JP2008235774A

JP2008235774A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2008235774A
Application number: JP2007076575A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Sasaki; 敬彦佐々木; Minoru Nakae; 穣中榮; Takahisa Harayama; 卓久原山
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】酸化シリコン膜を簡単な方法で除去する工程を含む、新規な半導体の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置を製造するための本発明の方法は、表面の一部に孤立するように酸化シリコン膜１６ａが形成された基材２０を、有機アルカリ液２１中に浸漬する工程と、その工程を経た基材２０を、水２２（水を含む液体）中に浸漬して超音波を印加することによって、酸化シリコン膜１６ａを選択的に基材２０から剥離する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造方法では、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）をマスクとして、半導体のエッチングを行う場合がある（たとえば特許文献１参照）。そのような例として、以下に、半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。

まず、III−Ｖ族化合物半導体からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などが基板側から順に積層された半導体基材１を用意する。次に、図５（ａ）に示すように、半導体基材１上に、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）２を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜２をリソグラフィ技術とエッチング技術とによってパターニングし、リッジを形成するための帯状の酸化シリコン膜２ａと、酸化シリコン膜２ａから所定の距離だけ離れた酸化シリコン膜２ｂとを形成する。次に、酸化シリコン膜２ａおよび２ｂをマスクとして、半導体基材１中のｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をエッチングして、２本の分離溝１ｈを形成する（図５（ｃ））。２本の分離溝１ｈに挟まれた部分は、帯状のリッジ（凸部）となる。

次に、酸化シリコン膜からなるマスク２ａおよび２ｂを除去したのち、半導体基材１の表面を覆うように絶縁膜３を形成する（図５（ｄ））。次に、リッジ上の絶縁膜３をドライエッチングによって除去し、絶縁膜３に、コンタクト用の孔３ｈを形成する（図５（ｅ））。次に、コンタクト用の孔３ｈを充填するように、電極膜４を形成する（図５（ｆ））。最後に、半導体基材１をへき開し、端面を形成する。このようにして半導体レーザ素子が製造される。
特開２００１−９１９１３号公報

半導体装置の従来の製造方法では、酸化シリコン膜の除去には、通常、フッ酸を含むエッチング液が用いられてきた。しかし、フッ酸を含む洗浄液は、取り扱いや廃液の処理が容易ではないという問題があった。また、半導体装置の製造方法では、一部の酸化シリコン膜のみを選択的に除去することによって、工程を簡略化できる場合がある。

このような状況において、本発明の目的の１つは、酸化シリコン膜を簡単な方法で除去する工程を含む、新規な半導体の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、検討した結果、本発明者らは、特定の方法を用いることによって、一部の酸化シリコン膜を選択的に除去することが可能であることを見出した。本発明は、この新たな知見に基づく発明である。

すなわち、半導体装置を製造するための本発明の方法は、（ｉ）表面の一部に孤立するように酸化シリコン膜が形成された基材を、有機アルカリ液中に浸漬する工程と、（ii）前記（ｉ）の工程を経た前記基材を、水を含む液体中に浸漬して超音波を印加することによって、前記酸化シリコン膜を選択的に前記基材から剥離する工程とを含む。

本発明の製造方法では、酸化シリコン膜を、フッ酸を用いることなく除去することが可能である。そのため、本発明によれば、低コストで容易に半導体装置を製造できる。また、本発明の製造方法では、特定の酸化シリコン膜のみを選択的に除去することが可能である。そのため、本発明によれば、従来の方法に比べて、工程を簡略化できる場合がある。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。

［半導体装置の製造方法］
半導体装置を製造するための本発明の方法は、以下の工程（ｉ）および（ii）を含む。本発明の製造方法で製造される半導体装置に特に限定はなく、たとえば、半導体レーザ素子、発光ダイオード、受光素子、トランジスタなどであってもよい。

工程（ｉ）では、表面の一部に孤立するように酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）が形成された基材を、有機アルカリ液中に浸漬する。基材の表面の一部に孤立するように形成された酸化シリコン膜、すなわち、島状に形成された酸化シリコン膜は、工程（ii）において基材から剥離される膜である。以下、この酸化シリコン膜を「酸化シリコン膜（Ａ）」という場合がある。

