制備高亮度LED的等離子刻蝕技術(shù)

　　1、簡介

　　每個HBLED制造商的目標都是花更少的錢獲得更多的光輸出。面對強大的競爭和眾多技術(shù)障礙，至關(guān)重要的是所有的生產(chǎn)步驟的推進都要產(chǎn)生最佳的效果。優(yōu)化的等離子刻蝕提供了幾種方法以改善器件的輸出并降低制造成本，從而實現(xiàn)雙重贏利。

　　2、圖形化藍寶石襯底

　　現(xiàn)在藍寶石仍是生長HBLED結(jié)構(gòu)的襯底選擇。不過，采用藍寶石生長也存在兩個問題：藍寶石沒有完美的晶格匹配，光提取會因為有兩個平行的反射面而減少。未來解決這兩個問題，從2005年起一些公司就在生長之前就在藍寶石上刻蝕了圖形。這可以使一個成品器件的光提取性能改善98%以上。
藍寶石是一種非常穩(wěn)定的物質(zhì)，熔點在2054度，因此難以進行等離子刻蝕。不過，在降低到通常的150度之前，用來實現(xiàn)非常具體的圖案形成的光阻仍有一個溫度上限。PR是這個過程選擇的掩膜，最終的“圓頂”狀依賴于所有掩膜去除的完成，其形狀與藍寶石和掩膜的相對刻蝕速率密切相關(guān)。由于簡化了生產(chǎn)流程，降低每流明的整體成本，PR也成為了首選。

　　為了對材料進行刻蝕，Cl2、BCl3、Ar的組合常用于以較高等離子源實現(xiàn)的較高刻蝕速率。不過，這增加了試樣的熱負荷，因此，使用PR作為掩膜可以保持較高的刻蝕速率，為此有必要對晶圓試樣進行有效的冷卻。

　　硅產(chǎn)業(yè)習(xí)慣于將單晶圓緊固在溫度控制工作臺上，并在工作臺和晶圓之間引入了傳熱介質(zhì)，通常是氦?！昂け趁胬鋮s”已經(jīng)成為單晶圓溫度控制的標準方法。HBLED制造目前市區(qū)批次較小的襯底，傳送到輸送板上的刻蝕工具。對于圖形化藍寶石襯底刻蝕，HBLED器件仍然主要制造2英寸或者4英寸晶圓，因此可以顯著降低成本，它對以一次運行處理盡可能多的晶圓是可行的方法。大量光阻延膜晶圓的刻蝕要求控制好每個晶圓的溫度，這需要了解怎樣將來自等離子的熱量從試樣到冷卻電極轉(zhuǎn)移出來。氦氣背面冷卻是關(guān)鍵，同時要了解怎樣使每片晶圓德奧有效冷卻，以確保成功。這種技術(shù)的批量規(guī)模從20*2英寸到高達43*2英寸，刻蝕速率在50nm/分和100nm/分之間，速率取決于PR掩膜和PSS形狀要求。

圖1 典型的圓頂PSS特性

　　3、GaN刻蝕

　　GaN的化學(xué)穩(wěn)定性和高鍵合強度、其熔點2500度和鍵能也是它具有很高的耐酸或堿刻蝕劑濕刻蝕能力。到目前為止，由于缺乏合適的濕刻蝕工藝，使人們對開發(fā)合適HBLED生產(chǎn)的干刻蝕工藝產(chǎn)生了極大的興趣。這必須是單批次進行大量晶圓刻蝕。20世紀90年代后期，等離子刻蝕批次規(guī)模從4*2英寸晶圓增加至今天的55*2英寸或3*8英寸，現(xiàn)在的問題是在其吸引力消失之前它可以處理多大批次。隨著晶圓尺寸從2英寸到4英然后是6英寸的向上遷移，這個問題也得到了解決。GaN刻蝕的主要應(yīng)用領(lǐng)域是淺接點刻蝕和高深寬比結(jié)構(gòu)刻蝕。

　　4、淺接點刻蝕

　　當(dāng)刻蝕進入到接點層時，至關(guān)重要的是對半導(dǎo)體造成的等離子損傷最小，否則可能會增加接點電阻。刻蝕工藝需要仔細優(yōu)化，以最大限度地提高吞吐量，同時保持器件的性能。光滑的表面通常表面高品質(zhì)的刻蝕，如圖2所示。

圖2 PR試樣中器件接點的淺GaN刻蝕

　　未經(jīng)優(yōu)化的刻蝕處理可能導(dǎo)致GaN刻蝕的位錯，進而導(dǎo)致麻點表面和接點電阻的增加。同樣，PR是這一步掩膜的選擇，因為它是最簡單的處理方法。據(jù)報道由于典型批刻蝕速率高達140nm/分的溫度限制，PR的使用可降低所使用的功率。