JP3887180B2 - 発光ダイオードアレイ、半導体装置及び製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードアレイ、半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードアレイの製造工程を図５、図６に従って説明する。ここではＮ型エピタキシャルウェハー（半導体基板）にＰ型の不純物を拡散し、発光ダイオードアレイを製造する工程について説明する。図５は従来例の発光ダイオードアレイを示す平面図、図６は図５のＡ−Ａ端面矢視図である。
【０００３】
図５、図６において、始めにＮ型エピタキシャルウェハー１（以下ウェハー１とする）に拡散マスク２を該ウェハー１全面に膜付けし、次に拡散マスク開口部２ａを形成し、更に亜鉛を拡散しＰ層３を形成する。なお、この拡散は深さ方向とほぼ同等に横にも広がる。またこれにより発光部が形成される。
【０００４】
次にリーク防止絶縁膜４をウェハー１全面に膜付けし、その後フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。なお、このときリーク防止絶縁膜４を拡散マスク開口部２ａよりも広く取ることにより階段構造とする。これは後の工程で電極フォトリソグラフィー（エッチング）での電極切れを低減するためである。
【０００５】
次に電流の通り路であるＡｌ系のＰ電極層５（以下Ｐ電極５とする）を拡散マスク２及びリーク防止絶縁膜４を覆う状態でウェハー１全面に膜付けし、その後、Ｐ電極５の上に図示せぬレジストを膜付けする。次にレジストを露光、現像する。これにより現像された部分のレジストが取れ、Ｐ電極５の表面が露出される。次にＰ電極５をウエットエッチングでエッチングし、電極パターンを形成する。その後、シンターをし、接触抵抗を下げる。次に、ウェハー１の厚みを調整し、そしてウェハー１の裏面にＮ電極９を付け、Ｎシンターを行う。
【０００６】
以上の工程により発光ダイオードアレイ８が製造される。
【０００７】
なお、Ｐ電極５の電極パターンはウエットエッチングで形成されるが、拡散マスク２とリーク防止絶縁膜４とを階段構造にすることで、上記ウエットエッチング時にアンダーカット部（表面から横方向に向かってエッチング部が広がった場所）のＰ電極５へのエッチャント（Ｐ電極５をエッチングするときに使用される液体）の染み込みを減らすことができ、その結果、Ｐ電極５が切れてしまうことを減らすことができた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の発光ダイオードアレイの製造工程において、ウェハー１と拡散マスク２との段差の部分、及び拡散マスク２とリーク防止絶縁膜４との段差の部分を横切ってＰ電極５をウェハー１に付けるときに、上記段差の部分にわずかな隙間ができることがある。この状態でＰ電極５のウエットエッチングを行うと、上記隙間にエッチャントが染み込むことがあった。
【０００９】
わずかなエッチャントの染み込みでもエッチング後の水洗い時、エッチャントを完全に除去することができない場合がある。そしてこの除去できなかったエッチャントは徐々にＰ電極５のエッチングしてはいけない箇所をエッチングしてしまう。
【００１０】
発光パターンの高密度化に伴い、電極パターン幅を細くする必要があり、上記のようにわずかなエッチャントの残りによる電極のエッチングであってもＰ電極５に図７、図８に示すように電極切れ部１０が発生してしまうという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明で設けた解決手段は、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられ、上記半導体基板の所定領域を露出する開口部を有する拡散マスクと、上記開口部下に設けられた発光部と、上記発光部上から上記拡散マスク上に延在して設けられた第１の電極層と、上記第１の電極層の上に設けられた第２の電極層とを備え、上記拡散マスクは、上記第２の電極層として使用される物質を含有し、上記第１の電極層は、上記拡散マスクや上記第２の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされず、上記拡散マスクや第２の電極層は、上記第１の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされないことを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成によれば、半導体基板と第１の電極層との間に隙間が形成されても、第１の電極層が隙間を覆っているので、第２の電極層のエッチングを行うときに上記隙間に第２の電極層をエッチングするエッチング剤が入り込むことはない。またたとえ隙間にエッチング剤が染み込むことがあっても、上記隙間に入り込んだ、第２の電極層をエッチングするエッチング剤と第２の電極層との間には第１の電極層が存在するので、エッチング剤と第２の電極層とが接触することがない。従って、第２の電極層のエッチングしてはいけない箇所がエッチングされてしまうことがない。その結果、電極が切れてしまうことを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。なお各図面に共通する要素には同一の符号を付す。
