TW202143308A - 光子元件之圖案成形方法 - Google Patents

光子元件之圖案成形方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202143308A
TW202143308A TW110111683A TW110111683A TW202143308A TW 202143308 A TW202143308 A TW 202143308A TW 110111683 A TW110111683 A TW 110111683A TW 110111683 A TW110111683 A TW 110111683A TW 202143308 A TW202143308 A TW 202143308A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
gas
wafer
etching
bto
Prior art date
Application number
TW110111683A
Other languages
English (en)
Inventor
亨瑞克 喬漢森
Original Assignee
美商沛思量子公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商沛思量子公司 filed Critical 美商沛思量子公司
Publication of TW202143308A publication Critical patent/TW202143308A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/136—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H01L21/31122—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching of layers not containing Si, e.g. PZT, Al2O3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12097—Ridge, rib or the like
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12159—Interferometer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12176—Etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/2935—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means
    • G02B6/29352—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means in a light guide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本發明揭示用於蝕刻一晶圓之方法及裝置。該晶圓經定位以在一真空室內鄰接一陰極。該晶圓包含一第一層堆疊，其中該第一層堆疊包含一第一元素之一晶體成分及不同於該第一元素之一第二元素。該晶體成分可係BaTiO3 (BTO)。接收一氣體，該氣體包含一第一部分氣體及第二部分氣體。該第一及第二部分氣體可分別為HBr及Cl2 。電離該氣體，且該晶圓藉由使用該電離氣體轟擊層堆疊而化學地蝕刻。該化學蝕刻包含使該第一部分氣體與該第一元素反應且使該第二部分氣體與該第二元素反應。

Description

光子元件之圖案成形方法
本文中之實施例大體上係關於諸如相移器及開關之電光元件之蝕刻組件。
電光(EO)調變器及開關已在光學領域廣泛使用。一些EO調變器利用自由載子電折射、自由載子電吸收、普克爾效應或DC-Kerr效應來修改操作期間之光學特性，舉例而言，改變通過EO調變器或開關傳播之光的相位。作為一項實例，光學相位調變器可用於積體光學系統、波導結構及積體光電學。
儘管在EO調變器及開關領域取得了進展，但本領域存在係關於用於EO調變器及開關中圖案成形及蝕刻晶圓堆疊之改良方法及系統的需要。
