用于形成激光二極管結構中的隔離區的剝離處理的制作方法
【專利摘要】提供制造激光二極管結構的方法，其中利用光刻過程來形成軸向延伸波導結構的至少一部分，使得在光刻過程之后，圖案化光刻膠殘留物還留在該軸向延伸波導結構上。通過對圖案化的光刻膠殘留物進行附加光刻過程，在圖案化的光刻膠殘留物中形成圖案化的隔離開口和剝離光刻膠部分，使得在附加光刻過程之后，該剝離光刻膠部分仍然留在該軸向延伸波導結構上。在圖案化的隔離開口和該剝離光刻膠部分上形成絕緣層。
【專利說明】用于形成激光二極管結構中的隔離區的剝離處理
相關申請的交叉引用
[0001]本申請根據35U.S.C.§ 119要求2011年5月27日提交的美國臨時申請S/N:61/490，753的優先權，本申請基于該臨時申請的內容并且該臨時申請的內容通過引用而整體結合于此。
【背景技術】
領域
[0002]本公開涉及激光二極管制造，尤其涉及在半導體處理中的光刻技術。
【背景技術】
[0003]激光二極管以及其它半導體器件的制造過程通常采用光刻技術以及相關處理步驟。這些光刻技術可能相對復雜。

【發明內容】

[0004]提供制造激光二極管和其它半導體結構的方法，其中利用剝離處理來留下駐留在激光二極管的軸向延伸波導結構上的絕緣層的圖案化隔離區。還可以構想新穎配置的所得半導體結構。
[0005]根據本公開的一個實施例，提供制造激光二極管結構的方法，其中利用光刻過程來形成軸向延伸波導結構的至少一部分，使得在光刻過程之后，圖案化光刻膠殘留物駐留在軸向延伸波導結構上。通過對圖案化光刻膠殘留物進行附加光刻過程，在圖案化光刻膠殘留物中形成圖案化隔離開口和剝離光刻膠部分，使得在附加光刻過程之后，剝離光刻膠部分保持駐留在軸向延伸波導結構上。在圖案化隔離開口和剝離光刻膠部分上形成絕緣層。對絕緣層和下層剝離光刻膠部分進行剝離過程以留下駐留在軸向延伸波導結構上的絕緣層的圖案化隔離區。可以構想其它實施例，其中更普遍地將本公開的概念應用于激光二極管結構和半導體處理中的光刻技術。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]本公開的特定實施例的以下詳細描述可在結合以下附圖閱讀時被最好地理解，在附圖中相同的結構使用相同的附圖標記指示，而且在附圖中:
[0007]圖1是根據本公開的光刻方法制造的包括圖案化隔離區的脊波導激光二極管結構的波長選擇部分的示意圖；
[0008]圖2A和2B示出在脊 波導激光二極管結構的上下文中本公開的初始光刻圖案化步驟；
[0009]圖3A和3B示出在圖2A和2B所示的初始光刻圖案化步驟之后的脊形成；
[0010]圖4A和4B示出在圖3A和3B所示的脊形成之后的圖案化隔離開口和剝離光刻膠部分的形成；
[0011]圖5A和5B示出在圖4A和4B所示的圖案化隔離開口的形成之后的絕緣層沉積；[0012]圖6示出在圖5A和5B所示的絕緣層沉積之后的圖案化剝離處理；以及
[0013]圖7A-7C示出在圖6的圖案化隔離區上形成控制元件。
【具體實施方式】
[0014]根據圖1的激光二極管結構100可以方便地示出根據本公開教導的制造激光二極管和其它半導體結構的方法，其中激光二極管結構100包括半導體襯底10、軸向延伸波導結構20、控制元件30，控制元件30采用諸如加熱結構的形式，該加熱結構包括在波導結構20的有限軸向部分上延伸的加熱元件32和用于接線結合的加熱器焊盤34。絕緣層40位于半導體襯底10上并在控制元件30與波導結構20之間。為了限定和描述本發明，應該注意，本文對波導結構20或激光二極管結構100的軸向部分的引用旨在指代光在該結構中傳播的縱向，該方向垂直于圖1的圖面延伸。
[0015]根據本公開的光刻過程的初始步驟可以通過參照圖2A和2B示出，其中利用光刻過程來形成軸向延伸波導結構20的至少一部分，使得在光刻過程之后，圖案化光刻膠殘留物50駐留在軸向延伸波導結構20上。在本文公開內容之外，光刻處理的細節以及其中使用的材料可以從本主題的常規教導或待開發教導中收集，但并不構成本公開的實質部分。
