【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体加工工艺，具体涉及一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法。
技术介绍
1、目前较为主流的micro led台面（mesa）刻蚀方案，是使用电感耦合等离子体（inductively coupled plasma，icp）刻蚀外延层得到（guo, w., tai, j., liu, j. et al. process optimization of passive matrix gan-based micro-led arrays fordisplay applications. j. electron. mater. 48, 5195–5201 (2019)）。具体而言，常见刻蚀气体为一定比例混合的三氯化硼（bcl3）、氯气（cl2）、氩气（ar），常见被刻蚀材料为氮化镓（gan）/铟镓氮（ingan）或铝铟磷（alinp）等。为了形成图形化的台面，会使用氧化硅（sio2），或铬（cr）+氧化硅（sio2）作为掩膜，阻挡icp工艺对不希望被刻蚀区域的刻蚀，具体流程如图1所示，其中外延层为alxgayin1-x-yp或inxga1-xn；首先在外延层表面制备sio2掩膜层，再在sio2掩膜层上通过光刻工艺制备图形化的光刻胶掩膜，然后使用icp工艺刻蚀掉未被光刻胶覆盖的sio2掩膜层，去胶后形成图形化的sio2掩膜层，再以该图形化的sio2掩膜层保护micro led台面（mesa），通过第二步icp工
2、icp工艺的原理是：射频电流流经线圈在腔室内产生电磁场激发气体产生等离子体，偏压源控制离子轰击能量，并轰击在样品表面形成物理/化学刻蚀。主要的刻蚀过程包括：
3、i.形成反应粒子；
4、ii. 反应粒子到达wafer表面并被吸附；
5、iii. wafer表面化学吸附反应，形成化学键，并形成反应产物；
6、iv. 解吸附化学反应产物，并在wafer表面移除，抽离腔室；
7、由于刻蚀过程中复杂的物理和化学反应，不同中性粒子、带电粒子间的场（电场，流场，力场等）的相互作用，使得刻蚀过程很难描述（nasser，“fundamentals of gaseousionization and plasma electronics”，john wiley&sons, 1971，chapman，“glowdischarge processes”，john wiley&sons）。一般而言，icp工艺的调节参数如下：
8、i.气体和流量：刻蚀气体直接决定了选择比与材料刻蚀能力；
9、ii. 气压：气压决定了粒子的平均自由程与粒子的平均能量；
10、iii. 功率：功率增加时，等离子体密度增加；
11、iv. 偏压：偏压决定离子的轰击能量。
12、具体到micro led台面（mesa）刻蚀制程中，主要性能指标为：刻蚀速率、刻蚀表面平整度、刻蚀角度等，但这些指标往往难以同时达成，这将导致micro led台面（mesa）性能的劣化和异常，如图2所示，刻蚀速率过慢、侧壁角度不符合设计预期的器件侧壁形貌扫描电镜照片；如图3所示，刻蚀表面粗糙且产生横向侧蚀的器件侧壁形貌扫描电镜照片；表面粗糙可能导致电学接触不良，后续膜层质量下降；刻蚀形状不可调将导致台面直径与像素间距难以调整，在后续工艺中引入额外复杂度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，以解决目前在micro led台面工艺中刻蚀速率、刻蚀表面平整度、刻蚀角度等核心指标难以同时达成的问题，从而实现高平整度、指定刻蚀角度与刻蚀速率的高质量micro led台面刻蚀。
2、本专利技术对现有技术中的原有工艺流程进行改善，使用高cl2/bcl3流量比刻蚀气体进行图形化铬金属膜层+外延层上部区域的刻蚀，再使用低cl2/bcl3流量比刻蚀气体进行图形化sio2掩膜层+外延层下部区域的刻蚀，从而在衬底上形成micro led台面。
3、本专利技术所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，工艺流程如图4所示，其步骤如下：
4、（a）在外延层表面沉积厚度100~500 nm的sio2掩膜层：
5、沉积方法为等离子体增强化学气相沉积，反应气体为n2o+ sih4，等离子体源的功率为80~200 w，沉积温度为200~300℃；
6、（b）图形化工艺（匀胶，曝光，显影）：
7、在步骤（a）得到的sio2掩膜层上旋涂光刻胶，光刻胶为lor胶+正胶；固化后进行紫外掩膜曝光，然后使用显影液去除曝光的光刻胶；掩膜版为周期排列的圆形通孔结构，即需要制备的micro led台面结构，通孔内区域为透光部分，通孔内的光刻胶被紫外曝光；圆形通孔的孔径为2 ~5 微米，通孔中心间隔为4~8微米；
8、（c）沉积铬金属膜层后抬离光刻胶，制备图形化铬金属膜层：
9、在步骤（b）得到的器件表面沉积厚度10~300 nm的铬金属膜层，再使用有机溶剂浸泡得到的器件，并吹扫器件表面，使得下表面有光刻胶的铬金属膜层连同光刻胶一起脱离器件表面，在需要制备的micro led台面之上得到图形化铬金属膜层；沉积方法为电子束蒸发，沉积速率为1~3 nm/s，电子束流为5~10 ma；
