CN103563098A - 用于形成激光二极管结构中的隔离区的剥离处理 - Google Patents

用于形成激光二极管结构中的隔离区的剥离处理 Download PDF

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Abstract

提供制造激光二极管结构的方法，其中利用光刻过程来形成轴向延伸波导结构的至少一部分，使得在光刻过程之后，图案化光刻胶残留物还留在该轴向延伸波导结构上。通过对图案化的光刻胶残留物进行附加光刻过程，在图案化的光刻胶残留物中形成图案化的隔离开口和剥离光刻胶部分，使得在附加光刻过程之后，该剥离光刻胶部分仍然留在该轴向延伸波导结构上。在图案化的隔离开口和该剥离光刻胶部分上形成绝缘层。

Description

用于形成激光二极管结构中的隔离区的剥离处理
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2011年5月27日提交的美国临时申请S/N：61/490,753的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用而整体结合于此。
背景技术
领域
本公开涉及激光二极管制造，尤其涉及在半导体处理中的光刻技术。
背景技术
激光二极管以及其它半导体器件的制造过程通常采用光刻技术以及相关处理步骤。这些光刻技术可能相对复杂。
发明内容
提供制造激光二极管和其它半导体结构的方法，其中利用剥离处理来留下驻留在激光二极管的轴向延伸波导结构上的绝缘层的图案化隔离区。还可以构想新颖配置的所得半导体结构。
根据本公开的一个实施例，提供制造激光二极管结构的方法，其中利用光刻过程来形成轴向延伸波导结构的至少一部分，使得在光刻过程之后，图案化光刻胶残留物驻留在轴向延伸波导结构上。通过对图案化光刻胶残留物进行附加光刻过程，在图案化光刻胶残留物中形成图案化隔离开口和剥离光刻胶部分，使得在附加光刻过程之后，剥离光刻胶部分保持驻留在轴向延伸波导结构上。在图案化隔离开口和剥离光刻胶部分上形成绝缘层。对绝缘层和下层剥离光刻胶部分进行剥离过程以留下驻留在轴向延伸波导结构上的绝缘层的图案化隔离区。可以构想其它实施例，其中更普遍地将本公开的概念应用于激光二极管结构和半导体处理中的光刻技术。
附图说明
本公开的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中：
图1是根据本公开的光刻方法制造的包括图案化隔离区的脊波导激光二极管结构的波长选择部分的示意图；
图2A和2B示出在脊波导激光二极管结构的上下文中本公开的初始光刻图案化步骤；
图3A和3B示出在图2A和2B所示的初始光刻图案化步骤之后的脊形成；
图4A和4B示出在图3A和3B所示的脊形成之后的图案化隔离开口和剥离光刻胶部分的形成；
图5A和5B示出在图4A和4B所示的图案化隔离开口的形成之后的绝缘层沉积；
图6示出在图5A和5B所示的绝缘层沉积之后的图案化剥离处理；以及
图7A-7C示出在图6的图案化隔离区上形成控制元件。
具体实施方式
根据图1的激光二极管结构100可以方便地示出根据本公开教导的制造激光二极管和其它半导体结构的方法，其中激光二极管结构100包括半导体衬底10、轴向延伸波导结构20、控制元件30，控制元件30采用诸如加热结构的形式，该加热结构包括在波导结构20的有限轴向部分上延伸的加热元件32和用于接线结合的加热器焊盘34。绝缘层40位于半导体衬底10上并在控制元件30与波导结构20之间。为了限定和描述本发明，应该注意，本文对波导结构20或激光二极管结构100的轴向部分的引用旨在指代光在该结构中传播的纵向，该方向垂直于图1的图面延伸。
根据本公开的光刻过程的初始步骤可以通过参照图2A和2B示出，其中利用光刻过程来形成轴向延伸波导结构20的至少一部分，使得在光刻过程之后，图案化光刻胶残留物50驻留在轴向延伸波导结构20上。在本文公开内容之外，光刻处理的细节以及其中使用的材料可以从本主题的常规教导或待开发教导中收集，但并不构成本公开的实质部分。
类似地，应该注意，本文并未概括描述或示出激光二极管结构100以及具体描述或示出波导结构20，因为这些结构可以采用各种常规形式或者待开发形式，在图1中仅示出其中之一并且可以从本领域的适当教导中收集所有这些形式。例如，可以构想，激光二极管结构100可以包括脊波导。例如，参照图3A和3B，可以构想，本公开的方法可以包括蚀刻步骤，其中在半导体衬底10中形成包括图案化光刻胶残留物50和轴向延伸波导结构20的至少一部分的波导脊。在所示实施例中，图案化光刻胶残留物50驻留在整个轴向延伸波导结构20上。
共同参照图4和图5，通过利用光刻掩模56和相应曝光58对图案化光刻胶残留物50进行附加光刻过程（参见图4A和4B）以限定图案化隔离开口52和剥离光刻胶部分54的边界，在图案化光刻胶残留物50中形成图案化隔离开口52和剥离光刻胶部分54（参见图5A和5B）。如图5A和5B所示，在图4A和4B的附加光刻过程之后，剥离光刻胶部分54保持驻留在轴向延伸波导结构20上。在图案化隔离开口52和剥离光刻胶部分上形成绝缘层40。
