PL211639B1 - Sposób plazmowego trawienia mes i kształtowania wzorów w strukturach półprzewodnikowych związków AIIIBV oraz maska do tego trawienia - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób plazmowego trawienia mes i kształtowania wzorów w strukturach półprzewodnikowych zwią zków A^IIIB^V, a zwł aszcza w strukturach GaSb, GaN i warstwach tlenkowych jak ZnO, SnO2 oraz maska do tego trawienia.

Sposoby kształtowania geometrii struktur półprzewodnikowych ze związków A^IIIB^V, znane są i opisane między innymi w pracach: S.J. Pearton, CR. Abernathy, F. Ren, J.Vac. Sci. Technol. A 13 (3), 849 (1995), Y.H. Lee, H.S. Kim, G.Y. Yeom, J.W. Lee, M.C. Yoo, T.I. Kim, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1478 (1998), S.J. Pearton, D.P. Norton, K. Ip, Y.W. Heo, T. Steiner, Progress in Materials Science 50, 293 (2005) i świadczą o konieczności stosowania technik suchego trawienia z użyciem plazmy chlorowej.

Trawione powierzchnie winny oznaczać się wysoką gładkością i nie tworzyć na powierzchni związków utrudniających bądź blokujących trawienie materiału półprzewodnika lub tlenku. Wymagania na dobrą gładkość trawionej powierzchni oraz konieczność trawienia wzorów na określoną głębokość narzucają potrzebę opracowania procesu trawienia plazmowego o dużej dynamice, wysokiej anizotropii i selektywności trawienia półprzewodnika względem maski oraz nie zanieczyszczania powierzchni trawionej związkami powstałymi w wyniku reakcji gazu trawiącego z emulsyjną maską.

Znane sposoby wykonania mes w strukturach GaN i GaSb, a także sposoby wykonania wzoru w warstwach tlenkowych najczęściej polegają na trawieniu półprzewodnika lub tlenku przez maskę emulsji światłoczułej, w której wcześniej zostały zdefiniowane określone wzory. Znane są także sposoby, w których trawienie prowadzi się przez jednowarstwową maskę SiO2 (dwutlenku krzemu) lub Cr (chromu) pokrytą również emulsją światłoczułą kształtowaną w procesie fotolitografii i pozostawianą do procesu trawienia plazmowego RIE. Zastosowanie znanych masek do trawienia plazmą chlorową powodowało, że trawiona powierzchnia była zanieczyszczana związkami powstałymi z reakcji plazmy chlorowej z emulsją. Ponadto szybkość trawienia materiału znacznie się obniżała, a nawet następowało częściowe blokowanie trawienia, co w konsekwencji powodowało rozwinięcie powierzchni trawionej i zwiększenie jej chropowatości.

Znane są także sposoby wykonania mes w strukturach GaN i GaSb, w których próbowano prowadzić proces trawienia plazmowego bez szkodliwej warstwy emulsji. Jednakże trawienie przez pojedyncze maski metaliczne bądź dielektryczne okazało się niewystarczające w przypadku konieczności wytrawienia wzorów o dużej głębokości (powyżej kilku μm).

Celem wynalazku jest dobranie odpowiedniej maski i opracowanie takiego sposobu trawienia mesy i kształtowania wzorów w strukturach półprzewodnikowych związków A^IIIB^V, a zwłaszcza w strukturach GaSb, GaN i w warstwach tlenkowych, który ograniczałby lub eliminował generowanie defektów przypowierzchniowych w tych strukturach.

Sposób według wynalazku polega na tym, że najpierw na powierzchnię struktury półprzewodnika nakłada się korzystnie, w procesie magnetronowego rozpylania katodowego w atmosferze argonu, maskę trójwarstwową. Maskę tę tworzą dwie a warstwy dielektryka, korzystnie dwutlenku krzemu (SiO2) przedzielone warstwą metalu, korzystnie chromu (Cr), przy czym grubość warstw SiO2 wynosi od 1000 - 2500 A, a grubość warstwy Cr od 300 - 1500 A. Na maskę trójwarstwową SiO₂/Cr/SiO₂, (dwutlenek krzemu /chrom/ dwutlenek krzemu) nakłada się maskę emulsyjną ukształtowaną, korzystnie w procesie fotolitografii. Następnie odsłonięte obszary górnej warstwy SiO2 maski trójwarstwowej usuwa się trawiąc w procesie reaktywnego trawienia jonowego RIE. Przy czym trawienie to prowadzi się w plazmie freonowo - tlenowej (CF4/O2) przez maskę emulsyjną. Po wytrawieniu odpowiednich obszarów górnej warstwy SiO2, maskę emulsyjną usuwa się w acetonie, a jej pozostałości w plazmie tlenowej. Następnie usuwa się odsłonięte obszary warstwy Cr, trawiąc tę warstwę przez wytrawienia w górnej warstwie SiO2. Przy czym trawienie to prowadzi się w plazmie z ciekłego źródła czterochlorku węgla z dodatkiem tlenu (CCI4/O2). Po wytrawieniu obszarów warstwy Cr, usuwa się obszary dolnej warstwy SiO2 przez maskę Cr, i jednocześnie strawia się pozostałości górnej maski SiO2. Trawienie SiO2 prowadzi się w plazmie CF4/O2. Następnie trawi się mesę we właściwej strukturze półprzewodnikowej lub wzór w warstwie tlenkowej przez otrzymaną maskę SiO2/Cr, przy czy trawienie to prowadzi się w plazmie chlorowej BCI3.