基材は、いわゆるウェハと呼ばれる半導体基板であってもよい。また、基材は、基板と基板上に形成された半導体層などの層によって構成されてもよい。この場合の基板は、半導体基板であってもよいし、半導体以外の基板（たとえばサファイア基板）であってもよい。基板上に形成される半導体層は、シリコンであってもよいし、III−Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体であってもよい。

有機アルカリ液は、有機陽イオンと水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とを含む液体である。有機アルカリ液は、たとえば、有機陽イオンと水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とを含む水溶液である。有機アルカリ液は、Ｎａを含まないことが好ましい。有機アルカリ液のｐＨは、たとえば１２〜１３の範囲にある。有機アルカリ液としては、たとえば、セミコクリーン２３（フルウチ化学株式会社製の有機アルカリ系洗浄液）を用いることができる。

酸化シリコン膜（Ａ）の幅は、たとえば５μｍ以下や３μｍ以下（一例では２μｍ以下）である。酸化シリコン膜（Ａ）の幅の下限値は特に限定はないが、通常は０．４５μｍ以上である。

ここで、「酸化シリコン膜（Ａ）の幅」とは、基材上方から見たときの酸化シリコン膜（Ａ）の平面形状を形状Ｓとしたときに、形状Ｓ内の任意の点を通り形状Ｓの外縁を終端とする最短の線のうち、最長の線の長さをいう。たとえば、酸化シリコン膜（Ａ）の平面形状Ｓが長方形である場合、図１（ａ）に示す形状Ｓ内の任意の点ａおよびｂのそれぞれを通り形状Ｓの外縁を終端とする線は無数にあるが、それらのうちの最短の線は、線Ｘおよび線Ｙである。それらの線（線ＸおよびＹ等）のうち、線Ｘは最長の線である。すなわち、形状Ｓが長方形である場合には、その長方形の短辺の長さが「酸化シリコン膜（Ａ）の幅」に該当する。また、形状Ｓが楕円形である場合には、図１（ｂ）の形状Ｓ内の任意の点ａおよびｂのそれぞれを通り形状Ｓの外縁を終端とする最短の線は、線Ｘおよび線Ｙである。それらの線のうち、楕円形の短軸が最長の線となる。すなわち、形状Ｓが楕円形である場合には、その楕円形の短軸の長さが「酸化シリコン膜（Ａ）の幅」に該当する。一方、酸化シリコン膜（Ａ）の平面形状Ｓが２つの長方形を組み合わせたＬ字状の形状である場合には、図１（ｃ）に示す形状Ｓ内の任意の点ａ、ｂおよびｃのそれぞれを通り形状Ｓの外縁を終端とする最短の線は、線Ｘ、ＹおよびＺである。それらの線のうち、角部の線Ｚは最長の線である。すなわち、形状Ｓが図１（ｃ）の形状である場合には、角部における線Ｚの長さが「酸化シリコン膜（Ａ）の幅」に該当する。

本発明の効果が得られる限り、酸化シリコン膜（Ａ）の厚さに限定はないが、酸化シリコン膜（Ａ）の厚さは、たとえば１００ｎｍ〜２μｍの範囲（一例では６００ｎｍ〜０．７μｍの範囲）であってもよい。

本発明の製造方法では、工程（ｉ）の前に、以下の工程（ａ）および（ｂ）を行ってもよい。まず、工程（ａ）では、基材上の一部に酸化シリコン膜（Ａ）を形成する。工程（ａ）で用いられる基材は、上述した基材と同じ材料で構成される。

次の工程（ｂ）では、酸化シリコン膜（Ａ）をマスクとして基材をエッチングすることによって、凸部を有する基材と、凸部の上面に孤立するように形成された酸化シリコン膜（Ａ）とを形成する。工程（ｂ）で形成される基材が、工程（ｉ）で用いられる基材となる。エッチングには、公知の方法を適用でき、たとえばドライエッチングを用いてもよいし、ウェットエッチングを用いてもよい。工程（ａ）および（ｂ）によれば、基材の所定の領域をエッチングできる。この構成では、酸化シリコン膜（Ａ）は、凸部の上面の全面に形成されている。ただし、本発明では、酸化シリコン膜（Ａ）は、基材表面の平坦部に形成されていてもよい。

工程（ｉ）では、基材を有機アルカリ液に浸漬した状態で超音波を印加することが好ましい。超音波を印加することによって、処理に必要な時間を短縮できる。

工程（ｉ）では、有機アルカリ液の温度を２０℃〜８０℃の範囲にした状態で、基材を有機アルカリ液に浸漬してもよい。有機アルカリ液を加熱することによって、処理に必要な時間を短縮できる。

