JP2010528490A

JP2010528490A - 裏面紫外線照射を用いて半導体レーザの金属接触構造を作製する方法

Info

Publication number: JP2010528490A
Application number: JP2010510313A
Authority: JP
Inventors: ザウ，チュン−エン; シー，ジンチュン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2010-08-19
Also published as: EP2151025A1; US7833695B2; US20080299495A1; JP2013077853A; WO2008150403A1; CN101682170A; KR20100023926A; TWI364890B; TW200913412A; CN101682170B

Abstract

半導体レーザの金属接触構造を作製する方法が提供され、この方法は、紫外線透過性半導体基板と、エッチングによって形成されたエピ層エッジ間に配置されるリッジを画定し、紫外線透過性半導体基板を覆って配置される紫外線透過性半導体エピ層と、およびエピ層リッジを覆って配置される紫外線不透過性金属層とを提供する工程、不透過性金属層とエピ層エッジとを覆って少なくとも１つのフォトレジスト層（ポジ型フォトレジスト、画像反転フォトレジスト、またはネガ型フォトレジスト）を塗布する工程、およびフォトレジスト層の領域をフォトリソグラフィマスクとして用いられる不透過性金属層と共に紫外線光で裏面照射することにより選択的に現像する工程を含む。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００７年５月３１日に出願された米国特許出願第１１／８０９，１１７号明細書の利益を主張するものである。

本発明は、一般に半導体レーザの金属接触構造の作製に関し、特に、半導体レーザのリッジを覆う金属接触部を、裏面紫外線フォトリソグラフィを用いて作製する方法に関するものである。

本発明の発明者は、インデックスガイド式半導体レーザの製造における半導体ウエーハ上パターンとマスクパターンとの間の位置合わせエラーが、リッジ上面のｐ−コンタクト金属とコンタクト開口部との位置ずれの結果、リーク電流を引き起こす可能性があることを認識していた。

本発明の一実施の形態によると、位置合わせエラーを除去する、半導体レーザの金属接触構造を作製する方法が提供される。この方法は、紫外線透過性半導体基板と、エッチングによって形成されたエピ層のエッジ間に配置されるリッジを画定する紫外線透過性半導体エピ層とを提供する工程を含み、このときエピ層は紫外線透過性半導体基板を覆って配置される。また、紫外線不透明金属接触層がエピ層のリッジを覆って提供される。この方法はさらに、不透過性金属接触層およびエピ層のエッジを覆って少なくとも１つのポジ型フォトレジスト層を塗布する工程、およびポジ型フォトレジスト層のエピ層エッジを覆って配置された領域を紫外線光で裏面照射することにより選択的に現像する工程を含む。裏面紫外線照射では、紫外線光は最初に紫外線透過性半導体基板の底面を通して送られる。不透過性金属接触層により、ポジ型フォトレジスト層の不透過性金属を覆って配置された領域は紫外線光で照射されないため、選択的現像が促進される。この方法はまた、エピ層のエッジを覆う現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、現像されていないフォトレジスト領域とエピ層のエッジとを覆って誘電体層を適用する工程、現像されていないフォトレジスト領域と、誘電体層のこの現像されていないフォトレジスト領域を覆って配置された部分とを除去する工程、および誘電体層と不透過性金属接触層とを覆って金属層を適用することにより金属接触構造を形成する工程を含む。

別の実施の形態では、半導体レーザの金属接触構造を作製する別の方法が画像反転フォトレジスト層を用いて提供される。この方法は、不透過性金属接触層とエピ層のエッジとを覆って紫外線透過性誘電体層を適用する工程、紫外線透過性誘電体層を覆って少なくとも１つの画像反転フォトレジスト層を塗布する工程、画像反転フォトレジスト層のエピ層エッジを覆って配置された領域を紫外線光で裏面照射することにより選択的に現像する工程を含む。またこの方法は、エピ層のエッジを覆う現像されたフォトレジスト領域をフォトレジストベーキングによって安定化する工程、その後画像反転フォトレジスト層の不透過性金属を覆って配置された領域を画像反転フォトレジスト層の上面を紫外線光で照射することにより選択的に現像する工程を含む。フォトレジストベーキングの工程によって、エピ層のエッジを覆うフォトレジスト領域の紫外線感光性は失われる。さらにこの方法は、不透過性金属接触層を覆う現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、エピ層のエッジを覆うフォトレジスト領域を除去する工程、および誘電体層と不透過性金属接触層とを覆って金属層を適用することにより半導体レーザのリッジ上に金属接触構造を形成する工程を含む。

