JP7292429B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本願は、半導体装置の製造方法に関するものである。
従来の光半導体素子は、同一基板上にメサ構造のサイズは同じでも元素組成が異なる構造を有しており、これに伴い製法が複雑化している。例えば、先行特許１には、メサ構造の元となる縦方向の組成構造をＭＯＶＰＥ（metal-organic vapor phase epitaxy）法で作製した後に、エッチングによりメサストライプを形成し、修正を加えたいメサストライプの上を除いてレジストで被覆し、エッチングにより露出するメサストライプの一部を除去してコア層を形成後、レジスト除去し、ＭＯＶＰＥ法により再成長させ埋め込み層を形成する方法が開示されている。
特開２０１０－１５３８２６号公報（段落００３６、図６）
しかしながら、特許文献１の方法では、レジストパターンをフォトリソグラフィー技術で重ね合わせた場合、アライメントの精度分だけズレが生じるので、開口部がメサに対して左右不均等になったり、露光量の過多および不足でメサ頭頂部側壁まで露出したり、レジスト残りが発生する不良が発生しやすいという問題があった。また、メサ段差をレジストで覆うために厚いレジスト仕様にするため、レジスト残り不良も発生しやすいのでレジストを現像する時間等の条件を強くすることになり、レジスト開口部に局所応力が発生してレジストにクラックが発生しエッチング不良につながるという問題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、レジスト欠陥不良を低減し、所望の加工形状を得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本願に開示される半導体装置の製造方法は、ＩｎＰ基板の表面にリッジ部を設ける工程と、前記リッジ部を覆うように前記ＩｎＰ基板の表面にフォトレジストを塗布する工程と、前記リッジ部の頭部にある電極部の一部を覆う前記フォトレジストの領域をマスクを介して露光し、現像してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを覆うようにシュリンク材を塗布する工程と、前記レジストパターンの露光した界面に残存する酸と前記シュリンク材を反応させて架橋部を形成する工程と、前記反応したシュリンク材以外の未反応のシュリンク材を剥離した後、前記架橋部を形成したレジストパターンから露出する電極部をエッチング加工により除去する工程とを含むことを特徴とする。
本願によれば、リッジ部の頭頂部をエッチング加工するためのレジストパターンに発生した欠陥を、シュリンク材で架橋部を形成して修復することで、レジスト欠陥不良を低減し、所望の加工形状を得ることができる。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による加工前の半導体装置の平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による加工前の半導体装置の断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による半導体装置の製造工程を示す平面図である。
実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を用いた半導体装置の製造工程後を示す平面図である。図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図であり、図３は図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。
本願の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を用いた半導体装置の製造工程後には、図１、図２および図３に示すように、リッジ部４の頭頂部に電極コンタクト部５ａを残したＬＤ（Laser Diode、レーザーダイオード）部４１と、リッジ部４の頭頂部から電極コンタクト部５ａを除去した波長変調器部４２とが形成される。光半導体では、ＬＤ部分４１と波長変調器部４２を連結するため、電極コンタクト部５ａは連結部分では不要部となるので、除去する必要がある。
図４は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を用いた半導体装置の製造工程の加工前の平面図であり、図５は図４のＣ－Ｃ矢視断面図である。図６から図１１は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を用いた半導体装置の各製造工程での断面図であり、図１２は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法での製造の手順を示すフローチャート図である。以下、この図を参照して、その製造方法を説明する。
