硅和三五族刻蚀工艺及应用

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1、硅和III-V族刻蚀工艺及应用樊中朝中国科学院半导体研究所2008年7月主要内容一、ICP刻蚀原理及设备二、ICP刻蚀应用范围三、典型应用结果四、常见问题ICP刻蚀原理¾ICP刻蚀技术:电感耦合等离子体刻蚀技术,Inductivelycoupledplasmaetching,更确切的表达为,ICP-RIE。¾刻蚀是微电子器件和光电子器件制作中的关键工艺。根据设备和选用刻蚀气体的不用，可以用于刻蚀介质，金属，有机物等。它主要是采用频率源离化刻蚀气体形成等离子体，在定向物理轰击的协助下，通过其中的活性粒子，与被刻蚀物形成易挥发性物质，从而形成刻蚀。¾ICP－RI

2、E优点：等离子体密度和物理轰击能量可以相对独立调控，通过电源频率和工作周期的改变，还可以对等离子体组分进行调节。具有低损伤，高刻蚀速率，高各向异性，选择比相对较高的特点。¾其他常用刻蚀技术：RIE(反应离子刻蚀)，MRIE（磁增强反应离子刻蚀），CAIBE(化学辅助离子束刻蚀)，FIB（聚焦离子束加工）硅和三五族刻蚀设备图片Alcatel601E型硅刻蚀设备Oxford100型Ⅲ-Ⅴ族刻蚀设备配备射频源、低频电源和终点监控系统配备双射频源和终点监控系统主要用于刻蚀硅、锗硅和SOI材料主要用于刻蚀Ⅲ-Ⅴ族体材料和多层结构硅和III-V族同步刻蚀机理radica

3、lsIonBombardmentIonBombardmentIonBombardmentIonBombardmeMaskpassivationCFO*+layerSFF*xCFODisplacementFastelectronEtchMaskCFSi-OSiFbased4PolymerBondCFODisplacementIonsSiliconSubstrate+采用氟基气体刻蚀硅孔/槽等离子体刻蚀硅刻蚀设备典型应用结果同步刻蚀工艺：刻蚀和钝化气体同时通入腔室，通过调节气体流量比，压强，偏压，温度等获得各向异性的刻蚀结果。刻蚀速率相对较慢，侧壁粗糙度主要来源

4、于掩膜的纵向传递。适合于浅刻蚀。多步刻蚀（BOSCH）工艺：刻蚀和钝化气体，分别通入腔室，刻蚀和钝化分步进行。通过调节两类气体的流量和通气时间，离化功率，压强等刻蚀参数获得侧壁垂直的刻蚀结果。刻蚀速率高，侧壁有横向周期性起伏，适合于深刻蚀。释放工艺(各向同性刻蚀)：只通入刻蚀性气体，追求刻蚀的各向同性，在刻蚀时会在侧壁出现较大钻蚀。主要应用于悬臂梁，硅探针等需要悬空获侧壁内顷结构的制作。GeSi/SOI光子晶体孔/柱渐变波导和突变部分的精确实现波导光栅BOSCH工艺应用范例50µmSOI深槽刻蚀刻蚀速率~5µm/min，选择比Si:PR>50,Si:SiO2

5、~200,Si/SiO2界面钻蚀<0.2µm，侧壁RMS<50nm，深宽比25：1。释放工艺应用范例常规释放工艺刻蚀50μ释放机构结果（Alcatel宣传图片）刻蚀速率4.3µm/min释放机构：悬臂梁释放工艺130μm刻蚀结果刻蚀速率>8.6µm/min三五族刻蚀设备典型应用结果1、GaN基发光器件和电子器件2、InP基发光和探测器件3、GaAs基发光探测器件4、特殊材料的刻蚀InP基光子晶体/激光器侧壁垂直光滑，选择比高InP/GaInAsP基三角腔激光器干法干湿法结合在干法同质刻蚀技术获得侧壁粗糙度小于掩膜边缘粗糙度结果的基础上，湿法处理，获得十分光滑

6、的侧壁。InGaAs/InAlAs/InP光栅激光器多层结构同性刻蚀，侧壁光滑陡直，无明显钻蚀。刻蚀速率的准确判断和控制问题如果对刻蚀深度要求精确控制，需要多方面的配合，首先需要与正式样片尽量相同的试验样片，再者需要保持腔室条件相同，正式刻蚀前空跑（condition）.样品的表面要保证无底胶残留，大尺寸图形推荐过显影，细线条图形推荐等离子体打底胶。根据刻蚀速率和深度要求，确定好刻蚀时间后，过刻蚀时间要控制，体材料不超过正常刻蚀时间5％，SOI材料在采用LF源Pulse模式时最大不超过8％。