【００１４】
実施の形態の、半導体装置である発光ダイオードアレイの製造工程を図１、図２、図３に従って説明する。ここではＮ型エピタキシャルウェハー（半導体基板）にＰ型の不純物を拡散し、発光ダイオードアレイを製造する工程について説明する。図１、図２、図３は実施の形態の発光ダイオードアレイの製造工程を示す説明図、図４は実施の形態の発光ダイオードアレイを示す端面図である。なお、図１、図２、図３において、平面図と端面図を示しているが、端面図は平面図のＣ−Ｃ端面矢視図である。
【００１５】
図１（ａ）Ｎ型エピタキシャルウェハー１１（以下ウェハー１１とする）にＡｌ系酸化物又はＡｌ窒化物で形成された拡散マスク１２を、該ウェハー１１全面に膜付けする。なお、ウェハー１１はＧａ系（ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＩＮＧａＰ等）で形成された半導体基板である。
【００１６】
図１（ｂ）フォトリソグラフィーにより、拡散マスク１２に拡散マスク開口部１２ａを形成する。これにより、拡散マスク開口部１２ａの部分はウェハー１１が露出する。なお、拡散マスク１２はＡｌ系酸化物又はＡｌ窒化物（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ等）で形成されている。
【００１７】
図１（ｃ）不純物である亜鉛を拡散し、ウェハー１１にＰ層１３を形成する。なお、この拡散は深さ方向とほぼ同等に横にも広がる。またこれにより発光部が形成される。
【００１８】
図１（ｄ）リーク防止絶縁膜１４をウェハー１１全面に膜付けし、その後フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。なお、このときリーク防止絶縁膜１４を拡散マスク開口部１２ａよりも広く取ることにより階段構造とする。これは後の工程で電極フォトリソグラフィー（エッチング）での電極切れを低減するためである。
【００１９】
図２（ｅ）第１の電極層であるエッチング防止電極１６（塩素系ドライエッチングあるいはリン酸系ウエットエッチングでエッチングされない金属）をウェハー１１全面に例えば５００Å（オングストローム）の厚みで膜付けする。そしてその後エッチング防止電極１６の上に電流の通り路であるＡｌ系の第２の電極層であるＰ電極層１５（以下Ｐ電極１５とする）を、該エッチング防止電極１６全面に例えば１．２５μｍの厚みで膜付けする。なお、このＰ電極１５に所定の電極パターンが形成される。
【００２０】
また、上記エッチング防止電極１６は、塩素系のドライエッチングあるいはリン酸系のウエットエッチングではエッチングされず、他のエッチングではエッチングされる金属を選択する。例えばＴｉが用いられる。Ｔｉならば塩素系のドライエッチングあるいはリン酸系のウエットエッチングではエッチングされず、ＨＦ系ウエットエッチングやＣＦ４系のドライエッチングでエッチングされる。またウエットエッチングで利用されるエッチャントは水洗いで除去されやすい粘性の低いものが望ましい。
【００２１】
すなわち、Ｐ電極１５とエッチング防止電極１６とは異なるエッチング剤でエッチングされる。従ってＰ電極１５をエッチングするガスあるいはエッチャントがエッチング防止電極１６をエッチングすることはない。
【００２２】
なお、エッチング防止電極１６は、Ｐ電極１５をエッチングしたときにウェハー１１、拡散マスク１２、リーク防止絶縁膜１４をブロックすることができる厚みがあれば良い。そしてＰ電極１５は厚みが薄い程エッチング時のばらつきが減りＰ電極１５の異常エッチングを減らすことができる。ただし、後の工程で不具合の生じない程度の厚みは備える必要がある。
【００２３】
図２（ｆ）Ｐ電極１５の上にレジスト１７を、該Ｐ電極１５全面に膜付けする。これにより、ウェハー１１の全面に、エッチング防止電極１６、Ｐ電極１５、レジスト１７の順序で積層される。
【００２４】
図２（ｇ）フォトリソグラフィーを行う。すなわち、所望の配線パターンの領域が切り取られた図示せぬマスクをレジスト１７の上に載せ、露光する。ネガ形レジストを使用する場合、図示せぬホトリソマスク（ホトリソグラフィ用のマスク）のパターンは、エッチングしたい部分が影になって露光時の光を通さないようになっている。現像すると、エッチングしたい部分のレジスト１７が取れ（いわゆるパターニング）、Ｐ電極１５の表面が露出される。
【００２５】
図２（ｈ）Ｐ電極１５を塩素系ドライエッチングでエッチングし、電極パターンを形成する。これにより、レジスト１７で覆われた箇所を除いて、Ｐ電極１５がウェハー１１上から除去される。なお、エッチング防止電極１６が拡散マスク１２とウェハー１１とリーク防止絶縁膜１４とを覆っているので、ウェハー１１と拡散マスク１２との段差の部分、及び拡散マスク１２とリーク防止絶縁膜１４との段差の部分を横切ってエッチング防止電極１６をウェハー１１に付けるときに、上記段差の部分に図４に示すわずかな隙間２０が形成されても、この隙間２０にガスが入り込むことはない。
【００２６】