本文中所描述的一些實施例係關於用於蝕刻一晶圓以構造一電光組件之裝置及方法。
在一些實施例中，該晶圓經定位以在一真空室內鄰接一陰極。該晶圓可包含一第一層堆疊，其中該第一層堆疊包含一第一元素之一晶體成分及不同於該第一元素之一第二元素。該晶體成分可係BaTiO3 (BTO)。
可接收一氣體，該氣體包含一第一部分氣體及第二部分氣體。該第一及第二部分氣體可分別為HBr及Cl2 。電離該氣體，且該晶圓藉由使用電離氣體轟擊層堆疊而化學地蝕刻。該化學蝕刻可包含使該第一部分氣體與該第一元素反應且使該第二部分氣體與該第二元素反應。
本發明內容旨在對本文件中所描述之標的物之一些提供簡要概述。因此，應暸解，以上所描述特徵僅僅係實例且不應被解釋為以任何方式縮小本文中所描述之標的物之範疇或精神。本文中所描述之標的物之其他特徵、態樣及優點將從以下實施方式、附圖及發明申請專利範圍而變得顯而易見。
現將詳細參照實施例，其實例在隨附圖式中繪示。在以下詳細描述中，闡述許多各種特定細節，以便提供對所描述之各種實施例之透徹暸解。然而，對一般技術者，顯而易見的是，可在沒有此等特定細節之情況下實踐所描述之各種實施例。在其他實例中，沒有詳細描述熟知之方法、程序、組件、電路及網路，以便不必要模糊實施例之態樣。
亦應暸解，儘管本文在一些實例中使用術語第一、第二等來描述各種元件，但此等元件不藉由此等術語之限制。此等術語僅用作區分一元件與另一元件。舉例而言，在不脫離所描述之各種實施例之範疇之情況下，一第一電極層可被稱為一第二電極層，且類似地，一第二電極層可被稱為一第一電極層。該第一電極層及該第二電極層兩者都是電極層，但其不是相同電極層。
為了解釋之目的，已參照特定實施例描述前述描述。然而，上述闡釋性討論非意欲詳盡無遺或限制發明申請專利範圍之範疇為所公開之確切形式。鑒於上述教示，可進行許多修改及變化。所選擇之實施例以便最佳地解釋發明申請專利範圍之基本原理及其實際應用，藉此使熟悉此項技術者能夠最佳地使用適用於經審慎考慮之特定用途之具有各種修改之實施例。電光元件
本發明之實施例係關於用於構造光學系統之組件之蝕刻及圖案成形方法。僅作為實例，在包含主動光學元件之積體光學系統之內文下提供本發明之實施例，但本發明不限於此實例，且對各種光學及光電系統具有廣泛適用性。
根據一些實施例，本文中所描述之主動光子元件利用電光效應(諸如半導體中自由載子誘發之折射率變化、普克爾效應及/或DC克爾效應)來實施光信號之調變及/或切換。因此，本發明之實施例係適用於調變器，其中透射光經調變為開或關，或光經調變為在透射百分比中具有一部分變化，以及光開關兩者，其中透射光在一第一輸出(例如，波導)或一第二輸出(例如，波導)或具有多於兩個的輸出以及多於一個的輸入之一光開關上輸出。因此，本發明之實施例係適用於利用本文中所討論之方法、元件及技術之包含一M(輸入)xN(輸出)系統之各種設計。一些實施例亦係關於電光相移器元件(在本文中亦稱為相位調整部分)，該電光相移器元件可在開關或調變器內採用。
圖1係根據本發明之一實施例繪示一光開關之一簡化示意性圖；參照圖1，開關100包含兩個輸入：輸入1及輸入2以及兩個輸出：輸出1及輸出2。作為實例，開關100之輸入及輸出可實施為可操作以支持單模或多模光束之光波導。作為實例，開關100可實施為分別與一組50/50光束分離器105及107整合之一馬赫-詹德干涉儀。如圖1所繪示，輸入1及輸入2光學耦合至一第一50/50光束分離器105，亦係指一定向耦合器，該定向耦合器接收來自輸入1或輸入2之光，且通過50/50光束分離器中之漸消耦合，將50%之輸入光從輸入1引導進入波導110且將50%之輸入光從輸入1引導進入波導112。同時，第一50/50光束分離器105將50%之輸入光從輸入2引導進入波導110且將50%之輸入光從輸入2引導進入波導112。僅考慮來自輸入1之輸入光，在波導110及112之間均勻地分離輸入光。
馬赫-詹德干涉儀120包含相位調整部分122。電壓V0 可施加於相位調整部分122中之波導上，使得其可在相位調整部分122中具有可控地變化之一折射率。因為波導110及112中之光在通過第一50/50光束分離器105傳播之後仍具有一明確界定之相位關係(例如，其可同相、180°異相等)，所以相位調整部分122中之相位調整可引入在波導130與在波導132中傳播之光之間之一預定相位差。如熟悉此項技術者將顯而易見，在波導130與在波導132中傳播之光之間之相位關係可導致輸出光呈現在輸出1(例如，光束係同相)或輸出2(例如，光束係異相)，藉此光根據施加於相位調整部分122處之電壓V0 而經引導至輸出1或輸出2時提供開關功能。儘管在圖1中繪示單個主動臂，但應暸解，馬赫-詹德干涉儀之臂兩者可包含相位調整部分。
