Сухое Вытравливание Базовых Материалов InP Используя Высокую Плотность Индуктивно Соединило Плазму Технологией Плазмы Аппаратур Оксфорда

Покрытые Темы

Предпосылка
Введение
Индуктивно Соединенный Инструмент (ICP) Плазмы
Вытравливание Базового Материала InP
     Вытравлять Высокого Темпа Фасетки Волновода и Зеркала
     Вытравливание InP Grating или Отмелое Вытравливание
     Вытравливание InP Фотонное Кристаллическое (PhC)
     InP Через Вытравливание Отверстия
     InP/СИД InGaP/AlInP Красные и Вытравливание Фотоэлемента
     Вытравливание InP MicroLens
Сводка

Предпосылка

Технология Плазмы Аппаратур Оксфорда снабубежит ряд высокой эффективности, гибких инструментов полупроводник обрабатывая клиентов, котор включили в научные исследования и разработки, и продукции. Мы специализируем в 3 главных областях:

Введение

Сухое вытравливание теперь широко использовано в изготовлении электронно-оптический и электронных устройств включая материалы III-V, должном к потребности для тщательного управления критических размеров компонентов. Быстрый etch классифицирует, повторимость, единообразие, чистые химии, вертикальный профиль, низкое повреждение прибора некоторые из самых желательных аспектов процесса вытравливания. Индуктивно соединенное вытравливание (ICP) плазмы идеально одето к этим требованиям, в виду того что оно обеспечивает высокую плотность иона; следовательно быстрый etch классифицирует, пока позволяющ отдельно управлению плотности иона и энергии иона, давая возможность низкого повреждения.

Технология Плазмы Аппаратур Оксфорда (OIPT) начала широкий диапазон процессов etch ICP для полупроводников III-V для того чтобы соотвествовать эти.

В настоящей статье, мы сфокусируем на процессе вытравливания для InP и родственных материалов, обсудим различные химии вытравливания и требования к системы для различных применений и обеспечим новую версию самых последних результатов нового процесса превращаясь.

Индуктивно Соединенный Инструмент (ICP) Плазмы

Система используемая для этих процессов etcher ICP Системы 100 Plasmalab Технологии Плазмы Аппаратур Оксфорда (оборудование OIPT CS1). Схема камеры etch уступана Диаграмма 1 и полная система показана в Диаграмме 2.

Диаграмма 1. Схема инструмента Plasmalab System100 ICP180

Диаграмма 2 Система 100 ICP180 Plasmalab

Сила RF (13.56MHz) прикладной как к источнику ICP (до 3000Watts), так и к электроду субстрата (до 600Watts) для того чтобы произвести плазму etch. Электростатический экран вокруг пробки ICP использован для того чтобы обеспечить что сила ICP чисто индуктивно соединена (т.е. «истинн-ICP "), следовательно исключать sputtering материала пробки и уменьшать ненужное с высокой энергией повреждение иона к приборам. Энергия Иона на субстрате проконтролирована измерением смещения DC произведенного на более низком электроде, и проконтролирована главным образом силой RF поставленной к этому электроду.

Вафли нагружены в камеру через loadlock для поддержания хорошей стабилности вакуума камеры и следовательно повторимости результатов вытравливания.

Будучи вытравлянными вафли или механически или электростатически зажаты к температур-контролируемому более низкому электроду. Давление Гелия прикладной к задней части вафель для того чтобы обеспечить хорошую термальную електропроводимостьь между цыпленком и вафлей. Где необходимо, более малые образцы прикреплены на 4" вафли несущей Кремния с термально проводным клеем.

Plasmalab System100 ICP имеет управление температуры субстрата к точности ±1°C над диапазоном температур - 5°C к +400°C, через пользу электрических элементов подогревателя и цепи хладоагента обеспечивая циркуляцию. Это можно расширить к - 150°C к +400°C с дополнением поставкы жидкого азота. Температура Субстрата имеет маркированное влияние на результате etch, по мере того как она контролируют улетучиваемость вида etch и следовательно влияют на химический компонент процесса, влияя на не только тариф etch, селективность и профиль, но также поверхностная шершавость. Систему можно эксплуатировать над рядом давления от 1mT к 100mT позволяющ точному давлению камеры процесса управления.

Вытравливание Базового Материала InP

Вытравлять Высокого Темпа Фасетки Волновода и Зеркала

Для вытравлять высокого темпа фасетки и волновода зеркала, ключевые требования быстрые тарифы etch к глубинам до 10µm и 5µm соответственно, controllable глубины etch, сильно неравносвойственного профиля, никакого надрезать на похороненных слоях InGaAsP (или подобно), и ровных стенок и вытравленной поверхности.

