JP3222344B2 - 発光ダイオードアレイの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、発光ダイオードアレ
イおよびその製造方法、特に固相拡散法を用いた発光ダ
イオードアレイの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固相拡散法を用いた発光ダイオー
ドアレイの製造方法が文献１：「特願昭４６−１８３４
８号」に開示されている。

【０００３】この文献１に開示されている発光ダイオー
ドアレイの製造方法によれば、先ず、ｎ型半導体基板上
にＺｎを含有したガラス膜を被着する。次に、フォトリ
ソグラフィー技術を用いてＺｎを含有したガラス膜をパ
ターニングした後、基板と膨張係数の近似したＺｎを含
有しないガラス膜を、基板およびＺｎを含有したガラス
膜の上に被着する。その後、熱処理により、Ｚｎを基板
中に拡散させてＰ型半導体領域を形成する。次に、Ｐ型
半導体領域が露出するように開口部を形成した後、Ｐ型
半導体領域の表面と基板の裏面とに電極を付して発光ダ
イオードアレイを製造していた。

【０００４】また、半導体基板中に固相拡散法を用いて
不純物を拡散する方法が文献２：「特開昭６２−１３９
３２０号」に開示されている。

【０００５】この文献に開示されている不純物の拡散方
法によれば、先ず、ｎ型半導体基板上に拡散窓を有する
拡散マスクを形成する。次に、拡散窓を含む拡散マスク
の全面にＺｎを含有したＳｉＯ₂ 膜およびキャップ膜を
堆積する。つづいて、熱処理を行うことによりＺｎを拡
散窓を通して基板中に拡散する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】文献１に開示されてい
る発光ダイオードアレイの製造方法では、Ｚｎを含有し
ないガラス膜の、基板上への被着は、通常、常温で行
う。被着時に熱膨張係数が基板材料に近い膜を基板上に
被着したとしても、不純物を基板中に拡散する時に高温
に加熱するため、結晶のグレインサイズ、膜の構造およ
び膜の特性等の膜質が大きく変化する。このため、膜応
力が基板にかかる。そして、この文献１に開示されてい
る方法では、Ｚｎを含有しないガラス膜はキャップ膜お
よび層間絶縁膜としての機能を果たし、基板上のほとん
どの領域に設けられているため、膜応力の影響により大
きく基板にそりが生じる。

【０００７】基板のそりは、フォトリソ工程において、
露光ぼけなどによる不良原因となる可能性があり、ま
た、製造した素子において、欠陥の成長などによる劣化
の要因となる。

【０００８】また、文献２に開示されている不純物の拡
散方法を利用して発光ダイオードアレイを製造した場合
にも、層間絶縁膜の膜応力がフォトリソ工程における露
光ぼけ、欠陥の成長などによる劣化の要因となってい
た。

【０００９】従って、層間絶縁膜の膜応力は極力小さく
抑えることが、素子の歩留、素子特性および信頼性を向
上させるために重要である。

【００１０】また、文献１に開示されている発光ダイオ
ードアレイの製造方法や文献２に開示されている不純物
の拡散方法では、基板中に固相拡散により不純物を拡散
している。この場合、基板表面の上部から拡散を行うの
で、必ず基板に垂直方向の拡散に加え、横方向の拡散が
生じる。横方向の拡散距離は一般に垂直方向の拡散距離
（拡散深さと称する場合がある。）と同程度であり、異
常拡散が発生する場合には、横方向の拡散距離は拡散深
さの２〜３倍に達する。

【００１１】従来、横方向の異常拡散を防止するための
方法がしばしば検討されているが、この場合には材料の
制限が伴ったり、製造条件が限定される場合がある。ま
た、異常拡散が発生しない場合でも、横方向の拡散は避
けられず、この拡散は拡散深さ程度の距離に達する。

【００１２】高密度の発光ダイオードアレイを製造する
場合には、この横方向の拡散により隣接するＰＮ接合が
つながってしまうという問題があった。そして、横方向
の拡散を抑えるため接合深さを浅くしようとしても、発
光ダイオードとして実用上充分な光量を得るためには自
から接合深さに下限があった。

【００１３】したがって、層間絶縁膜が不良要因や劣化
の要因とならない程度以下の膜応力を有する層間絶縁膜
を具えた発光ダイオードアレイ、素子製造のプロセス工
程および製造した素子において、層間絶縁膜が不良原因
や劣化の要因とならない程度以下の膜応力を有する層間
絶縁膜を具えた発光ダイオードアレイを製造する方法、
横方向の拡散を問題とすることなく高密度の発光ダイオ
ードアレイを製造する方法の出現が望まれていた。

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の発
光ダイオードアレイの製造方法によれば、第１導電型の
化合物半導体基板上に、第２導電型を決定する不純物を
含み、かつ所定の形状にパターニング済みの拡散源膜を
形成する工程と、化合物半導体基板の表面および拡散源
膜を覆うようにキャップ膜を形成する工程と、その後、
熱処理により不純物を化合物半導体基板中に拡散させて
第２導電型の不純物拡散領域を形成する工程と、その
後、拡散源膜およびキャップ膜を除去する工程と、その
後、拡散領域形成済み基板上に膜応力が０近傍となる層
間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜をエッチン
グして不純物拡散領域が露出する開口部を形成する工程
とを含むことを特徴とする。

