JP2001298211A - 半導体受光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体受光素子及びその製造方法

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pad electrode
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Yasumasa Imoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性に優れ、歩留まりの良い配線を形成す
ることが可能な半導体受光素子とその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 基板101上に積層された半導体層10
2〜104によりメサ状の受光部106とパッド電極形
成部107がそれぞれ形成され、受光部106の表面上
に受光領域105とn側電極116が形成され、パッド
電極形成部107の表面上にp側電極117が形成さ
れ、前記受光領域105は配線118を介してp側電極
117に接続される。各電極116,117及び配線1
18は、下地金属膜113と、その表面上に形成された
金属メッキ膜115との積層構造とする。配線118の
厚さを所望の厚さに形成することができ、配線抵抗を低
減して高速動作が実現できるとともに、配線強度を高め
てストレス等による段切れの発生を未然に防止し、信頼
性の高い配線が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体受光素子に関
し、特に高速動作型の半導体受光素子及びその製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体受光素子、特に高速動作型の受光
素子では、素子容量を低減することが重要な要素の一つ
となっている。この目的のために、通常、高抵抗基板上
に受光素子の動作層を形成した後、当該動作層と電気的
に接続されるパッド電極部をメサエッチングにより分離
するという構造が採用されている。例えば、図9は特開
平05−082829号公報に記載の半導体受光素子の
(a)平面図とCC’線(b)断面図である。半絶縁性
InP基板201上に、n+ −InP層202、n-
InGaAs層203、n−InP層204を積層し、
前記n−InP層204の一部にp+ 領域205を形成
して受光部206を形成する。そして、前記受光部20
6に対してパッド電極部207を電気的に分離するため
に、前記各層をメサエッチングする。その上で、全面に
SiN膜208を形成し、かつコンタクトホールを開口
した上で、金属膜を所要のパターンに形成して前記前記
受光部206の前記n−InP層204につながるn側
電極210と、前記p+ 領域205につながり、かつ前
記パッド電極部207にまで延長されるp側電極209
とを形成した構成とされている。この半導体受光素子で
は、パッド電極部207が受光部206のメサ構造と分
離されているため、寄生容量を増大することなく、素子
実装に必要な広い面積をもつp側電極を形成することが
可能になる。
【0003】しかしながら、この構造では、受光部とパ
ッド電極部の各メサ間に生じる段差配線を形成する必要
がある。配線形成工程は同時にp側電極のパッド電極形
成も行うため、材質は通常、信頼性のあるTiPtAu
が用いられるが、Ptはウェットエッチングするには適
当なエッチャントが無く、また、イオンミリング等のド
ライエッチングでは、前記したメサ間の段差のような表
面に凹凸があるウエハに対しては、エッチングレートが
面内均一にならない問題があり、エッチングによるパタ
ーニングが困難である。
【0004】そこで、前記公報に記載の技術では、フォ
トレジストを用いたリフトオフによりパターンを形成し
ている。このリフトオフ方法は、図10(a)に示すよ
うに、SiN膜208上にレジスト211で配線パター
ンを形成した後、TiPtAu212を蒸着する。次
に、図10(b)に示すように、前記レジスト211を
除去すると、レジスト211間に前記TiPtAu膜2
12が残され、この残されたTiPtAu膜212によ
って前記各電極209,210のパターンを形成すると
いうものである。この技術は、パターン形成にエッチン
グを用いないため、ウェットエッチングの困難な配線材
質を段差面上へのパターン形成が比較的簡単に行える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リフト
オフ方法による配線及び電極の形成方法では、指向性の
ある蒸着により配線金属を堆積させるため、段差部では
金属厚が薄くなることに加え、ストレスが入るため段切
れを起こしやすく、信頼性に欠けるという問題をもたら
している。また、Auは展性が高くリフトオフ時の切れ
が悪いためにバリが出やすくパターン不良を起す問題も
持っており、50%程度の外観不良が発生するという問
題がある。
【0006】本発明の主な目的は信頼性に優れ、歩留ま
りの良い配線を形成することが可能な半導体受光素子
と、その製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に積層
された半導体層によりメサ状の受光部とパッド電極形成
部がそれぞれ形成され、前記受光部の表面上に受光領域
と一方の電極が形成され、前記パッド電極形成部の表面
上に他方の電極が形成され、前記受光領域は配線を介し
て前記他方の電極に接続され、前記受光領域が形成され
た半導体層が前記一方の電極に電気接続されている半導
体受光素子において、前記各電極及び前記配線は、下地
金属膜と、前記下地金属膜の表面上に形成された金属メ
ッキ膜との積層構造であることを特徴とする。前記配線
は、前記受光部とパッド電極形成部との間にわたって各
メサ状の斜面に沿って延長形成される。あるいは、前記
配線は、前記受光部とパッド電極形成部との間にわたっ
て平坦に延長形成されており、その下層には空隙が存在
する構成とされる。
【0008】本発明の半導体受光素子では、下地金属膜
の上に金属メッキ膜が形成され、これら下地金属膜と金
属メッキ膜とで一方及び他方の各電極及び配線が構成さ
れるため、受光部及びパッド電極形成部のメサの斜面が
50°以上の急角度に形成された場合でも、配線の厚さ
を所望の厚さに形成することができ、配線抵抗を低減し
て高速動作が実現できるとともに、配線強度を高めてス
トレス等による段切れの発生を未然に防止し、信頼性の
高い配線が形成できる。また、配線の下層を空隙とする
ことで、配線容量を低減し、高速動作の面でさらに有効
なものとなる。
【0009】また、本発明の製造方法は、基板上に半導
体層を積層し、かつ前記半導体層をパターン形成してメ
サ状の受光部とパッド電極形成部を分離状態に形成する
工程と、前記受光部の前記半導体層に受光領域を形成す
る工程と、前記半導体層の表面を覆う絶縁膜を形成する
とともに、前記半導体層及び前記受光領域を露出するコ
ンタクトホールを開口する工程と、前記受光部、前記パ
ッド電極形成部、及び前記受光部とパッド電極形成部を
結ぶ線状領域のそれぞれを除く領域に下層レジストを形
成する工程と、全面に下地金属膜を被着する工程と、前
記受光部に形成する一方の電極、前記パッド電極形成部
に形成する他方の電極、及び前記他方の電極と前記受光
領域とを接続する線状領域のそれぞれを除く領域に上層
レジストを形成する工程と、前記上層レジストをマスク
にして露出されている前記下地金属膜の表面上に金属メ
ッキ膜を選択形成する工程と、前記上層レジストを除去
した後、前記金属メッキ膜をマスクにして前記下地金属
膜をパターニングする工程と、前記下層レジストを除去
する工程とを含むことを特徴とする。
【0010】ここで、前記下層レジストは、前記受光
部、前記パッド電極形成部のそれぞれを除く領域に下層
レジストを形成してもよく、後工程において、当該下層
レジストを除去することにより、配線の下層に空隙が形
成されることになる。また、本発明においては、前記下
層レジストをハードベークして表面を平坦化し、その後
に前記下地金属膜を被着することが好ましい。さらに、
前記下地金属膜をイオンミリングによりパターニングす
ることが好ましい。
【0011】本発明の製造方法では、金属メッキ膜は、
上層レジストをマスクにして形成されるため、正確なパ
ターンに形成でき、リフトオフ法が要因となるパターン
不良が生じることもない。さらに、下地金属膜の下層に
設けられている下層レジストは、ハードベークを行うこ
とにより表面が平坦化されるため、指向性のあるイオン
エッチングにより確実に下地金属膜の除去が可能であ
り、各電極及び配線が正確なパターンに形成でき、信頼
性の高い半導体受光素子が歩留まり良く形成することが
