JPH0580527A - 干渉露光に関わる半導体装置の製造方法 - Google Patents

干渉露光に関わる半導体装置の製造方法

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JPH0580527A
JPH0580527A JP3240953A JP24095391A JPH0580527A JP H0580527 A JPH0580527 A JP H0580527A JP 3240953 A JP3240953 A JP 3240953A JP 24095391 A JP24095391 A JP 24095391A JP H0580527 A JPH0580527 A JP H0580527A
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JP
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pattern
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JP3240953A
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Manabu Matsuda
松田  学
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 DFBレーザの回折格子であるコルゲーショ
ン構造を、位相が正確に半周期ずれたものとして形成す
る方法を提供すること。 【構成】 一回の干渉露光処理によりコルゲーションの
全長にわたってレジストの格子パターンを形成してお
き、コルゲーションの半分はこのレジストパターンをマ
スクとする選択エッチングで形成し、他の部分では、こ
のレジストパターンを用いて自己整合的に相補的マスク
パターンを形成した上で、この相補的マスクパターンを
用いて選択エッチングを施し、コルゲーションの残り半
分を形成する。 【効果】 コルゲーションの周期性の基礎となるパター
ンが、その全長にわたって一度に形成されるため、反転
部分の位相のずれが正確に半周期となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板面に周期的な
凹凸形状を形成する方法に関わり、特に、干渉露光法と
の組合わせによって、部分的に位相が反転した周期的凹
凸パターンを形成する方法に関わる。
【0002】半導体レーザの中、DFBレーザには特定
波長の発振を行わせるためにグレーティング導波路が設
けられている。その回折格子(コルゲーションと呼ばれ
る)の周期は、0.2μmといった微細なものであり、通常
のフォトリソグラフィでは形成し得ないものであること
から、干渉露光法によって所定の周期を持つレジストパ
ターンを形成し、これをマスクとしてInP等の化合物
半導体層に選択エッチングを施して形成することが行わ
れている。
【0003】一方、DFBレーザのコルゲーションはそ
の中央を境にして凹凸の位相がシフトした構造であるこ
とから、通常の方法では1回の干渉露光だけでその全体
を形成することはできないという事情がある。
【0004】
【従来の技術】干渉露光法を用いてこの種のコルゲーシ
ョンを形成する従来技術に、誘電体を光路に介在させて
屈折率の差による干渉縞発生位置をずらせるものがあ
り、本発明者による発明が特願平1−32460、特願
平2−76421として先行出願されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】DFBレーザのコルゲ
ーションは、上記の位相シフト量が回折格子の周期で半
周期に設定される場合が多いので、このような位相シフ
ト量を確実に実現する回折格子の形成方法が提供されれ
ば、光半導体素子の製造技術や光通信などの光半導体素
子の利用技術の発達に資するところが大となる。
【0006】本発明の目的は、1回の干渉露光によっ
て、相互に位相が半周期ずれた2つの領域を持つコルゲ
ーションを形成する方法を提供することであり、更に他
の目的は優れた波長特性を持つ半導体レーザを形成する
方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法に包含されるコルゲ
ーションの形成に於いては、一回の干渉露光処理によっ
て、コルゲーションの全長にわたってマスク層に格子パ
ターンを形成しておき、コルゲーションの半分はこのマ
スクパターンを用いる選択エッチングで形成し、他の部
分では、このマスクパターンを用いて自己整合的に相補
的マスクパターンを形成した上で、この相補的マスクパ
ターンを用いて選択エッチングを施し、コルゲーション
の残り半分を形成することが行われる。因みに、本明細
書でマスクパターンと呼ぶのは選択エッチング用マスク
のパターンであって、フォトマスク等の選択露光用パタ
ーンではない。
【0008】
【作用】本発明では最初に、全長にわたって一貫した周
期性を持つマスクパターンが形成され、位相が反転され
る領域ではこのマスクパターンの格子に対して相補的な
格子のマスクパターンが自己整合的に形成されるため、
両マスクパターンの周期性は連続しており、位相だけが