まず最初に、特許文献１（段落００３６、図６Ｂ）に記載されている製法を用い、図４および図５に示すように、ＩｎＰ基板１の表面２上にＭＯＶＰＥ法でＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓ等を積層し、保護マスクを用いてＩｎＰ基板１までエッチングすることで、ＩｎＰ基板１の凸部４ａの上に、積層体で構成されたメサストライプが形成される（ステップS１２０１）。ここでは、リッジ部４（リッジ部４ａとリッジ部４ｂ）に導波路（ＩｎＧａＡｓ）３が挟み込まれた構造で、更に、リッジ部４の頭頂部には電極コンタクト部５を配置しており、ＬＤ部４１の電極コンタクト部５ｂは不要で除去すべき層であるが、波長変調器部４２の電極コンタクト５ａは必要な層である。メサストライプと基板表面２との段差は数μｍと大きいので、半導体製造のレジストプロセスにおいては、段差部のレジストカバレッジ性および露光時の焦点裕度を確保することが重要になる。
続いて、図６に示すように、ＩｎＰ基板１上にリッジ部４を覆うようにフォトレジスト１０を塗布する（ステップＳ１２０２）。フォトレジスト１０は、リッジ部４の頭頂部を覆って平坦になるようにスピン塗布した後、プリベークする。フォトレジスト１０としては、ｉ線（波長３６５ｎｍ）に感度を持つポジ型レジストとして東京応化工業株式会社製ＴＨＭＲ（商標登録）－ｉＰ１８００～３６５０シリーズ等があり、レジスト厚は粘度とスピン回転数で調整され、ホットプレートを用いて加熱温度９０℃、処理時間１２０ｓｅｃで処理する。ここで使用したフォトレジスト１０は、一般的に用いられる材料から成り、感光剤ＮＱＤ（ナフトキノンジアジド）とノボラック樹脂と、それらを溶解して塗布するためのシンナーの混合物である。シンナーは塗布後のプリベークで大半は蒸発して、フォトレジスト１０は感光剤と樹脂が主成分である。なお、レジスト厚は、メサ段差に応じた段差カバレッジを考慮して、リッジ部４の段差より大きくする方が良い。
次いで、フォトレジスト１０で覆われたＩｎＰ基板１とマスク２０の位置合わせをして、図７に示すように、除去すべき電極コンタクト部５ｂに対応するフォトレジスト１０の領域を露光する（ステップＳ１２０３）。露光は、ｉ線の露光光Ｌの照射により行う。マスク２０は、透明ガラスマスク２１にマスク遮光部２２により露光領域を形成する。除去すべき電極コンタクト部５ｂの頭頂部に対応するマスク遮光部２２の領域を開口したマスク２０を位置合わせするが、アライメントズレの分だけ中心がずれる。また、マスク遮光部２２の開口幅に関しては、エッチング加工時のサイドエッチング量の関係で決める必要がある。本実施の形態１では、リッジ部４の頭頂部と同じ幅か、僅かに広い開口幅のマスク遮光部２２を用いた。
マスク２０を通過した露光光Ｌはフォトレジスト１０を感光することで露光部３１と未露光部３２に分かれる。フォトレジスト１０の感光剤ＮＱＤは、光分解して酸３３を発生する。レジスト１０の未露光部３２の露光部３１との界面では光分解した酸３３が僅かに存在する。
続いて、露光部３１を現像液で現像する（ステップＳ１２０４）。現像には、アルカリ現像液、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニアヒドロキシド）を用い、現像後は、水洗、乾燥をする。フォトレジスト１０の未露光部３２は、感光剤ＮＱＤがノボラック樹脂の高分子間に入り込んで分子間力で現像液への溶解を抑制している一方、露光部３１は感光剤ＮＱＤが光分解して酸３３となってアルカリ現像液に溶解しやすい状態になっている。この露光部３１と未露光部３２の現像液への溶解度差を利用して、図８に示すように、所望のレジストパターン１１を形成する。
図１３は、露光部３１を現像液で現像した後の平面図である。図１３および図８に示すように、リッジ部４の段差にフォトレジスト１０を塗布・プリベークし、強力なアルカリ現像液に曝すことで、リッジ部４段差周辺のフォトレジスト１０に局所応力が集中しやすく、レジストクラック１３、１４、１５が発生する場合がある。また、リッジ部４の段差へのアライメントズレでリッジ部４の側壁に深いレジスト窪み１２も出来易い。レジストクラック１３は、カバーすべき波長変調器部４２の電極コンタクト部５ａ上のフォトレジスト１０の未露光部３２にまで入り込んで、電極コンタクト部５ａをカバーできていない。レジスト窪み１２、レジストクラック１４、１５は、カバーすべき導波路３を露出させている。このレジスト窪み１２、レジストクラック１３、１４、１５の欠陥部がある状態でエッチング加工すると電極コンタクト部５ａおよび導波路３が異常エッチングされて所望のデバイス特性が得られない。