W przypadku trawienia mes o głębokości powyżej kilku μm, należy najpierw pokryć strukturę półprzewodnikową warstwą tytanową (Ti) o grubości 1000 A, a następnie dopiero nałożyć maskę trójwarstwową SiO2/Cr/SiO2 i maskę emulsyjną.

PL 211 639 B1

Dzięki zastosowaniu trójwarstwowej maski SiO2/Cr/SiO2, sposób według wynalazku umożliwia wykonanie mes i innych wytrawień o dowolnej głębokości w strukturach półprzewodnikowych A^IIIB^V i warstwach tlenkowych. Powierzchnie struktury powstał e w wyniku takiego trawienia charakteryzują się dużą gładkością ponieważ nie występuje szkodliwy wpływ emulsji światłoczułej. Ponadto sposób ten pozwala na uzyskanie wzorów o submikronowych wymiarach dzięki zastosowaniu wysokorozdzielczych masek emulsyjnych.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania mes w strukturze GaSb.

W przykł adowym sposobie, na powierzchnię struktury pół przewodnikowej GaSb nakł ada się najpierw w procesie magnetronowego rozpylania katodowego w atmosferze argonu, maskę trójwarstwową SiO2/Cr/SiO2, (dwutlenek krzemu/chrom/dwutlenek krzemu). Grubości warstw maski SiO2/Cr/SiO2 dobiera się w zależności od żądanej głębokości trawionej mesy. W przykładowym sposobie, dla wytrawienia mesy o głębokości 5 μm grubości poszczególnych warstw maski SiO₂/Cr/SiO₂ wynoszą odpowiednio 2000 A/1000 A/2000 A. Na tą maskę nakłada się warstwę emulsji światłoczułej S 1818 odpowiednio ukształtowaną w procesie fotolitografii. Następnie przystępuje się do procesu trawienia maski trójwarstwowej SiO2/Cr/SiO2. Odsłonięte przez maskę emulsyjną obszary górnej warstwy SiO2 (dwutlenku krzemu) trójwarstwowej maski trawi się w procesie trawienia plazmowego RIE, w plazmie CF4/O2 o przepływie fCF4/O2 = 41 sccm/1,98 sccm, temperaturze T = 25°C, oraz przy ciśnieniu p = 245 μbar, mocy generatora P = 30 W, z prędkością ν = 250 A/min. Po wytrawieniu określonych obszarów w górnej warstwie SiO2 usuwa się maskę emulsyjną w acetonie, a jej pozostałości w plazmie tlenowej, co w kolejnych trawieniach nie będzie powodowało zanieczyszczania powierzchni trawionej przez resztki emulsji. Następnie trawi się odsłonięte obszary warstwy Cr przez wytrawienia w górnej warstwie SiO2 maski trójwarstwowej. Trawienie to prowadzi się w plazmie CCI4/O2 o przepływie f_Cci₄/o₂ = 8,03 sccm/5,98 sccm, temperaturze T = 65°C, przy ciśnieniu p = 194 μbar, mocy generatora P = 30 W, z prędkością ν - 200 A/min. Po tym procesie trawi się odsłonięte obszary dolnej warstwy SiO2 przez wytrawioną maskę Cr, trawienie to prowadzi się w plazmie freonowo-tlenowej o parametrach takich jak w przypadku trawienia górnej warstwy SiO2. Podczas tego trawienia jednocześnie zostaje usunięta górna maska SiO2. Natomiast trawienie samej struktury GaSb prowadzi się w układzie do reaktywnego trawienia jonowego (RIE) w plazmie BCI3 o przepływie fBCl3 12 sccm, temperaturze T = 65°C, ciśnieniu p = 91 μbar, mocy P 30 W z szybkością ν = 2800 A/min przez maskę SiO2/Cr. Selektywność trawienia SiO2 względem GaSb wynosi 1:29, a względem chromu odpowiednio nawet 1:150. W efekcie zastosowania maski według wynalazku i odpowiednio prowadzonego procesu trawienia w strukturze GaSb wytworzono mesy o głębokości 5 nm charakteryzujące się znaczną gładkością trawionej powierzchni.

