Gravure Sèche des Matériaux Basés d'INP utilisant la Haute Densité A Inductivement Accouplé le Plasma (ICP) par Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford

Sujets Couverts

Mouvement Propre
Introduction
L'Outil Inductivement Accouplé (ICP) de Plasma
Gravure Matérielle basée d'INP
     Corroder de Haut Débit de la Facette de Guide D'ondes et de Miroir
     Gravure Discordante d'INP ou Gravure Peu profonde
     Gravure En Cristal Photonique d'INP (PhC)
     INP Par L'intermédiaire Gravure de Trou
     INP/InGaP/AlInP Gravure de LED Rouge et de Pile Solaire
     Gravure d'INP MicroLens
Résumé

Mouvement Propre

La Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford fournit un domaine de haute performance, d'outils flexibles au semi-conducteur traitant des abonnées concernées dans la recherche et développement, et de production. Nous nous spécialisons dans trois zones principales :

Introduction

Gravure Sèche est maintenant très utilisée dans la fabrication d'optoélectronique et des appareils électroniques concernant des matériaux d'III-V, due au besoin de contrôle attentif des cotes critiques des composants. Gravure à l'eau forte Rapide calibre, répétabilité, uniformité, chimies propres, profil vertical, les dégâts faibles de dispositif sont certains des aspects les plus désirables du procédé gravure. Gravure Inductivement accouplée (ICP) de plasma est idéalement adaptée à ces conditions, puisqu'elle fournit une densité élevée d'ion ; par conséquent gravure à l'eau forte rapide calibre, tout en permettant le contrôle indépendant de la densité d'ion et de l'énergie d'ion, donnant une capacité des dégâts faibles.

La Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford (OIPT) a développé un large éventail de procédés gravure à l'eau forte d'ICP pour que les semi-conducteurs d'III-V satisfassent ces exigences.

En cet article, nous nous concentrerons sur le procédé gravure pour l'INP et les matériaux relatifs, discuterons des chimies variées gravure et des conditions de système pour différentes applications et fournirons une mise à jour des derniers résultats se développants de procédé neuf.

L'Outil Inductivement Accouplé (ICP) de Plasma

Le système utilisé pour ces procédés est etcher du Système 100 ICP de Plasmalab de Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford (matériel d'OIPT CS1). Un schéma de la cavité gravure à l'eau forte est donné sur le Schéma 1 et le plein système est affiché sur le Schéma 2.

Le Schéma 1. Schéma de l'outil de Plasmalab System100 ICP180

Le Schéma 2 Système 100 ICP180 de Plasmalab

L'alimentation électrique de RF (13.56MHz) est appliquée à la source d'ICP (jusqu'à 3000Watts) et à l'électrode de substrat (jusqu'à 600Watts) de produire du plasma gravure à l'eau forte. Un écran électrostatique autour du tube d'ICP est utilisé pour assurer que l'alimentation électrique d'ICP est purement inductivement accouplée (c.-à-d. « vrai-ICP "), par conséquent éliminer la pulvérisation du matériau de tube et réduire à un minimum les dégâts de grande énergie inutiles d'ion aux dispositifs. De l'énergie d'Ion au substrat est surveillée par la mesure de la polarisation de C.C produite sur l'électrode inférieure, et est réglée principalement par l'alimentation électrique de RF acceptée à cette électrode.

Des Disques sont chargés dans la cavité par l'intermédiaire d'un loadlock pour mettre à jour la bonne stabilité de l'aspirateur de cavité et par conséquent la répétabilité des résultats gravure.

Les disques étant corrodés mécaniquement ou électrostatiquement sont serrés à l'électrode inférieure à température contrôlée. De la pression d'Hélium est appliquée à l'arrière des disques de fournir la bonne conductibilité thermique entre le mandrin et le disque. En Cas De Besoin, de plus petits échantillons sont fixés sur 4" des disques de porteur de Silicium avec la colle thermiquement conductrice.

Le Plasmalab System100 ICP a le contrôle de la température de substrat à l'exactitude de ±1°C d'une plage de températures - de 5°C à +400°C, par l'utilisation des éléments électriques de chaufferette et d'un circuit de diffusion de refroidisseur. Ceci peut être étendu - à 150°C à +400°C en plus d'une alimentation en azote liquide. La température de Substrat exerce un effet marqué sur le résultat gravure à l'eau forte, car elle règle la volatilité de la substance gravure à l'eau forte et par conséquent influence le composant chimique du procédé, affectant non seulement des tarifs gravure à l'eau forte, la sélectivité et le profil, mais également l'aspérité. Le système peut être actionné sur un domaine de pression à partir de 1mT à 100mT permettant la pression précise de cavité de procédé de contrôle.

