고밀도를 사용하여 InP 기지를 둔 물자의 드라이 에칭은 옥스포드 계기 플라스마 (ICP) 기술에 의하여 유도적으로 플라스마를 결합했습니다

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배경
소개
유도적으로 결합된 플라스마 (ICP) 공구
InP 기지를 둔 물자 에칭
     도파관과 미러 면의 고가 식각
     InP 삐걱거리는 에칭 또는 얕은 에칭
     InP Photonic 수정같은 (PhC) 에칭
     구멍 에칭을 통해 InP
     InP/InGaP/AlInP 빨간 LED 및 태양 전지 에칭
     InP MicroLens 에칭
개요

배경

옥스포드 계기 플라스마 기술은 연구와 개발에서 관련시킨 고객을 가공하는 반도체에 고성능, 유연한 공구, 및 생산의 범위를 제공합니다. 우리는 3개 주요 지역을 전문화합니다:

  • 식각
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE 의 이온살
  • 공술서
    • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • 성장
    • HVPE, Nanofab

소개

드라이 에칭은 지금 분대의 중요한 차원의 주의깊은 통제를 위한 필요 때문에 III-V 물자를 관련시키는 광전자 공학과 전자 장치의 제작에서 널리 이용됩니다. 단단 식각은, 반복성, 균등성, 청결한 화학, 수직 단면도, 낮은 장치 손상입니다 몇몇의 에칭 프로세스의 가장 바람직한 양상 평가합니다. 유도적으로 결합된 플라스마 (ICP) 에칭은 이 필수품에 이상적으로 높은 이온 조밀도를 제공하기 때문에, 적응됩니다; 그러므로 단단 식각은 적은 피해 기능을 주는 이온 조밀도와 이온 에너지의 분리되는 통제를 허용하고 있는 동안 평가합니다.

옥스포드 계기 플라스마 기술은 (OIPT) III-V 반도체를 위한 ICP 식각 프로세스의 이 요구에 응하기 위하여 광범위를 개발했습니다.

이 약품에서는, 우리는 InP와 관련 물자를 위한 에칭 프로세스에 집중하고, 다른 응용을 위한 각종 에칭 화학 그리고 시스템 요구조건을 토론하고 최신 새로운 프로세스 발전 결과의 갱신을 제공할 것입니다.

유도적으로 결합된 플라스마 (ICP) 공구

이 프로세스에 사용된 시스템은 옥스포드 계기 플라스마 기술 Plasmalab 시스템 100 ICP 동판 화가 (OIPT CS1 기계설비)입니다. 식각 약실의 개략도는 숫자 1에 나타나고 가득 차있는 시스템은 숫자 2.에서 보입니다.

Plasmalab System100 ICP180 공구의 숫자 1. 개략도

숫자 2 Plasmalab 시스템 100 ICP180

식각 플라스마를 생성하는 RF 힘 (13.56MHz)는 ICP 근원 (3000Watts까지) 및 기질 전극 모두에 (600Watts까지) 적용됩니다. ICP 관의 주위에 정전기 방패는, 그러므로 관 물자의 침을 튀기기 삭제하고 장치에 불필요한 고에너지 이온 손상의 극소화를 ICP 힘이 순전히 유도적으로 (i.e "확실하 ICP ") 결합되다 지키기 위하여 사용됩니다. 기질에 이온 에너지는 더 낮은 전극에 생성된 DC 편견의 측정에 의해 감시되고, 이 전극에 공급된 RF 힘에 의해 주로 통제됩니다.

웨이퍼는 loadlock를 통해 약실로 약실 진공의 좋은 안정성 및 그러므로 에칭 결과의 반복성을 유지하기 위하여 적재됩니다.

식각되는 웨이퍼는 온도 제어 더 낮은 전극에 기계적으로 또는 정전기로 죄집니다. 물림쇠와 웨이퍼 사이 좋은 열 전도력을 제공하는 헬륨 압력은 웨이퍼의 뒤에 가합니다. 필요한 곳에, 더 작은 견본은 4"에 열로 전도성 접착제를 가진 실리콘 운반대 웨이퍼 붙어 있습니다.

Plasmalab System100 ICP에는 전기 히이터 성분 및 냉각액 회람 회로의 사용을 통해 - 5°C에 +400°C의 온도 편차에 대해 ±1°C의 정확도에 기질 온도의 콘트롤이, 가지고 있습니다. 이것은 - 150°C까지 액체 질소의 공급의 추가를 가진 +400°C까지 미칠 수 있습니다. 식각 종의 휘발성을 통제하고기 그러므로 프로세스의 화학 분대를 좌우하기 때문에 기질 온도에는 뿐만 아니라 식각 비율에, 선택성 및 단면도 영향을 미치는, 식각 결과에 대한 표시되어 있는 효력이, 또한 표면 거칠기는 있습니다. 시스템은 1mT에서 100mT에 압력 범위에 작전될 수 있어 정확한 통제 프로세스 약실 압력을 허용하.

