De Droge Ets van InP Baseerde Materialen gebruikend Hoogte - Inductief Gekoppeld van de dichtheid Plasma (ICP) door de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford

Besproken Onderwerpen

Achtergrond
Inleiding
Het Inductief Gekoppelde Hulpmiddel (ICP) van het Plasma
InP baseerde Materiële Ets
     Hoog Tarief Ets van Golfgeleider en het Facet van de Spiegel
     Grating Ets of Ondiepe Ets van InP
     Photonic Kristal van InP (PhC) Ets
     InP Via Gat Ets
     InP/InGaP/AlInP Rode LEIDEN en Zonnecel Ets
     InP MicroLens Ets
Samenvatting

Achtergrond

De Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford verstrekt een waaier van hoge prestaties, flexibele hulpmiddelen aan de klanten van de halfgeleiderverwerking betrokken bij onderzoek en ontwikkeling, en productie. Wij specialiseren ons in drie belangrijke gebieden:

  • Ets
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE, Ionenstraal
  • Deposito
    • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • De Groei
    • HVPE, Nanofab

Inleiding

De Droge ets wordt nu wijd in de vervaardiging die van optoelectronic en elektronische apparaten gebruikt IIIV materialen impliceren, wegens de behoefte aan zorgvuldige controle van de kritieke afmetingen van componenten. Ets Snel tarieven, herhaalbaarheid, uniformiteit, schone chemie, verticaal profiel, is de lage apparatenschade een aantal van de wenselijkste aspecten van het etsproces. Is het Inductief gekoppelde (ICP) plasma ets ideaal gezien geschikt voor deze vereisten, aangezien het een hoge ionendichtheid verstrekt; vandaar ets snel tarieven, terwijl het toestaan van afzonderlijke controle van ionendichtheid en ionenenergie, die een lage schadevermogen geven.

De Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford (OIPT) heeft een brede waaier van ICP etst processen voor IIIV halfgeleiders ontwikkeld om deze eisen te ontmoeten.

In dit artikel, zullen wij concentreren ons op etsproces voor InP en verwante materialen, zullen diverse etschemie en systeemeisen ten aanzien van verschillende toepassingen bespreken en zullen een update van het recentste nieuwe proces die resultaten ontwikkelen verstrekken.

Het Inductief Gekoppelde Hulpmiddel (ICP) van het Plasma

Het systeem voor deze processen wordt gebruikt is Systeem 100 ICP van Plasmalab van de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford etcher (CS1 hardware die OIPT). Een schema van etst kamer wordt gegeven in Figuur 1 en het volledige systeem wordt getoond in Figuur 2.

Figuur 1. Schema van het hulpmiddel ICP180 van Plasmalab System100

Figuur 2 Plasmalab Systeem 100 ICP180

De macht van RF (13.56MHz) wordt toegepast op zowel de ICP bron (tot 3000Watts) en substraatelektrode (tot 600Watts) om te produceren etst plasma. Een elektrostatisch schild rond de ICP buis wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de ICP macht zuiver inductief (d.w.z. „waar-ICP“) wordt gekoppeld, vandaar eliminerend het sputteren van buismateriaal en het minimaliseren van onnodige highenergy ionenschade aan apparaten. De Ionen energie bij het substraat wordt door meting van bias van GELIJKSTROOM gecontroleerd op de lagere elektrode wordt geproduceerd, en die hoofdzakelijk door de macht van RF beheerst aan deze elektrode wordt geleverd.

De Wafeltjes worden geladen in de kamer via een loadlock om goede stabiliteit van kamervacuüm te handhaven en vandaar herhaalbaarheid van etsresultaten.

De wafeltjes die of mechanisch of elektrostatisch vastgeklemd aan de temperature-controlled lagere elektrode worden geëtst worden. De druk van het Helium wordt toegepast op de rug van de wafeltjes om goed thermisch geleidingsvermogen tussen de klem en het wafeltje te verstrekken. Waar de noodzakelijke, kleinere steekproeven op 4“ de carrier van het Silicium wafeltjes met thermaal geleidende lijm in bijlage zijn.

