TWI364890B - Methods of fabricating metal contact structures for laser diodes using backside uv exposure - Google Patents

Description

1364890 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於雷射二極體之金屬接觸結構製造， 以及特別是關於使用背側紫外線(UV)光微景多法製造金屬接 觸層於雷射二極體之脊狀物上。 【先前技術 我們已知由於脊狀物頂的p~接觸金屬和接觸口之間的 不對齊，在半導體晶片圖樣和遮罩圖樣之間折射率導引雷 射二極體製造上的對準錯誤可能會導致電流外汽。 【發明内容】 依據本發明一項實施範例，提供可去除雷射二極體對 準錯誤的金屬接觸結構的製造方法。此方法包含提供爪透 明半導體基板，UV透明半導體磊晶層其界定出脊狀物位於 姓刻屋晶層邊緣之間，其中磊晶層位於yy透明半導體基板 上。在蟲晶層脊狀物之上也提供uv不透明金屬層。此方法 進一步包含在不透明金屬層和磊晶層邊緣之上塗覆至少一 層正光睹料的步驟，並選擇性顯影背面暴露於抓光的磊 晶層邊緣之上的正光晴料層。藉由射面曝曬於抓光， UV光首先穿過UV翻半導體顧的底部表面。不透明金屬 接觸層藉絲免放在猶屬之上的正光崎料層區域 曝曬於UV光以進行選擇性顯影。此方法也 邊緣上方顯影光叫料區域的步驟，在未顯影光崎料區 f和^層邊緣之场覆—層介魏去除未顯影光_ 料區域和位於未顯影光崎樞域上方的介電質層的一部 第5 頁 1364890 分;並藉著在介電質層和不透明金屬接觸層上方塗覆金屬 層以形成金屬接觸結構。 在另一實施例中，提供另一種使用影像倒置光阻材料 層裝造雷射二極體金屬接觸結構的方法。此方法包含在不 透明金屬層和磊晶層邊緣之上塗覆JJY透明介電質層，並在 UV透明介電質層之上塗覆至少一層影像倒置光崎料層， 並藉著背面暴露於UV光，選擇性顯影位於遙晶層邊緣之上 的影像倒置光阻材料層區域。此方法也包含藉著烘乾光阻 材料以穩定羞晶層邊緣上方的顯影光阻材料區域然後藉 由將影像倒置光_才料層的頂表面暴露於yy光，選擇性顯 影位於不翻韻狀上的雜倒置細獅層區域。光 阻材料層的烘乾步驟使得磊晶層邊緣上方的光_料區域 對UV光不具敏感度。更者此方法包括去除不透明金屬接 觸層上方顯影光輯料區域和去除蠢晶層邊緣之上光輯 料區域的步驟，並藉著在介電質層和不透明金屬接觸層上 塗覆金屬層以形成雷射二極體脊狀物上的金屬接觸結構。 然而依據另一實施例，提供一種使用負光料製造 雷射二極體金屬接觸結構的方法。此方法包含在不透明金 屬層和蟲晶層邊緣之上賴UV翻介電制，並在w透明 t電質層之上塗覆至少—層負光輯料層，並藉著限制蟲 緣•舰域的背面暴露於W光，選擇性顯 〜位於不翻金屬接觸之上的貞光赌料層區域，接著 火、乾光崎料層。此方法進一步包括去除不透明金屬接觸 層上方_f彡光輯舰域，去層邊緣之上的未顯 第6 頁 1364890 影光W料區域，並藉著在介電質層和不透明金屬接觸層 上方塗覆金屬層以形成雷射二極體的接觸結構。 >本發明實施例所提供這些以及其他特性藉由閱讀下列 詳細說明以及附圖將更完全地了解本發明。 