CN114242580A - 一种监控APD外延材料InGaAs/InAlAs刻蚀过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便于监控刻蚀过程的APD。本发明公开了一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法，包括如下步骤：将上述便于监控刻蚀过程的APD进行光刻形成掩膜图形，然后浸泡在刻蚀液中进行刻蚀，接着观察APD表面，根据APD表面情况判断刻蚀进度，具体如下：当观察到APD表面出现“毛玻璃”现象时，则表明刻蚀液刻蚀到InGaAsP材料与InGaAs/InAlAs材料的界面处；当观察到APD表面“毛玻璃”现象开始褪去时，则表明刻蚀液开始刻蚀到InGaAs/InAlAs材料与InP材料界面处；当观察到APD表面重新变得光滑均匀时，则表明InGaAs/InAlAs材料已经完全被刻蚀完毕。

Description

一种监控APD外延材料InGaAs/InAlAs刻蚀过程的方法
技术领域
本发明涉及晶圆刻蚀技术领域，尤其涉及一种便于监控刻蚀过程的APD，以及一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法。
背景技术
APD(雪崩光电二极管)外延结构通常是在InP衬底上生长出InGaAs/InAlAs材料。APD芯片的制备过程中，需要在外延材料上刻蚀出不同的图形，例如沟槽、台面、接触孔等；因此刻蚀外延材料的深度及时间需要进行严格控制，一般采用对InGaAs/InAlAs和InP材料具有高选择性的化学溶液来进行，但当溶液刻蚀到两种材料的界面处时，肉眼观察不到任何变化，因此很难直观地判断InGaAs/InAlAs材料是否已经刻蚀到底。目前只能通过多次刻蚀，然后再利用台阶仪器测量每次刻蚀后的深度变化，来判断InGaAs/InAlAs层材料是否刻蚀到底。
但上述传统刻蚀方案存在以下缺点：
1、不能直观地观察到刻蚀过程的变化；
2、欠刻蚀，或者过度刻蚀都会造成产品报废；
3、多次刻蚀，多次测量深度的方式，增加工序时间，效率低。
发明人通过长期工作，希望通过某种方式使APD外延结构的InGaAs/InAlAs材料刻蚀过程能够被直观地观察到，尤其当刻蚀液刻蚀到InGaAs/InAlAs与InP界面处时的变化能直观地显现出来。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种便于监控刻蚀过程的APD，以及一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法。
一种便于监控刻蚀过程的APD，以InP材料为衬底，InP材料表面覆盖有InGaAs/InAlAs材料，InGaAs/InAlAs材料表面覆盖有InGaAsP材料。
优选地，InGaAsP材料的
Figure BDA0003408480620000021
当InGaAsP厚度在
Figure BDA0003408480620000022
即可达到下述监控效果，而更厚的InGaAsP虽然也可以满足要求，但其外延的生长和材料的刻蚀时间都会延长，增加成本。
优选地，采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD，Metal-organic ChemicalVapor Deposition)方法在InGaAs/InAlAs材料表面生长一层InGaAsP材料。
具体地，InGaAsP材料是采用铟和镓的有机化合物以及砷烷、磷烷等在特殊的密闭腔体内，在一定的温度和压强下发生化学反应并沉积形成。
一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法，将上述便于监控刻蚀过程的APD进行光刻形成掩膜图形，然后浸泡在刻蚀液中进行刻蚀，接着观察APD表面，根据APD表面情况判断刻蚀进度，具体如下：
当观察到APD表面出现“毛玻璃”现象时，则表明刻蚀液刻蚀到InGaAsP材料与InGaAs/InAlAs材料的界面处；
当观察到APD表面“毛玻璃”现象开始褪去时，则表明刻蚀液开始刻蚀到InGaAs/InAlAs材料与InP材料界面处；
当观察到APD表面重新变得光滑均匀时，则表明InGaAs/InAlAs材料已经完全被刻蚀完毕。
优选地，刻蚀液为InGaAs/InAlAs刻蚀液。常规的InGaAs/InAlAs刻蚀液对InGaAsP也具有刻蚀效果，但其刻蚀速率远低于对InGaAs/InAlAs的刻蚀速率。
优选地，“毛玻璃”现象为APD表面呈现灰白色。
本发明通过在APD外延表面增加一薄层InGaAsP，将晶圆浸泡在刻蚀液中，首先刻蚀液接触到薄层InGaAsP材料开始缓慢刻蚀，当溶液刻蚀到InGaAsP与InGaAs/InAlAs材料的界面处时，会观察到晶圆表面出现了一层灰白色如“毛玻璃”一样的现象；随着刻蚀时间的增加，当刻蚀液刻蚀到InGaAs/InAlAs与InP材料界面处时，晶圆表面“毛玻璃”现象又逐渐褪去，表面重新变得光滑均匀，表明InGaAs/InAlAs材料已经刻蚀干净。