そこで、次に、この欠陥部を修復するため欠陥修復工程を導入し、図９に示すように、欠陥部にシュリンク材１６を塗布する（ステップＳ１２０５）。架橋剤を含有した液状物質であるシュリンク材１６を、スピン塗布することでレジストパターン１１が形成された基板上に一様に塗布し、レジスト窪み１２、レジストクラック１３、１４、１５の欠陥部の隙間にまで入り込ませる。シュリンク材１６は、例えば特許第３０７１４０１号公報に記載された微細パターン形成材料を用いる。
続いて、図１０に示すように、シュリンク材１６をレジストパターン１１の露光した界面に残存する酸３３と反応させて架橋部１７を形成し（ステップS１２０６）、欠陥部を修復する。シュリンク材１６は、ホットプレートを用いて加熱温度１２０℃、処理時間２分、プリベークすると、酸３３と反応して架橋部１７を形成し、水洗等では剥離できなくなり、欠陥部はシュリンク剤で修復される。未反応のシュリンク材１６は、図１１に示すように、水洗等で容易に剥離できる。
最後に、エッチング加工で不要な電極コンタクト部５ｂを除去（ステップＳ１２０７）し、さらにレジストパターン１１と架橋部１７を除去する（ステップＳ１２０８）と、図１、図２および図３に示すような加工形状が得られる。
なお、フォトレジスト１０としてｉ線に感度を持つポジ型レジストを示したが、露光光が照射されて酸が発生するレジストであれば良く、同様に、現像液もアルカリ性現像液以外でも良い。
このように、リッジ部４の頭頂部をエッチング加工するためのレジストパターン１１に発生した欠陥部を、シュリンク材１６で架橋部１７を形成して修復することで、レジスト欠陥不良を低減し、所望の加工形状を得ることができる。
以上のように、本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、ＩｎＰ基板１の表面にリッジ部４を設ける工程と、リッジ部４を覆うようにＩｎＰ基板１の表面にフォトレジスト１０を塗布する工程と、リッジ部４の頭頂部分にある電極コンタクト部５の一部を覆うフォトレジスト１０の領域をマスク２０を介して露光し、現像してレジストパターン１１を形成する工程と、レジストパターン１１の形成時に発生したレジストパターン１１の欠陥部を覆うようにシュリンク材１６を塗布する工程と、レジストパターン１１の露光した界面に残存する酸３３とシュリンク材１６を反応させて欠陥部に架橋部１７を形成して修復する欠陥修復工程と、未反応のシュリンク材１６を剥離した後、欠陥部を修復したレジストパターン１１から露出する電極コンタクト部５ｂをエッチング加工により除去する工程とを含むようにしたので、レジスト欠陥不良を低減し、所望の加工形状を得ることができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ ＩｎＰ基板、２ 表面、３ 導波路、４ リッジ部、５ｂ 電極コンタクト部（電極部）、１０ フォトレジスト、１２ レジスト窪み（欠陥部）、１３、１４、１５ レジストクラック（欠陥部）、１６ シュリンク材、１７ 架橋部、２０ マスク、３１ 露光部、３３ 酸。

Claims (4)

  1. ＩｎＰ基板の表面にリッジ部を設ける工程と、
    前記リッジ部を覆うように前記ＩｎＰ基板の表面にフォトレジストを塗布する工程と、
    前記リッジ部の頭部にある電極部の一部を覆う前記フォトレジストの領域をマスクを介して露光し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンを覆うようにシュリンク材を塗布する工程と、
    前記レジストパターンの露光した界面に残存する酸と前記シュリンク材を反応させて架橋部を形成する工程と、
    前記反応したシュリンク材以外の未反応のシュリンク材を剥離した後、前記架橋部を形成したレジストパターンから露出する電極部をエッチング加工により除去する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記電極部の一部は、前記ＩｎＰ基板のレーザーダイオード部に設けられた前記リッジ部の頭頂部分であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記リッジ部は導波路を含み、前記導波路および前記電極部は、いずれもＩｎＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記フォトレジストは、ナフトキノンジアジドおよびノボラック樹脂を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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