ICP van Plasmalab System100 heeft controle van substraattemperatuur aan nauwkeurigheid van ±1°C over een temperatuurwaaier van - 5°C aan +400°C, door het gebruik van elektroverwarmerelementen en een koelmiddelen doorgevende kring. Dit kan - 150°C tot +400°C met de toevoeging van een levering van vloeibare stikstof worden uitgebreid. De temperatuur van het Substraat heeft een duidelijk effect op resultaat etsen, aangezien het de vluchtigheid van etst species controleert en beïnvloedt vandaar de chemische component van het proces, beïnvloedend niet alleen ets tarief, selectiviteit en profiel, maar ook oppervlakteruwheid. Het systeem kan over een drukwaaier die van 1mT aan 100mT worden in werking gesteld nauwkeurige de kamerdruk toestaan van het controleproces.

InP baseerde Materiële Ets

Hoog Tarief Ets van Golfgeleider en het Facet van de Spiegel

Voor het hoge tarief ets van spiegelfacet en golfgeleider, zijn de belangrijkste vereisten snel etsen tarieven aan controleerbare diepten van zelfs 10µm en 5µm respectievelijk, etsen diepte, hoogst anisotroop profiel, geen het inkerven bij begraven lagen van InGaAsP (of gelijkaardig), en vlotte zijwanden en geëtste oppervlakte.

CH/H/Cl422 is de chemie het populairste proces voor dit soort toepassing. Als de temperatuur van het wafeltje om tot dichtbijgelegen 200°C wordt toegestaan te stijgen toen ets tarief algemeen gebruikte CH/H42 procesverhogingen, echter, profielcontrole wordt moeilijke toe te schrijven aan het verhoogde ondergraven. De Toevoeging van Cl2 aan dit mengsel staat toe hoogst anisotroop profielen ets, wegens de lage vluchtigheid van het Omvatten.x Dit staat daarom nauwkeurige profielcontrole door aanpassing van verhouding42 CH/Cl toe. Ets tarieven van >1.5µm/min en selectiviteit van >15: 1 aan de maskers2 van SiO ofx van de Zonde kan worden bereikt. Figuur 3 toont een 10µm diep geëtst spiegelfacet gebruikend deze chemie.

Lijst 1. CH/H/Cl422 de samenvatting van procesprestaties

 
Ets tarief (nm/min)
Selectiviteit aan SiO2
Geëtst profiel
Geëtste oppervlakte en zijwand
Uniformiteit
Kies ' wafeltje 2 uit
1500
15:1
90°±1*
vlot
<±2.5%
Kies ' wafeltje 4 uit
500
8
90°±1*
vlot
<±4.0%
Enige 4x2'wafer
500
8
90°±1*
vlot
<±4.0%
het profiel van het *Oxidemasker wordt vereist om beter te zijn dan 80 graad

Figuur 3. InP baseerde materieel geëtst gebruikend proces422 CH/H/Cl. Ets tarieven van >1.5µm/min en selectiviteit van >15: worden bereikt.

Deze chemie heeft het voordeel dat het een brede waaier van materialen etst, d.w.z. die die, P, GA, Zoals, Al, Sb enz., met lage selectiviteit Binnen bevatten (~0.5-1: 1) tussen elkaar, vandaar hebben de geëtste profielen geen het inkerven bij interfaces tussen materialen. Het veroorzaakt ook minder polymeerverontreiniging dan de chemie4 CH/H2 toe te schrijven aan de lagere inhoud van CH4 van dit proces en veel sneller ets tarief. Er zijn geen het extra wafeltje vereist verwarmen, aangezien het InP gebaseerde wafeltje alleen door de hoogte - dichtheidsplasma zelf wordt verwarmd. Met nauwkeurige controle van de plasmaparameters, is de procesherhaalbaarheid beter dan ±3%, en geen wafeltje het vastklemmen wordt vereist.

Deze techniek laat batch-verwerking voor de hoge die toepassingen van de productieproductie toe, b.v. 4x2“ wafeltje per looppas wordt geladen, aangezien de wafeltjes eenvoudig op een steunplaat kunnen rusten en niet individueel te hoeven worden vastgeklemd en het helium gekoeld. Een Andere variant van dit proces is de chemie4 CH/Ar/Cl2 die ook is getoond om uitstekend te produceren etst resultaten gebruikend dit etst kamer.

