(57)【要約】【課題】半導体レーザからの出射光を反射してその進行方向を変える立ち上げミラーの表面凹凸を低減し、青紫色半導体レーザ等の短波長の光が入射しても、乱反射の影響を抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１に異方性ウエットエッチングにより溝部４を形成する工程と、熱処理により軟化する第一の膜７と引っ張り応力を有する第二の膜８とを前記溝部上に順次形成する工程と、熱処理を行って前記第一の膜７を軟化させ、前記溝部側面の表面凹凸を平坦化する工程と、前記溝部４に光反射膜９を形成する工程と、前記溝部側面の所定の傾斜面に光反射膜９を残して立ち上げミラー１０とする工程とを備えている。【選択図】　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板の一主面に異方性ウエットエッチングにより溝部を形成する工程と、
少なくとも前記溝部を含む前記シリコン基板の一主面に第一の膜を形成する工程と、
前記第一の膜上に第二の膜を形成する工程と、
前記第一の膜および前記第二の膜が形成された前記シリコン基板を熱処理して前記溝部側面の表面凹凸を平坦化する工程と、
前記第二の膜上に光反射膜を形成する工程と、
少なくとも前記溝部の所定の側面上に前記光反射膜が残るように前記光反射膜をエッチングする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
単結晶シリコン基板の一主面に異方性ウエットエッチングにより溝部を形成する工程と、
少なくとも前記溝部を含む前記シリコン基板の一主面に第一の膜を形成する工程と、
前記第一の膜上に光反射膜である第二の膜を形成する工程と、
前記第一の膜および前記第二の膜が形成された前記シリコン基板を熱処理して前記溝部側面の表面凹凸を平坦化する工程と、
少なくとも前記溝部の所定の側面上に前記第二の膜が残るように前記第二の膜をエッチングする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記溝部の所定の側面上に残された光反射膜は、半導体レーザからの出射光を反射して所定の方向に向かわせる立ち上げミラーとして用いられることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体レーザの出射光は３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲の波長であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第一の膜は、リン、ほう素を含有し、高温熱処理により軟化するシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第二の膜は、引っ張り応力を持つ膜であり、前記第一の膜の軟化する温度より低い温度で形成することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、半導体レーザからの出射光を反射してその進行方向を変える立ち上げミラーを搭載した半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度・大容量の記憶媒体として、光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。光ディスクの情報の記録再生を行うために、通常、光ピックアップ装置が用いられる。
【０００３】
図２１は従来の技術における光ピックアップ装置の構成図である。以下、同図を用いて光ディスクからの情報読み取り動作について説明する。半導体レーザ１１からの出射光を、シリコン（１００）基板１上に形成された立ち上げミラー１０で、ホログラム素子１２に向かわせる。ホログラム素子１２でメインビーム（０次回折光）およびサブビーム（±１次回折光）の３つのビームに回折された光は、レンズ１３により集光され、光ディスク１４に照射される。光ディスク１４で反射されたメインビームおよびサブビームの戻り光は、ホログラム素子１２によりさらに回折され、受光素子１５により検出される。
【０００４】
反射されて戻ってきたメインビームおよびサブビームがさらに回折されて生成した±１次回折光からの検出信号を演算して、フォーカスエラー信号ＦＥとトラッキングエラー信号ＴＥを含むサーボ信号及び情報信号が得られる。
【０００５】
上記の光ピックアップ装置において、半導体レーザ１１は端面放射型が主流である。しかし、取付の簡便性や精度の関係から、半導体レーザからの出射光はシリコン基板表面に対して平行な方向に出射されるため、レーザ光を基板表面に対して垂直に向かわせる必要がある。そこで、特許第２８９２８２０号公報等に示されているように、シリコン基板を加工して得られた傾斜面に光反射膜を設けてレーザ光の方向を変える構成が主に採られている。具体的には、シリコン（１００）基板をＫＯＨ等のアルカリ性溶液により異方性ウエットエッチングして得られた（１１１）面上に、レーザ光に対する反射率が１００％に近い材料、例えば誘電率の異なる膜を積層して得られる多層膜や金薄膜を形成して、立ち上げミラーを得る。
【０００６】
従来の技術による立ち上げミラーの形成方法を図９から図１４の断面構造プロセスフロー図を用いて説明する。
【０００７】
Ｎ型不純物を含有した単結晶シリコン（１００）基板１上に、シリコン酸化膜２を形成し、レジストパターンをマスクとしてシリコン酸化膜２をエッチングして、開口部を設ける（図９）。レジストパターンを除去した後、アルカリ性水溶液にシリコン基板１を含浸してエッチングを行うと、開口部の下のシリコン基板内に、（１１１）面およびこの面と同指数面が側面になるように溝部が形成されはじめ（図１０）、さらにエッチングを進めて所望の形状の溝部４を形成する（図１１）。アルカリ性水溶液として、例えば重量比２０％で、９０℃に加熱された水酸化カリウムを用いる。また、基板表面の面方位が（１００）方向から５°から１５°の範囲で傾斜したシリコン基板を用いると、溝部４の四つの側面のうち少なくとも１つは、基板表面に対して正確に４５°傾斜した面５（以下、４５°傾斜面という。）とすることができ、また溝部４の底面は基板表面と平行な面となる。
