Torr Etsning av InP Baserade Material genom att använda Kick - Kopplat Ihop Plasma för täthet Instrumenterar (ICP) Inductively vid Oxford PlasmaTeknologi

Täckte Ämnen

Bakgrund
Inledning
Det Inductively Kopplade Ihop Plasmaet (ICP) Bearbetar
Baserad Materiell Etsning för InP
     att Etsa för Hög frekvens av Waveguiden och Avspeglar Fasetterar
     Gnissla Etsning för InP eller Grund Etsning
     Photonic Crystal (PhC) Etsning för InP
     InP Via Spela golfboll i hål Etsning
     InP/Röd InGaP/AlInP LEDDE och Sol- CellEtsning
     Etsning för InP MicroLens
Summariskt

Bakgrund

Oxford Instrumenterar PlasmaTeknologi ger en spänna av kickkapaciteten som är böjlig bearbetar till halvledaren som bearbetar kunder som är involverade i forskning och utveckling och produktionen. Vi specialiserar i tre huvudsakliga områden:

  • Etsa
    • RIE ICP, DRIE, RIE/PE, Jon Strålar
  • Avlagring
    • PECVD ICP-CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • Tillväxt
    • HVPE Nanofab

Inledning

Torr etsning nu används brett i fabriceringen av optoelectronic, och elektroniska apparater som gäller III--Vmaterial, behovet för försiktigt, kontrollerar tack vare av det kritiskt dimensionerar av delar. Fast etsar klassar, repeatability, likformighet, rena kemiar, lodlinje profilerar, låg apparatskada är några av de mest önskvärda aspekterna av den processaa etsningen. Inductively kopplad ihop plasma (ICP)etsning passas idealt till dessa krav, sedan den ger en kickjontäthet; fasta hence etsar klassar, att låta för stunder som är separat, kontrollerar av jontäthet och jonenergi och att ge en kapacitet för låg skada.

Oxford Instrumenterar PlasmaTeknologi (OIPT) har framkallat en lång räcka av ICP etsar bearbetar för att III--Vhalvledare ska möta dessa begärningar.

I denna artikel ska vi fokuserar på etsning som var processaa för InP och släkta material, diskuterar olika etsningkemiar och systemkrav för olika applikationer och ger en uppdatering av de senaste nya processaa framkallande resultaten.

Det Inductively Kopplade Ihop Plasmaet (ICP) Bearbetar

Systemet som används för dessa, bearbetar är Oxforden Instrumenterar etcheren för ICP för PlasmaTeknologiPlasmalab System 100 (maskinvara för OIPT CS1). Ett schematiskt av etsakammaren ges in Figurerar 1, och det fulla systemet visas in Figurerar 2.

Figurera 1. Schematiskt av Plasmalaben System100 ICP180 bearbeta

Figurera Systemet 100 ICP180 för 2 Plasmalab

RF driver (13.56MHz) appliceras till både ICP-källan (upp till 3000Watts) och substrateelektroden (upp till 600Watts) för att frambringa etsaplasmaet. Ett elektrostatiskt skyddar runt om ICP-röret är van vid ser till att ICPEN driver kopplas ihop renodlat inductively (dvs. ”riktig-ICP”), avlägsna hence att fräsa av röret som är materiellt och att minimera onödig highenergy jonskada till apparater. Jonenergi på substraten övervakas av mätningen av DC-snedheten som frambrings på den lägre elektroden och kontrolleras främst av RFEN driver levererat till denna elektrod.

Rån laddas in i kammaren via en loadlock för att underhålla bra stabilitet av kammaren dammsuger och hence repeatability av etsningresultat.

Rånen som etsas, endera mekaniskt eller klämmas fast elektrostatiskt till denkontrollerade lägre elektroden. Helium pressar appliceras till baksidaen av rånen för att ge bra termisk conductance mellan kasta och rånet. Var nödvändigt, mindre, tar prov fästas på 4" Silikonbäraren som rån med termiskt ledande limmar.

