JP3547424B2

JP3547424B2 - Mesa stripe forming mask

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Publication number: JP3547424B2
Application number: JP2002011582A
Authority: JP
Inventors: 孝一豊崎; 暢彦倉橋; 直樹築地; 聡入野
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003197610A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被エッチング材の表面に形成され、エッチング技術と組合せて用いられるマスク体に関し、更に詳しくは、例えば半導体素子に必要パターンを形成するときに用いて有用なマスク体、とりわけストライプ状マスク体、または回折格子状マスク体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体素子を製造する場合には、図１１で示したように、まず所定の半導体材料が積層されて成る素子前駆体１の表面１ａに所定パターンのマスク体２ａを形成する。なお、ここでは、上記マスク体２ａは、所定の線幅を有する複数本の線状マスク２ｂが互いに平行に形成されているストライプ状マスク体であるとする。
【０００３】
ついで、マスク体２ａで被覆されずに表出している、素子前駆体１の表面１ｂにエッチング処理を行って所定形状のストライプ状の溝を形成したのちマスク体２ａを除去する。そしてその後、必要に応じては、この上に更に別の半導体材料が積層される。
ところで、この一連の工程において、例えば、マスク体２ａが素子前駆体１の表面１ａから剥離していたり、または例えば切断しているような破損状態にある場合は、剥離箇所または破損箇所の下に位置する半導体材料もエッチングされてしまう。
【０００４】
マスク体２ａの剥離や破損は種々の要因に基づいて発生する。例えば、マスク体の剥離現象は、素子前駆体の表面へマスク体を形成するときに、素子前駆体の表面に対する前処理が不充分であったり、マスク体を形成するときの現像処理が適切でなかったりすることを要因として発生するものと考えられる。また、過度なエッチングが行われて半導体材料のアンダーカットなどが進んでマスク体と半導体材料との密着面積が減少することも要因の一つである。
【０００５】
これらの要因は、素子前駆体表面への適切な前処理や、適切な現像処理、更にはエッチング処理の適切な管理などの方策によって解消することができる。
しかしながら、エッチング処理時のマスク体の剥離に関しては次のような態様もあり、このような剥離に関しては有効な対応策がないというのが現状である。すなわち、その剥離とは、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である図１２で示したように、素子前駆体の端部近傍１Ａにおいて、マスク体２ａの直下に位置する半導体材料が素子前駆体の周縁方向（図１２の矢印で示した方向）からエッチングされてしまい、その結果マスク体２ａが素子前駆体から浮きあがるという剥離態様である。
【０００６】
なお、マスク体の剥離などで異常エッチングされた材料は目的とする半導体素子の素材として使用不能になる。とりわけ、互いに隣りあう複数のメサストライプで構成されるアレイ構造の半導体素子を製造する場合には、一部分のマスク体の剥離だけによっても複数のメサストライプ全体が使用できなくなる。
また、エッチングの途中でマスク体の一部が剥離した素子前駆体であっても、その他の部分が使用できるということもあるため、後工程に移送される場合もあるが、その場合でも、検査工程における不良品の摘出などを行わなければならないため製造コストを高める。また、そもそもが、検査工程までの不良品の摘出ができないこともあり、検査工程までの製造コストが全て無駄になってしまうということもある。
【０００７】
このようなことから、半導体素子の製造時におけるマスク体の剥離現象は深刻な問題であった。
上記した問題を引き起こす、エッチング処理時におけるマスク体の剥離を防止するために、特開平９−２３２６８２号公報では次のような半導体光素子の製造方法が開示されている。これは、図１３で示したように、互いに隣り合う線状マスク２ｂの端部を全て連結して一体化しているマスク体、または、図１４で示したように、図１３に示す各線状マスク２ｂに、更に全ての線状マスク２ｂと直交する線状マスクを設けたマスク体を用いてエッチング処理を行う方法である。
【０００８】
しかしながら、この先行技術の場合、基板の端部近傍におけるマスク体の剥離を防止するという点では有効であるが、他方では、次のような問題が生じてくる。
まず、エッチング工程におけるエッチングムラの発生である。互いに隣りあう線状マスクが連結している周辺においては、エッチャントの円滑な流れが阻害される。その結果、被エッチング部へのエッチャントの供給不足が生じ、エッチングムラが発生して、所望する寸法精度のメサストライプを形成できなくなる。
【０００９】
第２の問題はエッチング工程後に他の半導体材料を成膜したときの成膜不良である。例えば、発光半導体素子を製造する場合には、エッチングにより作成されたメサストライプを電流狭窄部として形成する際に、この電流狭窄部の側面、即ちエッチングされた部分には電流ブロック層を成長させることが必要になる。しかし、互いに隣りあう線状マスクが連結している周辺、すなわち、メサストライプの端部では、所望する電流ブロック層の成長ができにくい。
【００１０】
【発明が解決しようする課題】
本発明は、上記した問題を解決する、とりわけ、被エッチング材の端部近傍で発生していたマスク体の剥離現象を防止することができるマスク体の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、被エッチング材の表面に形成され、複数の線状マスクが互いに離間し、かつ平行して集合して成るマスク体において、前記マスク体の端部近傍の箇所、または、前記被エッチング材の端部近傍に位置する前記線状マスクの箇所の平面視形状が、他の箇所との対比で広幅部になっていることを特徴とするメサストライプ形成用マスク体が提供される。
【００１２】
また、本発明においては、被エッチング材の表面に形成され、複数の線状マスクが互いに離間し、かつ平行して集合して成るマスク体において、前記マスク体の端部近傍の箇所、または、前記被エッチング材の端部近傍に位置する前記線状マスクの箇所の平面視形状が、他の箇所との対比でジグザグ形状部になっていることを特徴とするメサストライプ形成用マスク体が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記マスク体の前記広幅部の幅または前記ジグザグ形状部の総延長の長さは、それぞれの前記線状マスクの線幅の２倍以上になっているマスク体や、前記マスク体の端部近傍以外の箇所または前記被エッチング材の端部近傍に位置する前記線状マスクの箇所以外の箇所にも、前記広幅部または前記ジグザグ形状部が少なくとも１個形成されているマスク体が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のマスク体の１例１２ａを図１に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るマスク体１２ａが、被エッチング材１の表面１ａに形成された状態を示す部分平面図である。
なお、本発明でいう被エッチング材とは、表面にマスク体を形成したのち、マスク体が形成されていない部分をエッチング除去する材料のことをいい、例えば、半導体材料、絶縁材料、導電材料などをあげることができる。また、基材の上に各種半導体材料を積層して成る素子前駆体などのことも指す。
【００１５】
マスク体１２ａは、所定の線幅を有する複数本の線状マスク１２ｂが集合して成り、被エッチング材１の表面に形成されている。各線状マスク１２ｂは所望の幅を有して一定方向に延びており、その長さ及び形成パターンは、特に限定されるものではない。
この線状マスク１２ｂのうち、被エッチング材１の端部近傍１Ａに位置している箇所は、その平面視形状が他の箇所に比べて幅が広い広幅部１２ｃになっている。
【００１６】
なお、ここでいう被エッチング材１の端部近傍１Ａとは、被エッチング材１の周縁から適宜内側へ入った部分の領域のことをいう。この領域の大きさは、エッチング処理時に被エッチング材１が周縁方向からエッチングされたときに、マスク体が剥離しやすくなる起点を含む箇所として適宜に決められる。
この広幅部１２ｃの幅Ｗは、図２に示すように、線状マスク１２ｂの他の箇所の線幅Ｗｓよりも広ければよい。被エッチング材１の端部近傍１Ａに広幅部１２ｃが形成されていることにより、例えば線状マスク１２ｂの中央部のような他の箇所に照準を合わせてエッチング処理を行った場合に、この広幅部１２ｃの直下に位置する被エッチング材１が周縁方向からエッチング除去されても、図３で示したように、残余の被エッチング材１ｄはかなり存在しているので、広幅部１２ｃとの間の密着強度の低下は起こりずらい。そのため、広幅部１２ｃの全体が被エッチング材１の表面から剥離するということは起こりにくくなる。このような効果を発揮させるためには、広幅部１２ｃの幅Ｗは他の箇所の線幅Ｗｓの２倍以上になっていることが好ましい。
【００１７】
しかしながら、あまり広くすると、被エッチング材１の全体表面に形成可能な線状マスク１２ｂの本数は少なくなる。しかも広幅部１２ｃ付近におけるエッチャントの円滑な流れが阻害されたり、エッチング工程後の成膜工程で所望の結晶成長が行えなくなるので、その上限には限りがある。例えば、線幅Ｗｓが５μｍ程度のとき、広幅部の幅Ｗは、線幅Ｗｓの２０倍の１００μｍ程度の値までであれば後工程に悪影響を及ぼすことはない。
【００１８】
この被エッチング材１の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形形状や矩形形状のものをあげることができる。
また、この被エッチング材１の材質も特に限定されないが、例えば、ＩｎＰ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＰ系半導体のような半導体材料、サファイア、石英、ダイヤモンド、ＳｉＮなどのような絶縁体材料、更には各種の導電材料をあげることができる。
【００１９】
そして、被エッチング材１が半導体材料の積層構造体である場合には、それは単一あるいは複数の層からなるものであってよい。また、積層する材料に関しても特に限定されるものではなく、例えば、ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＮ，ＺｎＳｅ，ＣｄＴｅ等のＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体および／またはＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体が挙げられる。
【００２０】
