在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法

摘要

本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其包括以下步骤：向反应腔室内通入刻蚀气体和可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，且开启激励电源和偏压电源，用于在氮化镓层的预设区域内刻蚀形成隔离槽；并且，在刻蚀到达衬底上表面时停止刻蚀。本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其能够有效消除刻蚀过程中隔离槽侧壁上出现明显拐角的问题，确保了后期沉积或蒸镀电极等工艺效果。

权利要求

1.一种在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：向反应腔室内通入刻蚀气体和可提高二氧化硅的刻蚀速率且可降低氮化镓层的刻蚀速率的气体，且开启激励电源和偏压电源，用于在氮化镓层的预设区域内刻蚀形成隔离槽；

并且，在刻蚀到达衬底上表面时停止刻蚀。

2.根据权利要求1所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体包括CF4和CHF3中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括Cl2和BCl3中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述Cl2的流量的取值范围在60～120sccm。

5.根据权利要求3所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述BCl3的流量的取值范围在5～60sccm。

6.根据权利要求3所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体的流量的取值范围在5～30sccm。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述反应腔室的腔室压力的取值范围在3～12mT。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述激励电源的激励功率的取值范围在300～1800W。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述偏压电源的偏压功率的取值范围在80～500W。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述步骤的工艺温度的取值范围在0～40℃。

说明书

在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法。

背景技术

[0002] GaN(氮化镓)基发光二极管(Light Emitting Diode，LED)以其寿命长、耐冲击、抗震和高效能等优异特性在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景。目前，由于GaN单晶制备比较困难，通常将GaN基LED器件制备在蓝宝石衬底上，并且通常采用PSS(Patterned Sapp Substrates，图形化蓝宝石衬底)技术来提高GaN基LED器件的出光效率。

[0003] 图1为LED芯片的截面图。如图1所示，在PSS衬底(例如蓝宝石衬底)5上沉积有不同掺杂类型的GaN层及多量子阱层，自PSS衬底5由下至上依次为：N型掺杂GaN区4、多量子阱区3和P型掺杂GaN区2。并且，通过GaN的电极刻蚀(mesa刻蚀)将LED的N电极6制作出来，并通过掺杂形成P电极1，以为后期蒸镀电极以及连线或后续连接做准备。如图1所示，在完成mesa刻蚀之后，在LED芯片的截面上具有mesa刻蚀线，且在mesa刻蚀线的左侧具有PSS衬底5、N型掺杂GaN区4、多量子阱区3、P型掺杂GaN区2和P电极1，而在mesa刻蚀线的右侧则仅具有PSS衬底5、N型掺杂GaN区4和N电极6。而且，在一个PSS衬底5上通常会有成百上千个LED芯片，且相邻的两个LED芯片之间具有使二者彼此间隔的隔离槽7，即：在之前沉积在PSS衬底5上的整片GaN层的预设区域内，对该GaN层进行完全刻蚀，以将PSS衬底5完全暴露，从而形成隔离槽7。

[0004] 在刻蚀形成隔离槽7的过程中，为了防止因刻蚀时间过长造成的N型掺杂GaN区4及其上的N电极6被刻蚀掉，使得LED芯片报废，如图2所示，通常在N电极6所在区域沉积一层很薄的SiO2(二氧化硅)保护层10(大约300nm)，以起到保护该区域不被刻蚀的作用。但是，由于刻蚀GaN与SiO2的速度不同，GaN的消耗比SiO2的消耗快，导致SiO2保护层10还未开始横向收缩，N型掺杂GaN区4未被SiO2保护层10覆盖的部分以及自SiO2保护层10暴露出来的部分已被快速消耗，从而在隔离槽7的侧壁上出现明显拐角，如图3所示，给后期蒸镀电极以及连线或后续连接产生不良影响。若通过延长刻蚀时间的方式消除拐角，但是这种方式很容易造成的N型掺杂GaN区4及其上的N电极6被刻蚀掉，使得LED芯片报废。

发明内容

[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其能够有效消除刻蚀过程中隔离槽侧壁上出现明显拐角的问题，确保了后期沉积或蒸镀电极等工艺效果。

[0006] 为实现本发明的目的而提供一种在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，包括以下步骤：

[0007] 向反应腔室内通入刻蚀气体和可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，且开启激励电源和偏压电源，用于在氮化镓层的预设区域内刻蚀形成隔离槽；并且，在刻蚀到达衬底上表面时停止刻蚀。

[0008] 优选的，所述可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体包括CF4和CHF3中的至少一种。

[0009] 优选的，所述刻蚀气体包括Cl2和BCl3中的至少一种。

[0010] 优选的，所述Cl2的流量的取值范围在60～120sccm。

[0011] 优选的，所述BCl3的流量的取值范围在5～60sccm。

[0012] 优选的，所述可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体的流量的取值范围在5～30sccm。

