옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술에 의한 고밀도 유도 결합 플라즈마 (ICP)를 사용하여 InP 기반 재료의 건식 에칭

다루는 주제

배경
소개
유도 결합 플라즈마 (ICP) 도구
에칭 InP 기반의 재료
높은 도파관의 속도 에칭 및 미러 패싯
InP 격자의 에칭이나 얕은 에칭
InP 광자 크리스탈 (PhC)는 에칭
구멍 에칭 경유 InP
InP / InGaP / AlInP 빨간색 LED와 태양 전지 에칭
에칭 InP의 MicroLens
개요

배경

옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술은 높은 성능의 범위, 연구 개발에 참여 반도체 처리 고객에게 유연한 도구 및 제작을 제공합니다. 우리는 세 가지 주요 분야에서 전문 :

• 에칭
  • RIE, ICP, DRIE, RIE / PE, 이온 빔
• 증착
  • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
• 성장
  • HVPE, Nanofab

소개

건식 에칭은 이제 널리 구성 요소의 중요한 차원주의 제어를위한 필요에 의한 III - V 소재를, 관련된 광전자 및 전자 장치의 제조에 사용됩니다. 빠른 식각 속도, repeatability, 균일, 청결 화학, 수직 프로파일은 낮은 장치 손상 에칭 프로세스의 가장 바람직한 측면의 일부입니다. 그것은 높은 이온 밀도를 제공 이후 유도 결합 플라즈마 (ICP) 식각은 이상적으로, 이러한 요구 사항에 적합합니다, 따라서 빠른 식각 속도를, 이온 밀도 및 이온 에너지의 별도의 제어를 허용하면서, 낮은 손상 기능을 제공.

옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술 (OIPT)는 이러한 요구에 부응하기 위해 III - V 반도체에 대한 ICP 에칭 프로세스의 광범위한 개발했습니다.

이 문서에서는, 우리는 InP 및 관련 자료에 대한 프로세스를 에칭에 초점을 다른 애플 리케이션을위한 다양한 에칭 화학 및 시스템 요구 사항을 토론하고 최신의 새로운 프로세스 개발 결과의 업데이 트를 제공합니다.

유도 결합 플라즈마 (ICP) 도구

이러한 프로세스에 사용되는 시스템입니다 옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술 Plasmalab 시스템 100 ICP 식각 (OIPT CS1 하드웨어) . 에칭 챔버의 구조는 그림 1에 주어진이며 전체 시스템은 그림 2에 표시됩니다.

그림 1. Plasmalab System100 ICP180 도구의 개략도

그림 2 Plasmalab 시스템 100 ICP180

RF 전력 (13.56MHz)는 에칭 플라즈마를 생성하기 위해 ICP 소스 (최대 3000Watts로)와 기판 전극 (최대 600Watts)을 모두 적용됩니다. ICP 튜브 주위에 정전기 차폐는 따라서 튜브 소재의 스퍼터링를 제거하고 기기에 불필요한 highenergy 이온 손상을 최소화, ICP 전원이 순수하게 유도 (예 : '진정한 - ICP') 결합되도록하는 데 사용됩니다. 기판에 이온 에너지가 낮은 전극에서 생성되는 DC 바이어스 측정에 의해 모니터링되며, 주로이 전극에 공급되는 RF 전력에 의해 제어됩니다.

웨이퍼는 챔버 진공 따라서 에칭 결과 repeatability 좋은 안정성을 유지하기 위해 로드락 통해 챔버에로드됩니다.

에칭되는 웨이퍼는 기계 있거나 electrostatically 온도 제어 낮은 전극에 고정됨. 헬륨 압력은 척과 웨이퍼 사이 좋은 열 전도성을 제공하는 웨이퍼의 뒷면에 적용됩니다. 어디에 필요한 작은 샘플은 열 전도성 접착제와 4 "실리콘 웨이퍼 캐리어에 부착됩니다.

Plasmalab System100 ICP는 5 ° C 400 ° C로, 전기 히터 요소의 사용 및 냉각수 순환 회로를 통해 -. ± 1의 정확성에 기판 온도 제어 ° C의 온도 범위를 가지고 이것은 -150으로 확장할 수 있습니다 ° C 400 ° C로 액체 질소의 공급의 추가와 함께. 기판 온도는 에칭 종의 변동을 컨트롤로, 에칭 결과에 표시된 효과를 가지고 있으며 따라서뿐만 아니라 에칭 속도, 선택도 및 프로필에 영향을 미치는 프로세스의 화학적 구성 요소에 영향을 미치는뿐만 아니라, 표면 거칠기. 시스템은 1mT에서 100mT 수 있도록 정확한 제어 프로세스 챔버 압력에 압력 범위에서 운영하실 수 있습니다.