図３（ｉ）エッチング防止電極１６を適切なエッチング方法でエッチングする。これによりレジスト１７で覆われた箇所を除いてエッチング防止電極１６がウェハー１１上から除去される。なお、この適切なエッチング方法とは、エッチング防止電極１６がＴｉであって、Ｐ電極１５を塩素系ドライエッチングでエッチングした場合、ＣＦ４系ドライエッチン等でエッチングを行うことである。
【００２７】
図３（ｊ）所定の処理によってレジスト１７をウェハー１１上から除去する。そしてウェハー１１の厚みを、ウェハー１１の裏面側を研磨することにより調整する。その後、ウェハー１１の裏面にＮ電極１９を付け、Ｎシンターを行う。
【００２８】
なお、上記工程において、エッチング後はどの工程においても発光ダイオードアレイ１８の水洗いが行われる。
【００２９】
以上の工程により発光ダイオードアレイ１８が製造される。
【００３０】
またＰ電極１５をエッチャントとしてリン酸を用いたウエットエッチングでエッチングを行い、一方エッチング防止電極１６をＨＦ系ウエットエッチングでエッチングを行ってもよい。このようにＰ電極１５をリン酸系のウエットエッチングでエッチングを行った場合、リン酸は粘性が高いので水洗いで除去されにくい。しかしながら、エッチング防止電極１６が拡散マスク１２とウェハー１１とリーク防止絶縁膜１４とを覆っているので、図４に示すような隙間２０があってもこの隙間２０にリン酸系のエッチャントが染み込むことはない。
【００３１】
またたとえリン酸系のエッチャントが図４に示す隙間２０にわずかに染み込んでも、該エッチャントとＰ電極１５との間にはエッチング防止電極１６が存在するので、Ｐ電極１５をエッチングするエッチャントとＰ電極１５とが接触することがない。従って、ウエットエッチングであってもＰ電極１５がエッチングされてしまうことがない。
【００３２】
以上本実施の形態においては、エッチング防止電極１６が拡散マスク１２とウェハー１１とリーク防止絶縁膜１４とを覆っているので、図４に示す隙間２０にＰ電極１５をエッチングするエッチング剤が入り込むことはない。従って、電流の通り路であるＰ電極１５のエッチングしてはいけない箇所がエッチングされてしまうことがない。その結果、Ｐ電極１５が切れてしまうことを防止することができる。
【００３３】
なお、Ｐ電極１５の塩素系ドライエッチングを行い、図４に示す隙間２０に塩素系ガスが入り込むことがあっても、ガスなのでエッチング後の排気工程で速やかに隙間２０内から排気される。また、わずかにガスが隙間２０に残っても、エッチング防止電極１６が存在するので、このガスはＰ電極１５と接触することがない。従って、電流の通り路であるＰ電極１５のエッチングしてはいけない箇所がエッチングされてしまうことがない。その結果、Ｐ電極１５が切れてしまうことを防止することができる。
【００３４】
またＰ電極１５をリン酸系ウエットエッチングでエッチングを行い、図４に示す隙間２０にリン酸系のエッチャントがわずかに染み込んでも、該エッチャントとＰ電極１５との間にはエッチング防止電極１６が存在するので、Ｐ電極１５をエッチングするエッチャントとＰ電極１５とが接触することがない。従って、ウエットエッチングであってもＰ電極１５のエッチングしてはいけない箇所がエッチングされてしまうことがない。その結果、Ｐ電極１５が切れてしまうことを防止することができる。
【００３５】
更にＰ電極１５をエッチングするエッチング剤は、Ａｌ系酸化物又はＡｌ窒化物である拡散マスク１２やＧａ系の基板であるウェハー１１もまたエッチングする。それ故、Ｐ電極１５をエッチングすると、拡散マスク１２やウェハー１１もまたエッチングされてしまう。しかしながら、Ｐ電極１５を塩素系ドライエッチングでエッチングしている間（あるいはリン酸系ウエットエッチングでエッチングしている間）、エッチング防止電極１６が拡散マスク１２及びウェハー１１を覆っているので、拡散マスク１２やウェハー１１が塩素系ドライエッチング（あるいはリン酸系ウエットエッチング）によりエッチングされてしまうことを防止することができる。
【００３６】
更に塩素系ドライエッチンググレード又はＰ電極１５の厚みのばらつきにより、Ｐ電極１５のエッチングが早く終わる場所がある。その場所においてＰ電極１５の下に存在するエッチング防止電極１６により、Ｐ電極１５よりも下に配置されている、拡散マスク１２やウェハー１１がエッチングされてしまうことを防止することができる。
【００３７】
なお、エッチング防止電極１６のエッチング時にＨＦ系のウエットエッチングが行われた場合、ウエットなので図４に示す隙間２０にＨＦ系のエッチャントが染み込むことが懸念されるが、このＨＦ系のエッチャントは通常Ａｌ系エッチングで使用されるリン酸に比べて粘性が低く、エッチング後の純水による水洗いの工程でほとんど除去されるので、隙間２０に残ってしまうことがない。従って、エッチング防止電極１６がエッチングされてしまうことを防止することができる。当然エッチング防止電極１６をドライでエッチングすれば隙間２０へガスの入り込みによるエッチング防止電極１６がエッチングされてしまうことを更に防止することができる。
【００３８】