Gravure Matérielle basée d'INP

Corroder de Haut Débit de la Facette de Guide D'ondes et de Miroir

Pour corroder de haut débit de la facette et le guide d'ondes de miroir, les conditions principales sont des vitesses rapides gravure à l'eau forte aux profondeurs jusqu'à de 10µm et 5µm respectivement, profondeur contrôlable gravure à l'eau forte, profil hautement anisotrope, aucune entaille aux couches enterrées d'InGaAsP (ou assimilé), et flancs lisses et surface corrodée.

La chimie422 de CH/H/Cl est le procédé le plus populaire pour ce genre d'application. Si on permet à la la température du disque d'augmenter pour s'approcher de 200°C puis les tarifs gravure à l'eau forte des augmentations utilisées généralement42 de procédé de CH/H, cependant, le contrôle de profil devient dû difficile à la sous-cotation accrue. L'Ajout du Cl2 à ce mélange permet des profils hautement anisotropes gravure à l'eau forte, dus à la volatilité faible de Comprendre.x Ceci permet pour cette raison le contrôle de profil précis par le réglage du taux42 de CH/Cl. Corrodez les tarifs de >1.5µm/min et les sélectivités de >15 : 1 aux masques2 de SiO oux de Péché peut être réalisé. Le Schéma 3 affiche à un 10µm la facette profonde de miroir corrodée utilisant cette chimie.

Résumé de performance de procédé422 du Tableau 1. CH/H/Cl

 
Tarifs Gravure À L'eau Forte (nm/min)
Sélectivité à SiO2
Profil Corrodé
Surface et flanc Corrodés
Uniformité
Choisissez 2' disque
1500
15:1
90°±1*
lisse
<±2.5%
Choisissez 4' disque
500
8
90°±1*
lissez
<±4.0%
Choisissez 4x2'wafer
500
8
90°±1*
lissez
<±4.0%
le profil de masque de *Oxide est exigé pour être meilleur que 80 degrés

Le Schéma 3. matériau basé d'INP corrodé utilisant le procédé422 de CH/H/Cl. Corrodez les tarifs de >1.5µm/min et la sélectivité de >15 : sont réalisés.

Cette chimie a l'avantage qu'elle corrode un large éventail de matériaux , c.-à-d. ceux qui contiennent Dedans , P , GA , As , Al , Sb etc.. , avec la sélectivité faible (~0.5-1 :1) entre l'un l'autre, par conséquent les profils corrodés n'ont aucune entaille aux surfaces adjacentes entre les matériaux. Il produit également moins de contamination de polymère que la chimie4 de CH/H2 due à la teneur inférieure en CH4 de ces procédé et vitesse beaucoup plus rapide gravure à l'eau forte. Il n'y a aucun chauffage supplémentaire de disque exigé, car le disque basé d'INP est passionné seulement par le plasma à haute densité lui-même. Avec le contrôle précis des paramètres de plasma, la répétabilité de processus est meilleure que ±3%, et aucun serrage de disque n'est exigé.

Cette technique active le traitement par lots pour des applications de production élevées de débit, par exemple le » disque 4x2 chargé selon le passage, puisque les disques peuvent simplement poser d'un plaque-support et n'ont pas besoin d'être individuellement serrés et hélium d'être refroidis. Une Autre variante de ce procédé est la chimie4 de CH/Ar/Cl2 qui a été également affichée pour produire d'excellents résultats gravure à l'eau forte utilisant cette cavité gravure à l'eau forte.

Cependant, souvent les exigences de la production dictent que la cavité doit rester aussi propre comme possible, idéalement sans le dépôt de polymère, même aux dépens de l'anisotropie gravure à l'eau forte et de la douceur de flanc s'il y a lieu. Ceci exige que le procédé ne contient pas le CH4. Un élan commun est d'utiliser une chimie2 basée gravure à l'eau forte de Cl avec une électrode passionnée (≥150°C afin de retirer effectivement le produit gravure à l'eau forte d'InClx de la surface de disque).

Le contrôle de température Précis de disque est recommendé pour ce procédé. Si l'échantillon devient trop chaudx l'Including'evaporates de la surface facilement et par conséquent produit la sous-cotation. D'autre part, à si bas une température InClx est non-volatile ayant pour résultat des tarifs lents gravure à l'eau forte, la sélectivité faible et l'aspérité. Souvent N2 est ajouté pour augmenter le composant matériel gravure et pour passiver la surface, par conséquent réduisant l'aspérité et améliorant le contrôle de profil. Corrodez les tarifs de >1 µm/min et sélectivité à SiO2 de >10 : 1 ont été réalisés utilisant ce procédé. Le Schéma 4 donne à des 5µm typiques le résultat profond gravure à l'eau forte. C'est un H+ libèrent le procédé qui peut donner moins de dégâts au dispositif, puisque H+ forme souvent une couche de passivation sur la surface corrodée qui peut affecter la performance de dispositif.

Le Schéma 4. Cl/N22 a corrodé le guide d'ondes

Les procédés422 de CH/H/Cl et22 de Cl/N ont indiqué ci-dessus peuvent également être utilisés pour produire des MESAs de dispositif, avec ou vertical ou les profils renversés réalisés par convenablement règlent des paramètres de processus.

Une technique alternative qui laisse traiter à de plus basses températures de ~100-150°C comporte l'utilisation de la chimie de HBr, puisque le produit gravure à l'eau forte d'InBrx devient volatil à une plus basse température qu'InClx. Le Schéma 5 donne à des 5µm typiques le résultat profond gravure à l'eau forte à des tarifs gravure à l'eau forte de 0.8µm/min et à une sélectivité de >10 : 1 à SiO2. De Nouveau, le bon contrôle de température est dû recommendé à la sensibilité des résultats gravure à l'eau forte à la température de disque.

Le Schéma 5. gravure à l'eau forte de guide d'ondes de HBr

Le procédé de HBr peut également corroder l'INP avec le vernis photosensible (PR) comme masque suivant les indications du Schéma 6 puisqu'il exige une plus basse température comparent à la chimie2 de Cl. Type des tarifs gravure à l'eau forte de >1µm/min et une sélectivité de 14:1 sont réalisés. Ce procédé a exigé la cuisson dure du masque de vernis photosensible avant que corrodant afin de réduire le burning de vernis photosensible. Les Avantages de ce procédé comprennent l'élimination potentielle de l'utilisation des masques durs et réduisent de manière significative la complexité et le coût de processus.

Le Schéma 6. gravure à l'eau forte d'INP utilisant des vernis photosensibles comme masque

Un procédé22 de Cl/H a été développé récent. Dans ce procédé, l'électrode inférieure est réglée à la température ambiante. Le disque est mis sur un disque de porteur sans contact thermique supplémentaire. Aucun serrage de disque n'est exigé. Par Conséquent c'est un procédé simple. Le mécanisme gravure à l'eau forte est assimilé au procédé422 de CH/H/Cl - le disque est passionné par le plasma lui-même. L'avantage de ce procédé est l'absence du CH4, pour cette raison d'aucun polymère déposant dans la cavité. C'est un propre et également un procédé favorable à l'environnement. Dans ce procédé, le taux de gaz de Cl/H22 est très important. Le taux Élevé de gaz mène aux tarifs élevés gravure à l'eau forte mais donne également un profil gravure de dégagement. Le Schéma 7 donne les résultats gravure à l'eau forte22 de Cl/H dans le mode d'ICP. Les tarifs gravure à l'eau forte sont 850nm/min avec la sélectivité au masque de nitrure > de 10 : 1.

Le Schéma 7. échantillon d'INP/InGaAs corrodé utilisant le procédé22 de Cl/H à la température ambiante.

Gravure Discordante d'INP ou Gravure Peu profonde

Bien Que le procédé gravure d'INP puisse être par remontées des chimies plus rapides et plus propres gravure à l'eau forte en mode d'ICP pour la majorité d'applications, cependant, le procédé CH4/H2 est encore très utilisé pour gravure discordante d'INP DFB (lasers de contrôle par retour de l'information distribué), dû aux conditions de la profondeur faible et exactement commandée gravure à l'eau forte (type <200nm). Également l'utilisation fréquente des masques de vernis photosensible, e-poutre souvent fragile résiste, parce que la définition de râper exige gravure de température ambiante. Dans un outil d'ICP ce procédé est type exécuté sans l'alimentation électrique d'ICP, c.-à-d. seulement l'alimentation électrique inférieure d'électrode est appliquée, activant un « mode de RIE » lent gravure. Le Schéma 8 donne le résultat gravure à l'eau forte de grille de mode de RIE dans un outil d'ICP à une profondeur de 100nm à des tarifs gravure à l'eau forte de 20nm/min.

