JP2014192369A - Semiconductor element manufacturing method and semiconductor element manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Alを含む半導体層を有する半導体素子の製造方法、および半導体素子の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element having a semiconductor layer containing Al, and a semiconductor element manufacturing apparatus.
半導体レーザや半導体光変調器などの光半導体素子では、活性層へ電流を効率よく供給させるために電流経路を狭窄させる必要がある。そこで、多くの光半導体素子では、活性層を持つ半導体積層構造をエッチングしてメサ構造を形成し、電流が流れる領域を限定させることで電流狭窄を行っている。さらに、メサ構造の側面で露出される活性層の保護や、放熱性、素子の寄生容量等の観点から、メサ構造の両側は例えばn/p/n/p型のInP埋込層で埋め込まれる。この場合、メサ構造の側面はp型InP埋込層で覆われている必要がある。 In an optical semiconductor device such as a semiconductor laser or a semiconductor optical modulator, it is necessary to narrow the current path in order to efficiently supply current to the active layer. Therefore, in many optical semiconductor devices, current confinement is performed by forming a mesa structure by etching a semiconductor laminated structure having an active layer and limiting a region through which a current flows. Furthermore, from the viewpoints of protection of the active layer exposed on the side surface of the mesa structure, heat dissipation, parasitic capacitance of the element, etc., both sides of the mesa structure are embedded with, for example, n / p / n / p type InP buried layers. . In this case, the side surface of the mesa structure needs to be covered with the p-type InP buried layer.
半導体積層構造が、活性層、クラッド層、或いはSCH(Separate Confinement Hetero Structure)層等として、Alを含む半導体層を有する場合がある。Alを含む半導体層は大気中の酸素によって容易に酸化される。 The semiconductor stacked structure may have a semiconductor layer containing Al as an active layer, a clad layer, a SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer, or the like. The semiconductor layer containing Al is easily oxidized by oxygen in the atmosphere.
一般にドライエッチング装置とMOCVD装置等の結晶成長装置はそれぞれ別々の装置であり、チャンバも異なる。ドライエッチング装置のチャンバ内でメサ構造を形成した後、そのメサ構造を備えた半導体基板を一端チャンバから搬出し、MOCVD装置のチャンバ内に搬送する必要がある。その搬送の過程で、このメサ構造を備えた半導体基板が大気に曝される。そうすると、前述した容易に酸化される性質により、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されてしまう。ドライエッチングの他に、フッ酸等のウェットエッチング処理を行った場合も、その後の水洗や大気への暴露によって、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されてしまう。 In general, crystal growth apparatuses such as a dry etching apparatus and an MOCVD apparatus are separate apparatuses and have different chambers. After the mesa structure is formed in the chamber of the dry etching apparatus, it is necessary to carry out the semiconductor substrate having the mesa structure from the one end chamber and transport it into the chamber of the MOCVD apparatus. During the transfer process, the semiconductor substrate having this mesa structure is exposed to the atmosphere. Then, an Al oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer containing Al due to the property of being easily oxidized as described above. In addition to dry etching, when wet etching such as hydrofluoric acid is performed, an Al oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer containing Al by subsequent washing with water or exposure to the atmosphere.
このAl酸化膜が半導体素子の特性を劣化させる問題があった。例えば、活性層を持つ半導体積層構造をエッチングしてメサ構造の側面にp型InP埋込層を成長させるとき、メサ構造の側面にAl酸化膜が形成されていると、当該側面へのp型InP埋込層の成長が阻害されてしまう。この場合、さらにn型InP埋込層を積層すると、p型InP埋込層の成長が不十分であることから、n型InP埋込層と活性層が接して無効電流経路を形成するという問題があった。 This Al oxide film has a problem of deteriorating the characteristics of the semiconductor element. For example, when a p-type InP buried layer is grown on a side surface of a mesa structure by etching a semiconductor laminated structure having an active layer, if an Al oxide film is formed on the side surface of the mesa structure, the p-type on the side surface The growth of the InP buried layer is hindered. In this case, if an n-type InP buried layer is further laminated, the p-type InP buried layer is insufficiently grown, and therefore the n-type InP buried layer and the active layer are in contact with each other to form a reactive current path. was there.
そこで、この問題を解消するために、MOCVDと並列してドライエッチング装置を設けることでメサ構造を大気に暴露しない、いわゆるin‐situエッチング装置が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 Thus, in order to solve this problem, a so-called in-situ etching apparatus has been proposed in which a dry etching apparatus is provided in parallel with MOCVD so that the mesa structure is not exposed to the atmosphere (see, for example, Non-Patent Document 1). .