上記のマスク体１２ａの材料は、特に限定されないが、窒化けい素，酸化けい素，酸窒化けい素，または感光レジストのいずれかが好適である。これらの材料は、いずれも本発明のマスク体１２ａの形成に容易に適用することができ、信頼性も高い。
図４は、本発明の別のマスク体の例２２ａを示す部分平面図である。
【００２１】
マスク体２２ａは、複数本の線状マスク２２ｂが集合して成り、被エッチング材１の表面に形成されている。そして、各線状マスク２２ｂにおいて、被エッチング材１の端部近傍１Ａに位置する箇所が広幅部２２ｃになっている。
更に、この線状マスク２２ｂのうち、端部近傍１Ａに位置している箇所以外の箇所、すなわち、例えば図４で示したように、線状マスクを長さ方向に２等分する箇所が、他の箇所と比較して幅が広く形成されることにより、別の広幅部２２ｄとなっている。
【００２２】
この広幅部２２ｄを形成する位置と広幅部２２ｄの数は、マスク体２２ａの剥離が防止できるように適宜選択する。このような広幅部２２ｄを形成すると、各線状マスク２２ｂの線幅が細い場合においても、マスク体２２ａとその直下の被エッチング材１との密着面積を大きくすることによって、それらの間の密着力を高めることができる。
【００２３】
図５は、本発明の更に別のマスク体の例３２ａを示す部分平面図である。
このマスク体３２ａは、複数本の線状マスク３２ｂにおいて、被エッチング材１の端部近傍１Ａに位置する箇所３２ｃの平面視形状がジグザグ形状になっている。具体的には、マスク体３２ａの端部３２ｃは、線状マスク３２ｂの線幅Ｗｓと同幅のマスク端部を左右ジグザグに複数回（図では３回）折り曲げた状態で形成されている。
【００２４】
したがって、端部３２ｃにおけるジグザグ形状部の総延長の長さ、すなわち、各ジグザグ部分の長さを全て加算した長さは、線状マスク３２ｂとマスク体３２ａの先端部との直線距離（Ｌ_０）よりも長くなっている。換言すれば、端部３２ｃと被エッチング材１との密着面積は、当該端部が直線形状である場合よりも大きくなっている。
【００２５】
このマスク体３２ａの場合、エッチング処理時には、従来と同じように、マスク体端部からのエッチングが進行して、その密着面積は減少して剥離が生じていく。しかしながら、端部３２ｃの単位長さ当たりの密着面積は単純な直線形状の端部の場合に比べて大きいので、端部３２ｃの剥離が遅延し、また同時に、ジグザグ形状部における折れ曲がり部分で剥離の進行が停止し、結果として、マスク体３２ａの剥離は抑制される。
【００２６】
その場合、ジグザグ形状部３２ｃにおける総延長の長さを、線状マスク３２ｂの線幅Ｗｓの２倍以上に設定すると、剥離が抑制されるので好適である。
しかしながら、ジグザグ形状部の総延長の長さをあまり長くすると、被エッチング材１の全体表面に形成可能な線状マスク３２ｂの長さは短くなってしまい、被エッチング材１の周縁部が無駄になる。しかも折れ曲がり部の付近におけるエッチャントの円滑な流れが阻害されたり、エッチング工程後の成膜工程で所望の結晶成長が行えなくなる領域が広くなるので、その上限には限りがある。例えば、線幅Ｗｓが５μｍ程度のとき、ジグザグ形状部３２ｃの総延長の長さは、線幅Ｗｓの２０倍の１００μｍ程度の値までであれば後工程に悪影響を及ぼすことはない。
【００２７】
なお、この場合も、図６で示したように、線状マスクの中央部に更にジグザグ形状部が形成されていてもよい。
以上の説明は、本発明のマスク体をメサストライプの形成に用いる事例であるが、次に、本発明のマスク体を、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子における回折格子の作製に用いる場合について説明する。
【００２８】
前記したメサストライプ形成時において、形成されるメサストライプの幅は、通常、１〜数１０μｍ程度である。しかしながら、ＤＦＢレーザ素子に形成される回折格子の周期は、通常、数百ｎｍレベルであり、そのため、その形成時に用いるマスク体の線状マスクの１本の線幅は、数十ｎｍ〜数百ｎｍと極めて狭幅である。メサストライプ用のマスク体に関しては、マスク体の剥離現象はマスク体を形成したのちの後工程であるエッチング工程時にほとんど起こっている。しかしながら、回折格子の形成に用いるマスク体に関しては、線状マスクの線幅が極めて細いため、マスク体と半導体基板との密着性が低下し、そもそもマスク体の形成工程で既に当該マスク体が剥離するという問題が多発している。
【００２９】
また、回折格子用のマスク体を形成する際には、通常、半導体基板（被エッチング材）にネガ型レジストを塗布したのち熱処理し、ついで電子ビーム描画装置で所望する回折格子のパターンを描画露光する。その後、描画露光した箇所を架橋硬化したのち、アルカリ液で現像処理を行って、描画されていない箇所を溶解除去し、レジストから成る回折格子状のストライプを形成する。
【００３０】
そして最後に、例えばドライエッチングして半導体基板（被エッチング材）に所望する周期と線幅を有する回折格子が刻設される。
この一連の形成過程において、上記した現像処理時には、レジストがアルカリ液でいわばエッチングされることと同じ状態になるため、この処理工程でレジスト端部からその溶解が進み、端部からレジストの剥離現象が発生し、それを起点としてレジスト全体が剥離してしまう。
【００３１】
このような問題に対し、形成するレジストのパターンにつき、既に説明したように、その端部近傍に広幅部やジグザグ形状部を形成しておくと、当該レジストの剥離は抑制され、所望する回折格子のレジストパターンを適正に形成することができる。
その場合、広幅部の幅を広くすればするほど、またジグザグ形状部の長さを長くすればするほど剥離現象の発生を防止することができる。しかし、広幅部の幅をあまり広くすると、その幅が目的とする回折格子の周期よりも大きくなってしまい、レジスト（線状マスク）の端部が相互に近接しすぎたり、連結してしまったりする事態が起こって、後工程であるドライエッチング工程における正確なエッチングが阻害されたり、またその後の成膜工程で所望する結晶成長が行えなくなる。また、ジグザグ形状部の長さを長くしすぎると、適切な回折格子の形成ができなくなる。そのようなことからその上限は適正に決められる。
【００３２】
【実施例】
実施例１〜８、比較例１，２
本発明のマスク体を用いて、次のようにしてメサストライプを形成した。
まず、図７（ａ）で示したように、活性層を含む半導体積層構造である被エッチング材１の表面にマスク作成前処理を十分に施した後、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ_ｘ膜２を形成した。ついで、その上に、公知のフォトレジストを塗布して、厚さ１．５μｍのレジスト膜３を形成した（図７（ｂ））。レジスト膜３に、公知のフォトリソグラフィーを適用することにより、平面視形状が図１または図４に示されるマスク体１２ａ（２２ａ）に相当するレジストマスク３ａへとパターニングした（図７（ｃ））。ついで、図７（ｄ）で示したように、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）で上記レジストマスク３ａ直下以外に位置するＳｉＮ_ｘ膜２をエッチング除去し、更に、レジストマスク３ａを全て除去して、表１で示した各種のストライプ状マスク体１２ａ（２２ａ）を被エッチング材１の表面１ａに形成した（図７（ｅ））。
【００３３】
ついで、エッチング工程へ移送し、ストライプ状マスク体１２ａ（２２ａ）で被覆されずに表出している部分をエッチングして、基板の表面にメサストライプ（電流狭窄部）を形成した（図７（ｆ））。
このエッチング工程直後における、ストライプ状マスク体の剥離状態を調べた。この調査結果を線状マスクの寸法諸元とともに表１に示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１から明らかなように、広幅部を有する実施例のストライプ状マスク体１２ａ（２２ａ）の場合は、マスク体の剥離が大幅に減少しているか、または全く起こっていない。
ついで、全数を洗浄工程に移送し、洗浄工程終了直後におけるマスク体の剥離状態を調べた。線状マスクの中央部に広幅部が形成されていないもののみに若干の剥離が認められた。このようなことから、中央部にも広幅部を形成することの有用性が明らかである。
【００３６】
実施例９〜１８、比較例３〜６
図８で示したＤＦＢレーザ素子を作成するために、ｎ−ＩｎＰ基板４１の上に、ｎ−ＩｎＰのバッファ層４２、ＭＱＷ−ＳＣＨ層４３、ｐ−ＩｎＰから成るスペーサ層の下部分４４Ａを順次積層し、そのスペーサ層の下部分４４Ａの上に後述するようにして回折格子５を形成した。
なお、上記した基板４１からスペーサ層の下部分４４Ａまでの積層構造を、以後、被エッチング材１と呼ぶ。
【００３７】
被エッチング材１の上に、図９（ａ）に示したように、スピンコータで厚み約１００ｎｍの電子線描画用ネガ型レジスト４を塗布したのち熱処理した。
ついで、電子線描画装置を用いて、このネガ型レジスト４の上に、図９（ｂ）で示したように、回折格子用のパターンを描画した。描画パターンを図１０に示した。ついで、所定の熱処理、現像処理を行って、図９（ｃ）で示したように、描画しないレジストの部位を除去して被エッチング材の表面１ａを表出させたのち、ドライエッチングを行って、図９（ｄ）で示したように回折格子５を刻設した。
【００３８】
得られた回折格子５の寸法諸元を表２に示した。また、現像処理直後におけるレジスト（マスク体）の剥離状態も表２に併記した。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表２から明らかなように、両端に広幅部が形成されている各実施例の回折格子状マスク体は、広幅部が形成されていない比較例３〜６に対比して剥離が大幅に減少しているか、または全く起こっていない。その場合、広幅部の幅（Ｗｙ）を線状マスクの線幅（Ｗｘ）の２倍以上にすると、剥離は全く起こらない。
なお、上記した実施例の場合、エッチング処理をドライエッチングで行ったが、ウェットエッチングで行ってもよい。また、ネガ型レジストが、ドライエッチングガスやウェットエッチャントに対する耐性が弱い場合には、レジストの描画パターンを形成する前に、その下地として例えばＳｉＮ_ｘなどのマスク材を形成しておけばとくに不都合な問題は起こらない。
【００４１】
ただし、その場合には、処理工程が多少複雑化する。マスク材の成膜後に当該マスク材にＲＩＥなどを行ってレジストの描画パターンから表出している部分をエッチング除去したのちレジストの描画パターンを除去し、残置するマスク材をエッチング処理時のマスク体として使用するからである。
【００４２】
実施例１９〜２６、比較例７，８
マスク体が図５で示したマスク体３２ａまたは図６で示したマスク体であったことを除いては、実施例１〜８と同様にして各種のストライプ状マスク体を被エッチング材の上に形成した。
【００４３】
ついで、エッチング工程へ移送し、ストライプ状マスク体で被覆されずに表出している部分をエッチングして、基板の表面にメサストライプ（電流狭窄部）を形成した。
このエッチング工程直後における、ストライプ状マスク体の剥離状態を調べた。この調査結果を線状マスクの寸法諸元とともに表３に示した。
【００４４】
【表３】