【００１６】また、横方向の不純物の拡散を問題にする
ことなく高密度の発光ダイオードアレイを製造するた
め、この発明の発光ダイオードアレイの製造方法によれ
ば、第１導電型の化合物半導体基板上に、第２導電型を
決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパターニング
済みの拡散源膜を形成する工程と、パターニング済みの
拡散源膜をマスクとして用いて後工程の熱処理による不
純物の拡散深さより深く化合物半導体基板をエッチング
する工程と、エッチング済み基板の表面およびパターニ
ング済みの拡散源膜を覆うようにキャップ膜を形成する
工程と、その後、熱処理により不純物をエッチング済み
基板中に拡散させて第２導電型の不純物拡散領域を形成
する工程と、その後、パターニング済みの拡散源膜およ
びキャップ膜を除去する工程と、その後、エッチング済
み拡散領域形成済み基板上に、膜応力が０近傍となる層
間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜をエッチングし
て不純物拡散領域が露出する開口部を形成する工程とを
含むことを特徴とする。

【００１７】また、高密度の発光ダイオードアレイを製
造するため、この発明の発光ダイオードアレイの他の製
造方法によれば、第１導電型の化合物半導体基板上に、
第２導電型を決定する不純物を含む拡散源膜を形成する
工程と、この拡散源膜上にキャップ膜を形成する工程
と、その後、熱処理により不純物を化合物半導体基板中
に拡散させて第２導電型の不純物拡散領域を形成する工
程と、その後、拡散源膜およびキャップ膜を除去する工
程と、その後、拡散領域形成済み基板を、熱処理による
不純物の拡散深さより深く所定のパターンにエッチング
する工程と、その後、エッチング済み拡散領域形成済み
基板上に、膜応力が０近傍となる層間絶縁膜を形成する
工程と、層間絶縁膜をエッチングしてエッチング済み拡
散領域が露出する開口部を形成する工程とを含むことを
特徴とする。

【００１８】これらの発光ダイオードアレイの製造方法
において、基板をＧａＡｓ_1-x Ｐ_x（０≦ｘ≦０．４）
基板とし、不純物を亜鉛（Ｚｎ）とし、キャップ膜をＡ
ｌ₂Ｏ₃ 膜またはＡｌＮ膜とするのが良く、また、拡散
源膜の除去をフッ酸を用いて行うのが良い。

【００１９】

【作用】上述したこの発明の発光ダイオードアレイの製
造方法によれば、先ず、熱処理により、パターニング済
みの拡散源膜から化合物半導体基板中に不純物を拡散さ
せ、不純物拡散領域を形成する。その後、パターニング
済みの拡散源膜およびキャップ膜を除去する。次に、基
板の表面上に膜応力が０近傍の層間絶縁膜を形成する。
その後、層間絶縁膜をエッチングして不純物拡散領域が
露出する開口部を形成する。

【００２０】このように、層間絶縁膜として膜応力が０
近傍のものを用いるため、基板のそりを防止でき、製造
した素子において、欠陥の成長などによる劣化を抑える
ことができる。また、熱処理により不純物を化合物半導
体基板中に拡散した後、パターニング済みの拡散源膜お
よびキャップ膜を除去する。その後、層間絶縁膜を形成
する。このため、素子を製造するプロセスにおいて層間
絶縁膜の膜質の変化やピンホールの発生による不良原因
の発生を低減することができる。

【００２１】また、別の発光ダイオードアレイの製造方
法によれば、先ず、パターニング済みの拡散源膜をマス
クとして用いて、化合物半導体基板を後工程の熱処理に
よる不純物の拡散深さより深くエッチングする。その
後、パターニング済みの拡散源膜からエッチング済みの
化合物半導体基板中に不純物を拡散させ、不純物拡散領
域を形成する。または、化合物半導体基板の全面に拡散
源膜を形成した後、熱処理により化合物半導体基板中に
不純物を拡散させ不純物拡散領域を形成し、その後、化
合物半導体基板を不純物の拡散深さより深く所定のパタ
ーンでエッチングする。

【００２２】このように、不純物の拡散深さより深くエ
ッチングした後、不純物拡散領域を形成するか、または
不純物拡散領域を化合物半導体基板の全面に形成した
後、化合物半導体基板を拡散深さより深く、所定のパタ
ーンで、エッチングするので、高密度の発光ダイオード
アレイを製造した場合でも、横方向の拡散により隣接す
るＰＮ接合がつながってしまうという問題が生じない。
このため、フォトリソグラフィー技術の精度で、高密度
の発光ダイオードアレイの製造が可能になった。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。これらの図面において、各構成成分は、この
発明が理解出来る程度に各構成成分の形状、大きさ、お
よび配置関係を概略的に示してあるにすぎない。また、
説明に用いる各図において、同様な構成成分については
同一の番号を付して示してある。また、以下の説明で述
べる、使用材料、形成方法および膜厚等の数値的条件
は、この発明の好適例にすぎない。従って、この発明が
これらの条件にのみ限定されるものではないことは理解
されたい。

【００２４】１．第１実施例 図１は第１実施例の発光ダイオードアレイを示す概略的
な平面図である。図２は図１のＩ−Ｉ線に沿って取った
要部断面図（ただし切り口の図）である。図３（Ａ）〜
（Ｃ）、図４（Ａ）〜（Ｃ）、図５は図１のII−II線に
沿って取った、第１実施例の発光ダイオードアレイの製
造工程中の主な工程でとり得る構造体の様子を断面図
（ただし切り口の図）によって示した工程図である。な
お、以下の説明において発光ダイオードアレイの製造方
法について説明し、その後で発光ダイオードアレイにつ
いて説明する。なお、この実施例では発光ダイオードを
３個しか示していないが、実際には多数の発光ダイオー
ドが配列している。

