JPH09331104A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH09331104A
JPH09331104A JP14705396A JP14705396A JPH09331104A JP H09331104 A JPH09331104 A JP H09331104A JP 14705396 A JP14705396 A JP 14705396A JP 14705396 A JP14705396 A JP 14705396A JP H09331104 A JPH09331104 A JP H09331104A
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卓磨 平松
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秀典 河西
Hiroaki Ikeda
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リッジ型構造を有する半導体素子の製造工程
において、リッジ部直上のみの絶縁膜を除去するとき
に、レジスト膜厚のウェハ面内分布のばらつきによっ
て、リッジ部直上以外の絶縁膜をエッチングしてしまう
問題があった。 【解決手段】 上記問題点を解決するため、本発明で
は、リッジ部直上のレジストをエッチングする際、未露
光状態で現像処理することによって、レジストを膜減り
させることで行った。この方法によって、レジスト膜厚
の面内分布に対するプロセスマージン及び工程の簡略化
が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に関し、特に、光通信システムや光情報処理システ
ム等の光源として用いるリッジ構造を有する実屈折率導
波型半導体レーザー素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリッジ構造を有する実屈折率導波
型半導体レーザ素子の製造方法として、特開平1−11
7327号公報に開示された方法を説明する。図4に、
同公報に開示された作製方法を示す。図4において、4
1はn−GaAs基板、42はn−GaAsバッファ層
(厚さ1μm)、43はn−Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層(厚さ2μm)、44はGaAs(100Å)/A
l0.2Ga0.8As(30Å)多重量子井戸活性層(4ウ
ェル)、45はp−Al0.4Ga0.6Asクラッド層(厚
さ1.5μm)、46はp−GaAsキャップ層(厚さ
1.5μm)である。
【0003】まず、上記の層を積層した後、p−GaA
sキャップ層45の上に2.5μm幅のフォトマスクを
形成し、p−GaAsキャップ層45及びp−Al0.4
Ga0.6Asクラッド層46をGaAs/Al0.2Ga
0.8As多重量子井戸活性層44の手前0.2μmまで
RIE(反応性イオンエッチング)法により、エッチン
グ除去してリッジ部を形成する。以上の工程までの半導
体レーザ素子の断面図を図4(a)に示す。
【0004】次に、全面をプラズマCVD(化学気相成
長)法により、厚さ1200Åの絶縁膜であるSiN膜
47で被覆する。以上の工程までの半導体レーザ素子の
断面図を図4(b)に示す。
【0005】この上からレジスト膜48(Az137
0;ヘキスト製)をリッジ部外の平坦部上で1μm厚と
なるようにスピンコートする。以上の工程までの半導体
レーザ素子の断面図を図4(c)に示す。
【0006】この際、リッジ部直上のレジスト膜厚は、
リッジ部外の平坦部のレジスト膜厚に比べ薄くなること
を利用して、O2雰囲気でRIE法によりレジスト膜を
全面に対してエッチングし、リッジ部直上のSiN膜の
みを露出させる。以上の工程までの半導体レーザ素子の
断面図を図4(d)に示す。
【0007】次に、CF4雰囲気で、RIE法等でp−
GaAsキャップ層46が露出するまで絶縁膜を除去す
