JP2007335564A

JP2007335564A - リッジ部を有する半導体素子の製造方法

Info

Publication number: JP2007335564A
Application number: JP2006164530A
Authority: JP
Inventors: Naoki Arazoe; 直棋荒添
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】絶縁膜と金属膜の密着性が高い、リッジ部を有する半導体素子の新たな製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体層１にリッジ２を形成後、半導体層１表面、リッジ２表面、リッジ２側面を覆うように絶縁膜４を形成し、さらに絶縁膜４上にＴｉ膜７を形成する（図１ｂ）。Ｔｉ膜７上にレジストマスク５を形成し、アッシング処理によりリッジ２の上部に位置するレジストマスク５を除去してＴｉ膜７を露出させる（図１ｄ）。バッファードフッ酸を用い、リッジ２の表面が露出するまで絶縁膜４およびＴｉ膜７をエッチングする（図１ｅ）。その後、レジストマスク５を除去し（図１ｆ参照）、金属膜６を形成する（図１ｇ）。
【選択図】図１

Description

本発明は、リッジ部を有する半導体素子において、金属膜と絶縁膜との密着性が高い半導体素子の製造方法に関するものである。特に、本発明は、リッジにより電流狭窄を実現するリッジ型の半導体レーザの製造方法に有効な製法に関する。

従来より、III 族窒化物半導体を用いた絶縁膜により電流狭窄を行った半導体レーザとして、下記特許文献１、および特許文献２に記載の構造が知られている。
これらの半導体レーザの構造は、電流を縦方向に流すための窓を除いて、絶縁膜を形成して、その絶縁膜と窓の上に、一様に金属膜からなる電極を形成した構造である。この場合に、金属膜には、外部から電流を供給するためにワイヤーボンディングが行われるが、金属膜と絶縁膜との接着性が弱いとこの電極である金属膜が容易に剥離してしまうという問題があった。そこで、下記特許文献では、電極である金属膜と絶縁膜との間に、絶縁膜に対して接着性の強い金属膜を形成している。特に特許文献１には、絶縁膜としてＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、金属薄膜としてＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉを用いた場合の、種々の組み合わせにおける絶縁膜と金属膜の密着性について考察されている。
特開平８−２７９６４３特開２０００−２６１１０３

特許文献２においては、電流通路である窓の周辺においては、電極である金属膜が直接、絶縁膜に接触しており、Ｔｉなどの絶縁膜に対して接着性の高い金属膜が形成されていない部分が存在する。このため、電極である金属膜が窓の周辺で剥離し易いという問題がある。

また、特許文献２では、電流の通路となる窓を有した絶縁膜とその上の絶縁膜に対する密着性の強い窓を有した金属膜の形成は、フォトリソグラフィを用いている。特許文献１においては、製法は記載されていないが、同様に、フォトリソグラフィを用いて形成されていると思われる。

リッジの頂部に電極を形成するリッジ型の半導体レーザの場合に、リッジ部以外の部分に形成された絶縁膜と電極との接着性を向上させるために、上記特許文献１、２に記載されている絶縁膜に対する接着性の高いＴｉなどの金属膜を形成するとすると、フォトリソグラフィを用いた場合には、リッジとマスクとの精度の高い位置合せが困難であり、密着性の高い金属膜がリッジの側壁に接合して形成されることがない。このために、リッジの側壁部分では、電極である金属膜が直接、絶縁膜に接合したり、III 族窒化物半導体に接合するので、この部分で剥離を生じることになる。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、リッジ構造を有する半導体素子において、リッジに対する電極となる金属薄膜の剥離を防止した半導体素子の製造方法を提供することである。
また、本発明は、絶縁膜と金属膜の密着性が高い、リッジ部を有する半導体素子の新たな製造方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、リッジ部を有する半導体素子の製造方法において、半導体素子表面とリッジ部を覆うように絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を覆うように金属薄膜を形成する工程と、金属薄膜を覆うように、かつ、表面の凹凸が前記リッジ部の高さ以下となるようにレジスト膜を形成する工程と、レジストアッシング処理によりリッジ部の上部に位置する金属薄膜を露出させる工程と、ウェットエッチングによりリッジ部表面が露出するまで絶縁膜および金属薄膜をエッチングする工程と、レジスト膜を除去する工程と、金属薄膜およびリッジ部上部表面を覆うように金属膜を形成する工程と、を有し、金属薄膜は、絶縁膜と金属膜との接着力よりも大きな接着力を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。

