[发明专利]制造GaN基光电器件的低损伤ICP刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基光电器件的制造方法，尤其是制造GaN基光电器件的低损伤ICP刻蚀工艺。

背景技术

随着集成电路最小尺寸不断减小、集成度不断提高以及硅单晶衬底尺寸的扩大，对刻蚀技术的要求也越来越高。除了具有高质量的刻蚀性能外，还要求在大规模量产中能保证极高的稳定性和极低的缺陷率，其工艺水平将直接影响到最终产品质量及生产技术的先进性。

等离子体刻蚀(也称干法刻蚀)是集成电路制造中的关键工艺之一，电感耦合等离子刻蚀(Inductive Coupled Plasma-ICP)作为一种现行的等离子体刻蚀技术，它通过电感耦合增加电子的运动路径，可达到增强等离子密度和能量的效果。ICP技术的优点是刻蚀形貌、刻蚀离子能量、密度可控。对于一些较难的刻蚀，例如对具有较大宽深比的MEMS器件的刻蚀，利用ICP也能行到满意的工艺结果。ICP刻蚀过程中存在十分复杂的化学过程和物理过程。其中化学过程主要包括两部分：其一是刻蚀气体通过电感耦合的方式辉光放电，产生活性游离基、亚稳态粒子、原子等以及它们之间的化学相互作用；其二是这些活性粒子与基片固体表面的相互作用。主要的物理过程是离子对基片表面的轰击。这里的物理轰击作用不等同于溅射刻蚀中的纯物理过程，它对化学反应具有明显的辅助作用，它可以起到打断化学键、引起晶格损伤、增加附着性、加速反应物的脱附、促进基片表面的化学反应及去除基片表面的非挥发性残留物等重要作用。对于刻蚀过程中的三个阶段：(1)刻蚀物质的吸附；(2)挥发性产物的形成；(3)产物的脱附，离子的轰击对任何一个过程都有重要影响。在不同情况下(不同的刻蚀气体及流量、工作压强、离子能量等)离子轰击对刻蚀的化学过程的加速机理可能有所不同。因此可根据不同的刻蚀要求，通过选择不同的时间、气体流量、压力、电极电压和气体的不同混合比来满足不同的工艺要求。与早期采用的刻蚀方法相比，ICP刻蚀能够对等离子的能量和密度分别进行控制，以得到合理的刻蚀速率和低的刻蚀损伤。由于GaN材料化学性质非常稳定，目前的GaN基器件制作主要依赖于等离子干法刻蚀。

目前，在GaN基LED制备中，由于蓝宝石衬底绝缘必须将LED结构从表面去除部分材料至重掺杂的n型GaN材料，并如图1所示，分别在台面结构p型和n型GaN材料上制备p型和n型电极，在该制备步骤中通常采用ICP刻蚀技术。图中1为蓝宝石衬底，2为牺牲层，3为n型GaN，4为多量子阱有源区，5为p型GaN，6为透明电流扩展层，7为p型电极，8为n型电极。其中，等离子体刻蚀GaN材料气体源通常用Cl₂、BCl₃、SiCl₄、I₂、Br₂、CH₄、SF₆等作为气体源，与Ar、H₂、N₂等气体混合作为刻蚀气体。各种刻蚀气体的成分和组分的组合能获得不同的刻蚀速率和不同的刻蚀形貌。选择合适的刻蚀反应气体对刻蚀效果很重要。

然而，ICP刻蚀作为一种干法刻蚀会引入元素缺失等问题，极易形成非化学计量数的表面，并且会在半导体的表面形成一些陷阱中心，造成刻蚀表面的缺陷损伤，从而影响发光二极管等光电器件的稳定性和可靠性；另外，在其刻蚀过程中，高能离子会将光刻胶表面碳化，这种刻蚀表面的热损伤会使后续工艺，如对表面光刻胶的清洗等，带来困难。

中国专利公告号CN1949463，公告日是2007年4月18日，名称为“减少ICP刻蚀SiC表面损伤的方法”公开了一种减少ICP刻蚀SiC表面损伤的方法，其步骤包括：将保留金属图形的SiC材料置于感应耦合等离子体刻蚀系统中进行第一次ICP刻蚀，实现SiC材料的图形化；再取出SiC材料，氮气吹洗，将SiC材料置于ICP刻蚀系统中，进行第二次ICP刻蚀。然所述方法工序复杂，耗时长，且仅适用于SiC材料。

相比其他材料，在刻蚀GaN中所使用的刻蚀条件要求有更高的功率、偏压和等离子体密度，这样刻蚀损伤也就更容易发生。为了保证GaN基发光二极管等光电器件的稳定性和可靠性，提高发光二极管的发光效率，在制造发GaN基发光二极管等光电器件的工艺中，利用ICP刻蚀技术时，如何降低ICP刻蚀对p型GaN表面和n型GaN表面所带来的缺陷损伤和热损伤，已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容