[0013] 优选的，所述反应腔室的腔室压力的取值范围在3～12mT。

[0014] 优选的，所述激励电源的激励功率的取值范围在300～1800W。

[0015] 优选的，所述偏压电源的偏压功率的取值范围在80～500W。

[0016] 优选的，所述步骤的工艺温度的取值范围在0～40℃。

[0017] 本发明具有以下有益效果：

[0018] 本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其通过向反应腔室内通入刻蚀气体和用于提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，且在激励电源和偏压电源的作用下，使刻蚀形成的隔离槽位于氮化镓层的预设区域内，保证了当到达衬底上表面时刻蚀停止，能够有效消除刻蚀过程中隔离槽侧壁上出现明显拐角的问题，确保了后期沉积或蒸镀电极等工艺效果。

附图说明

[0019] 图1为LED芯片的截面图；

[0020] 图2为具有二氧化硅层的LED芯片的截面图；

[0021] 图3为具有拐角的隔离槽的电镜扫描图；

[0022] 图4为本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的原理框图；以及[0023] 图5为采用本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法获得的隔离槽的电镜扫描图。

具体实施方式

[0024] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法进行详细描述。

[0025] 图4为本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的原理框图。如图4所示，该处理方法包括以下步骤：

[0026] S1，向反应腔室内通入刻蚀气体和可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，且开启激励电源和偏压电源，用于在氮化镓层的预设区域内刻蚀形成隔离槽；并且，在刻蚀到达衬底上表面时停止刻蚀。

[0027] 通过在刻蚀气体中加入用于提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，可以减小氮化镓和二氧化硅的刻蚀速率之间的差距，同时由于该气体的加入还可以起到稀释刻蚀气体中用于刻蚀氮化镓的气体浓度的作用，这可以降低氮化镓的刻蚀速率，从而进一步减小氮化镓和二氧化硅的刻蚀速率之间的差距，进而可以避免在隔离槽的侧壁上出现明显拐角。

[0028] 具体地，在本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法中，向反应腔室内通入刻蚀气体和可提高二氧化硅刻蚀速率的气体，且开启激励电源(例如射频电源)，激励电源向反应腔室施加激励功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体；开启偏压电源，偏压电源向氮化镓层施加偏压功率，以使等离子体刻蚀氮化镓层，直至将预设区域内的氮化镓层完全刻蚀掉。

[0029] 下面以刻蚀气体为氯气，可提高二氧化硅刻蚀速率的气体为CF4为例，对本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的原理进行详细描述。

[0030] 具体地，在刻蚀过程中，氮化镓层与氯气完成以下反应：

[0031] GaN+Cl2→GaxCly+N2，

[0032] 等离子体中的Cl离子与氮化镓发生反应后生成气态的镓氯化合物和氮气，从而使得氮化镓被消耗，即完成对氮化镓层的刻蚀。同时，CF4被电离分解析出F离子，F离子与二氧化硅完成以下反应：

[0033] SiO2+F→SiF4+O2，

[0034] 通过F离子与氧分子发生置换，可以使Si-O键分离，从而可以提高二氧化硅的刻蚀速率。需要说明的是，虽然由于可提高二氧化硅刻蚀速率的气体的加入稀释了刻蚀气体中用于刻蚀氮化镓的气体浓度，从而降低了氮化镓的刻蚀速率，这在一定程度上增加了刻蚀时间，但是，增加的这部分时间远小于现有技术中通过延长刻蚀时间的方式消除拐角所需的时间，从而不会出现因刻蚀时间过长而造成的N型掺杂GaN区及其上的N电极被刻蚀掉，使得整片LED芯片报废的问题。

[0035] 另外，由于二氧化硅保护层较薄(<300nm)，不需要添加过多的可提高二氧化硅刻蚀速率的气体就能够提高二氧化硅的刻蚀速率，因此，可提高二氧化硅刻蚀速率的气体的加入在提高二氧化硅的刻蚀速率上所起到的作用远高于在降低氮化镓的刻蚀速率上所起到的作用，从而既可以保证刻蚀时间不会过长，又可以减小氮化镓和二氧化硅的刻蚀速率之间的差距，从而可以避免在隔离槽的侧壁上出现明显拐角。

[0036] 优选的，可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体包括CF4和CHF3中的至少一种。可提高二氧化硅的刻蚀速率的气体流量的取值范围在5～30sccm。刻蚀气体包括Cl2和BCl3中的至少一种。其中，若刻蚀气体为Cl2，其流量的取值范围在60～120sccm，例如，100sccm。若刻蚀气体为BCl3，其流量的取值范围在5～60sccm。反应腔室的腔室压力的取值范围在3～12mT，例如，5mT。激励电源的激励功率的取值范围在300～1800W；偏压电源的偏压功率的取值范围在80～500W。此外，工艺温度的取值范围在0～40℃。

[0037] 图5为采用本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法获得的隔离槽的电镜扫描图。由图5可知，本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法通过在上述工艺参数的范围进行工艺，获得的隔离槽的侧壁光滑、无拐角。

[0038] 综上所述，本发明提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其通过在刻蚀气体中加入用于提高二氧化硅的刻蚀速率的气体，可以减小氮化镓和二氧化硅的刻蚀速率之间的差距，同时由于该气体的加入还可以起到稀释刻蚀气体中用于刻蚀氮化镓的气体浓度的作用，这可以降低氮化镓的刻蚀速率，从而进一步减小氮化镓和二氧化硅的刻蚀速率之间的差距，从而可以避免在隔离槽的侧壁上出现明显拐角。

[0039] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。