【００４５】
表３から明らかなように、ジグザグ形状部を有する実施例のストライプ状マスク体の場合は、マスク体の剥離が大幅に減少しているか、または全く起こっていない。
ついで、全数を洗浄工程に移送し、洗浄工程終了直後におけるマスク体の剥離状態を調べた。線状マスクの中央部に広幅部が形成されていないもののみに若干の剥離が認められた。このようなことから、中央部にもジグザグ形状部を形成することの有用性が明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマスク体によれば、被エッチング材の端部近傍に位置する線状マスクの箇所を、他の箇所との対比で広幅部またはジグザグ形状部とすることにより、また必要に応じて更に、端部近傍以外の箇所のうち少なくとも１箇所を広幅部またはジグザグ形状部にすることにより、エッチング工程及びエッチング工程後の洗浄工程におけるマスク体の剥がれを防止することができ、かつ、エッチング工程におけるエッチングムラの発生やエッチング工程後の成膜工程における成膜不良を防止することができる。
【００４７】
更に上記効果により、半導体素子製造における歩留りを向上させ、それに伴って原価低減（作業工数、部材費、検査費）を図ることができる。また、複数のメサストライプから構成されるアレイ構造の素子や回折格子を内蔵するＤＦＢレーザ素子についても安定して製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のストライプ状マスク体の１例１２ａを示す部分平面図である。
【図２】マスク体１２ａの端部近傍の部分拡大図である。
【図３】本発明のマスク体１２ａの被エッチング材への密着状態を示す模式図である。
【図４】本発明のストライプ状マスク体の他の例２２ａを示す部分平面図である。
【図５】本発明の別のストライプ状マスク体３２ａを示す部分平面図である。
【図６】本発明の更に別のストライプ状マスク体を示す部分平面図である。
【図７】被エッチング材の表面に、本発明のストライプ状マスク体を用いてメサストライプを形成する手順を示す工程図である。
【図８】ＤＦＢレーザ素子の層構造の１例を示す一部切欠斜視図である。
【図９】半導体基板の回折格子を形成する手順を示す工程図である。
【図１０】本発明の回折格子状マスク体の例を示す部分平面図である。
【図１１】従来のストライプ状マスク体の１例２ａを示す部分平面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分平面図である。
【図１３】特開平９−２３２６８２号公報が開示するマスク体の平面図である。
【図１４】特開平９−２３２６８２号公報が開示する別のマスク体の平面図である。
【符号の説明】
１被エッチング材
１Ａ被エッチング材の端部近傍
１ａ被エッチング材１の表面
２ＳｉＮ_ｘ膜
２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａマスク体
２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，２２ｄ，３２ｂ線状マスク
１２ｃ，２２ｃ，２２ｄ広幅部
３２ｃジグザグ形状部
３レジスト膜
３ａレジストマスク
４回折格子状マスク体
５回折格子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mask body formed on a surface of a material to be etched and used in combination with an etching technique, and more particularly, to a mask body useful for forming a required pattern on a semiconductor element, particularly a stripe mask. Body or diffraction grating mask body.
[0002]
[Prior art]
For example, when manufacturing a semiconductor element, as shown in FIG. 11, first, a mask body 2a having a predetermined pattern is formed on a surface 1a of an element precursor 1 formed by laminating a predetermined semiconductor material. Here, it is assumed that the mask body 2a is a stripe mask body in which a plurality of linear masks 2b having a predetermined line width are formed in parallel with each other.
[0003]
Next, the surface 1b of the element precursor 1 exposed without being covered with the mask body 2a is subjected to an etching treatment to form a stripe-shaped groove having a predetermined shape, and then the mask body 2a is removed. Then, if necessary, another semiconductor material is further laminated thereon.
By the way, in this series of steps, for example, when the mask body 2a is peeled off from the surface 1a of the element precursor 1 or is in a broken state such as cut, for example, The semiconductor material located is also etched.
[0004]
Peeling or breakage of the mask body 2a occurs based on various factors. For example, when the mask body is peeled off, the pretreatment on the surface of the element precursor is insufficient when the mask body is formed on the surface of the element precursor, or the development processing when forming the mask body is appropriate. It is considered that this occurs due to the absence of the item. Another factor is that excessive etching is performed and the undercut of the semiconductor material proceeds to reduce the contact area between the mask body and the semiconductor material.
[0005]
These factors can be eliminated by appropriate pretreatment of the element precursor surface, appropriate development processing, and appropriate management of etching processing.
However, there is also the following mode for stripping the mask during the etching process, and there is no effective countermeasure for such stripping at present. That is, as shown in FIG. 12, which is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 11, the semiconductor material located immediately below the mask body 2a in the vicinity 1A of the end of the element precursor The etching is performed in the peripheral direction of the precursor (the direction indicated by the arrow in FIG. 12), and as a result, the mask body 2a is lifted up from the element precursor.
[0006]
The material that has been abnormally etched due to peeling of the mask or the like becomes unusable as a material for the intended semiconductor element. In particular, when a semiconductor element having an array structure composed of a plurality of mesa stripes adjacent to each other is manufactured, the whole of the plurality of mesa stripes cannot be used just by removing a part of the mask body.
In addition, even if an element precursor in which a part of the mask body has been peeled off during the etching, the other part may be used, so that the element precursor may be transferred to a later process. Manufacturing costs are increased because defective products must be extracted in the process. Further, in the first place, defective products may not be able to be extracted up to the inspection process, and the manufacturing cost up to the inspection process may be wasted.
[0007]
For this reason, the peeling phenomenon of the mask during the manufacture of the semiconductor element has been a serious problem.
In order to prevent the mask body from being peeled off during the etching process, which causes the above-mentioned problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-232682 discloses the following method for manufacturing a semiconductor optical device. This is a mask body in which all the ends of the linear masks 2b adjacent to each other are connected and integrated as shown in FIG. 13, or each linear mask shown in FIG. 13 as shown in FIG. This is a method in which an etching process is performed using a mask body provided with a linear mask orthogonal to all the linear masks 2b on the mask 2b.
[0008]
However, this prior art is effective in preventing peeling of the mask body near the edge of the substrate, but on the other hand, the following problem arises.
The first is the occurrence of etching unevenness in the etching step. In the vicinity where the linear masks adjacent to each other are connected, the smooth flow of the etchant is hindered. As a result, the supply of the etchant to the portion to be etched is insufficient, and uneven etching occurs, so that a mesa stripe having desired dimensional accuracy cannot be formed.
[0009]
The second problem is a film formation defect when another semiconductor material is formed after the etching step. For example, in the case of manufacturing a light-emitting semiconductor device, when forming a mesa stripe formed by etching as a current constriction, a current block layer is grown on the side surface of the current constriction, that is, on the etched portion. Is required. However, it is difficult to grow a desired current block layer in the vicinity where the linear masks adjacent to each other are connected, that is, at the end of the mesa stripe.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and in particular, to provide a mask body capable of preventing a mask body peeling phenomenon occurring near an end of a material to be etched.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a mask body formed on a surface of a material to be etched and having a plurality of linear masks separated from each other and gathered in parallel , an end of the mask body A mesa stripe, wherein a planar view shape of a portion near the portion or a portion of the linear mask located near an end portion of the material to be etched has a wider portion as compared with other portions. A forming mask body is provided.
[0012]
Further, in the present invention, in a mask body formed on a surface of a material to be etched, in which a plurality of linear masks are separated from each other and gathered in parallel, a portion near an end of the mask body, or A mask body for forming a mesa stripe, wherein a planar view shape of a portion of the linear mask located near an end portion of the material to be etched has a zigzag portion in comparison with other portions. Is done.
[0013]
Preferably, the width of the wide portion or the total extension length of the zigzag-shaped portion of the mask body is at least twice the line width of each of the linear masks. A mask body in which at least one of the wide portion or the zigzag portion is provided in a portion other than the vicinity of the end portion or in a portion other than the portion of the linear mask located near the end portion of the material to be etched. Is done.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One example 12a of the mask body of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a partial plan view showing a state where a mask body 12a according to the present invention is formed on a surface 1a of a material 1 to be etched.
Note that the material to be etched in the present invention refers to a material that forms a mask on a surface and then etches away a portion where the mask is not formed, such as a semiconductor material, an insulating material, or a conductive material. Can be given. It also refers to an element precursor formed by laminating various semiconductor materials on a base material.
[0015]
The mask body 12a is formed by assembling a plurality of linear masks 12b having a predetermined line width, and is formed on the surface of the material 1 to be etched. Each linear mask 12b has a desired width and extends in a certain direction, and its length and pattern are not particularly limited.
In the linear mask 12b, a portion located in the vicinity 1A of the end of the material 1 to be etched is a wide portion 12c having a shape in plan view that is wider than other portions.
[0016]
Here, the vicinity 1A of the end portion of the material 1 to be etched refers to a region of a portion that enters the inside of the material 1 to be etched as appropriate. The size of this region is appropriately determined as a portion including a starting point at which the mask body is easily peeled when the material to be etched 1 is etched from the peripheral direction during the etching process.
The width W of the wide portion 12c may be larger than the line width Ws of another portion of the linear mask 12b as shown in FIG. Since the wide portion 12c is formed in the vicinity 1A of the end portion of the material 1 to be etched, for example, when the etching process is performed while aiming at another position such as the center of the linear mask 12b, the wide portion 12c is formed. Even if the material to be etched 1 located immediately below the portion 12c is etched away from the peripheral direction, as shown in FIG. 3, the remaining material to be etched 1d is considerably present, so that the material to be etched 1 A decrease in adhesion strength is unlikely. Therefore, it is unlikely that the entire wide portion 12c is peeled off from the surface of the material 1 to be etched. In order to exhibit such an effect, it is preferable that the width W of the wide portion 12c is twice or more the line width Ws of other portions.
