用于半导体的蚀刻工艺制造技术

本发明专利技术提供一种用于蚀刻半导体如II-VI族或III-V族半导体的工艺。该方法包括使用非反应气体通过蚀刻掩模来溅射蚀刻半导体，移除该半导体和用反应气体清理腔室。蚀刻掩模包括光致抗蚀剂。使用该方法，可以制造具有蚀刻到半导体材料中的光提取元件或纳米/微结构的发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开广义地涉及一种用于蚀刻半导体的工艺。
技术介绍
光电子学的迅速发展已产生对在半导体表面上制备纳米级图案的方 法的需要。通常，通过多种技术将这些图案蚀刻到半导体基材中。例如，已使用湿化学蚀刻来蚀刻各种半导体。然而，湿化学蚀刻可能是各向同性的，从而限制可被制造的特征结构的纵横比，并且该工艺的均匀度低。光电子学工业中的生产工业需要与使用湿蚀刻可以实现的相比更加受控的蚀刻工序。由于湿化学蚀刻的缺点所致，已发展了用于半导体的干蚀刻工艺。例如，已使用反应离子蚀刻来在硅基材中生产良好受控的蚀刻外形。反应离子蚀刻涉及经由在反应器中低压反应气体混合物内的放电而产生化学反应物种，例如基团和离子。使用电场将这样产生的反应物种朝基材加速并与硅反应以生产被抽走的挥发性反应产物。可以在蚀刻之前将蚀刻掩模施加至基材以允许反应物种在基材中蚀刻图案。因为带正电的反应物种几乎竖直降落，所以当蚀刻进展到基材中时，蚀刻在被蚀刻特征结构的侧壁上十分缓慢。由例如Si02、Si3N4、或金属制成的硬蚀刻掩模为半导体照相平版印刷领域的普通技术人员所熟知。但这些掩模难以制造，因为它们通常需要在施加光致抗蚀剂之前以单独步骤真空沉积。硬蚀刻掩模使工艺更加复杂并增加更多工艺步骤。另外，在蚀刻之后，硬掩模需要通过干蚀刻或湿蚀刻移除。此外，采用许多蚀刻化学品，这些材料往往会以某一速率蚀刻，该速率接近于许多II-VI族或III-V族半导体的，这使其用途受到限制。虽然反应离子蚀刻对于形成可容易经由抽吸从真空室消除的挥发性的副产物的半导体如硅十分有用，但反应离子蚀刻对II-VI族半导体不太实用，因为这些材料不容易与反应离子反应并且通常不形成挥发性副产物。干蚀刻被广泛用于使大多数半导体材料图案化。氯(CI2)基反应离子蚀刻(RIE)广泛用于对制造各种光电装置和检测器的III-V族和II-VI族半导体的干蚀刻O 还已研究了包括 Cl2/Ar、Cl2/N2、Cl2/He、Cl2/BCl3/Ar、BCl3/Ar、BrCl3' SiCl4/Ar、CCl2F2/H2/Ar等等的其他气体体系。然而，这些反应物和其产物已知是腐蚀性和毒性的。另外，由于持续的Cl2残余物的腐蚀，当使用Cl基RIE时已观察到迅速的后蚀刻劣化。在含镉半导体的具体情况下，卤化镉的蒸气压力太低，比提供可用蚀刻的基准蒸气压力低几个数量级。在不存在镉挥发性的情况下，最可能的结果是在半导体的表面上形成富镉材料。因此，基于CH4/H2和CH4/H2/Ar的化学品已被发展并有利地用于含Cd半导体的等离子体蚀刻。然而，这些工艺受累于若干缺点，包括广泛的聚合物沉积，其导致蚀刻终止机制、粗糙表面和低蚀刻速率(小于50nm/min)。
技术实现思路
需要这样一种用于蚀刻II-VI族或III-V族半导体的方法，其可以迅速地、有效地、选择性地、和经济地蚀刻这些基材。需要这样一种用于蚀刻II-VI族或III-V族半导体的方法，其可以用于图案化包括这种半导体的光电装置如发光二极管(LED)。另外，需要一种生产包括光提取元件或所定义像素的光电装置如发光二极管的方法。提供一种用于蚀刻半导体的方法，其包括在真空室中提供其上具有蚀刻掩模的半导体；和用非反应蚀刻气体通过蚀刻掩模溅射蚀刻该半导体，以从半导体的表面上移除材料，并提供至少一个蚀刻的表面；从真空室中移除具有至少一个蚀刻表面的半导体；和清理该真空室，其中半导体包括III-V族半导体、II-VI族半导体、或它们的组合。该半导体可以包括III-V族半导体、II-VI族半导体、或它们的组合。所提供方法可以用于II-VI族半导体，其可以包括(但不限于)镉、镁、锌、硫、硒、碲、或它们的组合。