DD268807B1 - AGENTS FOR GENERATING MESA AND TRIBUTE STRUCTURES - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Ätzmittel zur Erzeugung von Mesa- und Grabenstrukturen mittels geeigneter Ätzschutzmasken, das bei der Herstellung von geneigten Oberflächen für die nachfolgende epitaktische Abscheidung, von lichtabstrahlenden Facettenflächen und von Vereinzelungsrillen Anwendung findet.The invention relates to an etchant for producing mesa and trench structures by means of suitable etching masks, which is used in the production of inclined surfaces for the subsequent epitaxial deposition, light-emitting facet surfaces and separating grooves.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Für die chemische Auflösung von A3-B 5-Halbleiteroberflächen mit dem Ziel, durch örtlich begrenzte Ätzung Mesa- oder Grabenkonfigurationen zu erzougen, sind eine Vielzahl unterschiedlicher Ätzlösungen bekannt, die sich sowohl in der Art des Lösungsmittels als auch in der chemischen Substanz des Oxidationsmittels unterscheiden. Diese Vielfalt ist im Sinne einer Vereinheitlichung des technologischen Bearbeitungsschrittes des naßchemischen Ätzens von binären sowie ternären und quaternären A3-B5-Halbleitern, u.a. auch wegen der sehr unterschiedlichen Ätzraten, nachteilig und läßt ihre jeweilige Anwendung nur unter bestimmten und speziellen Voraussetzungen zu. Unter diesem Aspekt stehen als universelle Ätzmittel das HCI/HNO3 (Samogyi, M.; Schiller, V.- Krist. Tech. 13,1978,3, S.293) sowie das Br₂/CH₃OH-System (Tarui, Y.; Kamiya, Y.; Marada,J.-J. electrochem.Soc. 118,1971,1, S. 118. Adachi, S.- J. electrochem. Soc. 129,1982,4, S.883) zur Verfügung. Das HCI/HNOa-System weist infolge des Cl₂- oder NOCI-Entweichens als reaktive Komponenten nur eine geringe Stabilität auf. Weiterhin schließt seine Anwendung den Einsatz von Fotolack- als auch Metallmasken aus. Ähnliche nachteilige Eigenschaften besitzt das Br₂/CH₃OH-System, das wegen des hohen Br₂-Dampfdruckes einer raschen Verarmung des Oxidationsmittels unterliegt und Fotolackmasken sehr schnell auflöst. Hi¹UU kommt die Giftigkeit und Brennbarkeit des Lösungsmittels. Außerdem ist die Ätzrate stark vom Substratmaterial abhängig, was die Anwendung bei der chemischen Ätzung von beispielsweise Spiegelaustrittsflächen bei Halbleiterlasern unmöglich macht.For the chemical dissolution of A3-B 5 semiconductor surfaces with the aim of forming mesas or trenches by localized etching, a variety of different etching solutions are known, which differ in both the nature of the solvent and the chemical of the oxidant , This diversity is disadvantageous in the sense of standardizing the technological processing step of the wet-chemical etching of binary and ternary and quaternary A3-B5 semiconductors, inter alia because of the very different etching rates, and allows their respective application only under certain and specific conditions. Under this aspect, the universal etchants are HCI / HNO3 (Samogyi, M., Schiller, V.-Krist. Tech., 13, 1978, 3, p.293) and the Br ₂ / CH ₃ OH system (Tarui, Y Kamiya, Y., Marada, J.-J., Electrochem., Soc., 118, 1971, 118, Adachi, S., J. Electrochem., Soc., 129, 1982, pp. 883) available. The HCI / HNOa system has low stability as a reactive component due to Cl ₂ or NOCI escape. Furthermore, its application precludes the use of photoresist as well as metal masks. Similar adverse properties has the Br ₂ / CH ₃ OH system, which is subject to rapid depletion of the oxidizing agent due to the high Br ₂ vapor pressure and dissolves photoresist masks very quickly. Hi ¹ UU comes the toxicity and flammability of the solvent. In addition, the etching rate is highly dependent on the substrate material, which makes the application in the chemical etching of, for example, mirror exit surfaces in semiconductor lasers impossible.