【００２５】先ず、第１導電型（ここではｎ型）の化合
物半導体基板１１上に、第２導電型（ここではｐ型）を
決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパターニング
済みの拡散源膜を形成する。この実施例では、ｎ型のＧ
ａＡｓ_1-x Ｐ_x （０≦ｘ≦０．４）エピタキシャル基板
（ｎ型の化合物半導体基板１１）上に、例えば、ＺｎＯ
とＳｉＯ₂ からなるターゲットのスパッタリングによっ
て、２００〜２０００Åの厚さのＺｎＯ・ＳｉＯ₂ 拡散
源膜を形成する。ここでは、Ｚｎが第２導電型を決定す
る不純物である。その後、拡散を行う領域が残存するよ
うに、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて拡散源
膜をパターニングする（図３（Ａ））。この場合、レジ
ストマスクとして、ポジ型レジストを使用し、拡散源膜
のエッチングはバッファードフッ酸を用いた。なお、図
中、１３はパターニング済み拡散源膜、１５はパターニ
ング済みレジスト膜を示す。

【００２６】次に、化合物半導体基板１１の表面および
パターニング済み拡散源膜１３を覆うようにキャップ膜
１７を形成する。この実施例では、パターニング済みレ
ジスト膜１５を除去した後、スパッタリングによって、
例えば、２００〜２０００Åの厚さのキャップ膜１７を
形成する（図３（Ｂ））。キャップ膜１７は、パターニ
ング済み拡散源膜に含まれているＺｎが後工程の熱処理
において飛散することを防止する。そして、キャップ膜
１７として、Ａｌ₂ Ｏ₃ やＡｌＮなどの半導体基板１１
と熱膨張係数の近い材料を用いると、キャップ膜にクラ
ックが入りにくい。

【００２７】次に、熱処理により不純物を化合物半導体
基板１１中に拡散させて第２導電型（ここではｐ型）の
不純物拡散領域１９を形成する。この実施例では、例え
ば、窒素雰囲気中で７００℃、１時間熱処理することに
より、ｎ型の化合物半導体基板１１中にＺｎを拡散さ
せ、拡散深さが１．５μｍであるｐ型の不純物拡散領域
１９を形成する（図３（Ｃ））。この場合、Ｚｎは基板
１１の表面に垂直な方向だけではなく、基板表面と平行
な方向、すなわち横方向にも拡散する。また、熱処理す
る温度および時間により、所望の拡散深さに設定するこ
とができる。なお、図中、１１ａは拡散領域形成済み基
板である。

【００２８】次に、パターニング済みの拡散源膜１３お
よびキャップ膜１７を除去して図４（Ａ）に示すような
構造帯を得る。この実施例では、パターニング済みの拡
散源膜１３およびキャップ膜１７はフッ酸を用いて除去
するが、キャップ膜１７として、ＡｌＮ膜を用いた場合
には、ＡｌＮ膜を熱りん酸で除去した後、フッ酸でパタ
ーニング済みの拡散源膜１３を除去する。フッ酸による
エッチングでは３０秒〜６０秒と短時間での拡散源膜の
除去が可能である。

【００２９】次に、拡散領域形成済み基板１１ａ上に膜
応力が０近傍となる層間絶縁膜２１を形成する。この実
施例では、プラズマＣＶＤ法によって、例えば、１００
０Åの厚さのＳｉＮ層間絶縁膜２１を形成する（図４
（Ｂ））。ここで、膜応力とは、層間絶縁膜と半導体基
板との間に生じる応力、例えば、熱膨張係数の相違によ
り生じる熱応力と層間絶縁膜と化合物半導体基板の特質
として発生する真応力である。そして、製造した発光ダ
イオードアレイにおける欠陥の成長などによる劣化の要
因や、基板のそりに起因したフォトリソ工程における露
光ぼけなどによる不良原因とならない程度の膜応力であ
れば、膜応力が０近傍であるとする。そして、使用する
材料や成膜方法により成膜条件を制御することにより、
膜応力が０近傍の層間絶縁膜を形成することができる。
層間絶縁膜２１として、ＡｌＮ膜、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜および
ＳｉＯ₂ 膜などの窒化膜や酸化膜を用いることもでき
る。

【００３０】次に、層間絶縁膜２１をエッチングして不
純物拡散領域１９が露出する開口部２１ｂを形成する。
この実施例では、所定の形状にパターニングされたレジ
スト膜（図示していない）をマスクとして、バッファー
ドフッ酸を用いて層間絶縁膜２１をエッチングして開口
部２１ｂを形成した後、レジスト膜を除去してパターニ
ング済み層間絶縁膜２１ａを得る（図４（Ｃ））。ま
た、層間絶縁膜２１としてＳｉＯ₂ 膜を用いる場合にも
バッファードフッ酸を用いてエッチングするが、層間絶
縁膜２１としてＡｌ₂ Ｏ₃ 膜およびＡｌＮ膜を用いる場
合には熱りん酸を用いてエッチングする。なお、このエ
ッチング工程はＣＦ₄ ガスとＯ₂ ガスとの混合ガスを使
用したドライエッチングでもよい。

【００３１】その後、例えば、Ａｌ電極からなるｐ側電
極２３を、開口部２１ｂから露出するｐ型の不純物拡散
領域１９からパターニング済み層間絶縁膜２１ａ上にわ
たって所定のパターンで形成する。また、拡散領域形成
済み基板１１ａの裏面（層間絶縁膜が設けられている面
と反対側の面）には、裏面研磨後にＡｕ合金電極からな
るｎ側電極２５を形成する（図１、図２および図５）。
このようにして、発光ダイオードアレイを製造した。

【００３２】層間絶縁膜として膜応力が０近傍のものを
用いるため、このようにして製造した発光ダイオードア
レイでは、製造した素子において欠陥の発生や成長など
による劣化を抑えることができる。その結果、素子の歩
留、素子特性および信頼性が向上する。

