TWI699845B - 半導體裝置之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之半導體裝置之製造方法係包括：在基材之上形成第1半導體層的步驟；在第1半導體層之上形成遮罩的步驟；使用遮罩，蝕刻第1半導體層，形成半導體構造的步驟；在與半導體構造的側面相接的區域，形成具有與遮罩相接的凸部的第2半導體層的步驟；供給蝕刻氣體來去除凸部的凸部去除步驟；及在半導體構造及第2半導體層之上供給原料氣體而形成再成長層的再成長層形成步驟，在同一製造裝置內實施凸部去除步驟及再成長層形成步驟。

Description

半導體裝置之製造方法
本發明係關於半導體裝置之製造方法。
製造半導體裝置時，大多進行使用絕緣膜遮罩的部分蝕刻與再成長。例如，在具有台地構造的半導體雷射的製造中，使用條紋狀的絕緣膜遮罩來蝕刻積層在基板上的半導體層，藉此形成台地構造，使半絕緣性的埋入層成長在台地構造的兩側，將遮罩去除，使包覆層、接觸層再成長於台地構造及埋入層之上。
若以上述方法製造半導體雷射，埋入層在遮罩近傍的量（volume）因選擇成長效果而變大，以致在遮罩去除後的表面形成凸部。若使包覆層及接觸層成長在如上所示之局部高度不同的表面構造之上，因每個面方位的成長速度的不同，差排會傳播。結果，在半導體雷射的表面發生凹洞，且誘發外觀不良或在之後的蝕刻步驟的異常蝕刻等。
以該問題的解決手段而言，已知一種以濕式蝕刻去除凸部之後，使包覆層再成長的方法（例如專利文獻1）。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2015-162500號公報
［發明所欲解決之課題］
但是，若以濕式蝕刻去除凸部，在濕式蝕刻步驟與之後的包覆層的再成長步驟所使用的製造裝置不同，因此發生必須將製造途中的半導體裝置在濕式蝕刻後曝露在大氣中。如此一來，無法將其表面保持為清淨狀態。
本發明係為解決上述問題而完成者，其目的在提供使半導體層再成長在清淨狀態的表面之上的半導體裝置之製造方法。 ［用以解決課題之手段］
本發明之半導體裝置之製造方法係包括：在基材之上形成第1半導體層的步驟；在第1半導體層之上形成遮罩的步驟；使用遮罩，蝕刻第1半導體層，形成半導體構造的步驟；在與半導體構造的側面相接的區域，形成具有與遮罩相接的凸部的第2半導體層的步驟；供給蝕刻氣體來去除凸部的凸部去除步驟；及在半導體構造及第2半導體層之上供給原料氣體而形成再成長層的再成長層形成步驟，在同一製造裝置內實施凸部去除步驟及再成長層形成步驟。 ［發明效果］
若使用本發明之製造方法，由於在同一製造裝置內實施凸部的去除與之後的半導體層的再成長，因此可製造使半導體層再成長在清淨狀態的表面之上的半導體裝置。
實施形態1. 以下敘述實施形態1之半導體雷射之製造方法。在用於說明的圖2～3中，由半導體雷射，以與紙面呈垂直出射雷射光。
首先，如圖2（a）所示，在成為基材的n型InP基板10上，使n型InP包覆層12、InGaAsP活性層14、第1p型InP包覆層16依序磊晶成長。接著，如圖2（b）所示，使SiO2 膜堆積，進行使用阻劑圖案的光蝕刻，藉此形成條紋狀的SiO2 遮罩18。接著，如圖2（c）所示，進行RIE（Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻）的乾式蝕刻，將SiO2 遮罩18的開口部蝕刻至n型InP包覆層12的途中，形成台地構造20。接著，如圖2（d）所示，在與台地構造20的側面相接的區域，使半絕緣性的InP埋入層26成長。該InP埋入層26係作為電流阻擋層來發揮功能。在SiO2 遮罩18近傍的InP埋入層26的表面，基於後述理由，形成有凸部28。接著，使用氫氟酸來去除SiO2 遮罩18，而得圖3（a）的構造。