【實施方式】 本發明疋關於藉由形成在UV透明晶片上的yy不透明金 屬接觸層上方，使用對光子敏感的光輯料層，在雷射二極。 體脊狀物上方製造金屬接觸結構的方法。 如其中使用的晶片是指UY透明半導體絲j，蟲晶層2, 也"T包括其他4悉此項技術的人所知適合的層。更進一步 ，如其中使用的，"上方"是指一層塗覆在另一層上，但不一 定是直接塗覆。在本發明中，我們考慮加入中間層，譬如鍍 臈層。更者，"上方"―触示層不—定需要覆蓋整個表面， 而可以包括部分覆蓋。從；背轉曬光崎料層，使得’ 光輯料的圖樣可以精確照著不透明金屬的圖樣以作為光 微影遮罩。雜拇贼細以UV作為輸送好到光輯 料層的光縣源，但_認為紅外線，微波和其他適合的光 ，來源都可_綠代UV光線。可以使用依據本發明各種 實施範例的處理來製造透明級上窄脊狀物雷射的金屬接 觸、、’。構，例如ΠΙ-Ν基^，然而一面消除對準錯誤。更者可 以使用依據本發明各種實施範例的方法，在雷射二極體窄 的脊狀物上製造邊緣寬度小於約2#m的接觸金屬層，雖然 本發明概念也可應用在各種大小尺寸不透明層的製造上。 請參考圖1A到1H正光阻材料層的實施例中其提供卯 第7 頁 1364890 透明半導體級1，以及在其上形成的至少一層爪透明蟲晶 層2。例如，但不是用來限定，抓透明半導體基板〗可包括藍 寶石，氮化鎵，氮化紹，碳化石夕，或其組合而w透明蟲晶層2 可包含AlGalnN合金。其他適合的w透明組成份也可用在 基板1和/或蟲晶層2。如圖ία所示(也可以是圖μ和圖3a), UV不透明金屬層3沉積在蟲晶層2之上。w不透明金屬層3 ’ 可包括任何不透明金屬，例如Pd，Pt，Au，Ni，或其組合。除 了金屬之外，其他不透明組成份，譬如不透明的陶瓷或聚合 物也被認為是可行的。根據所用的金屬材料不透明金屬 層3可包括各種厚度。在一些實施範例中，不透明金屬層3 可包括厚度分別是50nm，lOOnm，250nm,或l〇〇nm的Pd，pt，

Au，或 Ni。 在不透明金屬層3沉積之後，可進行餘刻步驟以形成如 圖1B所示(也可以是圖2B和圖3B)的上方脊狀物和蝕刻邊緣 如其中使用的邊緣是指蟲晶層2内的姓刻切斷區域而 脊狀物”是指蠢晶層2非姓刻區域的上表面。姓刻可包括 濕或乾姓刻（譬如活性離子射束飯刻，化學輔助離子射束餘 刻或電感耦合電漿钱刻）。如圖1B實施範例所示，不透明金 屬層3可位於於脊狀物上。在圖1B中的脊狀物形成後如圖 1C所示，在磊晶層2邊緣和不透明金屬層3頂端塗覆正光阻 材料層4(譬如，以旋轉塗膜方式）。暴露於uv光的光阻材料 層部分變成可溶解於光阻材料顯影劑，而未曝曬的光阻材 料層部分則不溶解於光阻材料顯影劑。有一種適合的正光 阻材料的範例是AZ Electronic Materials Corp·公司製 造的AZ 4210正光阻材料。 圖ID顯示進行背面曝曬光微影術的正光崎料層4。 在此處理過程中，取光線穿過UV透明絲1的絲面，uv透 明蟲晶層2’然後傳送到光晴料層4。不透明金屬層3當作 光微影遮私防止不咖金屬層3上方的正光崎料層4的 區域接受絲能量。目此，不翻金屬層3上麵正光_ 料層4的區域就不能顯影。然而，蠢晶層2上方的正綱才 科層4 經由暴露於…細接受光子能量耻而顯影。 