La Aguafuerte Seca de las Materias Primas Del INP usando Alta Densidad Acopló Inductivo Plasma (ICP) por Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford

Temas Revestidos

Antecedentes
Introducción
La Herramienta Inductivo Acoplada (ICP) del Plasma
Aguafuerte de la Materia Prima del INP
     El Grabar El Ácido de la Alta Tasa de la Faceta del Guía De Ondas y del Espejo
     Aguafuerte Grating del INP o Aguafuerte Baja
     Aguafuerte Cristalina Fotónica del INP (PhC)
     INP Vía la Aguafuerte del Agujero
     INP/InGaP/AlInP Aguafuerte del LED Rojo y de la Célula Solar
     Aguafuerte del INP MicroLens
Resumen

Antecedentes

La Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford proporciona a un rango del alto rendimiento, de herramientas flexibles al semiconductor que tramita a los clientes implicados en la investigación y desarrollo, y de la producción. Nos especializamos en tres áreas principales:

Introducción

La aguafuerte Seca es ampliamente utilizada ahora en la fabricación de los dispositivos optoelectrónicos y electrónicos que implican los materiales de III-V, debido a la necesidad del mando cuidadoso de las dimensiones críticas de componentes. El grabado de pistas Rápido valora, repetibilidad, uniformidad, químicas limpias, perfil vertical, daño inferior del dispositivo es algunos de los aspectos más deseables del proceso de la aguafuerte. La aguafuerte Inductivo acoplada (ICP) del plasma se adapta idealmente a estos requisitos, puesto que proporciona a una alta densidad del ión; por lo tanto el grabado de pistas rápido valora, mientras que permite el mando separado de la densidad del ión y de la energía del ión, dando una capacidad del daño inferior.

La Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford (OIPT) ha desarrollado una amplia gama de procesos del grabado de pistas del ICP para que los semiconductores de III-V cubran estas demandas.

En este artículo, nos centraremos en el proceso de la aguafuerte para el INP y los materiales relacionados, discutiremos diversos químicas de la aguafuerte y requisitos de sistema para diversas aplicaciones y proporcionaremos a una actualización de los últimos resultados que se convierten del nuevo proceso.

La Herramienta Inductivo Acoplada (ICP) del Plasma

El sistema usado para estos procesos es el etcher del ICP del Sistema 100 de Plasmalab de la Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford (dotación física de OIPT CS1). Un diagrama esquemático del compartimiento del grabado de pistas se da en el Cuadro 1 y el sistema completo se muestra en el Cuadro 2.

Cuadro 1. Diagrama Esquemático de la herramienta de Plasmalab System100 ICP180

Cuadro 2 Sistema 100 ICP180 de Plasmalab

La potencia del RF (13.56MHz) se aplica a la fuente del ICP (hasta 3000Watts) y al electrodo del substrato (hasta 600Watts) de generar el plasma del grabado de pistas. Un blindaje electroestático alrededor del tubo del ICP se utiliza para asegurar que la potencia del ICP está acoplada puramente inductivo (es decir “verdadero-ICP "), por lo tanto la eliminación del chisporroteo del material del tubo y disminuir daño de gran energía innecesario del ión a los dispositivos. La energía del Ión en el substrato es vigilada por la medición del polarizado de DC generado en el electrodo más inferior, y controlada principal por la potencia del RF suministrada a este electrodo.

Los Fulminantes se cargan en el compartimiento vía un loadlock para mantener la buena estabilidad del vacío del compartimiento y por lo tanto la repetibilidad de los resultados de la aguafuerte.

Los fulminantes que son grabados el ácido se embridan mecánicamente o electroestático al electrodo más inferior de temperatura controlada. La presión del Helio se aplica al dorso de los fulminantes para proporcionar a buena conductancia térmica entre el mandril y el fulminante. En caso necesario, muestras más pequeñas se asocian en 4" los fulminantes del portador del Silicio con pegamento térmicamente conductor.