完全に半周期ずれたものとなる。従って、この両パター
ンを用いてコルゲーションが形成されたDFBレーザで
は、単一モード発振が実現し、波長特性の良好な半導体
レーザが得られることになる。
【0009】図1はこの状況を説明する原理的工程図で
ある。以下、同図を参照しながら本発明の原理的工程を
説明する。例えばInPのような半導体である基板1
に、干渉露光法によって周期的パターンである第1のマ
スク2を形成する。この状態が同図(a)であり、第1の
マスクは例えばポジ型のレジストである。同図(b)に示
される如く、基板の一部を被覆材3で覆って基板をエッ
チングすると、第1のマスクの開いている部分が選択的
にエッチングされ、被覆材で被覆されない基板領域に周
期的な凹凸が形成される。被覆材として例えばネガ型の
レジストを使用することが可能である。
【0010】被覆材を除去し、CVD法などの方法で誘
電体層を被着して、該誘電体層が優先的にエッチングさ
れる処理法で全面エッチングを行うことにより、同図
(c)に示されるように、第1のマスクのパターンの間を
埋めて第2のマスク4が形成される。誘電体材料として
は二酸化シリコンなどが適している。第1のマスクパタ
ーンは以後不要であるから除去する。
【0011】続いて同図(c)に示されるように、既に凹
凸が形成された側の基板を被覆材3で覆い、同図(e)に
示されるように、第2のマスク4をエッチングマスクと
して基板をエッチングする。被覆材は先行工程で使用し
たものと同じでもよく、エッチング耐性のある材料なら
何で使える。
【0012】被覆材と第2のマスクを除去すれば、同図
(f)の如く反転境界を挟んで位相が完全に反転したコル
ゲーションが得られている。なお、上記処理に於いて、
用済みになった部分の第1のマスクを除去する時期の選
択や、不要部分の第2のマスクは形成しないといった選
択は自由である。
【0013】更に本発明では、最初に形成されるマスク
パターンによる基板のエッチング工程は、相補的マスク
パターン形成工程中の適当な時期に実施し得るので、処
理方法やその実施条件の選択の点で自由度がある。
【0014】
【実施例】本発明の基本的な処理は上記の通りである
が、実際に半導体レーザの形成に適用する際には、処理
方法や処理順序の選定が行われる。以下、本発明の複数
の実施例を説明する。
【0015】図2は、請求項2に対応する第1の実施例
の工程を模式的に示す図である。以下、同図を参照しな
がら、第1の実施例を説明する。本実施例では最初に格
子の位相反転境界の一方の基板表面をエッチングし、高
さGの段差を設けておく。Gは形成しようとするコルゲ
ーションの深さであり、基板1の材料は例えばInPで
ある。この基板面にポジ型のフォトレジストを塗布し、
干渉露光によって周期0.2μmの縞状のマスクパターン1
2を形成する。この状態が同図(a)に示されている。な
お、図ではマスクパターンの縁と段差の位置は正確に一
致しているが、これは必須要件ではなく、段差の位置は
多少ずれていてもかまわない。
【0016】ここでフォトレジストのマスクパターンを
利用して格子形成領域の全域に選択エッチングを施す。
このエッチング処理は異方性であることが望ましく、反
応性イオンエッチング(RIE)等のドライエッチングが
適している。このエッチングによって形成される溝の深
さもGとする。この状態が(b)に示されている。
【0017】次に、この溝を二酸化シリコン(SiO2)
等の誘電体材料14で充填する。実地の処理では、基板全
面にSiO2 層を被着した後、全面エッチングでSiO
2 層の厚さを減ずることにより、溝中にSiO2 を残す
ことが行われる。これが第1のマスクパターンに対し相
補的な第2のマスクとなる。ここで使える充填材料に
は、窒化シリコン等の誘電体材料の他に特性を異にする
レジスト材料がある。
【0018】続いて、最初に形成したポジ型レジストの
格子パターン12を全て除去し、段差の低い方の領域をフ
ォトレジスト等の被覆材13で覆って、基板に再度RIE
処理を施す。この処理ではSiO2 のパターンをマスク
とする選択エッチングが行われるが、その際のエッチン
グ量を2Gとすることにより、形成済みの格子と同じ深
さの溝が設けられる。
【0019】以上の処理により、位相が完全に反転した
領域を持つ回折格子が形成されることになる。図3は本
発明の第2の実施例の工程を模式的に示す図である。以
下、同図を参照しながら第2の実施例を説明する。
【0020】InPである基板1の表面にCVD等の方
法によってSiO2層を0.5〜0.8μmの厚さに堆積形成
し、干渉露光を利用したフォトリソグラフィ処理でこの
SiO2 層を周期0.2μmの格子パターン22とする。こ
の状態が同図(a)に示されている。
【0021】位相反転境界の一方の側をレジスト13で被
覆し、SiO2 の格子パターン22をマスクとして基板に
選択エッチングを施して深さGの溝を形成する(同図
(b))。次にこのレジストを除去し、SiO2 の格子パタ
ーンを残したままMOVPEによりInGaAs層を堆
積成長させると、SiO2 上には成長せず、InP基板
面だけに成長が進行する(同図(c))。この結晶成長はエ
ピタキシャル成長であってもよく、多結晶層の成長であ
ってもかまわない。
【0022】InGaAs層の厚さがGの1/2以上とな