Le Schéma 8. gravure à l'eau forte42 de grille de CH/H

Le procédé42 de CH/H en mode de RIE est un populaire pour gravure à l'eau forte peu profonde d'INP (profondeur corrodée moins que 1000nm). Puisque c'est un procédé de température ambiante, le vernis photosensible peut être utilisé comme masque. Cependant, CH/H42 forme un grand nombre de polymère dans la cavité et le dépose également sur la première surface et le flanc corrodés. Souvent une phase propre2 courte d'O est ajoutée dans le procédé suivant corroder afin d'éliminer le polymère résiduel. Le Schéma 9 donne le résultat gravure à l'eau forte peu profonde d'INP de mode de RIE à une profondeur de moins de than1000nm à des tarifs gravure à l'eau forte de 20~40nm/min.

Le Schéma 9 gravure à l'eau forte peu profonde d'INP utilisant le procédé CH4/H2, (a) le procédé de pas à pas affichant un certain gisement de polymère sur la première surface et le flanc corrodés. (b) Procédé En Deux Étapes, pas plus de résiduel de polymère sur la surface corrodée.

La chimie42 de CH/H est également utilisée généralement pour gravure sélectrice d'InGaAs/InAlAs due aux conditions de la profondeur faible gravure à l'eau forte, et de la sélectivité entre InGaAs et InAlAs.

CH/H/Cl422, Cl/N22, et HBr dans des procédés de mode d'ICP peuvent également être utilisés pour gravure à l'eau forte peu profonde. Si l'échantillon est préchauffé à au-dessus de 150 degrés par l'électrode inférieure, il s'est avéré possible de ramener les tarifs gravure à l'eau forte de >1µm/min à 0.2µm/min4 en choisissant l'alimentation électrique faible d'ICP. Un profil corrodé typique est affiché sur le Schéma 10.

Le Schéma 10. tarifs Contrôlables gravure à l'eau forte pour gravure peu profonde

Gravure En Cristal Photonique d'INP (PhC)

Gravure de structure en cristal photonique de guide d'ondes d'INP est très provocante, puisqu'elle exige le rapport hauteur/largeur élevé avec des tailles de caractéristique technique sous la moitié par micron. La structure la plus populaire est type de trou de deux cotes avec la taille de trou moins que 500nm.

Tout L'INP a corrodé le procédé fait signe ci-dessus peut être utilisé pour corroder PhC. P Strasser de ZTH Zurich a développé un procédé gravure utilisant ICP180. La conclusion de son travail est que Cl/N/Ar22 est les meilleures chimies pour gravure à l'eau forte de PhC. C'est un procédé libre de polymère, et fournit également un pied carré suivant les indications du Schéma 11. La température de disque est réglée à au-dessus de 200°, le Cl2 est un gaz gravure à l'eau forte, l'AR est utilisée pendant qu'un gaz et un N dilués2 donne la passivation au flanc. Un rapport hauteur/largeur de >15 : 1 a été réalisé. Le Schéma 10 expositions une profondeur corrodée de 2.9µm et tarifs gravure à l'eau forte de 1.75µm/min réalisés pour la taille de trou du diamètre 190nm, qui donne le rapport hauteur/largeur ~16 : 1. Les petites pièces témoin doivent être collées en circuit au plaque-support et le refroidissement d'Hélium de postérieur est exigé.

Le Schéma 11. PhC corrodé dans l'INP. Les trous ont un diamètre de 180nm et la profondeur corrodée est 2.9µm. (Avec l'autorisation aimable de Groupe ETH Zurich de Photonics de Transmission de P Strasser, Etc.)