如其中使用的’顯影"是指光崎料被溶解於光崎料顯 wH而棚影"雕光崎料未溶解於光^^料 顯影劑的部份。 >考圖1E，藉著加入顯影劑溶液，去除正光崎料層4 的顯影區域。顯影触_德齡齡舰液中溶解， ^後被沖掉’喊㈣物琳獅影劑溶液 中溶解。因此，顯影劑溶液必須可以溶解顯影區域，而不能 f解未娜㈣。齡的正光卩琳__的_是AZ leCtlOniCMatedals ㈣·公司製造的 AZ400K 和麵κ __晴觸被顯影劑溶 金雜3上林娜触_則 的實施範例所示’可以補餘的光晴 ς.:。八ΓΓ胃之上塗覆介電質層5,譬如取透明或 = 5塗覆可以藉著各種傳統或仍在發& + ^ 齡處理。例如，非限制性地介電質層5的塗覆可以藉著 2相沉積的孩，絲㈣财讀編 料剝除編來去除剩餘的;= 的介電質層5。光崎料剝除劑是一種可_ 可L·::或有機殘渣。適合的光晴料剝除劑組成份 各種有機和無機的溶劑譬如丙嗣或犯e㈣加c 區 如.公司製造的_τ。當未顯影光崎料 口為谷解時，就可去除光崎料區域上方的介電質層5 〇這 種去除過程有時被稱做"解除"。 。:奢參考圖1G，％曝瞩不透明金屬層3。如圖1{1所示， 著在不透明金屬層3和介電質層5上方塗覆頂部金屬> 6以完成二極體脊狀物之上金屬細結構的製造。：曰 屬層6可包含鈦，金，纪，銘，錄，和其組合。 、味參考® 2Α-® %可使贿像倒置光晰料層μ製造 脊狀物，極體。如圖2Β所示，在形成脊狀物和蝕刻邊緣之 後’可藉著蒸氣沉積或噴_方式沉積例如Si02或Si3N4的 介電質層5,如圖2C所示。請參考_ 2D，影像倒置光崎料 層14在介電質層5上旋轉塗膜。影像倒置光輯料層14可 包括各種材料，譬如AZ Electronic Materials Conx公司 發行的 AZ5214E 和 AZ5218E。 請參考圖2E，進行的是背面曝曬光微影術。磊晶層2邊 緣上方的影像倒置光晰料層14的區域接受光子能量並穩 定化。接著，使用焕乾光阻材料的步驟，使蠢晶層2邊緣上 方的UV曝曬影像倒置光阻材料區域對光子不具敏感性，而 第10 頁 1364890 穩定此區域。烘乾步驟之後，光阻材料層14從其頂表面暴 露於UV光，如圖2F所示。因為烘乾步驟使蠢晶層2邊緣上方 的光阻材料區域對光子不具敏感性，只有不透明金屬層3上 方的正光阻材料層14區域由於暴露於uv光而顯影。在這時 候，不透明金屬層3上方的正光晰料層14區域溶解至顯影 劑溶液而被去除，因此，不透明金屬層上方打開一個窗口i〜 如圖2G所示。顯影劑溶液可包括AZ Electronic Materials # Com公司製造的和訄35化，以及其他適合的傳統或 仍待開發的顯影劑。 請參考圖2H，可進行姓刻步驟來去除不透明金屬層3上 方的介電魏5。可龄加人前述的光崎料剝除劑來去 除遙晶層2邊緣上方的剩餘光晰料層14的區域。請參考 圖21，金屬層6沉積在不透明金屬層3和介電質層5上方，以 完成雷射二極體金屬接觸結構的製造。 吻參考圖3A到圖3H，提供了使用負光阻材料層製造金 • 屬接觸結構的方法。如圖3B所示，在蟲晶層2内形成脊狀物

