專利名稱:半導(dǎo)體器件及其制造技術(shù)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造尤其是選擇刻蝕技術(shù)。
在制造大量半導(dǎo)體元件方面采用多層異質(zhì)外延晶片。要確定實(shí)際元件經(jīng)常需要選擇性地掏蝕其中的一層或幾層。例如下列文獻(xiàn)中所述的傳質(zhì)埋層異質(zhì)結(jié)構(gòu)(MTBH)激光器就是這類元件的一例。Z·L·Liau et al·Appl·phys·Lett、40(7)PP568-570，1982·41;T·R Chen et al J·Appl·phys、54(5)PP 2407-2412，83·3;或A·Hasson et al·Appl·Phys·Lett、43(5)、PP 403-405，1983·9·1本發(fā)明一方面提供了一種選擇腐蝕多層結(jié)構(gòu)第一層(4)的方法。該結(jié)構(gòu)第一層(4)的半導(dǎo)體材料與另外一層(1)的半導(dǎo)體材料相同或類似，上述兩層由一層或幾層其它半導(dǎo)體材料層(5)隔開，第一層(4)淀積在相鄰兩個(gè)不同半導(dǎo)體材料層(5、3)之間，另外一層(1)構(gòu)成結(jié)構(gòu)的最外層，方法是要腐蝕第一層(4)而不要較多地腐蝕另外一層(1)，其特點(diǎn)是對(duì)第一層(4)和另一層(1)均預(yù)先進(jìn)行少量腐蝕，使得在上述兩個(gè)鄰層(5、3)之間的第一層(4)內(nèi)出現(xiàn)凹槽(10)，在已預(yù)蝕的結(jié)構(gòu)上涂覆抗蝕材料(11)，至少使另一層(1)的殘余部分被覆蓋而凹槽(10)的壁不被覆蓋，然后再對(duì)第一層(4)進(jìn)行一預(yù)定量的腐蝕。
本發(fā)明另一方面提供了一種制造傳質(zhì)埋層異質(zhì)多層結(jié)構(gòu)激光器的方法。該多層結(jié)構(gòu)包括淀積在一種導(dǎo)電型銦磷(InP)層(3)上的鎵銦砷磷(GaInAsP)有源層(4)，淀積在GaInAsP有源層(4)上的一相反導(dǎo)電型的InP層(5)和淀積在相反導(dǎo)電型InP層(5)上的相反導(dǎo)電型的GaInAsP接觸層(1)。其工序特點(diǎn)是在GaInAsP保護(hù)層(11)上加一具有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)窗口(7)的掩膜層(6)，通過窗口(7)穿過多層結(jié)構(gòu)一直腐蝕到某導(dǎo)電型的InP層(3)，從而形成兩個(gè)槽溝(8)和它們之間的臺(tái)面(9)，用GaInAsP選擇腐蝕方法對(duì)露出的兩個(gè)GaInAsP層進(jìn)行少量選擇性預(yù)腐蝕，借以形成相反導(dǎo)電型InP型(5)下的凹槽(10)和掩膜層(6)下的凹槽(10′)，去除上述掩膜層(6)和在已預(yù)蝕的多層結(jié)構(gòu)上用r·f·方法淀積二氧化硅(11)，使得InP層(5)下的上述凹槽(10)內(nèi)的r·f·二氧化硅比其他任何地方的要薄得多，腐蝕上述覆蓋在已預(yù)蝕的多層結(jié)構(gòu)上的r·f·二氧化硅，直到只有InP層(5)下凹槽(10)壁上的r·f·二氧化硅被去除為止，進(jìn)一步腐蝕GaInAsP有源層(4)，以便為激光器提供一個(gè)有源區(qū)(16)，去除r·f·二氧化硅(11)的余物，進(jìn)行質(zhì)量傳遞工藝，以便用InP填充InP層(5)下已腐蝕的凹槽(10)，在如此加工的多層結(jié)構(gòu)上淀積二氧化硅層(12)，并在臺(tái)面處所淀積的二氧化硅層(12)上開一窗口(13)，從而使露出GaInAsP接觸層(1)暴露出來，然后在上述所淀積的二氧化硅層(12)淀積金屬層(14)，并使之與所露出的GaInAsP接觸層(1)相接觸。
下面將參考附圖敘述本發(fā)明的實(shí)施例圖1是用本發(fā)明的選擇腐蝕技術(shù)創(chuàng)造的傳質(zhì)埋層異質(zhì)結(jié)構(gòu)(MTBH)激光器的剖面圖;