る。以上の工程までの半導体レーザ素子の断面図を図4
(e)に示す。
【0008】以上の工程により、p−Al0.4GaO.6A
sクラッド層45とSiN膜47の屈折率差による横方
向の光閉じ込めと、電流をリッジ部に有効に注入するた
めの窓構造が実現される。
【0009】同公報によって示された製造方法を用いる
ことによって、マスク合わせを必要とする困難なフォト
リソグラフィー技術を伴わない、セルフアラインプロセ
スによるリッジ部直上の絶縁膜のみのエッチング除去が
可能となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では以下の問題点があった。
【0011】レジスト塗布後に、レジストエッチングを
行い、リッジ部直上の絶縁膜のみを露出させる前述の工
程において、図4(d)のようなレジスト形状を得るた
めには、リッジ部直上の絶縁膜を確実に露出させ、且
つ、エッチングを適当な時間で終了することでリッジ部
以外のレジスト膜は残す必要がある。従って、ウェハ面
内で該レジスト膜の厚さに分布がある場合には、半導体
素子製造における歩留まりの点で問題が生ずる。
【0012】以下、図5(c)〜(e)を参照して、こ
れについて詳しく説明する。
【0013】通常の半導体レーザー素子製造において
は、リッジ部とリッジ部との間隔はレーザーチップの取
り扱いを容易にする等のため100〜400μm程度と
される。各層の屈折率に応じて光導波路としてのリッジ
部の形状は、活性層より生じる光がp−GaAsキャッ
プ層45の吸収の影響を及ぼさないようにリッジ部の高
さを0.5〜2μm程度に、またレーザー光出力を上げ
ても高次モードが出現しないようにリッジ幅を1〜5μ
m程度に設定する。
【0014】半導体レーザ素子の上面にSiN膜47を
成膜し、さらにその上にレジスト膜をスピンコートする
際、リッジ部直上のレジスト膜厚と隣合うリッジ部とリ
ッジ部の間の平坦部(以下、リッジ部外の平坦部と記
す。)上とのレジスト膜厚とに十分な差を確保するため
には、比較的低粘度(5〜30cst)のレジスト膜を
低回転(3000〜5000rpm程度)でスピンコー
トする等、各条件を適宜選定することが必要である。し
かし、ウェハ全面において均一に所望のレジスト形状を
実現するのは容易ではなく、ウェハ周辺部においてはリ
ッジ部近傍の平坦部上の膜厚「D’」が、リッジ直上部
での厚さ「d」及びリッジから十分離れた平坦部での厚
さ「D」に対してd<D’<Dとなる不良箇所50が比
較的多く発生する。この状態での半導体レーザ素子の断
面図を図5(c)に示す。
【0015】この時、ドライエッチングでリッジ部直上
の絶縁膜を確実に露出させるようにエッチングを行うこ
とによって、リッジ部外の平坦部のSiN膜の一部4
7’も露出する。この状態での半導体レーザ素子の断面
図を図5(d)に示す。
【0016】次に、SiN膜のエッチングを行う工程で
はリッジ部外の平坦部の半導体層の一部45’が露出す
ることとなり、素子特性上好ましくない無効電流が発生
する。この状態での半導体レーザ素子の断面図を図5
(e)に示す。従って、該レジストエッチング時間を厳
密に最適化することが必要になり、また、半導体レーザ
素子製造における歩留まりが向上しない等の問題があっ
た。
【0017】以上の問題点を鑑みて、本発明に係る半導
体レーザ素子の製造方法は、リッジ部の直上のみのSi
N膜を除去する工程において、レジスト膜厚等のウェハ
面内分布に対して許容範囲が広く、かつ、再現性にも優
れたレジスト膜厚を調整する方法を提供して、特性の揃
った良好な半導体レーザ素子を歩留り良く製造すること
を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、微小突起部を有する基板上に、第1の膜
を形成する工程と、第1の膜上にレジスト膜を形成する
工程と、前記レジスト膜を感光させず、基板を現像液に
浸液することによって、前レジスト膜を膜減りさせて、
前記微小突起部上のみ第1の膜を露出させる工程と、前
