“歡喜冤家” 之DBR & ICP

隨著LED的產業持續發展與創新技術的不斷革新,LED顯示屏、照明及背光燈技術產品在不斷地滲入到我們生活中的方方麵麵,讓我們的生活更加智能化、可視化和信息化。其中,在LED中背光技術上,背光LED顯示讓色彩更加豐富,例如華為智慧屏采用QLEDQuantum Dot LED, 量子點背光)技術,示意圖如圖1所示,色域覆蓋能達到100% NTSC色域,在顯示花草等鮮豔畫麵時能更準確的還原色彩。而在LED芯片工藝中,也同樣有著這樣的“背光”技術——DBRDistributed Bragg Reflector,分布式布拉格反射鏡),DBR可以讓光變得更,芯片的出光亮度更高,在提升芯片性能方麵具有重要的作用。                

                              


                                   圖1. 華為“智慧屏”QLED背光技術示意圖

LED倒裝芯片的工藝中,為了有效利用發光層正麵發射的光,通常在背麵(電極麵)製備一層反射鏡。傳統的反射鏡材料采用Ni/Ag/Au複合電極金屬,但該反光鏡吸光嚴重,且工藝複雜,在藍光波段反射率低於90%DBR作為一種新型的反射鏡結構,由兩種不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列組成周期性結構(倒裝LED結構及其DBR“背光作用示意圖如圖2所示),每層材料的光學厚度為中心反射波長的1/4,利用這種周期性結構特征,其反射率可達99%以上,不僅避免了傳統金屬反射鏡的吸收問題,而且還可以通過改變材料的折射率或厚度來調整能隙位置,大大提高了芯片的出光效率。

圖2. 倒裝LED結構中DBR的“背光”作用示意圖

傳統DBRSiO2/TiO2組成的膜層交替結構,在LED芯片製造過程中,DBR刻蝕要求具有側壁平滑、底部無金屬損傷等特性。ICPInductively Coupled Plasma,電感耦合等離子體)幹法刻蝕技術基於高密度等離子對材料的轟擊,通過物理作用和化學作用相結合的方式得到理想的圖形結構,具有等離子體密度高、控製精度高、均一性好等優點,[1, 2]DBR刻蝕工藝常用的幹法刻蝕技術,同時也是半導體光電器件製作過程中不可或缺的關鍵技術。

圖3. 北方華創ELEDE G380C刻蝕機

本工作采用藍寶石襯底的晶片,刻蝕對象為SiO2/TiO2組成的DBR膜層交替結構,DBR底部為Cr-Pt金屬。ICP刻蝕采用北方華創微電子裝備有限公司的ELEDE G380C刻蝕設備,刻蝕氣體為CF4/ArBCl3)。通過優化刻蝕工藝中的氣體組分及比例、腔室壓力、ICP功率和RF功率等條件,實現側壁平滑及底部無金屬損傷;本工作係統地對比ICP刻蝕工藝參數對SiO2-TiO2 DBR側壁形貌及底部金屬刻蝕損傷的影響,對其中的機理進行了分析。[3]對比不同壓力條件下刻蝕形貌發現增加轟擊(降低壓力)可以平衡兩種材料的刻蝕速率差異,解決側壁斷層問題,獲得平滑的側壁形貌。通過對比不同工藝氣體對側壁角度的影響,發現加入BCl3DBR/光膠選擇比升高,側壁角度增加,因此可通過刻蝕氣體種類及流量控製實現側壁角度的調節,滿足後道金屬覆蓋的需求。因此,在DBR刻蝕中,主刻蝕采用低壓力可以獲得平滑的側壁形貌,並可通過變化氣體種類及流量調節側壁角度。本工作為倒裝芯片DBR工藝的開發提供了大量基礎數據,具有十分重要的借鑒意義。

 

作者:張寶輝、王春、劉瀟、李航、安鐵雷、李瑋樂等

 

 

參考文獻:

[1]Sun J, Choi K K, Jhabvala M D, et al. Advanced inductively coupled plasma etching processes for fabrication of resonator – quantum well infrared photodetector[J]Infrared Phys. &Technol., 2015, 70:25-29.

[2]Matsutani A, Ishiwari F, Shoji Y, et al. Chlorine-based inductively coupled plasma etching of GaAs wafer using tripodsal paraffinic triptycene as an etching resist mask [J]. Jap.J.of Appl. Phys., 2016, 55(6S1):06G01.

[3]劉利堅,張寶輝,劉瀟等,Dry Etch Process and Key Equipments in LED. 第十四屆中國國際半導體照明論壇(SSL China, 2017.


相關文章