Nochtans, vaak dicteren de eisen van productie dat de kamer zo schoon mogelijk moet blijven, ideaal gezien zonder polymeerdeposito, zelfs ten koste van indien nodig etsen anisotropie en zijwandzachtheid. Dit vereist dat het proces geen CH bevat4. Een gemeenschappelijke benadering is gebaseerd Cl2 te gebruiken etst chemie met een verwarmde elektrode (≥150°C om InClx effectief te verwijderen etst product van de wafeltjeoppervlakte).

De Nauwkeurige controle van de wafeltjetemperatuur wordt geadviseerd voor dit proces. Als de steekproef te Including'evaporates gemakkelijkx van de oppervlakte heet krijgt en vandaar het ondergraven veroorzaakt. Anderzijds, bij een te lage temperatuur is InClx het niet-vluchtige resulteren in langzaam etst tarieven, lage selectiviteit en oppervlakteruwheid. Vaak wordt N2 toegevoegd om de fysieke component van de ets te verhogen en de oppervlakte te passiveren, vandaar verminderend oppervlakteruwheid en verbeterend profielcontrole. Ets tarieven van >1 µm/min en selectiviteit aan SiO2 van >10: 1 is bereikt gebruikend dit proces. Figuur 4 toont typische diepe 5µm resultaat etsen. Dit is een vrij+ proces van H dat minder schade aan apparaat kan geven, aangezien H+ vaak een passiveringslaag aan de geëtste oppervlakte vormt die apparatenprestaties kan beïnvloeden.

Figuur 4. Cl/N22 geëtste golfgeleider

De hierboven422 vermelde processen22 CH/H/Cl en Cl/N kunnen ook worden gebruikt om apparatenmesas te creëren, met of verticale of gemorste profielen geschikt bereikte door pas procesparameters aan.

Een alternatieve techniek die verwerking bij lagere temperaturen van ~100-150°C toestaat impliceert het gebruik van chemie HBr, aangezien product van InBrx vluchtig wordt bij een lagere temperatuur dan InClx ets. Figuur 5 toont typische diepe 5µm resultaat bij etsen tarief van 0.8µm/min en een selectiviteit van >10 etsen: 1 aan SiO2. Opnieuw, wordt de goede temperatuurcontrole geadviseerd wegens de gevoeligheid van resultaten aan wafeltjetemperatuur ets.

Figuur 5. De golfgeleider van HBr etst

Het proces HBr kan InP met photoresist als (PR) masker zoals aangetoond in Figuur 6 ook etsen aangezien het vereist de lagere temperatuur bij de chemie van Cl2 vergelijkt. Ets Typisch tarief van >1µm/min en een selectiviteit van 14:1 wordt bereikt. Dit proces vereiste hard baksel van photoresist masker vóór het etsen om photoresist het branden te verminderen. De Voordelen van dit proces omvatten potentiële verwijdering van het gebruik van harde maskers en drukken beduidend procesingewikkeldheid en kosten.

Figuur 6. InP etst het gebruiken van photoresists als masker

Een proces22 Cl/H is onlangs ontwikkeld. In dit proces, wordt de lagere elektrode geplaatst bij kamertemperatuur. Het wafeltje wordt geplaatst bovenop een carrier wafeltje zonder extra thermisch contact. Geen wafeltje het vastklemmen wordt vereist. Daarom is het een eenvoudig proces. Ets mechanisme is gelijkaardig aan het proces422 CH/H/Cl - het wafeltje wordt verwarmd door het plasma zelf. Het voordeel van dit proces is de afwezigheid van CH4, daarom geen polymeer het deponeren in de kamer. Het is een schoon en ook milieuvriendelijk proces. In dit proces, is de gasverhouding van22 Cl/H zeer belangrijk. De Hoge gasverhouding leidt tot hoogte etst tarief maar ook geeft een profiel van de kapsnedeets. Figuur 7 toont de resultaten van Cl/H22 op ICP wijze etsen. Ets tarief is 850nm/min met selectiviteit aan nitridemasker van > 10:1.

Figuur 7. InP/InGaAs geëtste steekproef gebruikend proces22 Cl/H bij kamertemperatuur.

Grating Ets of Ondiepe Ets van InP

Hoewel InP het etsproces kan sneller worden vervangen door, etst de reinigingsmachine chemie op ICP wijze voor de meerderheid van toepassingen, echter, wordt het proces CH4/H2 nog wijd gebruikt voor InP verdeelde DFB (koppel lasers terug) grating ets, wegens de gecontroleerde vereisten van ondiep, nauwkeurig ets diepte (typisch <200nm). Ook verzet tegen het frequente gebruik zich van photoresist maskers, vaak gevoelige e-straal, voor grating vereist de definitie kamertemperatuur ets. In een ICP hulpmiddel wordt dit proces typisch uitgevoerd zonder ICP macht, d.w.z. slechts wordt de lagere elektrodenmacht toegepast, toelatend een langzame „wijze RIE“ van ets. Figuur 8 toont het resultaat van RIE wijzegrating in een ICP hulpmiddel aan een diepte van 100nm bij etst tarief van 20nm/min. etst.

Figuur 8. CH/H42 grating etst

CH/H42 het proces op wijze RIE is populair want ondiepe InP etst (geëtste diepte minder dan 1000nm). Aangezien het een kamertemperatuurproces is, kan photoresist als masker worden gebruikt. Nochtans, vormt42 CH/H een hoop van polymeer in de kamer en ook de storting bij geëtste hoogste oppervlakte en zijwand. Vaak wordt een korte schone2 stap van O toegevoegd in het proces na de ets om het overblijvende polymeer te verwijderen. Figuur 9 toont het resultaat van een RIE wijze ondiepe InP aan een diepte van minder than1000nm bij etst tarief van 20~40nm/min. etst.

Figuur 9 ondiepe InP etst het gebruiken van proces CH4/H2, (a) enige stapproces die één of andere polymeerstorting op de geëtste hoogste oppervlakte en de zijwand tonen. (b) proces In Twee Stappen, niet meer polymeerresidu op geëtste oppervlakte.

CH/H42 de chemie wordt ook algemeen gebruikt want InGaAs/InAlAs selectieve ets toe te schrijven aan de vereisten van ondiep diepte, en selectiviteit tussen InGaAs en InAlAs etsen.

CH/H/Cl422, kunnen22 Cl/N, en HBr in ICP wijzeprocessen ook worden gebruikt want ondiep ets. Als de steekproef aan boven 150 graad door de lagere elektrode wordt voorverwarmd, is het getoond om mogelijk te zijn om te verminderen etst tarief van >1µm/min aan 0.2µm/min4 door lage ICP macht te kiezen. Een typisch geëtst profiel wordt getoond in Figuur 10.

Figuur 10. Controleerbaar ets tarief voor ondiepe ets

Photonic Kristal van InP (PhC) Ets

De Ets van InP photonic structuur van de kristalgolfgeleider is zeer uitdagend, aangezien het hoge aspectverhouding met eigenschapgrootte onder de helft van een micron vereist. De populairste structuur is het type van twee afmetingsgat met gatengrootte minder dan 500nm.

Al InP geëtst hierboven beduid proces kan worden aangewend om PhC te etsen. P Strasser van ZTH Zürich ontwikkelde een etsproces gebruikend ICP180. De conclusie van zijn werk is dat Cl/N/Ar22 de beste chemie voor PhC etst is. Dit is een polymeer vrij proces, en verstrekt ook een vierkante voet zoals aangetoond in Figuur 11. De wafeltjetemperatuur wordt geplaatst bij bovengenoemde 200°, is2 Cl etst gas, wordt AR gebruikt als verdund gas en N2 geeft passivering bij de zijwand. Een aspectverhouding van >15: 1 werd bereikt. Figuur 10 een geëtste diepte van 2.9µm tonen en ets tarief van 1.75µm/min bereikt voor 190nm de grootte van het diametergat, die aspectverhouding ~16 geeft: 1. De kleine steekproefstukken moeten op de steunplaat worden gelijmd en het koelen van het achtereindHelium wordt vereist.