ったところでエピタキシャル成長を終了させ、SiO2
の格子パターンを除去する。基板上にはInGaAs層
で形成された第2の格子パターン15が残される(同図
(d))。この1/2という値は後続のエッチング処理に於け
る選択比が2であることから定まるもので、選択比がn
倍であれば1/n以上ということになる。
【0023】同図(e)の如く、既に選択エッチングが行
われた領域をフォトレジスト13などで被覆し、メタン系
或いはエタン系のガスを用いるRIE処理を施す。既に
述べたように、InPはInGaAsの2倍の速さでエ
ッチングされるので、InP基板に深さGの溝が形成さ
れるまでInGaAsの格子パターン15は残っており、
選択エッチングだけが行われる(同図(f))。
【0024】フォトレジスト13を除去し、H2SO4+H
22 系のエッチング液で処理すると、InGaAsが
除去されて同図(g)のように部分的に位相が反転したコ
ルゲーションが出来上がる。
【0025】図4は本発明の第3の実施例の工程を模式
的に示す図である。以下、同図を参照しながら第3の実
施例を説明する。本実施例では最初に、InP基板の位
相反転境界の一方の側にAlGaAs或いはAlInA
sのようなAlを構成元素とする化合物半導体層16を形
成する。これは全面成長後に不要の側をエッチング除去
することでも形成できるが、選択成長でも形成可能であ
る。この実施例ではAlGaAsである。
【0026】次にコルゲーション領域全面にポジ型フォ
トレジストの格子パターン12を上述の実施例と同様の方
法で形成する(同図(a))。Al系半導体層が設けられた
側の基板面をレジスト13などで被覆し、RIEにより選
択エッチングを施して、基板に深さGの溝を形成する
(同図(b))。
【0027】レジスト13を除去し、基板に酸素プラズマ
処理を施すと、AlGaAs層中のAlの酸化が速やか
に進行し、アルミナを主体とする酸化物層17が形成され
る(同図(b))。この処理では基板のInPは殆ど酸化さ
れることはない。フォトレジストのパターンを除去する
と、同図(d)に示すように、第2のマスクパターンであ
る酸化物層17の格子パターンが得られる。容易に理解さ
れるように、このパターンは最初のフォトレジストのパ
ターン12に対して相補的である。
【0028】既に格子状の溝が形成されている領域をレ
ジスト13などの被覆材で覆い(同図(e))、酸化物層17を
マスクとする選択エッチングを行えば、溝が未形成の領
域にも格子状に溝が形成される(同図(f))。いうまでも
なく、これらの溝の深さはGである。
【0029】レジスト、酸化物層、Al系半導体層を除
去すれば同図(g)の如く、位相反転領域を含むコルゲー
ションが基板に形成されている。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では最初に全長にわたって格子状のマスクパターンを形
成し、部分的にそれに相補的なパターンを形成してマス
クパターンとしていることから、コルゲーションの位相
反転が自己整合的に行われ、位相のずれが正確に半周期
となる。
【0031】その結果、本発明の方法をDFBレーザの
製造に適用することにより、波長特性の優れた半導体レ
ーザの形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理的工程を示す図
【図2】 第1の実施例の工程を示す模式図
【図3】 第2の実施例の工程を示す模式図
【図4】 第3の実施例の工程を示す模式図
【符号の説明】
1 基板(InP) 2 第1のマスク 3 被覆材 4 第2のマスク 12 フォトレジスト 13 レジスト 14 誘電体 15 InGaAs 16 AlGaAs 17 酸化物層 22 SiO2

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板(1)に、第1の材料から成り
    周期構造を持つ第1の選択エッチング用マスクパターン
    (2)を干渉露光法によって形成する工程と、 該マスクパターンを用いて該基板の一部に選択的エッチ
    ングを施す工程と、 該マスクパターンを用いて該基板の他の部分に該パター
    ンと相補的である第2の選択エッチング用マスクパター
    ン(4)を第2の材料によって形成する工程と、 該第1のマスクパターンを除去した後、該第2のマスク
    パターンを用いて該基板の他の一部に選択的エッチング
    を施す工程とを包含して成ることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板面に、一定周期の凹凸を持ち
    且つ該周期を継続しながら部分的に凹凸が反転している
    形状を形成するに際し、 該凹凸の深さGと同じ高さの段差を該基板(1)の該凹凸
    反転境界位置に設け、 該基板面に第1のマスクとなるレジスト層を被着し、干
    渉露光法によって該段差の両側にわたって一定周期を持
    つレジストパターンを形成し、 該周期性レジストパターンをマスクにして、該基板を該
    深さGだけ選択的にエッチングし、 該基板面にマスク材料層を被着し、該マスク材料層の厚
    さを均一に減ずる処理を施して該選択エッチングがなさ
    れた該基板の凹部に該マスク材料層を充填することによ
    って、第2のマスクパターン(14)を形成し、 該段差を境界として該基板の低い側の領域を被覆材層(1
    3)で被覆し、該第2のマスクパターンをマスクとして該
    基板を選択的に2Gの深さにエッチングする処理が行わ
    れることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板表面に、一定周期の凹凸を持
    ち且つ該周期を継続しながら部分的に凹凸が反転してい
    る形状を形成するに際し、 該基板(1)の表面に二酸化シリコン層を被着した後、干
    渉露光法を適用したフォトリソグラフィ処理によって該
    凹凸周期と同一の周期を持つ二酸化シリコン層の第1の
    マスクパターン(22)を形成し、 該凹凸の反転境界の一方の側の該基板表面を被覆材層(1
    3)で被覆した後、該第1のマスクパターンをマスクとし
    て他方の側の該基板面に深さGの選択エッチングを施
    し、 該被覆材層を除去した後、該基板の露出面に該基板とは
    被エッチング特性の異なる半導体層を選択的にエピタキ
    シャル成長させた後、該第1のマスクパターンを除去し
    て該被エッチング特性の異なる半導体層から成る第2の
    マスクパターン(15)を形成し、 該凹凸反転境界の一方の側であって深さGの選択エッチ
    ングが施されている該基板面を被覆材層(13)で被覆した
    後、該第2のマスクパターンをマスクとして該基板の他
    方の側に深さGの選択エッチングを施す処理が行われる
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板表面に、一定周期の凹凸を持
    ち且つ該周期を継続しながら部分的に凹凸が反転してい
    る形状を形成するに際し、 該基板(1)の表面の該凹凸の反転境界の一方の側にアル
    ミニウムを構成元素の一とする化合物半導体層(16)を堆
    積形成した後、該基板面にレジスト層を塗布し、干渉露
    光法によって該レジスト層に該凹凸周期と同一周期を持
    つ第1のマスクパターン(12)を形成し、 該凹凸反転境界の一方の側であって該化合物半導体層が
    堆積形成された部分の該基板面を被覆材層(13)で被覆
    し、該第1のマスクパターンをマスクとして該基板面に
    深さGの選択的エッチングを施した後、 該被覆材層を除去し、該基板表面を酸素プラズマで処理
    して該化合物半導体層の露出面を酸化することによっ
    て、酸化物層から成る第2のマスクパターン(17)を形成
    し、 該第1のマスクパターンを除去すると共に、該基板面の
    該化合物半導体層が形成されていない部分を被覆材層(1
    3)で被覆した後、該第2のマスクパターンをマスクとし
    て該化合物半導体層及び該基板を選択的にエッチング
    し、該基板に深さGの選択エッチングを施す処理が行わ
    れることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4の半導体装置の製造方法に於い
    て、前記第1のマスクパターンが形成されるレジスト層
    がノボラック系のポジ型レジストであり、該第1のレジ
    ストパターンを部分的に被覆する被覆材がネガ型環化ゴ
    ム系のレジストであることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2〜5の半導体装置の製造方法に
    包含される前記マスクパターン形成時のマスク層の選択
    エッチング或いは前記基板の選択エッチングを、異方性
    のドライエッチングによって行うことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6の半導体装置の製造方法であっ
    て、前記異方性のドライエッチングが反応性イオンエッ
    チングであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7の半導体装置の製造方法に
    於いて、製造される半導体装置がDFBレーザであるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP3240953A 1991-09-20 1991-09-20 干渉露光に関わる半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0580527A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281455A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Asml Netherlands Bv リソグラフィ処理セルおよびデバイス製造方法
JP2022024037A (ja) * 2015-10-13 2022-02-08 マイクロタウ アイピー ピーティーワイ リミテッド 微細構造パターン

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