記露出させた部分の第1の膜を除去する工程を有するこ
とを特徴とする。
【0019】又、本発明に係る請求項1に記載の半導体
素子において、特に、前記微小突起部を有する基板が、
リッジ構造を有する半導体レーザ素子を有した基板であ
ることを特徴とする。
【0020】また、本発明に係る請求項2に記載の半導
体素子において、前記リッジ構造を有する半導体レーザ
素子を有した基板において、リッジ部外の平坦部の寸法
に対するリッジ部の幅の比が0.3より小さいことを特
徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を説明する。
【0022】図1に、リッジ構造を有する実屈折率導波
型半導体レーザー素子の製造工程における本発明の実施
の形態を示す。
【0023】まず、下記に示す半導体層を積層し、その
後、5μm幅のレジストマスクを用いてウェットエッチ
ングにより幅2.5μm, 高さ1.3μmのリッジ部を
形成し、レジストマスクを除去した後、基板全面にプラ
ズマCVD法により絶縁膜であるSiN膜19を厚さ3
000Å形成した状態である。以上の工程までの半導体
レーザー素子の断面図を図1(a)に示す。ここで、1
1はn−GaAs基板、12はn−GaAsバッファ層
(厚さ1μm)、13はn−Al0.6Ga0.4Asクラッ
ド層(1μm)、14はAl0.18Ga0.82As活性層
(0.08μm)、15はp−Al0.5Ga0.5Asキャ
リアバリア層(0.2μm)、16はp−Al0.25Ga
0.75Asガイド層(0.1μm)、17はp−Al0.75
Ga0.25Asクラッド層(0.8μm)、18はp−G
aAsコンタクト層(0.5μm)である。
【0024】この上からレジスト膜20(溶解阻止型ノ
ボラック樹脂系ポジレジスト、粘度約5cst)を40
00rpmでスピンコートし、ホットプレート上で90
℃,100秒のソフトベーキングを行なう。以上の工程
までの半導体レーザー素子の断面図を図1(b)に示
す。ウェハ中心部のリッジ部から離れた平坦部上でのレ
ジスト膜厚「D」は約5000Å、リッジ部直上でのレ
ジスト膜厚「d」は約1000Åであり、またウェハ周
辺部では、図5(c)に示したようなレジスト膜の薄い不
良平坦部の厚みD’のウェハ面内での最小値「D’mi
n」は約2000Åであった。
【0025】このウェハのレジスト膜を感光させないま
ま、10℃に保った現像液(有機アルカリタイプ;テト
ラアンモニウムハイドロオキサイド水溶液)中に60秒
間静止保持し、膜減りさせる。(以下、現像液エッチン
グと記す。)この時、攪拌は行なわない。これによりS
iN膜19'をリッジ部直上のみを露出させる。以上の
工程までのレーザー素子の断面図を図1(c)に示す。
【0026】次に、レジスト膜の耐薬品性を高めるため
110℃,100秒のハードベークを行なう。その後、
レジスト膜は侵さずSiN膜19に選択的にアタックす
るエッチャントBHF(バッファードフッ酸)を用いて
GaAsコンタクト層18が露出するまでエッチング
し、レジスト剥離、基板研磨、メタライゼーション等、
通常のレーザーダイオードの製造プロセスを適用して半
導体レーザ素子が完成する。以上の工程までの半導体レ
ーザー素子の断面図を図1(d)に示す。
【0027】現像液エッチング時間tに対するリッジ部
外の平坦部上でのレジストの膜減り量「ΔD」及びリッ
ジ部直上でのレジストの膜減り量「Δd」の変化を調べ
た結果を図2(a)に示す。上述した条件でレジスト膜
をスピンコートし、10℃で現像液エッチングを行っ
た。常にΔd>ΔDであり、ΔDはtの増大につれて飽
和するが、Δdにおいてはこの傾向は顕著には認められ
ないことがわかる。
【0028】従って、リッジ部直上のレジスト膜を優先
的に膜減りさせることができ、膜減り量の面内ばらつき
(±約250Å)を考慮すると、図中に示した50<t
<100(秒)程度の範囲では、リッジ部直上の厚さ約
1000Åのレジスト膜を除去すると同時に リッジ外平坦部での膜減り量ΔD<リッジ部外の平坦部