【００３３】また、このような発光ダイオードアレイの
製造方法では、基板のそりなどを防止することができ、
露光ぼけなどによる不良を抑えることができる。

【００３４】また、熱処理により不純物拡散層を形成し
た後、層間絶縁膜を新たに設けるため、熱処理時のピン
ホール、クラックおよび膜よごれなどの層間絶縁膜の損
傷を気にする必要がない。

【００３５】また、新たに設けた層間絶縁膜に開口部を
形成するため、高温の熱処理により層間絶縁膜の膜質が
変化してエッチング速度が極端に減少したりしない。従
って、どのような材料を用いてもエッチングが短時間で
終了するため、レジストと層間絶縁膜との密着性を気に
する必要がなく、容易に、かつきれいに開口部を形成す
ることができる。

【００３６】２．第２実施例 図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施例の発光ダイオードア
レイの製造工程中の主な工程でとり得る構造体の様子を
断面図（ただし切り口の図）によって示した工程図であ
る。

【００３７】既に説明した第１実施例の発光ダイオード
アレイの製造工程によれば、不純物拡散領域１９を形成
した後、パターニング済みレジスト膜１５およびキャッ
プ膜１７を除去する。このため、不純物拡散領域１９の
パターンの位置を判別することが困難となる可能性があ
る。

【００３８】この第２実施例は、この不純物拡散層のパ
ターンを確実に判別し、層間絶縁膜の開口部形成のため
のフォトマスクパターン合わせを容易にする方法につい
て示す。

【００３９】先ず、第１実施例と同様な方法を用いて、
不純物拡散領域１９を形成する（図３（Ａ）〜（Ｃ）を
参照）。ただし、この実施例では、キャップ膜１７とし
てＡｌＮ膜を使用する。これは、後工程においてキャッ
プ膜１７のみを選択的に除去するためであり、拡散源膜
に対してキャップ膜１７の選択的な除去が可能ならば必
ずしもキャップ膜１７としてＡｌＮ膜を使用する必要は
ない。

【００４０】次に、第２実施例においては、不純物拡散
領域１９を形成した後、キャップ膜１７を除去する。こ
の実施例では、キャップ膜１７としてＡｌＮ膜を用いて
いるため、キャップ膜１７は熱りん酸を用いて除去する
（図６（Ａ））。このとき、パターニング済みの拡散源
膜１３は熱りん酸によりエッチングされない。

【００４１】次に、パターニング済みの拡散源膜１３を
マスクとして用いて拡散層形成済み基板１１ａをエッチ
ングする。この実施例では、例えば硫酸過水を用いて拡
散層形成済み基板１１ａを約１０００Åエッチングする
（図６（Ｂ））。エッチング量はパターニング済みの拡
散源膜１３をエッチング除去した際に拡散領域のパター
ンがフォトマスク合わせに使用する露光装置で認識可能
である量とする。この場合、パターニング済みの拡散源
膜１３はエッチングマスクとして機能する。そして、パ
ターニング済みの拡散源膜１３により覆われていない拡
散領域形成済み基板１１ａの表面がエッチングされる。
エッチングはパターニング済みの拡散源膜１３をマスク
として用いるためフォトリソ工程を増やすことなく拡散
領域形成済み基板をエッチングすることができる。な
お、図中、１１ｂはエッチング済み拡散領域形成済み基
板であり、１９ａはエッチング済み拡散領域である。

【００４２】次に、パターニング済みの拡散源膜１３を
除去する。この実施例では、フッ酸を用いてパターニン
グ済みの拡散源膜１３を除去する（図４（Ｃ））。拡散
源膜１３を除去してもエッチング済み拡散領域形成済み
基板１１ｂの表面に段差が残存するため、後工程におい
て層間絶縁膜の開口部を形成する際のフォトマスクパタ
ーン合わせが容易になる。

【００４３】この後、第１実施例と同様な方法を用い
て、層間絶縁膜の形成、層間絶縁膜のエッチングによる
開口部の形成、ｐ側電極およびｎ側電極の形成を行う
（図４（Ａ）〜（Ｃ）および図５を参照）。このように
して、発光ダイオードアレイを製造した。この場合、層
間絶縁膜として膜応力が０のものを用いると、第１実施
例と同様な効果を得ることができる。

【００４４】３．第３実施例 図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施例の発光ダイオードア
レイの製造工程中の主な工程でとり得る構造体の様子を
断面図（ただし切り口の図）によって示した工程図であ
る。

【００４５】第１実施例の発光ダイオードアレイの製造
工程中において、不純物拡散領域１９を形成した後、パ
ターニング済みレジスト膜１５およびキャップ膜１７を
除去する。このため、不純物拡散領域１９のパターンの
位置を判別することが困難となる可能性がある。

【００４６】この第３実施例は、第２実施例と同様に、
この不純物拡散領域のパターンの位置を確実に判別し、
層間絶縁膜の開口部形成のためのフォトマスクパターン
合わせを容易にする方法について示す。