工程（ｉ）の処理時間は、超音波印加の有無および条件や、有機アルカリ液の温度、酸化シリコン膜（Ａ）の幅などによって異なるが、一例では、２分〜１０分の範囲である。

工程（ii）では、工程（ｉ）を経た基材を、水を含む液体中に浸漬して超音波を印加することによって、酸化シリコン膜（Ａ）を選択的に基材から剥離する。

水を含む液体は、水の割合が、たとえば１０重量％以上、通常は５０重量％以上（たとえば８０重量％以上や９０重量％以上）の液体であり、たとえば純水である。水を含む液体は、水以外にアルコール（たとえばｉ−プロパノール）などを含んでもよい。

工程（ii）では、水を含む液体の温度を２０℃〜８０℃の範囲にした状態で、基材を当該液体に浸漬し、超音波を印加してもよい。当該液体を加熱することによって、処理に必要な時間を短縮できる。

工程（ii）の処理時間は、超音波印加の条件や、水を含む液体の温度、酸化シリコン膜（Ａ）の幅などによって異なるが、一例では、２分〜３０分の範囲である。

上記工程（ｉ）および（ii）によって、酸化シリコン膜（Ａ）を選択的に除去できる。なお、本発明の効果が得られる限り、工程（ｉ）と工程（ii）との間に、他の工程（たとえば洗浄工程）を行ってもよい。

［実施形態１］
以下に、本発明の製造方法を用いて半導体レーザ素子を製造する一例について、図面を参照しながら説明する。なお、酸化シリコン膜の選択的な除去以外の工程については、公知の方法で行うことができる。

まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型バッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、およびｐ型コンタクト層１５を順に積層する。各層は、III−Ｖ族化合物半導体で形成される。ＧａＡｓ基板１０およびその上に積層された層によって、基材２０が構成される。

次に、ｐ型コンタクト層１５上に酸化シリコン膜を形成したのち、酸化シリコン膜の一部をフォトリソ技術とドライエッチング技術とによって除去する。このようにして、図２（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜１６ａと酸化シリコン膜１６ｂとを形成する。酸化シリコン膜１６ａは、平面形状が長方形であり、周囲の酸化シリコン膜１６ｂから孤立している。酸化シリコン膜１６ａの幅は、たとえば２μｍ以下である。２つの酸化シリコン膜１６ｂは、酸化シリコン膜１６ａを挟むように形成されており、酸化シリコン膜１６ｂから、たとえば５μｍ以上離れている。

次に、図２（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜１６ａおよび１６ｂをマスクとして、ｐ型コンタクト層１５およびｐ型クラッド層１４をエッチングする。これによって、酸化シリコン膜１６ａおよび１６ｂが形成されていない部分に溝１７ｈが形成される。

次に、図２（ｄ）に示すように、基材を有機アルカリ液２１に浸漬した状態で超音波を印加する。次に、図２（ｅ）に示すように、基材を水２２に浸漬した状態で超音波を印加する。これらの処理によって、図２（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜１６ａのみが選択的に剥離される。このようにして、リッジ部のｐ型コンタクト層１５が露出する。

次に、図２（ｇ）に示すように、リッジ部の部分に貫通孔が形成されている絶縁膜１８と、ｐ側電極１９とを形成する。絶縁膜１８の貫通孔は、たとえばドライエッチングで形成できる。絶縁膜１８の貫通孔を介して、ｐ側電極１９は、ｐ型コンタクト層１５と接続している。次に、裏面電極を形成し、ＧａＡｓ基板１０をへき開することによって端面を形成する。このようにして半導体レーザ素子が形成される。

上記製造方法では、酸化シリコン膜１６ｂを除去する工程が不要である。また、上記製造方法では、酸化シリコン膜１６ｂと絶縁膜１８とが重なっていることによって、その部分の絶縁耐圧を高くできる。その部分の絶縁耐圧に応じて絶縁膜１８の厚さが規定される場合、酸化シリコン膜１６ｂが存在することによって絶縁膜１８を薄くすることが可能である。その結果、絶縁膜１８に貫通孔を形成することが容易になるという利点がある。

［酸化シリコン膜の選択的除去の一例］
以下に、酸化シリコン膜を選択的に除去した一例について説明する。この一例は、本発明の製造方法の工程（ｉ）および（ii）を用いて行われた。

まず、スパッタ法によってＳｉＯ₂膜（厚さ７００ｎｍ）をＧａＡｓ基板上に形成した。次に、リソグラフィ技術およびエッチング技術によって、ＳｉＯ₂膜をパターニングした。パターニングによって、リッジを形成するための帯状のＳｉＯ₂膜（Ａ）（幅２μｍ、長さ３０００μｍ）と、ＳｉＯ₂膜（Ａ）を挟むように形成された２つのＳｉＯ₂膜（Ｂ）とを形成した。ＳｉＯ₂膜（Ａ）とＳｉＯ₂膜（Ｂ）との距離は５μｍとした。

次に、ＳｉＯ₂膜（Ａ）およびＳｉＯ₂膜（Ｂ）をマスクとして、ＧａＡｓ基板をドライエッチングし、２本の分離溝（深さ１.５μｍ）を形成した。このときの電子顕微鏡写真を図３（ａ）に示す。

次に、有機アルカリ系の洗浄液（セミコクリーン２３：フルウチ化学株式会社製）を６０℃に加熱し、この洗浄液中に基板を浸漬した状態で５分間超音波を印加した。超音波の印加は、超音波洗浄機（シャープ株式会社製、ＵＴ１０５−ＨＳ）を用いて行った。

次に、６０℃の超純水中に基板を浸漬した状態で５分間超音波を印加した。超音波の印加は、超音波洗浄機（シャープ株式会社製、ＵＴ１０５−ＨＳ）を用いて行った。この処理ののち、基板を乾燥させた。このときの電子顕微鏡写真を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、幅が狭い酸化シリコン膜（Ａ）のみが選択的に除去された。この例のように、本発明の製造方法の工程（ｉ）および（ii）を用いることによって、半導体装置の製造方法において、酸化シリコン膜（Ａ）を選択的に除去できる。

なお、図３（ｂ）の状態でさらに基材（基板）のエッチングを行うことによって、図４に示すような断面形状を有する基材を容易に形成できる。図４の基材２０は、基材２０の表面に形成された凹部２０ｈと、凹部２０ｈ内に形成された凸部２０ａとを有する。凸部２０ａの上面は、酸化シリコン膜１６ｂが形成された基材２０の表面２０ｓよりも内側に位置する。

以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。

別の観点では、本発明の工程（ｉ）および（ii）は、電子回路の製造方法や、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）またはその部品の製造方法として利用できる。

本発明は、半導体装置の製造方法に適用できる。

「酸化シリコン膜の幅」の意味を説明するための図である。半導体レーザ素子の製造方法の一例の工程を示す断面図である。特定の酸化シリコン膜を選択的に除去した一例を示す電子顕微鏡写真である。本発明の製造方法を用いて製造できる基材の形状の一例を示す断面図である。半導体レーザ素子の従来の製造方法の一例の工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ＧａＡｓ基板
１１ｎ型バッファ層
１２ｎ型クラッド層
１３活性層
１４ｐ型クラッド層
１５ｐ型コンタクト層
１６ａ酸化シリコン膜（剥離される酸化シリコン膜）
１６ｂ酸化シリコン膜
１７ｈ溝
１８絶縁膜
１９ｐ側電極
２０基材
２０ａ凸部
２０ｈ凹部
２０ｓ表面
２１有機アルカリ液
２２水（水を含む液体）

Claims

（ｉ）表面の一部に孤立するように酸化シリコン膜が形成された基材を、有機アルカリ液中に浸漬する工程と、
（ii）前記（ｉ）の工程を経た前記基材を、水を含む液体中に浸漬して超音波を印加することによって、前記酸化シリコン膜を選択的に前記基材から剥離する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
前記酸化シリコン膜の幅が３μｍ以下である請求項１に記載の製造方法。
前記（ｉ）の工程の前に、
（ａ）基材上の一部に酸化シリコン膜を形成する工程と、
（ｂ）前記酸化シリコン膜をマスクとして前記基材をエッチングすることによって、凸部を有する前記基材と、前記凸部の上面に孤立するように形成された前記酸化シリコン膜とを形成する工程とを含む請求項１または２に記載の製造方法。
前記（ｉ）の工程において、前記基材を前記有機アルカリ液に浸漬した状態で超音波を印加する請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。