Химия422 CH/H/Cl самый популярный процесс для этого вида применения. Если температура вафли позволена увеличить для того чтобы приблизить к 200°C после этого тариф etch обыкновенно используемых увеличений42 процесса CH/H, однако, то, управление профиля будет трудные должными к увеличенный подрезывать. Добавление Cl2 к этой смеси позволяет сильно неравносвойственным профилям etch, должным к низкой улетучиваемости Включать.x Это поэтому позволяет точному управлению профиля через регулировку коэффициента42 CH/Cl. Вытравите тарифы >1.5µm/min и селективности >15: 1 к маскам2 SiO илиx Согрешения можно достигнуть. На Диаграмму 3 показано 10µm глубокую фасетку зеркала вытравленную используя эту химию.

Сводка выработки процесса Таблицы422 1. CH/H/Cl

 
Тариф Etch (nm/min)
Селективность к SiO2
Вытравленный профиль
Вытравленные поверхность и стенка
Единообразие
Определите 2' вафля
1500
15:1
90°±1*
ровно
<±2.5%
Определите 4' вафля
500
8
90°±1*
приглаживайте
<±4.0%
Определите 4x2'wafer
500
8
90°±1*
приглаживайте
<±4.0%
необходим, что будет профиль маски *Oxide более лучшим чем 80 градусов

Диаграмма 3. базовый материал InP вытравленный используя процесс422 CH/H/Cl. Вытравите тарифы >1.5µm/min и селективность >15: достигните.

Эта химия имеет преимущество что она вытравляет широкий диапазон материалов, т.е. те содержа Внутри, P, Ga, As, Al, Sb etc, с низкой селективностью (~0.5-1: 1) между одином другого, следовательно вытравленными профилями не имеет никакой надрезать на интерфейсах между материалами. Оно также производит меньше загрязнения полимера чем химия4 CH/H2 должная к более низкому содержанию CH4 этих процесса и гораздо быстре тарифа etch. Никакое дополнительное необходимо топление вафли, по мере того как InP основал вафлю нагрет единственно high-density плазмой самой. С точным управлением параметров плазмы, отростчатая повторимость более лучшая чем ±3%, и никакой зажимать вафли необходимо.

Этот метод включает пакетную обработку для высоких промышленных приложений объём, например» вафлю 4x2 нагруженную в бег, в виду того что вафлям могут просто отдохнуть на плите несущей и не нужно индивидуально быть зажатым и гелий быть охлаженным. Другой вариант этого процесса химия4 CH/Ar/Cl2 которая также была показаны, что дает превосходные etch используя эту камеру etch.

Однако, часто требования продукции диктуют что камера должна остаться как можно чистой, идеально без низложения полимера, даже за счет неизотропности etch и гладкости стенки если необходимо. Это требует что процесс не содержит CH4. Общий подход использовать основанную2 Cl химию etch с heated электродом (≥150°C эффектно извлечь продукт etch InClx от поверхности вафли).

Точный контроль температуры вафли порекомендован для этого процесса. Если образец получает слишком горячим, тоx Including'evaporates от поверхности легко и следовательно производит подрезывать. С другой стороны, на слишком низкой температуре InClx слаболетучий приводить к в медленных тарифах etch, низкой селективности и поверхностной шершавости. Часто добавлены, что2 увеличивает физический компонент вытравливания и пассивирует N поверхность, следовательно уменьшающ поверхностную шершавость и улучшающ управление профиля. Вытравите тарифы >1 µm/min и селективности к SiO2 >10: 1 было достигано используя этот процесс. На Диаграмму 4 показано типичные 5µm глубокий результат etch. Это H+ освобождает процесс который может дать меньше повреждения к прибору, в виду того что H+ часто формирует слой запассивированности на вытравленной поверхности которая может повлиять на представление прибора.

Диаграмма 4. Cl/N22 вытравила волновод

Процессы422 CH/H/Cl и22 Cl/N перечислили выше можно также использовать для того чтобы создать мезы прибора, с или вертикальным или склоняемые профили достиганные подходяще регулируют параметры процесса.

Альтернативный метод который позволяет обрабатывать на более низких температурах ~100-150°C включает пользу химии HBr, в виду того что продукт etch InBrx будет испаряющим на более низкой температуре чем InClx. На Диаграмму 5 показано типичные 5µm глубокий результат etch на тарифе etch 0.8µm/min и селективности >10: 1 к SiO2. Опять, хороший контроль температуры порекомендованные должные к чувствительности результатов etch к температуре вафли.

