CN113451473A - 氧化铟锡层的蚀刻方法、芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化铟锡层的蚀刻方法、芯片的制作方法。该氧化铟锡层的蚀刻方法包括以下步骤:采用蚀刻气体对所述氧化铟锡层进行干法蚀刻,其中所述蚀刻气体包括气态饱和烷烃。本发明以气态饱和烷烃作为蚀刻气体对ITO层进行干法蚀刻,该过程中的产物沸点较低、易挥发,在蚀刻过程中很容易排出,从而能够促进ITO层蚀刻过程的进行,因此该方法具有较高的蚀刻效率。而且,通过上述干法蚀刻工艺,可有效改善ITO层蚀刻毛边现象,从而提高LED芯片的发光可靠性。与此同时,还可以降低ITO蚀刻CD Bias,提高ITO的整体覆盖面积比例,因此可明显改善LED芯片尤其是Micro LED芯片的发光性能。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制造技术领域,尤其涉及一种氧化铟锡层的蚀刻方法、芯片的制作方法。
背景技术
在目前LED、半导体及面板行业内ITO层(氧化铟锡层)蚀刻通常采用湿法蚀刻工艺,其主要是通过蚀刻液与ITO薄膜发生化学反应达到蚀刻的目的,湿法蚀刻具有等向性蚀刻的特性。
然而,ITO层湿法蚀刻在掩膜覆盖位置易出现ITO残留,导致边缘蚀刻不均,出现毛边现象,从而易导致芯片漏电风险。另外,ITO层湿法蚀刻的侧向刻蚀严重,蚀刻CD Bias(线宽偏差,代表蚀刻后线宽与蚀刻前掩膜线宽的差值)较大。当LED逐渐往Micro LED(微型发光二极管)发展的过程中,LED芯片大小微小化趋势,ITO层湿法蚀刻CD Bias较大则必然会严重影响ITO的整体覆盖面积比例,从而影响芯片的发光性能。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本申请的目的在于提供一种氧化铟锡层的蚀刻方法、芯片的制作方法,旨在解决现有技术中采用湿法蚀刻ITO层时存在的边缘蚀刻不均、CDBias较大,从而影响芯片发光性能的问题。
一种氧化铟锡层的蚀刻方法,其包括以下步骤:采用蚀刻气体对氧化铟锡层进行干法蚀刻,其中蚀刻气体包括气态饱和烷烃。
不同于湿法蚀刻,也不同于传统干法蚀刻使用氯气或四氟化碳这些气体作为蚀刻气体,本发明以气态饱和烷烃作为蚀刻气体对ITO层进行干法蚀刻,该过程中通过气态饱和烷烃解离出的甲基等与ITO层进行反应,能够生成三甲基铟和四甲基锡等产物。不同于铟锡氯化物或铟锡氟化物那样高沸点的产物,本发明的干法蚀刻过程中的产物沸点较低、易挥发,在蚀刻过程中很容易排出,从而能够促进ITO层蚀刻过程的进行,因此该方法具有较高的蚀刻效率。更重要的是,通过上述干法蚀刻工艺,可有效改善ITO层蚀刻毛边现象,从而提高LED芯片的发光可靠性。与此同时,还可以降低ITO蚀刻CD Bias,提高ITO的整体覆盖面积比例,因此可明显改善LED芯片尤其是Micro LED芯片的发光性能。
总之,通过本发明的ITO层干法蚀刻工艺,有效解决了湿法蚀刻ITO层时存在的边缘蚀刻不均、CD Bias较大,从而影响芯片发光性能的问题。
可选地,气态饱和烷烃包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种。以上几种气态饱和烷烃均能够在干法蚀刻过程中解离出甲基并完成蚀刻ITO的反应。出于尽量降低时刻产物沸点,提高蚀刻效率的目的,上述气态饱和烷烃包括甲烷。
可选地,蚀刻气体还包括氢气。氢气可与ITO发生还原反应,置换出ITO中的氧原子,从而有利于进一步促进蚀刻反应的进行,并进一步减少非挥发性产物的沉积。
可选地,氢气占蚀刻气体总体积的20~50%。将氢气的占比控制在上述范围内,一方面有利于减少非挥发性产物的沉积,另一方面也有利于避免气体饱和烯烃过于稀释从而减缓蚀刻速率。
可选地,干法蚀刻的过程中,蚀刻气体的流量为40~200sccm。这样能够提高ITO层蚀刻过程中的稳定性。
可选地,干法蚀刻的过程中,射频功率为100~1000W,蚀刻压力为5~25mTorr。通过控制射频功率和蚀刻压力在上述范围内,有利于进一步稳定蚀刻过程,使其兼具较高的蚀刻效率和蚀刻效果,ITO层毛边现象得以进一步改善,同时有利于进一步减小CD Bias,对于芯片尤其是Micro LED芯片的发光性能具有进一步的促进作用。可选地,干法蚀刻的过程中,蚀刻温度为30~80℃。
可选地,上述蚀刻方法包括以下步骤:向氧化铟锡层通入蚀刻气体;利用射频发生器产生射频,以使蚀刻气体对氧化铟锡层进行干法蚀刻。先通过蚀刻气体,待气体分布稳定后开启射频发生器,产生射频为蚀刻气体的蚀刻提供能量,该操作下蚀刻过程更为稳定。