[0016]類似地，應該注意，本文并未概括描述或示出激光二極管結構100以及具體描述或示出波導結構20，因為這些結構可以采用各種常規形式或者待開發形式，在圖1中僅示出其中之一并且可以從本領域的適當教導中收集所有這些形式。例如，可以構想，激光二極管結構100可以包括脊波導。例如，參照圖3A和3B，可以構想，本公開的方法可以包括蝕刻步驟，其中在半導體襯底10中形成包括圖案化光刻膠殘留物50和軸向延伸波導結構20的至少一部分的波導脊。在所示實施例中，圖案化光刻膠殘留物50駐留在整個軸向延伸波導結構20上。
[0017]共同參照圖4和圖5，通過利用光刻掩模56和相應曝光58對圖案化光刻膠殘留物50進行附加光刻過程(參見圖4A和4B)以限定圖案化隔離開口 52和剝離光刻膠部分54的邊界，在圖案化光刻膠殘留物50中形成圖案化隔離開口 52和剝離光刻膠部分54 (參見圖5A和5B)。如圖5A和5B所示，在圖4A和4B的附加光刻過程之后，剝離光刻膠部分54保持駐留在軸向延伸波導結構20上。在圖案化隔離開口 52和剝離光刻膠部分上形成絕緣層40。
[0018]參照圖6，隨后對絕緣層40和下層剝離光刻膠部分54進行剝離過程以留下駐留在軸向延伸波導結構20上的絕緣層40的圖案化隔離區42。根據本公開的一個實施例，絕緣層40包括氮化硅，更具體地是Si3N4,并且在不超過剝離光刻膠部分54的硬烘(hard bake)溫度的溫度下，例如在不超過200°C溫度下，在圖案化隔離開口 52和剝離光刻膠部分54上形成。絕緣層40的這種低溫形成過程有助于確保本文所述剝離過程的完整性并且允許在多個掩模步驟中使用相同的光刻膠涂層的器件制造工藝。更具體地，最初對待處理的半導體晶片進行掩模和曝光以形成圖2中軸向延伸波導的部分。隨后在置于低溫絕緣層上之前且在無需施加新光刻膠的情況下，在圖4的附加光刻過程中再次對圖案化光刻膠殘留物進行掩模和曝光。因此，不需要多個絕緣層沉積步驟或表面破壞性的蝕刻步驟。
[0019]可以構想其它絕緣層成分，諸如氧化硅(例如，SiO2)、TiO2和ZrO2。此外，應該注意，常規和待開發的半導體剝離處理的細節在本公開的范圍之外，并且可以從本領域的適當教導中收集。
[0020]圖7A-7C示出可以在絕緣層40的圖案化隔離區42上形成控制元件30的一部分所采用的方式，該隔離區42駐留在軸向延伸波導結構20上。可以構想，除了圖7A和7B中所示的加熱元件32和加熱器焊盤34之外，控制元件30可以替換地包括用于控制激光二極管結構100的一部分的控制電極或其它常規或待開發元件。可以通過各種方式來配置激光二極管結構本身，例如作為雙異質結構激光器、量子阱激光器、量子級聯激光器、DBR半導體激光器、DFB半導體激光器或外腔激光器。
[0021]相應地，共同參照圖7A-7C，可以構想激光二極管結構，其中該結構包括半導體襯底10、軸向延伸波導結構20、在波導結構20的有限軸向部分上延伸的控制元件30、以及絕緣層40的圖案化隔離區42，該隔離區42駐留在軸向延伸波導結構20上。在駐留在軸向延伸波導結構20上的絕緣層40和圖案化隔離區42上形成控制元件30的至少一部分。絕緣層40的圖案化隔離區42和控制元件30沿波導結構20的有限軸向尺寸而基本上連續地駐留在波導結構20上。
[0022]例如，但不作為限制，在激光二極管結構100包括DBR半導體激光器的情況下，圖案化隔離區42可被修整以駐留在激光器的波長選擇DBR部分上。更一般地，波導結構20的有限軸向尺寸可以對應于激光二極管結構的波長選擇部分，并且控制元件可被配置成控制激光二極管結構的波長選擇部分的波長選擇特征。更一般地，激光二極管結構可以包括多個功能區，圖案化隔離區可以在激光二極管結構的功能區之一上形成以將激光二極管的增益段與控制元件電隔離。或者，隔離區可以靠近激光器端面形成，作為激光二極管的未泵浦的窗口段。