， 和_邊緣之触積介電質層5如圖X所示。鎌，如圖3D 所7F，軸娜麵方式塗覆貞光卩謝觸24。負電阻是 光晴料，其中暴露於光線的光輯料部分變成相對不溶 1^曝咖光晰卿分顺光蹄 負光崎料可包括，但不限定是 UtUrreX Inc.公司製造的 Futurrex NR7-1000P 負光蹄 ^ a月參考㈣’然後進行背面曝暖光微影術。蟲晶層2 緣上方的負光a#料層24區域暴露於取，但不顯影而 第1丨頁 1364890 不透月金屬層3上方的光叫才料層24區域不暴露於jjy，但 顯〜在材摘更進—步魏例巾可光崎料供 乾步驟來·“層2邊緣上方驟_光崎料區域。 然後在顯影劑溶液中溶解不透明金屬層上方的顯影細才 料層24。光叫料層24的顯影劑溶液可包括me

公司製造的Futurrex職以及其他適合的傳統或仍待開 發的顯w劑。圖3F顯示在去除顯影光輯料層24區域之後 ’不透明金屬層3上方開了-個窗σ。在圖％中，進行侧 步驟以去除不透明金屬層3上方的介電質層5。最後，去除 磊晶層2邊緣上方的光叫料層24(譬如透過光_斗剝除 劑)沉積另-厚金縣6，喊成金屬接觸結構的製造，如圖 3H中所示。 在詳細說明本發明並參考特定實施範例後，可以很明 顯_到，只要不背離本_在聲明中界定出之範嗥也可 以做各種修改和變化。更明確地說，雖然本發日月的一些特 性在其中是麟為較佳或較為有觀但我們認為本發明 並不一定要受於這些較佳的特性。 【圖式簡單說明】 同下列附圖閱讀將能夠 本發明特定實施例詳細說明隨 最佳地了解。 圖1A到1H顯示出依據本發明一個或以上實施例之 雷射沐體錢翻結構的處理触，顧由使肢光阻 材料層，結合背面暴露於UY光。 圖2A到21顯示出依據本發明一個或以上實施例之製造 頁 第12

Claims (1)

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十、申請專利範圍： 】.-種製造雷射二極體金屬接觸結構的方法其包含： 提供UV透明半導體基板，⑽透明半導體屋晶層其界定 出會狀物位於钱刻蟲晶層邊緣之間，蟲晶層位於⑽透明半導 體基板上，以及(JV不透明金屬層位於蟲晶層脊狀物上； 2覆至少-層正光阻㈣在uv不透明金屬層和蟲晶層邊 緣上方； 藉由背面暴露於uv光選擇性地顯影蟲晶層邊緣上方之正 2且_，光_體透_體基板的底部表面， -V不透明金屬層避兔將位於_透明金屬層上方之正 阻材料層區域暴露於UV光； 去除蟲晶層邊緣上方之顯影光阻材料區域； 塗覆介電質於未娜光輯舰域和Μ層邊緣上方； 去除未姆彡光阻·區域和位於未_光_料區域上 方W電質層的一部分；以及 L爾Μ專鄉園第丨項之綠，其巾邊賴由 ::刻化學輔助離子射綱或電感— 第14頁 1364890 3·依據申請專利範園第！項之方法，其中uv透明基板纟藍寶石， 氮化鎵，氮化銘，碳化梦，或其組合所構成。 4依據申請專利範園第1項之方法，其中UV透明蟲晶層由 AIGalnN合金所構成。 5·依據申請專利範图第1項之方 、又万去，其中UV不透明金屬層可由 金、鈀、鉑、鎳，和其組合構成。 6. 依據申請專利範園第1項之方法 為小於2微米。 ’其中UV不透明金屬層寬度 法其中頂部金屬層可由金、纪、 7.依據申請專利範園第！ 鉑、鎳’和其組合構成。 8.依據申請專利範園第1項之方 ^ 去，其中介電質層塗覆可以藉著 >飞相>儿積法，喷濺或其組合達成。 其中介電質層由Si〇2、Si3N4 9.