阅读说明：本技术 一种Cap layer层蚀刻优化方法 (Cap layer etching optimization method ) 是由 王田瑞 王凤玲 成飞 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种Cap layer层蚀刻优化方法,包括以下步骤：S1、准备全结构的外延片；S2、对所述外延片的N面进行翘曲补偿处理；S3、在所述外延片P面的Cap layer层上沉积一层光学膜；S4、将沉积有光学膜的外延片进行欧姆接触光刻,使光刻胶边缘具有倾角；S5、利用干法刻蚀,刻蚀掉所述光刻胶覆盖范围以外的光学膜；S6、进行欧姆接触金属沉积,将金属沉积在刻蚀掉的区域内,使沉积后的金属与所述光刻胶边缘的倾角和Cap layer层紧密接触；S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶。通过该工艺方法,使沉积后的金属与光刻胶紧密贴合,避免SN830溶液对Cap layer层造成蚀刻现象,增大了选择比,方便控制蚀刻角度,提升芯片的良率并且极大程度地保护了芯片的性能。(The invention discloses a Cap layer etching optimization method, which comprises the following steps: s1, preparing an epitaxial wafer with a full structure; s2, carrying out warping compensation processing on the N surface of the epitaxial wafer; s3, depositing an optical film on the Cap layer of the P surface of the epitaxial wafer; s4, carrying out ohmic contact photoetching on the epitaxial wafer deposited with the optical film to enable the edge of the photoresist to have an inclination angle; s5, etching the optical film outside the coverage range of the photoresist by using dry etching; s6, depositing ohmic contact metal, depositing the metal in the etched area, and enabling the deposited metal to be in close contact with the inclination angle of the edge of the photoresist and the Cap layer; and S7, removing the photoresist by using an SN830 solution. By the process method, the deposited metal is tightly attached to the photoresist, so that the phenomenon that the SN830 solution etches the Cap layer is avoided, the selection ratio is increased, the etching angle is conveniently controlled, the yield of the chip is improved, and the performance of the chip is greatly protected.)

一种Cap layer层蚀刻优化方法

技术领域

本发明涉及芯片制备技术领域，具体涉及一种Cap layer层蚀刻优化方法。

背景技术

VCSEL芯片是以外延片作为基础片，在外延片上进行相应工艺流程制成。外延片由Cap layer层、P-DBR、N-DBR、氧化层、量子阱与衬底组成，任一层遭到破坏都会影响芯片的可靠性或者光电特性。

VCSEL芯片的制备过程中，当分别在外延片的Cap layer层上进行光学膜沉积、光刻、刻蚀和金属沉积等工艺步骤后，需要使用SN830溶液对外延片进行清洗，清洗掉残留在外延片上的光刻胶。其中，光刻工艺是除去部分光刻胶，将光学膜裸露出来；刻蚀步骤是将光刻位置的光学膜去除掉，使进行金属沉积步骤后的金属与Cap layer层直接接触。但目前在进行金属沉积步骤时，Cap layer层上沉积的边缘金属不能与光学膜紧密贴合，会存在一定的缝隙（如图1的SEM图），当利用SN830溶液清洗残留光刻胶时，SN830溶液非常容易从缝隙中浸到Cap layer层，溶掉一部分的Cap layer层，对Cap layer层造成一定的破坏，最终影响芯片的光电特性和可靠性。

因此亟需解决金属沉积时光学膜边缘与金属不能紧密贴合的问题，寻求一种能保护Cap layer层不受到蚀刻的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种Cap layer层蚀刻优化方法，该方法能使芯片在金属沉积时的金属与光学膜边缘完美贴合，避免了SN830溶液对Cap layer层的蚀刻。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种Cap layer层蚀刻优化方法，其关键在于：包括以下步骤：

S1、准备全结构的外延片；

S2、对所述外延片的N面进行翘曲补偿处理；

S3、在所述外延片P面的Cap layer层上沉积一层光学膜；

S4、将沉积有光学膜的外延片进行欧姆接触光刻，使光刻胶边缘具有倾角；

S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶覆盖范围以外的光学膜；

S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶边缘的倾角和Cap layer层紧密接触；

S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶。

采用上述方案，由于在金属沉积时，金属是从液体慢慢变为固体，而将光刻胶的边缘做有一定程度的倾角，液态金属顺着该倾角往下沉积，金属凝固后即会与光刻胶相互紧密贴合，不会存在缝隙。

进一步地，步骤S4中，使光刻胶边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：

S41、使用旋涂机在外延片上进行涂胶工艺，使光刻胶胶厚至少3um；

S42、使用曝光机进行曝光，其曝光参数为曝光剂量2500、焦距0；

S43、利用显影液对所述曝光后的外延片进行显影处理。

采用上述方案，为了使曝光后的光刻胶具有一定角度，首先优化涂胶工艺，保证3um的厚度，以确保步骤S5中干法刻蚀时达到3000埃；再通过改变曝光参数，如曝光剂量、焦距等等，从而达到光刻胶边缘倾角效果。