[0023]為了描述和限定本發明，應該注意，“半導體襯底”表示包括半導體材料的任何構造。半導體襯底的示例包括半導體晶片或其它半導體體材料(自身或在組件中包括其它材料)以及半導體材料層(自身或在組件中包括其它材料)。還應該注意，為了限定和描述本發明，本文中對層或材料在襯底或另一層或材料上形成的引用表示在下層襯底或層的表面上方或與之接觸地形成，并不排除存在居間層。
[0024]還應注意，本文中對本公開的部件以特定方式“配置”以使特定屬性具體化、或以特定方式起作用的敘述都是結構性的敘述，與期望用途的敘述相反。更具體地，本文所提到的部件被“配置”的方式表示該部件的現有物理狀態，因此，它應被理解為對部件的結構特性的明確陳述。
[0025]注意，類似“優選”、“普遍”和“通常”之類的術語在本文中采用時不用于限制要求保護的發明的范圍或者暗示某些特征對要求保護的發明的結構或功能而言是關鍵性的、必要的、或甚至重要的。相反，這些術語僅旨在指示本公開的實施例的特定方面或突出可在本公開的特定實施例中使用或不予使用的替代或附加特征。
[0026]為了描述和限定本發明，注意在本文中采用術語“基本上”來表示可歸因于任何數量的比較、值、測量、或其它表示的固有不確定程度。在本文中還采用術語“基本上”來表示數量表示可以不同于所敘述的參考值但不在此問題上導致發明主題的基本功能改變的程度。
[0027]在已經詳細描述本公開主題并參考其特定實施例的情況下，應注意本文中公開的各個細節不應被用于暗示這些細節涉及作為本文中描述的各實施例的基本組件的元件，即使在特定元件在說明書附圖的每一幅圖中示出的情況下也是如此。相反，所附權利要求書應當作為本公開的廣度和本文中描述的各個發明的相應范圍的唯一表示。此外，顯而易見的是，在不背離所附權利要求書所限定的本發明的范圍的情況下，多種修改和變型是可能的。更具體地，雖然本公開的一些方面在本文中被標識為優選的或特別有優勢的，但可構想本公開不一定限于這些方面。
[0028]注意，所附權利要求中的一項或多項使用術語“其特征在于”作為過渡短語。出于限定本發明的目的，應注意該術語是作為開放式的過渡短語而被引入所附權利要求中的，該開放式的過渡短語用于引入對所述結構的一系列特性的記載，且應當按照與更常用的開放式前序術語“包括”相似的方式進行解釋。
【權利要求】
1.一種制造激光二極管結構的方法，所述激光二極管結構包括半導體襯底、軸向延伸波導結構以及位于所述半導體襯底上的絕緣層，其中所述方法包括: 利用光刻過程來形成所述軸向延伸波導結構的至少一部分，使得在所述光刻過程之后，圖案化光刻膠殘留物駐留在所述軸向延伸波導結構上； 通過對所述圖案化光刻膠殘留物進行附加光刻過程，在所述圖案化光刻膠殘留物中形成圖案化隔離開口和剝離光刻膠部分，使得在所述附加光刻過程之后，所述剝離光刻膠部分保持駐留在所述軸向延伸波導結構上； 在所述圖案化隔離開口和所述剝離光刻膠部分上形成絕緣層； 對絕緣層和下層剝離光刻膠部分進行剝離過程以留下駐留在所述軸向延伸波導結構上的所述絕緣層的圖案化隔離區。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括氮化硅，并且在不超過所述剝離光刻膠部分的硬烘溫度的溫度下在所述圖案化隔離開口和所述剝離光刻膠部分上形成所述絕緣層。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括氮化硅，并且在不超過200°C的溫度下在所述圖案化隔離開口和所述剝離光刻膠部分上形成所述絕緣層。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括以Si3N4形式存在的氮化硅。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括氧化硅，并且在不超過所述剝離光刻膠部分的硬烘溫度的溫度下在所述圖案化隔離開口和所述剝離光刻膠部分上形成所述絕緣層。