在InP埋入層26的表面形成凸部28的理由係基於促進在SiO2 遮罩18鄰近的結晶成長之故。被供給至遮罩表面的材料係在遮罩表面左右流通，有助於遮罩鄰近的InP埋入層26的成長。因此，遮罩鄰近的結晶成長比其他部位更快，而形成凸部28。
形成圖3（a）的構造後，如圖3（b）所示，以藉由HCl氣體之蝕刻來去除凸部28。於此之後，將該步驟稱為凸部去除步驟。
去除凸部28的構造係如下所示。在藉由HCl氣體之蝕刻中，係在蝕刻速度有結晶的面方位依賴性，相較於（001）面，（111）B面的蝕刻速度較大。在圖4（a）係描繪凸部28、及表示與（001）面呈垂直的方向的A的箭號、表示與（111）B面呈垂直的方向的B1、B2的箭號。若由圖4（a）的狀態開始蝕刻，伴隨蝕刻的進展，如圖4（b）所示，凸部變小，最終如圖4（c）所示，去除凸部。
凸部去除後，不會由製造裝置發出製造途中的半導體雷射，中止HCl氣體的供給，流通原料氣體之TMI（三甲基銦）氣體而使第2p型InP包覆層30再成長，得到圖3（c）所示之構造。於此之後，將該步驟稱為再成長層形成步驟。另外在其上使p型InGaAs接觸層32成長，藉此獲得圖3（d）所示之半導體雷射的基本結晶構造。
在圖1中顯示氣體供給的狀況。在凸部去除步驟中，係供給HCl氣體而實施凸部去除。在接續的再成長層形成步驟中，係中止HCl氣體的供給，且供給TMI氣體，使第2p型InP包覆層30再成長。其中，之所以在去除凸部之前，在製造裝置內正在升溫的期間供給PH3 （膦），係基於防止由InP埋入層26逸脫P之故。
若使用實施形態1之製造方法來製造半導體雷射，獲得凸部被去除的Inp埋入層26。因此，使第2p型InP包覆層30及p型InGaAs接觸層32平坦地成長。若保持存在凸部的狀況，而在其上使第2p型InP包覆層30或p型InGaAs接觸層32成長時，依每個面方位的成長速度的不同，差排會傳播。結果，在半導體雷射的表面發生凹洞，誘發外觀不良或在之後的蝕刻步驟的異常蝕刻等。相對於此，若使用實施形態1之製造方法，可得無如上所述之不良情形的半導體雷射。
此外，由於在相同製造裝置內連續實施凸部去除步驟及再成長層形成步驟，因此不會有將凸部去除後的InP埋入層26及台地構造20的表面曝露在大氣的情形，在將該等的表面保持為清淨狀態的情況下，使第2p型InP包覆層30成長。
此外，與以濕式蝕刻實施凸部去除的情形相比，減少製造步驟數。
實施形態2. 以下敘述實施形態2之半導體雷射之製造方法。在此，並未詳述與實施形態1之製造方法相同的步驟，而主要說明與實施形態1的差異。關於所得效果，亦主要記述與實施形態1的差異。
將實施形態2之製造方法中的氣體供給的狀況顯示於圖5。與實施形態1的差異為即使在再成長層形成步驟中，亦持續HCl氣體的供給。
在實施形態2之製造方法中，在再成長層形成步驟中，亦供給HCl氣體，因此即使在凸部去除步驟完成後無法完全去除凸部，亦在接續的再成長層形成步驟中，去除凸部。
實施形態3. 以下敘述實施形態3之半導體雷射之製造方法。在此，並未詳述與實施形態1之製造方法相同的步驟，而主要說明與實施形態1的差異。關於所得效果，亦主要記述與實施形態1的差異。
將實施形態3之製造方法中的氣體供給的狀況顯示於圖6。與實施形態1的差異係在凸部去除步驟中亦供給TMI氣體。HCl氣體係亦具有蝕刻（001）面的能力，因此若同時流動HCl氣體與TMI氣體，實際上（001）面被蝕刻或成長，係依該等氣體的供給量或溫度、壓力等各條件而定。若在（001）面被蝕刻的情形下，與實施形態1相比，蝕刻速度亦較小，因此該面的蝕刻量變小，在之後的再成長層形成步驟中的第2p型InP包覆層30的形成所耗費的時間被短縮。另一方面，若（001）面成長，時間短縮效果更加增加。
實施形態4. 以下敘述實施形態4之半導體雷射之製造方法。在此，並未詳述與實施形態1之製造方法相同的步驟，而主要說明與實施形態1的差異。關於所得效果，亦主要記述與實施形態1的差異。