[0017]
However, if the width is too large, the number of linear masks 12b that can be formed on the entire surface of the material to be etched 1 decreases. In addition, the smooth flow of the etchant near the wide portion 12c is hindered, and a desired crystal growth cannot be performed in a film forming process after the etching process. For example, when the line width Ws is about 5 μm, if the width W of the wide portion is about 100 μm, which is 20 times the line width Ws, there is no adverse effect on the subsequent process.
[0018]
The shape of the material to be etched 1 is not particularly limited, and examples thereof include a circular shape and a rectangular shape.
The material of the material 1 to be etched 1 is not particularly limited. For example, semiconductor materials such as InP-based semiconductors, GaAs-based semiconductors, and GaP-based semiconductors; insulating materials such as sapphire, quartz, diamond, and SiN; Can be various conductive materials.
[0019]
When the material to be etched 1 is a laminated structure of a semiconductor material, it may be composed of a single layer or a plurality of layers. Further, the material to be laminated is not particularly limited. For example, a III-V compound semiconductor such as InP, GaAs, AlGaAs, GaP, InGaAs, AlInGaP, GaInP, GaInAsP, GaN, ZnSe, CdTe and / or II -VI group compound semiconductors.
[0020]
The material of the mask body 12a is not particularly limited, but is preferably any of silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, or a photosensitive resist. All of these materials can be easily applied to the formation of the mask body 12a of the present invention, and have high reliability.
FIG. 4 is a partial plan view showing another mask body example 22a of the present invention.
[0021]
The mask body 22a is formed by assembling a plurality of linear masks 22b, and is formed on the surface of the material 1 to be etched. In each linear mask 22b, a portion located in the vicinity 1A of the end of the material 1 to be etched is a wide portion 22c.
Further, in the linear mask 22b, a portion other than the portion located in the vicinity of the end portion 1A, that is, a portion where the linear mask is bisected in the length direction as shown in FIG. 4, for example, Another wide portion 22d is formed by being formed wider than other portions.
[0022]
The position where the wide portion 22d is formed and the number of the wide portions 22d are appropriately selected so that the mask body 22a can be prevented from peeling off. When such a wide portion 22d is formed, even when the line width of each linear mask 22b is small, the adhesion area between the mask body 22a and the material 1 to be etched immediately below the mask body 22a is increased, so that the adhesion force between them is increased. Can be increased.
[0023]
FIG. 5 is a partial plan view showing still another example 32a of the mask body of the present invention.
In the mask body 32a, a plurality of linear masks 32b have a zigzag shape in plan view at a portion 32c located in the vicinity 1A of the end of the material 1 to be etched. Specifically, the end 32c of the mask body 32a is formed in such a state that a mask end having the same width as the line width Ws of the linear mask 32b is bent a plurality of times (three times in the figure) in a left-right zigzag manner.
[0024]
Therefore, the length of the total length of the zigzag-shaped portion at the end 32c, i.e., the linear distance of all lengths length obtained by adding each zigzag portion has a distal end portion of the linear mask 32b and the mask body 32a (L ₀ ) Longer. In other words, the contact area between the end 32c and the material 1 to be etched is larger than when the end has a linear shape.
[0025]
In the case of the mask body 32a, at the time of the etching process, etching proceeds from the end of the mask body as in the conventional case, the contact area decreases, and peeling occurs. However, since the contact area per unit length of the end portion 32c is larger than that of a simple linear end portion, the separation of the end portion 32c is delayed, and at the same time, the separation at the bent portion in the zigzag shape portion. The progress stops, and as a result, the peeling of the mask body 32a is suppressed.
[0026]
In this case, it is preferable to set the total extension length of the zigzag-shaped portion 32c to twice or more the line width Ws of the linear mask 32b because the separation is suppressed.
However, if the total extension length of the zigzag-shaped portion is too long, the length of the linear mask 32b that can be formed on the entire surface of the material 1 to be etched becomes short, and the peripheral portion of the material 1 to be etched is wasted. Become. In addition, the smooth flow of the etchant near the bent portion is hindered, and a region where desired crystal growth cannot be performed in a film forming process after the etching process is widened. Therefore, the upper limit is limited. For example, when the line width Ws is about 5 μm, if the total extension length of the zigzag-shaped portion 32c is about 100 μm, which is 20 times the line width Ws, there is no adverse effect on the subsequent process.
[0027]
In this case, as shown in FIG. 6, a zigzag portion may be further formed at the center of the linear mask.
The above description is an example in which the mask body of the present invention is used for forming a mesa stripe. Next, a case where the mask body of the present invention is used for manufacturing a diffraction grating in a distributed feedback (DFB) laser device will be described. I do.
[0028]
When forming the above-mentioned mesa stripe, the width of the formed mesa stripe is usually about 1 to several tens μm. However, the period of the diffraction grating formed in the DFB laser device is usually on the order of several hundred nm, and therefore, the line width of one linear mask of the mask used for the formation is several tens nm to several hundred nm. It is extremely narrow as nm. With respect to the mask body for the mesa stripe, the peeling-off phenomenon of the mask body occurs almost at the time of an etching step which is a post-process after forming the mask body. However, regarding the mask body used for forming the diffraction grating, the line width of the linear mask is extremely narrow, so that the adhesion between the mask body and the semiconductor substrate is reduced, and the mask body is already peeled in the process of forming the mask body in the first place. The problem of doing so frequently occurs.
[0029]
In addition, when forming a mask for a diffraction grating, usually, a negative resist is applied to a semiconductor substrate (a material to be etched), followed by heat treatment, and then a desired pattern of the diffraction grating is drawn and exposed by an electron beam drawing apparatus. I do. Then, after the portions exposed to the drawing exposure are cross-linked and hardened, development processing is performed with an alkaline solution to dissolve and remove the portions not drawn, thereby forming a diffraction grating stripe made of resist.
[0030]
Finally, a diffraction grating having a desired period and line width is engraved on the semiconductor substrate (material to be etched) by, for example, dry etching.
In this series of forming processes, at the time of the development process described above, the resist is in the same state as being etched with an alkaline solution, so that in this process, the dissolution proceeds from the end of the resist, and the resist peels off from the end. Occurs, and the whole resist is peeled off from the starting point.
[0031]
As described above, if a wide portion or a zigzag-shaped portion is formed near the end of the resist pattern to be formed, peeling of the resist is suppressed, and the desired diffraction grating is formed. The resist pattern can be appropriately formed.
In this case, the larger the width of the wide portion and the longer the length of the zigzag portion, the more the occurrence of the peeling phenomenon can be prevented. However, if the width of the wide portion is too large, the width becomes larger than the target period of the diffraction grating, and the ends of the resist (linear mask) are too close to each other or connected. Then, accurate etching in a subsequent dry etching process is hindered, and desired crystal growth cannot be performed in a subsequent film forming process. In addition, if the length of the zigzag-shaped portion is too long, it is impossible to form an appropriate diffraction grating. Therefore, the upper limit is appropriately determined.
[0032]
【Example】
Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 and 2
Using the mask of the present invention, a mesa stripe was formed as follows.
First, as shown in FIG. 7A, a surface of a material 1 to be etched, which is a semiconductor laminated structure including an active layer, is sufficiently subjected to a pretreatment for forming a mask, and then a 100 nm-thick SiN is formed by a plasma CVD method. _{An x} film 2 was formed. Next, a known photoresist was applied thereon to form a resist film 3 having a thickness of 1.5 μm (FIG. 7B). By applying known photolithography to the resist film 3, the resist film 3 was patterned into a resist mask 3a having a plan view shape corresponding to the mask body 12a (22a) shown in FIG. 1 or FIG. 4 (FIG. 7C). . Next, as shown in FIG. 7D, the SiN _x film 2 located other than immediately below the resist mask 3a is removed by RIE (reactive ion etching), and the resist mask 3a is entirely removed. Various striped mask bodies 12a (22a) shown in Table 1 were formed on the surface 1a of the material 1 to be etched (FIG. 7E).
[0033]
Then, the substrate is transferred to an etching step, and a portion exposed without being covered with the stripe-shaped mask body 12a (22a) is etched to form a mesa stripe (current constriction portion) on the surface of the substrate (FIG. 7 (f)). )).
Immediately after this etching step, the stripped state of the striped mask was examined. The results of this investigation are shown in Table 1 together with the dimensions of the linear mask.
[0034]
[Table 1]