上記の非特許文献1にかかるin−situ型のMOCVD並列ドライエッチング装置は、ドライエッチング装置とMOCVD装置との間を通路部で接続している。この通路部内の空間は大気から遮断されている。そこで、この通路部内を通じて、Alを含む半導体層の露出面が大気に曝されることを避けつつ、ドライエッチング装置のチャンバからMOCVDのチャンバへと製造途中の製品を移し変えることができる。
In the in-situ MOCVD parallel dry etching apparatus according to the above
しかしながら、エッチング装置と、MOCVD等の結晶成長装置とでは、要求される機能が大きく異なっている。結晶成長装置は品質の良い結晶構造を形成するための装置であるから、その内部が不純物質で汚染されることを嫌う。エッチング装置と結晶成長装置とを連結させるのであれば、両者のチャンバ間でのガスの隔離、つまりエッチングガスが結晶成長装置側へと進入するなどの汚染を徹底的に防止しなければならない。また、エッチングを行うチャンバから結晶成長を行うチャンバへのウェハ搬送のために、複雑な輸送機構を新たに設ける必要がある。こういった理由から、上記非特許文献1に記載されるような、エッチング装置と結晶成長装置とを連結させた装置は、不可避的に高コストなものとならざるをえず、製造コストを考えた場合にいまだ改善の余地を残すものであった。
However, required functions are greatly different between an etching apparatus and a crystal growth apparatus such as MOCVD. Since the crystal growth apparatus is an apparatus for forming a high-quality crystal structure, it does not like that the inside is contaminated with impurities. If the etching apparatus and the crystal growth apparatus are connected, it is necessary to thoroughly prevent contamination such as gas isolation between the two chambers, that is, etching gas entering the crystal growth apparatus side. In addition, it is necessary to newly provide a complicated transport mechanism for wafer transfer from the etching chamber to the chamber for crystal growth. For these reasons, an apparatus in which an etching apparatus and a crystal growth apparatus, as described in Non-Patent
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製造コストにも配慮したうえでAlを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されることを抑制することができる半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a semiconductor capable of suppressing the formation of an Al oxide film on the surface of a semiconductor layer containing Al in consideration of manufacturing cost. An object is to provide an element manufacturing method and a semiconductor element manufacturing apparatus.
本発明にかかる半導体素子の製造方法は、
同一のチャンバ内又は通路部を介して大気から隔離して連結された複数のチャンバ内で、Alを含む半導体層が積層された半導体基板にエッチングを施して前記半導体層の少なくとも一部を露出させたメサ構造を形成し且つ前記メサ構造で露出した前記Alを含む半導体層の酸化を防止する酸化防止膜を形成するメサ構造形成工程と、
前記メサ構造形成工程の後に前記半導体基板を前記同一のチャンバ又は前記複数のチャンバから搬出し、半導体結晶成長装置が備える他のチャンバに搬入する搬送工程と、
前記他のチャンバ内で、前記酸化防止膜を除去した後に前記メサ構造の両側を埋込層で埋め込む埋込工程と、
を備えることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
Etching is performed on a semiconductor substrate on which a semiconductor layer containing Al is stacked in the same chamber or in a plurality of chambers that are separated from the atmosphere through a passage portion to expose at least a part of the semiconductor layer. Forming a mesa structure and forming an antioxidant film for preventing oxidation of the semiconductor layer containing Al exposed in the mesa structure; and
A transfer step of unloading the semiconductor substrate from the same chamber or the plurality of chambers after the mesa structure forming step and loading the semiconductor substrate into another chamber included in the semiconductor crystal growth apparatus;
In the other chamber, the embedding step of embedding both sides of the mesa structure with an embedding layer after removing the antioxidant film;
It is characterized by providing.
本発明にかかる半導体素子の製造装置は、
台座を備えたチャンバと、
前記チャンバ内に連通し、前記台座上の半導体基板にエッチングを行うためのエッチングガス供給部と、
前記チャンバ内に連通し、前記台座上の半導体基板に酸化防止膜を形成するための酸化防止膜形成部と、
前記チャンバに対する前記エッチングガス供給部および前記酸化防止膜形成部の連通と遮断とを選択的に切り替える開閉機構と、
を備えることを特徴とする。
A semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention includes:
A chamber with a pedestal;
An etching gas supply for communicating with the chamber and etching the semiconductor substrate on the pedestal;
An anti-oxidation film forming portion for forming an anti-oxidation film on the semiconductor substrate on the pedestal, communicating with the chamber;