將實施形態4之製造方法中的氣體供給的狀況顯示於圖7。與實施形態1的差異在於在凸部去除步驟中，亦供給TMI氣體，在再成長層形成步驟中，亦供給HCl氣體。在圖7中，係將凸部去除步驟與再成長層形成步驟分別形成為不同的步驟，但是亦可將該等合併而成為1個步驟，亦可在該等步驟間，在氣體流量等條件設計不同而掌握為個別的步驟。
在實施形態4之製造方法中，係在凸部去除步驟與再成長層形成步驟中，以HCl氣體去除凸部，因此可得藉由去除凸部所致之效果。
此外，在去除凸部的同時供給TMI氣體，因此可縮短該等步驟所耗費的時間。
實施形態5. 以下敘述實施形態5之半導體雷射之製造方法。在此，並未詳述與實施形態3之製造方法相同的步驟，而主要說明與實施形態3的差異。關於所得效果，亦主要記述與實施形態3的差異。
將實施形態5之製造方法中的氣體供給的狀況顯示於圖8。與實施形態3的差異在相較於再成長層形成步驟，以凸部去除步驟的TMI氣體流量較小。而且，凸部去除步驟中的TMI氣體的流量係設定為（001）面的成長速度與藉由HCl氣體所為之（001）面的蝕刻速度大致相等。如此一來，可使（001）面的高度幾乎不會改變而僅將凸部去除。藉此，可將界面雜質去除效果成為最大。其理由如下。若蝕刻速度慢，在雜質被去除之前，結晶即成長，因此界面保持被污染的狀況。相反地，若蝕刻速度快，其他供給原料或附著在爐內的雜質與HCl氣體起反應而容易附在表面。因此，若（001）面的高度不改變，界面雜質去除效果即成為最大。
實施形態6. 以下敘述實施形態6之半導體雷射之製造方法。在此，並未詳述與實施形態4之製造方法相同的步驟，而主要說明與實施形態4的差異。關於所得效果，亦主要記述與實施形態4的差異。
將實施形態6之製造方法中的氣體供給的狀況顯示在圖9。與實施形態4的差異在相較於再成長層形成步驟，凸部去除步驟的TMI氣體流量較小。而且，凸部去除步驟中的TMI氣體的流量係設定為（001）面的成長速度與藉由HCl氣體所為之（001）面的蝕刻速度大致相等。如此一來，可使（001）面的高度幾乎不會改變而僅將凸部去除。藉此，可使界面雜質去除效果成為最大。
實施形態7. 以下敘述實施形態7之EML（Electro-absorption Modulator integrated Laser-diode，電吸收調變器積體雷射二極體）之製造方法。在用於說明的圖10、11中，由EML朝向紙面左側出射雷射光。EML係由：生成雷射光的DFB（Distributed FeedBack，分佈回饋）部、及控制將所生成的雷射光出射至外部或遮斷的EA（Electro-Absorption，電吸收）部所構成。
首先，如圖10（a）所示，使n型InP包覆層52磊晶成長在n型InP基板50上。將在n型InP基板50上積層n型InP包覆層52者稱為基材。接著，使InGaAsP活性層54、第1p型InP包覆層56依序磊晶成長。接著，如圖10（b）所示，使SiO2 膜堆積，進行使用阻劑圖案的光蝕刻，藉此形成條紋狀的SiO2 遮罩58。接著，如圖10（c）所示，進行RIE的乾式蝕刻，將SiO2 遮罩58的開口部蝕刻至InGaAsP活性層54之下，而形成DFB構造60。接著，如圖10（d）所示，在與DFB構造60的側面相接的區域，使InGaAsP芯層62與第2p型InP包覆層64成長。將該InGaAsP芯層62與第2p型InP包覆層64合併稱為EA構造66。此時，如在實施形態1的說明中之記載所示，在SiO2 遮罩58鄰近的EA構造66的表面形成凸部68。接著，使用氫氟酸來去除SiO2 遮罩58，獲得圖11（a）的構造。
形成圖11（a）的構造後，如圖11（b）所示，以藉由HCl氣體所為之蝕刻將凸部68去除。去除凸部的理由係如在實施形態1的說明中之記載所示。
凸部去除後，由製造裝置不會發出製造途中的EML，中止HCl氣體的供給，流通作為原料氣體的TMI氣體而使p型InGaAs接觸層72再成長，而得圖11（c）所示之構造。此時的氣體供給狀況係與圖1相同。圖11（c）的右側為DFB部74，左側為EA部76。之後，另外經由複數步驟，藉此使EML的基本結晶構造完成，由於該等步驟為已知，因此在此不作說明。
若使用實施形態7之製造方法來製造EML，由於獲得凸部被去除後的EA構造66，因此可得在實施形態1的說明中所記載的效果。
此外，由於不會有將凸部去除後的EA構造66及DFB構造60的表面曝露在大氣的情形，因此可得在實施形態1的說明中所記載的效果。
在上述說明中，係先形成DFB構造60，之後形成EA構造66，但是亦可先形成EA構造，之後形成DFB構造。此時，雖然在DFB構造的表面形成凸部，但若如上所述去除凸部，可得與之前記載相同的效果。
此外，亦可將關於實施形態2～6所說明的氣體供給方法適用在實施形態7之EML之製造方法。此時，關於實施形態2～6，分別獲得已記載的效果。
其中，在實施形態1～7的說明中係使用HCl氣體作為蝕刻氣體，但是亦可使用除此之外的鹵素系的蝕刻氣體。具體而言為Cl2 、CCl4 、CBr4 、CCl3 、Br、TBCl（Tertiarybutylchloride，叔丁基氯）等氣體。
此外，在實施形態1～7的說明中，係記載半導體雷射或EML之製造方法，但是該等之外，若為使用選擇遮罩，實施蝕刻及再成長來進行製造的構造，亦可適用本發明。
10、50‧‧‧n型InP基板12、52‧‧‧n型InP包覆層14、54‧‧‧InGaAsP活性層16、56‧‧‧第1p型InP包覆層18、58‧‧‧SiO2遮罩20‧‧‧台地構造26‧‧‧InP埋入層28、68‧‧‧凸部30‧‧‧第2p型Inp包覆層32、72‧‧‧p型InGaAs接觸層60‧‧‧DFB構造62‧‧‧InGaAsP芯層64‧‧‧第2p型InP包覆層66‧‧‧EA構造74‧‧‧DFB部76‧‧‧EA部
［圖1］係顯示實施形態1之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖2］係顯示實施形態1之半導體雷射之製造方法的剖面圖。 ［圖3］係顯示實施形態1之半導體雷射之製造方法的剖面圖。 ［圖4］係顯示凸部被去除的樣子的剖面圖。 ［圖5］係顯示實施形態2之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖6］係顯示實施形態3之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖7］係顯示實施形態4之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖8］係顯示實施形態5之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖9］係顯示實施形態6之半導體雷射之製造方法的氣體供給狀況的圖。 ［圖10］係顯示實施形態7之EML之製造方法的剖面圖。 ［圖11］係顯示實施形態7之EML之製造方法的剖面圖。
10‧‧‧n型InP基板
12‧‧‧n型InP包覆層
14‧‧‧InGaAsP活性層
16‧‧‧第1p型InP包覆層
20‧‧‧台地構造
26‧‧‧InP埋入層
28‧‧‧凸部
30‧‧‧第2p型Inp包覆層
32‧‧‧p型InGaAs接觸層

Claims (15)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其係包括： 在基材之上形成第1半導體層的步驟； 在前述第1半導體層之上形成遮罩的步驟； 使用前述遮罩，蝕刻前述第1半導體層，形成半導體構造的步驟； 在與前述半導體構造的側面相接的區域，形成具有與前述遮罩相接的凸部的第2半導體層的步驟； 供給蝕刻氣體來去除前述凸部的凸部去除步驟；及 在前述半導體構造及前述第2半導體層之上供給原料氣體而形成再成長層的再成長層形成步驟， 在同一製造裝置內實施前述凸部去除步驟及前述再成長層形成步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，在前述再成長層形成步驟中供給前述蝕刻氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，在前述凸部去除步驟中供給前述原料氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，在前述凸部去除步驟中供給前述原料氣體， 在前述再成長層形成步驟中供給前述蝕刻氣體。
  5. 如申請專利範圍第3項之半導體裝置之製造方法，其中，相較於前述再成長層形成步驟，前述凸部去除步驟的前述原料氣體的流量較小。
  6. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法，其中，相較於前述再成長層形成步驟，前述凸部去除步驟的前述原料氣體的流量較小。
  7. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置之製造方法，其中，在前述凸部去除步驟中，在前述凸部以外的區域，高度幾乎不會改變。
  8. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法，其中，在前述凸部去除步驟中，在前述凸部以外的區域，高度幾乎不會改變。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，前述蝕刻氣體係鹵素系的氣體。
  10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，前述半導體構造係台地構造， 前述第2半導體層係電流阻擋層， 前述半導體裝置係半導體雷射。
  11. 如申請專利範圍第10項之半導體裝置之製造方法，其中，前述基材係第1導電型InP基板， 前述第1半導體層係由下層朝向上層依序包括第1導電型InP包覆層、InGaAsP活性層、第1第2導電型InP包覆層， 前述第2半導體層係半絕緣性的InP埋入層， 前述再成長層係第2第2導電型InP包覆層， 前述原料氣體係TMI氣體。
  12. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，前述半導體構造係DFB構造， 前述第2半導體層係EA構造， 前述半導體裝置係EML。
  13. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，前述半導體構造係EA構造， 前述第2半導體層係DFB構造， 前述半導體裝置係EML。
  14. 如申請專利範圍第12項之半導體裝置之製造方法，其中，前述基材係在第1導電型InP基板之上積層第1導電型InP包覆層者， 前述第1半導體層係由下層朝向上層依序包括InGaAsP活性層、第1第2導電型InP包覆層， 前述EA構造係由下層朝向上層依序包括InGaAsP芯層、第2第2導電型InP包覆層， 前述再成長層係第2導電型InGaAs接觸層， 前述原料氣體係TMI氣體。
  15. 如申請專利範圍第13項之半導體裝置之製造方法，其中，前述基材係在第1導電型InP基板之上積層第1導電型InP包覆層者， 前述第1半導體層係由下層朝向上層依序包括InGaAsP活性層、第1第2導電型InP包覆層， 前述EA構造係由下層朝向上層依序包括InGaAsP芯層、第2第2導電型InP包覆層， 前述再成長層係第2導電型InGaAs接觸層， 前述原料氣體係TMI氣體。
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