隨著LED的產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新技術(shù)的不斷革新，LED顯示屏、照明及背光燈技術(shù)產(chǎn)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(shù)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(diǎn)背光）技術(shù)，示意圖如圖1所示，色域覆蓋能達(dá)到100% NTSC色域，在顯示花草等鮮艷畫(huà)面時(shí)能更準(zhǔn)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(shù)——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(shù)示意圖
在LED倒裝芯片的工藝中，為了有效利用發(fā)光層正面發(fā)射的光，通常在背面（電極面）制備一層反射鏡。傳統(tǒng)的反射鏡材料采用Ni/Ag/Au復(fù)合電極金屬，但該反光鏡吸光嚴(yán)重，且工藝復(fù)雜，在藍(lán)光波段反射率低于90%。DBR作為一種新型的反射鏡結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)（倒裝LED結(jié)構(gòu)及其DBR“背光”作用示意圖如圖2所示），每層材料的光學(xué)厚度為中心反射波長(zhǎng)的1/4，利用這種周期性結(jié)構(gòu)特征，其反射率可達(dá)99%以上，不僅避免了傳統(tǒng)金屬反射鏡的吸收問(wèn)題，而且還可以通過(guò)改變材料的折射率或厚度來(lái)調(diào)整能隙位置，大大提高了芯片的出光效率。
圖2. 倒裝LED結(jié)構(gòu)中DBR的“背光”作用示意圖
傳統(tǒng)DBR為SiO2/TiO2組成的膜層交替結(jié)構(gòu)，在LED芯片制造過(guò)程中，DBR刻蝕要求具有側(cè)壁平滑、底部無(wú)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(shù)基于高密度等離子對(duì)材料的轟擊，通過(guò)物理作用和化學(xué)作用相結(jié)合的方式得到理想的圖形結(jié)構(gòu)，具有等離子體密度高、控制精度高、均一性好等優(yōu)點(diǎn)，[1, 2]是DBR刻蝕工藝常用的干法刻蝕技術(shù)，同時(shí)也是半導(dǎo)體光電器件制作過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。
圖3. 北方華創(chuàng)ELEDE G380C刻蝕機(jī)
本工作采用藍(lán)寶石襯底的晶片，刻蝕對(duì)象為SiO2/TiO2組成的DBR膜層交替結(jié)構(gòu)，DBR底部為Cr-Pt金屬。ICP刻蝕采用北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司的ELEDE G380C刻蝕設(shè)備，刻蝕氣體為CF4/Ar（BCl3）。通過(guò)優(yōu)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(shí)現(xiàn)側(cè)壁平滑及底部無(wú)金屬損傷；本工作系統(tǒng)地對(duì)比ICP刻蝕工藝參數(shù)對(duì)SiO2-TiO2 DBR側(cè)壁形貌及底部金屬刻蝕損傷的影響，對(duì)其中的機(jī)理進(jìn)行了分析。[3]對(duì)比不同壓力條件下刻蝕形貌發(fā)現(xiàn)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(cè)壁斷層問(wèn)題，獲得平滑的側(cè)壁形貌。通過(guò)對(duì)比不同工藝氣體對(duì)側(cè)壁角度的影響，發(fā)現(xiàn)加入BCl3，DBR/光膠選擇比升高，側(cè)壁角度增加，因此可通過(guò)刻蝕氣體種類及流量控制實(shí)現(xiàn)側(cè)壁角度的調(diào)節(jié)，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(cè)壁形貌，并可通過(guò)變化氣體種類及流量調(diào)節(jié)側(cè)壁角度。本工作為倒裝芯片DBR工藝的開(kāi)發(fā)提供了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，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(lè)等
參考文獻(xiàn)：
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[3]劉利堅(jiān)，張寶輝，劉瀟等，Dry Etch Process and Key Equipments in LED. 第十四屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSL China, 2017）.