[0035]
As is clear from Table 1, in the case of the striped mask body 12a (22a) of the embodiment having the wide portion, the peeling of the mask body is greatly reduced or not occurred at all.
Then, all of them were transferred to the cleaning step, and the peeling state of the mask body immediately after the completion of the cleaning step was examined. Slight peeling was observed only in the linear mask where the wide portion was not formed at the center. From this, the usefulness of forming the wide portion also at the center is apparent.
[0036]
Examples 9 to 18, Comparative Examples 3 to 6
In order to produce the DFB laser device shown in FIG. 8, an n-InP buffer layer 42, an MQW-SCH layer 43, and a lower portion 44A of a spacer layer made of p-InP are sequentially formed on an n-InP substrate 41. Then, the diffraction grating 5 was formed on the lower portion 44A of the spacer layer as described later.
The laminated structure from the substrate 41 to the lower portion 44A of the spacer layer is hereinafter referred to as a material 1 to be etched.
[0037]
As shown in FIG. 9A, a negative resist 4 for electron beam lithography having a thickness of about 100 nm was applied on the material to be etched 1 by a spin coater and then heat-treated.
Next, as shown in FIG. 9B, a pattern for a diffraction grating was drawn on the negative resist 4 using an electron beam drawing apparatus. The drawing pattern is shown in FIG. Next, a predetermined heat treatment and a development treatment are performed to remove a portion of the resist that is not drawn and to expose the surface 1a of the material to be etched, as shown in FIG. 9C, and then dry etching is performed. The diffraction grating 5 was engraved as shown in FIG.
[0038]
Table 2 shows dimensions of the obtained diffraction grating 5. Table 2 also shows the peeled state of the resist (mask) immediately after the development processing.
[0039]
[Table 2]

