.jpg)
Paksa sakop
Likuran
Panimula
Ang Inductively kaisa plasma (ICP) Tool
InP batay Material ukit
Mataas na Rate ng ukit ng weyb gayd at mirror Facet
InP rehas na bakal ukit o mababaw ukit
InP Photonic Crystal (PhC) ukit
InP Via Hole ukit
InP / InGaP / AlInP Red humantong at Solar Cell ukit
InP MicroLens ukit
Buod
Likuran
Oxford Instrumentong plasma Teknolohiya ay nagbibigay ng isang hanay ng mga mataas na pagganap, nababaluktot gamit sa mga customer semiconductor processing na kasangkot sa pananaliksik at pag-unlad, at produksyon. Magdalubhasa namin sa tatlong pangunahing mga lugar:
Panimula
Dry ukit ngayon ay malawak na ginagamit sa katha ng optoelectronic at elektronikong aparato na kinasasangkutan ng mga III-V na materyales, dahil sa ang kailangan para sa maingat na kontrol ng ang mga kritikal na sukat ng mga bahagi. Mabilis na mag-ukit na mga rate, repeatability, pagkakapareho, malinis chemistries, vertical profile, mababa na pinsala sa aparato ang ilan sa mga pinaka-kanais-nais na mga aspeto ng proseso ng ukit. Inductively kaisa plasma (ICP) ukit ay kainaman ay angkop sa mga kinakailangang ito, dahil ito ay nagbibigay ng isang mataas na density Ion; kaya mabilis mag-ukit rate, habang ang nagpapahintulot sa hiwalay na kontrol ng Ion density at Ion enerhiya, na nagbibigay ng isang mababang kakayahan pinsala.
Oxford Instrumentong plasma Teknolohiya (OIPT) ay binuo ng isang malawak na hanay ng mga ICP ang mga mag-ukit na proseso para sa mga III- V Semiconductors upang matugunan ang mga pangangailangan.
Sa artikulong ito, ay namin focus sa ukit ng proseso para sa InP at mga kaugnay na mga materyales, talakayin ang mga iba't-ibang mga chemistries ukit at mga sistema ng mga kinakailangan para sa iba't ibang mga application at magbigay ng isang update ng sa pinakabagong bagong proseso ng pagbuo ng mga resulta.
Ang Inductively kaisa plasma (ICP) Tool
Ang system na ginagamit para sa mga proseso ay ang Oxford plasma Instrumentong Teknolohiya Plasmalab System 100 ICP pang-ukit (OIPT CS1 hardware) . Isang eskematiko ng kamara ang mag-ukit ay ibinigay sa Figure 1 at ang buong sistema ay ipinapakita sa Figure 2.
.jpg)
Figure 1. Eskematiko ng ang Plasmalab System100 ICP180 tool
.jpg)
Figure 2 Plasmalab System 100 ICP180
RF kapangyarihan (13.56MHz) ay inilapat sa parehong ICP source (hanggang sa 3000Watts) at substrate elektrod (hanggang sa 600Watts) upang mabuo ang mag-ukit na plasma. Isang electrostatic kalasag sa paligid ng tubo ICP ay ginamit upang matiyak na ang ICP kapangyarihan ay panay inductively kaisa (ibig sabihin 'true-ICP'), kaya aalis sputtering ng tubo materyal at minimizing hindi kailangang highenergy Ion pinsala sa aparato. Ion enerhiya sa substrate ay sinusubaybayan sa pamamagitan ng pagsukat ng DC bias na binuo sa mas mababang elektrod, at kinokontrol pangunahin sa pamamagitan ng RF kapangyarihan na ibinigay sa elektrod na ito.
Wafers ay load sa silid sa pamamagitan ng isang loadlock upang mapanatili ang mahusay na katatagan ng kamara vacuum at samakatuwid repeatability ng mga ukit resulta.
Ang mga wafers na etched ay maaaring nang wala sa loob o electrostatically clamped sa ang temperatura-kinokontrol na mas mababa elektrod. Helium presyon ay inilapat sa likod ng wafers upang magbigay ng magandang thermal kondaktans sa pagitan ng kalabitin at ang ostiya. Saan kinakailangan, mas maliit na mga halimbawa ay nakalakip sa 4 "wafers ng Silicon carrier sa thermally kondaktibo kola.