10、（d）以图形化铬金属膜层为掩膜，刻蚀制备图形化sio2掩膜层：
11、在步骤（c）得到的图形化铬金属膜层的掩膜下，使用icp工艺对sio2掩膜层进行刻蚀，刻蚀气体为cf4+ar或c4f8+ar，cf4或c4f8流量为1~100 sccm，ar流量为0~100 sccm，刻蚀时间为100~1000 s；刻透无图形化铬金属膜层覆盖的sio2掩膜层至外延层表面，在图形化铬金属膜层的下面得到图形化sio2掩膜层，图形化铬金属膜层和图形化sio2掩膜层共同构成micro led台面掩膜层；对sio2掩膜层的刻蚀速率为1~3 nm/s；
12、（e）以高cl2/bcl3流量比刻蚀气体进行图形化铬金属膜层+外延层上部区域的刻蚀：
13、使用icp工艺对步骤（d）得到的图形化铬金属膜层和无图形化铬金属膜层覆盖的外延层上部区域进行刻蚀，刻蚀气体为cl2+bcl3+ar，cl2流量为1~100 sccm，bcl3流量为1~100 sccm，cl2流量为bcl3流量的1.5~3倍；ar流量为0~100 sccm；刻蚀时间为1~500 s，刻透图形化铬金属膜层和原来无图形化铬金属膜层覆盖的外延层上部区域，即将原来无图形化铬金属膜层覆盖的外延层的上表面刻蚀掉一部分；对图形化铬金属膜层的刻蚀速率为8~15å本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：其步骤如下，
2.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（a）中，沉积方法为等离子体增强化学气相沉积，反应气体为N2O+SiH4，等离子体源的功率为80~200 W，沉积温度为200~300℃。
3.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（b）中，圆形通孔的孔径为2~5微米，通孔中心间隔为4~8微米。
4.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（c）中，沉积方法为电子束蒸发，沉积速率为1~3 nm/s，电子束流为5~10mA。
5.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（d）中使用ICP工艺对SiO2掩膜层进行刻蚀的刻蚀气体为CF4+Ar或C4F8+Ar，CF4或C4F8流量为1~100 sccm，Ar流量为0~100
6.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（e）中，刻蚀气体为Cl2+BCl3+Ar，Cl2流量为1~100 sccm，BCl3流量为1~100sccm；Ar流量为0~100 sccm；刻蚀时间为1~500 s；对图形化铬金属膜层的刻蚀速率为5~15Å/s，对外延层上部区域的刻蚀速率为20~60 Å/s。
7.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善Micro LED台面形貌的方法，其特征在于：步骤（f）中，刻蚀气体为Cl2+BCl3+Ar，Cl2流量为1~50 sccm，BCl3流量为1~100sccm；Ar流量为0~100 sccm，刻蚀时间为1~500 s；对图形化SiO2掩膜层的刻蚀速率20~40Å/s、对外延层下部区域的刻蚀速率为20~40 Å/s。
...【技术特征摘要】
1.一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，其特征在于：其步骤如下，
2.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，其特征在于：步骤（a）中，沉积方法为等离子体增强化学气相沉积，反应气体为n2o+sih4，等离子体源的功率为80~200 w，沉积温度为200~300℃。
3.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，其特征在于：步骤（b）中，圆形通孔的孔径为2~5微米，通孔中心间隔为4~8微米。
4.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，其特征在于：步骤（c）中，沉积方法为电子束蒸发，沉积速率为1~3 nm/s，电子束流为5~10ma。
5.如权利要求1所述的一种利用多层掩膜与分段刻蚀改善micro led台面形貌的方法，其特征在于：步骤（d）中使用icp工艺对sio2掩膜层进行刻蚀的刻蚀气体为cf4+ar或c4f8+...
【专利技术属性】
技术研发人员：余鹿鸣，王月，张宇，黄振，王程功，郑鹏远，李明，
申请(专利权)人：微玖苏州光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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