[0040]
As is clear from Table 2, in the diffraction grating mask bodies of the embodiments in which the wide portions are formed at both ends, the peeling is significantly reduced as compared with Comparative Examples 3 to 6 in which the wide portions are not formed. Or not happening at all. In this case, if the width (Wy) of the wide portion is set to be twice or more the line width (Wx) of the linear mask, no separation occurs.
In the embodiment described above, the etching process is performed by dry etching, but may be performed by wet etching. Further, a negative resist is, when resistance to the dry etching gas and a wet etchant is weak, before forming a resist drawing pattern, especially inconvenient by forming a mask material such as a base e.g. SiN _x No problems occur.
[0041]
However, in that case, the processing steps are somewhat complicated. After the formation of the mask material, the mask material is subjected to RIE or the like to remove portions exposed from the resist drawing pattern by etching, and then the resist drawing pattern is removed, and the remaining mask material is used as a mask body during the etching process. Because it uses.
[0042]
Examples 19 to 26, Comparative Examples 7 and 8
Except that the mask body was the mask body 32a shown in FIG. 5 or the mask body shown in FIG. 6, various striped mask bodies were placed on the material to be etched in the same manner as in Examples 1 to 8. Formed.
[0043]
Then, the substrate was transferred to an etching step, and a portion exposed without being covered with the stripe-shaped mask body was etched to form a mesa stripe (current constriction portion) on the surface of the substrate.
Immediately after this etching step, the stripped state of the striped mask was examined. The results of the investigation are shown in Table 3 together with the dimensions of the linear mask.
[0044]
[Table 3]