El Plasmalab System100 ICP tiene mando de la temperatura del substrato a la exactitud de ±1°C sobre una gama de temperaturas - de 5°C a +400°C, con el uso de elementos eléctricos del calefactor y de un circuito de circulación del enfriador. Esto se puede ampliar - a 150°C a +400°C con la adición de una fuente de nitrógeno líquido. La temperatura del Substrato tiene un efecto marcado sobre el resultado del grabado de pistas, como ella controla la volatilidad de la especie del grabado de pistas y por lo tanto influencia el componente químico del proceso, afectando no sólo a tipo del grabado de pistas, la selectividad y el perfil, pero también la tosquedad superficial. El sistema se puede gestionar sobre un rango de presión desde 1mT a 100mT permitiendo la presión exacta del compartimiento del proceso del mando.

Aguafuerte de la Materia Prima del INP

El Grabar El Ácido de la Alta Tasa de la Faceta del Guía De Ondas y del Espejo

Para grabar el ácido de la alta tasa de la faceta y guía de ondas del espejo, los requisitos dominantes son tipos rápidos del grabado de pistas a las profundidades del hasta 10µm y los 5µm respectivamente, profundidad controlable del grabado de pistas, perfil altamente anisotrópico, el ningún hacer muescas en las capas soterradas de InGaAsP (o similar), y los flancos lisos y superficie grabada el ácido.

La química422 de CH/H/Cl es el proceso más popular para esta clase de aplicación. Si la temperatura del fulminante se permite aumentar para acercar a 200°C entonces el índice del grabado de pistas de los aumentos de uso general42 del proceso de CH/H, sin embargo, el mando de perfil vence difícil a socavar creciente. La Adición del Cl2 a esta mezcla permite los perfiles altamente anisotrópicos del grabado de pistas, debido a la volatilidad inferior de Incluir.x Esto por lo tanto permite mando de perfil exacto con el ajuste de la relación de transformación42 de CH/Cl. Grabe El Ácido los índices de >1.5µm/min y las selectividades de >15: 1 a las máscaras2 de SiO ox del Pecado puede ser logrado. El Cuadro 3 muestra a 10µm la faceta profunda del espejo grabada el ácido usando esta química.

Resumen de funcionamiento del proceso422 del Cuadro 1. CH/H/Cl

 
Tipo del Grabado De Pistas (nm/min)
Selectividad a SiO2
Perfil Grabado El Ácido
Superficie y flanco Grabados El Ácido
Uniformidad
Escoja 2' fulminante
1500
15:1
90°±1*
liso
el <±2.5%
Escoja 4' fulminante
500
8
90°±1*
alise
el <±4.0%
Escoja 4x2'wafer
500
8
90°±1*
alise
el <±4.0%
el perfil de la máscara del *Oxide se requiere ser mejor de 80 grados

Cuadro 3. materia prima del INP grabada el ácido usando proceso422 de CH/H/Cl. Grabe El Ácido los índices de >1.5µm/min y la selectividad de >15: se logran.

Esta química tiene la ventaja que graba el ácido una amplia gama de materiales, es decir ésos que contienen Hacia Adentro, P, GA, As, el Al, el Sb etc, con la selectividad inferior (~0.5-1: 1) entre uno a, los perfiles por lo tanto grabados el ácido no tiene ningún hacer muescas en los interfaces entre los materiales. También produce menos contaminación del polímero que la química4 de CH/H2 debido al contenido más inferior del CH4 de este proceso y tipo mucho más rápido del grabado de pistas. No hay calefacción adicional del fulminante requerida, como el INP basó el fulminante es calentado solamente por el plasma de alta densidad sí mismo. Con el mando exacto de los parámetros del plasma, la repetibilidad de proceso es mejor del ±3%, y no se requiere el ningún embridar del fulminante.

Esta técnica activa el procesamiento por lotes para las altas aplicaciones de producción de la producción, e.g” fulminante 4x2 cargado por corrida, puesto que los fulminantes pueden descansar simple sobre una placa portadora y no necesitan ser embridados y helio ser enfriados individualmente. Otra variante de este proceso es la química4 de CH/Ar/Cl2 que también se ha mostrado para producir resultados excelentes del grabado de pistas usando este compartimiento del grabado de pistas.

Sin Embargo, las demandas de la producción dictan a menudo que el compartimiento debe tirante tan limpio como sea posible, idealmente sin la deposición del polímero, incluso a expensas de la anisotropía del grabado de pistas y de la suavidad del flanco en caso de necesidad. Esto requiere que el proceso no contenga el CH4. Una aproximación común es utilizar una química2 basada Cl del grabado de pistas con un electrodo heated (≥150°C para quitar efectivo el producto del grabado de pistas de InClx de la superficie del fulminante).

El control de la temperatura Exacto del fulminante se recomienda para este proceso. Si la muestra consigue demasiado calientex el Including'evaporates de la superficie fácilmente y por lo tanto produce socavar. Por otra parte, en demasiado bajo una temperatura InClx es no volátil dando por resultado tipos lentos del grabado de pistas, selectividad inferior y la tosquedad superficial. N2 se agrega A Menudo para aumentar el componente físico de la aguafuerte y para apaciguar la superficie, por lo tanto reduciendo la tosquedad superficial y mejorando mando de perfil. Grabe El Ácido los índices de >1 µm/min y selectividad a SiO2 de >10: 1 se ha logrado usando este proceso. El Cuadro 4 muestra a 5µm típicos resultado profundo del grabado de pistas. Esto es un H+ libera el proceso que puede dar menos daño al dispositivo, puesto que H+ forma a menudo una capa de la pasivación en la superficie grabada el ácido que puede afectar a funcionamiento del dispositivo.

El Cuadro 4. Cl/N22 grabó el ácido el guía de ondas

Los procesos422 de CH/H/Cl y22 de Cl/N enlistaron arriba se pueden también utilizar para crear mesas del dispositivo, con o vertical o los perfiles vertidos logrados por convenientemente ajustan parámetros de proceso.

Una técnica alternativa que permite el tramitar en temperaturas más bajas de ~100-150°C implica el uso de la química de HBr, puesto que el producto del grabado de pistas de InBrx llega a ser volátil en una temperatura más baja que InClx. El Cuadro 5 muestra a 5µm típicos resultado profundo del grabado de pistas en un índice del grabado de pistas de 0.8µm/min y una selectividad de >10: 1 a SiO2. Una Vez Más el buen control de la temperatura es recomendado debido a la sensibilidad de los resultados del grabado de pistas a la temperatura del fulminante.

Cuadro 5. grabado de pistas del guía de ondas de HBr

El proceso de HBr puede también grabar el ácido el INP con la fotoprotección (PR) como máscara tal y como se muestra en del Cuadro 6 puesto que requiere una temperatura más baja compara a la química2 del Cl. Típicamente un índice del grabado de pistas de >1µm/min y una selectividad del 14:1 se logran. Este proceso requirió la hornada dura de la máscara de la fotoprotección antes de que grabó el ácido para reducir el burning de la fotoprotección. Las Ventajas de este proceso incluyen la eliminación potencial del uso de máscaras duras y reducen importante complejidad y costo de proceso.

Cuadro 6. grabados de pistas del INP usando fotoprotecciones como máscara

Un proceso22 de Cl/H se ha desarrollado recientemente. En este proceso, el electrodo más inferior se fija en la temperatura ambiente. El fulminante se coloca encima de un fulminante del portador sin contacto térmico adicional. No se requiere el Ningún embridar del fulminante. Por Lo Tanto es un proceso simple. El mecanismo del grabado de pistas es similar al proceso422 de CH/H/Cl - el fulminante es calentado por el plasma sí mismo. La ventaja de este proceso es la ausencia de CH4, por lo tanto de ningún polímero depositando en el compartimiento. Es un limpio y también un proceso respetuoso del medio ambiente. En este proceso, la relación de transformación del gas de Cl/H22 es muy importante. La Alta relación de transformación del gas lleva al alto tipo del grabado de pistas pero también da un perfil de la aguafuerte de la socava. El Cuadro 7 muestra los resultados del grabado de pistas22 de Cl/H en modo del ICP. El tipo del grabado de pistas es 850nm/min con selectividad a la máscara del nitruro de > 10: 1.

Cuadro 7. muestra del INP/de InGaAs grabada el ácido usando proceso22 de Cl/H en la temperatura ambiente.

