1、簡介

　　每個HBLED制造商的目標都是花更少的錢獲得更多的光輸出。面對強大的競爭和眾多技術障礙，至關重要的是所有的生產步驟的推進都要產生最佳的效果。優化的刻蝕" title="等離子刻蝕">等離子刻蝕提供了幾種方法以改善器件的輸出并降低制造成本，從而實現雙重贏利。

　　2、圖形化藍寶石襯底

　　現在藍寶石仍是生長HBLED結構的襯底選擇。不過，采用藍寶石生長也存在兩個問題：藍寶石沒有完美的晶格匹配，光提取會因為有兩個平行的反射面而減少。未來解決這兩個問題，從2005年起一些公司就在生長之前就在藍寶石上刻蝕了圖形。這可以使一個成品器件的光提取性能改善98%以上。

　　藍寶石是一種非常穩定的物質，熔點在2054度，因此難以進行等離子刻蝕。不過，在降低到通常的150度之前，用來實現非常具體的圖案形成的光阻仍有一個溫度上限。PR是這個過程選擇的掩膜，最終的“圓頂”狀依賴于所有掩膜去除的完成，其形狀與藍寶石和掩膜的相對刻蝕速率密切相關。由于簡化了生產流程，降低每流明的整體成本，PR也成為了首選。

　　為了對材料進行刻蝕，Cl2、BCl3、Ar的組合常用于以較高等離子源實現的較高刻蝕速率。不過，這增加了試樣的熱負荷，因此，使用PR作為掩膜可以保持較高的刻蝕速率，為此有必要對晶圓試樣進行有效的冷卻。

　　硅產業習慣于將單晶圓緊固在溫度控制工作臺上，并在工作臺和晶圓之間引入了傳熱介質，通常是氦。“氦背面冷卻”已經成為單晶圓溫度控制的標準方法。HBLED制造目前市區批次較小的襯底，傳送到輸送板上的刻蝕工具。對于圖形化藍寶石襯底刻蝕，HBLED器件仍然主要制造2英寸或者4英寸晶圓，因此可以顯著降低成本，它對以一次運行處理盡可能多的晶圓是可行的方法。大量光阻延膜晶圓的刻蝕要求控制好每個晶圓的溫度，這需要了解怎樣將來自等離子的熱量從試樣到冷卻電極轉移出來。氦氣背面冷卻是關鍵，同時要了解怎樣使每片晶圓德奧有效冷卻，以確保成功。這種技術的批量規模從20*2英寸到高達43*2英寸，刻蝕速率在50nm/分和100nm/分之間，速率取決于PR掩膜和PSS形狀要求。

　　圖1 典型的圓頂PSS特性

　　3、GaN刻蝕

　　GaN的化學穩定性和高鍵合強度、其熔點2500度和鍵能也是它具有很高的耐酸或堿刻蝕劑濕刻蝕能力。到目前為止，由于缺乏合適的濕刻蝕工藝，使人們對開發合適HBLED生產的干刻蝕工藝產生了極大的興趣。這必須是單批次進行大量晶圓刻蝕。20世紀90年代后期，等離子刻蝕批次規模從4*2英寸晶圓增加至今天的55*2英寸或3*8英寸，現在的問題是在其吸引力消失之前它可以處理多大批次。隨著晶圓尺寸從2英寸到4英然后是6英寸的向上遷移，這個問題也得到了解決。GaN刻蝕的主要應用領域是淺接點刻蝕和高深寬比結構刻蝕。

　　4、淺接點刻蝕

　　當刻蝕進入到接點層時，至關重要的是對半導體造成的等離子損傷最小，否則可能會增加接點電阻。刻蝕工藝需要仔細優化，以最大限度地提高吞吐量，同時保持器件的性能。光滑的表面通常表面高品質的刻蝕，如圖2所示。

　　圖2 PR試樣中器件接點的淺GaN刻蝕

　　未經優化的刻蝕處理可能導致GaN刻蝕的位錯，進而導致麻點表面和接點電阻的增加。同樣，PR是這一步掩膜的選擇，因為它是最簡單的處理方法。據報道由于典型批刻蝕速率高達140nm/分的溫度限制，PR的使用可降低所使用的功率。

　　5、深隔離刻蝕

　　當需要高達7微米深度時，刻蝕速率是這一工藝的關鍵。這一步的作用是刻蝕到有源器件之間的底層藍寶石襯底。由于藍寶石是不導電的，在物理分離之前就隔離了器件。如果使用PR掩膜，這一刻蝕步驟的主要挑戰是散熱，因為高刻蝕速率是用高等離子密度實現的。這意味著單晶圓的緊固問題，通常的方法是使用靜電吸盤。可以使用介質硬掩膜，這將可能實現高刻蝕速率批處理，此時整個批次的一致性決定了產量。

　　6、光子晶體圖形化

　　利用稱為光子晶體的準晶體陣列圖形化HBLED的發光表面可以提高光提取能力。其極端的表現如圖3所示，此時600nm蝕象已被刻蝕了4微米深，實現了大于6:1的高深寬比結構。這里的挑戰是保持蝕象的垂直剖面，以確保光子晶體的光學性能。

　　圖3 高深寬比GaN深刻蝕

　　7、設備

　　為了達到高刻蝕速率和低損傷的要求，行業開發了幾種高密度等離子源：電感耦合等離子（ICP）、變壓器耦合等離子（TCP）、高密度等離子（HDP）。所有技術都提供了一個固定試樣驅動臺，獨立等離子源可實現高等離子密度，而不會增加試樣的DC偏差。DC偏差已被證明可增加敏感表面的等離子損傷，所以這是一個至關重要的系統特性。