リッジ部を有する半導体素子は、このリッジ部を電流狭窄に用いる半導体レーザなどといった、リッジ部の頂部に形成される金属膜を電極とする構造の素子である。この素子であれば、半導体レーザには、限定されない。半導体としては、III 族窒化物半導体が望ましいが、これには限定されない。III 族窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮなどの２元系の半導体、任意組成比のＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの３元系の半導体、任意組成比のＡｌＧａＩｎＮなどの４元系の半導体を用いることができる。金属膜には、Ａｕ，Ａｌ，Ｔｉ／Ｎｉ，などの金属を用いることができる。金属薄膜には、金属膜と絶縁膜の接着力より大きな接着力を有するものを用いる。たとえば、金属薄膜としてＴｉを用いた場合は、絶縁膜としてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、窒化珪素を用い、金属膜としてＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ｎｉを用いると、絶縁膜と金属膜の接着力よりも大きな接着力を得ることができる。

第２の発明は、リッジ部を有する半導体素子の製造方法において、リッジ部を形成する際に用いたマスクを除去せずに、半導体素子表面とリッジ部とマスクを覆うように絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を覆うように金属薄膜を形成する工程と、リッジ部上部に位置する金属薄膜を覆わないようにレジスト膜を形成する工程と、リッジ部表面が露出するまでマスクと絶縁膜と金属薄膜をエッチングする工程と、レジスト膜を除去する工程と、金属薄膜およびリッジ部上部表面を覆うように金属膜を形成する工程と、を有し、金属薄膜は、絶縁膜と金属膜との接着力よりも大きな接着力を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。この発明でも、金属膜には、Ａｕ，Ａｌ，Ｔｉ／Ｎｉ，などの金属を用いることができる。第１の発明の場合と同様に、金属薄膜としてＴｉを用いた場合は、絶縁膜としてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、窒化珪素を用い、金属膜としてＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ｎｉを用いると、絶縁膜と金属膜の接着力よりも大きな接着力を得ることができる。

第３の発明は、第２の発明におけるマスクと絶縁膜と金属薄膜をリッジ部表面が露出するまでエッチングする工程が、金属薄膜をウェットエッチングにより除去し、絶縁膜と、マスクの一部と、その一部の側面の絶縁膜および金属膜をドライエッチングにより除去し、残部のマスクと、残部のマスクの側面の絶縁膜および金属薄膜を、リッジ部表面が露出するまでウェットエッチングにより除去する工程であることを特徴とする。
この発明によると、ドライエッチングのみで除去する工程に比べて、リッジ部表面に与えるダメージを軽減できる。また、ウェットエッチングのみで除去する工程に比べて、ウェットエッチングで除去すべき箇所が少ないため、エッチング時間を制御してリッジ上部以外の絶縁膜を残すことが容易となる。

第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、絶縁膜がＳｉＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、および、窒化珪素膜のうち、少なくとも１種であることを特徴とする。

第５の発明は、第３の発明において、リッジ部を形成するマスクおよび絶縁膜はＳｉＯ₂から成り、マスクは蒸着により形成し、絶縁膜はＣＶＤ法により形成することを特徴とする。この場合には、絶縁膜のエッチング速度がリッジ部を形成するマスクのエッチング速度よりも遅くすることができるので、リッジ部の頂部を露出させるエッチングの時に、マスクと絶縁膜を同一の工法、材料により形成した場合に比べて、リッジ部の側壁に絶縁膜を残すことが容易となる。