Диаграмма 5. etch волновода HBr

Процесс HBr может также вытравить InP с фоторезистом (PR) как маска как показано в Диаграмме 6 в виду того что он требует более низкой температуры сравнивает к химии2 Cl. Типично достиганы тариф etch >1µm/min и селективность 14:1. Этот процесс требовал трудной выпечки маски фоторезиста прежде чем вытравляющ для уменьшения горения фоторезиста. Преимущества этого процесса включают потенциальное исключение пользы трудных маск и значительно уменьшают отростчатые сложность и цену.

Диаграмма 6. etches InP используя фоторезисты как маска

Процесс22 Cl/H был начат недавно. В этом процессе, более низкий электрод установлен на комнатную температуру. Вафля помещена na górze вафли несущей без дополнительного термального контакта. Никакой зажимать вафли необходимо. Поэтому простой процесс. Механизм etch подобен к процессу422 CH/H/Cl - вафля нагрета плазмой самой. Преимущество этого процесса отсутствие CH4, поэтому никакого полимера депозируя в камере. Чистое и также относящий к окружающей среде содружественный процесс. В этом процессе, коэффициент газа Cl/H22 очень важен. Высокий коэффициент газа водит к высокому тарифу etch но также дает профиль вытравливания подреза. На Диаграмму 7 показано результаты etch22 Cl/H в режиме ICP. Тариф etch 850nm/min с селективностью к маске нитрида > 10: 1.

Диаграмма 7. образец InP/InGaAs вытравленный используя процесс22 Cl/H на комнатной температуре.

Вытравливание InP Grating или Отмелое Вытравливание

Хотя процесс вытравливания InP может быть замененными мимо более быстрыми, более чистыми химиями etch в режиме ICP для большинства применений, однако, процесс CH4/H2 все еще широко использован для вытравливания InP DFB (лазеров распределенной обратной связи) grating, должного к требованиям отмелой, точно контролируемой глубины etch (типично <200nm). Также частая польза маск фоторезиста, часто чувствительный e-луч сопротивляет, ибо определение скрежетать требует вытравливания комнатной температуры. В инструменте ICP этот процесс типично выполнен без силы ICP, т.е. только более низкая сила электрода прикладной, включающ медленный «режим RIE» вытравливания. На Диаграмму 8 показано результат etch решетки режима RIE в инструменте ICP к глубине 100nm на тарифе etch 20nm/min.

Диаграмма 8. etch42 решетки CH/H

Процесс42 CH/H в режиме RIE популярное для отмелого etch InP (вытравленной глубины более менее чем 1000nm). В Виду Того Что процесс комнатной температуры, фоторезист можно использовать как маска. Однако, CH/H42 формирует большое количество полимера в камере и также депозирует на вытравленных верхней поверхности и стенке. Часто короткий шаг2 O чистый добавлен в процесс следовать вытравлять для того чтобы извлечь остаточный полимер. На Диаграмму 9 показано результат etch InP режима RIE отмелого к глубине меньше than1000nm на тарифе etch 20~40nm/min.

Диаграмма 9 отмелый etch InP используя процесс CH4/H2, (a) процесс одного шага показывая некоторую залемь полимера на вытравленных верхней поверхности и стенке. (b) 2 - процесс шага, отсутствие больше остатка полимера на вытравленной поверхности.

Химия42 CH/H также обыкновенно использована для вытравливания InGaAs/InAlAs селективного должного к требованиям отмелой глубины etch, и селективности между InGaAs и InAlAs.

CH/H/Cl422, Cl/N22, и HBr в процессах режима ICP можно также использовать для отмелого etch. Если образец подогрет до над 150 градусов более низким электродом, то было показаны, что будет возможно уменьшить тариф etch от >1µm/min к 0.2µm/min4 путем выбирать низкую силу ICP. Типичный вытравленный профиль показан в Диаграмме 10.

Диаграмма 10. Controllable тариф etch для отмелого вытравливания

Вытравливание InP Фотонное Кристаллическое (PhC)

Вытравливание структуры волновода InP фотонной кристаллической очень трудный, в виду того что оно требует высокого коэффициента сжатия с размерами характеристики под половиной микрон. Самая популярная структура тип отверстия 2 размеров с размером отверстия чем 500nm.

Весь InP вытравил процесс жестикулированный выше можно использовать для того чтобы вытравить PhC. P Strasser от ZTH Цюриха начал процесс вытравливания используя ICP180. Заключение от его работы что Cl/N/Ar22 самые лучшие химии для etch PhC. Это процесс полимера свободный, и также обеспечивает квадратную ногу как показано в Диаграмме 11. Температура вафли установлена на над 200°, Cl2 газ etch, Ar использован по мере того как разбавленные газ и N2 дают запассивированность на стенке. Коэффициент сжатия >15: 1 было достигано. На Диаграмму 10 показано вытравленную глубину 2.9µm и тариф etch 1.75µm/min достиганный для размера отверстия диаметра 190nm, который дает коэффициент сжатия ~16: 1. Малые части образца должны быть склеены дальше к плите несущей и Охлаждение гелием задней стороны необходимо.

Диаграмма 11. PhC вытравленное в InP. Отверстия имеют диаметр 180nm и вытравленная глубина 2.9µm. (С добросердечным позволением Группы ETH Цюриха Photonics Связи P Strasser, Etc.)

InP Через Вытравливание Отверстия

Требования для InP через вытравливание отверстия несколько друг, т.е. наиболее быстро возможные тарифы etch к глубинам до 150µm, около вертикали или немножко склоняемого профиля etch, сопротивляют замаскировано (идеально), плоское ровное основание, но отсутствие забота о гладкости стенки. Этим можно соотвествовать через пользу основанного HBr/BCl3 процесса etch на умеренном - - высокие температуры (120-180°C). Маска фоторезиста должна быть тщательно hardbaked к high-temperature (>150°C) обеспечить что она выдерживает процесс etch без reticulation. На Диаграмму 12 показано 100µm глубоко через отверстие вытравленное используя этот метод. Тариф Etch была >2.75µm/min и селективностью к фоторезисту >15: 1.

Диаграмма 12. Процесс2 HBr/BCl для InP Через etch отверстия

InP/СИД InGaP/AlInP Красные и Вытравливание Фотоэлемента

Комбинации InP/базового материала InGaP/AlInP широко использованы для делать красные СИД или Фотоэлемент. Требования и для красных продуктов СИД и фотоэлемента высокие выходы и низкая цена. Поэтому обработка партиями необходима, также фоторезист выбран для упрощенных процесса и низкой цены.

BCl3/Cl2/Ar/CH4 использовано. Оптимизированный процесс unclamped. Температура Таблицы сдержана на 20~30degree, дает тариф etch 450nm/min с селективностью к маске фоторезиста 3:1 и вытравленного профиля как показано в Диаграмме 13.

Диаграмма 13. Фотоэлемент основанный InP вытравленный используя BCl/Cl/Ar/CH324, Фоторезист был использован как маска etch

Вытравливание InP MicroLens

Microlenses которые обыкновенно использованы для предварительных фотонных применений сформировано в фоторезисте используя один из 2 методов. Самый простой метод включает сформировать низкие цилиндры сопротивляет использовать обычное литографирование. Субстрат после этого нагрет над стеклянной температурой reflow фоторезиста (т.е. 130-150°C), позволяющ ему к reflow.

Это создаст сферически поверхность, с радиусом которого смогите быть высчитано от тома сопротивляйте и полем зацепления с субстратом. Профиль объектива после этого возвращен в материал субстрата вытравливанием ICP сухим, часто с селективностью 1:1.

На Диаграмму 14 показано изображению SEM microlens вытравленные в InP к глубине 20µm. Это было создано мимо сопротивляет reflow совмещенному с вытравливанием ICP. В этот случай возможно отрегулировать селективность между InP и фоторезистом или путем изменять смесь газа используемую для процесса или путем регулировать силу ICP и/или смещение DC между плазмой и субстратом. Увеличивать селективность (так фоторезист вытравляет более медленно) увеличит погнутость законченного объектива. По Мере Того Как смесь газа используемая для этого процесса включает хлор вероятие столб-etch «клокочут» формирующ на вытравленной поверхности когда вафля извлекается от инструмента, должной к гидрофильной природе хлора. OIPT начинало собственнический метод который во избежание это влияние и обеспечивает ровную вытравленную поверхность.

Диаграмма 14. Microlens вытравило в InP (небольшое количество фоторезиста видимо на левом изображении SEM, выделяя процедуру по etch).

Сводка

Вытравливание базового материала InP существенная технология для изготовления электронно-оптический и электронных устройств.

Etcher System100 ICP Технологии Плазмы Аппаратур Оксфорда (оборудование OIPT CS1) обеспечивает широкие диапазоны разрешений вытравливания III-V материальных. Сильно вертикальный (или контролируемый наклон) вытравленного профиля, ровной стенки, с хорошей селективностью к окиси, нитрид или маска PR, и controllable тариф etch можно достигнуть.

Источник: Технология Плазмы Аппаратур Оксфорда.

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологию Плазмы Аппаратур Оксфорда.

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

Last Update: 14. June 2013 04:40

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit