TW478008B - Method for wavelength compensation in semiconductor manufacturing - Google Patents

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A7 B7 五、發明説明（ 技術領域 本發明係關於-光電子裝置中波長補償之方法，該裝置 利用選擇性區域生長製作於半導體基板上；本發明還關二 —積體電路，其包含一以此方法製造之光電子裝置。、 發明背景 基 期 導 遮 成 合 之 現存名爲選擇性區域生長（SAG)之技術，其在同一半導體 基板上，使用絕緣薄膜圖樣化之遮罩，積體化地製作此^ 半導體光電子裝置，如各種不同功能之半導體雷射、光調 變器、光開關、光偵測器與光放大器；選擇性區域生長技 術王要包含’在半導體基板上形成絕緣薄膜圖樣化遮罩， 而使得半導體晶體能夠在未遮罩區域，也就是暴露出之 板區域’進行氣相成長；在製作目標半導體光電子裝置 間二絕緣薄膜遮罩之寬度與在半導體基板上暴露之區二 在這二裝置之光傳輸方向有所變動，進而影響到合金半 ，之氣相生長；此點導致在同—製程中，«料薄膜 又寬度與所暴露之區域，而自動地形成不同生長層組 與不同層厚度之合金半導體層；此係因爲各種内含構成 ，半導體晶體原子之材料的氣相密度梯度，以及其引入 寺j擴散長度，隨著材料不同而有所差異的緣故。 散 表 它 著 等效擴散長度主要由兩個機制構成，表面擴散與再擴 七ffUSi〇n); 一個原子，例如銦（In)，其接觸到遮罩之 面’可由於表面擴散機制，該原子沿著表面遷移，直到 找到個適合附著之物質，例如磷化銦（Inp);另一方面 該原予亦可由於再擴散_，該原子從表面再擴散並沿 478008 A7 B7 五、發明説明（2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 表面浮移，直到該原子與另—原子相碰撞；此碰撞導致該 原子再次掉至表面，如前所述，如果該處有適當之物質則 該原子將附著，或者再進行表面擴散或再擴散機制；該再 擴散機制是SAG中很重要的部份。 一個原子在其附著前移動之平均距離稱作擴散長度；在 InP基板上之擴散長度，表面擴散大約是丨微米，而再擴散 大約是1 0至1 00微米，依SAG期間之壓力而定。 屬於同族元素之不同原子，例如三族元素，可能有不同 之擴散長度，例如，鎵（Ga)具有相當長之擴散長度，大約 no微米，相較於銦（In)，大約是15微米；這些値隨溫度 與壓力而交，但疋他們I間的比率則大致是固定的；擴散 長度之差將導致靠近遮罩之磊晶生長材料組成之變化，該 材料由屬於同一族卻具有不同擴散長度之元素構成；再者 ，由於來自遮罩表面之擴散，靠近每一個遮罩處將出現量 較多之材料。 Makoto等人之美國專利5,543,353 ，發表了一個以單一 步驟，製造如雷射與調變器之裝置的方法，其使用在這些 裝置之光傳輸方向，具有不同遮罩寬度之單一遮罩。 在反應器中選擇性區域生長期間，由於所使用之反應器 種類不同，例如AIXTR0N反應器設備，長成層之組成可 能會出現變動·’而當基板固定地裝載於反應室中，而用來 羞晶成長波導層之氣體，例如InGaAsp或inGaAs，係由某 一方向引入該室時，則將會產生較大之變動；該變動可用 光激發光（photo luminescence)量測技術，加以偵測與測量 請、 先-I 閱 | 讀 背4 面 | 之 塗ί| I 項 I 再·填，

