TW201251244A - Lift-off processing for formation of isolation regions in laser diode structures - Google Patents

Description

201251244 六、發明說明： 【相關申請案之交叉引用】 本案根據專利法主張於2 0 11年5月2 7日提出申請之 美國臨時專利申請案第61/490,753號之優先權的權益， 本案仰賴該申請案之内容並且將該申請案之内容以引用 之方式整體併入本文。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於雷射二極體之製造，且更廣泛而言，係 關於在半導體製程中的微影技術。 【先前技術】 對雷射二極體及其他半導體裝置的製造程序通常利用 微影技術及相關的製程步驟❶此等微影技術可為相對複 雜的。 【發明内容】 提供製造雷射二極體及其他半導體結構的方法，其中 利用剝離製程，以留下絕緣層的圖案化隔絕區域常駐於 雷射二極體的軸向延伸的波導結構上。亦考慮所得到之 半導體結構的新賴配置。 根據本發明的-個實施例，提供—種製造雷射二極體 201251244 結構的方法，其中：利用微影製程以形成軸向延伸的波 =結構之至少-部分，使得圖案化光阻殘餘物隨著微影 製程而遺留在轴向延伸的波導結構上。藉由將圖案化光 阻殘餘物遭受額外的微影製程，而在圖案化光阻殘餘物 中形成圖案化隔絕的開口及剝離光阻部分，使得剝離光 :部分隨著額外的微影製程而維持常駐在軸向延伸的波 導結構上。在圖案化隔絕的開口及剝離光阻部分上形成 絕緣層。將絕緣層及下方㈣離光阻部分遭受剝離製 程’以留下絕緣層的圖案化隔絕區域常駐於軸向延伸的 波導結構上。亦考慮額外的實施例，其中本發明的内容 係更廣泛地應用至半導體製程中的㈣二極體結構及微 影技術。 【實施方式】 根據本發明的技術之製造雷射二極體及其他半導體結 構的方法可簡易地圖示參考帛丨圖的雷射二極體結構 ⑽，其中雷射二極體結構100包含半導體基材1〇、轴 向延伸的波導結構20、控制元件30,其中控制元件3〇 舉例而言，具有加熱結構的形式，該加熱結構包含延伸 於波導結構20之有限的軸部分上的加熱元件Μ，及用 於線路接合的加熱器墊341緣層4()係位於半導體基 材H)上’且介於控制元件3〇及波導結構2〇之間。為了 界定且說明本發明之目的，應瞭解此處參考的波導結構 201251244 」部分係指稱結構中光 於第1圖之圖示平面而 2〇或雷射二極體結構1〇〇的「轴 傳播的縱軸方向’此方向係垂直 延伸。 根據本發明的微影製程之

# ^ 始乂驟可參考第2A及2B 圖的圖式，其中利用微影製 諶夕$ I , 以形成軸向延伸的波導結 構2 0之至少一部分，使得圖 圖案化光阻殘餘物50隨著橄 影製程而遺留在軸向延伸的波導結 ,g _ . Ό 上。除了此處所 揭不的之外，微影製程的詳細情況及所利用的材料，可 立即在此標的上由傳統或仍待發展的技術E集，且並非 形成本發明的關鍵部分。 頰似地，應瞭解 導結構20在此處並無詳細說明或圖示，因為此等結捐 波 可採取各種傳統及仍待發展的形式，此等形式之僅僅〜 者係概要地圖示於第1圖中，且所有的此等形式可從本 領域中適合的教示内容蒐集到。舉例而言，考慮雷射二 極體結構100可包含脊狀波導。舉例而言，參照第3A 及3B圖’考慮本發明的方法可包含蝕刻步驟，其中波導 脊部包括圖案化光阻殘餘物50，且軸向延伸的波導結構 20之至少一部分係形成於半導體基材10中。在圖示的 實施例中，圖案化光阻殘餘物50遺留在全部的軸向延伸 的波導結構20上。 共同參照第4及5圖，圖案化隔絕開口 52及剝離光阻 部分54 (見第5A及5B圖）係藉由將圖案化光阻殘餘物 50遭受額外的微影製程（見第4A及4B圖），而形成在 201251244 圖案化光阻殘餘物50中，該額外的微影製程係利用微影 遮罩56及相對應的曝光58，以界定圖案化隔絕開口 52 及剝離光阻部分54的邊界。如第5A及5B圖中所圖示， 剝離光阻部分5 4隨著第4 A及4 B圖的額外的微影製程 而遺留在軸向延伸的波導結構20上。絕緣層4〇係形成 在圖案化隔絕開口 52及剝離光阻部分54上。 參照第6圖，絕緣層40及下方的剝離光阻部分54接 續地遭受剝離製程’以留下絕緣層40的圖案化隔絕區域 42 ’常駐在軸向延伸的波導結構2〇上。根據本發明的一 個實施例，絕緣層40包含氮化矽，更具體而言為Si3N4， 且絕緣層40以不超過剝離光阻部分54的硬烘烤（hard bake )溫度’例如以不超過2〇(rc之溫度，而形成在圖案 化隔絕開口 52及剝離光阻部分54上。此絕緣層40的低 的形成溫度幫助確保此處所述的剝離程序的整體性，且 准許裝置製造在多個遮罩步驟中使用相同的光阻塗層。 更具體而言，待處理的半導體晶圓初始被遮罩且曝光， 以形成第2圖的軸向延伸的波導之一部分。在放上低溫 絕緣層之前’圖案化光阻的殘餘物實質上遮罩且再次暴 露於第4圖的額外的微影製程中，且無須施加新的光 阻。因此’無須多個絕緣層沉積步驟或表面損傷蝕刻步 驟。 額外的絕緣層沉積考慮包括例如氧化矽，如Si02、Ti〇2 及Zr〇2。除此之外’應瞭解傳統及仍待發展的半導體剝 離製程之詳細情況係超越本發明的範疇，且可從本領域 201251244 中適合的技術蒐集。 第7A-7C圖圖示^允生i丨- 二制疋件30的一部分可形成在絕緣層 40的圖案化隔絕區域4? μ aL 曰 Λ 42上之方式，該隔絕區域42坐落 常駐於軸向延伸的波導沾 久导…構20上。應考慮除了第7Α及 7Β圖中所圖示的加執亓杜 …几件32及加熱器墊34之外，控制 兀件30可替代地包含控制電極或其他傳統或仍待發展 的元件’用於控制雷射二極體結構1〇〇的一區。雷射二 極體結構本身可以各猶古斗、κ _ 蚤種方式配置，舉例而言，包括雙異 質雷射（double heterostrurt” ι 、= wsuucture laser)、量子井雷射、量 子_接雷射、D B R车遵^6 導體田射、DFB半導體雷射或外部 腔體雷射。 因此，共同參昭 、第7A-7C圖，考慮雷射二極體結構， 其中該結構包含半導體其 导體基材1 〇、軸向延伸的波導結構 20、延伸於波導結構2〇之古p 之有限的軸部分上的控制元件 30及絕緣層40的圖牵仆陆ι pn ^ “ 茶化隔絕£域42，其中該隔絕區域 42坐落常駐於軸向延伸的波 τ J歧导、，.0構20上。控制元件3〇 的至少一部分係形成於絕緣層 %尽及圖案化隔絕區域42 上，常駐於軸向延伸的波導結構2〇上。絕緣層4〇的圖 案化隔絕區域42及控制元件3()實質上沿著波導結構2〇 的有限的軸向尺寸，而連續地遺留在波導結構上。 舉例而言且非限制的方式，當带 ^ 田田射一極體結構1 00包 含DBR半導體雷射時，圖案化隔絕區域42可訂製㈣ 留在雷射的波長選擇臟部分上。更廣泛而言，波導結 構2〇的有限的軸向尺寸可相對於雷射二極體結構的波 201251244 長選擇部分，且控制元件可配置成控制雷射二極體結構 的波長選擇部分之波長選擇特徵。仍.為更廣泛地，雷射 二極體結構可包含複數個功能區域，且圖案化隔絕區域 可形成於雷射二極體結構的功能區域之一者上，以將雷 射二極體的增益區與控制元件電氣隔絕。或者，隔絕區 域可形成於接近雷射切面，以作為雷射二極體的未汲取 南區。 為了說明且界定本發明之目的，應瞭解「半導體基材」 代表包含半導體材料的任何構造。半導體基材之範例包 括半導體晶圓或其他主體半導體材料（單獨或者包含其 他材料的組件）及半導體材料層（單獨或包含其他材料 的組件）。應進-步瞭解’為了界定且說明本發明之目 ^此處參考層或材料被形成於基材或另一層或材料 上」’代表形成於上方或與下方基材或層的表面接觸， 且不突出存在的中介層。 