Folgende Ätzraten sind für das Br₂/CH₃OH (1,3Vol.-%)-System bei Raumtemperatur bekannt:The following etching rates are known for the Br ₂ / CH ₃ OH (1.3 vol .-%) system at room temperature:

GaAs-4,87pm/min (Tarui J.; Kamiya Y„Marada, J.-J. electrochem. Soc. 118,1971,1, S. 118), GaP-0,46Mm/min (Samogyi, M.; Schiller, V. - Krist. Tech. 13,1978,3, S.393) und InP - 14,70μπι/ηιΐη (Adachi, S. -J. electrochem. Soc. 129,1982,4, S.883).GaAs-4.87pm / min (Tarui J, Kamiya Y "Marada, J.-J., et al., 118.1971,1, 118), GaP-0.46 μm / min (Samogyi, M .; Schiller, V. - Krist., Tech., 13, 1978, 3, p. 393), and InP - 14.70 μm / ηιΐη (Adachi, S. J. Electrochem., Soc., 129, 1982, pp. 883).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Ätzmittel zur Erzeugung von Mesa- und Grabenstrukturen zu schaffen, das eine Vereinheitlichung der Herstellung optoelektronischer Halbleiterbauelemente, die auf unterschiedliche Halbleitermaterialien basieren, ermöglicht.The aim of the invention is to provide an etchant for producing mesa and trench structures, which makes it possible to standardize the production of optoelectronic semiconductor components based on different semiconductor materials.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzmittel zur Erzeugung von Mesa- und Grabenstrukturen zu schaffen, das insbesondere gegen strukturierte Fotolackmasken inert ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in wäßriger Lösung lodsäure oder Substanzen, die infolge einer Einstellung von Protolysegleichgewichten lodationen freisetzen und Mineralsäuren, vorzugsweise Salzsäure im Volumenverhältnis 1:1 bei einer Temperatur von 0°C bis 100⁰C, vorzugsweise 23,5⁰C, verwendet werden. Durch das Vermischen dieser Komponenten in einer Redoxreaktion mit nachgelagerten Additions- oder Komplexbildungsreaktionen werden lodchlorid oder lodtrichlorid als oxidierenden Bestandteil erzeugt.The invention has for its object to provide an etchant for the production of mesa and trench structures, which is inert in particular against structured photoresist masks. According to the invention, this object is achieved in that in aqueous solution iodic acid or substances which release lodationen as a result of setting of protolysis and mineral acids, preferably hydrochloric acid in the volume ratio 1: 1 at a temperature of 0 ° C to 100 ⁰ C, preferably 23.5 ⁰ C, to be used. By mixing these components in a redox reaction with subsequent addition or complexing reactions, iodine chloride or iodine trichloride is produced as the oxidizing component.

Die lodsäure liegt in einer Konzentration von 0,001 Mol/l bis zur Sättigung vor. Es werden 12Mol/l Salzsäure verwendet. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Ätzmittels werden sowohl Isolator- und Metallmasken als auch insbesondere Fotolackmasken nicht angegriffen.The iodic acid is present in a concentration of 0.001 mol / l to saturation. 12 mol / l hydrochloric acid are used. By using the etchant according to the invention, both insulator and metal masks and in particular photoresist masks are not attacked.

Die Ätzraten von verschiedenen binären und ternären A3-B5-Halbleiteroberflächen mit der Ätzlösung sind relativ einheitlich, das sich im Abtrag für die Zusammensetzung 1 Volumentoil 22%iger HIO₃:1 Volumenteil HCI nach 3min bei 23,5⁰C ausdrückt:The etch rates of different binary and ternary A3-B5 semiconductor surfaces with the etching solution are relatively uniform, in the removal of the composition 1 22% sodium Volumentoil HIO _3: 1 part by volume of HCI after 3 min at 23.5 ⁰ C expresses:

GaAsGaAs 9,5Mm9.5mm Ga₀₁₆₂As_0-38PGa ₀₁₆₂ As _0-38 P 10,0Mm10,0mm GaPGaP 11,0 pm11.0 pm InPInP 12,0 um12.0 um

Dieses Charakteristikum ermöglicht die gleichmäßige Auflösung von Doppelheterostrukturen mit sich abwechselnden Schichten unterschiedlich zusammengesetzter Halbleiterzonen. Durch Variation der Konzentration der lodsäure und dem damit verbundenen unterschiedlichen Angebot an Oxidationsmittel lodciilorid oder lodtrichlorid ist eine einfache Einstellung verschiedener Abtragsraten möglich. Infolge der komplexen ICI-Stabilisierung weist das erfindungsgemäße Ätzmittel eine hohe Stabilität auf und garantiert konstante Ätzraten über einen langen Zeitraum.This feature enables the uniform resolution of double heterostructures with alternating layers of differently composed semiconductor zones. By varying the concentration of the iodic acid and the associated different supply of oxidizing agent iodocidyl chloride or iodine trichloride, a simple adjustment of different removal rates is possible. Due to the complex ICI stabilization, the etchant according to the invention has a high stability and guarantees constant etching rates over a long period of time.

Ausführungsbeispieleembodiments Die Erfindung soll nachstehend anhand von zwei Beispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to two examples.

1. Zur Erzeugung von Mesastrukturen, beispielsweise rippenförmigen Erhebungen mit steilen Flanken auf GaP, wird unter Einsatz einer streifenförmig geöffneten Fotolackmaske eine Ätzlösung verwendet, die durch Vermischen von 1 Volumenteil HCI mit 1 Volumenteil 22%iger HIO₃ bereitgestellt wird. Es ergibt sich bei 2S°C eine normale Ätzgeschwindigkeit von2,5um/min, bei einer lateralen Ätzgeschwindigkeit von 0,7pm/min.1. For the production of mesa structures, for example rib-shaped elevations with steep flanks on GaP, an etching solution is used, which is provided by mixing 1 volume of HCI with 1 volume of 22% HIO ₃ using a strip-open photoresist mask. There is a normal etch rate of 2, 5um / min at 2S ° C, with a lateral etch rate of 0.7pm / min.

2. Zur Erzeugung einer V-förmigen Vertiefung in InP-Substrat wird eine Ätzlösung verwendet, die durch Vermischen von 1 Volumenteil 48%iger HIO₃ mit 1 Volumenteil HCI bereitet wird. Nach einer Ätzzeit von 2,5 min bei 23,5⁰C werden Ätzgräben erzeugt, deren Flanken 46° gegenüber der Substratoberfläche geneigt sind und die eine Tiefe von 9 pm aufweisen.2. To create a V-shaped recess in InP substrate, use is made of an etching solution prepared by mixing 1 volume of 48% HIO ₃ with 1 volume of HCl. After an etching time of 2.5 minutes at 23.5 ⁰ C etching trenches are generated, the flanks are inclined 46 ° relative to the substrate surface and have a depth of 9 pm.

Claims (3)

1. Ätzmittel zur Erzeugung von Mesa- und Grabenstrukturen mittels geeigneter Ätzschutzmasken, insbesondere Fotolackschichten für AS-Bö-Halbleiteroberflächen sowie ternäre und quaternäre Mischungen, gekennzeichnet dadurch, daß in wäßriger Lösung eine Mischung aus lodsäure oder Substanzen, die infolge einer Einstellung von Protolysegleichgewichten lodationen freisetzen, und aus Mineralsäuren eingesetzt wird.1. etchant for the production of mesa and trench structures by means of suitable Ätzschutzmasken, in particular photoresist layers for AS-Bö semiconductor surfaces and ternary and quaternary mixtures, characterized in that in aqueous solution, a mixture of iodine acid or substances which release lodationen as a result of adjustment of protolysis equilibria , and is used from mineral acids. 2. Ätzmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß 0,001 Mol/l bis zur Sättigung lodsäure und I2M0I/I Salzsäure im Volumenverhältnis 1:1 verwendet werden.2. etchant according to item 1, characterized in that 0.001 mol / l to saturation iodic acid and I2M0I / I hydrochloric acid in a volume ratio of 1: 1 are used. 3. Ätzmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Ätzmittel O⁰C bis 100⁰C beträgt.3. etchant according to item 1, characterized in that the temperature of the etchant O ⁰ C to 100 ⁰ C.