なお、塩素系ドライエッチングにおいて、このドライエッチングはＣＤＥ（ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＤＲＹ ＥＴＣＨＩＮＧ）よりもアンダーカット（表面から横方向に向かって、エッチング部が広がる現象）の少ないＲＩＥ（ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＩＯＮ ＥＴＣＨＩＮＧ）で行うことで更にＰ電極１５が切れてしまうことを防止することができる。なお、スパッタエッチングやイオンビームエッチングはアンダーカットが少ないが、下地との選択性が無く損傷も大きいのでプロセス上注意を要する。
【００３９】
更に本実施の形態においては半導体装置として発光ダイオードアレイで説明してきたが、本発明は他の半導体装置にも応用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられ、上記半導体基板の所定領域を露出する開口部を有する拡散マスクと、上記開口部下に設けられた発光部と、上記発光部上から上記拡散マスク上に延在して設けられた第１の電極層と、上記第１の電極層の上に設けられた第２の電極層とを備え、上記拡散マスクは、上記第２の電極層として使用される物質を含有し、上記第１の電極層は、上記拡散マスクや上記第２の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされず、上記拡散マスクや第２の電極層は、上記第１の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされないことを特徴とすることにより、第２の電極層のエッチングしてはいけない箇所がエッチングされてしまうことがない。その結果、電極が切れてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の発光ダイオードアレイの製造工程を示す説明図である。
【図２】実施の形態の発光ダイオードアレイの製造工程を示す説明図である。
【図３】実施の形態の発光ダイオードアレイの製造工程を示す説明図である。
【図４】実施の形態の発光ダイオードアレイを示す端面図である。
【図５】従来例の発光ダイオードアレイを示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ端面矢視図である。
【図７】従来例の発光ダイオードアレイを示す平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ端面矢視図である。
【符号の説明】
１１ Ｎ型エピタキシャルウェハー
１２ 拡散マスク
１４ リーク防止絶縁膜
１５ Ｐ電極
１６ エッチング防止電極
１８ 発光ダイオードアレイ

Claims (3)

1. 半導体基板と、
   上記半導体基板上に設けられ、上記半導体基板の所定領域を露出する開口部を有する拡散マスクと、
   上記開口部下に設けられた発光部と、
   上記発光部上から上記拡散マスク上に延在して設けられた第１の電極層と、
   上記第１の電極層の上に設けられた第２の電極層とを備え、
   上記拡散マスクは、上記第２の電極層として使用される物質を含有し、
   上記第１の電極層は、上記拡散マスクや上記第２の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされず、
   上記拡散マスクや第２の電極層は、上記第１の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされないことを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板上に所定の物質を含有した化合物により拡散マスクを設ける工程と、
   上記拡散マスクに上記半導体基板の所定領域を露出する開口部を形成する工程と、
   上記開口部下に発光部を形成する工程と、
   上記発光部上から上記拡散マスク上に延在して第１の電極層を設ける工程と、
   上記第１の電極層上に上記所定の物質からなる第２の電極層を設ける工程と、
   上記第１の電極層をエッチングしないが上記拡散マスクはエッチング可能な第１のエッチング剤で、上記第２の電極層を所定の形状にエッチングする工程と、
   上記第２の電極層や上記拡散マスクはエッチングしない第２のエッチング剤で、上記第１の電極層を所定の形状にエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 半導体基板と、
   上記半導体基板上に設けられ、上記半導体基板の複数の所定領域を露出する複数の開口部を有する拡散マスクと、
   上記各開口部下に設けられた複数の発光部と、
   上記各発光部上から上記拡散マスク上に延在して設けられた複数の第１の電極層と、
   上記各第１の電極層の上に設けられた第２の電極層とを備え、
   上記拡散マスクは、上記第２の電極層として使用される物質を含有し、
   上記第１の電極層は、上記拡散マスクや上記第２の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされず、
   上記拡散マスクや第２の電極層は、上記第１の電極層をエッチングするエッチング剤でエッチングされないことを特徴とする発光ダイオードアレイ。

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