Figuur 11. PhC in InP wordt geëtst die. De gaten hebben een diameter van 180nm en de geëtste diepte is 2.9µm. (Met vriendelijke toestemming van van P Strasser, de enz.- Communicatie Groep ETH Zürich van Photonics)

InP Via Gat Ets

De eisen ten aanzien van InP via gat ets zijn enigszins verschillend, d.w.z. mogelijk ets snelst tarieven aan diepten van zelfs 150µm, dichtbij verticaal of lichtjes gemorst ets profiel, verzetten tegenzich gemaskeerd (ideaal gezien), vlakke vlotte basis, maar geen bezorgdheid over zijwandzachtheid. Aan Deze vereisten kunnen door het gebruik van een gebaseerde HBr/BCl worden voldaan3 etsen proces bij gematigde - - hoge temperaturen (120-180°C). Het photoresist masker moet zijn grondig hardbaked aan op hoge temperatuur (>150°C) om ervoor te zorgen dat het etst proces zonder netwerk overleeft. Figuur 12 toont diep een 100µm via geëtst gat gebruikend deze techniek. Ets tarief was >2.75µm/min en selectiviteit aan photoresist >15: 1.

Figuur 12. HBr/BCl2 etst het proces voor InP Via gat

InP/InGaP/AlInP Rode LEIDEN en Zonnecel Ets

InP/InGaP/AlInP baseerde materiële combinaties wijd worden gebruikt voor het maken van rode LED'S of Zonnecel. De Eisen ten aanzien van zowel rode LEIDEN als zonnecelproducten zijn hoge opbrengsten en lage kosten. Daarom is een partijproces essentieel, ook wordt photoresist gekozen voor vereenvoudigde proces en lage kosten.

BCl3/wordt Cl2/Ar/CH4 gebruikt. Het geoptimaliseerde proces is unclamped. De temperatuur van de Lijst wordt gehouden bij 20~30degree, geeft etst tarief van 450nm/min met selectiviteit aan photoresist masker van 3:1 en geëtst profiel zoals aangetoond in Figuur 13.

Figuur 13. Werd de InP gebaseerde geëtste Zonnecel gebruikend BCl/Cl/Ar/CH324, Photoresist gebruikt aangezien masker ets

InP MicroLens Ets

Microlenses wat algemeen voor geavanceerde photonic toepassingen worden gebruikt wordt gevormd in photoresist gebruikend één van twee technieken. De eenvoudigste techniek impliceert het vormen van hurkende cilinders van verzet zich tegen het gebruiken van conventionele lithografie. Het substraat wordt dan verwarmd boven de temperatuur van de glasterugvloeiing van photoresist (d.w.z. 130-150°C), toestaand het aan terugvloeiing.

Dit zal tot een sferische oppervlakte, met de straal leiden die vanaf het volume van zich kan worden berekend verzet tegen en het gebied van contact met het substraat. Het lensprofiel wordt dan overgebracht in het substraatmateriaal door ICP droge ets, vaak met 1:1selectiviteit.

Figuur 14 toont een beeld van SEM van microlens in InP aan een diepte van 20µm wordt geëtst die. Dit werd langs verzet zich tegen terugvloeiing gecreeerd die met ICP ets wordt gecombineerd. In dit geval is het mogelijk om de selectiviteit tussen InP en photoresist of door het gebruikte gasmengsel te veranderen het proces aan te passen of door de ICP macht en/of bias van GELIJKSTROOM tussen het plasma en het substraat aan te passen. Het Verhogen van de selectiviteit (zo etst photoresist langzamer) zal de kromming van de gebeëindigde lens verhogen. Aangezien het gasmengsel voor dit proces wordt gebruikt chloor omvat is er de waarschijnlijkheid van post-etst „bellen“ zich vormt op de geëtste oppervlakte wanneer het wafeltje wordt verwijderd uit het hulpmiddel, wegens de hydrofiele aard van chloor die. OIPT heeft een merkgebonden techniek ontwikkeld die dit effect vermijdt en een vlotte geëtste oppervlakte verstrekt.

Figuur 14. Microlens etste in InP (een kleine hoeveelheid photoresist is zichtbaar op het linkerbeeld van SEM, etst benadrukken procedure).

Samenvatting

InP baseerde materiële ets is een essentiële technologie voor de vervaardiging van optoelectronic en elektronische apparaten.

ICP van System100 van de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford etcher (CS1 hardware OIPT) verstrekt brede waaiers van IIIV materiële etsoplossingen. Het Hoogst verticale (of gecontroleerde helling) geëtste profiel, de vlotte zijwand, met goede selectiviteit aan oxyde, het nitride of het masker van PR, en controleerbaar etsen tarief kunnen worden bereikt.

Bron: De Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford.

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit