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QLED（Quantum 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——DBR（Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射镜），DBR可以让光变得更“纯”，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

在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DBR为SiO2/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。ICP（Inductively 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]是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/Ar（BCl3）。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）.