参照图6，随后对绝缘层40和下层剥离光刻胶部分54进行剥离过程以留下驻留在轴向延伸波导结构20上的绝缘层40的图案化隔离区42。根据本公开的一个实施例，绝缘层40包括氮化硅，更具体地是Si3N4，并且在不超过剥离光刻胶部分54的硬烘（hard bake）温度的温度下，例如在不超过200℃温度下，在图案化隔离开口52和剥离光刻胶部分54上形成。绝缘层40的这种低温形成过程有助于确保本文所述剥离过程的完整性并且允许在多个掩模步骤中使用相同的光刻胶涂层的器件制造工艺。更具体地，最初对待处理的半导体晶片进行掩模和曝光以形成图2中轴向延伸波导的部分。随后在置于低温绝缘层上之前且在无需施加新光刻胶的情况下，在图4的附加光刻过程中再次对图案化光刻胶残留物进行掩模和曝光。因此，不需要多个绝缘层沉积步骤或表面破坏性的蚀刻步骤。
可以构想其它绝缘层成分，诸如氧化硅（例如，SiO2）、TiO2和ZrO2。此外，应该注意，常规和待开发的半导体剥离处理的细节在本公开的范围之外，并且可以从本领域的适当教导中收集。
图7A-7C示出可以在绝缘层40的图案化隔离区42上形成控制元件30的一部分所采用的方式，该隔离区42驻留在轴向延伸波导结构20上。可以构想，除了图7A和7B中所示的加热元件32和加热器焊盘34之外，控制元件30可以替换地包括用于控制激光二极管结构100的一部分的控制电极或其它常规或待开发元件。可以通过各种方式来配置激光二极管结构本身，例如作为双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、DBR半导体激光器、DFB半导体激光器或外腔激光器。
相应地，共同参照图7A-7C，可以构想激光二极管结构，其中该结构包括半导体衬底10、轴向延伸波导结构20、在波导结构20的有限轴向部分上延伸的控制元件30、以及绝缘层40的图案化隔离区42，该隔离区42驻留在轴向延伸波导结构20上。在驻留在轴向延伸波导结构20上的绝缘层40和图案化隔离区42上形成控制元件30的至少一部分。绝缘层40的图案化隔离区42和控制元件30沿波导结构20的有限轴向尺寸而基本上连续地驻留在波导结构20上。
例如，但不作为限制，在激光二极管结构100包括DBR半导体激光器的情况下，图案化隔离区42可被修整以驻留在激光器的波长选择DBR部分上。更一般地，波导结构20的有限轴向尺寸可以对应于激光二极管结构的波长选择部分，并且控制元件可被配置成控制激光二极管结构的波长选择部分的波长选择特征。更一般地，激光二极管结构可以包括多个功能区，图案化隔离区可以在激光二极管结构的功能区之一上形成以将激光二极管的增益段与控制元件电隔离。或者，隔离区可以靠近激光器端面形成，作为激光二极管的未泵浦的窗口段。
为了描述和限定本发明，应该注意，“半导体衬底”表示包括半导体材料的任何构造。半导体衬底的示例包括半导体晶片或其它半导体体材料（自身或在组件中包括其它材料）以及半导体材料层（自身或在组件中包括其它材料）。还应该注意，为了限定和描述本发明，本文中对层或材料在衬底或另一层或材料上形成的引用表示在下层衬底或层的表面上方或与之接触地形成，并不排除存在居间层。
还应注意，本文中对本公开的部件以特定方式“配置”以使特定属性具体化、或以特定方式起作用的叙述都是结构性的叙述，与期望用途的叙述相反。更具体地，本文所提到的部件被“配置”的方式表示该部件的现有物理状态，因此，它应被理解为对部件的结构特性的明确陈述。
注意，类似“优选”、“普遍”和“通常”之类的术语在本文中采用时不用于限制要求保护的发明的范围或者暗示某些特征对要求保护的发明的结构或功能而言是关键性的、必要的、或甚至重要的。相反，这些术语仅旨在指示本公开的实施例的特定方面或突出可在本公开的特定实施例中使用或不予使用的替代或附加特征。
为了描述和限定本发明，注意在本文中采用术语“基本上”来表示可归因于任何数量的比较、值、测量、或其它表示的固有不确定程度。在本文中还采用术语“基本上”来表示数量表示可以不同于所叙述的参考值但不在此问题上导致发明主题的基本功能改变的程度。
在已经详细描述本公开主题并参考其特定实施例的情况下，应注意本文中公开的各个细节不应被用于暗示这些细节涉及作为本文中描述的各实施例的基本组件的元件，即使在特定元件在说明书附图的每一幅图中示出的情况下也是如此。相反，所附权利要求书应当作为本公开的广度和本文中描述的各个发明的相应范围的唯一表示。此外，显而易见的是，在不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，多种修改和变型是可能的。更具体地，虽然本公开的一些方面在本文中被标识为优选的或特别有优势的，但可构想本公开不一定限于这些方面。
注意，所附权利要求中的一项或多项使用术语“其特征在于”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意该术语是作为开放式的过渡短语而被引入所附权利要求中的，该开放式的过渡短语用于引入对所述结构的一系列特性的记载，且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”相似的方式进行解释。