에칭 InP 기반의 재료

높은 도파관의 속도 에칭 및 미러 패싯

미러 패싯과 도파관의 고속 에칭은 핵심 요구 사항은 각각 10μm 및 5μm까지 깊이, 제어 에칭 깊이, 높은 이방성 프로필 InGaAsP (또는 이와 유사한 것)의 매장 레이어없이 notching, 그리고 부드럽게 빠른 식각 속도 아르 측벽 및 에칭 표면.

CH ₄ / H ₂ / 망할 _CIA이 화학 응용 이런 종류의 가장 인기있는 과정입니다. 웨이퍼의 온도로 증가 수있다면 200 ° C 근처 후 일반적으로 사용되는 CH ₄ / H ₂ 프로세스 증가의 에칭 속도는하지만, 프로필 제어 undercutting 증가로 인해 어렵게된다. 이 혼합물에 망할 CIA ₂ 또한 포함 _X의 저휘 발성으로 인해 높은 비등 방성 에칭 프로파일을 수 있습니다. 이것은 따라서 CH ₄ / 망할 _CIA이 비율의 조정을 통해 정확한 프로필 관리할 수 있습니다. > 1.5μm/min 및 그런가 ₂ 또는 신 _{X 마스크로>} 15시 1분의 selectivities의 에칭 속도가 형성될 수 있습니다. 그림 3은 10μm 깊이 미러 패싯이 화학을 사용 새겨져 보여줍니다.

표 1. CH ₄ / H ₂ / 망할 _CIA이 공정 성능 요약

그림 3. InP 기반의 자료는 CH ₄ / H ₂ / 망할 _CIA이 절차를 사용 새겨져. > 1.5μm/min 및> 15 선택성의 에칭 속도는 : 달성하고 있습니다.

이 화학 그것이 재료의 다양한 파 놓았되는 장점을 가지고 서로 간의 낮은 선택성 (~ 0.5-1:1)와 알, SB 등으로, P, GA, 이들이 포함된 즉, 따라서 에칭 프로파일은이 없습니다 재료 사이의 인터페이스에서 notching. 또한 때문에이 과정 ₄ 내용 CH 절감하고 훨씬 빠른 식각 속도 ₂ 화학 CH ₄ / H 이하 폴리머 오염을 생산하고 있습니다. InP 기반의 웨이퍼가 전적으로 고밀도 플라즈마 자체 가열에 필요한 추가 웨이퍼 가열은 없습니다. 플라즈마 매개 변수를 정확하게 제어, 프로세스 repeatability는 ± 3 %보다되며, 클램핑 더 웨이퍼가 필요하지 않습니다.

웨이퍼는 단순히 캐리어 접시에 휴식을 수 있으며, 개별적으로 고정되어와 헬륨은 냉각 필요하지 않기 때문에이 기술은 높은 처리량 생산 어플 리케이션을 실행 당 로드된 예 : 4x2 "웨이퍼에 대한 일괄 처리 가능합니다.이 과정의 또 다른 변종은 CH ₄ 어느 / 아르 / 망할 _CIA이 화학도이 에칭 챔버를 사용하여 뛰어난 에칭 결과를 생산하기 위해 표시되었습니다.

그러나, 종종 생산의 요구도 에칭 이방성 및 측벽 매끄러운 필요한 경우의 비용으로, 이상없이 폴리머 증착과 챔버가 최대한 깨끗한 있어야 그것인가. 이것은 프로세스가 CH _4가 포함되지 않은 것을 요구합니다. 일반적인 접근 방식은 온수 전극 (≥ 150 ° C 효과적으로 웨이퍼 표면에서 InClx 에칭 제품을 제거하기 위해). 함께 망할 CIA ₂ 기반 에칭 화학 물질을 사용하는 것입니다