An opening / closing mechanism that selectively switches between communication and blocking of the etching gas supply unit and the antioxidant film forming unit to the chamber;
It is characterized by providing.
本発明によれば、製造コストにも配慮したうえで、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されることを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the formation of an Al oxide film on the surface of a semiconductor layer containing Al in consideration of the manufacturing cost.
実施の形態1.
[実施の形態1にかかる装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の製造装置50の構成を示す図であり、製造装置50の内部構成を示した断面図である。製造装置50の主たる役割は、ドライエッチングを行うためのドライエッチング装置であり、製造装置50は一般的なドライエッチング装置の構成を備えている。さらに、製造装置50の特徴的な構成として、MBE装置で用いられるようなAs分子供給機構と、As分子供給によって懸念されるエッチング用途への悪影響を防ぐための機構が備えられている。
[Configuration of Apparatus According to First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor
図1に示すように、製造装置50は、処理チャンバ49を備えている。ドライエッチング装置の構成として、処理チャンバ49内部には、陽極45および陰極46が設けられている。陰極46は、半導体ウェハ40を載せるための台座としての役割も備えている。
As shown in FIG. 1, the
処理チャンバ49には、シャッター42を介して開閉されるエッチング終端検出器41と、シャッター44を介して開閉されるエッチングガス流入口43が設けられている。エッチングガス流入口43は、エッチングガス供給装置43aに接続している。陽極45および陰極46には、ブロッキングコンデンサ47、RF発振器48が電気的に接続されている。
The
製造装置50は、非晶質As膜を成膜するためのAs分子供給機構を備えている。具体的には、処理チャンバ49には開口が設けられており、この開口を介して、As原料を充填したるつぼ(Asセル)38が処理チャンバ49内に連通している。るつぼ38と処理チャンバ49間には、シャッター39が設けられている。るつぼ38を加熱するためのヒータが設けられており、ヒータは具体的にはヒータ用抵抗38aおよびこの抵抗へ通電する通電制御部38bを備える。
The
抵抗38aへ通電してるつぼ38を加熱することにより、Asを蒸発させ、シャッター39の開閉やるつぼ38の温度調節によって半導体ウェハ40へのAs供給をコントロールする。
By energizing the
また、エッチング終端検出器(発光検出器)41の窓部にシャッター42を設けており、非晶質As膜形成の際はシャッター42を閉め、検出器にAsが堆積して不具合を起こすことを防ぐことができる。
In addition, a
同様に、エッチングガス流入口43にもシャッター44を設けている。非晶質As膜形成の際はシャッター44を閉め、エッチングガスの流入経路にAsが堆積して不具合を起こすことを防ぐことができる。
Similarly, a
このように、るつぼ用シャッター39およびシャッター44は、処理チャンバ49に対するエッチングガス流入口43及びるつぼ38の連通と遮断とを選択的に切り替える開閉機構である。
As described above, the
製造装置50は、温度調節チラー51を備えている。温度調節チラー51の冷媒供給部51aおよび51bが、陰極46の下面に取り付けられている。温度調節チラー51は、冷媒にフッ素系の冷媒などを使用することにより、陰極46上面に載せられた半導体ウェハ40の温度を制御することができる。なお、図示しないが、半導体ウェハ40または陰極46の温度を計測するための温度計も備えられている。なお、温度調節チラー51の冷媒供給部51aおよび51bが、陰極46の下面に取り付けられている例を示したが、冷媒供給部は陰極46の内部に設けてもよい。
The
[実施の形態1にかかる製造方法]
図2は、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。図3乃至7は、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の製造方法により半導体素子が製造される過程を示す製造フロー図である。本実施の形態にかかる製造方法で製造されるのは、半導体発光素子である。
[Manufacturing Method According to First Embodiment]
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. 3 to 7 are manufacturing flowcharts showing a process in which a semiconductor element is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. A semiconductor light emitting device is manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment.
(ステップS100:第1積層工程)
まず、図2に示すフローチャートでは、ステップS100にかかる第1積層工程が実施される。この工程では、先ず、MOCVD等の結晶成長装置(図示せず)を用いて、図3に示すように、p型InP基板1上に、半導体積層構造7を形成する。半導体積層構造7は、p型InPクラッド層2、p型Al(Ga)InAs下光閉込層3、AlGaInAs多重量子井戸活性層4、n型Al(Ga)InAs上光閉込層5、n型InPクラッド層6がこの順にp型InP基板1に積層されたものである。Alを含む半導体層は、p型Al(Ga)InAs下光閉込層3、AlGaInAs多重量子井戸活性層4、n型Al(Ga)InAs上光閉込層5である。
(Step S100: 1st lamination process)
First, in the flowchart shown in FIG. 2, the first stacking step according to step S100 is performed. In this step, first, a semiconductor multilayer structure 7 is formed on a p-
半導体積層構造7が形成されたp型InP基板1を、この結晶成長装置のチャンバから搬出する。以下、p型InP基板1上に半導体積層構造7を備える半導体基板全体を、便宜上、半導体ウェハ40とも称す。
The p-
(ステップS101:SiO2膜形成工程)
次に、ステップS101では、公知のフォトリソグラフィ技術、装置(図示せず)を用いて、半導体積層構造7上に選択的にシリコン酸化膜であるSiO2膜8を形成する。
(Step S101: SiO 2 film forming step)
Next, in step S101, a SiO 2 film 8 that is a silicon oxide film is selectively formed on the semiconductor multilayer structure 7 using a known photolithography technique and apparatus (not shown).
(ステップS102:エッチング工程および非晶質As膜形成工程)
次に、ステップS102は、エッチング工程によるメサ構造9の形成と、非晶質As膜10の形成工程とを、図1に示す製造装置50を用いて実施するものである。すなわち、まず、ステップS101で半導体積層構造7上にSiO2膜8を選択的に形成したもの(これが図1の半導体ウェハ40である)を、製造装置50の処理チャンバ49内に搬入する。
(Step S102: Etching Step and Amorphous As Film Formation Step)