さらに別の実施の形態によれば、ネガ型フォトレジストを用いて半導体レーザの金属接触構造を作製する方法が提供される。この方法は、不透過性金属接触層とエピ層のエッジとを覆って紫外線透過性誘電体層を適用する工程、紫外線透過性誘電体層を覆って少なくとも１つのネガ型フォトレジスト層を塗布する工程、および紫外線光による裏面照射をエピ層のエッジを覆うフォトレジスト領域に限定し、かつ続くフォトレジストベーキングによって、ネガ型フォトレジスト層の不透過性金属接触層を覆って配置された領域を選択的に現像する工程を含む。この方法はさらに、不透過性金属接触層を覆う現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、エピ層のエッジを覆う現像されていないフォトレジスト領域を除去する工程、および誘電体層と不透過性金属接触層とを覆って金属層を適用することにより半導体レーザの金属接触構造を形成する工程を含む。

本発明の実施の形態により提供されるこれらおよび追加の特徴は、図面と共に以下の詳細な説明を考慮することでより完全に理解されるであろう。

本発明の特定の実施形態を示す以下の詳細な説明は、ここに添付する図面と共に読むとよく理解できる。

本発明の１つ以上の実施の形態による、ポジ型フォトレジスト層を裏面紫外線照射と共に用いることにより半導体レーザの金属接触構造を作製する工程を示す図図１Ａの次の工程を示す図図１Ｂの次の工程を示す図図１Ｃの次の工程を示す図図１Ｄの次の工程を示す図図１Ｅの次の工程を示す図図１Ｆの次の工程を示す図図１Ｇの次の工程を示す図本発明の１つ以上の実施の形態による、画像反転フォトレジスト層を裏面紫外線照射と共に用いることにより半導体レーザの金属接触構造を作製する工程を示す図図２Ａの次の工程を示す図図２Ｂの次の工程を示す図図２Ｃの次の工程を示す図図２Ｄの次の工程を示す図図２Ｅの次の工程を示す図図２Ｆの次の工程を示す図図２Ｇの次の工程を示す図図２Ｈの次の工程を示す図本発明の１つ以上の実施の形態による、ネガ型フォトレジスト層を裏面紫外線照射と共に用いることにより半導体レーザの金属接触構造を作製する工程を示す図図３Ａの次の工程を示す図図３Ｂの次の工程を示す図図３Ｃの次の工程を示す図図３Ｄの次の工程を示す図図３Ｅの次の工程を示す図図３Ｆの次の工程を示す図図３Ｇの次の工程を示す図

図面において説明される実施の形態は実際の例であって、請求項により画定される本発明を制限する意図はない。さらに、図面および本発明の個々の特徴は、この詳細な説明を考慮することでより完全に明白になりかつ理解されるであろう。

本発明は、半導体レーザのリッジを覆う金属接触構造を、紫外線不透過性金属接触部を覆う感光性フォトレジスト層を利用して作製する方法に関し、この金属接触構造は紫外線透過性ウエーハを覆って形成される。