更进一步地，步骤S4中，使光刻胶边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：

S411、使用旋涂机在高转速下在外延片上快速旋涂光刻胶，使光刻胶快速铺开；

S412、将旋涂一层光刻胶后的所述外延片静止10s；

S413、使用旋涂机在低转速下慢速旋转所述外延片，使外延片上的光刻胶均匀。

采用上述方案，首先高速旋转快速铺开光刻胶，静止10s是为了保证光刻胶的厚度，不能使光刻胶太薄，再慢速旋转使整个片子上的光刻胶厚度均匀。

更进一步地，步骤S41中所述高转速为3500~4000r/s。

更进一步地，步骤S43中所述低转速为800~1200r/s。

更进一步地，所述光刻胶边缘的倾角为70~80度。

更进一步地，所述翘曲补偿的方式为生长一层应力膜，所述应力膜的材料为SiO₂、SiN_X或SiO_XN_y。

进一步地，所述光学膜的材料为Si、N、O、Al、F、Mg形成的电介质中的一种或几种所形成的组合物。

进一步地，所述金属沉积所用的金属材料为金、钛、银、铜、铬、锰、锗中的一种或者几种。

更进一步地，所述全结构的外延片从P面到N面一次包括Cap layer层、P-DBR层、氧化层、量子阱层、N-DBR层以及衬底，其中所述衬底为GaAs单晶衬底。

有益效果：本发明通过优化光刻工艺方法步骤，使光刻胶在曝光后的边缘具有一定倾角，液态金属顺着该倾角沉积，使沉积后的金属与光刻胶紧密贴合，避免出现缝隙而致使SN830溶液进入缝隙后对Cap layer层造成蚀刻现象，增大了选择比，方便控制蚀刻角度，提升芯片的良率并且极大程度地保护了芯片的性能。

附图说明

图1为光刻胶与金属之间有缝隙时拍SEM的图形。

图2为涂胶后的外延片结构示意图。

图3为欧姆接触光刻后的外延片结构示意图。

图4为金属沉积后的外延片结构示意图。

图5为去除光刻胶后的外延片结构示意图。

图6为使用本发明方法后的外延片SEM图。

其中，1-外延片，2-应力膜， 3-Cap layer层，4-光学膜，5-光刻胶，6-金属。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

实施例：如图2-5所示，一种Cap layer层3蚀刻优化方法，包括以下步骤：

S1、准备全结构的外延片1；所述全结构的外延片1从P面到N面一次包括Cap layer层3、P-DBR层、氧化层、量子阱层、N-DBR层以及衬底，其中所述衬底为GaAs单晶衬底。

S2、对所述外延片1的N面进行翘曲补偿处理；所述翘曲补偿的方式为生长一层应力膜2，所述应力膜2的材料为SiO₂、SiN_X或SiO_XN_y；该应力膜2用于对外延片翘曲的补偿，使外延片1平整，利于光刻、金属沉积等步骤的进行。

S3、在所述外延片1的P面的Cap layer层3上沉积一层光学膜4；所述光学膜的材料为Si、N、O、Al、F、Mg形成的电介质中的一种或几种所形成的组合物，且该光学膜4的厚度为3000埃。

S4、将沉积有光学膜4的外延片1进行欧姆接触光刻，使光刻胶5边缘具有70-80度的倾角。

使光刻胶5边缘具有倾角的所述欧姆接触光刻的方法如下：

S41、使用旋涂机在外延片1上进行涂胶工艺，使光刻胶5胶厚至少3um；

所述涂胶工艺步骤如下：

S411、使用旋涂机在高转速下在外延片1上快速旋涂光刻胶5，使光刻胶5快速铺开；所述高转速为4000r/s；

S412、将旋涂一层光刻胶5后的所述外延片1静止10s；

S413、使用旋涂机在低转速下慢速旋转所述外延片1，使外延片1上的光刻胶5均匀；所述低转速为1000r/s。

S42、使用曝光机进行曝光，其曝光参数为曝光剂量2500、焦距0。

S43、利用显影液对所述曝光后的外延片1进行显影处理。

S5、利用干法刻蚀，刻蚀掉所述光刻胶5覆盖范围以外的光学膜4。

S6、进行欧姆接触金属沉积，将金属6沉积在刻蚀掉的区域内，使沉积后的金属与所述光刻胶5边缘的倾角和Cap layer层3紧密接触；所述金属沉积所用的金属6的材料为金、钛、银、铜、铬、锰、锗中的一种或者几种。

S7、使用SN830溶液去除所述光刻胶5。

本实施例中用SN830溶液去除光刻胶5效果非常理想。

所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。所以干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。本实施例中，干法刻蚀的厚度为3000埃，刚好刻蚀掉光学膜4，保证Cap layer层不被蚀刻掉。通过干法刻蚀后形成的电极图形为环状，环状电极的CD值为3左右。

当进行欧姆接触光刻时，需降低光刻胶5的角度，则相应的增大焦距、降低曝光剂 量，在调试焦距和曝光剂量中产生的外延片1的数据如下表：

曝光剂量	焦距	CD	角度
				3000	-1	3	90
2800	-0.5	3.1	84
				2500	0	3.15	77

可以看出，在曝光剂量为2500、焦距为0条件下，通过拍SEM测得外延片1的角度为77度，同时环状电极的CD值为3.15也是在正常范围内，如图6所示，在该角度下，沉积的金属可以很好地覆盖住光学膜4，且从SEM图上未发现有SN830溶液刻蚀Cap layer层3的现象。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。