訂· mf 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格 -5 (210X 297公釐） A7 五、發明説明（3 ) ，其中波導層心能隙能量之變動，被測得並以跨過基板之 波長變動表示之；此波長變動之例子示於圖丨，並將在以 下詳述。 當以不同步驟與相同或不同反應器製造光電子裝置時， 如^射與調變器，在光電子裝置之間之波長差，可能依該 光電子裝置在該基板之位置不同而有所變動；此導致在基 板上正常功能裝置之良率偏低，因爲在雷射與調變器之間 的波長差，即所謂失諧，是很重要的。 發明簡述 本發明之一個目的，係提供一製造一群半導體光電子積 體電路之方法，其能克服先前技術之問題。 爲達到本發明先前與其他目的，已提供在單一半導體基 板上’製造一群半導體光電子積體電路之方法，每一個該 積體電路包含至少一個第一與一個第二光電子裝置，其光 學地連接至另一個，該方法由下列步驟構成：（丨）生長第一 組層’其包含至少一個第一波導層，以在該基板上形成該 第一光電子裝置，（ii)提供一絕緣薄膜遮罩，其包含蓋住所 有該第一光電子裝置之遮罩部份，而能在該基板上界定出 这罩與暴路區域，（iii)自該暴露區域’移去遠弟一组層，（i v) 選擇每一第二光電子裝置之區域，其鄰近該每一第一光電 子裝置並在其光傳輸之方向上，以及（v)生長第二組層，其 至少包括一個第二波導層，並利用選·擇性區域生長製程來 形成該第二光電子裝置，其中該方法還包括以下步驟：（a) 在步驟（ii)之前，描繪整個基板在第二波導層中，能隙能量 一、-—- _— - 6 - 尽紙張尺度適用中咖家縣（CNS ) A4規格（ X 297公釐） 478008 A7 _______ B7 — -~~~ 五、發明説明（4 ) 之變動，該變動來自於選擇性區域生長製程，其接著由於 第二波導層中能隙能量之變動，導致基板上在第—與第一; 光電子裝置間失諧之變動，（b)於步驟（ii)，在該絕緣薄膜遮 罩中至少附上一個額外遮罩部份，相鄰於每一個前述區^ ，每一額外遮罩邵份具有選定之長度與可選擇之寬度，2 且依序地、以平行於每一個別之第一光電子裝置之光傳輸 方向放置，以及（C)對應於前述描繪，選擇每一個額外遮罩 部份之寬度，使能至少部份地補償基板上第二波導層中能 隙能量之變動，因而減少在基板上第一與第二光電子裝置 之間，失諧之變動。 本發明之一個優點是，造成基板上變動之生長、用於選 擇性區域生長製程之設備仍然可以使用，而良率可以提高。 本發明之另一個優點是，可以非常低之成本，輕易地獲 得能隙能量差之補償。 & 以下將參照附圖對本發明作更詳細之敘述。 附圖簡述 圖1係一晶圓之上視圖，説明在一具有變動能隙能量之 調變器中的波導層。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖2係根據本發明之絕緣薄膜遮罩佈局的上視圖。 固3 a與3 b係根據本發明不同之作法，示出圖2中沿a _ A之截面圖。 圖4a與4b示出一 1周變器中，一正常波導層與一根據本 發明補償之波導層之間的比較。 A7