如圖1所繪示，與全光開關科技相比，電光開關科技利用在開關之主動區域上施加電偏移(例如，圖1中之V0 )來生成光學變化。由於施加電壓偏移而產生之電場及/或電流導致主動區域之一或多個光學特性之改變，諸如折射率或吸收率。
儘管在圖1中繪示一馬赫-詹德干涉儀實施方案，但本發明之實施例不限於此特定開關架構，且其他相位調整元件(包含環形諧振器設計、馬赫-詹德調變器、廣義馬赫-詹德調變器等)包含於本發明之範疇內。一般技術者將認可許多變化、修改及替代。
圖1中所繪示之光開關可包含從一晶圓圖案成形之一波導結構。圖2繪示一實例晶圓，該實例晶圓可從一晶圓製造商接收且根據本文中所描述之實施例蝕刻以生成波導結構。圖2繪示根據各種實施例之一第一晶圓之一截面，該第一晶圓包含一層堆疊，該層堆疊可作為本文中所描述之各種元件之一製造程序之部分而被接收。如所繪示，一第一絕緣基板層(202)可(視情況)安置於一晶種層(204)下方，該晶種層(204)安置於一電光層(206)下方，該電光層(206)(視情況)安置於一電極層(208)下方，該電極層(208)(視情況)安置於一第二絕緣基板層(210)下方。或者，電極層(208)可定位於電光層(206)與第一絕緣基板層(202)之間。雖然圖2繪示五個層202至210中之各者都存在，但在各種實施例中，此等層中之任何一或多者都可缺失。換言之，第一晶圓可係各種類型，此取決於所採用之特定製造方法，且晶種層、電極層及第二基板層可根據所要而視情況存在或不存在。根據本文中所描述之實施例，圖2中所繪示之一或多個層可經化學地蝕刻以生成一電光組件。
晶圓之層之各者可係各種類型材料中之任何一種。舉例而言，電極層208可由諸如一金屬之一導電材料組成，或者其可由一半導體材料組成。在各種實施例中，電極層由砷化鎵(GaAs)、一砷化鋁鎵(AlGaAs)/GaAs異質結構、一砷化銦鎵(InGaAs)/GaAs異質結構、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、氧化銦(InO)、摻雜矽、鈦酸鍶(STO)、摻雜STO、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鋇鍶(BST)、氧化鉿、鈮酸鋰、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鋁、其摻雜變體或固溶體，或一二維電子氣體之一者組成。根據各種實施例，對於電極層由摻雜STO組成之實施例，STO可係摻雜鈮或摻雜鑭，或包含空隙。
在各種實施例中，電光層206係鈦酸鍶(STO)、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、鈮酸鋰、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鋁、或其摻雜變體或固溶體之一者組成。在一些實施例中，電光層可由一透明材料組成，該透明材料具有大於第一及第二絕緣基板層之折射率之一折射率。圖 3A –一光子相移器中之感應電場
圖3A係根據一些實施例繪示一實例完整波導結構之一截面之一簡化示意性圖，其中感應電場之方向用箭頭繪示。圖3A中所繪示之波導結構可藉由執行本文中所描述之實施例之蝕刻技術從圖2中所繪示之晶圓製造。圖3A展示兩個電接觸件，且各電接觸件包含連接至一電極(340及342)之一引線(330及332)。應諸如，如本文中所使用，術語「電極」係指直接耦合至波導結構之一元件組件(例如，改變穿過波導結構之電壓降及致動一光子開關)。進一步，術語「引線」係指將電極耦合至元件之其他組件之一後端結構(例如，引線可將電極耦合至一可控電壓源)，但引線與波導結構隔離且不直接耦合至波導結構。在一些實施例中，引線可由一金屬(例如，銅、金等)或者一半導體材料組成。
如圖所繪示，圖3A展示在波導之任一側上之一光子元件，該光子元件包含第一及第二包覆層310及312。應注意，術語「第一」及「第二」僅意指區分兩個包覆層，且舉例而言，術語「第一包覆層」可係指波導之任一側上之包覆層。
