WO2021140647A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
- Prior Patent 1 the composition structure in the vertical direction, which is the basis of the mesa structure, is prepared by the MOVPE (metal-organic vapor phase epitaxy) method, and then the mesa stripe is formed by etching to modify the mesa stripe.
- MOVPE metal-organic vapor phase epitaxy
- a method is disclosed in which the upper part is coated with a resist, a part of the mesa stripe exposed by etching is removed to form a core layer, the resist is removed, and the mixture is regrown by the MOVPE method to form an embedded layer.
- the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that reduces resist defect defects and obtains a desired processed shape.
- the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present application includes a step of providing a ridge portion on the surface of the InP substrate, a step of applying a photoresist on the surface of the InP substrate so as to cover the ridge portion, and a head of the ridge portion.
- defects generated in the resist pattern for etching the crown of the ridge portion are repaired by forming a crosslinked portion with a shrink material to reduce resist defect defects and obtain a desired processed shape. Obtainable.
- FIG. It is a top view which shows the structure of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a top view of the semiconductor device before processing by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing of the semiconductor device before processing by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 1 It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 2 It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It It is a flowchart which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a top view which shows the manufacturing process of the semiconductor device by the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 1 is a plan view showing a post-manufacturing process of a semiconductor device using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present application.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
- the electrode contact portion 5a is left on the crown of the ridge portion 4.
- the LD (Laser Diode) portion 41 and the wavelength modulator portion 42 in which the electrode contact portion 5a is removed from the crown portion of the ridge portion 4 are formed.
- the electrode contact portion 5a becomes an unnecessary portion at the connected portion and needs to be removed.
- FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device manufacturing process before processing using the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 6 to 11 are sectional views in each manufacturing process of the semiconductor device using the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment
- FIG. 12 is a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. It is a flowchart which shows the manufacturing procedure of. Hereinafter, the manufacturing method thereof will be described with reference to this figure.
- InP, InGaAs, etc. are laminated on the surface 2 of the InP substrate 1 by the MOVPE method as shown in FIGS. 4 and 5. Then, by etching the InP substrate 1 with a protective mask, a mesa stripe composed of a laminated body is formed on the convex portion 4a of the InP substrate 1 (step S1201).
- the structure is such that the waveguide (InGaAs) 3 is sandwiched between the ridge portion 4 (ridge portion 4a and ridge portion 4b), and further, the electrode contact portion 5 is arranged on the crown portion of the ridge portion 4, and the LD
- the electrode contact portion 5b of the portion 41 is an unnecessary layer to be removed, but the electrode contact portion 5a of the wavelength modulator portion 42 is a necessary layer. Since the step between the mesa stripe and the substrate surface 2 is as large as several ⁇ m, it is important to secure the resist coverage of the step portion and the focal margin at the time of exposure in the resist process of semiconductor manufacturing.
- the photoresist 10 is applied onto the InP substrate 1 so as to cover the ridge portion 4 (step S1202).
- the photoresist 10 is spin-coated so as to cover the crown of the ridge portion 4 so as to be flat, and then prebaked.
- the photoresist 10 includes THMR (registered trademark) -iP1800-3650 series manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. as a positive resist having sensitivity to i-line (wavelength 365 nm), and the resist thickness is adjusted by viscosity and spin rotation speed. Then, the process is carried out using a hot plate at a heating temperature of 90 ° C. and a processing time of 120 seconds.
- the photoresist 10 used here is made of a commonly used material, and is a mixture of a photosensitizer NQD (naphthoquinone diazide), a novolak resin, and thinner for dissolving and applying them. Most of the thinner is evaporated by prebaking after coating, and the photoresist 10 is mainly composed of a photosensitizer and a resin.
- the resist thickness should be made larger than the step of the ridge portion 4 in consideration of the step coverage according to the mesa step.
- the InP substrate 1 covered with the photoresist 10 and the mask 20 are aligned, and as shown in FIG. 7, the region of the photoresist 10 corresponding to the electrode contact portion 5b to be removed is exposed (step S1203). ).
- the exposure is performed by irradiating the i-line exposure light L.
- the mask 20 forms an exposure region on the transparent glass mask 21 by the mask shading portion 22.
- the mask 20 having the area of the mask shading portion 22 corresponding to the crown of the electrode contact portion 5b to be removed is aligned, but the center is deviated by the amount of misalignment.
- the opening width of the mask shading portion 22 needs to be determined in relation to the amount of side etching during the etching process. In the first embodiment, the mask shading portion 22 having the same width as the crown portion of the ridge portion 4 or a slightly wider opening width is used.