車又佳實施例詳述 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1示出晶圓1之上視圖，其說明在晶圓上，具有變動 A匕 %隙能量之調變器的光學波導層；此變動係由於製造該層 斤使用之反應器種類；如前所述，此情形發生一反應器中 其中在磊晶生長期間，該晶圓係固定地裝載，而且所使 、〈氣體係自一方向2引入·，該變動以光激發光量測設備 】得’而該結果相較於最高波長，以遞減波長表示，其中 最_古、 向波長在參考點3 ，靠近晶圓上方中央部份；遞增之波 長差，以間隔5 nm分割，其中從參考點3算起，每一條線 表不與前一條線有5 nm之落差；在此例中在整個晶圓1 j之變動超過45 nm，當製造一與半導體雷射，其具有固 疋攻射波長，也就是固定能隙能量，配合運作之調變器時 ’此變動是無法接受的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 囷2示出根據本發明之一絕緣遮罩佈局之一部份，其包 。一群電路遮罩1〇，用來製作一雷射與一調變器；該電路 遮罩1 〇包含兩個遮罩部份，雷射部份1 1，其在後續製造 步恭中’遮蓋並保護第一組形成雷射之層，以及調變器部 h 1 2，其界定區域丨3，第二組形成調變器之層在此製作 ’區域1 3係在該雷射光傳輸之方向，以線14表示之。 為尺寸’雷射遮罩部份丨丨之長度Ll與寬度，依所使 用之雷射種類而定，大致上相等地橫跨，以便在製造調變 备時把夠保護該雷射；具能隙能量對應於波長大約1 5 5 〇 nm 之为欢式回授（distributed feedback)雷射，其遮罩尺寸（並非 限定之例）爲，« 400微米而WL义12微米。 規格(~-- 478008 A7 B7 五、發明説明（6 此例中，調變器遮罩部份12係由兩個分隔之部分，心 與m構成，其基本上具有相同之尺寸，並且以一固定之 間距Wo ’安置在與線14相同之距離上；每一個遮罩具選 定4長度LM，與線14平行配置’並且具有—可選擇之寬 度WM ’其最好在0_20微米之區間内；虛線15表示該 之上限。 =選擇之寬度，係用來在選擇性區域生長製程期間， 改變靠近遮罩生長層之組成與厚度，特別是在區域Η之中 ;如之前在本發明之背景中所述，在靠近遮罩處，較短擴 政長度（物貝和立曰加，而晋遍地增加了材料量；在調變器 份⑺ ' ⑵之間的較佳間距Wg，最好在該較短擴 '、又（1至3倍的園中’如此可以在調變器中得到良 好（光波導層組成，與較佳之磊晶生長速度。 泛半導基板取好係以磷化銦(Μ)作成，而在該調變器 P光波導層最好以’化銦鎵WGai_xASyPl_y作成，其 X、7〈値係介於0與1之間，簡寫爲InGaAsP。 經茇部中央標準局員工消費合作社印製 科波導層時，調變器遮罩部份寬度之定量增加，會 對應土养近調變器遮罩部份12處波長之增加。 當=-基板製作—群光電子裝置、包含雷射與調變器 、、1 在第一步聲中製作雷射之第-組層，而已發現 凋變态之光波導；备I女 &姻烧π、、、，曰曰一有如圖1之變動，在所有區域欲用 調變能都需要作補償；該補償係藉由選定 需的波長補償“進行，其對應至依在基板上之位置所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 9- Α4規格（210x 297公 釐） 478008 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 Β7 五'發明説明（ 圖3 a與3 b係圖2中沿線A-A之截面圖，其根據本發明 不同之應用，利用非限定用例之圖2之遮罩，其中： 間距-W〇 = 20微米，以及 調變器遮罩寬度-WM= 10微米。 在圖3a中，創新之遮罩Μ係直接放置在半導體基板上； 此可藉由以下步驟達成：形成第一光電子裝置，而後在該 裝置上附上保護用絕緣薄膜遮罩’再將任何未被該絕緣遮 罩保護之材料自該基板蚀刻移去。 在圖3b中，創新之遮罩μ放置在形成雷射之第一組層頂 端上的同時，亦放置在製作雷射所於之材料層L上；並將 未被此創新遮罩]VI或該保護遮罩覆蓋之區域，向下银刻至 基板3 0。 因此，此兩種作法在下述之選擇性區域生長製程期間， 得出等效之調變器。 在一個調變器之選擇性區域生長期間，利用上述遮罩部 份，可以得到數層，例如，包含在η七ρ半導體基板3〇上 之n-InP/InGaAsP/p七ρ，其中η七ρ是捧雜多餘電子之鱗 化銦層，* p-ΙηΡ則是摻雜多餘電洞之磷化銦層。 第-層31之η_ΙηΡ稱爲區隔層（_㈣，其 32,即波導層，下方夕矣品_ ^ ^ 、、# 、 下万又表面，盡可能沒有任何缺陷；如果 该基板之品質非常好纟^,r ^ 只外巾灯的治，此層可以略去。 由於表面擴散的緣故，在遮 # <平您緣可以見到沈積材料 增加之厚度；此厚度上乏料^ …稹柯村34 少Π偭游办、 父動可以忽略，因爲僅有在遮罩 之間一個很笮邵份的从 』％ <干 知的材枓，才用來製作調變器；再者 本纸張尺度適用中國國家標準 (請先閱讀背面之注意事項*填寫.本頁)

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 …欠态向度Hm，相較於整體高度HP有所增加，其係 銦d短擴散長度，結果造成靠近遮罩處銦之增多。、万、 =、4a、與4b不出在—調變器中，一正常與一根據本發 m波導層的比較’纟中很清楚地看到整體增加之^ ，以及茲變動調變器遮罩寬度所得之補償效果。 圖出波長λ之測量値，與該調變器層y轴之函 係；該値以沿著跨過基板中心㈣)之心表示；下方之: 40代表一正常之基板，在選擇性區域生長製程期間，、、々右 任何補償用之遮罩；該波長値由右至左遞減，即如圖2 由頂邵至底邵遞減；另一方面，上方之線41，其代表 償之波導層，僅有1(Mlnm之變動，而在相 ^ 方之線變動幾乎達40nm。 離中下 圖仆示出波長人之測量値，與該調變器層X軸之函數關 係；該値以沿著跨過基板中心&=〇)之乂軸表示；下方之^ 42代表於圖4a所測之同一正常之基板，其在χ=〇處有最大 値，該値向右與向左均遞減，即如圖〗中所示；另一方 ，上方之線43 ,其代表經補償之波導層，僅有ι〇·η 之變動，而在相同之距離中下方之線變動幾乎達。叻 這些測里結果顯示，在選擇性區域生長期間，可以製作 補償之波導層，來得到整個晶圓上相當小之波長變動，而 沒有任何補償遮罩者，會有相當大之波長、也就是能隙能 量之變動。 本創新方法之一個基本部份，係描繪出一參考基板上跨 過基板之能隙能量變動，以便能夠選擇所需之補^遮罩: _____-11 - ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐)~~" _~~