정확한 웨이퍼 온도 조절이 과정을 권장합니다. 예제 따라서 쉽게 표면에서 너무 뜨거운 포함의 _X '증발'를 얻고있다면 undercutting 생산하고 있습니다. 반면에 너무 낮은 온도에서 InClx 느린 식각 속도, 낮은 선택도 및 표면 거칠기의 결과 비휘발성 있습니다. 종종 N ₂ 에칭의 물리적 구성 요소를 증가하고 표면을 passivate하기 위해, 따라서 표면 거칠기를 줄이고 프로파일 관리 개선 추가됩니다. > 10시 1분의> 1 μm의 / 그런가 ₂ 분 및 선택성의 식각 속도는이 프로세스를 사용하여 달성되었습니다. 그림 4는 전형적인 5μm 깊은 에칭 결과를 보여줍니다. 이것은 H는 ⁺ 종종 장치 성능에 영향을 미칠 수있는 에칭 표면에 패시베이션 층을 형성하고 있기 때문에, 장치에 덜 손상을 줄 수있는 H ⁺ 무료 과정입니다.

그림 4. 망할 CIA ₂ / _N이 새겨져 도파관

CH ₄ / H ₂ / 망할 CIA ₂ 위에 나열된 망할 CIA ₂ / _N이 프로세스는 적절한 프로세스 매개 변수를 조정함으로써 달성 수직 또는 sloped 프로파일 중 하나와 함께, 장치 암석을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

~ 100-150의 낮은 온도에서 처리하실 수 있습니다 대안 기법 ° InBrx의 에칭 제품 InClx보다 낮은 온도에서 휘발성된다 이후 C는 HBR 화학의 사용을 포함한다. 그림 5 0.8μm/min의 에칭 속도와 그런가 _2> 10시 1분의 선택성에서 전형적인 5μm 깊은 에칭 결과를 보여줍니다. 다시, 좋은 온도 제어 웨이퍼 온도 에칭 결과의 감도로 인해 권장합니다.

그림 5. HBR는 에칭 도파관

그것이 낮은 온도가 망할 _CIA이 화학 비교할 때 필요로하기 때문에 HBR 프로세스는 또한 마스크로 포토 레지스트 (PR)와 에칭 InP는 그림 6에 표시된 수. 일반적으로> 1μm/min의 에칭 속도와 14시 1분의 선택도가 달성됩니다. 이 과정은 포토 레지스트 레코딩을 줄이기 위해 에칭 전에 포토 레지스트 마스크의 하드 베이킹을 필요합니다. 이 프로세스의 장점은 하드 마스크의 사용의 잠재적인 제거를 포함하여 크게 프로세스 복잡 성과 비용을 줄일 수 있습니다.

마스크로 photoresists를 사용하여 InP를 파 놓았 그림 6.

망할 CIA ₂ / H ₂ 과정은 최근에 개발되었습니다. 이 과정에서 낮은 전극은 상온에서 설정됩니다. 웨이퍼는 추가적인 열 접촉하지 않고 캐리어 웨이퍼 위에 배치됩니다. 클램핑 없음 웨이퍼는 필요하지 않습니다. 따라서 그것은 간단한 과정이다. 에칭 메커니즘은 CH ₄ / H ₂ / 망할 CIA _두 프로세스와 비슷합니다 - 웨이퍼는 플라즈마 자체 가열됩니다. 이 과정의 장점은 CH _4의 부재이며, 따라서 어떤 고분자는 챔버에 입금하지 않습니다. 그것은 깨끗한 또한 환경 친화 과정입니다. 이 과정에서 망할 CIA ₂ / H ₂ 가스 비율은 매우 중요합니다. 높은 가스 비율이 높은 에칭 속도로 연결뿐만 아니라, 아래 부분을 잘라냄 식각 프로파일을 제공합니다. 그림 7은 망할 CIA ₂ / ICP 모드에서 에칭 H _2의 결과를 보여줍니다. 에칭 속도는> 10시 1분의 질화 마스크에 선택성와 850nm/min 있습니다.

그림 7. InP / InGaAs 예제는 망할 CIA ₂ / H 상온에서 ₂ 프로세스를 사용하는 에칭.

InP 격자의 에칭이나 얕은 에칭

InP의 에칭 프로세스가 응용 프로그램의 대부분 ICP 모드에서 빠르게, 청소기 에칭 화학으로 대체 될 수 있지만, 그러나, CH4/H2 과정은 아직도 널리 인해 얕은의 요구 사항에 InP DFB (의견 레이저를 분산) 격자 에칭을 위해 사용됩니다 , 정확하게 제어 에칭 깊이 (일반적으로 <200nm). 격자 정의 실온 에칭을 요구 또한 포토 레지스트 마스크를 자주 사용은 종종 섬세한 e - 빔은 저항. ICP 도구에서이 프로세스는 일반적으로 노 ICP 전원과 수행, 즉 오직 낮은 전극 전원 에칭의 속도가 느린 'RIE 모드'를 가능하게 적용됩니다. 그림 8은 20nm/min의 에칭 속도로 100nm의 깊이 ICP 도구 에칭 RIE 모드 격자의 결과를 보여줍니다.

