“欢喜冤家” 之DBR & ICP

nba奇才vs湖人 www.aokkq.club 随着LED的产业持续发展与创新技术的不断革新,LED显示屏、照明及背光灯技术产品在不断地渗入到我们生活中的方方面面,让我们的生活更加智能化、可视化和信息化。其中,在LED中背光技术上,背光LED显示让色彩更加丰富,例如华为智慧屏采用QLEDQuantum Dot LED, 量子点背光)技术,示意图如图1所示,色域覆盖能达到100% NTSC色域,在显示花草等鲜艳画面时能更准确的还原色彩。而在LED芯片工艺中,也同样有着这样的“背光”技术——DBRDistributed Bragg Reflector,分布式布拉格反射镜),DBR可以让光变得更,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。                

                              


                                   图1. 华为“智慧屏”QLED背光技术示意图

LED倒装芯片的工艺中,为了有效利用发光层正面发射的光,通常在背面(电极面)制备一层反射镜。传统的反射镜材料采用Ni/Ag/Au复合电极金属,但该反光镜吸光严重,且工艺复杂,在蓝光波段反射率低于90%。DBR作为一种新型的反射镜结构,由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成周期性结构(倒装LED结构及其DBR“背光作用示意图如图2所示),每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4,利用这种周期性结构特征,其反射率可达99%以上,不仅避免了传统金属反射镜的吸收问题,而且还可以通过改变材料的折射率或厚度来调整能隙位置,大大提高了芯片的出光效率。

图2. 倒装LED结构中DBR的“背光”作用示意图

传统DBRSiO2/TiO2组成的膜层交替结构,在LED芯片制造过程中,DBR刻蚀要求具有侧壁平滑、底部无金属损伤等特性。ICPInductively Coupled Plasma,电感耦合等离子体)干法刻蚀技术基于高密度等离子对材料的轰击,通过物理作用和化学作用相结合的方式得到理想的图形结构,具有等离子体密度高、控制精度高、均一性好等优点,[1, 2]DBR刻蚀工艺常用的干法刻蚀技术,同时也是半导体光电器件制作过程中不可或缺的关键技术。

图3. 北方华创ELEDE G380C刻蚀机

本工作采用蓝宝石衬底的晶片,刻蚀对象为SiO2/TiO2组成的DBR膜层交替结构,DBR底部为Cr-Pt金属。ICP刻蚀采用北方华创微电子装备有限公司的ELEDE G380C刻蚀设备,刻蚀气体为CF4/ArBCl3)。通过优化刻蚀工艺中的气体组分及比例、腔室压力、ICP功率和RF功率等条件,实现侧壁平滑及底部无金属损伤;本工作系统地对比ICP刻蚀工艺参数对SiO2-TiO2 DBR侧壁形貌及底部金属刻蚀损伤的影响,对其中的机理进行了分析。[3]对比不同压力条件下刻蚀形貌发现增加轰击(降低压力)可以平衡两种材料的刻蚀速率差异,解决侧壁断层问题,获得平滑的侧壁形貌。通过对比不同工艺气体对侧壁角度的影响,发现加入BCl3,DBR/光胶选择比升高,侧壁角度增加,因此可通过刻蚀气体种类及流量控制实现侧壁角度的调节,满足后道金属覆盖的需求。因此,在DBR刻蚀中,主刻蚀采用低压力可以获得平滑的侧壁形貌,并可通过变化气体种类及流量调节侧壁角度。本工作为倒装芯片DBR工艺的开发提供了大量基础数据,具有十分重要的借鉴意义。

 

作者:张宝辉、王春、刘潇、李航、安铁雷、李玮乐等

 

 

参考文献:

[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]刘利坚,张宝辉,刘潇等,Dry Etch Process and Key Equipments in LED. 第十四届中国国际半导体照明论坛(SSL China, 2017.


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