- the exposure light L that has passed through the mask 20 is separated into an exposed portion 31 and an unexposed portion 32 by exposing the photoresist 10.
- the photosensitive agent NQD of the photoresist 10 is photodecomposed to generate an acid 33.
- a small amount of photodecomposed acid 33 is present at the interface of the unexposed portion 32 of the resist 10 with the exposed portion 31.
- the exposed unit 31 is developed with a developing solution (step S1204).
- An alkaline developer for example, TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is used for development, and after development, it is washed with water and dried.
- TMAH tetramethylammonium hydroxide
- the photosensitive agent NQD enters between the polymers of the novolak resin and suppresses dissolution in the developing solution by an intermolecular force, while in the exposed portion 31, the photosensitive agent NQD is photodecomposed. It becomes acid 33 and is easily dissolved in an alkaline developer.
- a desired resist pattern 11 is formed by utilizing the difference in solubility of the exposed portion 31 and the unexposed portion 32 in the developing solution.
- FIG. 13 is a plan view of the exposed portion 31 after being developed with a developing solution.
- FIGS. 13 and 8 by applying and prebaking the photoresist 10 on the step of the ridge portion 4 and exposing it to a strong alkaline developer, local stress is concentrated on the photoresist 10 around the step of the ridge portion 4. It is easy and resist cracks 13, 14 and 15 may occur. Further, a deep resist dent 12 is easily formed on the side wall of the ridge portion 4 due to the misalignment of the ridge portion 4 with respect to the step.
- the resist crack 13 has penetrated into the unexposed portion 32 of the photoresist 10 on the electrode contact portion 5a of the wavelength modulator portion 42 to be covered, and cannot cover the electrode contact portion 5a.
- the resist recesses 12 and resist cracks 14 and 15 expose the waveguide 3 to be covered. If etching is performed in the state where the resist dents 12 and the resist cracks 13, 14, and 15 are defective, the electrode contact portion 5a and the waveguide 3 are abnormally etched, and the desired device characteristics cannot be obtained.
- a defect repair step is introduced to repair the defective portion, and the shrink material 16 is applied to the defective portion as shown in FIG. 9 (step S1205).
- the shrink material 16 which is a liquid substance containing a cross-linking agent is uniformly applied onto the substrate on which the resist pattern 11 is formed by spin coating, and the defective portions of the resist dents 12 and resist cracks 13, 14 and 15 are formed. Let it get into the gap.
- the shrink material 16 for example, the fine pattern forming material described in Japanese Patent No. 3071401 is used.
- the shrink material 16 is reacted with the acid 33 remaining at the exposed interface of the resist pattern 11 to form a crosslinked portion 17 (step S1206), and the defective portion is repaired.
- the shrink material 16 is prebaked at a heating temperature of 120 ° C. and a treatment time of 2 minutes using a hot plate, it reacts with the acid 33 to form a crosslinked portion 17, which cannot be peeled off by washing with water or the like, and the defective portion is repaired with a shrink agent. Will be done.
- the unreacted shrink material 16 can be easily peeled off by washing with water or the like.
- step S1207 the unnecessary electrode contact portion 5b is removed by etching (step S1207), and the resist pattern 11 and the crosslinked portion 17 are further removed (step S1208).
- the shape is obtained.
- any resist may be used as long as it is irradiated with exposure light to generate acid, and similarly, the developer may be other than an alkaline developer.
- the defect portion generated in the resist pattern 11 for etching the crown portion of the ridge portion 4 is repaired by forming the crosslinked portion 17 with the shrink material 16 to reduce the resist defect defect, which is desired.
- the processed shape can be obtained.
- Electrode part 1 InP substrate, 2 surface, 3 waveguide, 4 ridge part, 5b electrode contact part (electrode part), 10 photoresist, 12 resist dent (defect part), 13, 14, 15 resist crack (defect part), 16 shrink Material, 17 cross-linked part, 20 mask, 31 exposed part, 33 acid.
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Abstract
InP基板(1)の表面にリッジ部(4)を設ける工程と、リッジ部を覆うようにInP基板の表面にフォトレジスト(10)を塗布する工程と、リッジ部の頭部にある電極コンタクト部の一部を覆うフォトレジストの領域をマスク(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、レジストパターンの形成時に発生したレジストパターン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、レジストパターンの露光した界面に残存する酸(33)とシュリンク材を反応させて欠陥部に架橋部(17)を形成して修復する工程と、未反応のシュリンク材を剥離した後、欠陥部を修復したレジストパターン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み、所望の加工形状を得る。
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。
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.
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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