依據申請專利範園第丨項之方法 或其組合構成。 10. 依據申請專利範園第 項之方法，其中顯影的光阻材料區 J- 11· 依據申請專利範園第J 轉塗覆加以塗覆。 項之方法，其中正光阻材料藉由旋 ’其中該方法製造出雷射 12·依據申請專利範園第1項之方法 二極體之金屬接觸結構。 13. -種製造雷射二極體金屬接觸結構的方法，其包含： 提供uv透明轉體基板，ϋν酬半導體蟲晶層，其界定 出脊狀物位於钱刻蟲晶層邊緣之間，蟲晶層位於㈣透明半導 體基板上，以及㈣不透明金屬層位於遙晶層脊狀物上； 塗覆UV透明介電質層於仰不翻金屬層以及蟲晶層邊緣 上方； 塗覆至少-層影像倒置光阻材料層於ϋν透明介電質層 上； 藉由背面暴露於UV光選擇性地顯影位於蠢晶層邊緣上方 之衫像倒置光崎料層區域’ υν找鍵過υν透明半導體 基板的底部表面，其巾ϋν不透明金屬層避免將位於υν不透明 金屬層上方之影像倒置光阻材料區域暴露於υν光； 藉由光阻材料烘乾使磊晶層邊緣上方顯影之光阻材料區 第16頁 1364890 域穩定； 藉由將位於UV不透明金屬層上之影像倒置光阻材料層區 域選擇性地顯影’其中光阻材料供乾步驟使层晶詹邊緣上之光 阻材料區域對UV光失去靈敏性； 去除UV不透明金屬層上方顯影之光阻材料區域； 去除磊晶層邊緣上之光阻材料區域丨以及 藉由塗覆金騎於介電鬚和uv*翻鋪層上方而形 成雷射二極體之金屬接觸結構。 ’其中更進一步包含蝕刻 11 依據申請專利範園第13項之方法 不透明金屬層上方之部份介電質層。 依射物咖第13項之方法，財顯獅光阻材料區 域耩由在細㈣㈣溶射鱗而加叫除以及未顯彩的光阻 材料區域m絲晴酬除齡財溶解而加以去除。 16.依據申請專利範園第13項之方法，其中該方法製造出雷射 二極體之金屬接觸結構。 -種製造雷射二極體金屬接觸結構的方法，其包含· 提供UV透明半導體基板，抓透明半導體磊晶其界定 出脊狀物位於ϋ顺晶層邊緣之間’如層位於…透明半導 第17頁 1364890 體基板上，以及uv不透明金屬層位於磊晶層脊狀物上； 塗覆UV透明介電質層於ϋν不透明金屬層以及蟲晶層邊緣 上方； 塗覆至少一層負光阻材料層於uv透明介電質層上； 藉由對磊晶層邊緣上之光阻材料區域作有限後側ϋν光照 射而選擇性地顯影位於υν不透明金屬層上之負光阻材料層區 域’ UV光首先穿過υν透明半導體基板的底部表面，其中υν 不透明金屬層避免將位於ϋν不透明金屬層上方之負光阻材料 區域暴露於UV光； 去除υν不透明金屬層上方顯影之光阻材料區域； 去除蠢a曰曰層邊緣上方之穩定光阻材料區域；以及 糟由塗覆金屬層於介電質層和ϋν不透明金朗上方而形 成金屬接觸結構於脊狀物上。 18. 依據申請專利範園第17項之方法，其中更進一步包含侧 不透明金屬層上方之部份介電質層。 19. 依據申請專利範圍第17項之方法，其中顯影的光阻材料區 域猎由在光晴機·液中溶解而加以去_及麵影的光阻 材料區域藉由在絲材料剝_溶液中溶解而加以去除。 2〇.依據申請專利範圍第17項之方法，其中更進—步藉由光阻 第18頁 1364890 材料烘乾使磊晶層邊緣上的未顯影光阻材料區域穩定。 21. 依據申請專利範圍第17項之方法，其中該方法製造出雷射 二極體之金屬接觸結構。 第19頁