基于同样的发明构思,本申请还提供一种芯片的制作方法,包括采用上述蚀刻方法对氧化铟锡层进行干法蚀刻的步骤。如前文所述,不同于湿法蚀刻,也不同于传统干法蚀刻使用氯气或四氟化碳这些气体作为蚀刻气体,本发明以气态饱和烷烃作为蚀刻气体对ITO层进行干法蚀刻,该过程中通过气态饱和烷烃解离出的甲基等与ITO层进行反应,能够生成三甲基铟和四甲基锡等产物。不同于铟锡氯化物或铟锡氟化物那样高沸点的产物,本发明的干法蚀刻过程中的产物沸点较低、易挥发,在蚀刻过程中很容易排出,从而能够促进ITO层蚀刻过程的进行,因此该方法具有较高的蚀刻效率。更重要的是,通过上述干法蚀刻工艺,可有效改善ITO层蚀刻毛边现象,从而提高LED芯片的发光可靠性。与此同时,还可以降低ITO蚀刻CD Bias,提高ITO的整体覆盖面积比例,因此可明显改善LED芯片尤其是MicroLED芯片的发光性能。
总之,通过本发明的ITO层干法蚀刻工艺,有效解决了湿法蚀刻ITO层时存在的边缘蚀刻不均、CD Bias较大,从而影响芯片发光性能的问题。
可选地,芯片为Micro LED(微型发光二极管)芯片。Micro LED芯片对于微小尺寸变化更敏感,将本发明上述ITO层干法蚀刻工艺应用时Micro LED芯片时,基于ITO层蚀刻毛边现象和CD Bias问题得以改善,使得Micro LED芯片的整体发光性能改善更为显著。
附图说明
图1为根据本发明一种实施例中待刻蚀芯片结构的示意图;
图2为根据本发明一种实施例中经ITO层干法蚀刻后的芯片结构示意图。
附图标记说明:
10-衬底;20-缓冲层;30-N型氮化镓层;40-多量子阱层;50-P型氮化镓层;60-ITO层。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。
芯片的ITO层制作过程通常包括依次进行的ITO镀膜、光刻胶涂布、黄光蚀刻光刻胶、ITO层蚀刻、去胶过程。正如背景技术部分所描述的,现有技术中采用湿法蚀刻ITO层时存在边缘蚀刻不均、CD Bias较大,从而影响芯片发光性能的问题。
为解决上述问题,本发明提供了一种氧化铟锡层的蚀刻方法,其包括以下步骤:采用蚀刻气体对氧化铟锡层进行干法蚀刻,其中蚀刻气体包括气态饱和烷烃。
不同于湿法蚀刻,也不同于传统干法蚀刻使用氯气或四氟化碳这些气体作为蚀刻气体,本发明以气态饱和烷烃作为蚀刻气体对ITO层进行干法蚀刻,该过程中通过气态饱和烷烃解离出的甲基等与ITO层进行反应,能够生成三甲基铟和四甲基锡等产物。不同于铟锡氯化物或铟锡氟化物那样高沸点的产物,本发明的干法蚀刻过程中的产物沸点较低、易挥发,在蚀刻过程中很容易排出,从而能够促进ITO层蚀刻过程的进行,因此该方法具有较高的蚀刻效率。更重要的是,通过上述干法蚀刻工艺,可有效改善ITO层蚀刻毛边现象,从而提高LED芯片的发光可靠性。与此同时,还可以降低ITO蚀刻CD Bias,提高ITO的整体覆盖面积比例,因此可明显改善LED芯片尤其是Micro LED芯片的发光性能。
总之,通过本发明的ITO层干法蚀刻工艺,有效解决了湿法蚀刻ITO层时存在的边缘蚀刻不均、CD Bias较大,从而影响芯片发光性能的问题。
上述气态饱和烷烃只要能够在干法蚀刻的过程中解离出甲基以与下方的ITO蚀刻反应即可达到干法蚀刻的目的。示例性地,气态饱和烷烃包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种。出于尽量降低时刻产物沸点,提高蚀刻效率的目的,上述气态饱和烷烃采用甲烷。
在一些实施方式中,蚀刻气体还包括氢气。氢气可与ITO发生还原反应,置换出ITO中的氧原子,从而有利于进一步促进蚀刻反应的进行,并进一步减少非挥发性产物的沉积。氢气的具体比例可以进行调节,示例性地,氢气占蚀刻气体总体积的20~50%,具体比如20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%。该氢气占比下有利于进一步避免过多氢气稀释气态饱和烷烃,更有利于兼顾干法蚀刻速度和减少非挥发性产物沉积。
在实际操作过程中,可以先通过MFC(质量流量控制器)通入蚀刻气体;其次,通过气体压力传感器和Pump(真空抽气泵)控制反应腔内的压力稳定到设定制程压力值;最后,通过射频发生器产生射频为干法蚀刻提供能量进行反应。
为促进ITO层干法蚀刻过程中的稳定性及高效率,在一些实施方式中,蚀刻气体的流量为40~200sccm,具体比如40、80、100、120、150、200sccm。将蚀刻气体的流量控制在上述范围内,一方面蚀刻过程更为稳定,一方面也具有相对较高的蚀刻速率。
此外,干法蚀刻的过程中,射频功率为100~1000W,具体比如100W、200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W、1000W;蚀刻压力为5~25mTorr,具体比如5mTorr、10mTorr、15mTorr、20mTorr、25mTorr。通过控制射频功率和蚀刻压力在上述范围内,有利于进一步稳定蚀刻过程,使其兼具较高的蚀刻效率和蚀刻效果,ITO层毛边现象得以进一步改善,同时有利于进一步减小CD Bias,对于芯片尤其是Micro LED芯片的发光性能具有进一步的促进作用。上述干法蚀刻可以在室温下进行,而出于进一步提高蚀刻效率的目的,一些实施方式中,蚀刻温度为30~80℃,具体比如30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。