【０００８】
シリコン酸化膜をフッ化水素酸水溶液等により除去した後（図１２）、シリコン（１００）基板１表面に光反射膜９を形成する（図１３）。光反射膜９の一部を除去して、４５°傾斜面５上に光反射膜９を残し、立ち上げミラー１０とする（図１４）。溝部４の底面に半導体レーザ１１を載置し、その出射端面が４５°傾斜面５に対向する構成とすることにより、基板表面に対して正確に垂直な方向にレーザ光を立ち上げることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９から図１４に示した従来の技術による形成方法では、シリコン（１００）基板１をアルカリ性水溶液によりウエットエッチングして、（１１１）面を露出させ、基板表面に対して４５°傾斜面５を得る点が特徴であり、これは、アルカリ性水溶液によるエッチングにおいてシリコン基板の面方位によりエッチングレートが異なるという特性を生かしたものである。しかしながら、このことにより、逆に問題が生じる場合もある。
【００１０】
図１５から図２０は、従来の技術による立ち上げミラー形成方法の課題を示すプロセスフロー図であり、シリコン（１００）基板１中に結晶欠陥３が形成されている場合である。この結晶欠陥には、元々基板中にあった欠陥や基板を加工する工程で生じた欠陥、さらに元々基板中にあった欠陥が基板を加工する工程で成長したもの等を含む。
【００１１】
シリコン（１００）基板１上に、シリコン酸化膜２を形成し、レジストパターンをマスクとしてシリコン酸化膜２をエッチングして、開口部を設ける（図１５）。レジストパターンを除去した後、アルカリ性水溶液にシリコン（１００）基板１を含浸してエッチングを行うと、開口部の下のシリコン基板内に、（１１１）面およびこの面と同指数面が側面になるように溝部が形成されはじめ（図１６）、さらにエッチングを進めて所望の形状の溝部４を形成する。アルカリ性水溶液として、例えば重量比２０％で、９０℃に加熱された水酸化カリウムを用いる。この場合、４５°傾斜面５を形成することはできるが、同時に傾斜面上に結晶欠陥が露出することとなる。結晶欠陥の周りは色々な面方位が存在するため、エッチングにより露出した結晶欠陥の近傍（以下、異常エッチング部６という。）で、その表面は斜面に平行とならず、凹凸が発生する（図１７）。シリコン酸化膜２をエッチングにより除去した後（図１８）、シリコン（１００）基板１上に光反射膜９を形成すると、下地の凹凸を反映するため、光反射膜９表面にも凹凸が生じる（図１９）。
【００１２】
この状態で、半導体レーザ１１からの出射光が立ち上げミラー１０に入射すると表面凹凸により乱反射してしまい、出射されたレーザ光を基板表面に対して垂直な方向に向かわせることができなくなる（図２０）。
【００１３】
結晶欠陥の平均的サイズは、通常の場合、５００ｎｍより小さいため、赤外や赤色半導体レーザを用いる場合には立ち上げミラーの表面凹凸は大きな問題になってこなかった。ちなみに、赤外半導体レーザの波長は８５０ｎｍから１３００ｎｍ程度、赤色半導体レーザの波長は６５０ｎｍ程度である。
【００１４】
しかしながら、近年、光ディスクのさらなる高密度化が求められており、そのために、光源の波長を短くした光ピックアップ装置の開発が急速に進んでいる。ここで用いられる青紫色半導体レーザの波長は３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度となるが、これは結晶欠陥の平均的サイズにより近い値である。よって、立ち上げミラー表面で、結晶欠陥に起因した凹凸により引き起こされる光の乱反射が急激に大きくなり、光ディスクに入射するレーザ光出力の低下や乱反射により予定外の空間に放出された光による迷光ノイズの増大を引き起こす恐れが出てきた。
【００１５】
また、結晶欠陥が無い場合でも、エッチング溶液の条件等が安定していないと、傾斜面の表面でエッチング荒れを起こす場合があるが、波長の短い青紫色半導体レーザを用いた場合は、このエッチング荒れにより立ち上げミラーでの乱反射が顕著になる恐れがある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明における半導体装置の製造方法は、シリコン基板に異方性ウエットエッチングにより溝部を形成する工程と、熱処理により軟化する第一の膜と引っ張り応力を有する第二の膜とを前記溝部上に順次形成する工程と、熱処理を行って前記第一の膜を軟化させ、前記溝部側面の表面凹凸を平坦化する工程と、前記溝部に光反射膜を形成する工程と、前記溝部側面の所定の傾斜面に光反射膜を残して立ち上げミラーとする工程とを備えている。
【００１７】
上記の工程を行うことにより、立ち上げミラーが設けられる溝部側面の表面凹凸が低減され、４５０ｎｍ以下の波長の光を照射しても、乱反射が起こりにくくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図８に示した断面構造プロセスフロー図を参照して、本発明の第１の実施の形態における立ち上げミラーの形成方法を説明する。
【００１９】
シリコン（１００）基板１上に、シリコン酸化膜２を形成し、レジストパターンをマスクとしてシリコン酸化膜２をエッチングして、開口部を設ける（図１）。レジストパターンを除去した後、アルカリ性水溶液にシリコン（１００）基板１を含浸してエッチングを行うと、開口部の下のシリコン基板内に、（１１１）面およびこの面と同指数面が側面になるように溝部が形成されはじめ（図２）、さらにエッチングを進めて所望の形状の溝部４を形成する。アルカリ性水溶液として、例えば重量比２０％で、９０℃に加熱された水酸化カリウムを用いる。この際、溝部側面の傾斜面には結晶欠陥に起因する異常エッチング部６が形成されている（図３）。
【００２０】
シリコン酸化膜２をフッ化水素酸水溶液等により除去する（図４）。次にシリコン（１００）基板１表面に第一の膜７を堆積する。第一の膜７は、例えばリン、ほう素を含有し８５０℃程度の温度で軟化するシリコン酸化膜（以下、ＢＰＳＧという。）である。次に第一の膜７上に第二の膜８を堆積する（図５）。第二の膜８は、例えば７００℃〜８００℃程度の減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であり、引っ張り応力を有する。
【００２１】
次に第一の膜７および第二の膜８が堆積されたシリコン（１００）基板１を８５０℃で１５分〜３０分程度熱処理する（図６）。この熱処理により、第一の膜であるＢＰＳＧは表面が平坦になるように軟化するため、溝部側面の表面凹凸が低減される。また本実施の形態に示したように第二の膜８が引っ張り応力を有していれば、第一の膜であるＢＰＳＧ表面にも引っ張り応力が加わり、表面凹凸を平坦化する効果がさらに増す。
【００２２】
第二の膜８上に金薄膜等の光反射膜９を形成し（図７）、さらに光反射膜９の一部をエッチングして、立ち上げミラー１０を得る（図８）。
【００２３】
本実施の形態によれば、立ち上げミラー１０表面の凹凸を低減することができ、乱反射を抑制することが可能となる。よって、青紫色半導体レーザを用いた場合でも、実効的な光出力を低下させることなく基板表面に対して垂直な方向にレーザ光を向かわせることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、第二の膜として、引っ張り応力を持つシリコン窒化膜を用いた例を示したが、引っ張り応力を持つタングステン膜等を用いても同様の効果が得られる。また、この場合には、タングステン膜の表面凹凸が小さくなるような方法、例えば反応律速条件での化学気相成長方法等により成膜すれば、タングステン膜を光反射膜と兼用することが可能となる。
【００２５】
また、第一の膜を軟化させるための熱処理は８５０℃で行ったが、第一の膜中のリンやボロンの濃度が増加すれば、軟化温度は低下するため、７５０℃程度であってもよい。
【００２６】
なお、本実施の形態では、光反射膜として金薄膜を示したが、誘電率の異なる膜を積層して得られた多層膜やその他の金属薄膜あるいはこれらの膜を積層した膜であってもよい。
【００２７】
また、本実施の形態ではシリコン（１００）基板を用いたが、基板表面の面方位が（１００）方向から５°から１５°の範囲で傾斜したシリコン基板を用いてもよい。これにより、溝部の四つの側面のうち少なくとも１つは、基板表面に対して正確に４５°傾斜した面とすることができ、基板表面に対して正確に垂直な方向にレーザ光を向かわせることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による半導体装置の製造方法によれば、短波長光を発する半導体レーザを用いても、その出射光を、光出力を低下させずに所望の方向に向かわせることができ、また乱反射により発生する迷光ノイズも低減することができる。
【００２９】
よって、光ピックアップ装置の高性能化・歩留まり向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図２】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図３】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図４】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図５】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図６】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図７】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図８】本発明の第１の実施の形態における断面構造プロセスフロー図
【図９】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１０】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１１】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１２】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１３】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１４】従来の技術における断面構造プロセスフロー図
【図１５】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図１６】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図１７】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図１８】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図１９】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図２０】従来の技術におけるシリコン基板内に結晶欠陥がある場合の断面構造プロセスフロー図
【図２１】光ピックアップ装置の構成図
【符号の説明】
１　単結晶シリコン（１００）基板
２　シリコン酸化膜
３　結晶欠陥
４　溝部
５　４５°に傾斜した（１１１）面
６　異常エッチング部
７　第一の膜（ＢＰＳＧ）
８　第二の膜（シリコン窒化膜）
９　光反射膜
１０　立ち上げミラー
１１　半導体レーザ
１２　ホログラム素子
１３　レンズ
１４　光ディスク
１５　受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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