Plasmalaben System100 ICP har att kontrollera av substratetemperatur till exakthet av ±1°C över en temperatur spänner av - 5°C till +400°C, till och med bruket av elektriska värmeapparatbeståndsdelar och ett kylmedel som cirkulerar, går runt. Detta kan fördjupas till - 150°C till +400°C med tillägget av en tillförsel av vätskeett gasformigt grundämne. Substratetemperaturen har som markeras för att verkställa på etsaresultatet, som den kontrollerar flyktigheten av de etsaarten och hence påverkan det kemiska del- av det processaa som inte endast påverkar för att etsa, klassar, selectivity och profilerar, utan ytbehandlar också roughness. Systemet kan fungeras över en pressa spänner från 1mT till att låta som 100mT är exakt, kontrollerar den processaa kammaren pressar.

Baserad Materiell Etsning för InP

att Etsa för Hög frekvens av Waveguiden och Avspeglar Fasetterar

För etsa för hög frekvens av avspegla fasetterar och waveguiden, är de nyckel- kraven fastar etsar klassar till djup av upp till 10µm och 5µm respektive som är controllable etsa djup som högt är anisotropic, profilera, inget göra hack i på begravde lagrar av InGaAsP (eller liknande) och släta sidoväggar, och etsat ytbehandla.

CH-/H/Cl422 kemi är det populärast bearbetar för denna sort av applikationen. Om temperaturen av rånet är tillåten till förhöjning att near 200°C därefter etsa, klassa av de gemensamt använda processaa42 förhöjningarna för CH/H, profilera emellertid kontrollerar blir svårt tack vare ökande bjuda under. Tillägget av Cl2 till denna blandning låter högt anisotropic etsar profilerar, tack vare den låga flyktigheten av Däribland.x Detta låter därför exakt profilerar kontrollerar till och med justering av CH-/Cl42 förhållandet. Etsa klassar av >1.5µm/min och selectivities av >15: 1 till SiO2 eller SiNx maskerar kan uppnås. Figurera 3 shows som en djup 10µm avspeglar fasetterar etsat genom att använda denna kemi.

Bordlägga 1. CH/H/Cl422 bearbetar den summariska kapaciteten

 
Etch klassar (nm/min)
Selectivity till SiO2
Etched profilerar
Etched ytbehandlar och sidoväggen
Likformighet
Singel 2' rån
1500
15:1
90°±1*
släta
<±2.5%
Singel 4' rån
500
8
90°±1*
släta
<±4.0%
Singel 4x2'wafer
500
8
90°±1*
släta
<±4.0%
*Oxiden maskerar profilerar krävs för att vara bättre än 80 grad

Figurera 3. InP processaa baserad materiell etsad användande422 CH/H/Cl. Etsa klassar av >1.5µm/min och selectivity av >15: uppnås.

Denna kemi har fördelen, att den etsar en lång räcka av material, dvs. de som In innehåller, P, Ga, As, Al, Sb etc., med låg selectivity (~0.5-1: 1) mellan varje annat, hence etsat profilerar har inget göra hack i på har kontakt mellan material. Det producerar också mindre polymerförorening, än CH-/H4kemin2 tack vare den lägre CHEN som är nöjd4 av denna processaa och mycket snabbare, etsar klassar. Det finns inte någon extra krävd rånuppvärmning, som InPen baserade rånet värmas endast av kicken - täthetplasma sig själv. Med exakt kontrollera av plasmaparametrarna, är processaa repeatability bättre än ±3%, och inget att klämma fast för rån det ar nødvändigt.

Denna teknik möjliggör grupperar att bearbeta för applikationer för kickgenomgångsproduktion, e.g” pläterar behöver rånet som 4x2 laddas per körning, sedan rånen kan enkelt vila på en bärare och inte individuellt att klämmas fast, och helium att kylas. En Annan variant av detta processaa är CH-/Ar/Cl4kemin2 som har också visats till den utmärkta jordbruksprodukter etsar resultat som använder detta, etsar kammaren.