で最も薄いレジスト膜厚D’min も満たされ、確実にリッジ部外の平坦部での絶縁膜抜け
による不良発生を防止できる。
【0029】一方、レジスト膜厚調整を、全面均一にド
ライエッチング等で行う場合には、レジスト膜厚の面内
分布を直接反映するため、エッチングの面内ばらつきを
考慮するとエッチング許容時間は非常に狭い範囲とな
り、リッジ部外の平坦部でのレジスト膜抜けを低減する
ことは困難である。
【0030】また、本発明のようにレジスト膜を未露光
のまま現像液エッチングする方法では、レジストの膜減
り量は各プロセス条件に依存する。以下では、溶解阻止
型ノボラック樹脂系ポジレジストの有機アルカリタイプ
現像液による現像液エッチングにおいて、望まれる各プ
ロセス条件について説明する。
【0031】まず、2.5μm幅のリッジ部直上の厚さ
1000Åのレジスト膜をほぼ消失させるエッチング時
間をΔt、リッジ外の平坦部上レジスト膜を同様に10
00Å膜減りさせるのに要する時間をΔTとして、十分
なプロセスマージンの取れるΔT/Δt≧1.5を基準
に評価した。図2(a)の場合、ΔT/Δt=60/3
0=2である。ホットプレートによる100秒間のソフ
トベークの温度を横軸に取った場合のΔT/Δtを図2
(b)に示す。レジストスピンコート及び現像液エッチ
ングの条件は、図2(a)の時と同条件とした。70℃
ではベークが不十分で溶媒がレジスト膜中に残るため、
膜減り速度が大きくΔT/Δt=1となる。温度を上げ
ればほぼΔT/Δt=2となるが、180℃以上ではリ
ッジ上でレジストが丸く盛り上がる場合が見られ、評価
が困難であった。また、150℃以上のベーク温度で
は、全てのプロセスが終了した後のレジスト剥離が困難
になるので、80〜150℃程度でのベークが望まし
い。110℃以上でベークする場合には、エッチング後
のハードベークは不要である。
【0032】現像液エッチング条件は変えず、ソフトベ
ーク温度を90℃とし、その時間を変えて同様の実験を
行なったところ、60秒以上でほぼΔT/Δt=2が得
られた。ベーキングの効果はオーブンでも同様であり、
例えば、ホットプレートで90℃,100秒の場合と等
しい膜減り量を与えるのはオーブンで90℃,20分の
ベーキングというように実験的に対応付けられる。
【0033】ソフトベーク条件をホットプレートで90
℃,100秒に固定した場合、現像液温度が低い方が膜
減り量が大きく、また、10℃程度においてΔT/Δt
が最も大きく取れた。現像液温度が5〜25℃での現像
液エッチングが望ましい。
【0034】また、ΔT/Δtはリッジ幅にも依存す
る。図2(c)に、各リッジ幅によって変化するリッジ
部直上のレジスト膜をエッチングする時間からΔT/Δ
tを評価した結果を示す。レジストスピンコート、ベー
キング及び現像液エッチングは同図2(a)と同条件と
した。同図よりリッジ幅4μm以下が望ましい。なお、
リッジ幅3μm, リッジ高さ1.3μmの場合に、リッ
ジ部の両側にあるエッチングされた平坦部の長さ(リッ
ジ部外の平坦部の寸法と記す)が各々10μm程度以上
あれば、ΔT/Δt≧1.5を満たすことも確認した。
すなわち、リッジ幅/リッジ部外平坦部の幅≦0.3を
満たせばリッジ部以外のクラッド層及びコンタクト層を
エッチング除去して全て平坦化する必要はない。また、
リッジ部の幅が4μm以下の場合に、特に、有効に本発
明を実施できる。
【0035】また、溶解阻止型ノボラック樹脂系ポジレ
ジストの有機アルカリタイプ現像液による未露光状態で
の膜減りエッチングに関するプロセス条件について詳述
したが、レジストおよび現像液の種類によらず、平坦部
基板上での膜減り量が現像エッチング時間とともに飽和
するようなレジストを用いた場合に、特に、本発明が有
効であることはいうまでもない。
【0036】図3には、本発明の他の実施の形態を示
す。リッジ導波型半導体レーザーにおいては、絶縁膜以
外にも、活性層よりもエネルギーギャップが大きく屈折
率の小さい半導体層でリッジ外部を埋め込むことによっ
