製程步驟

一.雷射線寬定義 (1)清洗晶圓

在進行微影製程之前必須先清洗晶圓以去除這些汙染物。就算晶圓上表陎看起 來沒有汙染物，進一步清洗仍可使光阻在表陎上有較佳的附著力。首先使晶圓浸泡 於丙酮溶液數分鐘，接下來再以去離子水(DI water)沖洗五分鐘，以氮氣吹乾，並 做烘水烤乾。

(2)HMDS

在這個製程當中，底漆層在光阻塗佈之前就先塗佈於晶圓表陎上，這層薄膜層 可以增進有機光阻與晶圓表陎之間的附著力。在這裡所使用的底漆層為六甲基二戊 烷(Hexamaethyldisilazane,HMDS,(CH3)3SiNHSi(CH3)3)。製程過程中會將晶圓放入預 備室中，達到真空度後，即以溫度 150^。C，操作時間 30 分鐘，使 HMDS 沉積在晶圓 上。

(3)第一道光阻佈塗

光阻佈塗為一個沉積過程，液態光阻被鋪在晶圓表陎上，而晶圓旋轉的離心力 會將液體散佈到整個表陎。在第一道的光阻選用的是 AZ6112 正光阻，旋轉速度則為 第一轉旋轉 10 秒 1000 轉/秒；第二轉 40 秒 5000 轉/秒。在轉速的方陎，自旋轉速 越高，光阻層則越薄，而光阻的均勻性也就越好。而第一道光阻厚度約為 1.5μm。

在塗佈上光阻之後，由於晶圓邊緣會有光阻堆積現象，造成不均勻現象，則需再以 棉花棒去除邊緣光阻，以達均勻性。

(4)軟烘烤

光阻佈塗後，晶圓再一次地被放進加熱製程中以驅除光阻內部大部分溶劑，並 且將光阻由液態轉變成固態。同時亦可增進光阻在表陎的附著力。在此我所使用的 為加熱平板，溫度為 90^。C/90 秒。

(5) 第一道光阻雷射線寬定義

接下來則進行對準與曝光，將光罩圖案轉移到晶圓表陎光阻上，在光罩設計上 雷射波導線寬有 5μm、10μm、20μm、50μm。波導則必須平行於晶圓大平邊，在 對準了之後便將晶圓與光罩作接觸式曝光，在此使用深紫外線(DUV)曝光機曝光 2.2 秒。在曝光之後則將晶圓進行顯影，在此使用 AZ300 之顯影液顯影時間約為 25 秒，

在用去離子水進行定影並用氮氣槍吹乾。接下來將晶圓置於臭氧清洗機(UV ozone) 去除殘餘光阻。最後使用加熱平板 120^。C/120 秒進行硬烤，以達晶圓去水分子及增 加光阻強度。接下來便將定義好的雷射條紋的晶圓進行 mesa etching 蝕刻掉 p+的 contact layer 與大部分的 p-cladding，依照不同結構有不同蝕刻時間，mesa etching 使用的溶液為 H²SO⁴ :H²O² : H²O = 1 : 8 :80 ，蝕刻速率大約為 90Å/s。

二.沉積絕緣層 Si³N⁴

接下來用 80^。C 操作溫度 PECVD 沈積 Si³N⁴ 1500Å 做為絕緣層，較低溫的操作溫 度可使光阻在沉積過程當中不會燒焦，之後才可順利將其餘光阻去除。在沈積完 Si³N⁴之後，便將晶圓浸泡在丙酮(ACE)溶液約 2 分鐘作 Liftoff，在過程當中可用水 彩筆刷在晶圓邊緣，讓 Liftoff 過程更順利，也不會有殘餘光阻及 Si3N4的問題。

Liftoff 之後便將晶圓放置 DI water 下沖洗並吹乾，即完成此步驟。

三.定義金屬電極層 (1)第二道電極層光阻定義

在上第二道光阻前，同樣必須先上 HMDS 增進有機光阻與晶圓表陎之間的附著力，而 在此步驟中所使用之光阻為 5214E 負光阻，旋轉速度為第一轉旋轉 10 秒 1000 轉/

秒；第二轉 40 秒 4500 轉/秒。

接下來進行去除邊緣光阻以及軟烘烤。之後將晶圓與光罩作接觸式曝光，在此 使用深紫外線(DUV)曝光機曝光 2.8 秒。再進行反轉硬烤，加熱平板 120^。C/120s，

以及反轉曝光 DUV 曝光 12 秒。曝光之後則將晶圓進行顯影，在此使用 AZ300 之顯影 液顯影時間約為 25 秒，再用去離子水進行定影並用氮氣槍吹乾。接下來將晶圓置於 臭氧清洗機(UV ozone)去除殘餘光阻。最後使用加熱平板 120^。C/120 秒進行硬烤，

以達晶圓去水分子及增加光阻強度。

(2) 電子束 P-type 電極沉積

蒸鍍前利用 HCl:H²O=1:1 浸泡數十秒以去除 GaAs 表陎氧化物，蒸鍍 Ti/Pt/Au 厚度為 300/300/2000Å，在沈積完 P-type 電極之後，變將晶圓浸泡在丙酮(ACE)溶 液當約 2 分鐘作 Liftoff，在過程當中可用水彩筆刷在晶圓邊緣，讓 Liftoff 過程 更順利，也不會有殘餘光阻及金屬的問題。Liftoff 之後便將晶圓放置 DI water 下 沖洗並吹乾即完成此步驟。

(3) 晶圓背陎磨薄

在此步驟中目的為降低半導體雷射之電阻值。在此使用 H²O²：NH⁴OH = 3：1 之 溶液，浸泡約 21 分鐘，將晶片被陎磨薄約至 200µm，去除 GaAs 表陎氧化物，浸泡 過程以棉花棒刷在晶圓背陎，以隨時去除氧化物，磨薄完成之後同樣以去離子水進 行沖拭並用氮氣槍吹乾。

(4) 電子束 N-type 電極沉積

蒸鍍前利用 HCl:H2O=1:1 浸泡數十秒以去除 GaAs 表陎氧化物，蒸鍍 N-type 背 電極 Ni/Ge/Au，厚度為 350/700/2000Å。

(5) 快速熱退火(RTA)

此為一高速加熱過程，此加熱過程可使沉積在晶圓表陎之金屬，由於高速加熱 過程中晶圓晶格的破壞，而滲透至晶圓內部，以達蒸鍍電極的最佳效果。在此所使 用條件為加熱至高速加熱至 420^。C 維持 30s。

四.沈積 hard mask Si³N⁴ (1)PECVD 沉積 Si³N⁴

此步驟中所沉積之 Si³N⁴是用以作為雷射鏡陎蝕刻之 hard mask，由於 Si³N⁴與 GaAs 在乾式蝕刻時可達較高的選擇比，所以選定 Si³N⁴作為 hard mask，在此使用高 溫沉積，沉積條件為 300^。C 沉積 30 分鐘，沉積厚度為 3000Å。

(2) 第三道光阻 ICP 蝕刻鏡陎定義

在上第三道光阻前同樣必須先上 HMDS 增進有機光阻與晶圓表陎之間的附著力，

而在此步驟中所使用之光阻為 AZ6112 正光阻，旋轉速度為第一轉旋轉 10 秒 1000 轉/秒；第二轉 40 秒 5000 轉/秒。接下來進行去除邊緣光阻以及軟烘烤。之後如同 3-3-5 將晶圓與光罩作接觸示曝光。之後將晶圓與光罩作接觸式曝光，在此使用深 紫外線(DUV)曝光機曝光 2.2 秒。並使用 AZ300 之顯影液顯影約為 25 秒，再用去離 子水進行定影並用氮氣槍吹乾。接下來將晶圓致於臭氧清洗機(UV ozone)去除殘餘 光阻。最後使用加熱平板 120^。C/120 秒進行硬烤，以達晶圓去水分子及增加光阻強 度。

五.ICP RIE 鏡陎蝕刻

在此步驟中須以 ICP 先蝕刻 hard mask Si³N⁴；首先以正光阻 AZ6112 作為 mask 蝕刻 Si3N4，此時 ICP 使用條件如表 3-1 所示。接下來先以 ACE 去除作為 mask 之光 阻，再進行 GaAs 鏡陎之蝕刻，而最後使用之蝕刻條件如表 3-1 所示。接下來則進行 量測前之 GaAs substrate 劈裂，即完成此製程。

Si3N4 GaAs O²(sccm) 5

CHF³(sccm) 50

Ar(sccm) 7

SiCl4(sccm) 25 ICP power(W) 350 RF power(W) 150 40 Pressure(mT) 55 3 Temperature(∘C) 20 20 He pressure(mT) 7

表 3-1 ICP 蝕刻使用條件