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括氧化硅，并且在不超過200°C的溫度下在所述圖案化隔離開口和所述剝離光刻膠部分上形成所述絕緣層。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括以SiO2形式存在的氧化硅。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括所述圖案化光刻膠殘留物和所述軸向延伸波導結構的至少一部分的波導脊是在所述半導體襯底中形成的。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述波導脊是通過蝕刻所述半導體襯底來形成的。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述激光二極管結構還包括在所述波導結構的有限軸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駐留在所述軸向延伸波導結構上的所述圖案化隔離區上形成的。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制元件包括在所述波導結構的有限軸向部分上延伸的加熱元件以及導電耦合到所述加熱元件的加熱器焊盤。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二極管結構包括多個功能區，且所述圖案化隔離區在所述激光二極管結構的功能區之一上形成以將所述激光二極管結構的增益段電隔離。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二極管結構包括激光器端面，且所述隔離區是靠近所述激光器端面而形成的且作為所述激光二極管的未泵浦的窗口段。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二極管結構包括脊波導。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二極管結構包括雙異質結構激光器、量子阱激光器、量子級聯激光器、DBR半導體激光器、DFB半導體激光器、或外腔激光器。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光二極管結構包括DBR半導體激光器，且所述圖案化隔離區是在所述激光器的波長選擇DBR部分上形成的。
17.—種激光二極管結構，包括半導體襯底、軸向延伸波導結構、在所述波導結構的有限軸向部分上延伸的控制元件以及絕緣層的圖案化隔離區，所述隔離區駐留在所述軸向延伸波導結構上，其中: 所述控制元件的至少一部分是在駐留在所述軸向延伸波導結構上的所述圖案化隔離區上形成的； 所述圖案化隔離區、所述控制元件以及所述絕緣層的波導部分沿所述波導結構的有限軸向尺寸而基本上連續地駐留在所述波導結構上。
18.如權利要求17所述的激光二極管結構，其特征在于:所述波導結構的有限軸向尺寸對應于所述激光二極管結構的波長選擇部分；以及所述控制元件被配置成控制所述激光二極管結構的波長選擇部分的波長選擇特征。
19.如權利要求18所述的激光二極管結構，其特征在于，所述控制元件包括在所述波導結構的有限軸向部分上延伸的加熱元件。
20.如權利要求17所述的激光二極管結構，其特征在于: 所述波導結構的有限軸向尺寸對應于所述激光二極管結構的波長選擇部分；以及 所述激光二極管結構還包括通過所述圖案化隔離區與所述控制元件電隔離的一個或多個未泵浦的窗口段。
【文檔編號】H01L33/00GK103563098SQ201280025575
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月22日 優先權日:2011年5月27日
【發明者】S·劉, B·J·帕德多克, C-E·扎 申請人:康寧股份有限公司