[发明专利]一种改善VCSEL侧壁形貌的干法刻蚀方法

说明书

本发明提供一种改善VCSEL侧壁形貌的干法刻蚀方法，其包括如下步骤：S1、在VCSEL外延片上通过介质薄膜形成刻蚀图案；S2、将VCSEL外延片连同其上的介质薄膜送入刻蚀腔中；S3、向刻蚀腔中通入包含SiCl₄和Ar的刻蚀气体，对VCSEL外延片上未被介质薄膜覆盖的部分进行刻蚀；S4、通入包含SiCl₄和Ar的刻蚀气体的同时，向刻蚀腔中通入He，在刻蚀形成的VCSEL台面侧壁上形成非晶硅保护层。本发明通过将He气通入到ICP刻蚀腔中，促进了SiCl₄的分解，在VCSEL台面侧壁形成了一层非晶硅保护层，有效阻止了反应气体对台面侧壁的进一步刻蚀，提升了VCSEL器件台面侧壁的光滑度。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种改善VCSEL侧壁形貌的干法刻蚀方法。

背景技术

VCSEL器件全称为垂直腔面发射激光器，兴起于上个世纪70年代，经过近几十年的发展获得了长足的进步。相比于边发射半导体激光器，VCSEL具有激光出射方向垂直于衬底表面、可获得圆形光斑、动态单模性好、易于和其他半导体器件集成等优点。凭借这些优点VCSEL器件获得了人们的广泛关注，逐步在3D成像、光通信、光存储、激光显示和照明等领域获得了应用。

在VCSEL的制备工艺中常涉及圆形台面的刻蚀，常见的刻蚀方法有化学湿法刻蚀及ICP干法刻蚀。ICP干法刻蚀通常采用气相化学反应及物理离子轰击相结合的方案，相比于化学湿法刻蚀，ICP干法刻蚀具有各向异性刻蚀、产量大、易于获得垂直台面等优点。

在VCSEL的ICP刻蚀工艺中，化学气相刻蚀倾向于各向同性刻蚀，会破坏侧壁的垂直度，物理刻蚀的粒子轰击会造成台面侧壁的损坏。因而，如何在ICP刻蚀的工艺中，采用合适的方法对已刻蚀的表面进行保护，近而提升VCSEL器件的性能，是提升VCSEL侧壁形貌的的关键。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种改善VCSEL侧壁形貌的干法刻蚀方法，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种改善VCSEL侧壁形貌的干法刻蚀方法，其包括如下步骤：

S1、在VCSEL外延片上通过介质薄膜形成刻蚀图案；

S2、将VCSEL外延片连同其上的介质薄膜送入刻蚀腔中；

S3、向刻蚀腔中通入包含SiCl₄和Ar的刻蚀气体，对VCSEL外延片上未被介质薄膜覆盖的部分进行刻蚀；

S4、通入包含SiCl₄和Ar的刻蚀气体的同时，向刻蚀腔中通入He，在刻蚀形成的VCSEL台面侧壁上形成非晶硅保护层。

作为本发明的干法刻蚀方法的改进，所述步骤S1具体包括：

S11、在VCSEL外延片上沉积一层介质薄膜；

S12、在含有介质薄膜的VCSEL外延片上旋涂一层光刻胶；

S13、光刻胶经曝光显影形成光刻胶掩膜；

S14、通过ICP刻蚀工艺，对未被光刻胶掩膜覆盖的介质薄膜进行刻蚀，将光刻胶图案转移到VCSEL外延片上；

S15、去除光刻胶。

作为本发明的干法刻蚀方法的改进，采用PECVD法在VCSEL外延片上沉积一层介质薄膜。

作为本发明的干法刻蚀方法的改进，所述介质薄膜的材料为二氧化硅或氮化硅，所述介质薄膜厚度位于30-800nm之间。