CN104752306B - 在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其包括步骤S1，向反应腔室内通入氯气和可提供硅元素的气体，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可提供硅元素的气体作为刻蚀气体，有助于消耗掉反应腔室内的可与N型掺杂区氮化镓表面上的二氧化硅层发生反应的物质和元素，从而可以使二氧化硅层很难被消耗，进而可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。
Description
技术领域
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
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。
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。
在刻蚀形成隔离槽7的过程中，光刻胶掩膜会产生横向收缩，这使得预设区域内的GaN层不仅在竖直方向被刻蚀，而且在水平方向也被刻蚀，从而导致位于mesa刻蚀线右侧的N型掺杂GaN区4也会受到刻蚀，进而造成该LED芯片因N型掺杂GaN区4及其上的N电极6被刻蚀掉而报废，如图2所示。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其可以减慢SiO2层的消耗速度，以保证其可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。
为实现本发明的目的而提供一种氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，包括以下步骤：
S1，向反应腔室内通入氯气和可提供硅元素的气体，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。
优选的，所述步骤S1进一步包括以下步骤：
S11，向反应腔室内通入氯气和氯化硼气体；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；在刻蚀过程中，监测所述反应腔室内的含氧元素光谱是否陡增，若否，则继续进行步骤S11；若是，则开始进行步骤S12；
S12，停止向反应腔室内通入氯化硼气体，同时向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
优选的，所述步骤S1进一步包括以下步骤：
S11，向反应腔室内通入氯气；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；在刻蚀过程中，监测所述反应腔室内的含氧元素光谱是否陡增，若否，则继续进行步骤S11；若是，则开始进行步骤S12；
S12，向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
优选的，自所述步骤S1开始直至结束，始终保持向反应腔室内通入所述氯气和所述可提供硅元素的气体。
优选的，所述可提供硅元素的气体包括SiF4、SiHCl3、SiH4和SiH2Cl2中的一种或多种。
优选的，所述氯气的流量的取值范围在60～120sccm。
优选的，所述可提供硅元素的气体的流量的取值范围在5～60sccm。
优选的，在所述步骤S11中，所述氯化硼气体的流量的取值范围在5～60sccm。
优选的，所述反应腔室的腔室压力的取值范围在3～12mT。
优选的，所述激励电源的激励功率的取值范围在300～1200W。
优选的，所述偏压电源的偏压功率的取值范围在80～200W。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的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可提供硅元素的气体作为刻蚀气体，有助于消耗掉反应腔室内的可与N型掺杂区氮化镓表面上的二氧化硅层发生反应的物质和元素，从而可以使二氧化硅层很难被消耗，进而可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。
附图说明
图1为LED芯片的截面图；
图2为N型掺杂GaN区及其上的N电极被刻蚀掉的LED芯片的截面图；
图3为具有二氧化硅层的LED芯片的截面图；
图4为本发明第一实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图；
图5为本发明第二实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图；以及
图6为本发明第三实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图。
具体实施方式
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氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法进行详细描述。
本发明提供的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法包括以下步骤：
S1，向反应腔室内通入氯气和可提供硅元素的气体，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。
在刻蚀形成隔离槽的过程中，光刻胶掩膜会产生横向收缩，这使得预设区域内的GaN层不仅在竖直方向被刻蚀，而且在水平方向也被刻蚀，从而导致位于mesa刻蚀线右侧的N型掺杂GaN区4也会受到刻蚀，进而造成该LED芯片因N型掺杂GaN区4及其上的N电极6被刻蚀掉而报废，如图2所示。为此，如图3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）层10（大约300nm），以起到保护该区域不被刻蚀的作用，从而可以减慢GaN层的横向消耗速度，以保证在预设区域内的GaN层被完全刻蚀掉之后，N型掺杂GaN区4及其上的N电极6不会被刻蚀。然而，这在实际应用中又会产生这样的问题，即：在采用ICP等离子体加工设备进行工艺的过程中，所采用的刻蚀气体中通常混合有BCl3（氯化硼）作为辅助气体刻蚀预设区域内的GaN层，由于BCl3中的B离子会对SiO2层10产生催化作用，导致SiO2的Si-O键很容易被打开，并且由于Si会与腔室内的物质形成气态的化合物，并排出腔室，这使得SiO2层10很容易被消耗，而根本未起到保护N型掺杂GaN区4的作用，从而仍然会出现N型掺杂GaN区4及其上的N电极6被刻蚀掉的问题。
通过向反应腔室内通入可提供硅元素的气体作为刻蚀气体（当然，除可提供硅元素的气体之外，该刻蚀气体也可以根据具体情况包含其他种类的气体），有助于消耗掉反应腔室内的可与二氧化硅层发生反应的物质和元素，从而可以使二氧化硅层很难被消耗，进而可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。
由于可提供硅元素的气体仅作用于刻蚀到达二氧化硅层的时候，而其他时间段仍可以采用现有的可刻蚀氮化镓层的刻蚀气体，因此，本发明提供的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法可以根据在不同的时间段向反应腔室内通入不同种类的刻蚀气体采用以下三种具体实施方式。
具体地，图4为本发明第一实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图。请参阅图4，该处理方法包括以下步骤：
S100，自本步骤开始直至结束，始终向反应腔室内通入氯气和可提供硅元素的气体作为刻蚀气体，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。