【００４７】先ず、第１実施例と同様な方法を用いて、
パターニング済み拡散源膜１３を形成する（図３（Ａ）
を参照）。

【００４８】次に、パターニング済みの拡散源膜１３を
マスクとして用いて化合物半導体基板１１をエッチング
する。この実施例では、硫酸過水または塩素ガス系のガ
スを用いたドライエッチングにより化合物半導体基板１
１を約１０００Åエッチングする（図７（Ａ））。第２
実施例と同様に、このエッチング量はフォトマスクパタ
ーン合わせが可能なように露光装置で拡散領域のパター
ンが認識可能な量とする。硫酸過水を用いてエッチング
を行う場合には、パターニング済みのレジスト膜１５が
パターニング済みの拡散源膜１３上に残存していてもよ
いし、パターニング済みのレジスト膜１５を除去した
後、エッチングを行ってもよい。一方、塩素ガス系のガ
スを用いて半導体基板１１をドライエッチングする場合
には、パターニング済みのレジスト膜１５がパターニン
グ済みの拡散源膜１３上に残存している方が好ましい。
この場合、パターニング済みの拡散源膜１３やパターニ
ング済みのレジスト膜１５はエッチングマスクとして機
能する。そして、パターニング済みの拡散源膜１３によ
り覆われていない化合物半導体基板１１の表面がエッチ
ングされる。エッチングはパターニング済みの拡散源膜
１３やパターニング済みのレジスト膜１５をマスクとし
て用いるためフォトリソ工程を増やすことなく化合物半
導体基板１１をエッチングすることができる。なお、図
中、１１ｃはエッチング済み基板である。

【００４９】次に、エッチング済み基板１１ｃの表面お
よびパターニング済みの拡散源膜１３を覆うようにキャ
ップ膜１７を形成する。このとき、パターニング済みの
レジスト膜１５がパターニング済みの拡散源膜１３上に
残存している場合には、パターニング済みのレジスト膜
１５を除去した後、キャップ膜１７を形成する（図７
（Ｂ））。キャップ膜１７の形成は、第１実施例と同様
な方法により行う。

【００５０】次に、熱処理により不純物をエッチング済
みの半導体基板１１ｃ中に拡散させて第２導電型（ここ
ではＰ型）の不純物拡散領域１９を形成する。この実施
例では、エッチング済み基板１１ｃ中にＺｎを拡散して
不純物拡散領域１９を形成する（図７（Ｃ））。不純物
は基板のエッチング深さ以上に拡散した後、横方向に拡
散する。不純物拡散領域１９の形成は、第１実施例と同
様な方法により行う。

【００５１】その後、第１実施例と同様な方法を用い
て、キャップ膜１７およびパターニング済みの拡散源膜
１３を除去する。キャップ膜１７およびパターニング済
みの拡散源膜１３を除去してもエッチング済み拡散領域
形成済み基板１１ｂの表面に段差が残存するため、後工
程において層間絶縁膜２１の開口部２１ｂを形成する際
のフォトマスクパターン合わせが容易になる。さらに、
第１実施例と同様な方法を用いて、層間絶縁膜の形成、
層間絶縁膜のエッチングによる開口部の形成、ｐ側電極
およびｎ側電極の形成を行う（図４（Ａ）〜（Ｃ）およ
び図５を参照）。このようにして、発光ダイオードアレ
イを製造した。この場合、層間絶縁膜として膜応力が０
のものを用いると、第１実施例と同様な効果を得ること
ができる。

【００５２】４．第４実施例 図８（Ａ）〜（Ｃ）、図９（Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施
例の発光ダイオードアレイの製造工程中の主な工程でと
り得る構造体の様子を断面図（ただし切り口の図）によ
って示した工程図である。

【００５３】この第４実施例は、横方向の不純物の拡散
を問題とすることなく、高密度の発光ダイオードアレイ
を製造する方法を示す。

【００５４】先ず、第１実施例と同様な方法を用いてパ
ターニング済み拡散源膜１３を形成する（図３（Ａ）参
照）。

【００５５】次に、パターニング済みの拡散源膜１３を
マスクとして用いて後工程の熱処理による不純物の拡散
深さより深く化合物半導体基板１１をエッチングする。
この実施例では、塩素ガス系のガスを用いたドライエッ
チングにより化合物半導体基板１１を垂直方向に約２μ
ｍエッチングする（図８（Ａ））。エッチングには、塩
素ガス系のガスを用いるため、レジスト膜は拡散源膜上
に残存している必要があり、この実施例では、レジスト
膜の密着性を保つためにベーキングした後、エッチング
を行った。この場合、パターニング済みの拡散源膜１３
やパターニング済みのレジスト膜１５はエッチングマス
クとして機能する。そして、パターニング済みの拡散源
膜１３により覆われていない化合物半導体基板１１の表
面がエッチングされる。エッチングはパターニング済み
の拡散源膜１３やパターニング済みのレジスト膜１５を
マスクとして用いるためフォトリソ工程を増やすことな
く化合物半導体基板１１をエッチングすることができ
る。ここで、エッチング深さは不純物の拡散深さより深
くする。

【００５６】次に、エッチング済み基板１１ｃの表面お
よびパターニング済みの拡散源膜１３を覆うようにキャ
ップ膜１７を形成する。このとき、パターニング済みの
レジスト膜１５がパターニング済みの拡散源膜１３上に
残存しているため、パターニング済みのレジスト膜１５
を除去した後、キャップ膜１７を形成する（図８
（Ｂ））。キャップ膜１７の形成は、第１実施例と同様
な方法により行う。なお、図中、１１ｄは凸部を示す。

【００５７】次に、熱処理により不純物をエッチング済
み基板１１ｃ中に拡散させて第２導電型（ここではＰ
型）の不純物拡散領域１９を形成する。この実施例で
は、エッチング済み基板１１ｃ中にＺｎを拡散して不純
物拡散領域１９を形成する（図８（Ｃ））。例えば、不
純物の拡散深さは約１．５μｍである。エッチング深さ
は約２μｍとして、拡散深さより深くすれば横方向の拡
散は起こらず、不純物拡散領域１９は凸部１１ｄ内に形
成される。不純物拡散領域１９の形成は、第１実施例と
同様な方法により行う。

【００５８】次に、第１実施例と同様な方法を用いて、
キャップ膜１７およびパターニング済みの拡散源膜１３
を除去する（図９（Ａ））。キャップ膜１７およびパタ
ーニング済みの拡散源膜１３を除去してもエッチング済
み拡散領域形成済み基板１１ｂの表面に凸部１１ｄが残
存するため、後工程において層間絶縁膜２１の開口部２
１ｂを形成する際のフォトマスクパターン合わせが容易
になる。

【００５９】次に、エッチング済み拡散領域形成済み基
板１１ｂ上に層間絶縁膜２１を形成する。この実施例で
は、基板１１ｂの表面に凸部１１ｄが形成されているた
め、この凸部１１ｄを覆うことを考慮して、常圧ＣＶＤ
法により厚さ３０００ÅのＰＳＧ膜を層間絶縁膜として
エッチング済み拡散層形成済み基板１１ｂ上に形成する
（図９（Ｂ））。ここで、りん（Ｐ）の含有量を８ｗｔ
％程度にしてステップカバレッジを良好にする。この場
合、層間絶縁膜２１として、成膜条件を選び膜応力が０
のものを用いると、第１実施例と同様な効果を得ること
ができる。

【００６０】次に、層間絶縁膜をエッチングして不純物
拡散領域が露出する開口部を形成する。この実施例で
は、所定の形状にパターニングされたレジスト膜をマス
クとして、バッファードフッ酸を用いて層間絶縁膜２１
をエッチングして開口部２１ｂを形成した後、レジスト
膜を除去する（図９（Ｃ））。

【００６１】その後、ｐ側電極を形成するため、先ず、
不純物拡散領域１９およびパターニング済み層間絶縁膜
２１ａを覆うようにＡｌ膜（図示せず）を形成する。こ
の場合、基板１１ｂの表面に凸部１１ｄが形成されてい
ることを考慮して、例えばトリイソブチルアルミニウム
（[(CH₃)₂CHCH₂]₃Alを用いたＣＶＤ法により厚さ約２．
５μｍのＡｌ膜を形成する。その後、Ａｌ膜を公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いてパターニングをする。
この場合、Ａｌ膜のエッチングは熱りん酸により行う。
層間絶縁膜としてＰＳＧ膜を用いるため、層間絶縁膜は
エッチングされない。こようにしてＡｌ電極からなるｐ
側電極（図示せず）を形成する。また、エッチング済み
拡散領域形成済み基板１１ｂの裏面には、裏面研磨後に
Ａｕ合金電極からなるｎ側電極（図示せず）を形成す
る。このようにして、発光ダイオードアレイを製造し
た。

【００６２】このようにして発光ダイオードアレイを製
造すると、不純物拡散領域を形成する領域があらかじめ
化合物半導体基板をエッチングすることにより限定され
るため、不純物の横方向への拡散が起こらない。従っ
て、不純物の横方向への拡散により隣接するＰＮ接合が
つながってしまうという問題が生じず、フォトグラフィ
ー技術の精度で高密度の発光ダイオードアレイの製造が
可能になった。

【００６３】５．第５実施例 図１０（Ａ）〜（Ｃ）、図１１（Ａ）および（Ｂ）は、
第５実施例の発光ダイオードアレイの製造工程中の主な
工程でとり得る構造体の様子を断面図（ただし切り口の
図）によって示した工程図である。

【００６４】この第５実施例は、第４実施例と同様に横
方向の不純物の拡散を問題とすることなく、高密度の発
光ダイオードアレイを製造する方法を示す。

【００６５】先ず、第１導電型（ここではｎ型）の化合
物半導体基板１１上に、第２導電型（ここではｐ型）を
決定する不純物を含む拡散源膜１３ａを形成する。この
実施例では、第１実施例と同様な方法を用いて、化合物
半導体基板１１の表面全体に拡散源膜１３ａを形成する
（図１０（Ａ））。

【００６６】次に、拡散源膜１３ａ上にキャップ膜１７
を形成する。この実施例では、第１実施例と同様な方法
を用いて、拡散源膜１３ａの表面全体にキャップ膜１７
を形成する（図１０（Ｂ））。

【００６７】次に、熱処理により不純物を化合物半導体
基板１１中に拡散させて第２導電型（ここではｐ型）の
不純物拡散領域１９を形成する。この実施例では、第１
実施例と同様な方法を用いて、ｎ型の化合物半導体基板
１１中にＺｎを拡散して不純物拡散領域１９を化合物半
導体基板１１の表層に形成する（図１０（Ｃ））。拡散
深さは良好な発光強度が得られる程度に浅くするのが良
く、例えば不純物の拡散深さは約１．５μｍとする。

【００６８】次に、拡散源膜１３ａおよびキャップ膜１
７を除去する（図１１（Ａ））。拡散源膜１３ａおよび
キャップ膜１７の除去は、第１実施例と同様な方法を用
いて行う。

【００６９】次に、拡散領域形成済み基板１１ａを、熱
処理による不純物の拡散深さより深く所定のパターンに
エッチングする。この実施例では、所定の形状にパター
ニング済みのレジスト膜をエッチングマスクとして用い
て、塩素系ガス系のガスを用いたドライエッチングによ
り拡散領域形成済み基板１１ａを垂直方向に約２μｍエ
ッチングする（図１１（Ｂ））。この場合、エッチング
深さは約２μｍであるため、不純物の拡散深さより深
い。このため、エッチング済み不純物拡散領域１９ａが
エッチングにより形成された凸部１１ｄ内に形成されて
いる。