提供方法也可以用于III-V族半导体，其可以包括(但不限于)铝、镓、铟、砷、磷、氮、锑、或它们的组合。非反应蚀刻气体可以包含(但不限于)氩、氪、氙、氦、氖、氮、或它们的组合。提供方法包括用反应气体清理真空室。在本公开中“提取元件”是指增强从自发射光源如发光二极管的光提取的纳米/微结构的任何 类型和布置；“非反应气体”是指可以用于通过物理溅射来蚀刻基材的气体。溅射蚀刻主要通过用高能物种物理轰击表面而进行，该高能物种可以经由动能转移置换或排出表面原子；该活性物种基本上不与基材反应，并且喷射的材料通常为非挥发性的；“反应离子蚀刻”是指在等离子体放电中使反应气体离子化并将其朝基材加速的工艺，其中反应物种可以与基材化学反应以形成挥发性物种；和“溅射蚀刻”是指用离子轰击基材以便通过动量从离子转移到基材上的材料上而从基材上移除材料；其与反应离子蚀刻的区别在于，蚀刻气体中的物种通过动量转移物理地移除基材材料。所提供方法和通过所提供方法制作的结构可以蚀刻半导体，例如II-VI族和III-V族半导体。所提供方法是一种可以迅速地、有效地、选择性地和经济地蚀刻这些材料的方法，并且可以提供光电装置，例如发光二极管，其上具有诸如提取元件的结构。上述
技术实现思路
并非旨在描述本专利技术的每种实施方式的每一个公开的实例。接下来的附图简要说明以及详细描述对示例性的实施例作出了更具体的说明。附图说明图Ia - Ib为所提供工艺中步骤的侧视示意图。图2为可用于所提供工艺的示例性半导体构造的侧视示意图。图3为在实例I中所生产的蚀刻的半导体的扫描电子显微照片。图4a为在实例2中所生产的蚀刻的半导体的扫描电子显微照片。图4b为在实例2中所生产的蚀刻的半导体的暗视野光学显微照片。图5a为在实例3中所用的光致抗蚀剂图案的扫描电子显微照片。图5b和图5c为在实例3中所生产的蚀刻的半导体的扫描电子显微照片。具体实施例方式下面的描述参照作为本说明书一部分的附图，附图中以图示方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不偏离本专利技术的范围或精神的前提下可以考虑其他实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。除非另外指明，在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，利用本专利技术公开内容的教导，本领域技术人员根据所需的意欲获得的特性，这些近似值可有所不同。使用端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字(如，I至5包括1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4和5)以及该范围内的任何范围。所提供工艺可以使用常规蚀刻设备并可因此排除对专门设备的需要。所提供工艺使用溅射蚀刻而非反应离子蚀刻，并因此可用在不与反应离子反应的半导体上，例如，由非硅材料制成的半导体。在一些实施例中，这些半导体包括例如III-V族半导体，例如GaAs、InP、AlGaAs、GaInAsP、或GalnNAs。在其它实施例中，所提供工艺可用于蚀刻II-VI族半导体，例如可以包括镉、镁、锌、硫、硒、碲、和它们的组合的材料。示例性II-VI半导体材料可以包括 CdMgZnSe 合金。诸如 CdZnSe、ZnSSe、ZnMgSSe、ZnS、CdS、ZnSe、ZnTe、ZnSeTe、HgCdSe、 和HgCdTe之类的其他II-VI族半导体也可以使用所提供工艺来蚀刻。所提供工艺涉及一种溅射蚀刻半导体的方法。该半导体上设有蚀刻掩模，该蚀刻掩模抵抗蚀刻并因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·A·哈斯，特里·L·史密斯，张俊颖，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：