圖2至圖4表明為了生產(chǎn)圖1的結(jié)構(gòu)而選擇腐蝕有源層的三個(gè)階段的剖面圖。
圖1示出-MTBH激光器結(jié)構(gòu)的剖面圖。這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)有-GaIn AsP接觸層1，而不是上述第一篇文獻(xiàn)中所說的Au-Zn金屬接觸層。GaInAsP接觸層對(duì)器件提供了較好的電接觸，它改進(jìn)了器件的CW(連續(xù))工作。圖1的激光器結(jié)構(gòu)由多層異質(zhì)外延晶片構(gòu)成，包括n型InP襯底2，n型InP外延層3，未摻雜的GaInAsP四族有源層4，P型InP外延層層5，以及P型的四族GaInAsP接觸層1。層3、4、5和1都是通過一般的液相外延(LPE)而生長(zhǎng)的。
為了生產(chǎn)圖1所示的結(jié)構(gòu)，在接觸層上生成一腐蝕掩膜6(圖2)，例如，用覆蓋西勞克斯(SILOX)SiO2的方法并以光刻技術(shù)在此掩膜中開兩個(gè)窗口7，這些窗口在垂直所示剖面的方向上是細(xì)長(zhǎng)的。這樣，在隨后的腐蝕過程中采用非選擇性腐蝕就能穿透各種外延層在垂直圖2所示剖面的方向上開出兩個(gè)槽溝8，這兩個(gè)槽溝是由一中心臺(tái)面9分開的。非選擇性腐蝕液可由下列成份組成HCL∶CH3COOH∶H2O2(1∶2∶1)(KKI-121)。
在腐蝕槽溝8之后和腐蝕掩膜6還存在之時(shí)，四族元素選擇腐蝕來去除(預(yù)蝕)有源層(4)的一小部分(大約為0.25μm)，而產(chǎn)生凹槽10，并同時(shí)去除接觸層1上類似的一小部分而產(chǎn)生凹槽10′。典型的四元選擇腐蝕液的成分是KOH∶K3Fe(CN)6∶H2O(3.2g∶4.8g∶28ml)，而腐蝕時(shí)間很短，約為三秒鐘。在圖2中說明了這個(gè)階段的結(jié)構(gòu)。
接著去除SiO2腐蝕掩膜6，并且在整個(gè)晶片上淀積一層r·f·SiO2層11。該層11在面向r·f·反應(yīng)室的平滑表面上厚度大約為1200
厚(120nm)，而在不直接面向r·f·反應(yīng)室的表面上比較薄。在垂直壁上SiO2大約為400
(40nm)，而在已腐蝕的GaInAsP有源層4(圖3)的凹槽10內(nèi)少于100
(10nm)。有源層4凹槽10內(nèi)的SiO2薄層，通過腐蝕被去掉，例如，在緩沖液HF中放5秒鐘，這時(shí)其他處的SiO2仍有相當(dāng)?shù)暮穸?。于是用一四元選擇腐蝕液進(jìn)行最后一步腐蝕，該四元腐蝕液可以是如上所述的KOH∶K3Fe(CN)6∶H2O，從而增加凹槽10的深度和減少臺(tái)面9內(nèi)有源層4的寬度使之達(dá)到所需數(shù)值。由于四元接觸層1由SiO211保護(hù)，因而不會(huì)再發(fā)生腐蝕。于是結(jié)構(gòu)如圖4所示。
為了產(chǎn)生圖1的MTBH激光器結(jié)構(gòu)，采用如緩沖液HF去除整個(gè)晶片上的SiO2層11，和采用質(zhì)量傳遞工藝以InP填充有源層4的腐蝕凹槽10，如圖1中虛線所示。在整個(gè)晶片上淀積-SiO2絕緣層12，并在臺(tái)面頂部的SiO2層上開一窗口13，例如用反應(yīng)離子腐蝕。接著淀積金屬層14，并通過窗口13，使之臺(tái)面9的接觸層1連接。
雖然只敘述了一個(gè)MTBH激光器的制造，但是可以同時(shí)在此晶片上制造多個(gè)MTBH激光器器件，以后再用一般方法把它們彼此分開和(或)進(jìn)一步加工。每個(gè)包含臺(tái)面有源區(qū)9的激光器器件，在臺(tái)面9的兩邊都有臺(tái)肩15。當(dāng)后面將器件焊接到支架時(shí)，臺(tái)肩15對(duì)激光器的機(jī)械性保護(hù)是很重要的。MTBH激光器完全是由臺(tái)面有源區(qū)9(圖4)提供的并含有由InP全部圍繞著的四元有源區(qū)16圖(1)，還包括層3和層5以及虛線所示的質(zhì)量傳遞區(qū)。四元有源區(qū)16在平行和垂直InP層3和層5間之結(jié)的平面內(nèi)形成波導(dǎo)。施加的驅(qū)動(dòng)電流寧可流過有源區(qū)16，而不流過與之并聯(lián)的兩個(gè)InP P-n結(jié)，從而產(chǎn)生光束的輸出。這種優(yōu)先流動(dòng)的原因是，InP的禁帶寬度(1.35ev)比GaInAsP的禁帶寬度(0.95ev)大。
本發(fā)明的掏蝕技術(shù)雖然是針對(duì)特定的異質(zhì)外延組合物(GaInAsP/InP/GaInAsP/InP)和MTBH激光器的制造來敘述的，但是并不限于這一方面。它還可用于半導(dǎo)體材料的任何組合物，但掏蝕層的成分是與頂層的成份相同或相似，如果不加保護(hù)該頂層，也可能會(huì)被腐蝕。雖然上述工藝要求在開始對(duì)有源層進(jìn)行選擇性四元腐蝕時(shí)，先去除頂層的一小部分(0.25μm)，但這不會(huì)有多大影響。該工藝?yán)昧诉@一事實(shí)r·f·淀積SiO2(層11)的厚度取決于被覆蓋表面與r·f·反應(yīng)室中SiO2源的方向之間的角度。
雖然用InP填充腐蝕凹槽的傳質(zhì)工藝可以按照一般的方法，如上述參考文獻(xiàn)中公開的方法來進(jìn)行，但是也可以按照我們共同待批的英國(guó)申請(qǐng)No.8416417(Serial No.)(P·D·格林-D.S.O Renner 11-1)中所述的方法來進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.選擇腐蝕多層結(jié)構(gòu)第一層(4)的方法，該結(jié)構(gòu)第一層(4)的半導(dǎo)體材料與另外一層(1)的半導(dǎo)體材料相同或類似，上述兩層由一層或幾層其它半導(dǎo)體材料層(5)隔開，第一層(4)淀積在相鄰兩個(gè)不同半導(dǎo)體材料層(3、5)之間，另外一層(1)構(gòu)成結(jié)構(gòu)的最外層，方法是，要腐蝕第一層(4)而不要較多地腐蝕另外一層(1)，其特點(diǎn)是對(duì)第一層(4)和另外一層(1)均預(yù)先進(jìn)行小量的腐刻，使得在上述兩個(gè)鄰層(5、3)之間的第一層(4)內(nèi)出現(xiàn)凹槽(10)，在預(yù)蝕的結(jié)構(gòu)上涂覆抗蝕材料(11)，至少使另一層(1)的殘余部分被覆蓋而凹槽(10)的壁不被覆蓋，然后再對(duì)第一層4進(jìn)行一預(yù)定量的腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1中規(guī)定的方法，其特點(diǎn)是在上述預(yù)蝕工序以前，于上述另外一層(1)上淀積一掩膜層(6)，在上述預(yù)蝕期間上述掩膜層(6)下的另一層(1)中形成一凹槽(10′)，并且在提供抗蝕材料(1)之前要除去掩膜層(6)。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)2規(guī)定的方法，其特點(diǎn)是在上述另一層(1)上淀積掩膜層(6)之后，和在預(yù)蝕之前，在掩膜層(6)上開一窗口(7)，通過窗口(7)腐蝕多層結(jié)構(gòu)，從而暴露第一層和另一層(4、1)以及它們之間的一層或幾層(5)。
4.根據(jù)上面任何一個(gè)權(quán)項(xiàng)規(guī)定的方法，其特點(diǎn)在于抗蝕材料(11)是由r·f·等離子技術(shù)形成的二氧化硅，因而預(yù)蝕結(jié)構(gòu)上有r·f·二氧化硅的涂層，第一層(4)的凹槽壁(10)上的二氧化硅層比其他地方的要薄得多。而且在上述第一層(4)被進(jìn)一步腐蝕以前，要腐蝕被覆蓋的預(yù)蝕結(jié)構(gòu)，其時(shí)間是僅第一層(4)凹槽(10)壁上的二氧化硅覆層被去掉為止。