圖3A進一步展示一板層(320)，該板層(320)包括一第一材料，其中該板層耦合至第一電接觸件之第一電極及第二電接觸件之第二電極。在一些實施例中，波導結構進一步包含一脊部(351)，該脊部由第一材料(或一不同材料)組成且耦合至板層，其中脊部安置於第一電接觸件與第二電接觸件之間。
如圖3A所繪示，小箭頭展示感應電場方向，該方向大體上指向通過元件之電極之正x方向。如圖所繪示，電場在電極之上方及下方兩者以一凸起方式彎曲。此外，指向正x方向之大箭頭(350)繪示可行進通過板層及波導之一光模式之極化方向。
圖3B繪示一種架構，其中波導結構之脊部(351)安置於板層之頂側上且延伸至一第一包覆層(312)中，第一電極及第二電極在板層之與頂側相對之底側上耦合至板層。如圖所繪示，脊部與板層之組合具有比單獨板層(320)之一第二厚度(360)較大之一第一厚度(362)，且第一厚度相對於第二厚度之多餘部分延伸至板層(320)之頂側之第一包覆層(312)中。如圖3B所繪示，第一電極(340)及第二電極(342)在板層之與頂側相對之底側耦合至板層(320)。進一步，第一電接觸件(330)藉由從板層之頂側穿過板層(320)至板層之底側耦合至第一電極(340)，且第二電接觸件(332)藉由從板層之頂側穿過板層(320)至板層之底側耦合至第二電極(342)。圖 4 –光子相移器之俯視圖
圖4係圖3A及3B之一光子相移器架構之一俯視圖，其可根據本文所描述之實施例被圖案成形。如圖所繪示，相移器可包含：第一(430)及第二引線(432)；第一(440)及第二電極(442)；一板(例如，波導)層(420)；及波導結構之一脊部(451)。圖 5 –晶圓蝕刻裝置
圖5係根據一些實施例繪示一晶圓蝕刻裝置(600)之一示意性圖；所繪示之晶圓蝕刻裝置係一晶圓蝕刻裝置之一項實例，但應暸解，利用各種經修改類型之裝置來執行本文中所描述之蝕刻方法在本發明之範疇內。如圖所繪示，一程序氣體(例如，HBr及Cl2 之組合，及其他可能性)可透過蝕刻程序室602之頂部嵌入，且使用一噴淋頭604分佈於該腔室之頂部區域。如圖所繪示，纏繞於腔室602周圍之電感器線圈606連接至一高頻(HF)射頻(RF)發生器608(例如，60MHzRF發生器)，該發生器經組態以在腔室602內引入一快速振盪磁場。誘發振盪場可與程序氣體相互作用以電離氣體。在腔室602之底部，一低頻(LF)RF發生器610(例如，通常一13.5MHz發生器或另一頻率)可電容性地耦合至底座612以在底座之頂面引入一振盪電容電荷。LF振盪電荷將加速電離氣體粒子向下以與定位於底座612上之晶圓614(例如，含有一或多個待蝕刻層之基板)碰撞且化學地蝕刻。最後，化學蝕刻反應之氣體化學副產物可透過腔室602之底部之一低强度泵616排出。BTO 圖案成形
構造上述電光系統之組件可涉及將一晶圓修改為一電光組件(諸如一波導結構)之一蝕刻程序。用於晶圓蝕刻之先前技術方法表現出侷限性，且本文中之實施例呈現用於晶圓蝕刻之改良方法。
圖6繪示根據先前技術之用於蝕刻BaTiO3 (BTO)之一離子研磨方法。BTO係一種很難使用活性離子蝕刻(RIE)來圖案成形之材料，此係因為BTO不會與電漿刻蝕中常用的鹵化物氟或氯形成揮發性副產物。使用習知氟及氯蝕刻BTO之化學副產物在約1500˚C以下不揮發。因此，在一RIE腔室中可用之溫度及壓力下，此等副產物可不會從晶圓上解吸。作為結果，如圖6中所繪示，用於圖案成形一BTO層20之一些先前實施方案已集中於使用氬的離子束蝕刻，該程序係緩慢的且對遮罩22(例如，氧化矽硬遮罩)沒有選擇性。在離子研磨過程中，氬離子經加速以朝向BTO表面移動，且實體上切斷鋇及鈦原子。此等原子接著透過排氣泵出。然而，經蝕刻之原子經常會再沈積於晶圓表面之其他地方，造成非所要之缺陷。此外，離子研磨係非選擇性的，使得有效地利用硬遮罩可需要硬遮罩22比所要圖案成形深度更厚，從而導致增加材料成本及蝕刻時間。
為了解决此等及其他問題，本文中之實施例提出一種方法，其中使用一種溴化氫(HBr)及氯(Cl2 )之混合物蝕刻BTO層20以分別形成揮發性副產物BaBr2 及TiCl4 。如圖7所繪示，HBr及Cl2 之一部分氣體混合物經電離，且電離氣體用於蝕刻BTO。BaBr2 在120˚C及1atm壓力下變得易揮發，此係習知RIE腔室所能較佳達到。在各種實施例中，為了圖案成形晶圓，可使用具有SiO2 或Si3 N4 硬遮罩22、24之若干整合方案，此係因為材料兩者與含HBr/Cl2 之化學物相容。