Claims (20)

1.一种制造激光二极管结构的方法，所述激光二极管结构包括半导体衬底、轴向延伸波导结构以及位于所述半导体衬底上的绝缘层，其中所述方法包括：
利用光刻过程来形成所述轴向延伸波导结构的至少一部分，使得在所述光刻过程之后，图案化光刻胶残留物驻留在所述轴向延伸波导结构上；
通过对所述图案化光刻胶残留物进行附加光刻过程，在所述图案化光刻胶残留物中形成图案化隔离开口和剥离光刻胶部分，使得在所述附加光刻过程之后，所述剥离光刻胶部分保持驻留在所述轴向延伸波导结构上；
在所述图案化隔离开口和所述剥离光刻胶部分上形成绝缘层；
对绝缘层和下层剥离光刻胶部分进行剥离过程以留下驻留在所述轴向延伸波导结构上的所述绝缘层的图案化隔离区。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括氮化硅，并且在不超过所述剥离光刻胶部分的硬烘温度的温度下在所述图案化隔离开口和所述剥离光刻胶部分上形成所述绝缘层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括氮化硅，并且在不超过200℃的温度下在所述图案化隔离开口和所述剥离光刻胶部分上形成所述绝缘层。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括以Si3N4形式存在的氮化硅。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括氧化硅，并且在不超过所述剥离光刻胶部分的硬烘温度的温度下在所述图案化隔离开口和所述剥离光刻胶部分上形成所述绝缘层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括氧化硅，并且在不超过200℃的温度下在所述图案化隔离开口和所述剥离光刻胶部分上形成所述绝缘层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括以SiO2形式存在的氧化硅。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括所述图案化光刻胶残留物和所述轴向延伸波导结构的至少一部分的波导脊是在所述半导体衬底中形成的。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述波导脊是通过蚀刻所述半导体衬底来形成的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光二极管结构还包括在所述波导结构的有限轴向部分上延伸的控制元件；以及
所述控制元件的至少一部分是在驻留在所述轴向延伸波导结构上的所述图案化隔离区上形成的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制元件包括在所述波导结构的有限轴向部分上延伸的加热元件以及导电耦合到所述加热元件的加热器焊盘。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二极管结构包括多个功能区，且所述图案化隔离区在所述激光二极管结构的功能区之一上形成以将所述激光二极管结构的增益段电隔离。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二极管结构包括激光器端面，且所述隔离区是靠近所述激光器端面而形成的且作为所述激光二极管的未泵浦的窗口段。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二极管结构包括脊波导。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二极管结构包括双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、DBR半导体激光器、DFB半导体激光器、或外腔激光器。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二极管结构包括DBR半导体激光器，且所述图案化隔离区是在所述激光器的波长选择DBR部分上形成的。
17.一种激光二极管结构，包括半导体衬底、轴向延伸波导结构、在所述波导结构的有限轴向部分上延伸的控制元件以及绝缘层的图案化隔离区，所述隔离区驻留在所述轴向延伸波导结构上，其中：
所述控制元件的至少一部分是在驻留在所述轴向延伸波导结构上的所述图案化隔离区上形成的；
所述图案化隔离区、所述控制元件以及所述绝缘层的波导部分沿所述波导结构的有限轴向尺寸而基本上连续地驻留在所述波导结构上。
18.如权利要求17所述的激光二极管结构，其特征在于：
所述波导结构的有限轴向尺寸对应于所述激光二极管结构的波长选择部分；以及
所述控制元件被配置成控制所述激光二极管结构的波长选择部分的波长选择特征。
19.如权利要求18所述的激光二极管结构，其特征在于，所述控制元件包括在所述波导结构的有限轴向部分上延伸的加热元件。
20.如权利要求17所述的激光二极管结构，其特征在于：
所述波导结构的有限轴向尺寸对应于所述激光二极管结构的波长选择部分；以及
所述激光二极管结构还包括通过所述图案化隔离区与所述控制元件电隔离的一个或多个未泵浦的窗口段。
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