Gravura A Água-forte Seca das Matérias-primas Do InP que usam o Alto Densidade Acoplou Indutiva o Plasma (ICP) pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Assuntos Cobertos

Fundo
Introdução
A Ferramenta Indutiva Acoplada (ICP) do Plasma
Gravura A Água-forte da Matéria-prima do InP
     Gravar da Taxa Alta da Faceta do Medidor de ondas e do Espelho
     Gravura A Água-forte Grating do InP ou Gravura A Água-forte Rasa
     Gravura A Água-forte De Cristal Fotónica do InP (PhC)
     InP Através Gravura A Água-forte do Furo
     InP/DIODO EMISSOR DE LUZ de InGaP/AlInP e Gravura A Água-forte Vermelhos da Célula Solar
     Gravura A Água-forte do InP MicroLens
Sumário

Fundo

A Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford fornece uma escala do elevado desempenho, de ferramentas flexíveis ao semicondutor que processa os clientes envolvidos na investigação e desenvolvimento, e de produção. Nós especializamo-nos em três áreas principais:

Introdução

Gravura a água-forte Seca é agora amplamente utilizada na fabricação de optoelectronic e dos dispositivos electrónicos que envolvem materiais de III-V, devido à necessidade para o controle cuidadoso das dimensões críticas dos componentes. Gravura em àgua forte Rápida avalia, repetibilidade, uniformidade, química limpas, perfil vertical, baixo dano do dispositivo é alguns dos aspectos os mais desejáveis do processo gravura a água-forte. Gravura a água-forte Indutiva acoplada (ICP) do plasma é serida idealmente a estas exigências, desde que fornece uma densidade alta do íon; daqui gravura em àgua forte rápida avalia, ao permitir o controle separado da densidade do íon e da energia do íon, dando uma capacidade de baixo dano.

A Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford (OIPT) desenvolveu uma vasta gama de processos gravura em àgua forte do ICP para que os semicondutores de III-V encontrem estas procuras.

Neste artigo, nós centrar-nos-emos sobre o processo gravura a água-forte para o InP e materiais relacionados, discutir-nos-emos várias química gravura a água-forte e exigências de sistema para aplicações diferentes e fornecer-nos-emos uma actualização dos resultados tornando-se os mais atrasados do processo novo.

A Ferramenta Indutiva Acoplada (ICP) do Plasma

O sistema usado para estes processos é etcher do Sistema 100 ICP de Plasmalab da Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford (hardware de OIPT CS1). Um diagrama esquemático da câmara gravura em àgua forte é dado em Figura 1 e o sistema completo é mostrado em Figura 2.

Figura 1. Diagrama Esquemático da ferramenta de Plasmalab System100 ICP180

Figura 2 Sistema 100 ICP180 de Plasmalab

A potência do RF (13.56MHz) é aplicada à fonte do ICP (até 3000Watts) e ao eléctrodo da carcaça (até 600Watts) gerar o plasma gravura em àgua forte. Um protector electrostático em torno da câmara de ar do ICP é usado para assegurar que a potência do ICP está acoplada puramente indutiva (isto é “verdadeiro-ICP "), daqui a eliminação de engasgar do material da câmara de ar e a minimização de dano highenergy desnecessário do íon aos dispositivos. A energia do Íon na carcaça é monitorada pela medida da polarização da C.C. gerada no eléctrodo mais baixo, e controlada principalmente pela potência do RF fornecida a este eléctrodo.

As Bolachas são carregadas na câmara através de um loadlock para manter a boa estabilidade do vácuo da câmara e daqui a repetibilidade de resultados gravura a água-forte.

As bolachas que estão sendo gravadas são apertadas mecanicamente ou eletrostaticamente ao eléctrodo mais baixo temperatura-controlado. A pressão do Hélio é aplicada à parte traseira das bolachas fornecer a boa condutibilidade térmica entre o mandril e a bolacha. Se necessário, as amostras menores são anexadas em 4" bolachas do portador do Silicone com colagem tèrmica condutora.