【００７０】その後、第４実施例と同様な方法を用い
て、層間絶縁膜の形成、層間絶縁膜のエッチングによる
開口部の形成、ｐ側電極およびｎ側電極の形成を行う
（図９（Ｂ）および（Ｃ）参照）。このようにして、発
光ダイオードアレイを製造した。この場合、層間絶縁膜
として膜応力が０のものを用いると、第１実施例と同様
な効果を得ることができる。

【００７１】このようにして発光ダイオードアレイを製
造すると、不純物拡散領域が拡散領域形成済み基板のエ
ッチングにより限定されるため、不純物の横方向への拡
散により隣接するＰＮ接合がつながってしまうという問
題が生じない。従って、第４実施例の場合と同様に、フ
ォトグラフィー技術の精度で高密度の発光ダイオードア
レイの製造が可能である。

【００７２】この発明は、上述した各実施例に限定され
るものではないことは明らかである。例えば、これらの
実施例では、基板としてＧａＡｓ_1-x Ｐ_x エピタキシャ
ル基板を用いているが、その他の化合物半導体基板を用
いることもできる。また、基板としてｐ型基板を用いる
こともできる。

【００７３】また、これらの実施例では、拡散源膜とし
てスパッタリングによって形成したＺｎＯ・ＳｉＯ₂ 膜
を用いていたが、拡散源膜としてＺｎＯスパッタ膜、Ｚ
ｎＯスパッタ膜とＺｎＯ・ＳｉＯ₂ スパッタ膜とを積層
した膜あるいはＺｎＯを含んだその他の酸化物との混合
スパッタ膜を用いることもできる。また、拡散源膜は必
ずしもスパッタリングによって形成する必要はなく、Ｃ
ＶＤ法により形成してもよい。また、不純物として他の
不純物を用いることもできる。

【００７４】また、第４および第５実施例では、基板の
エッチングをドライエッチングにより行ったが、メサ形
状を考慮してウェットエッチングによりエッチングする
ことも可能である。また、層間絶縁膜やＡｌ膜も、凸部
を覆うように形成することができるならば、使用材料や
形成方法がこの実施例に限定されるものではない。

【００７５】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の発光ダイオードアレイの製造方法によれば、先
ず、熱処理により、パターニング済みの拡散源膜から化
合物半導体基板中に不純物を拡散させ、不純物拡散領域
を形成する。その後、パターニング済みの拡散源膜およ
びキャップ膜を除去する。次に、基板の表面上に膜応力
が０近傍の層間絶縁膜を形成する。その後、層間絶縁膜
をエッチングして不純物拡散領域が露出する開口部を形
成する。

【００７６】このように、層間絶縁膜として膜応力が０
近傍のものを用いるため、露光ぼけ等のそりに起因した
製造中の不良発生要因や製造した素子において、欠陥の
成長などによる劣化を抑えることができる。

【００７７】また、熱処理により不純物を化合物半導体
基板中に拡散した後、パターニング済みの拡散源膜およ
びキャップ膜を除去する。その後、層間絶縁膜を形成す
る。このため、素子を製造するプロセスにおいて層間絶
縁膜の膜質の変化やピンホールの発生による不良原因の
発生を低減することができる。

【００７８】また、不純物拡散領域を形成した後、パタ
ーニング済みの拡散源膜をマスクとして拡散領域形成済
み基板をエッチングしたり、または、パターニング済み
の拡散源膜をマスクとして用いて化合物半導体基板をエ
ッチングし、その後、不純物拡散領域を形成すると、層
間絶縁膜の開口部を形成する際のフォトマスクパターン
合わせが容易になる。

【００７９】また、別の発光ダイオードアレイの製造方
法によれば、先ず、パターニング済みの拡散源膜をマス
クとして用いて、化合物半導体基板を後工程の熱処理に
よる不純物の拡散深さより深くエッチングする。その
後、パターニング済みの拡散源膜からエッチング済みの
化合物半導体基板中に不純物を拡散させ、不純物拡散領
域を形成する。または、化合物半導体基板の全面に拡散
源膜を形成した後、熱処理により化合物半導体基板に不
純物を拡散させ不純物拡散領域を形成し、その後、化合
物半導体基板を不純物の拡散深さより深く所定のパター
ンでエッチングする。

【００８０】このように、不純物の拡散深さより深くエ
ッチングした後、不純物拡散領域を形成するか、または
不純物拡散領域を化合物半導体基板の全面に形成した
後、化合物半導体基板を拡散深さより深く所定のパター
ンでエッチングするので、横方向の拡散により隣接する
ＰＮ接合がつながってしまうという問題が生じない。こ
のため、フォトリソグラフィー技術の精度で、高密度の
発光ダイオードアレイの製造が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の説明に供する発光ダイオードアレ
イの平面図である。

【図２】第１実施例の説明に供する発光ダイオードアレ
イの断面図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は第１実施例の発光ダイオード
アレイの製造工程図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は図３につづく第１実施例の発
光ダイオードアレイの製造工程図である。

【図５】図４につづく第１実施例の発光ダイオードアレ
イの製造工程図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は第２実施例の発光ダイオード
アレイの製造工程図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は第３実施例の発光ダイオード
アレイの製造工程図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は第４実施例の発光ダイオード
アレイの製造工程図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は図８につづく第４実施例の発
光ダイオードアレイの製造工程図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は第５実施例の発光ダイオー
ドアレイの製造工程図である。

【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は図１０につづく第５実
施例の発光ダイオードアレイの製造工程図である。

