等离子体刻蚀方法及垂直腔面发射激光器制备方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体刻蚀方法，用于消除砷化镓基体表面钝化层，所述钝化层包含氧化铝层，使用碳基氟化物气体作为刻蚀气体。针对GaAs基体表面钝化层中氧化铝膜的刻蚀难题，本发明专利技术人通过大量研究实验发现以碳基氟化物气体作为刻蚀气体来进行砷化镓基体表面氧化铝钝化层的刻蚀，既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对砷化镓基体造成损伤。本发明专利技术还公开了一种垂直腔面发射激光器的制备方法。本发明专利技术创新性地提出用碳基氟化物气体作为刻蚀气体来进行砷化镓基体表面氧化铝钝化层的刻蚀，既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对GaAs基体造成损伤，保证了半导体制造工艺的可靠性和稳定性。

Plasma etching method and preparation method of vertical cavity surface emitting laser

【技术实现步骤摘要】
等离子体刻蚀方法及垂直腔面发射激光器制备方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种等离子体刻蚀方法。
技术介绍
VCSEL，全名为垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)，是以GaAs(砷化镓)半导体材料为基础研制，有别于LED(发光二极管)和LD(激光二极管)等其他光源，具有模式好、阈值低、稳定性好、寿命长、调制速率高、集成高、发散角小、耦合效率高、价格便宜等很多优点。因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用。VCSEL激光器的关键制备工艺主要包括表面钝化、刻蚀、湿法氧化、金属化、背面减薄等。其中，表面钝化技术主要是为了在外延片深台面结构的侧壁及底部均匀包覆上钝化膜(通常包含氧化铝膜)，防止器件漏电以及受环境水汽影响；刻蚀技术主要是为了在外延片表面形成窗口结构，是实现湿法氧化、金属化等其他工艺的桥梁；湿法氧化技术主要是为了在外延片内部形成绝缘氧化层，引导激光在中间不带有氧化层的部分输出；金属化技术主要是为了制备金属电极，形成良好的欧姆接触；背面减薄技术主要是为了降低外延片厚度，提高器件散热能力。通常，刻蚀工艺包括两种：湿法腐蚀与干法刻蚀；湿法腐蚀工艺，由于各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等缺点，难以适应较细线宽的加工；干法刻蚀工艺是使用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，因其具有各向异性好、均匀性高等优点，所以是VCSEL激光器刻蚀工艺的首选技术。VCSEL激光器刻蚀工艺的关键步骤之一是在用于表面钝化的氮化硅/氧化铝复合膜系上开窗口。对于氧化铝薄膜，现有技术通常是采用氯基气体来进行干法刻蚀，如化学反应式(1)，并且需要使用较昂贵的感应耦合等离子体(InductivelyCouplePlasma，简称ICP)刻蚀设备：Al2O3+Cl2+BCl3＝AlCl3+BOCl(1)然而，对于以GaAs材料为基础的半导体器件(例如VCSEL激光器)，当钝化层薄膜刻蚀完成后，氯基气体会继续与薄膜下的GaAs衬底发生化学反应(2)，一方面导致刻蚀工艺无法控制，另一方面会导致GaAs衬底的表面结构和电气性能的损伤，所以氯基气体无法使用。GaAs+Cl2+BCl3＝GaCl3+BAs(2)综上，亟需一种既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对GaAs基体造成损伤的干法刻蚀工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种等离子体刻蚀方法，既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对GaAs基体造成损伤。本专利技术所采用的技术方案具体如下：一种等离子体刻蚀方法，用于消除砷化镓基体表面钝化层，所述钝化层包含氧化铝层，使用碳基氟化物气体作为刻蚀气体。优选地，该方法使用RIE刻蚀设备。进一步优选地，所述等离子体刻蚀方法所使用刻蚀工艺参数具体如下：刻蚀功率为30瓦～100瓦，腔体压力为2帕斯卡～10帕斯卡，衬底温度为20℃，刻蚀托盘为碳基材料，刻蚀气体为CF4，气体流量为10sccm～50sccm。优选地，所述碳基氟化物为三氟甲烷和四氟化碳中的一种或两者混合。优选地，在刻蚀过程中还使用与所述刻蚀气体的流量比不大于1：2的辅助气体。进一步优选地，所述辅助气体包含氩气、氮气、氧气中的至少一种。