以Micro LED芯片中的ITO层干法蚀刻过程为例,如图1所示,待刻蚀芯片结构由下至上依次包括衬底10、缓冲层20(Buffer layer)、N型氮化镓层30、多量子阱层40(MQW)、P型氮化镓层50、ITO层60。上述衬底10的材料可以为本领域常用材料,比如蓝宝石衬底、硅衬底等。缓冲层20的材料也可以是本领域常用材料,比如氮化镓。
示例性地,具体的ITO层60的蚀刻过程如下:
步骤S1,在ITO层60上方进行光刻胶涂布,形成光刻胶层,具体的光刻胶可以采用本领域的常用类型,比如正性光刻胶、负性光刻胶等。
步骤S2,图案化:根据所欲形成的ITO层形状,对光刻胶层进行图案化。
步骤S3,黄光蚀刻光刻胶层,经曝光后,形成图案化的光刻胶层。
步骤S4,ITO层蚀刻,采用本发明提供的上述干法蚀刻,具体是利用采用蚀刻气体对氧化铟锡层进行干法蚀刻,其中蚀刻气体包括气态饱和烷烃。可选地,气态饱和烷烃选自甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种,比如甲烷。可选地,蚀刻气体还包括氢气,其占蚀刻气体总体积的20~50%。
在实际干法蚀刻ITO层60的过程中,蚀刻气体的流量为40~200sccm,射频功率为100~1000W,蚀刻压力为5~25mTorr,蚀刻温度为30~80℃。具体操作如下:向ITO层60通入蚀刻气体,利用射频发生器产生射频,以使蚀刻气体解离出甲基以对氧化铟锡层进行干法蚀刻。
步骤S5,台阶蚀刻,具体是刻蚀N型氮化镓层30、多量子阱层40(MQW)、P型氮化镓层50形成的外延层形成台阶,用于后续再台阶上蒸镀金属电极形成P电极和N电极。
步骤S6,残余光刻胶去胶,最终形成了如图2所示的芯片结构,其中S代表ITO层60蚀刻后的CD Bias。
上述步骤S1至S3、S5至S6的操作均采用本领域常用工艺即可。
通过上述工艺对芯片中的ITO层进行干法蚀刻,CD Bias可由目前湿法蚀刻CDBias 2.5μm降低到约0.5μm。当LED芯片尺寸做小到Micro LED水平(如:15μm×30μm),采用ITO层干法蚀刻工艺ITO的整体覆盖面积提高约34%,可明显改善Micro LED芯片发光性能。
当然,除了Micro LED,其他发光器件诸如LED、OLED、Mini LED等,只要涉及ITO层蚀刻的器件均可采用本发明提供的上述干法蚀刻方法进行ITO层制作,以减小蚀刻后的CDBias,并提高器件的发光性能。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用蚀刻气体对所述氧化铟锡层进行干法蚀刻,其中所述蚀刻气体包括气态饱和烷烃。
2.如权利要求1所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述气态饱和烷烃包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种。
3.如权利要求1所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述蚀刻气体还包括氢气。
4.如权利要求3所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述氢气占所述蚀刻气体总体积的20~50%。
5.如权利要求1至4中任一项所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述干法蚀刻的过程中,所述蚀刻气体的流量为40~200sccm。
6.如权利要求5所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述干法蚀刻的过程中,射频功率为100~1000W,蚀刻压力为5~25mTorr。
7.如权利要求5所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,所述干法蚀刻的过程中,蚀刻温度为30~80℃。
8.如权利要求1至4中任一项所述的氧化铟锡层的蚀刻方法,其特征在于,包括以下步骤:
向所述氧化铟锡层通入所述蚀刻气体;
利用射频发生器产生射频,以使所述蚀刻气体对所述氧化铟锡层进行所述干法蚀刻。
9.一种芯片的制作方法,包括采用权利要求1至8中任一项所述的蚀刻方法对氧化铟锡层进行干法蚀刻的步骤。
10.如权利要求9所述芯片的制作方法,其特征在于,所述芯片为Micro LED芯片。
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2020
- 2020-07-07 CN CN202010647846.XA patent/CN113451473A/zh active Pending
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