4/卿8 A7 --—_____ B7 五、發明説明（9 ) 度’·此描繪可以如下方式達成：在一參考基板上形成一群 第一光電子裝置，再將該第一裝置覆蓋之後並形成第二光 電子裝置，如申請專利範圍第丨項之前言所述，在此之後 ，以光激發光量測技術，測量在選定區域中第二光電子裝 置之波長。 本發明方法可自然而完全地補償在調變器波導層中之波 長，使得在雷射與調變器間波長之差，即所謂失諧，能降 至可接受之範圍，例如大約是6〇 nm。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 適 |度 尺 張 纸 I本 一準 # 家 格 一釐 公

Claims (1)

1. 第8810〇7〇5號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(90年丨1月）申請專利範圍 Λ8 B8 C8 1)8 修正丨才 本.，‘乃> 年/7?i/ 1. 一種用來在單一半導體基板上製造一群半導體光電子積 體電路之方法，其中每一該積體電路至少由一個第一個 與一個第二個與另一個光學地連接之光電子裝置構成， 該方法包含以下步驟： (1)生長第一組層，其至少包含一第一波導層，以便在 該基板上形成該第一光電子裝置， (ii) 附上一絕緣薄膜遮罩，其包含蓋住所有該第一光電 子裝置之遮罩部份，如此而能在該基板上界定遮蓋與暴 露之區域， (iii) 自该暴露之區域移去該第一組層， (iv) 為每一個第二光電子裝置選擇一個區域，其鄰近於 每一個該第一光電子裝置且在其光傳輸方向上， (v) 生長第二組層，其至少包含一個第二波導層，以便 利用選擇性區域生長製程形成該第二光電子裝置， 該方法之特徵，還包括以下之步驟： (a) 在步驟（ii)之前，描繪整個基板在第二波導層中，能 隙能量之變動，該變動來自於選擇性區域生長製程，其 接著由於第二波導層中該能隙能量之變動，導致基板上 在第一與第二光電子裝置間失諧之變動， (b) 於步驟（ii)中，在該絕緣薄膜遮罩中至少附上一個 額外遮罩部份，其相鄰於每一個該區域，每一額外遮罩 部份具有選定之長度與可選擇之寬度，並且依序地、以 平行於每一個別之第一光電子裝置之光傳輸方向放置， 以及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 478008 申請專利範圍 (e)對應於該描繪，選擇每一個額外遮罩部份之寬度， 使能至少部份地補債基板上第二波導層中能隙能量之 動， 因而減少在基板上第一與第二光電子裝置之間，失諧 之變動。 。 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其特徵為，在該絕緣薄 膜遮罩附上兩個額外遮罩部份，鄰近地放置在每一個該 ，區域，該遮罩部份彼此平行且排列在每一區域之相反側。 1如申清專利範圍第2項之方法，其特徵為，選擇在該兩 個額外遮罩部份，其鄰近於所有區域間之間距，使之大 致相等。 其特徵為，選擇該間距 其特徵為，選擇該間距 4.如申請專利範圍第3項之方法 於10至35微米之區間中。 5·如申請專利範圍第3項之方法 於15至25微米之區間中。 6.如申請專利範圍第卜2、3、4或5項之方法，其特徵為， 選擇該寬度於0至20微米之區間中。 7·如申請專利範圍第卜2、3、4或5項之方法，其特徵為， 選擇該第一光電子裝置為半導體雷射。 8·如申請專利範圍第7項之方法，其特徵為，選擇該第二 光電子裝置為光學地連接至該半導體雷射之調變器。 9· 一種積體電路，其至少包含一個第一個與第二個光學地 連接至另一個之光電子裝置，其特徵為該積體電路係使 用如申請專利範圍第1至第8項之任何一個方法所製造。 -2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐）