Tør ætsning af InP Baseret materialer ved hjælp af High density induktivt koblet plasma (ICP) ved Oxford Instruments Plasma Technology

Emner, der

Baggrund
Indledning
Den induktivt koblet plasma (ICP) Tool
InP baseret materiale Ætsning
High Rate ætsning af Waveguide og Mirror Facet
InP Rist Ætsning eller overfladisk Ætsning
InP Photonic Crystal (PHC) Ætsning
InP Via Hole Ætsning
InP / InGaP / AlInP Rød LED og Solar Cell Ætsning
InP mikrolinse Ætsning
Resumé

Baggrund

Oxford Instruments Plasma Technology tilbyder en række højtydende, fleksible værktøjer til halvleder behandling af kunder, der er involveret i forskning og udvikling, og produktion. Vi specialiserer os i tre hovedområder:

• Etch
  • RIE, ICP, Drie, RIE / PE, Ion Beam
• Deposition
  • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
• Vækst
  • HVPE, Nanofab

Indledning

Tør ætsning er nu almindeligt anvendt i fremstilling af optoelektroniske og elektroniske apparater med III-V materialer, på grund af behovet for nøje kontrol af de kritiske dimensioner af komponenter. Hurtig etch satser, repeterbarhed, ensartethed, ren kemier, vertikal profil, lav enhed skader er nogle af de mest eftertragtede aspekter af ætsning processen. Induktivt koblet plasma (ICP), ætsning er ideelt egnet til disse krav, da det giver en høj ion tæthed, og derfor hurtigt etch satser, samtidig med at separat styring af ion tæthed og ion energi, hvilket giver en lav skader kapacitet.

Oxford Instruments Plasma Technology (OIPT) har udviklet en bred vifte af ICP etch processer til III-V halvledere at opfylde disse krav.

I denne artikel vil vi fokusere på ætsning proces for InP og relaterede materialer, diskutere forskellige ætsning kemier og system krav til forskellige anvendelser og giver en opdatering af den seneste nye proces at udvikle resultater.

Den induktivt koblet plasma (ICP) Tool

Systemet bruges til disse processer er Oxford Instruments Plasma Technology Plasmalab System 100 ICP etcher (OIPT CS1 hardware) . En skematisk af etch kammeret er givet i figur 1 og hele systemet er vist i Figur 2.

Figur 1. Skematisk af Plasmalab System100 ICP180 værktøj

Figur 2 Plasmalab System 100 ICP180

RF-effekt (13.56MHz) anvendes til både ICP kilde (op til 3000Watts) og substrat elektrode (op til 600Watts) til at generere de etch plasma. En elektrostatisk skjold omkring ICP rør bruges til at sikre, at ICP magt er rent induktivt koblet (dvs. 'sand-ICP), og dermed eliminere spruttende af rør materialer og minimering af unødvendig highenergy ion skade på udstyr. Ion energi på underlaget overvåges ved måling af DC skævhed genereret på den nederste elektrode, og styres hovedsageligt af RF-effekt, der leveres til denne elektrode.

Vafler er indlæst i kammeret via en loadlock at opretholde god stabilitet kammer vakuum og dermed repeterbarhed af ætsning resultater.

Den wafers bliver ætset er enten mekanisk eller elektrostatisk fastspændt til den temperatur-kontrollerede lavere elektrode. Helium trykket er anvendt til bagsiden af ​​vafler til at give gode termiske ledningsevne mellem Chuck og wafer. Hvis det er nødvendigt, mindre prøver er vedlagt på 4 "Silicon luftfartsselskab vafler med varmeledende lim.

Den Plasmalab System100 ICP har kontrol over substrat temperatur nøjagtighed på ± 1 ° C i løbet af en temperatur på mellem - 5 ° C til +400 ° C, ved brug af elektriske varmeelementer og et kølemiddel cirkulerende kredsløb. Dette kan udvides til -150 ° C til +400 ° C med tilføjelse af en levering af flydende kvælstof. Substrat temperaturen har en markant effekt på etch resultat, da den styrer volatiliteten i etch arter og dermed påvirker den kemiske del af processen, påvirker ikke kun etch sats, selektivitet og profil, men også overfladeruhed. Systemet kan betjenes over et trykområde fra 1MT til 100MT giver præcis styring proceskammeret pres.

InP baseret materiale Ætsning

High Rate ætsning af Waveguide og Mirror Facet

For den høje ætsning af spejl facet og waveguide, er de centrale krav hurtige etch satser på dybder på op til 10μm og 5μm henholdsvis kontrollerbar etch dybde, meget anisotrope profil, ingen udhugning på begravede lag af InGaAsP (eller lignende), og glat sidevægge og ætset overflade.

CH ₄ / H ₂ / Cl ₂ kemi er den mest populære processen for denne type anvendelse. Hvis temperaturen i wafer får lov at stige til tæt på 200 ° C derefter etch satsen for den almindeligt anvendte CH ₄ / H ₂ proces stiger, dog profil kontrol bliver vanskelig på grund af øget underbud. Tilsætning af Cl ₂ til denne blanding giver meget anisotrope etch profiler, på grund af den lave volatilitet Inkl _x. Dette gør det derfor muligt nøjagtig profil kontrol gennem justering af CH ₄ / Cl ₂ ratio. Etch satser på> 1.5μm/min og selectivities på> 15:01 til SiO ₂ eller SiN _x masker kan opnås. Figur 3 viser en 10μm dyb spejl facet ætset ved hjælp af denne kemi.

Tabel 1. CH ₄ / H ₂ / Cl _{2 i} processen performance resumé

Figur 3. InP baseret materiale ætset med CH ₄ / H ₂ / Cl _{2 i} processen. Etch satser på> 1.5μm/min og selektivitet> 15: er opnået.

Dette kemi har den fordel, at det ætser en bred vifte af materialer, det vil sige dem, der indeholder I, P, Ga, As, Al, Sb osv. med lav selektivitet (~ 0.5-1:1) mellem hinanden, og derfor er ætset profiler har ingen udhugning på grænseflader mellem materialer. Det producerer også mindre polymer forurening end CH ₄ / H ₂ kemi på grund af den lavere CH ₄ indholdet i denne proces, og meget hurtigere etch sats. Der er ingen yderligere wafer fornødne varme, da InP baseret wafer opvarmes alene af den høje tæthed plasma selv. Med præcis styring af plasma parametre, er processen repeterbarhed bedre end ± 3%, og ingen wafer fastspænding er påkrævet.

Denne teknik gør det muligt for batchbehandling for high throughput produktion applikationer, f.eks 4x2 "wafer indlæses pr løb, da vafler blot kan hvile på et bæremedium tallerken og behøver ikke at være individuelt fastspændt og helium køles. En anden variant af denne proces er CH ₄ / Ar / Cl ₂ kemi, som også har vist sig at producere fremragende etch resultater ved hjælp af denne etch kammer.

Men ofte kravene fra produktionen dikterer, at kammeret skal bo så rene som muligt, helst uden polymer deposition, selv på bekostning af etch anisotropi og dæksider glathed hvis det er nødvendigt. Dette kræver, at processen ikke indeholder CH _4. En fælles metode er at bruge en Cl ₂ baseret etch kemi med en opvarmet elektrode (≥ 150 ° C for effektivt at fjerne InClx etch produkt fra wafer overflade).

Nøjagtig wafer temperaturkontrol anbefales til denne proces. Hvis prøven bliver for varmt for Incl. _x 'fordamper' fra overfladen let og dermed producerer underbud. På den anden side, en temperatur InClx ved for lav, er nonvolatile resulterer i langsom etch satser, lav selektivitet og overfladeruhed. Ofte N ₂ er tilføjet for at øge den fysiske del af ætsning og til at passivere overfladen, og dermed reducere ruhed og forbedre profil kontrol. Etch satser> 1 mm / min og selektivitet til SiO ₂ i> 10:01 Der er opnået ved hjælp af denne proces. Figur 4 viser en typisk 5μm dyb etch resultat. Dette er en H ⁺ fri proces, der kan give færre skader på enheden, da H ⁺ ofte danner et passivering lag på ætset overflade, der kan påvirke enhedens ydeevne.

Figur 4. Cl ₂ / N ₂ ætset bølgeleder

CH ₄ / H ₂ / Cl ₂ og Cl ₂ / N ₂ processer, der er anført ovenfor, kan også bruges til at skabe enhed Mesas, med enten lodrette eller skrå profiler opnås ved passende justere procesparametre.

En alternativ teknik, der tillader behandling ved lavere temperaturer på ~ 100-150 ° C indebærer brug af HBr kemi, siden etch produkt af InBrx bliver flygtige ved en lavere temperatur end InClx. Figur 5 viser en typisk 5μm dyb etch resultat på et etch på 0.8μm/min og en selektivitet på> 10:1 til SiO _2. Igen er god temperaturregulering anbefales på grund af følsomheden af ​​etch resultater til wafer temperatur.

Figur 5. HBr bølgeleder etch

Den HBr proces kan også etch InP med fotoresistbelagte (PR) som en maske som vist i figur 6, da det kræver lavere temperaturer sammenligne med Cl ₂ kemi. Typisk en etch på> 1μm/min og en selektivitet 14:01 opnås. Denne proces krævede hårdt bagning af fotoresistbelagte maske før ætsning med henblik på at reducere fotoresistbelagte brændende. Fordele ved denne proces kan nævnes potentielle afskaffelse af brugen af ​​hårde masker og reducere proces, kompleksitet og omkostninger.

Figur 6. InP ætser hjælp fotoresister som en maske

Resumé

InP baseret materiale ætsning er en vigtig teknologi til fremstilling af optoelektroniske og elektroniske apparater.

Oxford Instruments Plasma Technology System100 ICP etcher (OIPT CS1 hardware ) giver bred serier af III-V materiale ætsevæsker. Meget lodret (eller kontrolleret hældning) ætset profil, glat dæksiden, med god selektivitet til oxid, nitrid eller PR-maske, og kontrolleres etch sats kan opnås.

Kilde: Oxford Instruments Plasma Technology .

For mere information om denne kilde kan du besøge Oxford Instruments Plasma Technology .