Aguafuerte Grating del INP o Aguafuerte Baja

Aunque el proceso de la aguafuerte del INP pueda ser cerca reemplazadas químicas más rápidas, más limpias del grabado de pistas en el modo del ICP para la mayoría de aplicaciones, sin embargo, el proceso CH4/H2 es todavía ampliamente utilizado para la aguafuerte grating del INP DFB (laseres de feedback distribuido), debido a los requisitos de la profundidad baja, exactamente controlada del grabado de pistas (típicamente <200nm). También el uso frecuente de las máscaras de la fotoprotección, e-haz a menudo delicado resiste, porque la definición el rallar requiere la aguafuerte de la temperatura ambiente. En una herramienta del ICP este proceso se realiza típicamente sin potencia del ICP, es decir solamente una potencia más inferior del electrodo es aplicada, activando un “modo lento de RIE” de la aguafuerte. El Cuadro 8 muestra el resultado de un grabado de pistas de la rejilla del modo de RIE en una herramienta del ICP a una profundidad de 100nm a un índice del grabado de pistas de 20nm/min.

Cuadro 8. grabado de pistas42 de la rejilla de CH/H

El proceso42 de CH/H en modo de RIE es un popular para el grabado de pistas bajo del INP (profundidad grabada el ácido menos que 1000nm). Puesto Que es un proceso de la temperatura ambiente, la fotoprotección se puede utilizar como máscara. Sin Embargo, CH/H42 forma una gran cantidad de polímero en el compartimiento y también lo deposita en la superficie superior y el flanco grabados el ácido. Un paso de progresión limpio corto2 de O se agrega A Menudo en el proceso que sigue grabar el ácido para quitar el polímero residual. El Cuadro 9 muestra el resultado de un grabado de pistas bajo del INP del modo de RIE a una profundidad de menos than1000nm a un índice del grabado de pistas de 20~40nm/min.

Cuadro 9 grabado de pistas bajo del INP usando el proceso CH4/H2, (a) el proceso del único paso de progresión mostrando un cierto depósito del polímero en la superficie superior y el flanco grabados el ácido. (b) Proceso De Dos Etapas, no más de residual del polímero en superficie grabada el ácido.

La química42 de CH/H es también de uso general para la aguafuerte selectiva de InGaAs/InAlAs debido a los requisitos de la profundidad baja del grabado de pistas, y de la selectividad entre InGaAs e InAlAs.

CH/H/Cl422, Cl/N22, y HBr en procesos del modo del ICP se pueden también utilizar para el grabado de pistas bajo. Si la muestra precalentamiento encima de 150 grados por el electrodo más inferior, ha sido mostrado para ser posible reducir el tipo del grabado de pistas de >1µm/min a 0.2µm/min4 eligiendo potencia inferior del ICP. Un perfil grabado el ácido típico se muestra en el Cuadro 10.

Cuadro 10. tipo Controlable del grabado de pistas para la aguafuerte baja

Aguafuerte Cristalina Fotónica del INP (PhC)

La Aguafuerte de la estructura cristalina fotónica del guía de ondas del INP es muy desafiadora, puesto que requiere la alta relación de aspecto con tallas de característica bajo mitad al micrón. La estructura más popular es tipo del agujero de dos dimensiones con talla del agujero menos que 500nm.

Todo El INP grabó el ácido el proceso indicado arriba se puede emplear para grabar el ácido PhC. P Strasser de ZTH Zurich desarrolló un proceso de la aguafuerte usando ICP180. La conclusión de su trabajo es que Cl/N/Ar22 es las mejores químicas para el grabado de pistas de PhC. Esto es un proceso libre del polímero, y también proporciona a un pie cuadrado tal y como se muestra en del Cuadro 11. La temperatura del fulminante se fija en encima de 200°, el Cl2 es un gas del grabado de pistas, utilizan a AR mientras que un gas y una N diluídos2 da la pasivación en el flanco. Una relación de aspecto de >15: 1 fue logrado. El Cuadro 10 muestra una profundidad grabada el ácido de los 2.9µm y el índice del grabado de pistas de 1.75µm/min logrado para la talla del agujero del diámetro 190nm, que da la relación de aspecto ~16: 1. Los pequeños pedazos de la muestra tienen que ser pegados conectado a la placa portadora y se requiere el enfriamiento del Helio de la parte trasera.

Cuadro 11 PhC grabado el ácido en el INP. Los agujeros tienen un diámetro de 180nm y la profundidad grabada el ácido es los 2.9µm. (Con la autorización buena del Grupo ETH Zurich de Photonics de la Comunicación de P Strasser, del Etc.)

