CN113675722A - 一种Cap layer层蚀刻优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Cap layer层蚀刻优化方法，包括以下步骤：S1、准备全结构的外延片；S2、对所述外延片的N面进行翘曲补偿处理；S3、在所述外延片P面的Cap layer层上沉积一层光学膜；S4、将沉积有光学膜的外延片进行欧姆接触光刻，使光刻胶边缘具有倾角；S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶覆盖范围以外的光学膜；S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶边缘的倾角和Cap layer层紧密接触；S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶。通过该工艺方法，使沉积后的金属与光刻胶紧密贴合，避免SN830溶液对Cap layer层造成蚀刻现象，增大了选择比，方便控制蚀刻角度，提升芯片的良率并且极大程度地保护了芯片的性能。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制备技术领域，具体涉及一种Cap layer层蚀刻优化方法。
背景技术
VCSEL芯片是以外延片作为基础片，在外延片上进行相应工艺流程制成。外延片由Cap layer层、P-DBR、N-DBR、氧化层、量子阱与衬底组成，任一层遭到破坏都会影响芯片的可靠性或者光电特性。
VCSEL芯片的制备过程中，当分别在外延片的Cap layer层上进行光学膜沉积、光刻、刻蚀和金属沉积等工艺步骤后，需要使用SN830溶液对外延片进行清洗，清洗掉残留在外延片上的光刻胶。其中，光刻工艺是除去部分光刻胶，将光学膜裸露出来；刻蚀步骤是将光刻位置的光学膜去除掉，使进行金属沉积步骤后的金属与Cap layer层直接接触。但目前在进行金属沉积步骤时，Cap layer层上沉积的边缘金属不能与光学膜紧密贴合，会存在一定的缝隙（如图1的SEM图），当利用SN830溶液清洗残留光刻胶时，SN830溶液非常容易从缝隙中浸到Cap layer层，溶掉一部分的Cap layer层，对Cap layer层造成一定的破坏，最终影响芯片的光电特性和可靠性。
因此亟需解决金属沉积时光学膜边缘与金属不能紧密贴合的问题，寻求一种能保护Cap layer层不受到蚀刻的方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种Cap layer层蚀刻优化方法，该方法能使芯片在金属沉积时的金属与光学膜边缘完美贴合，避免了SN830溶液对Cap layer层的蚀刻。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种Cap layer层蚀刻优化方法，其关键在于：包括以下步骤：
S1、准备全结构的外延片；
S2、对所述外延片的N面进行翘曲补偿处理；
S3、在所述外延片P面的Cap layer层上沉积一层光学膜；
S4、将沉积有光学膜的外延片进行欧姆接触光刻，使光刻胶边缘具有倾角；
S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶覆盖范围以外的光学膜；
S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶边缘的倾角和Cap layer层紧密接触；
S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶。
采用上述方案，由于在金属沉积时，金属是从液体慢慢变为固体，而将光刻胶的边缘做有一定程度的倾角，液态金属顺着该倾角往下沉积，金属凝固后即会与光刻胶相互紧密贴合，不会存在缝隙。
进一步地，步骤S4中，使光刻胶边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：
S41、使用旋涂机在外延片上进行涂胶工艺，使光刻胶胶厚至少3um；
S42、使用曝光机进行曝光，其曝光参数为曝光剂量2500、焦距0；
S43、利用显影液对所述曝光后的外延片进行显影处理。
采用上述方案，为了使曝光后的光刻胶具有一定角度，首先优化涂胶工艺，保证3um的厚度，以确保步骤S5中干法刻蚀时达到3000埃；再通过改变曝光参数，如曝光剂量、焦距等等，从而达到光刻胶边缘倾角效果。
更进一步地，步骤S4中，使光刻胶边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：
S411、使用旋涂机在高转速下在外延片上快速旋涂光刻胶，使光刻胶快速铺开；
S412、将旋涂一层光刻胶后的所述外延片静止10s；
S413、使用旋涂机在低转速下慢速旋转所述外延片，使外延片上的光刻胶均匀。
采用上述方案，首先高速旋转快速铺开光刻胶，静止10s是为了保证光刻胶的厚度，不能使光刻胶太薄，再慢速旋转使整个片子上的光刻胶厚度均匀。
更进一步地，步骤S41中所述高转速为3500~4000r/s。
更进一步地，步骤S43中所述低转速为800~1200r/s。
更进一步地，所述光刻胶边缘的倾角为70~80度。
更进一步地，所述翘曲补偿的方式为生长一层应力膜，所述应力膜的材料为SiO2、SiNX或SiOXNy。
进一步地，所述光学膜的材料为Si、N、O、Al、F、Mg形成的电介质中的一种或几种所形成的组合物。
进一步地，所述金属沉积所用的金属材料为金、钛、银、铜、铬、锰、锗中的一种或者几种。
更进一步地，所述全结构的外延片从P面到N面一次包括Cap layer层、P-DBR层、氧化层、量子阱层、N-DBR层以及衬底，其中所述衬底为GaAs单晶衬底。
有益效果：本发明通过优化光刻工艺方法步骤，使光刻胶在曝光后的边缘具有一定倾角，液态金属顺着该倾角沉积，使沉积后的金属与光刻胶紧密贴合，避免出现缝隙而致使SN830溶液进入缝隙后对Cap layer层造成蚀刻现象，增大了选择比，方便控制蚀刻角度，提升芯片的良率并且极大程度地保护了芯片的性能。
附图说明
图1为光刻胶与金属之间有缝隙时拍SEM的图形。
图2为涂胶后的外延片结构示意图。
图3为欧姆接触光刻后的外延片结构示意图。
图4为金属沉积后的外延片结构示意图。
图5为去除光刻胶后的外延片结构示意图。
图6为使用本发明方法后的外延片SEM图。
其中，1-外延片，2-应力膜， 3-Cap layer层，4-光学膜，5-光刻胶，6-金属。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
实施例：如图2-5所示，一种Cap layer层3蚀刻优化方法，包括以下步骤：