Emellertid ofta begärningarna av produktiondiktatet att kammaren måste staget så fullständigt som möjlighet, idealt med ingen polymeravlagring, även på uppta som omkostnad av etsaanisotropyen och sidoväggsmoothnessen om nödvändigt. Detta kräver att det processaa inte innehåller CH4. En allmänning att närma sig är att använda en baserad2 Cl etsar kemi med en upphettad elektrod (≥150°C för att effektivt att ta bort InClxen etsar produkten från rånet ytbehandlar).

Den Exakta råntemperaturen kontrollerar rekommenderas för detta processaa. Om ta prov får hoade förx Including'evaporates'en från ytbehandla lätt och producerar hence att bjuda under. Å andra sidan på en för låg temperatur InClx beständigt är resultera i långsamt etsar klassar, låg selectivity och ytbehandlar roughness. Ofta tillfogas2 N till förhöjning läkarundersökningen som är del- av etsningen och att passivate ytbehandla, hence förminskande ytbehandla roughness, och förbättra profilera kontrollerar. Etsa klassar av >1 µm/min och selectivity till SiO2 av >10: 1 har uppnåtts genom att använda detta processaa. Figurera 4 shows som djupa typiska 5µm etsar resultat. Detta är ett fritt+ H bearbetar som kan ge mindre skada till apparaten, sedan H+ bildar ofta ett passivationlagrar på etsad, ytbehandla som kan påverka apparatkapacitet.

Figurera 4. Cl/N22 etsad waveguide

CHen/H/Cl422 och Clen/N22 bearbetar listat över kan också vara van vid skapar apparatmesas, med endera lodlinje, eller sluttat profilerar uppnått av passande justerar processaa parametrar.

En alternativ teknik, som låter att bearbeta på lägre temperaturer av ~100-150°C, gäller bruket av HBr kemi, sedan etsaprodukten av InBrx blir flyktigt ämne på en lägre temperatur än InClx. Figurera 5 shows som djupa typiska 5µm etsar resultat på en etsa klassar av 0.8µm/min och en selectivity av >10: 1 till SiO2. Igen kontrollerar den bra temperaturen rekommenderas tack vare känsligheten av etsar resultat till råntemperaturen.

Figurera 5. Den HBr waveguiden etsar

Den processaa HBren kan också etsa InP med photoresist (PR) som en maskera, som visat in Figurera 6, sedan den kräver lägre temperatur jämför till Cl2 kemi. Typisk klassar en etsa av >1µm/min, och en selectivity av 14:1 uppnås. Denna processaa krävda hårda bakning av photoresist maskerar, innan den etsar för att förminska photoresistbränning. Fördelar av detta processaa inkluderar den potentiella elimineringen av bruket av hårt maskerar och markant förminskar processaa komplexitet och kostar.

Figurera 6. InP etsar genom att använda photoresists som en maskera

En processaa22 Cl/H har framkallats för en tid sedan. I detta processaa är den lägre elektroden fastställd på rumstemperaturen. Rånet förläggas överst av ett bärarerån utan extra termisk kontakt. Inget att klämma fast för rån det ar nødvändigt. Därför är det ett enkelt bearbetar. Etsamekanismen är liknande till den processaa422 CHen/H/Cl - rånet värmas av plasmaet sig själv. Fördelen av detta processaa är frånvaroen av CH4, därför ingen polymer som sätter in i kammaren. Det är en processaa rengöring och också miljö- vänskapsmatch. I detta processaa är gasaförhållandet av22 Cl/H mycket viktigt. Kicken gasar förhållandeblytak till kicken etsar klassar men ger också en underpris- etsning profilerar. Figurera 7 shows som resultaten av Cl/H22 etsar i ICP-funktionsläge. Etsa klassar är 850nm/min med selectivity till nitriden maskerar av > 10:1.

Figurera 7. InP/InGaAs tar prov etsat genom att använda processaa22 Cl/H på rumstemperaturen.

Gnissla Etsning för InP eller Grund Etsning

Mer ren etsa kemiar i ICP-funktionsläget för majoriteten av applikationer, Även Om processaa InP-etsning kan bytas ut by snabbare, emellertid är CH4EN/H2 som är processaa, stilla som används brett för gnissla etsning för InP DFB (utdelade återkopplingslaser), tack vare kraven av grunt som kontrolleras exakt, etsar djup (typisk <200nm). Också maskerar frekventerabruket av photoresist, ofta delikat e-stråla motstår, for den gnissla definitionen kräver rumstemperaturetsning. I en ICP bearbeta detta processaa utförs typisk med ingen ICP driver, dvs. endast driver den lägre elektroden appliceras och att möjliggöra ett långsamt ”RIE-funktionsläge” av etsning. Figurera 8 shows som resultatet av ett RIE-funktionslägegaller etsar i en ICP bearbetar till ett djup av 100nm på en etsa klassar av 20nm/min.

Figurera 8. CH-/H42 gallret etsar

CH/H som42 är processaa i RIE-funktionsläge, är ett populärt för grund InP etsar (etsat djup mindre än 1000nm). Sedan det är en processaa rumstemperatur, kan photoresist användas som maskerar. Emellertid bildar42 sätter in CH/H ett stort belopp av polymer i kammaren och också på etsat bästa ytbehandlar och sidoväggen. Ofta kliver en kort2 Nolla-rengöring tillfogas in i det processaa efter etsa för att som tar bort den resterande polymern. Figurera 9 shows resultatet av ett RIE-funktionsläge som grund InP etsar till ett djup av mindre than1000nm på en etsa klassar av 20~40nm/min.

Figurera 9 som grund InP etsar genom att använda processaa CH4/H2, kliver singel (a) processaa visning någon polymerinsättning på det etsade bästa ytbehandlar och sidoväggen. (b) Två - kliva processaa, ingen mer polymerresidual på etsat ytbehandlar.

CH-/H42 kemi också används gemensamt för selektiv InGaAs/InAlAs etsa kraven av grunt etsar tack vare djup och selectivity mellan InGaAs och InAlAs.

CH/H/Cl422, Cl/N22 och HBr i ICP-funktionsläge bearbetar kan också användas för grunt etsar. Om ta prov föruppvärms till ovanför 150 grad av den lägre elektroden, har det visats för att vara möjligheten som förminskar etsa, klassar från >1µm/min till 0.2µm/min4, genom att välja låg ICP, driver. Etsat ett typisk profilerar visas in Figurerar 10.

Figurera 10. Controllable etsa klassar för grund etsning

Photonic Crystal (PhC) Etsning för InP

Etsning av den photonic crystal waveguiden för InP strukturerar är mycket utmana, sedan den kräver kickaspektförhållande med särdrag storleksanpassar under halva per mikron. De populärast strukturerar är två dimensionerar spela golfboll i hål typ med spela golfboll i hål storleksanpassar mindre än 500nm.

Allt InP etsat processaa som över vinkas, kan användas för att etsa PhC. P Strasser från ZTH Zurich framkallade en etsning processaa användande ICP180. Avslutningen från hans arbete är att Cl/N/Ar22 är de bäst kemiarna för PhC etsar. Denna är en fri polymer bearbetar och ger också en kvadratfot, som visat in Figurera 11. Råntemperaturen är fastställd på ovanför 200°, är2 Cl en etsa gasar, används Ar, som ett utspätt gasar, och N2 ger passivation på sidoväggen. Ett aspektförhållande av >15: 1 uppnåddes. Figurera 10 shows ett etsat djup av 2.9µm och etsa klassar av 1.75µm/min uppnådde för diametern 190nm spela golfboll i hål storleksanpassar, som ger aspektförhållande ~16: 1. De lilla tar prov lappar måste att limmas på till bäraren pläterar, och att kyla för bakHelium det ar nødvändigt.

Figurera 11. PhC etsade i InP. Spela golfboll i hål har en diameter av 180nm, och etsat djup är 2.9µm. (Med snäll tillåtelse av den KommunikationsPhotonics för P Strasser, Etc.-Gruppen ETH Zurich)

InP Via Spela golfboll i hål Etsning

Kraven för InP via spela golfboll i hål etsning är något olika, dvs. snabbast etsar möjligheten klassar till djup av upp till 150µm, nära lodlinje eller litet sluttat etsa profilerar, motstår maskerat (idealt), lägenheten slätar baserar, bara inget bekymmer om sidoväggsmoothness. Dessa krav kan mötas till och med bruket av en baserad HBr/BCl3 etsar processaa på dämpar - - kicktemperaturer (120-180°C). Photoresisten maskerar måste vara grundligt hardbaked till en hög temperatur (>150°C) att se till att den fortlever etsa som är processaa utan nätverk. Figurera 12 shows som en 100µm via spela golfboll i hål djupt etsat genom att använda denna teknik. Etch klassar var >2.75µm/min och selectivity till photoresist >15: 1.

Figurera 12. HBr/BCl som2 är processaa för InP Via, spela golfboll i hål etsar

InP/Röd InGaP/AlInP LEDDE och Sol- CellEtsning

InP/InGaP/AlInP baserade materiella kombinationer används brett för röda LJUSDIODER för danande eller Sol- cell. Krav för både rött LEDDE, och sol- cellprodukter är kickavkastningar och kostar low. Därför är en processaa gruppera nödvändig, också väljs photoresist för förenklat processaa, och lågt kosta.

BCl3/Cl2/Ar/CH4 används. Det optimerade processaa lösgöras. Bordlägga temperaturen hålls på 20~30degree, ger en etsa klassar av 450nm/min med selectivity till photoresist maskerar av 3:1, och etsat profilera, som visat in Figurera 13.

Figurera 13. InP den etsade baserade Sol- cellen genom att använda BCl/Cl/Ar/CH324, Photoresist användes, som en etsa maskerar

Etsning för InP MicroLens

Microlenses, som används gemensamt för avancerade photonic applikationer, bildas i photoresist genom att använda en av två tekniker. Den enklaste tekniken gäller att bilda satt cylindrar av motstår genom att använda konventionell lithography. Substraten värmas därefter ovanför den glass reflowtemperaturen av photoresisten (dvs. 130-150°C) och att låta den till reflow.

Ska Detta skapar ett sfäriskt ytbehandlar, med radien, som kan beräknas från volymen av motstår, och området av kontakten med substraten. Linsen profilerar överförs därefter in i den materiella substraten av torr etsning för ICP, ofta med 1:1selectivity.

Figurera 14 shows som en SEM 2000 avbildar av microlens etsade in i InP till ett djup av 20µm. Detta skapades by motstår reflow som kombinerades med ICP-etsning. I detta fall är det möjligheten som justerar selectivityen mellan InPen och photoresisten endera, genom att ändra gasablandningen som används för det processaa eller, genom att justera ICPEN, driva och/eller DC-snedhet mellan plasmaet och substraten. Ökande ska selectivityen (så photoresisten etsar långsammare), förhöjning krökningen av den färdiga linsen. Som gasablandningen som används för detta processaa, inkluderar klor, finns det sannolikheten av posta-etsar ”bubblar” att bilda på etsad ytbehandlar, när rånet tas bort från bearbeta, tack vare den hydrophilic naturen av klor. OIPT har framkallat en privat teknik, som undviker denna verkställer, och ger en etsad släta ytbehandlar.

Figurera 14. Microlens etsade in i InP (ett litet belopp av photoresist är synligt på den lämnade SEM 2000 avbildar och att markera etsatillvägagångssättet).

Summariskt

InP baserad materiell etsning är en livsviktig teknologi för fabriceringen av optoelectronic och elektroniska apparater.

Oxford Instrumenterar PlasmaTeknologis etcheren för System100 ICP (maskinvara för OIPT CS1) ger lång räcka av materiella etsninglösningar för III-V. Högt profilerar slätar den etsade lodlinjen (eller kontrollerat slutta), sidoväggen, med bra selectivity till oxiden, nitriden, eller PR maskerar, och controllable etsa klassar kan uppnås.

Källa: Oxford Instrumenterar PlasmaTeknologi.

För mer information på denna källa behaga besök Oxford Instrumenterar PlasmaTeknologi.

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit