JP2004055688A

JP2004055688A - 半導体デバイスおよびその製造方法

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Publication number: JP2004055688A
Application number: JP2002208755A
Authority: JP
Inventors: Kenryo Masuda; 増田　健良
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを使用して製造可能な半導体デバイスを提供する。
【解決手段】この発明の半導体デバイス１は、基板１０上に設けられた半導体層構造１２を備えている。この層構造は、保護膜１４に覆われている。保護膜の上には、層構造によって生じた段差を埋めるように樹脂層１５が設けられている。樹脂層の上には、中間層１６が設けられている。電極１７は、この中間層の上に設けられている。Ｏ_２アッシング耐性の強い材料（例えば、ＳＯＧ）を中間層に使用すれば、Ｏ_２アッシングによって電極との付着性はそれほど低下しない。これにより、電極の脱離を防止できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体デバイスおよびその製造方法に関し、特に、半導体デバイスの平坦化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスは、基板上に半導体層構造を形成することにより製造される。層構造の周辺には、段差が生じる。この段差を平坦化するために、種々の技術が利用されている。平坦化方法の一例として、樹脂埋め込み法が知られている。樹脂埋め込み法では、層構造の周辺の段差に樹脂を塗布して硬化させることにより段差を埋め、デバイスを平坦化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂の埋め込みは、半導体層構造をパシベーション膜で覆った後に行ってもよい。この場合、樹脂埋め込みの後、パシベーション膜にコンタクトホールを形成する。次に、レジストパターンを形成し、続いて、樹脂およびレジストパターンを覆うように電極金属を蒸着する。その後、リフトオフ法を用いて、レジストとその上に蒸着した電極金属を除去し、電極パターンを形成する。この電極パターンは、コンタクトホールを通って半導体層構造に接触する。
【０００４】
コンタクトホールを形成する際は、パシベーション膜および埋め込み樹脂層の上にレジストパターンが設けられる。このレジストパターンは、コンタクトホールの形成後に除去される。このとき、酸素プラズマ洗浄（Ｏ_２アッシング）によってレジストを除去すると、酸化によって樹脂が劣化し、電極材料との付着性が低下する。このため、電極が樹脂から脱離しやすい。しかし、Ｏ_２アッシングを使用しないと、レジストの除去が不十分になりやすい。レジストが残った樹脂上に電極が形成されると、電極と樹脂との付着性が低く、やはり電極が樹脂から脱離しやすい。
【０００５】
そこで、この発明は、樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを施して製造することの可能な半導体デバイスおよびその製造方法の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体デバイスは、基板と、基板上に設けられた半導体層構造と、層構造の側方の段差を埋める樹脂層と、樹脂層の表面に被着された中間層と、中間層の表面に被着された電極とを備えている。電極の一部分は、層構造の表面まで延びて層構造と接している。上記の半導体層構造は、光導波路を成していてもよい。この発明の半導体デバイスは、ＥＡ−ＤＦＢレーザなどの半導体レーザであってもよい。
【０００７】
この半導体デバイスでは、平坦化のための樹脂層とは別個の中間層の上に電極が設けられている。Ｏ_２アッシング耐性の強い材料（例えば、酸化物）を中間層に使用すれば、Ｏ_２アッシングによって電極との付着性はそれほど低下しない。これにより、電極が脱離しにくくなる。このように、この半導体デバイスは、樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを施す方法によって好適に製造できる。