【符号の説明】

１１：化合物半導体基板 １１ａ：拡散領域形成済み基板 １１ｂ：エッチング済み拡散領域形成済み基板 １１ｃ：エッチング済み基板 １１ｄ：凸部 １３：パターニング済み拡散源膜 １３ａ：拡散源膜 １５：パターニング済みレジスト膜 １７：キャップ膜 １９：不純物拡散領域 １９ａ：エッチング済み拡散領域 ２１：層間絶縁膜 ２１ａ：パターニング済み層間絶縁膜 ２１ｂ：開口部 ２３：ｐ側電極 ２５：ｎ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 幸夫 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭47−36783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194827（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−139320（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−42379（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/22 H01L 21/225

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の化合物半導体基板上に、第
   ２導電型を決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパ
   ターニング済みの拡散源膜を形成する工程と、 前記基板の表面および前記拡散源膜を覆うようにキャッ
   プ膜を形成する工程と、 前記キャップ膜を形成した後、熱処理により前記不純物
   を前記基板中に拡散させて第２導電型の不純物拡散領域
   を形成する工程と、 前記拡散領域を形成した後、前記拡散源膜および前記キ
   ャップ膜を除去する工程と、 その後、拡散領域形成済み基板上に膜応力が０近傍とな
   る層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記拡散領域が露出す
   る開口部を形成する工程とを含むことを特徴とする発光
   ダイオードアレイの製造方法。
2. 【請求項２】 第１導電型の化合物半導体基板上に、第
   ２導電型を決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパ
   ターニング済みの拡散源膜を形成する工程と、 前記基板の表面および前記拡散源膜を覆うようにキャッ
   プ膜を形成する工程と、 前記キャップ膜を形成した後、熱処理により前記不純物
   を前記基板中に拡散させて第２導電型の不純物拡散領域
   を形成する工程と、 前記拡散領域を形成した後、前記キャップ膜を除去する
   工程と、 前記拡散源膜をマスクとして用いて拡散領域形成済み基
   板をエッチングする工程と、 前記拡散領域形成済み基板をエッチングした後、前記拡
   散源膜を除去する工程と、 その後、エッチング済み拡散領域形成済み基板を覆うよ
   うに、膜応力が０近傍となる層間絶縁膜を形成する工程
   と、 前記層間絶縁膜をエッチングしてエッチング済み拡散領
   域が露出する開口部を形成する工程とを含むことを特徴
   とする発光ダイオードアレイの製造方法。
3. 【請求項３】 第１導電型の化合物半導体基板上に、第
   ２導電型を決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパ
   ターニング済みの拡散源膜を形成する工程と、 前記拡散源膜をマスクとして用いて前記基板をエッチン
   グする工程と、 エッチング済み基板の表面および前記拡散源膜を覆うよ
   うにキャップ膜を形成する工程と、 前記キャップ膜を形成した後、熱処理により前記不純物
   を前記エッチング済み基板中に拡散させて第２導電型の
   不純物拡散領域を形成する工程と、 前記拡散領域を形成した後、前記拡散源膜および前記キ
   ャップ膜を除去する工程と、 その後、エッチング済み拡散領域形成済み基板上に、膜
   応力が０近傍となる層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記拡散領域が露出す
   る開口部を形成する工程とを含むことを特徴とする発光
   ダイオードアレイの製造方法。
4. 【請求項４】 第１導電型の化合物半導体基板上に、第
   ２導電型を決定する不純物を含み、かつ所定の形状にパ
   ターニング済みの拡散源膜を形成する工程と、 前記拡散源膜をマスクとして用いて後工程の熱処理によ
   る不純物の拡散深さより深く前記基板をエッチングする
   工程と、 エッチング済み基板の表面および前記拡散源膜を覆うよ
   うにキャップ膜を形成する工程と、 前記キャップ膜を形成した後、熱処理により前記不純物
   を前記エッチング済み基板中に拡散させて第２導電型の
   不純物拡散領域を形成する工程と、 前記拡散領域を形成した後、前記拡散源膜および前記キ
   ャップ膜を除去する工程と、 その後、エッチング済み拡散領域形成済み基板上に、膜
   応力が０近傍となる層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記拡散領域が露出す
   る開口部を形成する工程とを含むことを特徴とする発光
   ダイオードアレイの製造方法。
5. 【請求項５】 第１導電型の化合物半導体基板上に、第
   ２導電型を決定する不純物を含む拡散源膜を形成する工
   程と、 前記拡散源膜上にキャップ膜を形成する工程と、 前記キャップ膜を形成した後、熱処理により前記不純物
   を前記基板中に拡散させて第２導電型の不純物拡散領域
   を形成する工程と、 前記拡散領域を形成した後、前記拡散源膜および前記キ
   ャップ膜を除去する工程と、 その後、拡散領域形成済み基板を、前記熱処理による前
   記不純物の拡散深さより深く所定のパターンにエッチン
   グする工程と、 その後、エッチング済み拡散領域形成済み基板上に、膜
   応力が０近傍となる層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜をエッチングしてエッチング済み拡散領
   域が露出する開口部を形成する工程とを含むことを特徴
   とする発光ダイオードアレイの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発
   光ダイオードアレイの製造方法において、前記基板をｎ
   型のＧａＡｓ_1-x Ｐ_x （０≦ｘ≦０．４）基板とし、前
   記不純物を亜鉛（Ｚｎ）とし、前記キャップ膜をＡｌ₂
   Ｏ₃ 膜またはＡｌＮ膜とすることを特徴とする発光ダイ
   オードアレイの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発
   光ダイオードアレイの製造方法において、前記拡散源膜
   の除去をフッ酸を用いて行うことを特徴とする発光ダイ
   オードアレイの製造方法。