本書で用いられる「ウエーハ」は、紫外線透過性半導体基板１、エピ層２を称し、また当業者に公知の他の適切な層を含んでもよい。さらに本書で用いられる「覆う（over）」という用語は、ある層をその上に適用することを意味するが、必ずしも別の層の上に直接適用することを意味するものではない。本発明において、介在する層、例えばクラッド層の付加がここでは考えられる。さらに「覆う」という用語は、その層がその表面全体を被覆することを求めているのではなく、単に一部分を含んでいるものでもよい。フォトレジスト層はウエーハの裏面から照射されるので、フォトレジストパターンはフォトリソグラフィマスクとして用いられる不透過性金属のパターンに正確に従うことができる。本出願ではフォトレジスト層に光子を送るために用いられる光源として紫外線に焦点を合わせているが、赤外線、マイクロ波、および他の適切な光源が紫外線光の代替に適しているであろうと考えられる。本発明の種々の実施形態による工程は、透過性基板、例えばＩＩＩ−Ｎ基板上に狭リッジレーザの金属接触構造を作製するために用いることができ、同時に位置合わせエラーを除去することができる。さらに、本発明の種々の実施形態による方法は、接触金属層を半導体レーザの狭リッジ上に約２μｍ未満のエッジ幅で作製するために用いることができるが、本発明の概念は、より大きいまたはより小さい様々な寸法の不透過性層の作製に適用することができる。

図１Ａ〜１Ｈに示したポジ型フォトレジストの実施形態を参照すると、紫外線透過性半導体基板１が提供され、かつ少なくとも１つの紫外線透過性エピ層２がその上に形成されている。例えば、これに限定されないが、紫外線透過性半導体基板１はサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、またはこれらの組合せを含むものでもよく、また紫外線透過性エピ層２はＡｌＧａＩｎＮ合金を含むものでもよい。他の適切な紫外線透過性組成物もまた基板１および／またはエピ層２として考えられる。図１Ａに（同様に、図２Ａおよび図３Ａに）示すように、紫外線不透過性金属層３がエピ層２上に成膜される。紫外線不透過性金属層３は任意の不透過性金属、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、またはこれらの組合せを含むものでもよい。金属に加えて、不透過性セラミックやポリマーなど他の不透過性組成物もまた適していると考えられる。不透過性金属層３は、用いられる金属材料次第でいろいろな厚さを有することができる。いくつかの例示的な実施の形態では、不透過性金属層３を、それぞれ５０ｎｍ、１００ｎｍ、２５０ｎｍ、または１００ｎｍの厚さを有するＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＮｉを含むとしてもよい。

不透過性金属層３の成膜の後、図１Ｂに（同様に、図２Ｂおよび図３Ｂに）示すように、エッチング工程を行って上部リッジおよびエッチングエッジを形成してもよい。本書で用いられる「エッジ」とはエピ層２のエッチングされた切欠き領域を示し、これに対し「リッジ」とはエピ層２のエッチングされていない領域の上面を示す。このエッチングは、ウェットまたはドライエッチング（例えば、反応性イオンビームエッチング、化学支援（chemical assistant）イオンビームエッチング、または誘導結合型プラズマエッチング）を含むものでもよい。図１Ｂの実施形態に示されているように、不透過性金属層３をリッジ上に配置してもよい。図１Ｂでリッジが形成されると、図１Ｃに示すように、ポジ型フォトレジスト層４がエピ層２のエッジおよび不透過性金属層３の上に（例えばスピンコーティングによって）塗布される。フォトレジストの紫外線光に照射された部分はフォトレジスト現像液に対して溶性となり、紫外線光に照射されていない部分はフォトレジスト現像液に対して不溶性である。適切なポジ型フォトレジスト材料の一例としては、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のＡＺ（登録商標）４２１０ポジ型フォトレジスト材料が挙げられる。

図１Ｄは、裏面照射フォトリソグラフィを受けているポジ型フォトレジスト層４を描いたものである。この工程では、紫外線が紫外線透過性基板１の底面を通って、紫外線透過性エピ層２、さらにその後フォトレジスト層４へと送られる。不透過性金属層３はフォトリソグラフィマスクとして働き、このためポジ型フォトレジスト層４の不透過性金属層３を覆う領域は光エネルギを受けない。結果として、このポジ型フォトレジスト層４の不透過性金属層３を覆う領域は現像されない。しかし、ポジ型フォトレジスト層４のエピ層２を覆う領域は、紫外線照射によって光エネルギを受けるため現像される。本書で使用される「現像される」とはフォトレジスト部分がフォトレジスト現像液に対して溶性に作られることを意味し、「現像されない」とはフォトレジスト部分がフォトレジスト現像液に対して不溶性であることを意味する。

