ICP刻蚀技术在808nm激光器中的应用

廖柯 王致远
重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065

文章摘要:主要分析了不同工艺参数对于刻蚀图形的影响，包括刻蚀侧壁角度，刻蚀表面平整度，选择比，侧向钻蚀等几个方面，及ICP刻蚀对激光器性能的影响，通过对翔蚀图形的控制，使2寸片内均匀性〈±5％，侧壁角达到79°～81°。
文章主题:ICP 选择比 侧向钻蚀 刻蚀损伤

文章内容：中国材料科技与设备(双月刊)刻蚀技术在808激光器中的应用2007年?第5期刻蚀技术在808激光器中的应用廖柯,王致远(重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065)摘要:主要分析了不同工艺参数对于刻蚀图形的影响,包括刻蚀侧壁角度,刻蚀表面平整度,选择比,侧向钻蚀等几个方面,及刻蚀对激光器性能的影响,通过对蚀图形的控制,使2寸片内均匀性&;±5,侧壁角达到79.～81..关键词:选择比;侧向钻蚀;刻蚀损伤中图分类号:248.4文献标识码:0引言利用刻蚀技术刻蚀硅,硅基材料,ⅲ一族化合物可以获得很好的刻蚀效果,可以满足光电子器件中对波导,激光器腔面,光栅,镜面等的刻蚀要求,正在被越来越多的应用在光电子器件制作中.光电子器件对刻蚀侧壁的光滑度要求较高,一般采用光刻胶,二氧化硅,硅的氮化物等材料作为掩膜,而刻蚀侧壁的光滑度和掩膜边缘的平整度直接相关,通过刻蚀技术可以获得刻蚀材料与掩膜之间高的选择比,使掩膜厚度减小,提高掩膜的质量,从而获得光滑的刻蚀侧壁.刻蚀速度快,选择比高,各向异性高,大面积均匀性好,刻蚀表面平滑,与传统湿法刻蚀相比,具有刻蚀过程易控,刻蚀截面轮廓可控性高等优点.通过大量刻蚀工艺实验的研究,并配合在808激光器的研制,实现工艺上重复性和可靠性较好的批量生产.1刻蚀机理刻蚀主要包括物理轰击和化学刻蚀,物理轰击对化学反应具有明显的辅助作用,可以起到打断化学键,引起晶格损伤,增加附着性,加速反应物的脱附,促进基片表面的化学反应及去处基片表面的非挥发性残留物等作用.而化学刻蚀过程包括两个方面:(1)刻蚀气体通过电感耦合的方式辉光放电,产生活性游离基,亚稳态粒子等;(2)这些活性粒子与基片固体表面相互作用.刻蚀分为三个阶段:(1)刻蚀物质的吸附;(2)挥发性产物的形成;(3)产物的脱附.不同器件的制作对于刻蚀的要求不同,可以合理调节刻蚀参数,根据具体需要在刻蚀速率,刻蚀侧壁角度,刻蚀表面平整度,选择比,侧向钻蚀等方面做到综合权衡,得到最佳的刻蚀效果.2刻蚀实验在808的制作过程中,刻蚀图形的控制尤为关键,其包括刻蚀侧壁角度,刻蚀表面平整度,选择比,侧向钻蚀这几个主要方面,干法刻蚀侧壁角较高,切刻蚀表面较为平整光滑,下面就掩膜制作,选择比与侧向钻蚀控制,以及刻蚀损伤做较详细的讨论.经实验验证,刻蚀解决了湿法刻蚀大面积不均匀与刻蚀重复性不佳的问题,使2寸片内均匀性&;±5,批次均匀性&;±4,图1即为808器件刻蚀剖面测量结果.喜善图1808器件刻蚀剖面测量结果.18082.1掩膜制作致密度高,侧壁角度接近9.的掩膜有利于生成平整度好,侧壁光滑的高质量刻蚀图形,经实验制作的:掩膜致密度较高,经化学腐蚀后的光刻条边缘平整度较好,可以起到良好的掩蔽作用.通过对膜的厚度进行优化,可以使得经氢氟酸水溶液腐蚀后的掩膜侧壁角度接近直角,经过试验确定采用生长的0层作为掩膜,利用氢氟酸化学腐蚀液来制作掩膜图形,其侧壁角经测量能够达到79.～81..2.2选择比与侧向钻蚀控制刻蚀选择比不但决定于刻蚀气体的成分,还取决于功率的大小,例如在1/多层结构刻蚀中,/,1://,1///在刻蚀速率基本一致的情况下,选择比依次减小,而且对于同组分配比气体,选择比一般随功率加大而减小,因为功率越大,基片的直流偏压就越大,掩膜所受的粒子轰击能量就越大,掩膜刻蚀速率也就趋于增大,导致选择比下降.刻蚀的侧向钻蚀主要与掩膜边缘损失有关,等离子体刻蚀在基片边缘处物理轰击作用较强,因此掩膜在边缘的损失程度较中间区域高,刻蚀图形边缘过早失去掩膜保护,则会造成刻蚀图形尺寸缩减或变形,过高的反应室压力,较大的气体流量和过高的基片温度也会使化学反应速度加强,从而造成侧向钻蚀严重.1/多层结构刻蚀结果表明:若选择比较高,则刻蚀速率较快,掩膜边缘损失较小,侧向钻蚀不大;功*作者简介:廖柯(1963一),男,硕士生导师,主要从事半导体光电器件及应用技术的研究和开发方面的工作.电话:13638300845,:@126.?101?://..;..2007年?第5期技术与研究中国材料科技与设备(双月刊)率过大则掩膜边缘损失较大,侧向钻蚀较大.因此高选择比,适当的功率可以使侧向钻蚀尽可能减少.2.3刻蚀损伤初步讨论与分析一般情况下,化学腐蚀的损伤较小,而等离子体刻蚀的损伤主要由刻蚀过程中的粒子轰击造成.刻蚀相比传统,等刻蚀工艺来说,刻蚀损伤已大大降低(尤其对ⅲ一族材料),目前已有很多实验方法用来研究干法刻蚀损伤1--4]:透射电镜可以直接显示刻蚀后的缺陷分布情况];喇曼散射研究显示表面损伤深度与用轰击粒子的能量有关[6];深能级瞬态谱()可以发现几种不同类型的缺陷7];此外还有肖特基二极管83,光致发光谱[9,1],电导测量[11]等方法.808激光器刻蚀中所使用的功率基本控制在200以下,直流偏压一般低于50,因此粒子轰击能量较小,对基片的晶格造成损伤较小,因此在保证刻蚀要求的情况下选取尽可能小的功率有利于减少刻蚀损伤.刻蚀损伤层一般出现在刻蚀表面,通过一定的化学漂洗,可以将刻蚀表面的损伤层腐蚀掉,进一步减少刻蚀损伤.物理粒子轰击芯片表面会影响芯片的品格排列,形成一定的晶格位错或晶格失配,在宏观上将会导致器件的电学参数劣化,例如由于晶格位错或晶格失配而造成阈值电流增大,功率损耗加大,内量子效率降低等现象.因此通过测量使用不同刻蚀工艺制作的器件电学性能参数,比较两者差异即可反映刻蚀损伤程度的大小.从干法与湿法刻蚀后的阈值电流,功率,外量子效率等参数对比结果来看,刻蚀损伤经化学漂洗后已经降至与湿法相当的程度,在参数上获得比湿法更佳的结果.因此在808芯片的刻蚀中采取了刻蚀与化学漂洗相结合的方法,是减少刻蚀损伤的一个有效手段.利用刻蚀制作的1/多层结构波导如图2所示:■图2刻蚀的1/多层结构波导(1000).21/--(1000)3器件性能比较使用由试验得出的最佳工艺条件"2:一3:7,一2000,一20.,一3"对808的1/1/多层结构进行刻蚀,并采取湿法漂洗的方法来提高表面