て光吸収のない実屈折率ガイド構造とし、かつ該埋込層
を基板と同じ伝導型の層あるいは高抵抗層を含む構成と
することで十分な電流狭窄構造を実現することができ
る。
【0037】図3において、101はn−GaAs基
板、102はn−GaAsバッファ層(厚さ0.5μ
m)、103はn−Al0.6Ga0.4As下部クラッド層
(1μm)、104はAl0.15Ga0.85As活性層
(0.05μm)、105はp−Al0.5Ga0.5As上
部第1クラッド層(0.2μm)、106はp−GaA
sエッチングストップ層(0.003μm)、107は
p−Al0.25Ga0.75As上部第2クラッド層(1.2
μm)、108はp−GaAsキャップ層(0.8μ
m)であり、n−GaAs基板101上にMOCVD法
による結晶成長で順次形成される。フォトリソグラフィ
ー技術により5μm幅のストライプ状のレジストマスク
114を形成し、p−GaAsキャップ層108の上幅
3μm、p−Al0.25Ga0.75As上部第2クラッド層
107の下幅2μmとなるようウェットエッチングを行
った。以上の工程までの半導体レーザ素子の断面図は図
3(a)に示す。この2層よりなるリッジ部113の高
さは、2μmである。
【0038】リッジ形成に用いたレジストマスクを除去
し、2回目のMOCVD法による結晶成長で、全面にn
−Al0.7Ga0.3As電流ブロック層109、n−Ga
As第1保護層110、p−GaAs第2保護層111
を順次形成する。以上の工程までの半導体レーザー素子
の断面図を図3(b)に示す。この際、p−GaAsキ
ャップ層108直上では成長が進むにつれ平坦部が狭く
なる。従って、2回目の結晶成長で最終的に形成される
突起部の形状は、最上層の平坦部の幅は1μm程度と狭
くなっている。このウェハ上にレジスト膜115を30
00rpmでスピンコートし、90℃, 100秒のベー
キングを行った。さらに、レジスト膜を感光させないま
ま20℃に保った現像液中で、60秒間静止保持しレジ
ストを膜減りさせ、その後、110℃, 100秒のハー
ドベークを行った。以上の工程までの半導体レーザー素
子の断面図を図3(c)に示す。
【0039】突起部上面が全面平坦な場合に比べ、本実
施の形態に示す構造の半導体レーザ素子の作製では、レ
ジストの膜厚分布の形状依存性によるリッジ部直上とリ
ッジ外平坦部上のレジスト膜厚差が大きくなるととも
に、現像液によるレジスト膜減り量のリッジ部直上とリ
ッジ外平坦部上との差も大きくなるため、本発明による
現像液を用いた不要層除去のためのレジスト膜厚調整方
法がますます好適に使用できた。
【0040】次に、リッジ部直上の不要な層を除去す
る。レジスト膜やAlGaAsに対しては作用せず、G
aAsのみに選択的にアタックするエッチャント、例え
ばアンモニア系エッチャント(NH4OH:H2O2:H2
O=1:30:50)を用いて、GaAs保護層110
及び111を選択的にエッチング除去する。以上の工程
までのレーザー素子の断面図を図3(d)に示す。さら
に、残るn−Al0.7Ga0.3As電流ブロック層109
を、例えば硫酸系エッチャント(H2SO4:H2O2:H
2O=1:8:50)により、p−GaAsキャップ層
108が露出するまでエッチング除去する。以上の工程
までの半導体レーザー素子の断面図を図3(e)に示
す。
【0041】その後、レジスト膜115を剥離し、表面
がほぼ平坦になったウェハ全面にp−GaAsコンタク
ト層を結晶成長し、基板研磨、メタライゼーション等、
通常のレーザーダイオードの製造プロセスを適用して素
子が完成する。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、突起部をもつ半導体素
子において、突起部直上では不要かつ突起部以外の平坦
部上では必要な層として、例えば絶縁膜を一旦全面に形
成し、さらに突起部直上の不要層のみをエッチング除去
する一連の工程において、突起部直上の不要層のみを露
出させるためのレジスト膜厚調整を、本発明に係る方法
で既存の設備である現像液、現像プロセスを用いて行な
うことにより、ドライエッチング素子等を用いた場合に
比べて、非常に低コストでセルフアラインに行なうこと
ができる。
【0043】さらに、上記レジスト膜厚等のウェハ面内
分布に対して許容範囲が広く、かつ再現性に優れ、所望
の構造の半導体素子を容易に歩留まりよく製造すること
ができる。
【0044】この他、本発明は、半導体レーザー素子と
して、少なくとも、周囲に対して実効的な屈折率を高
め、かつ電流注入領域を限定する突起部を有する構造を
持つ場合、それらの製造に容易に適用でき、無効電流の
ない良好な半導体レーザ素子を歩留まりよく得られる。
すなわち、活性層が突起部内部に存在する場合や内部に
回折格子が形成された分布帰還型レーザー素子等の電流
狭窄構造作製プロセスにも適用できる。
【0045】また、電流注入窓の必要な光導波路、光ス
イッチ、光変調器等の光デバイスの製造工程にも適用で
き、さらに単に電流注入領域を限定する微小な突起部を
有する電子デバイスの製造、及びこれらと前記光デバイ
スをモノリシックに集積化する場合の製造工程にも好適
に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体素子の製造工程断面図であ
る。
【図2】本発明に係る現像液エッチングにおけるパラメ
ータ相関図である。
【図3】本発明に係るリッジ型半導体レーザ素子製造工
程断面図である。
【図4】従来の半導体素子の製造工程断面図である。
【図5】従来の半導体素子の製造工程における問題点を
示す図である。
【符号の説明】
11 n−GaAs基板 12 n−GaAsバッファ層 13 n−Al0.6Ga0.4Asクラッド層 14 Al0.18Ga0.82As活性層 15 p−Al0.5Ga0.5Asキャリアバリア層 16 p−Al0.25Ga0.75Asガイド層 17 p−Al0.75Ga0.25Asクラッド層 18 p−GaAsコンタクト層 19 SiN膜 19’ リッジ部直上のSiN膜 20 レジスト膜 101 n−GaAs基板 102 n−GaAsバッファ層 103 n−Al0.6Ga0.4As下部クラッド層 104 Al0.15Ga0.85As活性層 105 p−Al0.5Ga0.5As上部第1クラッド層 106 p−GaAsエッチングストップ層 107 p−Al0.25Ga0.75As上部第2クラッド層 108 p−GaAsキャップ層 109 n−Al0.7Ga0.3As電流ブロック層 110 p−GaAs第1保護層層 111 p−GaAs第2保護層層 115 レジスト膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微小突起部を有する基板上に第1の膜を
    形成する工程と、 第1の膜上にレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜を現像液に浸液することによって、前記
    レジスト膜を膜減りさせて、前記微小突起部上の第1の
    膜を露出させる工程と、 前記露出させた微小突起部上の第1の膜を除去する工程
    を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記微小突起部を有する基板が、リッジ
    構造を有する半導体レーザ素子を有した基板であること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記リッジ構造を有する半導体レーザ素
    子を有した基板において、リッジ部外の平坦部の寸法に
    対するリッジ部の幅の比が0.3より小さいことを特徴
    とする請求項2に記載の半導体素子の製造方法。
JP14705396A 1996-06-10 1996-06-10 半導体素子の製造方法 Expired - Fee Related JP4093606B2 (ja)

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