図１Ｅを参照すると、ポジ型フォトレジスト層４の現像された領域が現像液を加えることにより除去されている。現像されたフォトレジスト領域は現像液内で溶解しその後洗い流されるが、これに対し現像されていない領域は現像液内で不溶性である。従って、現像液は現像されていない領域を溶解せずに現像された領域を溶解することができるものでなければならない。適切なポジ型フォトレジスト現像液の例としては、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のＡＺ４００Ｋ、およびＡＺ４２１Ｋ現像液が挙げられる。図１Ｅを参照すると、フォトレジスト層４の不透過性金属層３を覆う現像されていない領域のみが、現像されたフォトレジスト領域が現像液によって除去された後にそのまま残存している。

次に、図１Ｆの実施形態に示されているように、誘導体層５、例えば、紫外線透過性のＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４を、残存しているフォトレジスト層４およびエピ層２を覆って適用してもよい。この誘導体層５は、様々な従来の、あるいは未だ開発されていない工程を通して適用することができる。例えば、これに限定されないが、誘導体層５は蒸着手段またはスパッタリングにより不動態化層として適用される。図１Ｇのように、残存しているフォトレジスト層４領域およびその上の誘導体層５を、フォトレジスト剥離液を用いて除去してもよい。このフォトレジスト剥離液は現像されていないフォトレジスト領域を溶解する溶剤であり、さらに加えて、任意の残存している現像されたフォトレジスト材料や有機残渣を除去することもできる。適切なフォトレジスト剥離液組成物として、アセトンやＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のＡＺ４００Ｔなど、様々な有機および無機溶剤を挙げることができる。現像されていないフォトレジスト領域が溶解すると、このフォトレジスト領域を覆う誘導体層５を除去することもできる。この除去工程は時に「リフトオフ（liftoff）」と呼ばれることもある。

図１Ｇを参照すると、不透過性金属層３がこの時点では露出している。図１Ｈに示すように、半導体レーザのリッジを覆う金属接触構造の作製を完了するために、上部金属層６をその後不透過性金属層３と誘導体層５を覆って適用してもよい。上部金属層６は、チタニウム、金、パラジウム、プラチナ、ニッケル、およびこれらの組合せを含むものでもよい。

図２Ａ〜２Ｉを参照すると、リッジ半導体レーザは画像反転フォトレジスト１４を用いて作製することもできる。リッジおよびエッチングエッジが図２Ｂに示すように形成された後、誘導体層５、例えばＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４を、蒸着手段またはスパッタリングによって図２Ｃに示すように成膜することもできる。図２Ｄを参照すると、画像反転フォトレジスト１４の層が誘導体層５上にスピンコートされている。この画像反転フォトレジスト１４は種々の材料、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社によって流通されているＡＺ５２１４ＥやＡＺ５２１８Ｅを含むものでもよい。

図２Ｅを参照すると、裏面照射フォトリソグラフィが行われている。画像反転フォトレジスト１４のうちエピ層２のエッジを覆う領域は、光エネルギを受けて安定化されている。続いてこの方法では、フォトレジストのうちエピ層２のエッジを覆う紫外線照射された領域を安定化するだけではなく、この領域の感光性を失わせるフォトレジストベーキング工程を使用する。ベーキング工程の後、図２Ｆに示すように、フォトレジスト層１４はその上面から紫外線光で照射される。ベーキング工程がフォトレジストのうちエピ層２のエッジを覆う領域の感光性を失わせるため、フォトレジスト１４の不透過性金属層３を覆う領域のみが紫外線照射により現像される。その時、フォトレジスト１４の不透過性金属層３を覆う現像された領域は現像液により溶解されて除去され、このため図２Ｇに示すように不透過性金属上には窓が開口する。現像液はＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のＡＺ４００Ｋ、ＡＺ３５１Ｂを含むものでもよく、他の適切な従来のあるいは未だ開発されていない現像液でもよい。

図２Ｈに示すように、不透過性金属層３を覆う誘電体層５を除去するためにエッチング工程を行ってもよい。残存しているフォトレジスト１４のうちエピ層２のエッジを覆う領域は、上述したようにフォトレジスト剥離液を付与することによって除去される。図２Ｉを参照すると、金属層６が不透過性金属層３および誘電体層５を覆って成膜され、半導体レーザの金属接触構造の作製が終了する。

図３Ａから図３Ｈを参照すると、金属接触構造を、ネガ型フォトレジスト層を用いて作製する方法が提供されている。図３Ｂに示すようにリッジおよびエッチングエッジがエピ層２に形成された後、図３Ｃに示すように誘電体層５が成膜される。その後、図３Ｄに示すように、ネガ型フォトレジスト２４の層がスピンコーティングによって塗布される。ネガ型レジストは、光に照射された部分はフォトレジスト現像液に対して相対的に不溶性であり、照射されていない部分はフォトレジスト現像液により溶解するフォトレジストである。適切なネガ型フォトレジストとしては、これに限定されないが、Ｆｕｔｕｒｒｅｘ社製のＦｕｔｕｒｒｅｘＮＲ７−１０００Ｐネガ型フォトレジストを挙げることができる。図３Ｅを参照すると、裏面照射フォトリソグラフィがその後行われる。ネガ型フォトレジスト２４のうちエピ層２のエッジを覆う領域は紫外線に照射されて現像されず、これに対しネガ型フォトレジスト２４の不透過性金属層３を覆う領域は紫外線に照射されず現像される。さらに別の実施の形態では、本発明の方法は、フォトレジストのうちエピ層２のエッジを覆う紫外線照射された領域を安定化するためにフォトレジストベーキング工程を使用してもよい。フォトレジスト２４の不透過性金属を覆う現像された領域は、その後現像液の下で溶解される。ネガ型フォトレジスト２４のための現像液はＦｕｔｕｒｒｅｘ社製のＦｕｔｕｒｒｅｘＲＤ６を含むものでもよく、他の適切な従来のあるいは未だ開発されていない現像液でもよい。図３Ｆは、フォトレジスト２４の現像された領域が除去された後、不透過性金属層３の上に窓が開口した状態を示している。図３Ｇでは、不透過性金属層３を覆う誘電体層５を除去するエッチング工程が行われる。最終的に、エピ層２のエッジを覆うフォトレジスト２４は除去され（例えば、フォトレジスト剥離液により）、図３Ｈに示すように、別の厚い金属層６が成膜されて金属接触構造の作製が終了する。

本発明について詳細にかつその特定の実施形態を参照してここまで説明してきたが、添付の請求項において画定される本発明の範囲から逸脱することなく変更および変形が可能であることは明らかであろう。特に、本発明の態様のいくつかは本書で好適あるいは特に有益であると特定されているものもあるが、本発明は必ずしもこれらの好適な態様に限定されるものではないと意図される。

１紫外線透過性半導体基板
２エピ層
３紫外線不透過性金属層
４ポジ型フォトレジスト層
５誘導体層
６上部金属層
１４画像反転フォトレジスト
２４ネガ型フォトレジスト

Claims

半導体レーザの金属接触構造を作製する方法であって、
紫外線透過性半導体基板と、エッチングによって形成されたエピ層エッジ間に配置されるリッジを画定し、前記紫外線透過性半導体基板を覆って配置される紫外線透過性半導体エピ層と、および前記エピ層リッジを覆って配置される紫外線不透過性金属層とを提供する工程、
前記不透過性金属層と前記エピ層エッジとを覆って少なくとも１つのポジ型フォトレジスト層を塗布する工程、
前記ポジ型フォトレジスト層の前記エピ層エッジを覆って配置された領域を、最初に前記紫外線透過性半導体基板の底面を通して送られた紫外線光で裏面照射することにより選択的に現像する工程であって、前記ポジ型フォトレジスト層の前記不透過性金属を覆って配置された領域は該不透過性金属層によって紫外線光で照射されないものである工程、
前記エピ層エッジを覆う前記現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、
前記現像されていないフォトレジスト領域と前記エピ層エッジとを覆って誘電体層を適用する工程、
現像されていないフォトレジスト領域と、前記誘電体層の該現像されていないフォトレジスト領域を覆って配置された部分とを除去する工程、および、
前記誘電体層と前記不透過性金属層とを覆って金属層を適用することにより、半導体レーザの金属接触構造を形成する工程、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの金属接触構造を作製する方法。
半導体レーザの金属接触構造を作製する方法であって、
紫外線透過性半導体基板と、エッチングによって形成されたエピ層エッジ間に配置されるリッジを画定し、前記紫外線透過性半導体基板を覆って配置される紫外線透過性半導体エピ層と、および前記エピ層リッジを覆って配置される紫外線不透過性金属層とを提供する工程、
前記不透過性金属層と前記エピ層エッジとを覆って紫外線透過性誘電体層を適用する工程、
前記紫外線透過性誘電体層を覆って少なくとも１つの画像反転フォトレジスト層を塗布する工程、
前記画像反転フォトレジスト層の前記エピ層エッジを覆って配置された領域を、最初に前記紫外線透過性半導体基板の底面を通して送られた紫外線光で裏面照射することにより選択的に現像する工程であって、前記画像反転フォトレジスト層の前記不透過性金属層を覆って配置された領域は該不透過性金属層によって紫外線光で照射されないものである工程、
前記エピ層エッジを覆う現像されたフォトレジスト領域をフォトレジストベーキングにより安定化する工程、
前記画像反転フォトレジスト層の前記不透過性金属層を覆って配置された前記領域を、該画像反転フォトレジスト層の上面を紫外線光で照射することにより選択的に現像し、前記エピ層エッジを覆うフォトレジスト領域の紫外線感光性は前記フォトレジストベーキング工程により失われている工程、
前記不透過性金属層を覆う現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、
前記誘電体層の前記不透過性金属層を覆う部分をエッチングする工程、
前記エピ層エッジを覆う前記フォトレジスト領域を除去する工程、および、
前記誘電体層と前記不透過性金属層とを覆って金属層を適用することにより、半導体レーザの金属接触構造を形成する工程、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの金属接触構造を作製する方法。
半導体レーザの金属接触構造を作製する方法であって、
紫外線透過性半導体基板と、エッチングによって形成されたエピ層エッジ間に配置されるリッジを画定し、前記紫外線透過性半導体基板を覆って配置される紫外線透過性半導体エピ層と、および前記エピ層リッジを覆って配置される紫外線不透過性金属層とを提供する工程、
前記不透過性金属層と前記エピ層エッジとを覆って紫外線透過性誘電体層を適用する工程、
前記紫外線透過性誘電体層を覆って少なくとも１つのネガ型フォトレジスト層を塗布する工程、
前記紫外線透過性半導体基板の底面を最初に通して送られた紫外線光による裏面照射を、前記エピ層エッジを覆うフォトレジスト領域に限定することにより、前記ネガ型フォトレジスト層の前記不透過性金属層を覆って配置された領域を選択的に現像する工程であって、前記ネガ型フォトレジスト層の前記不透過性金属層を覆って配置された領域は該不透過性金属層によって紫外線光で照射されないものである工程、
前記不透過性金属層を覆う現像されたフォトレジスト領域を除去する工程、
前記誘電体層の前記不透過性金属層を覆う部分をエッチングする工程、
前記エピ層エッジを覆う安定化されたフォトレジスト領域を除去する工程、および、
前記誘電体層と前記不透過性金属層とを覆って金属層を適用することにより、半導体レーザのリッジ上に金属接触構造を形成する工程、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの金属接触構造を作製する方法。
前記エッジが、反応性イオンビームエッチング、化学支援イオンビームエッチング、誘導結合型プラズマエッチング、またはこれらの組合せによりエッチングされたものであり、前記現像されたフォトレジスト領域はフォトレジスト現像液で溶解することにより除去され、かつ前記現像されていないフォトレジスト領域はフォトレジスト剥離液で溶解することにより除去されることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
請求項１から３いずれか１項記載の方法により製造される半導体レーザの金属接触構造。