S1、准备全结构的外延片1；所述全结构的外延片1从P面到N面一次包括Cap layer层3、P-DBR层、氧化层、量子阱层、N-DBR层以及衬底，其中所述衬底为GaAs单晶衬底。
S2、对所述外延片1的N面进行翘曲补偿处理；所述翘曲补偿的方式为生长一层应力膜2，所述应力膜2的材料为SiO2、SiNX或SiOXNy；该应力膜2用于对外延片翘曲的补偿，使外延片1平整，利于光刻、金属沉积等步骤的进行。
S3、在所述外延片1的P面的Cap layer层3上沉积一层光学膜4；所述光学膜的材料为Si、N、O、Al、F、Mg形成的电介质中的一种或几种所形成的组合物，且该光学膜4的厚度为3000埃。
S4、将沉积有光学膜4的外延片1进行欧姆接触光刻，使光刻胶5边缘具有70-80度的倾角。
使光刻胶5边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：
S41、使用旋涂机在外延片1上进行涂胶工艺，使光刻胶5胶厚至少3um；
所述涂胶工艺步骤如下：
S411、使用旋涂机在高转速下在外延片1上快速旋涂光刻胶5，使光刻胶5快速铺开；所述高转速为4000r/s；
S412、将旋涂一层光刻胶5后的所述外延片1静止10s；
S413、使用旋涂机在低转速下慢速旋转所述外延片1，使外延片1上的光刻胶5均匀；所述低转速为1000r/s。
S42、使用曝光机进行曝光，其曝光参数为曝光剂量2500、焦距0。
S43、利用显影液对所述曝光后的外延片1进行显影处理。
S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶5覆盖范围以外的光学膜4。
S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属6沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶5边缘的倾角和Cap layer层3紧密接触；所述金属沉积所用的金属6的材料为金、钛、银、铜、铬、锰、锗中的一种或者几种。
S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶5。
本实施例中用SN830溶液去除光刻胶5效果非常理想。
所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。所以干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。本实施例中，干法刻蚀的厚度为3000埃，刚好刻蚀掉光学膜4，保证Cap layer层不被蚀刻掉。通过干法刻蚀后形成的电极图形为环状，环状电极的CD值为3左右。
当进行欧姆接触光刻时，需降低光刻胶5的角度，则相应的增大焦距、降低曝光剂
量，在调试焦距和曝光剂量中产生的外延片1的数据如下表：
| 曝光剂量 | 焦距 | CD | 角度 |
| 3000 | -1 | 3 | 90 |
| 2800 | -0.5 | 3.1 | 84 |
| 2500 | 0 | 3.15 | 77 |
可以看出，在曝光剂量为2500、焦距为0条件下，通过拍SEM测得外延片1的角度为77度，同时环状电极的CD值为3.15也是在正常范围内，如图6所示，在该角度下，沉积的金属可以很好地覆盖住光学膜4，且从SEM图上未发现有SN830溶液刻蚀Cap layer层3的现象。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、准备全结构的外延片；
S2、对所述外延片的N面进行翘曲补偿处理；
S3、在所述外延片P面的Cap layer层上沉积一层光学膜；
S4、将沉积有光学膜的外延片进行欧姆接触光刻，使光刻胶边缘具有倾角；
S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶覆盖范围以外的光学膜；
S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶边缘的倾角和Cap layer层紧密接触；
S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶。
2.根据权利要求1所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：步骤S4中，使光刻胶边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：
S41、使用旋涂机在外延片上进行涂胶工艺，使光刻胶胶厚至少3um；
S42、使用曝光机进行曝光，其曝光参数为曝光剂量2500、焦距0；
S43、利用显影液对所述曝光后的外延片进行显影处理。
3.根据权利要求2所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：步骤S41中的所述涂胶工艺步骤如下：
S411、使用旋涂机在高转速下在外延片上快速旋涂光刻胶，使光刻胶快速铺开；
S412、将旋涂一层光刻胶后的所述外延片静止10s；
S413、使用旋涂机在低转速下慢速旋转所述外延片，使外延片上的光刻胶均匀。
4.根据权利要求3所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：步骤S41中所述高转速为3500~4000r/s。
5.根据权利要求3所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：步骤S43中所述低转速为800~1200r/s。
6.根据权利要求3所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：所述光刻胶边缘的倾角为70~80度。
7.根据权利要求1所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：所述翘曲补偿的方式为生长一层应力膜，所述应力膜的材料为SiO2、SiNX或SiOXNy。
8.根据权利要求1所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：所述光学膜的材料为Si、N、O、Al、F、Mg形成的电介质中的一种或几种所形成的组合物。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：所述金属沉积所用的金属材料为金、钛、银、铜、铬、锰、锗中的一种或者几种。
10.根据权利要求1-8任一权利要求所述的一种Cap layer层蚀刻优化方法，其特征在于：所述全结构的外延片从P面到N面一次包括Cap layer层、P-DBR层、氧化层、量子阱层、N-DBR层以及衬底，其中所述衬底为GaAs单晶衬底。
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