INP Vía la Aguafuerte del Agujero

Los requisitos para el INP vía la aguafuerte del agujero son algo diferentes, es decir lo más rápidamente posible los tipos posibles del grabado de pistas a las profundidades del hasta 150µm, cerca de vertical o de perfil ligeramente vertido del grabado de pistas, resisten enmascarado (idealmente), base lisa plana, pero ninguna preocupación por suavidad del flanco. Estos requisitos se pueden cumplir con el uso de un proceso basado3 HBr/BCl del grabado de pistas en las temperaturas medias a altas (120-180°C). La máscara de la fotoprotección debe ser a conciencia hardbaked a una temperatura alta (>150°C) asegurarse de que sobreviva el proceso del grabado de pistas sin la reticulación. El Cuadro 12 muestra un 100µm profundamente vía el agujero grabado el ácido usando esta técnica. El tipo del Grabado De Pistas era >2.75µm/min y selectividad a la fotoprotección >15: 1.

Cuadro 12. Proceso2 de HBr/BCl para el INP Vía grabado de pistas del agujero

INP/InGaP/AlInP Aguafuerte del LED Rojo y de la Célula Solar

Las combinaciones del INP/de la materia prima de InGaP/AlInP son ampliamente utilizadas para hacer los LED rojos o la célula Solar. Los Requisitos para los productos del LED rojo y de la célula solar son altos rendimientos y bajo costo. Por Lo Tanto un proceso de tratamiento por lotes es esencial, también la fotoprotección se elige para el costo de proceso y bajo simplificado.

Se utiliza BCl3/Cl2/Ar/CH4. El proceso optimizado unclamped. La temperatura del Vector se guarda en 20~30degree, da un índice del grabado de pistas de 450nm/min con selectividad a la máscara de la fotoprotección del 3:1 y del perfil grabado el ácido tal y como se muestra en del Cuadro 13.

Cuadro 13. La célula Solar basada INP grabada el ácido usando BCl/Cl/Ar/CH324, Fotoprotección fue utilizada como máscara del grabado de pistas

Aguafuerte del INP MicroLens

Microlenses que son de uso general para las aplicaciones fotónicas avanzadas se forma en la fotoprotección usando una de dos técnicas. La técnica más simple implica el formar de los cilindros agazapados del resiste el usar de la litografía convencional. El substrato entonces se calienta encima de la temperatura de cristal del flujo de la fotoprotección (es decir 130-150°C), permitiéndola al flujo.

Esto creará una superficie esférica, con el radio del cual puede ser calculado del volumen resisten y el área del contacto con el substrato. El perfil del lente entonces es transferido en el material del substrato por la aguafuerte seca del ICP, a menudo con selectividad del 1:1.

El Cuadro 14 muestra a imagen de SEM del los microlens grabados el ácido en el INP a una profundidad de los 20µm. Esto fue creada cerca resiste el flujo combinado con la aguafuerte del ICP. En este caso es posible ajustar la selectividad entre el INP y la fotoprotección cambiando la mezcla de gases usada para el proceso o ajustando la potencia del ICP y/o el polarizado de DC entre el plasma y el substrato. El Aumento de la selectividad (la fotoprotección graba el ácido tan más despacio) aumentará la curvatura del lente acabado. Pues la mezcla de gases usada para este proceso incluye el cloro hay la probabilidad del poste-grabado de pistas “burbujea” formando en la superficie grabada el ácido cuando el fulminante se quita de la herramienta, debido a la naturaleza hidrofílica del cloro. OIPT ha desarrollado una técnica propietaria que evita este efecto y proporciona a una superficie grabada el ácido lisa.

Cuadro 14. Microlens grabó el ácido en el INP (una pequeña cantidad de fotoprotección es visible en la imagen izquierda de SEM, destacando el procedimiento del grabado de pistas).

Resumen

La aguafuerte de la materia prima del INP es una tecnología vital para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos y electrónicos.

El etcher del System100 ICP de la Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford (dotación física de OIPT CS1) proporciona a amplias gamas de las soluciones materiales de la aguafuerte de III-V. Declive Altamente vertical (o controlado) el perfil grabado el ácido, el flanco liso, con buena selectividad al óxido, nitruro o máscara de la BANDA, y tipo controlable del grabado de pistas pueden ser logrados.

Fuente: Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford.

Para más información sobre esta fuente visite por favor la Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford.

Date Added: Oct 28, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:44

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