【０００８】
この発明の半導体デバイス製造方法では、基板上に半導体材料を積層して所定の層構造を設ける工程と、層構造の側方の段差を埋めるように樹脂層を設ける工程と、樹脂層の表面に中間層を被着する工程と、中間層の表面に電極を被着する工程とを備えている。電極の一部分は、層構造の表面まで延びて層構造と接している。
【０００９】
この方法では、樹脂層を設けて平坦化を行った後、樹脂層を中間層で覆って樹脂層を保護し、この中間層の上に電極を設ける。Ｏ_２アッシング耐性の強い材料（例えば、酸化物）を中間層に使用すれば、Ｏ_２アッシングによって電極との付着性はそれほど低下しない。これにより、電極がはがれにくくなる。このように、この半導体デバイス製造方法によれば、樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを実行しても、脱離しにくい電極を形成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１１】
図１は、この実施形態に係る半導体デバイス１の構造を示す断面図である。半導体デバイス１は、半導体レーザ素子である。半導体デバイス１は、基板１０上に設けられた光導波路構造１２を有している。光導波路構造１２は、リッジ型の半導体層構造である。光導波路構造１２の側方には、段差が形成されている。
【００１２】
光導波路構造１２は、活性層１３を含んでいる。活性層１３でレーザ光が生成される。光導波路構造１２は、活性層の上下に配置された二つのクラッド層（図示せず）も有している。これらのクラッド層は、活性層よりも低い屈折率を有している。このため、活性層１３で発生したレーザ光は、光導波路構造１２に閉じ込められながら伝搬し、デバイス１から出射する。
【００１３】
光導波路構造１２の表面には、絶縁性のパシベーション膜１４が被着されている。このパシベーション膜１４は、ＳｉＯ_２から構成されている。パシベーション膜１４は、光導波路構造１２の表面を覆い、さらに基板１０の上面も覆っている。パシベーション膜１４は、光導波路構造１２を保護する役割を有している。
【００１４】
パシベーション膜１４の表面上には、光導波路構造１２の側方の段差を埋めるように、絶縁性の樹脂層１５が設けられる。この樹脂層１５は、有機樹脂であるＢＣＢ樹脂から構成されている。硬化していないＢＣＢ樹脂は、６〜７μｍの段差を埋められるような流動性を有している。
【００１５】
樹脂層１５の表面には、中間層１６が被着されている。中間層１６の一部は、パシベーション膜１４の表面に被着されている。中間層１６によって樹脂層１５の表面が覆われるので、樹脂層１５は露出しない。この中間層１６は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）から構成されている。ＳＯＧは、樹脂層１５の材料であるＢＣＢ樹脂との間に、比較的高い付着性を有している。また、後述するように、ＳＯＧは、電極１７の材料であるＴｉとの間にも、高い付着性を有している。
【００１６】
中間層１６の表面には、金属製のオーミック電極１７が被着されている。電極１７の一部分は、コンタクトホール１８を通って光導波路構造１２の上面まで延在している。したがって、電極１７は、光導波路構造１２の上面と接触している。この電極１７の最下層は、Ｔｉから構成されている。
【００１７】
この実施形態では、例えば、パシベーション膜１４の厚さが０．３μｍ、樹脂層１５の厚さが２〜６μｍ、中間層１６の厚さが０．２〜１．０μｍであってもよい。
【００１８】
半導体デバイス１の製造方法を説明する。基板１０上に光導波路構造１２を形成した後、光導波路構造１２の表面全体および基板１０の表面にパシベーション膜１４を被着する。パシベーション膜１４は、例えば、ＣＶＤ法によって形成できる。
【００１９】
次に、光導波路構造１２の側方においてパシベーション膜１４の表面上に流動性のＢＣＢ樹脂を直接塗布し、それを硬化する。これにより樹脂層１５が形成され、光導波路構造１２の側方の段差が埋められる。
【００２０】
次いで、樹脂層１５およびパシベーション膜１４の表面上に流動性のＳＯＧを直接塗布し、それを焼成する。ＳＯＧは、スピンコーティング法により塗布される。焼成によってＳＯＧが硬化すると、ＳｉＯ_２を主成分とする層が得られる。これが、中間層１６である。ＳＯＧの焼成は、比較的低温で行える。中間層１６とパシベーション膜１４とは、樹脂層１５の周辺で部分的に接触している。中間層１６とパシベーション膜１４はともにＳｉＯ_２を主成分とするので、両者のマッチングは優れている。
【００２１】
次に、光導波路構造１２の上方においてパシベーション膜１４および中間層１６にコンタクトホール１８を形成する。具体的には、中間層１６の表面上にレジストパターンを設け、パシベーション膜１４および中間層１６のうち光導波路構造１２の上方に位置する部分をエッチングにより除去する。コンタクトホール１８は、パシベーション膜１４および中間層１６を貫通して光導波路構造１２の上面まで延在している。コンタクトホール１８の形成後は、Ｏ_２アッシングを行って、中間層１６の表面上のレジストパターンおよびワックスを除去する。
【００２２】
この後、中間層１６の表面上にレジストパターンを設け、コンタクトホール１８を充填するように電極材料を堆積する。これにより電極１７が形成される。なお、最初に堆積する電極材料は、Ｔｉである。この後、レジストパターンを除去すれば、半導体デバイス１が完成する。
【００２３】
以下では、この実施形態の利点を説明する。この実施形態は、主に三つの利点を有している。
【００２４】
第１に、酸素プラズマ洗浄（Ｏ_２アッシング）を実行しても、脱離しにくい電極１７を形成できる。これは、Ｏ_２アッシングによって劣化しやすいＢＣＢ樹脂層１５ではなく、ＳＯＧ中間層１６に電極を被着するからである。中間層１６の主成分であるＳｉＯ_２は、すでに酸化しているため、Ｏ_２アッシングを施しても劣化しない。したがって、中間層１６は、Ｏ_２アッシングの後も、電極材料であるＴｉとの間に比較的高い付着性を維持する。このため、電極１７は脱離しにくい。また、樹脂層１５は中間層１６によって覆われているので、中間層１６の形成後にＯ_２アッシングを施しても、樹脂層１５は劣化しない。このように、半導体デバイス１の製造では、樹脂層１５の形成後であっても、Ｏ_２アッシングによってレジストやワックスを十分に除去できる。
【００２５】
なお、ＳＯＧを単独で厚く塗布することはできないので、ＳＯＧで段差を埋めて平坦化を行うことは難しい。このため、６〜７μｍの段差を埋める材料として、ＢＣＢ樹脂やポリイミド樹脂が使用される。
【００２６】
第２に、半導体デバイス１は、製造条件の決定が容易である。これは、半導体デバイス１が樹脂層１５と中間層１６の２層構造を有するからである。樹脂層１５の材料は、平坦化させる段差の厚みに応じて決定できる。中間層１６の材料は、電極材料との付着性に応じて決定できる。段差厚み条件および電極付着性条件の双方を満たす材料を選ぶ必要はない。
【００２７】
第３に、半導体デバイス１は、製造プロセスの選択が容易である。これは、パシベーション膜１４および中間層１６が、ともにＳｉＯ_２を主成分とするからである。パシベーション膜１４および中間層１６に対しては、同じプロセスを施すことができる。したがって、パシベーション膜１４および中間層１６が異なる材料から構成されている場合よりも、製造プロセスを選択しやすい。
【００２８】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２９】
上記の実施形態では、樹脂層１５の材料として、ＢＣＢ樹脂が使用されている。しかし、ＢＣＢ樹脂に代えて、ポリイミド樹脂を使用してもよい。ＢＣＢ樹脂と同様に、ポリイミド樹脂も、ＳＯＧとの間に高い付着性を有する。
【００３０】
上記の実施形態では、基板１０上にリッジ型の光導波路構造１２が設けられている。しかし、他の半導体層構造が基板上に設けられていてもよい。
【００３１】
図２は、ストライプメサ型の光導波路構造を備える本発明の実施形態を示している。半導体デバイス２も、上記実施形態と同じく、半導体レーザ素子である。半導体デバイス２は、基板２０上に光導波路構造２２を形成することにより製造される。光導波路構造２２は、活性層２３を含んでいる。光導波路構造２２の表面には、ＳｉＯ_２からなるパシベーション膜２４が被着されている。パシベーション膜２４の上面には、光導波路構造２２の側方の段差を埋めるように、ＢＣＢ樹脂層２５が設けられている。樹脂層２５の表面には、ＳＯＧ中間層２６が被着されている。中間層２６の表面には、金属製のオーミック電極２７が被着される。電極２７は、コンタクトホール２８を通って光導波路構造２２の上面まで延在している。電極２７の最下層は、Ｔｉから構成されている。パシベーション膜２４、樹脂層２５、中間層２６および電極２７の形成方法は、上記実施形態のパシベーション膜１４、樹脂層１５、中間層１６および電極１７と同様である。
【００３２】
半導体デバイス２では、上記実施形態の半導体デバイス１と同様に、平坦化のための樹脂層２５が中間層２６によって保護されている。また、パシベーション膜２４および中間層２６は、ともにＳｉＯ_２を主成分とする。このため、半導体デバイス２は、半導体デバイス１と同じ利点を有している。
【００３３】
【発明の効果】
この発明の半導体デバイスは、平坦化のための樹脂層とは別個の中間層の上に電極が設けられている。このため、Ｏ_２アッシングによる電極の付着性の低下を抑えることが可能である。したがって、この発明の半導体デバイスは、樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを施す方法によって好適に製造できる。
【００３４】
この発明の半導体デバイス製造方法では、樹脂層を設けて平坦化を行った後、樹脂層を中間層で覆って樹脂層を保護し、この中間層の上に電極を設ける。このため、Ｏ_２アッシングによる電極の付着性の低下を抑えることが可能である。したがって、この半導体デバイス製造方法によれば、樹脂埋め込み平坦化の後にＯ_２アッシングを施しても、脱離しにくい電極を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】この発明の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体デバイス、１０…基板、１２…光導波路構造、１３…活性層、１４…パシベーション膜、１５…樹脂層、１６…中間層、１７…電極、１８…コンタクトホール。

Claims

基板と、
前記基板上に設けられた半導体層構造と、
前記層構造の側方の段差を埋める樹脂層と、
前記樹脂層の表面に被着された中間層と、
前記中間層の表面に被着された電極と、
を備え、
前記電極の一部分は、前記層構造の表面まで延びて前記層構造と接している
半導体デバイス。
前記中間層は、ＳＯＧから構成されている、請求項１記載の半導体デバイス。
前記樹脂層は、ＢＣＢ樹脂またはポリイミド樹脂から構成されている、請求項２記載の半導体デバイス。
前記電極のうち前記中間層と接する部分は、Ｔｉから構成されている、請求項２記載の半導体デバイス。
前記層構造の表面および前記基板の表面に被着されたＳｉＯ_２からなるパシベーション膜をさらに備える請求項２記載の半導体デバイス。
基板上に半導体材料を積層して所定の層構造を設ける工程と、
前記層構造の側方の段差を埋めるように樹脂層を設ける工程と、
前記樹脂層の表面に中間層を被着する工程と、
前記中間層の表面に電極を被着する工程と、
を備え、
前記電極の一部分は、前記層構造の表面まで延びて前記層構造と接している
半導体デバイスの製造方法。
前記中間層は、前記樹脂層の表面にＳＯＧを塗布して硬化させることにより設けられる、請求項６記載の半導体デバイス製造方法。
前記樹脂層は、前記段差の表面にＢＣＢ樹脂またはポリイミド樹脂を塗布して硬化させることにより設けられる、請求項７記載の半導体デバイス製造方法。
前記電極のうち前記中間層と接する部分は、Ｔｉから構成されている、請求項７記載の半導体デバイス製造方法。
前記層構造を設けた後、前記樹脂層を設ける前に、前記層構造の表面および前記基板の表面にＳｉＯ_２からなるパシベーション膜を被着する工程をさらに備える請求項７記載の半導体デバイス製造方法。