由于自本步骤开始直至结束始终向反应腔室内通入氯气和可提供硅元素的气体作为刻蚀气体，这与现有技术相比，完全由可提供硅元素的气体替代了氯化硼气体，从而在整个刻蚀过程中，可以使等离子体中不再含有硼离子，进而可以增加硅-氧键打开的难度。而且，可提供硅元素的气体作为刻蚀气体，有助于消耗掉反应腔室内的可与二氧化硅层发生反应的物质和元素，从而可以使二氧化硅层很难被消耗，进而可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。此外，氮化镓层的未被二氧化硅层保护的预设区域则会被氯气刻蚀，直至该预设区域内的氮化镓层被完全刻蚀掉，并最终使隔离槽底部暴露出衬底上表面，从而完成整个刻蚀工艺。
优选的，可提供硅元素的气体可以包括SiF4、SiHCl3、SiH4和SiH2Cl2中的一种或多种。并且，氯气的流量的取值范围在60～120sccm，例如，100sccm；可提供硅元素的气体的流量的取值范围在5～60sccm，例如，流量为20sccm的SiF4；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300～1200W，例如，500W；偏压电源的偏压功率的取值范围在80～200W，例如，120W。此外，腔室温度可以控制在大约20°。
图5为本发明第二实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图。请参阅图5，本实施例与上述第一实施例相比，其区别在于：在未刻蚀达到二氧化硅层之前，仅向反应腔室内通入氯气，而不通入可提供硅元素的气体；并在刻蚀达到二氧化硅层时，开始向反应腔室内通入可提供硅元素的气体。容易理解，自本步骤开始直至结束始终向反应腔室内通入氯气。
由于可提供硅元素的气体仅作用于刻蚀到达二氧化硅层的时候，而其他时间段仍可以采用现有的可刻蚀氮化镓层的刻蚀气体，因此，通过在刻蚀到达二氧化硅层之前仅采用氯气作为刻蚀气体，而在刻蚀到达二氧化硅层时开始采用可提供硅元素的气体，这同样可以有助于消耗掉反应腔室内的可与二氧化硅层发生反应的物质和元素，从而可以使二氧化硅层很难被消耗，进而可以有效起到保护N型掺杂GaN区不被刻蚀的作用。
具体地，本实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法将上述步骤S1拆分为两个步骤，即：
S110，向反应腔室内通入氯气；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；并且在刻蚀过程中，监测反应腔室内的含氧元素光谱是否陡增，若否，则继续进行步骤S110；若是，则开始进行步骤S120。
S120，向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
在步骤S110中，可利用EPD终点检测设备等对反应腔室进行监测。容易理解，由于在刻蚀达到二氧化硅层时，二氧化硅层因被消耗而在反应腔室内产生含氧元素，造成含氧元素的含量突然增大，因此，当监测到反应腔室内的含氧元素光谱陡增时，就可以说明刻蚀已达到二氧化硅层。
除此之外，本实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法所采用的工艺参数与上述第一实施例相类似，在此不再重复描述。
图6为本发明第三实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法的流程框图。请参阅图6，本实施例与上述第一、第二实施例相比，其区别在于：在未刻蚀达到二氧化硅层之前，向反应腔室内通入氯气和氯化硼气体，而不通入可提供硅元素的气体；并在刻蚀达到二氧化硅层时，开始向反应腔室内通入可提供硅元素的气体。容易理解，自本步骤开始直至结束始终向反应腔室内通入氯气，且以刻蚀达到二氧化硅层的时刻为分界，前段刻蚀时间通入氯化硼气体，而后段刻蚀时间通入可提供硅元素的气体。
由于可提供硅元素的气体仅作用于刻蚀到达二氧化硅层的时候，而其他时间段仍可以采用现有的可刻蚀氮化镓层的刻蚀气体，因此，通过在刻蚀到达二氧化硅层之前仍然采用氯气和氯化硼作为刻蚀气体，而在刻蚀到达二氧化硅层时停止通入氯化硼气体，并开始采用可提供硅元素的气体，这同样可以在刻蚀到达二氧化硅层时实现等离子体中不再含有硼离子，从而可以增加硅-氧键打开的难度。
具体地，本实施例提供的在氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法将上述步骤S1拆分为两个步骤，即：
S210，向反应腔室内通入氯气和氯化硼气体；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；在刻蚀过程中，监测反应腔室内的含氧元素光谱是否陡增，若否，则继续进行步骤S11；若是，则开始进行步骤S12；
S220，停止向反应腔室内通入氯化硼气体，同时向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
在步骤S210中，利用EPD终点检测设备监测反应腔室内的含氧元素光谱的原理与上述第二实施例相类似，在此不再赘述。另外，优选的，氯化硼气体的流量的取值范围在5～60sccm。
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。
Claims (9)
1.一种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：
S11，向反应腔室内通入氯气；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；在刻蚀过程中，监测所述反应腔室内的含氧元素光谱是否陡增，若否，则继续进行步骤S11；若是，则开始进行步骤S12；
S12，向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
2.根据权利要求1所述的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，在所述步骤S11中，在向反应腔室内通入氯气的同时，还向反应腔室内通入氯化硼气体；
在所述步骤S12中，停止向反应腔室内通入氯化硼气体，同时向反应腔室内通入可提供硅元素的气体，并保持激励电源和偏压电源开启，直至刻蚀到达衬底上表面。
3.根据权利要求1所述的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述可提供硅元素的气体包括SiF4、SiHCl3、SiH4和SiH2Cl2中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述氯气的流量的取值范围在60～120sccm。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，所述可提供硅元素的气体的流量的取值范围在5～60sccm。
6.根据权利要求2所述的氮化镓层上刻蚀隔离槽的处理方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述氯化硼气体的流量的取值范围在5～60sccm。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的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1-3任意一项所述的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300～1200W。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的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80～200W。
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