[0045]
As is clear from Table 3, in the case of the striped mask body of the embodiment having the zigzag-shaped portions, the peeling of the mask body has been greatly reduced or has not occurred at all.
Then, all of them were transferred to the cleaning step, and the peeling state of the mask body immediately after the completion of the cleaning step was examined. Slight peeling was observed only in the linear mask where the wide portion was not formed at the center. From this, the usefulness of forming the zigzag-shaped portion also at the center is apparent.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the mask body of the present invention, by setting the portion of the linear mask located near the end of the material to be etched to be a wide portion or a zigzag portion in comparison with other portions, Further, if necessary, at least one of the portions other than the vicinity of the end portion is formed to have a wide portion or a zigzag portion, so that the mask body can be prevented from peeling off in the etching step and the cleaning step after the etching step. In addition, it is possible to prevent unevenness in etching in the etching step and film formation failure in a film forming step after the etching step.
[0047]
Further, with the above effects, the yield in the production of semiconductor elements can be improved, and the cost can be reduced accordingly (man-hours, member costs, inspection costs). Further, it is possible to stably manufacture an element having an array structure composed of a plurality of mesa stripes and a DFB laser element having a built-in diffraction grating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial plan view showing an example 12a of a striped mask body of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of an end of a mask body 12a.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a mask body 12a of the present invention adheres to a material to be etched.
FIG. 4 is a partial plan view showing another example 22a of the striped mask body of the present invention.
FIG. 5 is a partial plan view showing another stripe-shaped mask body 32a of the present invention.
FIG. 6 is a partial plan view showing still another striped mask body of the present invention.
FIG. 7 is a process chart showing a procedure for forming a mesa stripe on the surface of a material to be etched using the stripe-shaped mask body of the present invention.
FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing an example of a layer structure of a DFB laser element.
FIG. 9 is a process chart showing a procedure for forming a diffraction grating on a semiconductor substrate.
FIG. 10 is a partial plan view showing an example of a diffraction grating mask body of the present invention.
FIG. 11 is a partial plan view showing an example 2a of a conventional striped mask body.
FIG. 12 is a partial plan view taken along the line XII-XII in FIG. 11;
FIG. 13 is a plan view of a mask body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-232682.
FIG. 14 is a plan view of another mask body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-232682.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 Etched material 1A Near end 1a of etched material 1a Surface 2 of etched material 1 SiN _x films 2a, 12a, 22a,