INP Par L'intermédiaire Gravure de Trou

Les conditions pour l'INP par l'intermédiaire gravure de trou sont quelque peu différentes, c.-à-d. le plus rapidement les tarifs possibles gravure à l'eau forte aux profondeurs jusqu'à de 150µm, près de la verticale ou du profil légèrement renversé gravure à l'eau forte, résistent masqué (idéalement), base douce de méplat, mais aucune préoccupation au sujet de la douceur de flanc. Ces besoins peuvent être répondus par l'utilisation d'un procédé basé3 gravure à l'eau forte de HBr/BCl aux températures moyennes à élevées (120-180°C). Le masque de vernis photosensible doit être complètement hardbaked à une température élevée (>150°C) pour s'assurer qu'elle survit le procédé gravure à l'eau forte sans réticulation. Le Schéma 12 affiche un 100µm profondément par l'intermédiaire du trou corrodé utilisant cette technique. Les tarifs Gravure À L'eau Forte étaient >2.75µm/min et sélectivité au vernis photosensible >15 : 1.

Le Schéma 12. Procédé2 de HBr/BCl pour l'INP Par L'intermédiaire gravure à l'eau forte de trou

INP/InGaP/AlInP Gravure de LED Rouge et de Pile Solaire

L'INP/combinaisons matérielles basées d'InGaP/AlInP sont très utilisés pour effectuer les LED rouges ou la pile Solaire. Les Conditions pour des produits de LED rouge et de pile solaire sont les rendements et le coût bas élevés. Par Conséquent un traitement par lots est essentiel, également le vernis photosensible est choisi pour le procédé et le coût bas simplifiés.

BCl3/Cl2/Ar/CH4 est utilisé. Le procédé optimisé unclamped. La température de Tableau est maintenue à 20~30degree, donne des tarifs gravure à l'eau forte de 450nm/min avec la sélectivité au masque de vernis photosensible du 3:1 et du profil corrodé suivant les indications du Schéma 13.

Le Schéma 13. La pile Solaire basée d'INP corrodée utilisant BCl/Cl/Ar/CH324, Vernis Photosensible a été utilisée comme masque gravure à l'eau forte

Gravure d'INP MicroLens

Microlenses qui sont utilisées généralement pour les applications photoniques avancées sont formés dans le vernis photosensible utilisant une de deux techniques. La technique la plus simple concerne former les cylindres accroupis du du résistance utiliser la lithographie conventionnelle. Le substrat est alors passionné au-dessus de la température en verre de ré-écoulement du vernis photosensible (c.-à-d. 130-150°C), le permettant au ré-écoulement.

Ceci produira une surface sphérique, avec le radius peut être prévu à partir dont du volume résistent et la superficie de contact avec le substrat. Le profil de lentille est alors transféré dans le matériau de substrat par gravure sèche d'ICP, souvent avec la sélectivité de 1:1.

Le Schéma 14 affiche à une image de SEM de des microlens corrodés dans l'INP à une profondeur de 20µm. Ceci a été produit par résistent au ré-écoulement combiné avec gravure d'ICP. Dans ce cas il est possible de régler la sélectivité entre l'INP et le vernis photosensible en changeant le mélange de gaz utilisé pour le procédé ou en réglant l'alimentation électrique d'ICP et/ou la polarisation de C.C entre le plasma et le substrat. L'Augmentation de la sélectivité (ainsi le vernis photosensible corrode plus lentement) augmentera la lordose de la lentille de finition. Car le mélange de gaz utilisé pour ce procédé comprend le chlore il y a la probabilité bulles de poteau-gravure à l'eau forte des « formant sur la surface corrodée quand le disque est retiré de l'outil, due à la nature hydrophile du chlore. OIPT a développé une technique de propriété industrielle qui évite cet effet et fournit une surface corrodée douce.

Le Schéma 14. Microlens a corrodé dans l'INP (un peu de vernis photosensible est visible sur l'image gauche de SEM, mettant en valeur la procédure gravure à l'eau forte).

Résumé

Gravure matérielle basée d'INP est une technologie indispensable pour la fabrication d'optoélectronique et des appareils électroniques.

Etcher du System100 ICP de la Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford (matériel d'OIPT CS1) fournit des larges gammes de solutions matérielles gravure d'III-V. Pente) Hautement verticale (ou réglée le profil corrodé, le flanc lisse, avec la bonne sélectivité à l'oxyde, nitrure ou masque de P.R., et tarifs contrôlables gravure à l'eau forte peuvent être réalisés.

Source : Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît la Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

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

Last Update: 14. June 2013 04:06

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