O Plasmalab System100 ICP tem o controle da temperatura da carcaça à precisão de ±1°C sobre uma variação da temperatura - de 5°C a +400°C, com o uso de elementos elétricos do calefator e de um circuito de circulação do líquido refrigerante. Isto pode ser estendido - a 150°C a +400°C com a adição de uma fonte do nitrogênio líquido. A temperatura da Carcaça tem um efeito marcado no resultado gravura em àgua forte, como controlam a volatilidade da espécie gravura em àgua forte e daqui influenciam o componente químico do processo, afetando não somente a taxa gravura em àgua forte, a selectividade e o perfil, mas igualmente a aspereza de superfície. O sistema pode ser operado sobre uma amplitude da pressão de 1mT a 100mT permitindo a pressão exacta da câmara do processo do controle.

Gravura A Água-forte da Matéria-prima do InP

Gravar da Taxa Alta da Faceta do Medidor de ondas e do Espelho

Para gravar da taxa alta da faceta e o medidor de ondas do espelho, as exigências chaves são taxas rápidas gravura em àgua forte às profundidades de até 10µm e 5µm respectivamente, profundidade verificável gravura em àgua forte, perfil altamente anisotrópico, nenhuma entalhadura em camadas enterradas de InGaAsP (ou similar), e sidewalls lisos e superfície gravada.

A química422 de CH/H/Cl é o processo o mais popular para este tipo da aplicação. Se a temperatura da bolacha é permitida aumentar para aproximar 200°C então a taxa gravura em àgua forte dos aumentos de uso geral42 do processo de CH/H, contudo, o controle de perfil transforma-se difícil devido a vender por menos aumentado. A Adição de Cl2 a esta mistura permite os perfis altamente anisotrópicos gravura em àgua forte, devido à baixa volatilidade de Incluir.x Isto permite conseqüentemente o controle de perfil exacto com o ajuste da relação42 de CH/Cl. Grave taxas de >1.5µm/min e selectividades de >15: 1 às máscaras2 de SiO oux de Pecado pode ser conseguido. Figura 3 mostra a um 10µm a faceta profunda do espelho gravada usando esta química.

Sumário de desempenho do processo422 da Tabela 1. CH/H/Cl

 
Taxa Gravura Em Àgua Forte (nm/min)
Selectividade a SiO2
Perfil Gravado
Superfície e sidewall Gravados
Uniformidade
Escolha 2' bolacha
1500
15:1
90°±1*
liso
<±2.5%
Escolha 4' bolacha
500
8
90°±1*
alise
<±4.0%
Escolha 4x2'wafer
500
8
90°±1*
alise
<±4.0%
o perfil da máscara do *Oxide é exigido ser melhor de 80 graus

A Figura 3. matéria-prima do InP gravou usando o processo422 de CH/H/Cl. Grave taxas de >1.5µm/min e selectividade de >15: são conseguidos.

Esta química tem a vantagem que grava uma vasta gama de materiais, isto é aqueles que contêm Dentro, P, GA, As, Al, Sb etc., com baixa selectividade (~0.5-1: 1) entre se, perfis daqui gravados não tem nenhuma entalhadura em relações entre materiais. Igualmente produz menos contaminação do polímero do que a química4 de CH/H2 devido ao índice mais baixo do CH4 destes processo e taxa muito mais rápida gravura em àgua forte. Não há nenhum aquecimento adicional da bolacha exigido, como o InP baseou a bolacha é caloroso unicamente pelo plasma high-density próprio. Com controle exacto dos parâmetros do plasma, a repetibilidade do processo é melhor de ±3%, e nenhum aperto da bolacha é exigido.

Esta técnica permite o processamento de grupo para aplicações de produção altas da produção, por exemplo” bolacha 4x2 carregada pela corrida, desde que as bolachas podem simplesmente descansar em uma placa de portador e não precisam de ser apertadas e hélio de ser refrigeradas individualmente. Uma Outra variação deste processo é a química4 de CH/Ar/Cl2 que foi mostrada igualmente para produzir resultados excelentes gravura em àgua forte usando esta câmara gravura em àgua forte.

Contudo, frequentemente as procuras da produção ditam que a câmara deve ficar tão limpa como possível, idealmente sem o depósito do polímero, mesmo às expensas da anisotropia gravura em àgua forte e da lisura do sidewall caso necessário. Isto exige que o processo não contem o CH4. Uma aproximação comum é usar uma química2 baseada Cl gravura em àgua forte com um eléctrodo caloroso (≥150°C a fim remover eficazmente o produto gravura em àgua forte de InClx da superfície da bolacha).

O controle de temperatura Exacto da bolacha é recomendado para este processo. Se a amostra obtem demasiado quentex o Including'evaporates da superfície facilmente e daqui produz vender por menos. Por outro lado, em uma temperatura demasiado baixa InClx é permanente tendo por resultado taxas lentas gravura em àgua forte, a baixa selectividade e a aspereza de superfície. N2 é adicionado Frequentemente para aumentar o componente físico gravura a água-forte e para passivate a superfície, daqui reduzindo a aspereza de superfície e melhorando o controle de perfil. Grave taxas de >1 µm/min e selectividade a SiO2 de >10: 1 foi conseguido usando este processo. Figura 4 mostra a uns 5µm típicos o resultado profundo gravura em àgua forte. Este é um H+ livra o processo que pode dar menos dano ao dispositivo, desde que H+ forma frequentemente uma camada do passivation na superfície gravada que pode afectar o desempenho do dispositivo.

A Figura 4. Cl/N22 gravou o medidor de ondas

Os processos422 de CH/H/Cl e22 de Cl/N alistaram acima podem igualmente ser usados para criar mesas do dispositivo, com ou o vertical ou os perfis derramados conseguidos por apropriadamente ajustam parâmetros de processo.

Uma técnica alternativa que reserve processar em umas mais baixas temperaturas de ~100-150°C envolve o uso da química de HBr, desde que o produto gravura em àgua forte de InBrx se torna temporário em uma temperatura mais baixa do que InClx. Figura 5 mostra a uns 5µm típicos o resultado profundo gravura em àgua forte em uma taxa gravura em àgua forte de 0.8µm/min e em uma selectividade de >10: 1 a SiO2. Além Disso, o bom controle de temperatura é recomendado devido à sensibilidade de resultados gravura em àgua forte à temperatura da bolacha.

Figura 5. gravura em àgua forte do medidor de ondas de HBr

O processo de HBr pode igualmente gravar o InP com fotoresistente (PR) como uma máscara segundo as indicações de Figura 6 desde que exige uma mais baixa temperatura compara à química2 do Cl. Tipicamente uma taxa gravura em àgua forte de >1µm/min e uma selectividade do 14:1 são conseguidas. Este processo exigiu o cozimento duro da máscara do fotoresistente antes que gravando a fim reduzir o burning do fotoresistente. As Vantagens deste processo incluem a eliminação potencial do uso de máscaras duras e reduzem significativamente a complexidade e o custo do processo.

Figura 6. gravura em àgua forte do InP usando fotoresistente como uma máscara

Um processo22 de Cl/H tem sido desenvolvido recentemente. Neste processo, o eléctrodo mais baixo é ajustado na temperatura ambiente. A bolacha é colocada sobre uma bolacha do portador sem contacto térmico adicional. Nenhum aperto da bolacha é exigido. Conseqüentemente é um processo simples. O mecanismo gravura em àgua forte é similar ao processo422 de CH/H/Cl - a bolacha é caloroso pelo plasma próprio. A vantagem deste processo é a ausência de CH4, conseqüentemente de nenhum polímero depositando na câmara. É um limpo e igualmente um processo a favor do meio ambiente. Neste processo, a relação do gás de Cl/H22 é muito importante. A relação Alta do gás conduz à taxa alta gravura em àgua forte mas igualmente dá um perfil de gravação com água-forte vendido por menos. Figura 7 mostra os resultados gravura em àgua forte22 de Cl/H no modo do ICP. A taxa gravura em àgua forte é 850nm/min com selectividade à máscara do nitreto > de 10: 1.

A Figura 7. amostra do InP/InGaAs gravou usando o processo22 de Cl/H na temperatura ambiente.

Gravura A Água-forte Grating do InP ou Gravura A Água-forte Rasa

Embora o processo gravura a água-forte do InP possa ser química mais rápidas, mais limpas perto substituídas gravura em àgua forte no modo do ICP para a maioria das aplicações, contudo, o processo CH4/H2 é ainda amplamente utilizado para gravura a água-forte grating do InP DFB (lasers de feedback distribuído), devido às exigências da profundidade rasa, exactamente controlada gravura em àgua forte (tipicamente <200nm). Igualmente o uso freqüente de máscaras do fotoresistente, e-feixe frequentemente delicado resiste, porque a definição da raspagem exige gravura a água-forte da temperatura ambiente. Em uma ferramenta do ICP este processo é executado tipicamente sem a potência do ICP, isto é somente uma mais baixa potência do eléctrodo é aplicada, permitindo de “um modo lento RIE” gravura a água-forte. Figura 8 mostra o resultado gravura em àgua forte do grating do modo de RIE em uma ferramenta do ICP a uma profundidade de 100nm em uma taxa gravura em àgua forte de 20nm/min.

Figura 8. gravura em àgua forte42 do grating de CH/H

O processo42 de CH/H no modo de RIE é um popular para gravura em àgua forte rasa do InP (profundidade gravada menos do que 1000nm). Desde Que é um processo da temperatura ambiente, o fotoresistente pode ser usado como a máscara. Contudo, CH/H42 forma uma grande quantidade de polímero na câmara e igualmente deposita-a na superfície superior e no sidewall gravados. Uma etapa limpa curto2 de O é adicionada Frequentemente no processo que segue gravar a fim remover o polímero residual. Figura 9 mostra o resultado gravura em àgua forte rasa do InP do modo de RIE a uma profundidade de menos than1000nm em uma taxa gravura em àgua forte de 20~40nm/min.

Figura 9 gravura em àgua forte rasa do InP usando o processo CH4/H2, (a) o processo da única etapa mostrando algum depósito do polímero na superfície superior e no sidewall gravados. (b) Processo do Pas-de-deux, não mais resíduo do polímero na superfície gravada.

A química42 de CH/H é igualmente de uso geral para gravura a água-forte selectiva de InGaAs/InAlAs devido às exigências da profundidade rasa gravura em àgua forte, e da selectividade entre InGaAs e InAlAs.

CH/H/Cl422, Cl/N22, e HBr em processos do modo do ICP podem igualmente ser usados para gravura em àgua forte rasa. Se a amostra é pré-aquecida acima de 150 graus pelo eléctrodo mais baixo, estêve mostrada para ser possível reduzir a taxa gravura em àgua forte de >1µm/min a 0.2µm/min4 escolhendo a baixa potência do ICP. Um perfil gravado típico é mostrado em Figura 10.

Figura 10. taxa Verificável gravura em àgua forte para gravura a água-forte rasa

Gravura A Água-forte De Cristal Fotónica do InP (PhC)

Gravura A Água-forte da estrutura de cristal fotónica do medidor de ondas do InP é muito desafiante, desde que exige o prolongamento alto com tamanhos de característica sob a metade um do mícron. A estrutura a mais popular é tipo do furo de duas dimensões com tamanho do furo menos do que 500nm.

Todo O InP gravou o processo feito sinal acima pode ser empregado para gravar PhC. P Strasser de ZTH Zurique desenvolveu um processo gravura a água-forte usando ICP180. A conclusão de seu trabalho é que Cl/N/Ar22 é as melhores química para gravura em àgua forte de PhC. Este é um processo livre do polímero, e igualmente fornece um pé quadrado segundo as indicações de Figura 11. A temperatura da bolacha é ajustada acima de 200°, o Cl2 é um gás gravura em àgua forte, a AR é usada enquanto um gás e um N diluídos2 dão o passivation no sidewall. Um prolongamento de >15: 1 foi conseguido. Figura 10 mostra uma profundidade gravada de 2.9µm e a taxa gravura em àgua forte de 1.75µm/min conseguida para o tamanho do furo do diâmetro 190nm, que dá o prolongamento ~16: 1. As partes pequenas da amostra têm que ser coladas sobre à placa de portador e refrigerar do Hélio da parte traseira é exigido.

Figura 11. PhC gravado no InP. Os furos têm um diâmetro de 180nm e a profundidade gravada é 2.9µm. (Com permissão amável do Grupo ETH Zurique de Photonics de uma Comunicação de P Strasser, Etc.)

InP Através Gravura A Água-forte do Furo

As exigências para o InP através gravura a água-forte do furo são um tanto diferentes, isto é o mais rapidamente as taxas possíveis gravura em àgua forte às profundidades de até 150µm, perto do vertical ou do perfil ligeira derramado gravura em àgua forte, resistem mascarado (idealmente), base lisa lisa, mas nenhum interesse sobre a lisura do sidewall. Estas exigências podem ser cumpridas com o uso de um processo baseado3 HBr/BCl gravura em àgua forte nas temperaturas médias a elevadas (120-180°C). A máscara do fotoresistente deve ser completamente hardbaked a uma alta temperatura (>150°C) para se assegurar de que sobreviva ao processo gravura em àgua forte sem reticulação. Figura 12 mostra um 100µm profundamente através do furo gravado usando esta técnica. A taxa Gravura Em Àgua Forte era >2.75µm/min e selectividade ao fotoresistente >15: 1.

Figura 12. Processo2 de HBr/BCl para o InP Através gravura em àgua forte do furo

InP/DIODO EMISSOR DE LUZ de InGaP/AlInP e Gravura A Água-forte Vermelhos da Célula Solar

As combinações do InP/matéria-prima de InGaP/AlInP são amplamente utilizadas para fazer DIODOS EMISSORES DE LUZ ou a Célula solar vermelha. As Exigências para produtos vermelhos do DIODO EMISSOR DE LUZ e da célula solar são rendimentos altos e baixo custo. Conseqüentemente um processo de grupo é essencial, o fotoresistente é escolhido igualmente para o processo e o baixo custo simplificados.

BCl3/Cl2/Ar/CH4 é usado. O processo aperfeiçoado unclamped. A temperatura da Tabela é mantida em 20~30degree, dá uma taxa gravura em àgua forte de 450nm/min com selectividade à máscara do fotoresistente do 3:1 e do perfil gravado segundo as indicações de Figura 13.

Figura 13. A Célula solar baseada InP gravada usando BCl/Cl/Ar/CH324, Fotoresistente foi usada como uma máscara gravura em àgua forte

Gravura A Água-forte do InP MicroLens

Microlenses que são de uso geral para as aplicações fotónicas avançadas é formado no fotoresistente usando uma de duas técnicas. A técnica a mais simples envolve formar os cilindros da ocupa do resiste usar a litografia convencional. A carcaça é então caloroso acima da temperatura de vidro do reflow do fotoresistente (isto é 130-150°C), permitindo o ao reflow.

Isto criará uma superfície esférica, com o raio de que pode ser calculado do volume resistem e a área de contacto com a carcaça. O perfil da lente é transferido então no material da carcaça gravura a água-forte seca do ICP, frequentemente com selectividade do 1:1.

Figura 14 mostra a uma imagem de SEM do os microlens gravados no InP a uma profundidade de 20µm. Isto foi criado perto resiste o reflow combinado com gravura a água-forte do ICP. Neste caso é possível ajustar a selectividade entre o InP e o fotoresistente mudando a mistura de gases usada para o processo ou ajustando a potência do ICP e/ou a polarização da C.C. entre o plasma e a carcaça. Aumentar a selectividade (assim o fotoresistente grava mais lentamente) aumentará a curvatura da lente terminada. Porque a mistura de gases usada para este processo inclui o cloro há a probabilidade da cargo-gravura em àgua forte “borbulha” formando na superfície gravada quando a bolacha é removida da ferramenta, devido à natureza hidrófila do cloro. OIPT desenvolveu uma técnica proprietária que evitasse este efeito e fornecesse uma superfície gravada lisa.

Figura 14. Microlens gravou no InP (uma pequena quantidade de fotoresistente é visível na imagem esquerda de SEM, destacando o procedimento gravura em àgua forte).

Sumário

Gravura a água-forte da matéria-prima do InP é uma tecnologia vital para a fabricação de optoelectronic e de dispositivos electrónicos.

Etcher do System100 ICP da Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford (hardware de OIPT CS1) fornece vastas gamas de soluções materiais gravura a água-forte de III-V. Inclinação Altamente vertical (ou controlada) o perfil gravado, o sidewall liso, com boa selectividade ao óxido, nitreto ou máscara do FOTORRECEPTOR, e taxa verificável gravura em àgua forte podem ser conseguidos.

Source: Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

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

Last Update: 14. June 2013 04:37

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