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面面，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QLED（Quantum 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，在顯示花草等鮮艷畫面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——DBR（Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射鏡），DBR可以讓光變得更“純”，芯片的出光亮度更高，在提升芯片性能方面具有重要的作用。
圖1. 華為“智慧屏”QLED背光技術示意圖
在LED倒裝芯片的工藝中，為了有效利用發光層正面發射的光，通常在背面（電極面）制備一層反射鏡。傳統的反射鏡材料采用Ni/Ag/Au復合電極金屬，但該反光鏡吸光嚴重，且工藝復雜，在藍光波段反射率低于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DBR為SiO2/TiO2組成的膜層交替結構，在LED芯片制造過程中，DBR刻蝕要求具有側壁平滑、底部無金屬損傷等特性。ICP（Inductively Coupled Plasma，電感耦合等離子體）干法刻蝕技術基于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、控制精度高、均一性好等優點，[1, 2]是DBR刻蝕工藝常用的干法刻蝕技術，同時也是半導體光電器件制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/Ar（BCl3）。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；本工作系統地對比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BCl3，DBR/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制實現側壁角度的調節，滿足后道金屬覆蓋的需求。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，并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 tripodal 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）.