應瞭解本發明此處所列舉之部件，「配置」成以特定方 式包含特定特性’或以特定方式包含的功能，相對於音 圓用途的列舉之結構列舉。更具體而言，部件被「配置二 之此處參考的方式代表部件的現有實體狀況，且如此被 視為部件的結構特徵之確定列舉。 λ應瞭解#此處所利用類似「較佳地」、「通常」及「一 彙時，並非用以限制所主張發明的範鳴，或用以 二甚：=對所主張發明的結構或功能為必備'關 、反之，此等詞彙僅僅意圖識別本發明 201251244 的實施例之特定態樣，或強調可或無須在本發明之特定 實施例中利用的替換或額外特徵。 疋 為了說明及界定本發明之目的，應瞭解「實際上」— 詞在此處用以代表可歸咎於任何定量比較、數值、量測 或其他表示之不確定的固有程度。「實際上」一詞亦在此 處用以代表定量表示可從所述的參考值改變，而不導致 所淪述之標的之基本功能改變的程度。 在已經詳細說明本發明之標的，且參考本發明的特定 實施例之後’應瞭解即使在特定元件被圖示於隨附於本 說明書的各個圖式中的情況下’此處所述的各種細節不 應視為暗示此等細節係、關於此處所述的各種實施例之關 鍵部件的兀件。反之’此處隨附的申請專利範圍應視為 本發明的幅度之唯—表示及此處所述的各種發明的相對 應範疇。再者，能夠修改及改變而不悖離隨附申請專利 乾圍所界定的本發明之範疇將為顯而易見的。更具體而 曰，儘官本發明的某些態樣在此處被識別為較佳或特別 優點，應考慮本發明並非必須限制於此等態樣。 應瞭解-或更多以下請求項中利用「其中」_詞作為 過渡連接詞。為了界定本發明之目的，應瞭解在請求項 中弓I入此詞作為開放式的連接詞，而用以介紹結構的一 連串特徵的列舉’且應以類似於更#遍使用的開放式襟 的術語「包含」類似的方式來詮釋。 【圖式簡單說明】 201251244 當與以下的圖式連結閱讀時，能夠最佳地理解以上 發明的特定實施例之詳細說明，其中類似的結構係以類 似的元件符號表明，且其中： 第1圖係脊狀波導雷射二極體結構的波長選擇部分的 概要圖，&括根據本發明的微影方法所製造的圖案化的 隔絕部分； ' 第2A及2B圖圖示在脊狀波導雷射二極體結構之背景 中’本發明的初始微影圖案化步驟； 第3A及3B圖圖示隨著第2A及2B圖所圖示之初始微 影圖案化步驟之後形成的脊部； 第4A及4B圖圖示隨著第3A及3B圖所圖示的脊部形 成之後的圖案化隔絕開口及剝離光阻部分的形成； 第5A及5B圖圖示隨著第4A及4B圖所圖示的圖案化 隔絕開口的形成之後的絕緣層沉積； 第6圖圖示隨著第5A及5B圖所圖示的絕緣層沉積之 後的圖案化剝離製程；及 第7A-7C圖圖示在第6圖的圖案化隔絕區域上形成控 制元件。 【主要元件符號說明】 10半導體基材 32加熱元件 20軸向延伸的波導結構 34加熱器墊 3〇控制元件 40絕緣層 11 201251244 42 圖案化隔絕區域 56 50 圖案化光阻殘餘物 58 52 圖案化隔絕開口 100 54 剝離光阻部分 微影遮罩 曝光 雷射二極體結構 12

Claims (1)

1. 201251244 七、申請專利範圍： 種臬ie雷射二極體結構的方法，該雷射二極體結 構包含-半導體基材一轴向延伸的波導結構及位於該 半導體基材上的-絕緣層，其中該方法包含以下步驟： 利用彳政〜製私以形成該軸向延伸的波導結構之至 少-部分，使得—圖案化光阻殘餘物隨著該微影製程而 遺留在該軸向延伸的波導結構上； 藉由將該圖案化光阻殘餘物遭受一額外的微影製 程’而在該圖案化光阻殘餘物t形成—圖案化隔絕的開 口及-剝離光阻部分’使得該剝離光阻部分隨著該額外 的微影製程而維持常駐在該軸向延伸的波導結構上； 在該圖案化隔絕的開口及該剝離光阻部分上形成該 絕緣層；及 將该絕緣層及下方的剝離光阻部分遭受一剝離製 程，以留下該絕緣層的一圖案化隔絕區域常駐於該軸向 延伸的波導結構上。 2.