的实施例，半导体层144′刻蚀的深度约为0.1至5微米。根据本发明另外的实施例，半导体层144′可刻蚀成约小于2.5微米的深度。刻蚀深度将确定半导体平台120的厚度。如前所述，半导体层114′包括位于衬底上的第一导电类型层(例如N型层)和与衬底相对的第一导电类型层上的第二导电类型层(例如P型层)。此外，刻蚀深度可使得只有部分第二导电类型层沿产生的平台侧壁120A被暴露。或者，刻蚀深度可使得第一导电类型层的部分也沿产生的平台侧壁120A被暴露.尽管刻蚀被图示成仅延伸穿过半导体层114′的厚度的一部分，但是刻蚀可以延伸穿过半导体层的整个厚度，使得毗邻平台侧壁120A的衬底112的部分被暴露.此外，可提供掩膜144，使得平台表面120B的宽度约为1至3微米。
如图6B所示，当干法刻蚀穿过导电层136′进行时，残留物144′可堆积在掩膜144的侧壁上。更为具体地，干法刻蚀时的轰击电子可物理性地除去部分导电层136′，且被除去的材料中的一些产生的残留物可能堆积在掩膜侧壁上。由于残留物随着时间堆积，随着刻蚀深度增加，导电层的更大的部分将被遮挡而不受刻蚀，使得欧姆接触层136的侧壁136A向内倾斜。一旦刻蚀穿过导电层136′完成，半导体层114′的刻蚀会导致掩膜侧壁上刻蚀残留物的产生减小，使得半导体平台侧壁120A的斜率大于欧姆接触层侧壁136A的斜率.
由于欧姆接触层136和半导体平台120同时被图形化，欧姆接触层136可基本上覆盖整个半导体平台表面120B，而不延伸到平台侧壁120B上。从而欧姆接触层136可以相对于半导体表面120B是“自对准的”。因此，可为电流流过平台表面的电子器件提供改进的电流分散(current spreading)。此外，欧姆接触层136可提供对半导体平台120的角的改善的保护。
如图6C所示，可在半导体平台120的侧壁120A上和掩膜144上形成钝化层134。换而言之，在形成钝化层时保留掩膜144.也在毗邻半导体平台表面120B的欧姆接触层侧壁136A的部分上形成钝化层。由于在形成钝化层时保留掩膜，钝化层不是直接形成在欧姆接触层的接触表面136B上.由于残留物144′的遮挡，也可保留毗邻接触表面136B的欧姆接触层侧壁136A的部分不被钝化层覆盖.通过在欧姆接触层136的向内倾斜的侧壁136A的部分上提供钝化层，可为半导体平台120的角提供额外的保护。
钝化层134可为诸如氮化硅、氧化硅、与/或氧化铝的绝缘材料的层。此外，可以使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、溅射、与/或电子束蒸发形成钝化层。根据本发明的实施例，形成的钝化层厚度大于半导体平台120的厚度(即半导体层144′内的刻蚀深度)，但小于半导体平台120和欧姆接触层136的厚度之和.因此，钝化层可覆盖半导体平台侧壁120A和欧姆接触层侧壁136A的部分，但欧姆接触表面136B仍然可以延伸穿过钝化层.钝化层的厚度约为0.1至2.0微米，半导体平台120的厚度略小。
随后，使用例如剥离技术，通过暴露欧姆接触层136的接触表面136B以除去掩膜144和掩膜上的钝化层134的部分。这样，无需使用单独的掩蔽步骤来形成穿过钝化层的通路，接触表面136B便可通过钝化层暴露。换而言之，钝化层可以相对于欧姆接触层“自对准”.接着在接触表面136B上和欧姆接触层136周围的钝化层134的部分上形成导电覆盖层124。更为特别地，导电覆盖层124包含诸如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、与/或钯(Pd)的金属层.导电覆盖层可为引线键合或其它互连提供大面积的接触。
此外，可与半导体平台120相对地在衬底112上提供第二欧姆接触127。尽管图示的第二欧姆接触的制造晚于半导体平台120，但可以在半导体器件制造期间的任何时刻形成第二欧姆接触127.与半导体器件相对地在衬底上设有第二欧姆接触，可提供穿过半导体平台和衬底的“垂直”电流路径。或者，第二欧姆接触可设在毗邻半导体平台的衬底表面上，或者在与衬底相对的半导体层114的部分上形成第二欧姆接触，以提供“水平”电流路径.
因此所产生半导体器件可提供边发射的半导体激光器，其中光沿半导体平台条纹的长度方向平行于衬底发射。换而言之，光沿垂直于图6D所示的横截面的方向发射.尽管已经参考诸如激光二极管的发光器件的制造方法讨论了各方法和器件，基于本发明实施例的方法可用于形成其它半导体器件，诸如传统二极管、传统发光二极管、或包含半导体平台的任何其它半导体器件.
尽管参考本发明的具体实施例已经特别地展示出和讨论了本发明，但本领域的专业人员将了解到，在不脱离所附权利要求书及其等效表述所定义的本发明的实质和范围时，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (41)

1.一种制造半导体器件的方法，该方法包括：
在衬底上形成半导体结构，该半导体结构包括具有平台侧壁和平台表面的平台；
在平台表面上形成金属接触层，该金属接触层具有侧壁以及与平台表面相对的接触表面，该金属接触层基本上在整个平台表面上延伸，其中该金属接触层的侧壁是向内倾斜的；以及
在形成该金属接触层之后，在平台侧壁上和在毗邻平台表面的金属接触层侧壁的部分上形成钝化层，且其中该金属接触层的整个接触表面上都没有钝化层；
其中该钝化层延伸到与平台表面相对的该金属接触层的向内倾斜侧壁上。
2.根据权利要求1的方法，其中半导体结构包含III-V族半导体材料。
3.根据权利要求2的方法，其中半导体结构包含III族氮化物半导体材料。
4.根据权利要求1的方法，其中半导体结构包含第一导电类型的第一层和第一层上的第二导电类型的第二层。
5.根据权利要求4的方法，其中平台侧壁暴露第二导电类型的第二层的部分，而不暴露第一导电类型的第一层的部分。
6.根据权利要求4的方法，其中平台侧壁暴露第一导电类型的第一层的部分和第二导电类型的第二层的部分。
7.根据权利要求4的方法，其中半导体结构进一步包括位于第一层和第二层之间的有源层。
8.根据权利要求1的方法，其中包括在平台内的半导体结构的部分的厚度为0.1至5微米。
9.根据权利要求8的方法，其中包括在平台内的半导体结构的部分的厚度小于2.5微米。
10.根据权利要求1的方法，其中半导体结构的平台表面的宽度为1至3微米。
11.根据权利要求1的方法，进一步包括：
在金属接触层的暴露部分上和在金属接触层周围的钝化层的部分上形成导电覆盖层。
12.根据权利要求11的方法，其中导电覆盖层包含金属层。
13.根据权利要求12的方法，其中导电覆盖层包含镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)与/或钯(Pd)中的至少一种。
14.根据权利要求1的方法，其中钝化层包含氮化硅、氧化硅、与/或氧化铝中的至少一种。
15.根据权利要求1的方法，其中形成钝化层包括使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、溅射、与/或电子束蒸发中的至少一种沉积钝化层。
16.根据权利要求1的方法，其中半导体结构的平台侧壁具有相对于平台表面的第一斜率，且金属接触层的侧壁具有相对于平台表面的第二斜率，其中第二斜率小于第一斜率。
17.根据权利要求1的方法，进一步包括：
在形成钝化层之前，保留金属接触层上的掩膜，其中形成钝化层包含在该掩膜上形成钝化层；以及
在形成钝化层之后，除去掩膜和掩膜上的钝化层的部分。
18.根据权利要求17的方法，其中形成半导体结构和形成金属接触层包括：形成半导体层，在半导体层上形成导电金属层，与半导体层相对地在导电金属层上形成掩膜，除去由掩膜暴露的半导体层和导电金属层的部分以形成金属接触层和半导体结构。
19.根据权利要求18的方法，进一步包括：
除去由掩膜暴露的导电金属层的部分时，在掩膜的侧壁上再次沉积导电金属层的副产物。
20.根据权利要求1的方法，其中钝化层暴露毗邻接触表面的金属接触层侧壁的部分。
21.根据权利要求1的方法，其中半导体平台设计成为半导体结构中的发光器件提供光学限制或电流限制中的至少一种。
22.根据权利要求1的方法，其中平台侧壁不被金属接触层覆盖。
23.根据权利要求1的方法，其中形成半导体结构包括在衬底上形成半导体结构以便平台侧壁位于平台表面和衬底之间。
24.一种半导体器件，包括：
衬底；
在所述衬底上的半导体结构，包括具有平台侧壁和平台表面的平台；
平台表面上的金属接触层，该金属接触层具有侧壁和与平台表面相对的接触表面，该金属接触层基本上延伸在整个平台表面上，其中该金属接触层的侧壁是向内倾斜的；以及
平台侧壁上和毗邻平台表面的金属接触层侧壁的部分上的钝化层，且其中钝化层基本上暴露金属接触层的整个接触表面，其中钝化层延伸到与平台表面相对的金属接触层的向内倾斜侧壁上。
25.根据权利要求24的半导体器件，其中半导体结构包含III-V族半导体材料。
26.根据权利要求25的半导体器件，其中半导体结构包含III族氮化物半导体材料。
27.根据权利要求24的半导体器件，其中半导体结构包含第一导电类型的第一层和第一层上的第二导电类型的第二层。
28.根据权利要求27的半导体器件，其中平台侧壁暴露第二导电类型的第二层的部分，而不暴露第一导电类型的第一层的部分。
29.根据权利要求27的半导体器件，其中平台侧壁暴露第一导电类型的第一层的部分和第二导电类型的第二层的部分。
30.根据权利要求27的半导体器件，其中半导体结构进一步包括位于第一层和第二层之间的有源层。
31.根据权利要求24的半导体器件，其中包括在平台内的半导体结构的部分的厚度为0.1至5微米。
32.根据权利要求31的半导体器件，其中包括在平台内的半导体结构的部分的厚度小于2.5微米。
33.根据权利要求24的半导体器件，其中半导体结构的平台表面的宽度为1至3微米。
34.根据权利要求24的半导体器件，进一步包括：
在金属接触层的暴露部分上和金属接触层周围的钝化层的部分上的导电覆盖层。
35.根据权利要求34的半导体器件，其中导电覆盖层包含金属层。
36.根据权利要求35的半导体器件，其中导电覆盖层包含镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)与/或钯(Pd)中的至少一种。
37.根据权利要求24的半导体器件，其中钝化层包含氮化硅、氧化硅、与/或氧化铝中的至少一种。
38.根据权利要求24的半导体器件，其中半导体结构的平台侧壁具有相对于平台表面的第一斜率，且金属接触层的侧壁具有相对于平台表面的第二斜率，其中第二斜率小于第一斜率。
39.根据权利要求24的半导体器件，其中钝化层暴露毗邻接触表面的金属接触层侧壁的部分。
40.根据权利要求24的半导体器件，其中平台设计成为半导体结构中发光器件提供光学限制或电流限制中的至少一种。
41.根据权利要求24的半导体器件，其中平台侧壁不被金属接触层覆盖。
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