在一些實施例中，可藉由在電漿氧、氫及/或氬離子之存在來輔助BaBr2 之形成。與用於離子研磨相比，氧、氫及/或氬離子可以較低能量加速朝向表面。Br及Cl自由基係電中性的，且可擴散至晶圓表面。
副產物兩者易於從晶圓表面解吸，且可從腔室泵出而不在晶圓上再沈積。
額外益處係HBr/Cl2 混合物對SiO2 或Si3 N4 硬遮罩具有選擇性。與一物理離子研磨程序相比，使用一化學地輔助蝕刻之BTO蝕刻速率亦較高，且其具有產生條紋從而導致線邊緣粗糙度(LER)之一較低風險。圖 8 至 11 ：硬遮罩利用
圖8至11根據各種實施例繪示當圖案成形一電光層時用於利用一硬遮罩之不同方法。
圖8繪示利用一SiO2 硬遮罩22來形成圖案成形BTO層20。在一項實施例，BTO層20可用作圖3B之元件中之板/脊電光層320。選擇SiO2 硬遮罩22係因為在HBr基電漿中對SiO2 具有高選擇性。硬遮罩22可在上一步驟中形成圖案成形。視情況，一STO層40可定位於BTO層20之下。STO層40可用於形成圖3B之介電質電極340、342。STO層40可在藉由任何合適方法(諸如，離子研磨)形成BTO層20之前圖案成形。選用STO層40及BTO層20可形成於絕緣基板層202上，諸如上述相對於圖2的二氧化矽或氮化矽層。絕緣基板層202可係隨後經移除之一臨時層，或可係作為一包覆層保留於最終電光元件中之臨時層。進一步，如上所述，亦可視情況在BTO層40下方形成晶種層204。晶種層204可隨後移除或保留於最終電光元件中。如圖所繪示，使用HBr/Cl2 化學蝕刻BTO層20。除了兩種主要蝕刻氣體外，添加O2 以對SiO2 硬遮罩22進行選擇性以及配置控制，且添加氬以離子轟擊之形式提供能量。
圖9繪示利用氮化矽(Si3 N4 )之一硬遮罩24來圖案成形BTO層20。氮化矽類似於二氧化矽，因此很難使用HBr進行蝕刻，此導致高選擇性，類似於SiO2 硬遮罩22之情況，BTO層20係使用HBr/Cl2 化學蝕刻。除了兩種主要蝕刻氣體外，添加O2 用於配置控制，且添加氬以離子轟擊之形式提供能量，就如在SiO2 硬遮罩之情況下一樣。
圖10繪示如圖8所展示之一類似SiO2 之硬遮罩22，該可硬遮罩用於在一些實施例中圖案成形BTO層20。歸因於蝕刻深度增加，硬遮罩22比圖8中較厚。在使用HBr/Cl2 化學蝕刻BTO層20之後，使用HBr/Cl2 將BTO層20與STO層40化學蝕刻在一起或視情況使用離子研磨蝕刻STO層40。除了兩種主要蝕刻氣體外，添加O2 以對SiO2 硬遮罩22進行選擇性以及配置控制，且添加氬以離子轟擊之形式提供能量。在此實施例中，整個BTO堆疊經蝕刻且程序在SiO2 絕緣基板層202下部停止。
圖11繪示Si3 N4 之一硬遮罩24，類似於圖9中所展示，該硬遮罩可用於圖案成形BTO層40。硬遮罩24比圖9中展示較厚，以容納所增加之蝕刻深度。在使用HBr/Cl2 化學蝕刻BTO層20之後，使用HBr/Cl2 將BTO層20與STO層40化學蝕刻在一起或視情況使用離子研磨蝕刻STO層40。除了兩種主要蝕刻氣體外，添加O2 以對氮化矽硬遮罩22進行選擇性以及配置控制，且添加氬以離子轟擊之形式提供能量。在此實施例中，整個BTO堆疊經蝕刻且程序在SiO2 絕緣基板層202下部停止。
本文中所描述之用於BTO層40蝕刻之實施例與先前技術方法相比具有優勢，諸如使用氬離子與氟混合之離子研磨。由於藉由本文中實施例所生成之副產物容易從表面解吸，因此所生成之晶圓(即，支援蝕刻BTO層40之絕緣基板層202)與使用離子研磨程序所生成之晶圓相比，可帶有較少缺陷來離開圖5所展示之程序室602。此外，化學輔助蝕刻具有一較高蝕刻速率，導致較短處理時間。進一步，根據一些實施例所描述之蝕刻方法可具有更多可微調參數，諸如容許程序之改良控制的壓力、功率及氣體成分。本文中之實施例提供對硬遮罩之改良選擇性，簡化程序整合。本文中所描述之化學蝕刻方法比離子研磨物理性小，降低產生條紋及邊緣通道繼而導致線邊緣粗糙度(LER)之風險。
在一些實施例中，HBr可與空氣中之水分反應且在晶圓上再沈積。此再沈積稱為隨時間變化之霧狀物，且可在晶圓清潔期間溶解。在一些實施例中，未經處理之晶圓可與經處理之晶圓物理分離。此可防止霧狀物沈積於未經處理之晶圓表面上且導致微遮罩。
