1、简介

　　每个HBLED制造商的目标都是花更少的钱获得更多的光输出。面对强大的竞争和众多技术障碍，至关重要的是所有的生产步骤的推进都要产生最佳的效果。优化的刻蚀" title="等离子刻蚀">等离子刻蚀提供了几种方法以改善器件的输出并降低制造成本，从而实现双重赢利。

　　2、图形化蓝宝石衬底

　　现在蓝宝石仍是生长HBLED结构的衬底选择。不过，采用蓝宝石生长也存在两个问题：蓝宝石没有完美的晶格匹配，光提取会因为有两个平行的反射面而减少。未来解决这两个问题，从2005年起一些公司就在生长之前就在蓝宝石上刻蚀了图形。这可以使一个成品器件的光提取性能改善98%以上。

　　蓝宝石是一种非常稳定的物质，熔点在2054度，因此难以进行等离子刻蚀。不过，在降低到通常的150度之前，用来实现非常具体的图案形成的光阻仍有一个温度上限。PR是这个过程选择的掩膜，最终的“圆顶”状依赖于所有掩膜去除的完成，其形状与蓝宝石和掩膜的相对刻蚀速率密切相关。由于简化了生产流程，降低每流明的整体成本，PR也成为了首选。

　　为了对材料进行刻蚀，Cl2、BCl3、Ar的组合常用于以较高等离子源实现的较高刻蚀速率。不过，这增加了试样的热负荷，因此，使用PR作为掩膜可以保持较高的刻蚀速率，为此有必要对晶圆试样进行有效的冷却。

　　硅产业习惯于将单晶圆紧固在温度控制工作台上，并在工作台和晶圆之间引入了传热介质，通常是氦。“氦背面冷却”已经成为单晶圆温度控制的标准方法。HBLED制造目前市区批次较小的衬底，传送到输送板上的刻蚀工具。对于图形化蓝宝石衬底刻蚀，HBLED器件仍然主要制造2英寸或者4英寸晶圆，因此可以显著降低成本，它对以一次运行处理尽可能多的晶圆是可行的方法。大量光阻延膜晶圆的刻蚀要求控制好每个晶圆的温度，这需要了解怎样将来自等离子的热量从试样到冷却电极转移出来。氦气背面冷却是关键，同时要了解怎样使每片晶圆德奥有效冷却，以确保成功。这种技术的批量规模从20*2英寸到高达43*2英寸，刻蚀速率在50nm/分和100nm/分之间，速率取决于PR掩膜和PSS形状要求。

　　图1 典型的圆顶PSS特性

　　3、GaN刻蚀

　　GaN的化学稳定性和高键合强度、其熔点2500度和键能也是它具有很高的耐酸或碱刻蚀剂湿刻蚀能力。到目前为止，由于缺乏合适的湿刻蚀工艺，使人们对开发合适HBLED生产的干刻蚀工艺产生了极大的兴趣。这必须是单批次进行大量晶圆刻蚀。20世纪90年代后期，等离子刻蚀批次规模从4*2英寸晶圆增加至今天的55*2英寸或3*8英寸，现在的问题是在其吸引力消失之前它可以处理多大批次。随着晶圆尺寸从2英寸到4英然后是6英寸的向上迁移，这个问题也得到了解决。GaN刻蚀的主要应用领域是浅接点刻蚀和高深宽比结构刻蚀。

　　4、浅接点刻蚀

　　当刻蚀进入到接点层时，至关重要的是对半导体造成的等离子损伤最小，否则可能会增加接点电阻。刻蚀工艺需要仔细优化，以最大限度地提高吞吐量，同时保持器件的性能。光滑的表面通常表面高品质的刻蚀，如图2所示。

　　图2 PR试样中器件接点的浅GaN刻蚀

　　未经优化的刻蚀处理可能导致GaN刻蚀的位错，进而导致麻点表面和接点电阻的增加。同样，PR是这一步掩膜的选择，因为它是最简单的处理方法。据报道由于典型批刻蚀速率高达140nm/分的温度限制，PR的使用可降低所使用的功率。

　　5、深隔离刻蚀

　　当需要高达7微米深度时，刻蚀速率是这一工艺的关键。这一步的作用是刻蚀到有源器件之间的底层蓝宝石衬底。由于蓝宝石是不导电的，在物理分离之前就隔离了器件。如果使用PR掩膜，这一刻蚀步骤的主要挑战是散热，因为高刻蚀速率是用高等离子密度实现的。这意味着单晶圆的紧固问题，通常的方法是使用静电吸盘。可以使用介质硬掩膜，这将可能实现高刻蚀速率批处理，此时整个批次的一致性决定了产量。

　　6、光子晶体图形化

　　利用称为光子晶体的准晶体阵列图形化HBLED的发光表面可以提高光提取能力。其极端的表现如图3所示，此时600nm蚀象已被刻蚀了4微米深，实现了大于6:1的高深宽比结构。这里的挑战是保持蚀象的垂直剖面，以确保光子晶体的光学性能。

　　图3 高深宽比GaN深刻蚀

　　7、设备

　　为了达到高刻蚀速率和低损伤的要求，行业开发了几种高密度等离子源：电感耦合等离子（ICP）、变压器耦合等离子（TCP）、高密度等离子（HDP）。所有技术都提供了一个固定试样驱动台，独立等离子源可实现高等离子密度，而不会增加试样的DC偏差。DC偏差已被证明可增加敏感表面的等离子损伤，所以这是一个至关重要的系统特性。