InP 기지를 둔 물자 에칭

도파관과 미러 면의 고가 식각

미러 면의 고가 식각을 위해와 도파관, 중요한 필수품은 InGaAsP의 매장한 층에 10µm까지의 깊이에 각각 단단 식각 비율 및 5µm, 지배할 수 있는 식각 깊이, 높게 이방성 단면도, 금을 내고는 (또는 유사한), 및 매끄러운 측벽 및 식각한 표면입니다.

CH/H/Cl422 화학은 응용의 이 종류를 위한 대중적인 프로세스입니다. 200°C를 접근하기 위하여 웨이퍼의 온도가 그 후에 통용되는 CH/H 프로세스 증가의 식각 비율42 , 그러나 증가하 것이 허용되는 경우에, 단면도 통제는 증가한 싼값으로 팔기에게 어려운 치러야하 됩니다. 이 혼합물에2 CL의 추가는 InCl의 낮은 휘발성 때문에 높게 이방성 식각 단면도를 허용합니다x. 이것은 CH/Cl 비율의 조정을 통해 그러므로 정확한 단면도 통제를42 허용합니다. >1.5µm/min의 비율과 >15의 선택성을 식각하십시오: SiO 또는 죄악2 가면에x 1개은 달성될 수 있습니다. 숫자 3은 10µm에게 이 화학을 사용하여 식각된 깊은 미러 면을 보여줍니다.

도표 1. CH/H/Cl422 프로세스 성능 개요

 
식각 비율 (nm/min)
SiO에 선택성2
식각된 단면도
식각된 표면 및 측벽
균등성
2개를 웨이퍼 골라내십시오
1500년
15:1
90°±1*
매끄러운
<±2.5%
4개를 웨이퍼 골라내십시오
500
8
90°±1*
반반하게 하십시오
<±4.0%
4x2'wafer를 골라내십시오
500
8
90°±1*
반반하게 하십시오
<±4.0%
*Oxide 가면 단면도는 80 도보다 더 나을 요구됩니다

CH/H/Cl 프로세스를 사용하는 식각되는 숫자 3. InP 기지를 둔422 물자. >1.5µm/min의 비율과 >15의 선택성을 식각하십시오: 달성됩니다.

물자의 광범위를 식각하다 이 화학에는 이점이, P 안으로 포함하는, 낮은 선택성 (~0.5-1와 더불어 i.e 그들 Ga, As, 알루미늄, Sb etc., 있습니다: 서로, 그러므로 식각한 단면도 사이에서 1)에는 물자 사이 공용영역에 금을 내기 없습니다. 그것은 또한 이 프로세스 및 매우 더 단단 식각 비율42 더 낮은 CH 내용 때문에4 CH/H 화학 보다는 더 적은 중합체 오염을 가져옵니다. InP가 고밀도 플라스마 자체에 의해 웨이퍼를 유일하게 가열되다 기지를 둔 대로, 요구된 추가 웨이퍼 난방이 없습니다. 플라스마 매개변수의 정확한 통제로, 가공 반복성은 ±3%보다 더 낫, 웨이퍼 죄는 것은 요구되지 않습니다.

이 기술은 웨이퍼가 운반대 격판덮개에 단순히 휴식하기 수 있고기 개별적으로 죄지기 것을 필요가 없고기 헬륨 냉각될기 때문에, 높은 처리량 실제 애플리케이션을 위해, 예를들면 4x2" 실행 당 적재된 웨이퍼 일괄 처리를 가능하게 합니다. 이 프로세스의 또 다른 이체는 이 식각 약실4을 사용하여2 우수한 식각 결과를 가져오기 위하여 또한 보인 CH/Ar/Cl 화학입니다.

그러나, 수시로 생산의 수요는 약실이 필요하다면, 이상적으로, 식각 이방성 및 측벽 매끈함을 희생해서 조차 중합체 공술서 없이 되도록 청결하게 머물러야 한다는 것을 지시합니다. 이것은 프로세스가 CH를 포함하지 않도록 요구합니다4. 일반적인 접근은 격렬한 전극 (2 ≥150°C 웨이퍼 표면에서 효과적으로 InClx 식각 제품을 제거하기 위하여)를 가진 CL에 기지를 둔 식각 화학을 사용하기 위한 것입니다.

정확한 웨이퍼 온도 조종은 이 프로세스를 위해 추천됩니다. 견본이 너무 최신경우에에 되면 쉽의x 표면에서 InCl'evaporates는 그러므로 싼값으로 팔기 일으킵니다. 다른 한편으로는, 너무 낮은 온도 InClx에 느린 식각 비율, 낮은 선택성 및 표면 거칠기의 결과로 불휘발성 입니다. 종종 N는2 에칭의 물리적인 분대를 증가해 표면을 passivate 추가되, 그러므로 표면 거칠기를 감소시키고 단면도 통제를 향상하. >10의 SiO에 >1 µm/min와 선택성의2 비율을 식각하십시오: 1개은 이 프로세스를 사용하여 달성되었습니다. 숫자 4는 전형적인 5µm에게 깊은 식각 결과를 보여줍니다. 이것은 H가 장치+ 성과에 영향을 미칠 수 있는 식각하기 표면에 수시로 패시베이션 층을 형성하기+ 때문에, H 해방합니다 장치에 더 적은 손상을 줄 수 있는 프로세스를입니다.

숫자 4. Cl/N는22 도파관을 식각했습니다

CH/H/Cl422 와 Cl/N22 프로세스는 또한 상기 수직과 더불어 장치 mesas를, 만들기 위하여 사용될 수 있습니다 목록으로 만들었습니다 또는 적당히에 의해 달성된 경사진 단면도는 가공 매개변수를 조정합니다.

~100-150°C의 저온에 가공 허용하는 양자택일 기술은 InBrx의 식각 제품이 InClx 보다는 저온에 휘발성에 되기 때문에, HBr 화학의 사용을 관련시킵니다. 숫자 5는 0.8µm/min의 식각 비율 및 >10의 선택성에 전형적인 5µm에게 깊은 식각 결과를 보여줍니다: SiO에 12. 또 다시, 좋은 온도 조종은 웨이퍼 온도에 식각 결과의 감도 추천된 때문이.

숫자 5. HBr 도파관 식각

HBr 프로세스는 또한 숫자 6에서 보이는 것처럼 가면 (PR)으로 CL 화학에 저온을 비교하기 요구하기 때문에 감광저항을 가진 InP를 식각할2 수 있습니다. 14:1의 >1µm/min의 전형적으로 식각 비율 및 선택성은 달성됩니다. 이 프로세스는 감광저항 연소를 감소시키기 위하여 식각하기 전에 감광저항 가면의 단단한 굽기를 요구했습니다. 이 프로세스의 이점은 단단한 가면의 사용의 잠재적인 제거를 포함하고 중요하게 가공 복합성 및 비용을 삭감합니다.

가면으로 감광저항을 사용하는 숫자 6. InP 식각

Cl/H22 프로세스는 최근에 개발되었습니다. 이 프로세스에서는, 더 낮은 전극은 실내 온도에 놓입니다. 웨이퍼는 추가 열 접촉 없이 운반대 웨이퍼의 위에 둡니다. 웨이퍼 죄는 것은 요구되지 않습니다. 그러므로 간단한 프로세스입니다. 식각 기계장치는 CH/H/Cl 프로세스와 유사합니다422 - 웨이퍼는 플라스마 자체에 의해 가열됩니다. 이 프로세스의 이점은 약실에서 예금하는 CH4, 그러므로 중합체 결핍입니다. 청결합니다 및 또한 환경 친절한 프로세스입니다. 이 프로세스에서는, Cl/H의 가스 비율은22 아주 중요합니다. 높은 가스 비율은 높은 식각 비율로 이끌어 내고 또한 밑을 잘라내기 에칭 단면도를 줍니다. 숫자 7은 ICP 최빈값에 있는 Cl/H 식각22 의 결과를 보여줍니다. 식각 비율은 > 10의 질화물 가면에 선택성을 가진 850nm/min입니다: 1.

숫자 7. 실내 온도에 Cl/H 프로세스를 사용하는 식각되는 InP22 /InGaAs 견본.

InP 삐걱거리는 에칭 또는 얕은 에칭

InP 에칭 프로세스가, 그러나 응용의 대다수를 위한 ICP 최빈값에 있는 곁에 대체한 더 단단, 더 청결한 식각 화학일 수 있더라도, CH4/H2 프로세스는 InP DFB (분배된 의견 레이저) 삐걱거리는 에칭을 위해 아직도 널리 이용되고, 때문이 얕은, 정확하게 통제된 식각 깊이 (전형적으로 <200nm)의 필수품. 감광저항 가면의 또한 빈번한 사용은, 수시로 민감한 e 光速 저항합니다, 왜냐하면 비비 정의는 실내 온도 에칭을 요구합니다. ICP 공구에서는 이 프로세스는 ICP 힘 없이 전형적으로 실행되, i.e 단지 더 낮은 전극 힘은 적용되어, 에칭의 느린 "RIE 최빈값"를 가능하게 하. 숫자 8은 20nm/min.의 식각 비율로 100nm의 깊이에 ICP 공구에 있는 RIE 최빈값 격자판 식각의 결과를 보여줍니다.