如請求項第丨項所述之方法，其中該絕緣層包含氮化 矽’且s亥絕緣層以不超過該剝離光阻部分的一硬烘烤 (hard bake)溫度之一溫度，而形成在該圖案化隔絕的 開口及該剝離光阻部分上。 3·如請求項第丨項所述之方法，其中該絕緣層包含氮化 13 201251244 矽，且該絕緣層以不超過200。(：之一溫度，而形成在該圖 案化隔絕的開口及該剝離光阻部分上。 4.如睛求項第丨項所述之方法，其中該絕緣層包含以 Sl3N4之形式呈現的氮化矽。 月求項第1項所述之方法，其中該絕緣層包含氧化 夕且D亥絕緣層以不超過該剝離光阻部分的—硬烘烤溫 度之佩度，而形成在該圖案化隔絕的開口及該剝 阻部分上。 $ .如明求項第1項所述之方法，其中該絕緣層包含氧化 石夕’且該絕緣層以不超過2⑽。c之—溫度，而形成在該圖 案化隔絕的開口及該剝離光阻部分上。 士凊求項第1項所述之方法，其中該絕緣層包含以 Si〇2之形式呈現的氮化矽。 士 °月求項第1項所述之方法’其中包括該圖案化光阻 :走餘物之_波導脊部及該軸向延伸的波導結構之至少一 部分係形成於該半導體基材中。 9.如明求項第8項所述之方法’其中該波導脊部係藉由 蝕刻該半導體基材而形成。 14 201251244 1 〇.如請求項第1項所述之方法，其中： ”玄田射一極體結構進一步包含一控制元件，該控制元 件延伸在該波導結構的一有限的軸部分上；及 該控制元件之至少一部分係形成在該圖案化隔絕區 域中，常駐於該軸向延伸的波導結構上。 11. 士 β求項第丨〇項所述之方法其中該控制元件包含 一加熱元件及加熱器墊’該加熱元件延伸在該波導結構 的該有限的轴部分上，且該等加熱器墊傳導性地搞接至 該加熱元件。 求項第1項所述之方法，其中該雷射二極體結 構。、复數個功能區域，且該圖案化隔絕區域係形成於 該雷射二極體結構的該等功能區域之一者上，以電氣隔 絕該雷射二極.體結構的一增益區。 13.如請求項笛，κ 、罘1項所述之方法，其中該雷射二極體結 構包含一雷射+77二 面’且該隔絕區域係形成於接近該雷射 π琢雷射二極體的一未汲取 14 ·如請求項楚， 、乐1項所述之方法，其中該雷射二極體結 構包含一脊狀波導。 15 201251244 1 5 ·如請求瑁 q弟1項所述之方法，其中該雷射二極體結 ，匕 3 雙異質雷射（double heterostructure laser)、一 量子井雷射、— 一里子串接雷射、一 dbr半導體雷射、一 DFB半導體雷射或-外部腔體雷射。 勹月求項第1項所述之方法，其中該雷射二極體結 構包含-DBR半導體雷射，且該圖案化隔絕部分係形成 於該雷射的—波長選擇DBR部分上。 17· 一種雷射二極體結構，包含一半導體基材、一軸向 延伸的波導結構、延伸在該波導結構的—有限的轴部分 上之一控制it件及—絕緣層的―圖案化隔絕區域，該圖 案b隔、邑區域坐落常駐於該軸向延伸的波導結構上，其 中： ’、 該控制元件的至少一部分係形成於該圖案化隔絕區 域上，常駐於該軸向延伸的波導結構上； 該圖案化隔絕區域、該控制元件及該絕緣層的一波導 邛分實質上沿著該波導結構的一有限的軸向尺寸，而連 續地遺留在該波導結構上。 18.如請求項第17項所述之雷射二極體結構，其中： 該波導結構的該有限的軸向尺寸係對應於該雷射二 極體結構的一波長選擇部分；及 該控制元件係配置成控制該雷射二極體結_職 16 201251244 長選擇部分之 _ 波長選擇特徵。 19·如請求項第18 制元件句八 項所述之雷射二極體結構，其令該控 ^ 3 一'力σ產九 - 的該有限μ Α .、、、70件’該加熱元件延伸在該波導結構 π丨民的軸部分上 如'求項第17項所述之雷射二極體結構，其中： S 。構的垓有限的軸向尺寸係對應於該雷射二 極體結構的—波長選擇部分；及 。該雷=二極體結構進一步包含一或更多未没取的窗 區’該等囪區藉由該圖案化的隔絕區域而與該控制元件 電氣隔絕。 17