5.根據(jù)上面任何一個(gè)權(quán)項(xiàng)所規(guī)定的方法，其特點(diǎn)在于第一層(4)和另一層(1)是GaInAsP，第一層和另一層(4、1)是由第一InP層(5)隔離開的，而第一層(4)被淀積在上述第一InP層(5)與另一InP層(3)之間。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所規(guī)定的和制造傳質(zhì)異質(zhì)埋層結(jié)構(gòu)激光器所使用的方法，其特點(diǎn)在于第一層(4)是一有源GaInAaP層，該有源層被進(jìn)一步腐蝕，得到供激光器的有源區(qū);另一層(1)是P型GaInAsP，構(gòu)成該激光器的電接觸層;第一InP層(5)是P型的，而另一InP層(3)是n型的。
7.在制造傳質(zhì)埋層異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器所用的多層結(jié)構(gòu)中包括淀積在一導(dǎo)電型InP層(3)上的GaInAsP有源層(4)，淀積在GaInAsP有源層上的一相反導(dǎo)電型的InP層(5)，和淀積在相反導(dǎo)電型的InP層(5)上的接觸層(1)。其特點(diǎn)是在GAInAsP保護(hù)層(11)上加一具有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)窗口(7)的掩膜層(6)，通過窗口(7)，穿過多層結(jié)構(gòu)一直腐蝕到某導(dǎo)電型的InP層(3)，從而形成兩個(gè)凹槽(8)和它們之間的臺(tái)面(9)，用GaInAsP選擇腐蝕方法，對(duì)露出的兩個(gè)GaInAsP層進(jìn)行少量選擇性預(yù)腐蝕，借以形成相反導(dǎo)電型InP層(5)下的凹槽(10)和掩膜層(6)下的凹槽(10′)，去除上述掩膜層(6)和在上述已預(yù)蝕的多層結(jié)構(gòu)上用r·f·方法淀積二氧化硅(11)，使得InP層(5)下的上述凹槽(10)內(nèi)的r·f·二氧化硅比其他地方的要薄得多，腐蝕上述覆蓋在已預(yù)蝕的多層結(jié)構(gòu)上的r·f·二氧化硅，直到只有InP層(5)下凹槽(10)壁上的r·f·二氧化硅被去除為止，進(jìn)一步腐蝕GaInAsP有源層(4)，以便為激光器提供一個(gè)有源區(qū)(16)，去除r·f·二氧化硅(11)的余物，進(jìn)行質(zhì)量傳遞工藝，以便用InP填充InP層(5)下已預(yù)蝕的凹槽(10)，在如此加工的多層結(jié)構(gòu)上，淀積一二氧化硅層(12)，并在淀積的二氧化硅層(12)上開一窗口(13)，從而使GaInAsP接觸層(1)暴露出來，然后在上述所淀積的二氧化硅層(12)淀積金屬層(14)，并使之所露出的GaInAsP接觸層(1)相接觸。
8.用權(quán)項(xiàng)1到權(quán)項(xiàng)8中任何一項(xiàng)所規(guī)定的方法制造半導(dǎo)體器件，可以選擇腐蝕其多層結(jié)構(gòu)的某一層。
9.用權(quán)項(xiàng)7所規(guī)定的方法制造了傳質(zhì)埋層異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器。
專利摘要
選擇腐蝕多層結(jié)構(gòu)中位于各層下面的半導(dǎo)體層4的方法，層1的材料與層4相同或相似，腐蝕對(duì)層1無顯著影響。預(yù)蝕層1、4，層5下面出現(xiàn)帶凹槽10的階梯結(jié)構(gòu)，在已預(yù)蝕的結(jié)構(gòu)上用r.f.方法淀積SiO
文檔編號(hào)H01L21/365GK85104952SQ85104952
公開日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1985年6月28日
發(fā)明者丹尼爾·塞吉斯馬多·奧托·蘭納 申請(qǐng)人:標(biāo)準(zhǔn)電話電報(bào)公共有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan