[發明專利]制造GaN基光電器件的低損傷ICP刻蝕方法

無效

• 申請號: 200910050917.1
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101552197A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 袁根如;郝茂盛;張楠;李士濤;陳誠;朱廣敏
• 申請（專利權）人: 上海藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及GaN基光電器件的制造方法，尤其是制造GaN基光電器件的低損傷ICP刻蝕工藝。

背景技術

隨著集成電路最小尺寸不斷減小、集成度不斷提高以及硅單晶襯底尺寸的擴大，對刻蝕技術的要求也越來越高。除了具有高質量的刻蝕性能外，還要求在大規模量產中能保證極高的穩定性和極低的缺陷率，其工藝水平將直接影響到最終產品質量及生產技術的先進性。

等離子體刻蝕(也稱干法刻蝕)是集成電路制造中的關鍵工藝之一，電感耦合等離子刻蝕(Inductive?Coupled?Plasma-ICP)作為一種現行的等離子體刻蝕技術，它通過電感耦合增加電子的運動路徑，可達到增強等離子密度和能量的效果。ICP技術的優點是刻蝕形貌、刻蝕離子能量、密度可控。對于一些較難的刻蝕，例如對具有較大寬深比的MEMS器件的刻蝕，利用ICP也能行到滿意的工藝結果。ICP刻蝕過程中存在十分復雜的化學過程和物理過程。其中化學過程主要包括兩部分：其一是刻蝕氣體通過電感耦合的方式輝光放電，產生活性游離基、亞穩態粒子、原子等以及它們之間的化學相互作用；其二是這些活性粒子與基片固體表面的相互作用。主要的物理過程是離子對基片表面的轟擊。這里的物理轟擊作用不等同于濺射刻蝕中的純物理過程，它對化學反應具有明顯的輔助作用，它可以起到打斷化學鍵、引起晶格損傷、增加附著性、加速反應物的脫附、促進基片表面的化學反應及去除基片表面的非揮發性殘留物等重要作用。對于刻蝕過程中的三個階段：(1)刻蝕物質的吸附；(2)揮發性產物的形成；(3)產物的脫附，離子的轟擊對任何一個過程都有重要影響。在不同情況下(不同的刻蝕氣體及流量、工作壓強、離子能量等)離子轟擊對刻蝕的化學過程的加速機理可能有所不同。因此可根據不同的刻蝕要求，通過選擇不同的時間、氣體流量、壓力、電極電壓和氣體的不同混合比來滿足不同的工藝要求。與早期采用的刻蝕方法相比，ICP刻蝕能夠對等離子的能量和密度分別進行控制，以得到合理的刻蝕速率和低的刻蝕損傷。由于GaN材料化學性質非常穩定，目前的GaN基器件制作主要依賴于等離子干法刻蝕。

目前，在GaN基LED制備中，由于藍寶石襯底絕緣必須將LED結構從表面去除部分材料至重摻雜的n型GaN材料，并如圖1所示，分別在臺面結構p型和n型GaN材料上制備p型和n型電極，在該制備步驟中通常采用ICP刻蝕技術。圖中1為藍寶石襯底，2為犧牲層，3為n型GaN，4為多量子阱有源區，5為p型GaN，6為透明電流擴展層，7為p型電極，8為n型電極。其中，等離子體刻蝕GaN材料氣體源通常用Cl₂、BCl₃、SiCl₄、I₂、Br₂、CH₄、SF₆等作為氣體源，與Ar、H₂、N₂等氣體混合作為刻蝕氣體。各種刻蝕氣體的成分和組分的組合能獲得不同的刻蝕速率和不同的刻蝕形貌。選擇合適的刻蝕反應氣體對刻蝕效果很重要。

然而，ICP刻蝕作為一種干法刻蝕會引入元素缺失等問題，極易形成非化學計量數的表面，并且會在半導體的表面形成一些陷阱中心，造成刻蝕表面的缺陷損傷，從而影響發光二極管等光電器件的穩定性和可靠性；另外，在其刻蝕過程中，高能離子會將光刻膠表面碳化，這種刻蝕表面的熱損傷會使后續工藝，如對表面光刻膠的清洗等，帶來困難。

中國專利公告號CN1949463，公告日是2007年4月18日，名稱為“減少ICP刻蝕SiC表面損傷的方法”公開了一種減少ICP刻蝕SiC表面損傷的方法，其步驟包括：將保留金屬圖形的SiC材料置于感應耦合等離子體刻蝕系統中進行第一次ICP刻蝕，實現SiC材料的圖形化；再取出SiC材料，氮氣吹洗，將SiC材料置于ICP刻蝕系統中，進行第二次ICP刻蝕。然所述方法工序復雜，耗時長，且僅適用于SiC材料。

相比其他材料，在刻蝕GaN中所使用的刻蝕條件要求有更高的功率、偏壓和等離子體密度，這樣刻蝕損傷也就更容易發生。為了保證GaN基發光二極管等光電器件的穩定性和可靠性，提高發光二極管的發光效率，在制造發GaN基發光二極管等光電器件的工藝中，利用ICP刻蝕技術時，如何降低ICP刻蝕對p型GaN表面和n型GaN表面所帶來的缺陷損傷和熱損傷，已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。

發明內容