在刻蚀InGaAs/InAlAs过程中能肉眼直观地观察到“毛玻璃”现象，当“毛玻璃”现象褪去时，即表明InGaAs/InAlAs材料已经刻蚀干净，通过直观地观察到InGaAs/InAlAs刻蚀过程变化，有效避免欠刻蚀或过度刻蚀，而且能一次刻蚀即可达到目标，缩短工序花费的时间，提高生产效率。
附图说明
图1为InGaAs/InAlAs材料未刻蚀完全再进行InP材料刻蚀时，晶圆表面异常照片。
图2为金相显微镜下检查刻蚀程度时正常刻蚀的图形。
图3为金相显微镜下检查刻蚀程度时过度刻蚀的图形。
图4为晶圆表面出现灰白色类似于“毛玻璃”现象时实物照片，其中灰白色区域即为“毛玻璃”区域(注：实际操作中可肉眼观察到十分明显的现象，但相机拍摄并转为灰度图后效果不佳)。
图5为晶圆表面“毛玻璃”区域在金相显微镜下的图片。
图6为“毛玻璃”现象完全褪去后，晶圆表面在金相显微镜下的图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
现有监控APD外延结构刻蚀进度的方法，采用高选择性刻蚀液进行刻蚀，但刻蚀到InGaAs/InAlAs和InP两种材料的界面处时，肉眼观察不到任何变化，此时会发生欠刻蚀、正常刻蚀和过度刻蚀3种情况：
1、肉眼很难分辨InGaAs/InAlAs材料的欠刻蚀情况，但在对下一层材料进行刻蚀时，InGaAs/InAlAs材料欠刻蚀区域会表现出异常。如图1所示，InGaAs/InAlAs材料未刻蚀完全再进行InP材料刻蚀时，其表面出现不均匀黑色块状异常。
2、过度刻蚀则是通过晶圆表面放置的特殊监控图形来辨别，如图2和图3所示。图2为金相显微镜下检查刻蚀程度时正常刻蚀的图形，监控图形完整；图3则是金相显微镜下检查刻蚀程度时过度刻蚀的情况，监控图形出现破损和脱落现象。
需要说明的是，是否过度刻蚀在刻蚀过程中无法直接肉眼观察到，而只能在刻蚀结束后在金相显微镜下进行检查和确认，一旦出现过度刻蚀，则产品报废。
本发明提出一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法，包括如下步骤：
在APD外延结构(以InP材料为衬底，InP材料表面覆盖有InGaAs/InAlAs材料)表面沉积一层厚度为
Figure BDA0003408480620000051
的InGaAsP材料；
将上述沉积有InGaAsP材料的APD外延结构进行光刻形成掩膜图形，然后浸泡在InGaAs/InAlAs刻蚀液中进行刻蚀，接着观察晶圆表面，根据晶圆表面情况判断刻蚀进度，具体如下：
当观察到晶圆表面出现灰白色类似于“毛玻璃”现象时，如图4所示，则表明刻蚀液刻蚀到InGaAsP材料与InGaAs/InAlAs材料的界面处，此处InGaAs/InAlAs材料尚未刻蚀干净。此时采用金相显微镜观察晶圆表面毛玻璃区域(200×)，如图5所示，则会发现其表面粗糙不平整。
如果未在APD外延结构表面沉积InGaAsP材料，那么在InGaAs/InAlA刻蚀过程中是观察不到这一现象的。
当观察到晶圆表面“毛玻璃”现象开始褪去时，则表明刻蚀液开始刻蚀到InGaAs/InAlAs材料与InP材料界面处；
当观察到晶圆表面“毛玻璃”现象完全褪去时，则表明InGaAs/InAlAs材料已经完全被刻蚀干净，粗糙表面又变得光滑平整，晶圆表面重新变得光滑均匀。此时采用金相显微镜观察晶圆表面(200×)，如图6所示，则会发现其粗糙表面变得光滑平整。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种便于监控刻蚀过程的APD，以InP材料为衬底，InP材料表面覆盖有InGaAs/InAlAs材料，其特征在于，InGaAs/InAlAs材料表面覆盖有InGaAsP材料。
2.根据权利要求1所述便于监控刻蚀过程的APD，其特征在于，
Figure FDA0003408480610000011
3.一种监控APD外延结构刻蚀进度的方法，其特征在于，包括如下步骤：将如权利要求1或2所述便于监控刻蚀过程的APD进行光刻形成掩膜图形，然后浸泡在刻蚀液中进行刻蚀，接着观察APD表面，根据APD表面情况判断刻蚀进度，具体如下：
当观察到APD表面出现“毛玻璃”现象时，则表明刻蚀液刻蚀到InGaAsP材料与InGaAs/InAlAs材料的界面处；
当观察到APD表面“毛玻璃”现象开始褪去时，则表明刻蚀液开始刻蚀到InGaAs/InAlAs材料与InP材料界面处；
当观察到APD表面重新变得光滑均匀时，则表明InGaAs/InAlAs材料已经完全被刻蚀完毕。
4.根据权利要求3所述监控APD外延结构刻蚀进度的方法，其特征在于，刻蚀液为InGaAs/InAlAs刻蚀液。
5.根据权利要求3所述监控APD外延结构刻蚀进度的方法，其特征在于，所述“毛玻璃”现象为APD表面呈现灰白色。
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