Next, in step S102, the formation of the
図4に示すように、SiO2膜8をマスクとして用いて半導体積層構造7を選択的にドライエッチングすることにより、メサ構造9を形成する。つまり、シャッター44を開放し、エッチングガス流入口43を介してエッチングガスを導入し、RF発振器48を制御することでドライエッチングを実施する。
As shown in FIG. 4, a
次に、メサ構造9の表面に非晶質As膜10を10℃以下の温度で形成する。すなわち、温度調節チラー51を制御して、半導体ウェハ40を10℃以下に冷却し、るつぼ38からAs分子を供給し、図5に示すようにメサ構造9に非晶質As膜10を形成する。ただし、ドライエッチングしてから非晶質As膜10の形成までは、メサ構造9が大気に露出しないように、これらの工程を処理チャンバ49内で連続して行う。
Next, an amorphous As
(ステップS104:搬送工程)
次に、ステップS104で搬送工程が実施される。非晶質As膜10を形成したメサ構造9を有する半導体ウェハ40を、製造装置50の処理チャンバ49から搬出する。そして、図示しない結晶成長装置(本実施の形態ではMOCVD装置とする)のチャンバ内に、半導体ウェハ40を搬入する。
(Step S104: Conveying process)
Next, a conveyance process is implemented by step S104. The
搬送の途中、非晶質As膜10は、メサ構造9で露出したAlを含む半導体層(すなわち、p型Al(Ga)InAs下光閉込層3、AlGaInAs多重量子井戸活性層4、n型Al(Ga)InAs上光閉込層5)の表面酸化を防止する酸化防止膜として機能する。
During the transfer, the amorphous As
(ステップS106:加熱工程および埋込層形成工程)
次に、ステップS106の加熱工程および埋込層形成工程が実施される。具体的には、半導体ウェハ40を搬入したMOCVD装置(図示せず)内で、半導体ウェハ40を250℃以上に加熱することで、非晶質As膜を脱離させる。これは、MOCVD装置による結晶成長自体が通常は十分に高温環境でなされるものであるから、結晶成長を実施するための加熱に伴って、非晶質As膜10が脱離されることになる。
(Step S106: heating step and buried layer forming step)
Next, the heating process and the buried layer forming process of step S106 are performed. Specifically, the amorphous As film is desorbed by heating the
図6に示すように、メサ構造の両側をp型InP埋込層11、n型InP電流ブロック層12、p型InP電流ブロック層13及びn型InP埋込層14で埋め込む。このとき、非晶質As膜10をメサ構造9から脱離させた後にメサ構造9が大気に露出しないように、加熱工程から成膜工程が連続して実施される。
As shown in FIG. 6, both sides of the mesa structure are embedded with a p-type InP buried
(ステップS108:第2積層工程)
次に、図7に示すように、SiO2膜8を取り除いた後、n型InPコンタクト層15及びn型InGaAsコンタクト層16を形成する。これが第2積層工程である。その他の一般的な工程を経て本実施の形態に係る光半導体素子が製造される。これ以降の一般的な工程は各種公知技術を用いればよいため、説明を省略する。
(Step S108: Second lamination step)
Next, as shown in FIG. 7, after removing the SiO 2 film 8, an n-type
製造装置50の処理チャンバ49内壁や電極(陽極45、陰極46)にAs膜が蒸着されることにより、製造装置50内の環境が変化してエッチングに悪影響を及ぼすことが懸念される。そこで、必要に応じて処理チャンバ49内壁や電極を250℃以上に加熱して、クリーニングを行うことが好ましい。
As the As film is deposited on the inner wall of the
このクリーニング時は、エッチング終端検出器41の窓部に対してシャッター42を閉めるとともに、エッチングガス流入口43のシャッター44を閉める。これにより、蒸発したAsが、エッチング終端検出器41やエッチングガス流入経路(エッチングガス流入口43およびエッチングガス供給装置43a)に到達することを防ぐようにする。
During this cleaning, the
[実施の形態1の作用効果]
メサ構造9を10℃以下の低温にした状態でAs分子を供給することで、メサ構造9の表面に非晶質As膜10を成膜することができる。非晶質As膜10は、メサ構造を大気に曝した際の表面酸化などの汚染を防ぐ働きをする。非晶質As膜10は、250℃以上に加熱することでメサ構造9から脱離させることができる。なお、上記のような半導体上の非晶質As膜の有用性・性質は、例えば非特許文献2に記載されている。
[Effects of First Embodiment]
By supplying As molecules with the
実施の形態1では、メサ構造9の形成後に大気に曝すことなく非晶質As膜10を形成し、この非晶質As膜10を酸化防止膜として用いつつ異なるチャンバ間(すなわち処理チャンバ49とMOCVD装置のチャンバとの間)で半導体ウェハ40を搬送することができる。その後、この非晶質As膜10を加熱により脱離したうえで、埋込層を形成することができる。
In the first embodiment, after the
しかも、実施の形態1によれば、図1に示した製造装置50に非晶質As膜形成の機能を持たせたことにより、安価な製造装置50を用いて、メサ構造9の形成後に、Alを含む半導体層を大気に曝すことなく非晶質As膜10を形成させることができる。
In addition, according to the first embodiment, since the
すなわち、製造装置50が備える非晶質As膜10の形成のための構成は、p型埋込層11等の埋込構造を形成するための装置ではなく、再結晶成長を行うための装置ではない。MOCVDやMBEなどの結晶成長装置でチャンバ内に必要とされる環境と、処理チャンバ49内において非晶質As膜10を形成するために必要な環境とは異なる。
That is, the structure for forming the amorphous As
処理チャンバ49内において非晶質As膜10を形成するために必要な成膜環境は、結晶成長において必要とされる程には低不純物環境や温度その他の成膜環境が高品質である必要は無い。また、結晶成長で必要となる400℃以上の高温に加熱するための加熱機構、およびその高温に耐えうる部材の耐久性が必要ない。このため、製造装置50に搭載すべき非晶質As膜形成用の構成は、非晶質As膜10をメサ構造9表面の酸化防止膜(カバー膜)として用いることができる程度の成膜能力を有すればよく、しかも非晶質As膜10の一種類のみを成膜できれば足りる。したがって、製造装置50自体のコストが低廉なもので済む。
The film forming environment necessary for forming the amorphous As
以上説明した実施の形態1にかかる製造方法および製造装置によれば、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されることを確実に防止し、安価に光半導体素子を製造することができる。 According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus according to the first embodiment described above, it is possible to reliably prevent the formation of an Al oxide film on the surface of the Al-containing semiconductor layer and to manufacture the optical semiconductor element at low cost. it can.
[実施の形態1の変形例]
実施の形態1では、非晶質As膜10を酸化防止膜として用いることで、Alを含む半導体層(すなわち、p型Al(Ga)InAs下光閉込層3、AlGaInAs多重量子井戸活性層4、n型Al(Ga)InAs上光閉込層5)を被覆した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。
非晶質As膜10に代えて、低温脱離が可能であって且つメサ構造9で露出したAl含有半導体層にAl酸化膜が形成されるのを防ぐことができる程度の酸化防止性能を有する酸化防止膜を用いても良い。
[Modification of Embodiment 1]
In the first embodiment, by using the amorphous As
Instead of the amorphous As
なお、上記実施の形態では、メサ構造9の両側をp型InP埋込層11、n型InP電流ブロック層12、p型InP電流ブロック層13及びn型InP埋込層14からなるp型/n型/p型/n型という積層構造で埋め込むものとした。しかしながら、本発明にかかる埋込層の構成はこれに限定されるものではない。n型/p型/i型/n型/p型という積層構造やp型/i型/n型/p型という積層構造など、導電性や容量を調整した他の様々な埋め込み構造の場合でも同様の効果が得られる。ただしi型はアンドープである。
In the above embodiment, both sides of the
また、FeやRuなどをドープした高抵抗InP埋込層、あるいは高抵抗アンドープInAlAs層などの半導体層を埋め込んでもよい。 Further, a semiconductor layer such as a high resistance InP buried layer doped with Fe or Ru or a high resistance undoped InAlAs layer may be buried.
さらに、ステップS100やステップS106においてMOCVD装置以外の結晶成長装置、たとえばMBE装置を用いてもよい。結晶成長や装置内での加熱による非晶質As膜脱離を同様に行ってもよい。 Furthermore, a crystal growth apparatus other than the MOCVD apparatus, for example, an MBE apparatus may be used in step S100 and step S106. Amorphous As film detachment by crystal growth or heating in the apparatus may be similarly performed.
また、実施の形態1では、p型InP基板1を用いたが、n型基板を用いた逆転層構造の場合でも同様の効果が得られる。なお、この逆転層構造の場合の埋め込み構造はp型/n型/p型などの構造となり、これに加え、導電性や容量を調整した他の様々な埋め込み構造の場合でも同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the p-
また、実施の形態1では、図1に示す製造装置50が、ドライエッチングと非晶質As膜形成が一つのチャンバで行える装置であった。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。既存のドライエッチング装置のチャンバと、既存のMBE装置、真空蒸着装置等を用いた非晶質As膜形成用装置のチャンバとを、大気から遮断されるように接続した通路部を介して接続してもよい。この通路部(搬送通路)を介して半導体ウェハ40を搬送することで、エッチング後のメサ構造9を大気に曝さずに、非晶質As膜10で覆ってもよい。
In the first embodiment, the
実施の形態2.
図8乃至11は、本発明の実施の形態2に係る光半導体素子の製造方法を説明するための製造フロー図である。実施の形態2にかかる製造方法は、実施の形態1とは異なり、半導体受光素子を製造する。
8 to 11 are manufacturing flowcharts for explaining the method of manufacturing an optical semiconductor element according to the second embodiment of the present invention. Unlike the first embodiment, the manufacturing method according to the second embodiment manufactures a semiconductor light receiving element.
なお、メサ構造形成のためのドライエッチングおよび非晶質As膜形成については、実施の形態1と同様に、製造装置50を用いるものとする。また、実施の形態2では、半導体ウェハ240が、製造装置50の処理チャンバ49内に搬入、搬出される。
Note that the
実施の形態2にかかる製造方法の基本的な流れは、図2に示した実施の形態1にかかる製造方法フローチャートと同様である。但し、図2に示すフローチャートの各ブロックの内容が相違している。以下の説明では、実施の形態2の各工程を図2のフローチャートの各ブロック毎の工程に対応させながら説明するものとし、実施の形態2のためのフローチャートは省略するものとする。 The basic flow of the manufacturing method according to the second embodiment is the same as the manufacturing method flowchart according to the first embodiment shown in FIG. However, the content of each block of the flowchart shown in FIG. 2 is different. In the following description, each process of the second embodiment will be described while corresponding to each block of the flowchart of FIG. 2, and the flowchart for the second embodiment will be omitted.
(第1積層工程)
この工程は、図2のステップS100と対応する工程である。実施の形態2では、図8に示すように、n型InP基板17上に、半導体積層構造23を形成する。半導体積層構造23は、n型InPバッファ層18、n型AlGaInAs多重量子井戸アバランシェ倍増層19、p型InGaAs光吸収層20、p型InPキャップ層21、p型InGaAsコンタクト層22がこの順にn型InP基板17上に積層されたものである。n型多重量子井戸アバランシェ倍増層19が、Alを含む半導体層である。
(First lamination step)
This process is a process corresponding to step S100 of FIG. In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the
(SiO2膜形成工程)
次に、半導体積層構造23上にフォトリソグラフィなどによりパターニングしたSiO2膜24を形成する。この工程は、図2のステップS101と対応する工程である。
(SiO 2 film forming step)
Next, a SiO 2 film 24 patterned by photolithography or the like is formed on the
(エッチング工程および非晶質As膜形成工程)
次に、半導体積層構造23にSiO2膜24を選択的に形成した半導体ウェハ240を、製造装置50の処理チャンバ49内に搬入する。図9に示すように、SiO2膜24をマスクとして用いて半導体積層構造23をドライエッチングしてメサ構造25を形成する。このとき、図1に示す製造装置50を用いてエッチングを行う。
(Etching process and amorphous As film formation process)
Next, the
次に、メサ構造25の表面に非晶質As膜26を10℃以下の温度で形成する。すなわち、温度調節チラー51を制御して処理チャンバ49内を10℃以下に冷却し、るつぼ38からAs分子を供給し、図10に示すように、メサ構造25に非晶質As膜26を形成させる。ただし、ドライエッチングしてから非晶質As膜26の形成までは、メサ構造25が大気に露出しないように、これらの工程を連続して行う。これらの工程は、図2のステップS102と対応する工程である。
Next, an amorphous As
(搬送工程)
次に、搬送工程が実施される。この工程は、図2のステップS104と対応する工程である。実施の形態2では、非晶質As膜26を形成したメサ構造25を有する半導体ウェハ240を、製造装置50の処理チャンバ49から搬出する。そして、図示しない結晶成長装置(本実施の形態ではMOCVD装置とする)のチャンバ内に、半導体ウェハ240を搬入する。
(Conveying process)
Next, a conveyance process is implemented. This process corresponds to step S104 in FIG. In the second embodiment, the
(加熱工程および埋込層形成工程)
次に、加熱工程および埋込層形成工程が実施される。この工程は、図2のステップS106と対応する工程である。実施の形態2では、MOCVD装置内で250℃以上に加熱することで非晶質As膜26を脱離させ、図11に示すように、メサ構造25の両側を、高抵抗InP埋込層27で埋め込む。高抵抗InP埋込層27は、FeやRuなどをドープしたものである。このとき、非晶質As膜26を脱離させてから連続して埋め込みを行い、メサ構造25が大気に露出しないようにする。
(Heating process and buried layer forming process)
Next, a heating step and a buried layer forming step are performed. This step is a step corresponding to step S106 in FIG. In the second embodiment, the amorphous As
(その他の一般的な工程)
高抵抗埋め込み層27の形成後は、その他の一般的な工程を経て本実施の形態に係る光半導体素子(半導体受光素子)が製造される。これ以降の一般的な工程は各種公知技術を用いればよく、新規な事項ではないため、説明を省略する。
(Other general processes)
After the formation of the high-resistance buried
半導体受光素子においては、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されると、暗電流が増加するという問題がある。 In the semiconductor light receiving element, there is a problem that dark current increases when an Al oxide film is formed on the surface of a semiconductor layer containing Al.
実施の形態2では、メサ構造25の形成後に大気に曝すことなく非晶質As膜26を形成し、この非晶質As膜26を酸化防止膜として用いつつ異なるチャンバ間(すなわち処理チャンバ49とMOCVD装置のチャンバとの間)で半導体ウェハ240を搬送することができる。その後、この非晶質As膜26を加熱により脱離したうえで、埋込層を形成することができる。
In the second embodiment, after forming the
しかも、実施の形態3によれば、図1に示した製造装置50に非晶質As膜形成の機能を持たせたことにより、安価な製造装置50を用いて、メサ構造25の形成後に、Alを含む半導体層を大気に曝すことなく非晶質As膜26を形成させることができる。
Moreover, according to the third embodiment, since the
以上説明した実施の形態2にかかる製造方法および製造装置によれば、Al酸化膜形成による暗電流増加を確実に防止し、安価に半導体受光素子を製造することができる。 According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus according to the second embodiment described above, it is possible to reliably prevent an increase in dark current due to the formation of the Al oxide film and to manufacture the semiconductor light receiving element at a low cost.
なお、上記実施の形態では、メサ構造25の両側を高抵抗InP埋込層27で埋め込むものを示したが、本発明はこれに限られず、高抵抗アンドープInAlAs層などの半導体層を埋め込んでもよい。
In the above embodiment, the
さらに、上述した加熱工程および埋込層形成工程において、MOCVD装置以外の結晶成長装置、たとえばMBE装置を用いて、結晶成長や装置内での加熱による非晶質As膜脱離を行ってもよい。 Furthermore, in the heating process and the buried layer forming process described above, the amorphous As film may be removed by crystal growth or heating in the apparatus using a crystal growth apparatus other than the MOCVD apparatus, for example, an MBE apparatus. .
また、ウインドウ層を持つ構造、アバランシェ倍増層を持たない構造、光吸収層とアバランシェ構造が逆転している構造、電界降下層を持つ構造などの場合でも同様の効果が得られる。 The same effect can be obtained even in the case of a structure having a window layer, a structure having no avalanche doubling layer, a structure in which the light absorption layer and the avalanche structure are reversed, or a structure having a field drop layer.
また、基板にGaSbを用いた、Alを含む光吸収層と高抵抗埋め込み層を持つ構造でも同様の効果が得られる。 The same effect can be obtained even in a structure having a light absorption layer containing Al and a high-resistance buried layer using GaSb as a substrate.
実施の形態3.
図12乃至15は、本発明の実施の形態3に係る光半導体素子の製造方法を説明するための製造フロー図である。実施の形態3にかかる製造方法は、実施の形態1とは異なり、電界吸収型光変調器を製造する。
12 to 15 are manufacturing flowcharts for explaining a method of manufacturing an optical semiconductor element according to the third embodiment of the present invention. Unlike the first embodiment, the manufacturing method according to the third embodiment manufactures an electroabsorption optical modulator.
なお、メサ構造形成のためのドライエッチングおよび非晶質As膜形成については、実施の形態1と同様に、製造装置50を用いるものとする。また、実施の形態3では、半導体ウェハ340が、製造装置50の処理チャンバ49内に搬入、搬出される。
Note that the
実施の形態3にかかる製造方法の基本的な流れは、図2に示した実施の形態1にかかる製造方法フローチャートと同様である。但し、図2に示すフローチャートの各ブロックの内容が相違している。以下の説明では、実施の形態3の各工程を図2のフローチャートの各ブロック毎の工程に対応させながら説明するものとし、実施の形態3のためのフローチャートは省略するものとする。 The basic flow of the manufacturing method according to the third embodiment is the same as the manufacturing method flowchart according to the first embodiment shown in FIG. However, the content of each block of the flowchart shown in FIG. 2 is different. In the following description, each step in the third embodiment will be described while corresponding to each block in the flowchart of FIG. 2, and the flowchart for the third embodiment will be omitted.
(第1積層工程)
この工程は、図2のステップS100と対応する工程である。実施の形態3では、まず、図12に示すように、n型InP基板28上に、n型InPクラッド層29、AlGaInAs多重量子井戸コア層30、p型InPクラッド層31、p型InGaAsコンタクト層32を有する半導体積層構造33を形成する。AlGaInAs多重量子井戸コア層30が、Alを含む半導体層である。
(First lamination step)
This process is a process corresponding to step S100 of FIG. In the third embodiment, first, as shown in FIG. 12, an n-type
(SiO2膜形成工程)
次に、半導体積層構造33上にフォトリソグラフィなどによりパターニングしたSiO2膜34を形成する。この工程は、図2のステップS101と対応する工程である。
(SiO 2 film forming step)
Next, a SiO 2 film 34 patterned by photolithography or the like is formed on the
(エッチング工程および非晶質As膜形成工程)
次に、図13に示すように、このSiO2膜34をマスクとして用いて半導体積層構造33をドライエッチングしてメサ構造35を形成する。このとき、図1に示す製造装置50を用いてエッチングを行う。
(Etching process and amorphous As film formation process)
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、温度調節チラー51を制御して、処理チャンバ49内を10℃以下に冷却し、るつぼ38からAs分子を供給し、図14に示すように、メサ構造35に非晶質As膜36を形成させる。ただし、ドライエッチングしてから非晶質As膜形成までは半導体ウェハ340が大気に露出しないように、これらの工程は処理チャンバ49内で連続して行う。この工程は、図2のステップS102と対応する工程である。
Next, the
(搬送工程)
次に、搬送工程が実施される。この工程は、図2のステップS104と対応する工程である。実施の形態3では、非晶質As膜36を形成したメサ構造35を有する半導体ウェハ340を、製造装置50の処理チャンバ49から搬出する。そして、図示しない結晶成長装置(本実施の形態ではMOCVD装置とする)のチャンバ内に、半導体ウェハ340を搬入する。
(Conveying process)
Next, a conveyance process is implemented. This process corresponds to step S104 in FIG. In the third embodiment, the
(加熱工程および埋込層形成工程)
次に、MOCVD装置内で250℃以上に加熱することで非晶質As膜36を脱離させ、図15に示すように、メサ構造の両側をFeやRuなどをドープした高抵抗InP埋込層37で埋め込む。このとき、非晶質As膜36を脱離させてから連続して埋め込みを行い、メサ構造35が大気に露出しないようにする。この工程は、図2のステップS106と対応する工程である。
(Heating process and buried layer forming process)
Next, the amorphous As
(その他の一般的な工程)
以降、その他の一般的な工程を経て実施の形態3に係る光半導体素子(電界吸収型光変調器)が製造される。これ以降の一般的な工程は各種公知技術を用いればよく、新規な事項ではないため、説明を省略する。
(Other general processes)
Thereafter, the optical semiconductor element (an electroabsorption optical modulator) according to the third embodiment is manufactured through other general processes. Subsequent general steps may be performed by using various known techniques, and are not a new matter, and thus description thereof is omitted.
電界吸収型光変調器においては、Alを含む半導体層の表面にAl酸化膜が形成されると、リーク電流が発生し、電圧が印加できなくなり、消光比の低下が起こり、EA(Electroabsorption)動作を阻害するという問題がある。 In an electroabsorption optical modulator, when an Al oxide film is formed on the surface of a semiconductor layer containing Al, a leak current is generated, voltage cannot be applied, the extinction ratio is lowered, and EA (Electroabsorption) operation occurs. There is a problem of inhibiting.
実施の形態3では、メサ構造35の形成後に大気に曝すことなく非晶質As膜36を形成し、この非晶質As膜36を酸化防止膜として用いつつ異なるチャンバ間(すなわち処理チャンバ49とMOCVD装置のチャンバとの間)で半導体ウェハ340を搬送することができる。その後、この非晶質As膜36を加熱により脱離したうえで、埋込層を形成することができる。
In the third embodiment, after forming the
しかも、実施の形態3によれば、図1に示した製造装置50に非晶質As膜形成の機能を持たせたことにより、安価な製造装置50を用いて、メサ構造35の形成後に、Alを含む半導体層を大気に曝すことなく非晶質As膜36を形成させることができる。
Moreover, according to the third embodiment, since the
以上説明した実施の形態3にかかる製造方法および製造装置によれば、Al酸化膜形成による上記問題の発生を確実に防止し、安価に電界吸収型光変調器を製造することができる。 According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus according to the third embodiment described above, it is possible to reliably prevent the occurrence of the above problem due to the formation of the Al oxide film and to manufacture the electroabsorption optical modulator at a low cost.
なお、上記実施の形態では、メサ構造35の両側を高抵抗InP埋込層37で埋め込んだ。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、高抵抗アンドープInAlAs層などの半導体層を埋め込んでもよい。
In the above embodiment, both sides of the
さらに、上述した加熱工程および埋込層形成工程において、MOCVD装置以外の結晶成長装置、たとえばMBE装置を用いて、結晶成長や装置内での加熱による非晶質As膜脱離を行ってもよい。 Furthermore, in the heating process and the buried layer forming process described above, the amorphous As film may be removed by crystal growth or heating in the apparatus using a crystal growth apparatus other than the MOCVD apparatus, for example, an MBE apparatus. .
また、実施の形態3ではn型InP基板28を用いたが、p型基板を用いた逆転層構造の場合でも同様の効果が得られる。また、基板に半絶縁性InPなどの高抵抗な半導体基板を用いた場合でも同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the n-
1 p型InP基板、2 p型InPクラッド層、3 p型Al(Ga)InAs下光閉込層、4 AlGaInAs多重量子井戸活性層、5 n型Al(Ga)InAs上光閉込層、6 n型InPクラッド層、7 半導体積層構造、8 SiO2膜、9 メサ構造、10 非晶質As膜、11 p型InP埋込層、12 n型電流ブロック層、13 p型InP電流ブロック層、14 n型InP埋込層、15 n型コンタクト層、16 n型InGaAsコンタクト層、38 るつぼ、38a ヒータ用抵抗、38b 通電制御部、39 るつぼ用シャッター、40 半導体ウェハ、41 エッチング終端検出器、42 シャッター、43 エッチングガス流入口、43a エッチングガス供給装置、44 シャッター、45 陽極、46 陰極、47 ブロッキングコンデンサ、48 RF発振器、49 処理チャンバ、50 製造装置、51 温度調節チラー、51a、51b 冷媒供給部
1 p-type InP substrate, 2 p-type InP cladding layer, 3 p-type Al (Ga) InAs lower light confinement layer, 4 AlGaInAs multiple quantum well active layer, 5 n-type Al (Ga) InAs light confinement layer, 6 n-type InP cladding layer, 7 semiconductor laminated structure, 8 SiO 2 film, 9 mesa structure, 10 amorphous As film, 11 p-type InP buried layer, 12 n-type current blocking layer, 13 p-type InP current blocking layer, 14 n-type InP buried layer, 15 n-type contact layer, 16 n-type InGaAs contact layer, 38 crucible, 38a heater resistance, 38b energization control unit, 39 crucible shutter, 40 semiconductor wafer, 41 etching termination detector, 42 Shutter, 43 Etching gas inlet, 43a Etching gas supply device, 44 Shutter, 45 Anode, 46 Cathode, 47 Blocking condenser , 48
Claims (8)
前記メサ構造形成工程の後に前記半導体基板を前記同一のチャンバ又は前記複数のチャンバから搬出し、半導体結晶成長装置が備える他のチャンバに搬入する搬送工程と、
前記他のチャンバ内で、前記酸化防止膜を除去した後に前記メサ構造の両側を埋込層で埋め込む埋込工程と、
を備えることを特徴とする光半導体素子の製造方法。 Etching is performed on a semiconductor substrate on which a semiconductor layer containing Al is stacked in the same chamber or in a plurality of chambers that are separated from the atmosphere through a passage portion to expose at least a part of the semiconductor layer. Forming a mesa structure and forming an antioxidant film for preventing oxidation of the semiconductor layer containing Al exposed in the mesa structure; and
A transfer step of unloading the semiconductor substrate from the same chamber or the plurality of chambers after the mesa structure forming step and loading the semiconductor substrate into another chamber included in the semiconductor crystal growth apparatus;
In the other chamber, the embedding step of embedding both sides of the mesa structure with an embedding layer after removing the antioxidant film;
An optical semiconductor device manufacturing method comprising:
前記埋込工程が、前記非晶質As膜を加熱することで前記メサ構造から前記非晶質As膜を脱離させることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子の製造方法。 The antioxidant film is an amorphous As film;
2. The method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 1, wherein the embedding step desorbs the amorphous As film from the mesa structure by heating the amorphous As film.
チャンバに酸化防止膜形成部を備えたドライエッチング装置と、
酸化防止膜形成装置およびドライエッチング装置並びにこれらの装置のチャンバ間を大気から隔離して接続する搬送通路を備えた装置と、
のうち一方を用いて、
前記メサ構造を形成するエッチングの後、連続して前記メサ構造の表面に前記酸化防止膜を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。 The mesa structure forming step includes
A dry etching apparatus having an antioxidant film forming portion in the chamber;
An anti-oxidation film forming apparatus, a dry etching apparatus, and an apparatus provided with a transfer passage for isolating and connecting the chambers of these apparatuses from the atmosphere;
Using one of the
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the antioxidant film is continuously formed on a surface of the mesa structure after the etching for forming the mesa structure. 6.
前記チャンバ内に連通し、前記台座上の半導体基板にエッチングを行うためのエッチングガス供給部と、
前記チャンバ内に連通し、前記台座上の半導体基板に酸化防止膜を形成するための酸化防止膜形成部と、
前記チャンバに対する前記エッチングガス供給部および前記酸化防止膜形成部の連通と遮断とを選択的に切り替える開閉機構と、
を備えることを特徴とする半導体素子の製造装置。 A chamber with a pedestal;
An etching gas supply for communicating with the chamber and etching the semiconductor substrate on the pedestal;
An anti-oxidation film forming portion for forming an anti-oxidation film on the semiconductor substrate on the pedestal, communicating with the chamber;
An opening / closing mechanism that selectively switches between communication and blocking of the etching gas supply unit and the antioxidant film forming unit to the chamber;
An apparatus for manufacturing a semiconductor element, comprising:
前記酸化防止膜形成部が、前記台座上の半導体基板に非晶質As膜を形成するように記チャンバ内にAs分子を供給するAs供給部であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の製造装置。 The antioxidant film is an amorphous As film;
The said antioxidant film | membrane formation part is an As supply part which supplies an As molecule | numerator in a recording chamber so that an amorphous As film | membrane may be formed in the semiconductor substrate on the said base. Semiconductor device manufacturing equipment.
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