W przypadku trawienia mes o głębokości przekraczającej 5 μm konieczne jest zwiększenie grubości poszczególnych warstw maski trójwarstwowej SiO2/Cr/SiO2 co jest związane jednakże z pogorszeniem adhezji maski z podłożem jakim jest struktura. Dlatego też przed nałożeniem maski trójwarstwowej strukturę pokrywa się dodatkową warstwą tytanu (Ti) o grubości 1000 A. Nakładanie warstwy prowadzi się w procesie magnetronowego rozpylania katodowego, w atmosferze argonu. Następnie maskę trójwarstwową pokrywa się emulsją i proces trawienia prowadzi się jak w przykładzie pierwszym, z tym że dodatkowo warstwę Ti trawi się w plazmie CF4/O2.

W przypadku wykonania wzorów submikrometrowych (poniżej 1 μm) maskę trójwarstwową SiO₂/Cr/SiO₂ pokrywa się wysokorozdzielczą emulsją serii PMMA o grubości poniżej 0,5 nm. Zastosowanie tak cienkiej warstwy emulsji do trawienia plazmowego jest możliwe tylko dzięki zastosowaniu wcześniej opisanej maski trójwarstwowej SiO2/Cr/SiO2, ponieważ emulsja jest wykorzystana jedynie do wytrawienia górnej warstwy SiO2.

Claims (5)

1. Sposób plazmowego trawienia mes i kształtowania wzorów w strukturach półprzewodnikowych związków A^IIIB^V, a zwłaszcza w GaSb i GaN oraz w warstwach tlenkowych z wykorzystaniem maski emulsyjnej, znamienny tym, że najpierw na powierzchnię struktury półprzewodnikowej nakłada się korzystnie, w procesie magnetronowego rozpylania katodowego, w atmosferze argonu, maskę trójwarstwową SiO2/Cr/SiO2 (dwutlenek krzemu /chrom/ dwutlenek krzemu) oraz maskę emulsyjną kształtowaną w procesie fotolitografii, następnie odsłonięte przez maskę emulsyjną obszary górnej warstwy SiO2 usuwa się trawiąc w procesie reaktywnego trawienia jonowego RIE, przy czy trawienie

PL 211 639 B1 prowadzi się w plazmie CF4/O2, po czym maskę emulsyjną usuwa się w acetonie, a jej pozostałości w plazmie tlenowej, dalej usuwa się odsłonięte obszary warstwy chromu, trawiąc tę warstwę przez górną maskę SiO2, przy czym trawienie to prowadzi się w plazmie CCI4/O2, po czym usuwa się odsłonięte obszary dolnej warstwy SiO2 przez maskę Cr, jednocześnie usuwając górną maskę SiO2, przy czym trawienie to prowadzi się w plazmie CF4/O2, następnie trawi się mesę we właściwej strukturze półprzewodnikowej lub wzór w warstwie tlenkowej przez maskę SiO2/Cr, przy czy trawienie to prowadzi się w plazmie BCI3.

2. Maska do plazmowego trawienia mes w strukturach półprzewodnikowych związków A^IIIB^V zwłaszcza w GaSb i GaN i kształtowania wzorów w warstwach tlenkowych, znamienna tym, że tworzą ją dwie warstwy dielektryka, korzystnie dwutlenku krzemu (SiO2) przedzielone warstwą metalu, korzystnie chromu (Cr), przy czym grubość warstw SiO₂ wynosi 1000 - 2500 A, a grubość warstwy Cr od 300 - 1500 A.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed nałożeniem maski trójwarstwowej SiO2/Cr/SiO2 na powierzchnie warstwy półprzewodnikowej nakłada się warstwę tytanu (Ti) o grubości poniżej 1000 A.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym że trawienie górnej i dolnej warstwy SiO2 prowadzi się w plazmie CF4/O2 gdzie zawartość tlenu w gazie reaktywnym nie przekracza 4,6%.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym że trawienie warstwy chromu prowadzi się w plazmie CCI4/O2 przy zawartość tlenu w gazie reaktywnym od 42,7% do 55% i w temperaturze od