可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を詳細
に説明する。図1ないし図5は本発明の第1の実施形態
を工程順に示す図である。なお、各図において(a)は
平面図、(b)はAA’線断面図である。また、図3〜
図5において(c)はBB’線断面図である。まず、図
1に示すように、厚さが300〜500μm程度のFe
がドープされた高抵抗InPからなる半絶縁性基板10
1上に、ハイドライド気相成長法、クロライド成長法、
有機金属気相成長法等により、キャリア濃度1×1018
cm-3、層厚1μmのn型InP基板よりなるバッファ
層102、キャリア濃度1×1015cm-3、層厚2μm
のノンドープInGaAsからなる光吸収層103、キ
ャリア濃度1×1016cm-3、層厚1μmのn型InP
基板よりなるキャップ層104を順次成長する。次い
で、前記キャップ層104の一部内に、SiO2 或いは
SiNx等を選択的に形成したマスク(図中省略)を用
いてZnを選択に熱拡散し前記キャップ層104の一部
をp型に反転させ、受光領域105を形成する。
【0013】次に、図2に示すように、図外のフォトレ
ジストをマスクとしてBrとメタノールの混合液により
前記半絶縁性基板101の表面が露出するまで選択的に
エッチングしてそれぞれメサ状の受光部106とパッド
電極形成部107を形成し、前記パッド電極形成部10
7を前記受光領域105から電気的に分離する。その
後、SiNx等からなる保護膜110をプラズマCVD
法等により全面に形成する。この保護膜110は、前記
受光領域105上では、反射防止膜として用いるため、
その屈折率をn、受光波長をλとしたとき、λ/4nと
なる厚さに設定する。そして、前記受光領域105の直
上箇所と、前記受光部106の前記キャップ層104の
直上箇所のそれぞれの前記保護膜110に開口を設け、
これらの開口内にリフトオフ法により、前記受光領域1
05上では厚さ100nmのAuZnからなるp側コン
タクト電極108を、前記受光領域105の周辺の前記
キャップ層104上では厚さ100nmのAuGeNi
からなるn側コンタクト電極109を形成し、H2 雰囲
気にてシンターを行なう。
【0014】次いで、図3に示すように、ノボラック系
フォトレジストを塗布して通常の露光によりパターニン
グを行い、下層レジスト111を形成する。このとき前
記受光部106とパッド電極形成部107以外の領域を
前記下層レジスト111で覆うようにする。このとき、
前記受光部106及びパッド電極形成部107の各メサ
の縁部112は前記下層レジスト111で覆うが、両者
間の段差における配線を形成する線状の領域はパターニ
ングして前記下層レジスト111では覆わないようにす
る。次に、前記下層レジスト111を160℃でハード
ベークして表面を平坦化した後、Ti,Pt,Auをそ
れぞれ50nmずつ連続して蒸着して下地金属膜113
を形成する。、続いて、再度フォトレジストを塗布して
通常の露光により、パッド電極形成部107及び配線を
形成する領域が開口された上層レジスト114を形成
し、この上層レジスト114をマスクとして、前記下地
金属膜113の表面上に選択的に厚さ1μmのAuメッ
キ膜115を形成する。
【0015】次に、図4に示すように、前記上層レジス
ト114を除去し、Arを使ったイオンエッチングによ
りAuメッキ膜115をマスクとして下地金属膜113
を除去する。これにより、前記受光部106のn側コン
タクト電極109上にはn側電極116が形成され、前
記パッド電極形成部107上にはp側電極117が形成
され、前記p側電極117から前記受光部106のp側
コンタクト電極116にわたる領域に配線118が形成
されることになる。続いて、図5に示すように、前記下
層レジスト111を除去し、ペレッタイズし易いように
前記半絶縁性基板101を裏面側から、例えば150μ
mに研磨する。そして、当該研磨した裏面に、AuGe
Ni/Ti/Auを1000/500/2000Åの厚
さに蒸着により成膜し、裏面電極120を形成する。こ
れにより、本発明の第1の実施形態の半導体受光素子が
形成されることになる。
【0016】このように製造された半導体受光素子で
は、下地金属膜113の上にAuメッキ膜115が形成
され、これら下地金属膜113とAuメッキ膜115と
でn側及びp側の各電極116,117及び配線118
が構成されるため、受光部106及びパッド電極形成部
107の各メサの斜面が50°以上の急角度に形成され
た場合でも、特に斜面に沿って延長される配線118の
厚さを所望の厚さに形成することができ、配線抵抗を低
減し、半導体受光素子の高速動作を実現する上で有利に
なる。また、同時に配線強度を高め、ストレス等による
段切れの発生を未然に防止し、信頼性の高い配線が形成
できる。さらに、Auメッキ膜115は、上層レジスト
114をマスクとして形成されるため、正確なパターン
に形成でき、リフトオフ法で生じるパターン不良が防止
できる。さらに、下地金属膜113の下層に設けられて
いる下層レジスト111は、受光部106及びパッド電
極形成部107の各メサの縁部112を覆うようにカバ
ーして平坦化されており、また、ハードベークを行うこ
とにより下層レジスト111の表面も平坦化されている
ため、指向性のあるイオンエッチングにより確実に下地
金属膜113の除去が可能であり、各電極及び配線が正
確なパターンに形成できる。因みに、本実施形態の半導
体受光素子では、90%以上の高い歩留まりで形成する
ことができ、しかも、遮断周波数を測定したところ、バ
イアス電圧が−5Vで15GHzと良好な結果が得られ
た。
【0017】図6〜図8は本発明の第2の実施形態を工
程順に示す図であり、前記第1の実施形態と等価な部分
には同一符号を付してある。この第2の実施形態では、
配線をエアーブリッジ構造としたことを特徴としてい
る。配線形成工程までは第1の実施形態の図1及び図2
と同様の工程を経た後、図6に示すように、下層レジス
ト111を形成する。この下層レジスト111は、第1
の実施形態と同様に形成するが、メサ状の受光部106
とパッド電極形成部107の間の斜面に沿った配線を形
成する領域に下層レジスト111を残しておく点が第1
の実施形態と異なっている。その上で、第1の実施形態
と同様に、前記下層レジスト111の上にTi,Pt,
Auをそれぞれ50nmずつ連続して蒸着して下地金属
膜113を形成した後、上層レジスト114を形成し、
これをマスクとして選択的に厚さ1μmのAuメッキ膜
115を形成する。このとき、前記下地金属膜113及
びAuメッキ膜115は、前記受光部106とパッド電
極形成部107の間においてはほぼ水平状態に延長した
状態で形成されることになる。
【0018】次に、図7に示すように、前記上層レジス
ト114を除去した後、Arを使ったイオンエッチング
により前記Auメッキ膜115をマスクとして前記下地
金属膜113を除去する。次に、図8に示すように、前
記下層レジスト111を除去する。このとき、受光部1
06とパッド電極形成部107の間の斜面に沿った配線
118を形成する領域では、前記下地金属膜113及び
Auメッキ膜115の下層に存在していた下層レジスト
111が除去されるため、これら下地金属膜113及び
Auメッキ膜115からなる配線118の下層は空隙1
19となり、エアーブリッジ構造の配線118として形
成される。その後、ペレッタイズし易いように前記半絶
縁膜性基板101の裏面を例えば150μmに研磨し、
当該裏面に裏面電極120を形成してプロセスが完了す
る。
【0019】このように製造された第2の実施形態の半
導体受光素子においても、n側及びp側の各電極11
6,117及び配線118は、下地金属膜113の上に
Auメッキ膜115が形成された構造であり、しかも配
線118はエアーブリッジ構造により平坦に延長された
状態で形成されているため、受光部106及びパッド電
極形成部107の各メサの斜面の角度に関係なく、所望
の厚さでかつ配線長が短く形成されるため、低抵抗でし
かも高い強度に形成することができ、高速動作の点で有
利であるとともに、ストレス等による段線が防止でき、
信頼性の高い配線が形成できる。特に、本実施形態で
は、配線118の下層は空隙であるため、配線容量をさ
らに低減し、高速動作の点でさらに有効なものとなる。
また、Auメッキ膜115は、上層レジスト114をマ
スクとして形成されるため、各電極及び配線を正確なパ
ターンに形成でき、リフトオフ法が要因となるパターン
不良が生じることもない。さらに、下地金属膜113の
下層に設けられている下層レジスト111は、受光部1
06とパッド電極形成部107の各縁部112を覆うよ
うにカバーして平坦化されており、また、ハードベーク
を行うことにより下層レジスト111の表面も平坦化さ
れているため、指向性のあるイオンエッチングにより確
実に下地金属膜113の除去が可能であり、各電極及び
配線を正確なパターンに形成できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、メサ状の
受光部に一方の電極を形成し、パッド電極形成部に他方
の電極を形成し、当該他方の電極を受光部に設けた受光
領域に対して配線を介して接続する半導体受光素子にお
いて、前記各電極及び前記配線は、下地金属膜と、前記
下地金属膜の表面上に形成された金属メッキ膜との積層
構造とすることで、配線の厚さを所望の厚さに形成する
ことができ、配線抵抗を低減して高速動作が実現できる
とともに、配線強度を高めてストレス等による段切れの
発生を未然に防止し、信頼性の高い配線が形成できる。
また、配線の下層を空隙とすることで、配線容量を低減
し、高速動作の面でもさらに有効なものとなる。
【0021】また、本発明の製造方法では、金属メッキ
膜は、上層レジストをマスクにして形成されるため、正
確なパターンに形成でき、リフトオフ法が要因となるパ
ターン不良が生じることもない。さらに、下地金属膜の
下層に設けられている下層レジストは、ハードベークを
行うことにより表面が平坦化されるため、指向性のある
イオンエッチングにより確実に下地金属膜の除去が可能
であり、各電極及び配線が正確なパターンに形成でき、
信頼性の高い半導体受光素子が歩留まり良く形成するこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の製造工程のその1で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施形態の製造工程のその2で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図であ
る。
【図3】本発明の第1の実施形態の製造工程のその3で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態の製造工程のその4で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図5】本発明の第1の実施形態の製造工程のその5で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態の製造工程のその1で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態の製造工程のその2で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図8】本発明の第2の実施形態の製造工程のその3で
あり、(a)は平面図、(b)はAA’線断面図、
(c)はBB’線断面図である。
【図9】従来の半導体受光素子の一例の(a)平面図と
(b)CC’線断面図である。
【図10】図9の半導体受光素子の製造工程を説明する
ための断面図である。
【符号の説明】
101 半絶縁性基板 102 バッファ層 103 光吸収層 104 キャップ層 105 受光領域 106 受光部(メサ) 107 パッド電極形成部(メサ) 108 p側コンタクト電極 109 n側コンタクト電極 110 保護膜 111 下層レジスト 112 メサの縁部 113 下地金属膜 114 上層レジスト 115 Auメッキ膜 116 n側電極 117 p側電極 118 配線 119 空隙 120 裏面電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/46 H Fターム(参考) 4M104 AA04 BB11 BB15 DD17 DD34 DD52 DD65 DD68 DD71 GG05 HH13 5F033 GG02 HH07 HH13 HH18 JJ13 KK01 MM08 PP19 PP27 QQ08 QQ09 QQ12 QQ14 QQ19 QQ27 QQ30 QQ37 QQ41 RR06 RR30 SS15 VV00 XX02 XX10 5F049 MA02 MB07 MB12 NA03 NA15 NA20 PA03 PA04 PA14 PA15 QA02 SE05 SE12 SS04 SZ03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に積層された半導体層によりメサ
    状の受光部とパッド電極形成部がそれぞれ形成され、前
    記受光部の表面上に受光領域と一方の電極が形成され、
    前記パッド電極形成部の表面上に他方の電極が形成さ
    れ、前記受光領域は配線を介して前記他方の電極に接続
    され、前記受光領域が形成された半導体層が前記一方の
    電極に電気接続されている半導体受光素子において、前
    記各電極及び前記配線は、下地金属膜と、前記下地金属
    膜の表面上に形成された金属メッキ膜との積層構造であ
    ることを特徴とする半導体受光素子。
  2. 【請求項2】 前記配線は、前記受光部とパッド電極形
    成部との間にわたって各メサ状の斜面に沿って延長形成
    されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体受
    光素子。
  3. 【請求項3】 前記配線は、前記受光部とパッド電極形
    成部との間にわたって平坦に延長形成されており、その
    下層には空隙が存在することを特徴とする請求項1に記
    載の半導体受光素子。
  4. 【請求項4】 基板上に半導体層を積層し、かつ前記半
    導体層をパターン形成してメサ状の受光部とパッド電極
    形成部を分離状態に形成する工程と、前記受光部の前記
    半導体層に受光領域を形成する工程と、前記半導体層の
    表面を覆う絶縁膜を形成するとともに、前記半導体層及
    び前記受光領域を露出するコンタクトホールを開口する
    工程と、前記受光部、前記パッド電極形成部、及び前記
    受光部とパッド電極形成部を結ぶ線状領域のそれぞれを
    除く領域に下層レジストを形成する工程と、全面に下地
    金属膜を被着する工程と、前記受光部に形成する一方の
    電極、前記パッド電極形成部に形成する他方の電極、及
    び前記他方の電極と前記受光領域とを接続する線状領域
    のそれぞれを除く領域に上層レジストを形成する工程
    と、前記上層レジストをマスクにして露出されている前
    記下地金属膜の表面上に金属メッキ膜を選択形成する工
    程と、前記上層レジストを除去した後、前記金属メッキ
    膜をマスクにして前記下地金属膜をパターニングする工
    程と、前記下層レジストを除去する工程とを含むことを
    特徴とする半導体受光素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板上に半導体層を積層し、かつ前記半
    導体層をパターン形成してメサ状の受光部とパッド電極
    形成部を分離状態に形成する工程と、前記受光部の前記
    半導体層に受光領域を形成する工程と、前記半導体層の
    表面を覆う絶縁膜を形成するとともに、前記半導体層及
    び前記受光領域を露出するコンタクトホールを開口する
    工程と、前記受光部、前記パッド電極形成部のそれぞれ
    を除く領域に下層レジストを形成する工程と、全面に下
    地金属膜を被着する工程と、前記受光部に形成する一方
    の電極、前記パッド電極形成部に形成する他方の電極、
    及び前記他方の電極と前記受光領域とを接続する線状領
    域のそれぞれを除く領域に上層レジストを形成する工程
    と、前記上層レジストをマスクにして露出されている前
    記下地金属膜の表面上に金属メッキ膜を選択形成する工
    程と、前記上層レジストを除去した後、前記金属メッキ
    膜をマスクにして前記下地金属膜をパターニングする工
    程と、前記下層レジストを除去する工程とを含むことを
    特徴とする半導体受光素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記下層レジストをハードベークして表
    面を平坦化し、その後に前記下地金属膜を被着すること
    を特徴とする請求項4又は5に記載の半導体受光素子の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 前記下地金属膜をイオンミリングにより
    パターニングすることを特徴とする請求項6に記載の半
    導体受光素子の製造方法。
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