优选地，所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层所组成的复合钝化层。基于相同的专利技术构思还可以得到以下技术方案：一种垂直腔面发射激光器制备方法，包括用于消除砷化镓基体表面钝化层的刻蚀步骤，所述钝化层包含氧化铝层，所述刻蚀步骤中使用如上任一技术方案所述等离子体刻蚀方法。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术创新性地提出用碳基氟化物气体作为刻蚀气体来进行砷化镓基体表面氧化铝钝化层的刻蚀，既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对GaAs基体造成损伤，保证了半导体制造工艺的可靠性和稳定性；此外，碳基氟化物气体还能同时对氮化硅膜进行蚀刻，并且不像传统技术那样必须使用价格昂贵的ICP刻蚀设备，本专利技术刻蚀方法既可使用ICP刻蚀设备也可使用价格低廉的RIE刻蚀设备，因此可有效降低生产成本。附图说明图1～图3为具体实施例中的刻蚀工序流程；图中包含以下附图标记：1、GaAs基体，2、氧化铝膜，3、氮化硅膜，4、未曝光的光刻胶，4’、刻蚀掩膜。具体实施方式针对GaAs基体表面钝化层中氧化铝膜的刻蚀难题，本专利技术人通过大量研究实验发现以碳基氟化物气体作为刻蚀气体来进行砷化镓基体表面氧化铝钝化层的刻蚀，既能快速有效地消除包含氧化铝的钝化层，又不会对砷化镓基体造成损伤。基于这一发现，专利技术人提出了本专利技术技术方案如下：一种等离子体刻蚀方法，用于消除砷化镓基体表面钝化层，所述钝化层包含氧化铝层，使用碳基氟化物气体作为刻蚀气体。本专利技术技术方案中，可以只使用所述碳基氟化物刻蚀气体进行等离子体刻蚀，也可以根据实际情况辅以氩气、氮气、氧气等干法刻蚀工艺中常用的辅助气体，只要辅助气体与刻蚀气体的流量比不大于1：2即可。本专利技术技术方案既可以使用ICP刻蚀设备也可使用RIE刻蚀设备，从降低成本的角度考虑，优选采用RIE刻蚀设备。所述碳基氟化物可以是现有的气态含碳氟化物，例如三氟甲烷或四氟化碳，也可以是不同碳基氟化物的组合。为便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本专利技术的技术方案进行详细说明：本实施例以VCSEL激光器制备过程中的刻蚀步骤为例，该步骤是为了实现对砷化镓基体表面的氮化硅/氧化铝复合钝化层进行刻蚀，整个刻蚀过程如图1～图3所示。如图1所示，将沉积了氮化硅膜3(厚度为100纳米～300纳米)/氧化铝膜2(厚度为30纳米～90纳米)的GaAs基体1，使用丙酮、异丙醇溶液清洗并用氮气吹干，在其表面涂覆一层厚度为4微米的AZ4330光刻胶1；如图2所示，光刻胶1经过前烘、曝光、显影、后烘等工序后，得到所需图形的刻蚀掩膜4’；如图3所示，使用SamcoRIE-10NR型号的RIE(反应离子刻蚀)刻蚀设备，在复合膜上刻蚀形成刻蚀窗口。刻蚀参数设置为：刻蚀功率为30瓦～100瓦，腔体压力为2帕斯卡～10帕斯卡，衬底温度为20℃，刻蚀托盘为碳基材料，刻蚀气体为CF4，气体流量为10sccm～50sccm。表1表1给出了分别使用SF6(六氟化硫)、CHF3(三氟甲烷)、CF4(四氟化碳)这三种氟基气体作为刻蚀气体的刻蚀速率。可以看出，六氟化硫根本无法实现对氧化铝的刻蚀，而三氟甲烷和四氟化碳均可实现对氧化铝和氮化硅的刻蚀；在相同的气体流量、腔体压力以及刻蚀功率下，采用CF4气体的刻蚀配方，刻蚀氮化硅/氧化铝复合膜系的速率最大。因此可根据实际需要选择合适的碳基氟化物气体作为干法刻蚀的刻蚀气体，并且可通过采用多种不同碳基氟化物气体组合和/或加入辅助气体的方式来对刻蚀速度进行调节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体刻蚀方法，用于消除砷化镓基体表面钝化层，所述钝化层包含氧化铝层，其特征在于，使用碳基氟化物气体作为刻蚀气体。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体刻蚀方法，用于消除砷化镓基体表面钝化层，所述钝化层包含氧化铝层，其特征在于，使用碳基氟化物气体作为刻蚀气体。2.如权利要求1所述等离子体刻蚀方法，其特征在于，该方法使用RIE刻蚀设备。3.如权利要求2所述等离子体刻蚀方法，其特征在于，所使用刻蚀工艺参数具体如下：刻蚀功率为30瓦～100瓦，腔体压力为2帕斯卡～10帕斯卡，衬底温度为20℃，刻蚀托盘为碳基材料，刻蚀气体为CF4，气体流量为10sccm～50sccm。4.如权利要求1所述等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述碳基氟化物为三氟甲烷和四氟化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，许聪基，赖铭智，
申请(专利权)人：苏州长瑞光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32