그림 8. CH ₄ / H ₂ 격자 에칭

RIE 모드에서 CH ₄ / H ₂ 과정은 얕은 InP 에칭 (식각 깊이 이하 1000nm)에 대한 인기가있다. 그것이 실온 프​​로세스이기 때문에 포토 레지스트는 마스크로 사용할 수 있습니다. 그러나, CH ₄ / H ₂ 에칭 상단 표면과 측벽에 보증금 또한 챔버의 폴리머 대량을 형성합니다. 종종 짧은 _O이 깨끗한 단계는 잔류 폴리머를 제거하기 위하여 에칭 다음과 같은 절차로 추가됩니다. 그림 9는 20의 에칭 속도 ~ 40nm/min에서 적은 than1000nm의 깊이로 에칭 RIE 모드 얕은 InP의 결과를 보여줍니다.

CH4/H2 프로세스를 사용하여 에칭 그림 9 얕은 InP, 에칭 상단 표면과 측벽의 일부 폴리머 보증금을 보여주는 (A) 단일 단계 과정입니다. (B) 두 단계 프로세스, 에칭 표면에 더 이상 고분자 잔류.

CH ₄ / H ₂ 화학은 또한 일반적으로 InGaAs / InAlAs 선택 얕은 에칭 깊이의 요구 사항으로 인해 식각하고, InGaAs와 InAlAs 사이의 선택도에 사용됩니다.

CH ₄ / H ₂ / 망할 CIA _2, 망할 CIA ₂ / N _2, ICP 모드 프로세스에서 HBR는 얕은 식각에도 사용할 수 있습니다. 예제가 낮은 전극에 의해 150도 이상의 사전 가열하는 경우, 그것은 낮은 ICP 전원을 선택하여 0.2μm/min4로> 1μm/min의 에칭 속도를 줄이기 위해 가능한 것으로 표시되었습니다. 전형적인 에칭 프로필은 그림 10에 표시됩니다.

그림 10. 얕은 식각에 대한 제어 에칭 속도

InP 광자 크리스탈 (PhC)는 에칭

그것이 반 미크론 이하 크기의 기능 높은 비율을 필요로하기 때문에 InP 광자 결정 도파관 구조의 식각하는 것은 매우 도전이다. 가장 인기있는 구조는 500nm 이하 구멍 크기가 두 개의 차원 홀 유형입니다.

위에 놓으 모든 InP 에칭 프로세스는 에칭 PhC로 고용하실 수 있습니다. ZTH 취리히에서 P Strasser를 사용 에칭 공정 개발 ICP180를 . 그의 작품에서 결론은 망할 CIA ₂ / N ₂ / 아르곤은 에칭 PhC에 가장 적합한 화학 때문입니다. 이것은 폴리머 무료 과정이며, 그림 11과 같이 또한 평방 피트를 제공합니다. 웨이퍼 온도가 200 ° 이상에서 설정, 망할 CIA ₂ 에칭 가스이며, 아르곤은 희석 가스로 사용 N ₂ 측벽에 패시베이션 사용하실 수 있습니다. > 15시 1분의 가로 세로 비율을 달성했다. 그림 10은 190nm 직경의 구멍 크기에 대한 달성 1.75μm/min의 2.9μm와 에칭 속도의 에칭 깊이를 보여주는, 즉 가로 세로 비율에게 ~ 16시 1분를 제공합니다. 작은 샘플 조각 헬륨 냉각이 필요 캐리어 판과 뒷면에 붙어 있어야합니다.

그림 11. PhC는 InP에 새겨져. 구멍이 180nm 및 에칭 깊이의 직경이 2.9μm이다있다. (P Strasser 등 통신 Photonics 그룹 ETH 취리히의 종류 허가 포함)

구멍 에칭 경유 InP

구멍 에칭을 통해 InP에 대한 요구 사항, 최대 150μm의 깊이로 즉, 빠른 식각 속도를 약간 다른, 수직 또는 약간 sloped 에칭 프로파일 근처, (이상) 마스크도 평면 부드러운베이스지만, 측벽 매끄러운에 대해 더 우려 저항. 이러한 요구 사항은 높은 온도 (120-180 ° C)에 중간에서 HBR / BCL ₃ 기반의 에칭 공정의 사용을 통해 충족하실 수 있습니다. 포토 레지스트 마스크는 철저하게 높은 온도 (> 150 ° C)가 그물없이 에칭 과정을 남아 있도록.하려면 hardbaked되어야합니다 그림 12은이 기술을 이용하여 에칭 구멍을 통해 깊이 100μm를 보여줍니다. 에칭 속도는> 2.75μm/min 및> 15시 1분을 포토 레지스트로 선택도했다.

그림 12. 홀 비아 InP에 대한 HBR / _BCL이 공정 에칭

InP / InGaP / AlInP 빨간색 LED와 태양 전지 에칭

InP / InGaP / AlInP 기반 재료 조합​​은 널리 적색 LED의 또는 태양 전지의를 만드는 데 사용됩니다. 빨간색 LED와 태양 전지 제품을 모두 요구 사항은 높은 수율과 낮은 비용입니다. 따라서 배치 프로세스가 필수적이며, 또한 포토 레지스트는 단순화 과정과 저렴한 비용으로 선택됩니다.

BCl3/Cl2/Ar/CH4이 사용됩니다. 최적화된 프로세스는 unclamped됩니다. 테이블 온도는 20에서 유지됩니다 ~ 30degree는 그림 13와 같이 3시 1분 및 에칭 프로파일의 마스크를 포토 레지스트에 선택성과 450nm/min의 에칭 속도를 제공합니다.

그림 13. InP 기반의 태양 전지는 BCL ₃ / 망할 CIA ₂ / 아르곤 / CH _4를 사용 에칭, 포토 레지스트는 에칭 마스크로 사용되었다

에칭 InP의 MicroLens

일반적으로 고급 광자 응용 프로그램에 사용되는 Microlenses는 두 기술 중 하나를 사용하여 포토 레지스트를 형성하고 있습니다. 간단한 기술은 종래의 리소그래피를 사용하여 저항의 웅크려 실린더를 형성 포함됩니다. 기판 그러면 그것이 reflow 수 있도록, 포토 레지스트 (예 : 130-150 ° C)의 유리 reflow 온도 이상 가열합니다.

이것은 기판과 저항의 볼륨 및 연락처의 지역에서 계산 수있는 반경, 구형 표면을 생성합니다. 렌즈 프로필은 다음 자주 1시 1분 선택성와 ICP 건식 에칭에 의해 기판 ​​소재로 전송됩니다.

그림 14는 20μm의 깊이에 InP에 새겨져 microlens의 SEM 이미지를 보여줍니다. 이것은 유도 결합 플라스마 에칭과 함께 reflow 저항에 의해 만들어졌습니다. 이 경우에는 그것은 프로세스 또는 ICP 전원 및 / 또는 플라즈마와 기판 사이에 DC 바이어스를 조정하여 사용하는 가스 혼합물을 변경하여 어느 InP와 포토 레지스트와의 선택도를 조정 할 수 있습니다. 선택성 (때문에 포토 레지스트가 더 느리게 파 놓았)을 늘리면 완료 렌즈의 굴절률이 증가합니다. 이 과정에 사용되는 가스 혼합물이 염소 염소의 친수성 특성으로 인해 웨이퍼가 도구에서 제거하면 에칭 표면에 형성 후 에칭 '거품'의 가능성이있다. 포함되어 OIPT는 독점적인 기술을 개발했다고 이 효과를 방지하고 매끄러운 표면 에칭을 제공합니다.

그림 14. Microlens은 InP (포토 레지스트의 작은 금액은 에칭 절차를 강조, 왼쪽 SEM 이미지에서 볼 수 있습니다)에 새겨져.

개요

InP 기반의 재료 에칭은 광전자 및 전자 장치의 제조를위한 중요한 기술입니다.

옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술의 System100 ICP 식각 (OIPT CS1 하드웨어 ) III - V 재료 에칭 솔루션의 넓은 범위를 제공합니다. 산화물, 질화물 또는 PR 마스크 및 제어 에칭 속도로 좋은 선택도 함께 고도의 수직 (또는 제어 기울기) 에칭 프로파일, 부드러운 측벽이 형성될 수 있습니다.

출처 : 옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술 .

이 원본에 대한 자세한 내용은 참조하시기 바랍니다 옥스포드 인스 트루먼 트의 플라즈마 기술을 .