32a Mask bodies

2b, 12b, 22b, 22d,

32b Linear masks

12c, 22c, 22d Wide width Part 32c zigzag-shaped part 3 resist film 3a resist mask 4 diffraction grating mask body 5 diffraction grating

Claims

In a mask body formed on the surface of the material to be etched and formed by a plurality of linear masks separated from each other and gathered in parallel, a portion near the end of the mask body or near the end of the material to be etched the linear shape in plan view part of the mask, the mesa stripe forming mask body, characterized in that has a wide portion in comparison with other portions located.

2. The mesa stripe forming mask body according to claim 1, wherein the width of the wide portion of the mask body is at least twice the line width of the linear mask. 3.

The at least one wide portion is formed at a portion other than the vicinity of the end of the mask body or at a portion other than the portion of the linear mask located near the end of the material to be etched. For forming a mesa stripe .

In a mask body formed on the surface of the material to be etched and having a plurality of linear masks separated from each other and gathered in parallel, a portion near an end of the mask body, or an end of the material to be etched. A mask body for forming a mesa stripe, wherein a planar view shape of a portion of the linear mask located in the vicinity is a zigzag portion compared with other portions.

2. The mesa stripe forming mask body according to claim 1, wherein a total length of the zigzag portion of the mask body is at least twice a line width of the linear mask.

The zigzag-shaped portion is formed at a location other than the vicinity of the end of the mask body or at a location other than the location of the linear mask located near the end of the material to be etched. 5. A mask body for forming a mesa stripe according to 5.

5. The mask body for forming a mesa stripe according to claim 1, wherein the material to be etched is made of one of a semiconductor material and an insulating material.

5. The mesa stripe forming mask body according to claim 1, wherein said mask body is made of any one of silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, and a photosensitive resist.