숫자 8. CH/H42 격자판 식각

RIE42 최빈값에 있는 CH/H 프로세스는 얕은 InP 식각 (식각된 깊이 1000nm 보다는 보다 적게)를 위해 대중적입니다. 실내 온도 프로세스이기 때문에, 감광저항은 가면으로 이용될 수 있습니다. 그러나, CH/H는42 약실에 있는 다량의 중합체를 형성하고 또한 식각한 윗 표면 및 측벽에 예금합니다. 종종 짧은 O2 명료한 단계는 잔여 중합체를 제거하는 식각을 따르는 프로세스로 추가됩니다. 숫자 9는 20~40nm/min.의 식각 비율로 더 적은 than1000nm의 깊이에 RIE 최빈값 얕은 InP 식각의 결과를 보여줍니다.

식각된 윗 표면 및 측벽에 어떤 중합체 예금을 보여주는 CH4/H2 프로세스, (a) 단일 단계 프로세스를 사용하는 숫자 9 얕은 InP 식각. (b) 식각된 표면에 2 단계 프로세스, 더 이상 중합체 잔류.

CH/H42 화학은 또한 InGaAs와 InAlAs 사이 얕은 식각 깊이 및 선택성의 필수품 때문에 InGaAs/InAlAs 선택적인 에칭을 위해 통용됩니다.

ICP422 최빈값 프로세스22에 있는 CH/H/Cl, Cl/N 및 HBr는 또한 얕은 식각을 위해 사용될 수 있습니다. 견본이 더 낮은 전극에 의해 150 도의 위에 미리 데워지는 경우에, 낮은 ICP 힘을 선택해서 >1µm/min에서 0.2µm/min4로 식각 비율을 감소시키는 것이 가능하기 위하여 보였습니다. 전형적인 식각된 단면도는 숫자 10.에서 보입니다.

얕은 에칭을 위한 숫자 10. 지배할 수 있는 식각 비율

InP Photonic 수정같은 (PhC) 에칭

InP photonic 수정같은 도파관 구조물의 에칭은 미크론 반의 밑에 최소 배선 폭을 가진 높은 종횡비를 요구하기 때문에, 아주 도전적입니다. 대중적인 구조물은 구멍 규모를 가진 2개 차원 구멍 모형 500nm 보다는 더 적은입니다.

모든 InP는 상기 몸짓으로 알려진 프로세스를 PhC를 식각하기 위하여 고용될 수 있습니다 식각했습니다. ZTH 쮜리히에서 P Strasser는 ICP180를 사용하여 에칭 프로세스를 개발했습니다. 그의 일에서 결론은 Cl/N/Ar가 PhC 식각22을 위한 최고 화학이다 입니다. 이것은 중합체 자유로운 프로세스이고, 또한 숫자 11.에서 보이는 것처럼 평방 피트를 제공합니다. 웨이퍼 온도는 200°의 위에 놓입니다, CL는2 식각 가스입니다, 묽게 한 가스 및 N가 측벽에 패시베이션을2 주는 때 Ar는 사용됩니다. >15의 종횡비: 1개은 달성되었습니다. 숫자 10는 2.9µm의 식각한 깊이 및 종횡비 ~16를 주는 190nm 직경 구멍 규모를 위해 달성된 1.75µm/min의 식각 비율을 보여줍니다: 1. 작은 견본 피스는 운반대 격판덮개에 위에 접착제로 붙어야 하고 후부 헬륨 냉각은 요구됩니다.

InP에서 식각되는 숫자 11. PhC. 구멍에는 180nm의 직경이 있고 식각한 깊이는 2.9µm입니다. (P Strasser, 등등 커뮤니케이션 Photonics 단 ETH 쮜리히의 친절한 허가에)

구멍 에칭을 통해 InP

구멍 에칭을 통해 InP를 위한 필수품은 약간 다릅니다, 150µm까지의 깊이에 i.e 가장 단단 가능한 식각 비율은, 수직 또는 경미하게 경사진 식각 단면도의 가까이에, 복면해 (이상적으로), 측벽 매끈함에 관한 편평한 매끄러운 기지, 그러나 관심사 저항합니다. 이 요구조건은 보통에서 고급까지 온도 (120-180°C)에 HBr/BCl에 기지를 둔 식각 프로세스3 의 사용을 통해 맞ㄹ 수 있습니다. 감광저항 가면은 고열에 완전히 hardbaked 이어야 합니다 (>150°C) 식각 프로세스가 reticulation 없이 에 의하여 살아난다는 것을 확인하기 위하여. 숫자 12는 이 기술을 사용하여 식각된 구멍을 통해 100µm를 깊은 곳에서 보여줍니다. 식각 비율은 감광저항 >15에 >2.75µm/min와 선택성이었습니다: 1.

숫자 12. 구멍2 식각을 통해 InP를 위한 HBr/BCl 프로세스

InP/InGaP/AlInP 빨간 LED 및 태양 전지 에칭

InP/InGaP/AlInP 기지를 둔 물자 조합은 빨간 LED'S 또는 태양 전지를 만들기를 위해 널리 이용됩니다. 빨간 LED 및 태양 전지 둘 다 제품을 위한 필수품은 높은 수확량 및 저가입니다. 그러므로 회분식 공정은 필수적입니다, 또한 감광저항은 단순화된 가공과 저가를 위해 선택됩니다.

BCl3/Cl2/Ar/CH4는 사용됩니다. 낙관된 프로세스는 unclamped. 테이블 온도는 20~30degree에 지켜지고, 3:1와 식각한 단면도의 감광저항 가면에 숫자 13에서 보이는 것처럼 선택성을 가진 450nm/min의 식각 비율을 줍니다.

숫자 13. BCl/Cl/Ar/CH를 사용하여 식각된 InP에 기지를 둔 태양 전지324, 감광저항은 식각 가면으로 이용되었습니다

InP MicroLens 에칭

Microlenses는 2개의 기술의 한을 사용하여 감광저항에서 향상된 photonic 응용을 위해 통용되는 형성됩니다. 가장 간단한 기술은 전통적인 석판인쇄술을 사용하는 저항합니다의 웅크리는 실린더를 형성하는 관련시킵니다. 기질은 감광저항 (i.e 130-150°C) 가열되, 그것 썰물에의 유리제 썰물 온도의 위 그 때 허용.

이것은 저항하는 양에서 산출되 일지모른는 반경 및 기질과의 접촉의 지역과 더불어 둥근 표면을, 만들 것입니다. 렌즈 단면도는 1:1 선택성을 가진 ICP 드라이 에칭에 의해 기질 물자로 그 때, 수시로 옮겨집니다.

숫자 14는의 SEM 심상에게 20µm의 깊이에 InP로 식각된 microlens를 보여줍니다. 이것은 저항합니다 ICP 에칭과 결합된 썰물을 곁에 만들었습니다. 이런 경우에 프로세스에 사용된 가스 혼합물을 바꾸어서 또는 플라스마와 기질 사이 ICP 힘 및 또는 DC 편견을 조정해서 InP와 감광저항 사이 선택성을 조정하는 것이 가능합니다. 선택성을 증가하는 것은 (이렇게 감광저항은 더 느리게 식각합니다) 완성되는 렌즈의 곡율을 증가할 것입니다. 이 프로세스에 사용되기 가스 혼합물이 염소를 포함하기 때문에 웨이퍼가 공구에서 제거될 때 지점 식각의 가능성이 "포입해" 있어 염소의 친수성 본질 때문에 식각한 표면에 형성하. OIPT는 이 효력을 피하고 매끄러운 식각한 표면을 제공하는 소유 기술을 개발했습니다.

숫자 14. Microlens는 InP로 식각했습니다 (소량의 감광저항은 식각 절차를 강조하는 좌 SEM 심상에 눈에 보입니다).

개요

InP 기지를 둔 물자 에칭은 광전자 공학과 전자 장치의 제작을 위한 생명 기술입니다.

옥스포드 계기 플라스마 기술의 System100 ICP 동판 화가 (OIPT CS1 기계설비)는 III-V 물자 에칭 해결책의 광범위를 제공합니다. 산화물에 좋은 선택성과 더불어 높게 수직 (통제되는 사면) 식각한 단면도, 매끄러운 측벽은, 질화물 또는 PR 가면 및 지배할 수 있는 식각 비율 달성될 수 있습니다.

근원: 옥스포드 계기 플라스마 기술.

이 근원에 추가 정보를 위해 옥스포드 계기 플라스마 기술을 방문하십시오.

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

Last Update: 14. June 2013 04:23

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