本文中所描述之各種實施例之描述中所使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，且非意欲限制。如在各種實施例及隨附發明申請專利範圍之描述中所使用的，單數形式之「一」、「一個」及「該」旨在包含複數形式，除非上下文另有清楚指示。此外，應暸解，本文中所使用之術語「及/或」係指且涵蓋所關聯列舉項目之一或多者之任何及所有可能組合。應進一步暸解，當在本說明書中使用術語「包含」及/或「包括」時，規定陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之一存在，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。
如本文中所使用，術語「若」視情況取決於內文解釋為意謂「當」或「一旦」或「回應於判定」或「回應於偵測」或「根據一判定」。
為了解釋之目的，已參照特定實施例描述前述描述。然而，上述闡釋性討論非意欲詳盡無遺或限制發明申請專利範圍之範疇為所公開之確切形式。鑒於上述教示，可進行許多修改及變化。所選擇之實施例以便最佳地解釋發明申請專利範圍之基本原理及其實際應用，藉此使熟悉此項技術者能夠最佳地使用適用於經審慎考慮之特定用途之具有各種修改之實施例。
應暸解，本文中所描述之實例及實施例僅用於闡釋性目的，且建議熟悉此項技術者根據其進行各種修改或改變，且將包含於本申請之精神及範疇及隨附發明申請專利範圍內。
20:BTO層 22:硬遮罩 40:STO層 100:開關 105:50/50光束分離器 107:50/50光束分離器 110:波導 112:波導 120:馬赫-詹德干涉儀 122:相位調整部分 130:波導 132:波導 202:第一絕緣基板層 204:晶種層 206:電光層 208:電極層 210:第二絕緣基板層 310:第一包覆層 312:第二包覆層 320:板層 330:第一電接觸件 332:第二電接觸件 340:介電質電極 342:介電質電極 350:大箭頭 351:脊部 360:第二厚度 362:第一厚度 420:板層 430:第一引線 432:第二引線 440:第一電極 442:第二電極 451:脊部 600:晶圓蝕刻裝置 602:蝕刻程序室 604:噴淋頭 606:電感器線圈 608:高頻(HF)射頻(RF)發生器 610:低頻(LF)RF發生器 612:底座 614:晶圓 616:低强度泵
為更佳暸解所描述之各種實施例，應結合以下附圖參照以下實施方式，其中貫穿附圖中類似元件符號係指對應零件。
圖1係根據一些實施例繪示一光開關之一簡化示意性圖；
圖2係根據一些實施例之包括一堆疊層之一預製晶圓之一示意性圖。
圖3A係根據一些實施例繪示一波導結構之一截面之一簡化示意性圖，該波導結構展示一感應電場之方向；
圖3B係根據一替代實施例之一波導結構之一截面之一簡化示意性圖；
圖4係根據一些實施例展示一波導結構之一俯視圖之一簡化示意性圖；
圖5係根據一些實施例之一晶圓蝕刻裝置之一示意性圖；
圖6係根據先前技術之一離子研磨蝕刻程序之一示意性圖；
圖7係根據一些實施例之使用電離部分氣體混合物來蝕刻一電光層之一示意性圖；
圖8係根據一些實施例之利用一薄SiO2 硬遮罩來蝕刻一晶圓之一示意性圖；
圖9係根據一些實施例之利用一薄Si3 N4 硬遮罩來蝕刻一晶圓之一示意性圖；
圖10係根據一些實施例之利用一厚SiO2 硬遮罩來蝕刻一晶圓之一示意性圖；且
圖11係根據一些實施例之利用一厚Si3 N4 硬遮罩來蝕刻一晶圓之一示意性圖。
雖然本文中所描述之特徵可易受各種修改及替代形式之影響，但其特定實施例在附圖中作為實例展示，且在本文中詳細描述。然而，應暸解，附圖及其詳細描述非意欲限制所公開之特定形式，但相反，其意圖係涵蓋落入如隨附發明申請專利範圍所界定之標的物之精神及範疇內之所有修改、等效物及替代。
20:BTO層
22:硬遮罩
202:第一絕緣基板層

Claims (20)

  1. 一種用於蝕刻一晶圓之方法，其包括： 將該晶圓定位於一電漿蝕刻室內，其中該晶圓包括一鈦酸鋇(BTO)層； 將一氣體引入該真空室，其中該氣體包括溴化氫(HBr)及氯(Cl2 )之一混合物； 電離該HBr及該Cl2 以生成一電離氣體；及 藉由使用該電離氣體轟擊該BTO層來蝕刻該晶圓。
  2. 如請求項1之方法，該方法進一步包括泵出該電離氣體與該BTO層化學反應之解吸副產物。
  3. 如請求項2之方法，其中該解吸副產物包含溴化鋇(BaBr2 )及四氯化鈦(TiCl4 )。