Ang Plasmalab System100 ICP ay may kontrol ng substrate temperatura sa katumpakan ng ± 1 ° C higit sa isang saklaw ng temperatura ng - 5 ° C sa 400 ° C, sa pamamagitan ng paggamit ng mga de-koryenteng mga elemento ng pampainit at isang circuit sa nagpapalipat-lipat ng coolant. Ito ay maaaring pinalawak na sa -150 ° C sa 400 ° C sa karagdagan ng isang supply ng likido nitrogen. Substrate temperatura ay isang minarkahan epekto sa ang mag-ukit na resulta, pati na ang control ang pagkasumpungin ng ang mag-ukit na species at impluwensya kaya ang kemikal na bahagi ng proseso, na nakakaapekto sa hindi lamang mag-ukit na rate, selectivity at profile, ngunit din ibabaw pagkamagaspang. Ang sistema ay maaaring pinatatakbo sa loob ng isang saklaw ng presyon mula sa 1mT sa 100mT nagpapahintulot sa tumpak na proseso ng pag-control presyon ng kamara.
InP batay Material ukit
Mataas na Rate ng ukit ng weyb gayd at mirror Facet
Para sa mataas na rate ng ukit ng facet ng mirror at weyb gayd, ang mga key na kinakailangan ay mabilis mag-ukit rate sa kailaliman ng hanggang sa 10μm at 5μm ayon sa pagkakasunud-sunod, mapigil mag-ukit malalim, mataas anisotropic na profile, walang hiwa sa mga buried layer ng InGaAsP (o katulad), at makinis sidewalls at etched ibabaw.
CH 4 / H 2 / CL 2 kimika ay ang pinaka-popular na proseso para sa ganitong uri ng application. Kung ang temperatura ng ostiya ay pinahihintulutan upang madagdagan ang malapit sa 200 ° C pagkatapos mag-ukit na rate ng karaniwang ginagamit CH 4 / H 2 pagtaas ng proseso, gayunpaman, ang profile control ay magiging mahirap dahil nadagdagan undercutting. Ang pagdagdag ng mga CL 2 sa ito timpla ay nagbibigay-daan sa mataas anisotropic mag-ukit na mga profile, dahil sa mababang pagkasumpungin ng x InCl. Ito samakatuwid ay nagpapahintulot sa tumpak na na profile kontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos ng CH 4 / CL 2 ratio. Mag-ukit na mga rate ng> 1.5μm/min at selectivities> 15:01 sa SiO 2 o kasalanan x masks nakamit. Figure 3 nagpapakita ng isang 10μm malalim na facet ng mirror etched gamit ito kimika.
Table 1. CH 4 / H 2 / CL 2 proseso ng buod ng pagganap
| Mag-ukit rate (nm / min) | Selectivity sa SiO 2 | Etched profile | Etched na ibabaw at sidewall | Pagkakapareho |
| Single 2'wafer | 1500 | 15:01 | 90 ° ± 1 * | makinis | <± 2.5% |
| Single 4'wafer | 500 | 8 | 90 ° ± 1 * | makinis | <± 4.0% |
| Single 4x2'wafer | 500 | 8 | 90 ° ± 1 * | makinis | <± 4.0% |
| * Oksido mask profile ay kinakailangan upang mas mahusay kaysa sa 80 degree |
.jpg)
Figure 3. InP batay materyal etched gamit ang CH 4 / H 2 / CL 2 proseso . Mag-ukit rate ng> 1.5μm/min at selectivity ng> 15: ay nakamit.
Kimika na ito ay ang kalamangan na ito ay etches isang malawak na hanay ng mga materyales, ie mga naglalaman Sa, P, GA, Bilang, Al, Sb etc, na may mababang selectivity (~ 0.5-1:1) sa pagitan ng bawat isa, kaya etched profile ay walang hiwa sa mga interface sa pagitan ng mga materyales. Ito rin ay gumagawa ng mas polimer karumihan sa ang CH 4 / H 2 kimika dahil sa ang mas mababang CH 4 nilalaman ng prosesong ito at mas mabilis na mag-ukit na rate. Walang karagdagang pagpainit ostiya kailangan, ng InP batay ostiya ay iniinitan lamang sa pamamagitan ng mataas na plasma density mismo. Sa tumpak na kontrol ng plasma ang mga parameter, ang proseso repeatability ay mas mahusay kaysa ± 3%, at walang ostiya clamping ay kinakailangan.
Pinapayagan ng diskarteng ito ang batch processing para sa mga mataas na aplikasyon throughput produksyon, eg 4x2 "ostiya load per tumakbo, dahil ang ang wafers ay maaari lamang natitira sa isang plate carrier at hindi kailangan na isa-isa clamped at helium cooled. Isa pang iba ng prosesong ito ay CH 4 / Ar / CL 2 kimika na kung saan ay din na ipinakita ng mga mahusay na mag-ukit na mga resulta gamit ang mag- ukit kamara na ito.
Gayunpaman, madalas ang mga pangangailangan ng produksyon magdikta na ang silid ay dapat manatili bilang malinis hangga't maaari, kainaman na walang polimer salaysay, kahit sa kapinsalaan ng ang mag-ukit anisotropy at kinis ng sidewall kung kinakailangan. Ito ay nangangailangan na ang proseso ay hindi naglalaman ng CH 4. Ang isang karaniwang diskarte ay upang gamitin ang isang CL 2 batay mag-ukit na kimika na may isang iniinitan elektrod (≥ 150 ° C upang epektibong alisin ang InClx mag-ukit na produkto mula sa ibabaw ng tinapay na manipis).
Tumpak ostiya temperatura control ay inirerekomenda para sa proseso na ito. Kung ang sample na ang makakakuha ng masyadong mainit na 'evaporates' ang InCl x mula sa ibabaw sa madali at kaya gumagawa ng undercutting. Sa kabilang banda, sa masyadong mababa ang temperatura InClx ay nonvolatile na nagreresulta sa mabagal na mag-ukit na mga rate, mababa selectivity at ibabaw pagkamagaspang. Kadalasan N 2 ay idinagdag sa dagdagan ang pisikal na bahagi ng ang ukit at upang passivate sa ibabaw, samakatuwid pagbabawas ng ibabaw pagkamagaspang at pagpapabuti ng control ng profile. Mga mag-ukit na mga rate ng> 1 μm / min at selectivity sa SiO 2 ng> 10:01 ay nakakamit gamit ang prosesong ito. Figure 4 ay nagpapakita ng isang karaniwang 5μm malalim na mag-ukit resulta. Ito ay isang H + libreng proseso na maaaring magbigay ng mas mababa pinsala sa aparato, dahil sa H + madalas na form ng isang layer ng kawalang kibo sa etched ibabaw na maaaring makaapekto sa aparato pagganap.
.jpg)
Figure 4. CL 2 / N 2 etched weyb gayd
Ang CH 4 / H 2 / CL 2 at CL 2 / N 2 proseso na nakalista sa itaas ay maaari ring gamitin upang lumikha ng mesas aparato, na may mga profile alinman sa vertical o sloped na nakamit sa pamamagitan ng suitably ayusin ang mga parameter ng proseso.
Isang alternatibong pamamaraan na nagpapahintulot sa pagproseso sa mas mababang mga temperatura ng ~ 100-150 ° C nagsasangkot sa paggamit ng HBr kimika, dahil sa ang mag-ukit na produkto ng InBrx nagiging salawahan sa isang mas mababang temperatura kaysa InClx. Figure 5 ay nagpapakita ng isang karaniwang 5μm malalim na mag-ukit resulta sa isang mag-ukit na rate ng 0.8μm/min at selectivity ng> 10:01 sa SiO 2. Muli, ang mahusay na kontrol ng temperatura inirerekomenda dahil sa pagiging sensitibo ng mag-ukit na mga resulta sa ostiya temperatura.
.jpg)
Figure 5. HBr weyb gayd mag-ukit
Ang proseso ng HBr maaari ring mag-ukit InP sa photoresist (PR) bilang isang mask tulad ng ipinapakita sa Figure 6 dahil nangangailangan ito ng mas mababang temperatura ihambing sa CL 2 kimika . Karaniwan ng isang mag-ukit rate ng> 1μm/min at isang selectivity ng 14:01 ay nakamit. Ang prosesong ito ay kinakailangan hard pagluluto sa hurno ng photoresist mask bago ukit upang mabawasan ang photoresist nasusunog. Bentahe ng proseso na ito ay isama ang mga potensyal na pag-aalis ng ang paggamit ng matapang na masks at makabuluhang bawasan ang kumplikado ng proseso at gastos.
.jpg)
Figure 6. InP etches paggamit ng mga photoresists bilang isang mask
Isang CL 2 / H 2 proseso ay kamakailan lamang binuo. Sa prosesong ito, ang mas mababang elektrod ay itinakda sa temperatura ng kuwarto. Ostiya ay nakalagay sa tuktok ng isang ostiya carrier nang walang karagdagang thermal contact. Walang ostiya clamping ay kinakailangan. Samakatuwid ito ay isang simpleng proseso. Ang mag-ukit na mekanismo ay katulad sa ang CH 4 / H 2 / CL 2 proseso - ostiya ay iniinitan sa pamamagitan ng plasma mismo . Ang bentahe ng prosesong ito ay ang kawalan ng CH 4, samakatuwid walang polimer pagdedeposito sa ang silid. Ito ay isang malinis at din kapaligiran friendly na proseso. Sa prosesong ito, ang ratio ng gas ng CL 2 / H 2 ay napakahalaga . Mataas na gas ratio ay humantong sa mataas na mag-ukit rate ngunit ito rin ay nagbibigay ng isang pinilas ukit ng profile. Figure 7 ay ipinapakita ang mga resulta ng CL 2 / H 2 mag-ukit sa ICP mode . Ang mag-ukit na rate ay 850nm/min sa selectivity sa nitride mask ng> 10:01.
.jpg)
Figure 7. InP / InGaAs sample etched gamit ang CL 2 / H 2 proseso sa kuwarto temperatura .
InP rehas na bakal ukit o mababaw ukit
Kahit na ang InP ukit proseso ay maaaring mapalitan ng mas mabilis, mas malinis mga mag-ukit chemistries sa ICP mode para sa karamihan ng mga application, gayunpaman, ang proseso ng CH4/H2 pa rin ang malawak na ginagamit para sa InP DFB (ipinamamahagi lasers feedback) rehas na bakal ukit, dahil sa mga iniaatas ng mababaw , tumpak na kinokontrol ang mag-ukit depth (karaniwang <200nm). Rin ang madalas na paggamit ng photoresist masks, madalas maselan e-sinag resists, para sa mga rehas na bakal kahulugan ay nangangailangan ng ukit kuwarto temperatura. Sa isang tool ICP ang prosesong ito ay karaniwang gumanap na walang kapangyarihan ICP, ang ibig sabihin lamang sa mas mababa elektrod kapangyarihan ay inilalapat, ang pagpapagana ng isang mabagal 'Rie mode' ng ukit. Figure 8 nagpapakita ng resulta ng isang rehas na bakal ng Rie mode mag-ukit sa isang tool ICP sa isang malalim ng 100nm sa isang mag-ukit na rate ng 20nm/min.
.jpg)
Figure 8. CH 4 / H 2 pagkudkod mag-ukit
CH 4 / H 2 proseso sa Rie mode ay isang tanyag na para sa mababaw InP mag-ukit (etched malalim na mas mababa kaysa 1000nm) . Dahil ito ay isang proseso ng temperatura ng kuwarto, photoresist maaring gamitin bilang ng mask. Gayunpaman, ang CH 4 / H 2 form ang isang malaking halaga ng polimer sa kamara at din deposito sa etched tuktok ibabaw at sidewall. Kadalasan ng maikling O 2 malinis na hakbang ay idinagdag sa proseso ng pagsunod sa mga ukit upang alisin ang mga tira polimer . Figure 9 nagpapakita ng resulta ng isang mode InP Rie mababaw mag-ukit sa isang malalim na mas than1000nm sa isang mag-ukit na rate ng 20 ~ 40nm/min.
.jpg)
Figure 9 mababaw InP mag-ukit gamit CH4/H2 proseso, (a) solong hakbang ng proseso na nagpapakita ng ilang mga polimer na deposito sa etched tuktok ibabaw at sidewall. (B) Dalawang hakbang ng proseso, hindi polimer tira sa etched ibabaw.
CH 4 / H 2 kimika din ang karaniwang ginagamit para sa InGaAs / InAlAs pumipili ukit na dahil sa ang mga kinakailangan ng mababaw na depth mag-ukit, at selectivity sa pagitan ng InGaAs at InAlAs.
CH 4 / H 2 / CL 2, CL 2 / N 2, at HBr sa mga proseso mode sa ICP ay maaari ring gamitin para sa mababaw mag- ukit. Kung sample ay pre-iniinitan sa itaas 150 degree sa pamamagitan ng mas mababa na elektrod, ito ay ipinapakita sa posible upang mabawasan ang mag-ukit na ang rate mula sa> 1μm/min sa 0.2μm/min4 sa pamamagitan ng pagpili ng ang mababa ang kapangyarihan ng ICP. Ang isang karaniwang etched profile ay ipinapakita sa Figure 10.
.jpg)
Figure 10. Mapigil mag-ukit na rate para sa mababaw ukit
InP Photonic Crystal (PhC) ukit
Ukit ng InP photonic istraktura kristal weyb gayd ay masyadong mahirap, dahil ito ay nangangailangan ng mataas na aspect ratio sa laki ng tampok sa ilalim ng kalahati ng micron. Ang pinaka-tanyag na istraktura ay dalawang uri ng sukat butas na may butas laki ng mas mababa kaysa 500nm.