第６の発明は、第１の発明ないし第５の発明の何れか一つの発明において、リッジ部表面が露出するまでエッチングする工程において、金属薄膜はＴｉであり、エッチングに用いるエッチング液はバッファードフッ酸であることを特徴とする半導体素子の製造方法である。バッファードフッ酸を用いると、ＳｉＯ₂から成る絶縁膜やリッジ部を形成するＳｉＯ₂から成るマスクとＴｉ膜とを容易にエッチングすることができる。

第７の発明は、第１の発明または第２の発明において、半導体素子は半導体レーザであることを特徴とする半導体素子の製造方法である。この製法により、電極である金属膜の剥離が防止されて、信頼性の高い半導体レーザを実現することができる。

第８の発明は、第１の発明または第２の発明において、半導体素子が少なくともIII 族窒化物半導体層を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。

本発明のリッジ部を有する半導体素子の第１および第２の製造方法によると、絶縁膜と金属膜の間に金属薄膜を形成する工程を組み込んだことにより、絶縁膜と金属膜の密着性を向上させることが可能となっている。特に、リッジ部上部表面以外は金属薄膜が形成されている点に利点がある。これにより、従来のリッジ部付近での金属膜の剥がれやすさが解消されている。また、本発明の製造方法によると、レジストの選択露光によるフォトリソグラフィを用いておらず、セルフアライメントにより、リッジ部の側壁に密着して金属薄膜を形成できるので、製造が簡単であると共に、電極である金属膜の絶縁膜に対する密着性が向上する。したがって、リッジ構造を有する半導体において、電極の剥離を防止した信頼性の高い半導体素子を得ることができる。

また、第５の発明のように絶縁膜としてＣＶＤ法によりＳｉＯ₂を形成し、マスクとして蒸着法によりＳｉＯ₂を形成すると、絶縁膜のＳｉＯ₂がマスクのＳｉＯ₂に比べて強固な膜となりエッチング速度が遅くなるため、より容易にリッジ部上部表面だけを選択的に露出させることができるし、リッジ部の側壁に絶縁膜を残すことができる。また、第６の発明のようにバッファードフッ酸を用いるとＳｉＯ₂で作成した絶縁膜とＴｉ膜をすべてエッチングできるために、マスク側面のＴｉ膜をエッチングする工程を加える必要がない。また、第７の発明や第８の発明のように、本発明は半導体レーザやIII 族窒化物半導体層を有する半導体素子に有効である。

以下、本発明の具体的な実施例を図を用いて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１は、本発明によるリッジ部を有する半導体素子の製造方法であり、図１は、実施例１による製造工程を示す図である。以下、実施例１による製造工程について、図を参照しながら説明する。

まず、半導体層１にリッジ２を形成するために所定の位置にマスク３を形成する。マスク３は、ＳｉＯ₂であり、蒸着法により形成した。マスク３の厚さは、０．３〜０．５μｍである。その後エッチングによりリッジ２を形成する（図１ａ参照）。半導体層１およびリッジ２はIII 族窒化物半導体で構成され、リッジ２の高さは、０．１〜０．７μｍ、リッジ２の幅は、１〜５μｍである。

次に、マスク３を除去し、ＣＶＤ法により絶縁膜４を、半導体層１表面、リッジ２表面、リッジ２側面を覆うように形成する。絶縁膜４はＳｉＯ₂から成り、厚さは０．０５〜０．３μｍである。

次に、絶縁膜４上全体にＴｉ膜７を蒸着法により形成する（図１ｂ参照）。Ｔｉ膜７の厚さは、２〜２０ｎｍである。その後、Ｔｉ膜７上全体にフォトレジストを塗布して光硬化させ、レジストマスク５を形成する（図１ｃ参照）。レジストマスク５の厚さは、１μｍ程度である。全体をアッシング処理することによりリッジ２の上部に位置するレジストマスク５を除去してＴｉ膜７を露出させる（図１ｄ参照）。このとき、レジストマスク５の厚さがリッジ２上部ではそれ以外の部分よりも薄いため、全体をアッシング処理してもリッジ２上部以外の部分のレジストマスク５は残る。すなわち、セルフアライメントにより、リッジ２以外の領域にリッジ２の側壁に接合してレジストマスク５が形成される。

次に、バッファードフッ酸を用い、リッジ２上部の表面が露出するまで絶縁膜４およびＴｉ膜７をエッチングする（図１ｅ参照）。この時、リッジ２の側壁には、絶縁膜４とＴｉ膜７がエッチングされずに残される。その後、レジストマスク５を除去し（図１ｆ参照）、蒸着法により金属膜６を素子全体に一様に形成する（図１ｇ参照）。すなわち、リッジ２の両側のＴｉ膜７の上、リッジ２の側壁のＴｉ膜７の上、リッジ２の露出した頂部（絶縁膜４もＴｉ膜７も存在しない）に、金属膜６が形成される。金属膜６はＡｕから成る。ほかに金属膜６としてＡｌ，Ｔｉ／Ｎｉなどを用いることができる。

以上の工程により、リッジ上部以外はＳｉＯ₂膜とＴｉ膜に覆われ、ＳｉＯ₂膜と金属膜の間にＴｉ膜を挟んだことで金属膜の剥がれにくい、リッジ部を有する半導体素子が得られる。特に、リッジ２の側壁まで、絶縁膜４とＴｉ膜７が形成されているので、リッジ２の段差部分で金属膜が剥離することが防止される。これにより、この段差部分で生じた熱が確実にＴｉ膜７を介して絶縁膜４に放射されるので、発熱が防止されて、素子の信頼性を向上させることができる。

実施例２は、本発明によるリッジ部を有する半導体素子の製造方法であり、図２は、実施例２による製造工程を示す図である。以下、実施例２による製造工程について、図を参照しながら説明する。

リッジ２を形成するために、図１の１ａと同様に、ＳｉＯ₂から成るマスク３を蒸着法により形成する。選択エッチングにより形成するリッジ２の上にだけ、マスク３を残して、半導体層１をエッチングして、半導体層１から凸状に突出したリッジ２を形成する。本実施例では、このマスク３を残した状態で、ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂からなる絶縁膜４を、半導体層１表面、リッジ２側面、マスク３の上部および側面を覆うように形成する。絶縁膜４の厚さは、実施例１と同様である。

次に、絶縁膜４上全体にＴｉ膜７を蒸着法により形成する（図２ａ参照）。すなわち、リッジ２の頂部、側壁、半導体層１の平坦部の上方に、Ｔｉ膜７を形成する。Ｔｉ膜７の厚さは、２〜２０ｎｍである。そして、フォトレジストをリッジ２の上部に位置するＴｉ膜７を覆わないように、スピンコートにより塗布し、光硬化させレジストマスク５を形成する（図２ｂ参照）。レジストマスク５の厚さは、０．１〜０．２μｍ程度である。スピンコートでレジストマスク５を形成するので、リッジ２の側壁に接合して、レジストマスクがセルフアライメントで形成される。

次に、レジストマスク５に覆われていないＴｉ膜７をバッファードフッ酸を用いて除去する。このとき、絶縁膜４も厚さ方向に一部除去される場合もあるが支障はない。
次に、マスク３、絶縁膜４（上記ウェットエッチングにより一部除去された場合には、その残された部分）を、ＣＨＦ₃とＡｒの混合ガスにより、マスク３の側面の絶縁膜４およびＴｉ膜７とともにマスク３の高さの一部をエッチングした状態になるまで、ドライエッチングする（図２ｃ参照）。その後、バッファードフッ酸を用い、リッジ２の表面が露出するまで残りのマスク３、マスク３の側面の絶縁膜４およびＴｉ膜７をウェットエッチングする（図２ｄ参照）。このとき、マスク３および絶縁膜４はともにＳｉＯ₂から成るが、マスク３は蒸着法、絶縁膜４はＣＶＤ法により形成したため、マスク３のほうがエッチング速度が速い。そのため、リッジ２側面に絶縁膜４、Ｔｉ膜７を残したまま、リッジ２表面を露出するまでエッチングすることが容易にできる。このリッジ２側面に絶縁膜４、Ｔｉ膜７が密着した状態で残せることにより、後で形成される金属膜６のリッジ２の段差での剥離を確実に防止することができ、素子の信頼性を向上させることができる。

その後、レジストマスク５を除去し（図２ｅ参照）、蒸着法により金属膜６をリッジ２の上部およびリッジ２を除く半導体層１の上方の平坦部の上に形成すると（図２ｆ参照）、実施例１と同様の半導体素子が得られる。

なお、実施例ではリッジ部は１つであったが、本発明は、リッジ部を複数有する半導体素子にも同様に適用できる。

本発明は、リッジ部を有する半導体レーザの製造方法に適用することができる。

実施例１によるリッジ部を有する半導体素子の製造工程図。実施例２によるリッジ部を有する半導体素子の製造工程図。

符号の説明

１：半導体層
２：リッジ
３：マスク
４：絶縁膜
５：レジストマスク
６：金属膜
７：Ｔｉ膜

Claims

リッジ部を有する半導体素子の製造方法において、
前記半導体素子表面と前記リッジ部を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を覆うように金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜を覆うように、かつ、表面の凹凸が前記リッジ部の高さ以下となるようにレジスト膜を形成する工程と、
レジストアッシング処理により前記リッジ部の上部に位置する金属薄膜を露出させる工程と、
前記絶縁膜および前記金属薄膜を、前記リッジ部表面が露出するまでエッチングする工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記金属薄膜および前記リッジ部上部表面を覆うように金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記金属薄膜は、前記絶縁膜と前記金属膜との接着力よりも大きな接着力を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
リッジ部を有する半導体素子の製造方法において、
前記リッジ部を形成する際にリッジ部上部に形成したマスクを除去せずに、前記半導体素子表面と前記リッジ部と前記マスクを覆うように前記絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を覆うように前記金属薄膜を形成する工程と、
前記リッジ部上部に位置する前記金属薄膜を覆わないようにレジスト膜を形成する工程と、
前記マスクと前記絶縁膜と前記金属薄膜を、前記レジスト膜をマスクとして前記リッジ部表面が露出するまでエッチングする工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記金属薄膜および前記リッジ部上部表面を覆うように金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記金属薄膜は、前記絶縁膜と前記金属膜との接着力よりも大きな接着力を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
前記エッチングする工程は、
前記金属薄膜をウェットエッチングにより除去し、
前記絶縁膜と、前記マスクの一部と、その一部の側面の前記絶縁膜および前記金属膜をドライエッチングにより除去し、
残部の前記マスクと、残部の前記マスクの側面の前記絶縁膜および前記金属薄膜を、前記リッジ部表面が露出するまでウェットエッチングにより除去する工程であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
前記絶縁膜は、ＳｉＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、および、窒化珪素膜のうち、少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
前記リッジ部を形成する前記マスクおよび前記絶縁膜はＳｉＯ₂から成り、前記マスクは蒸着により形成し、前記絶縁膜はＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
前記リッジ部表面が露出するまでウェットエッチングする工程において、
前記金属薄膜はＴｉであり、
エッチングに用いるエッチング液は、バッファードフッ酸であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
前記半導体素子は、リッジ型の半導体レーザであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
前記半導体素子は、少なくともIII 族窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。