  4. 如請求項1之方法，其中該晶圓進一步包括一硬遮罩層，該硬遮罩層安置於該BTO層上，其中該硬遮罩層屏蔽該BTO層之一部分，使其免受電離氣體之轟擊。
  5. 如請求項4之方法，其中該硬遮罩包含以下之一者： 二氧化矽(SiO2 )；或 氮化矽(Si3 N4 )。
  6. 如請求項4之方法，其中： 該晶圓進一步包括一基板層，該基板層安置於與該硬遮罩層之該BTO層相對之一側上，及 化學地蝕刻該晶圓包括完全蝕刻穿透該BTO層之一部分直到該基板層暴露。
  7. 如請求項6之方法，其中該基板層包括以下之一者： 二氧化矽(SiO2 )；或 氮化矽(Si3 N4 )。
  8. 如請求項1之方法，其中該氣體進一步包括氧氣(O2 )。
  9. 如請求項1之方法，其中該氣體進一步包括氬(Ar)。
  10. 如請求項1之方法，其中該BTO層包括一電光元件之一波導層。
  11. 如請求項10之方法，其中該BTO層包括一板/脊波導層且該電光元件包括一馬赫-詹德干涉儀。
  12. 一種用於蝕刻一晶圓之方法，其包括： 將該晶圓定位於一電漿蝕刻室內，其中該晶圓包括一第一層堆疊，其中該第一層堆疊包括一晶體成分，該晶體成分包括一第一元素及不同於該第一元素之一第二元素； 接收一氣體，該氣體包括一第一部分氣體及一第二部分氣體； 電離該氣體；及 藉由使用該電離氣體轟擊該層堆疊來蝕刻該晶圓，其中該蝕刻包括使該第一部分氣體之一電離組分與該第一元素反應及使該第二部分氣體之電離組分與該第二元素反應。
  13. 如請求項12之方法，進一步包括泵出該第一部分氣體之電離組分與該第一元素反應及該第二部分氣體之電離組分與該第二元素反應之解吸副產物。
  14. 如請求項12之方法，其中該晶圓進一步包括一硬遮罩層，該硬遮罩層安置於該第一層堆疊上，其中該硬遮罩層屏蔽該第一層堆疊之一部分，使其免受電離氣體之轟擊。
  15. 如請求項14之方法，其中該硬遮罩包括以下之一者： 二氧化矽(SiO2 )；或 氮化矽(Si3 N4 )。
  16. 如請求項14之方法，其中： 該晶圓進一步包括一基板層，該基板層安置於與該硬遮罩層相對之該第一層堆疊之一側上，及 化學地蝕刻該晶圓包括完全蝕刻穿透該第一層堆疊之一部分直到該基板層暴露。
  17. 如請求項16之方法，其中該基板層包括以下之一者： 二氧化矽(SiO2 )；或 氮化矽(Si3 N4 )。
  18. 如請求項12之方法，其中該氣體進一步包括一第三部分氣體，其中該第三部分氣體係氧氣(O2 )。
  19. 如請求項12之方法，其中該電離氣體進一步包括電離氬(Ar+ )。
  20. 一種晶圓蝕刻裝置，其包括： 一真空室； 一陰極；及 一泵，其中該晶圓蝕刻裝置經組態以執行如請求項1之方法。
TW110111683A 2020-03-31 2021-03-30 光子元件之圖案成形方法 TW202143308A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063002957P 2020-03-31 2020-03-31
US63/002,957 2020-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202143308A true TW202143308A (zh) 2021-11-16

Family

ID=77929839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110111683A TW202143308A (zh) 2020-03-31 2021-03-30 光子元件之圖案成形方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230152520A1 (zh)
EP (1) EP4127796A4 (zh)
JP (1) JP2023523896A (zh)
TW (1) TW202143308A (zh)
WO (1) WO2021202445A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230374670A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Tokyo Electron Limited Etch process for oxide of alkaline earth metal

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100329612B1 (ko) * 1998-06-29 2002-05-09 박종섭 반도체 소자의 캐패시터 제조방법
JP3963431B2 (ja) * 2002-03-04 2007-08-22 松下電器産業株式会社 半導体装置の製造方法
JP4783169B2 (ja) * 2006-02-13 2011-09-28 パナソニック株式会社 ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法
WO2008030468A2 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Massachusetts Institute Of Technology Microphotonic waveguide including core/cladding interface layer

Also Published As

Publication number Publication date
US20230152520A1 (en) 2023-05-18
EP4127796A4 (en) 2023-10-11
JP2023523896A (ja) 2023-06-08
WO2021202445A1 (en) 2021-10-07
EP4127796A1 (en) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10629473B2 (en) Footing removal for nitride spacer
JP3033104B2 (ja) エッチング方法
AU2008239010B2 (en) Dry etching method
KR100595090B1 (ko) 포토레지스트 마스크를 사용한 개선된 엣칭방법
US9111727B2 (en) Plasma tuning rods in microwave resonator plasma sources
JP2005537668A (ja) 高誘電率誘電体材料の除去を改良する方法及びシステム
TW202143308A (zh) 光子元件之圖案成形方法
US8808496B2 (en) Plasma tuning rods in microwave processing systems
AU2022354956A1 (en) Patterning methods for photonic devices
TW202333202A (zh) 金屬氧化物濕蝕刻方法
KR19990030655A (ko) 광도파로 제조방법
CA2249094A1 (en) Method of manufacturing optical waveguide device using inductively coupled plasma system
KR100439749B1 (ko) 유도결합형 플라즈마 식각장치를 이용하여 용융 석영계 기판에 광도파로를 제조하는 방법
WO2019236213A1 (en) Method for transferring a pattern from an organic mask
KR100429850B1 (ko) 광도파로 제조방법
KR100361097B1 (ko) 유도결합형 플라즈마 식각장치를 이용한 광도파로 제조방법
JP7498367B2 (ja) プラズマ処理方法
US20040013386A1 (en) Optical device and method of manufacture thereof
KR19990030653A (ko) 광도파로 제조방법
KR19990030656A (ko) 광도파로 제조방법
CN118099300A (zh) 一种化合物半导体多层结构刻蚀型貌调节方法
JP3654438B2 (ja) ドライエッチング方法
CN117439561A (zh) 一种干法刻蚀氮化铝薄膜的方法
KR100232158B1 (ko) 비에스티 식각방법
JP2001060587A (ja) 強誘電体膜のエッチング方法