[實用新型]一種干法刻蝕堅硬無機材料基板的裝置

有效

• 申請號: 201120352733.3
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN202259195U
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 陳波;黃成強;李超波;饒志鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院嘉興微電子儀器與設備工程中心
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;C23F4/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 趙芳;徐關壽

技術領域

本實用新型涉及一種干法刻蝕堅硬無機材料基板的裝置。?

背景技術

刻蝕是半導體制造工藝、微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一種相當重要的工藝步驟，是與光刻相聯系的圖形化（pattern）處理的一種主要工藝。所謂刻蝕，實際上狹義理解就是光刻腐蝕，先通過光刻將光刻膠進行光刻曝光處理，然后通過其它方式實現腐蝕處理掉所需除去的部分。隨著微制造工藝的發展；廣義上來講，刻蝕成了通過溶液、反應離子或其它機械方式來剝離、去除材料的一種統稱，成為微加工制造的一種普適叫法。刻蝕最簡單最常用分類是干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕種類很多，包括光揮發、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。其優點是：各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復性好，易實現自動化，無化學廢液，處理過程未引入污染，潔凈度高。缺點是：成本高，設備復雜。干法刻蝕主要形式有純化學過程（如屏蔽式，下游式，桶式），純物理過程（如離子銑），物理化學過程，常用的有反應離子刻蝕RIE，離子束輔助自由基刻蝕ICP等。

與其它刻蝕技術相比，ICP刻蝕技術結構簡單、性價比高、裝置的環徑比更大、裝置更小型化且操作簡單。同時ICP源具有至少在直徑20cm范圍內的均勻性，可獨立控制離子密度和離子能量，已成為目前較為理想的等離子體源。ICP反應可以得到大于???????????????????????????????????????????????的高密度等離子體，用以實現先進的加工過程。例如，在常溫下深刻蝕硅片，可以獲得高刻蝕速率，高刻蝕縱寬比和高選擇比，同時保持側壁陡直。這種刻蝕工藝被廣泛應用于各種深刻蝕，如MEMS的制作中。通過在鈍化和刻蝕?之間加入一個去鈍化的步驟，或通過控制聚合薄層的厚度，合理調節其它刻蝕參數，不僅可以刻蝕出各向異性的端面，而且可以使得端面傾角在一定范圍內有變化。利用ICP刻蝕技術刻蝕硅基材料和族化合物同樣可以獲得良好的刻蝕效果。

ICP刻蝕技術廣泛應用于微電子、LED及光伏領域。ICP刻蝕技術還用于制備HB-LED的襯底。

藍寶石襯底是LED的底層支撐，在藍寶石襯底上通過MOCVD依次生長低溫成核層、N型摻雜層、多量子阱(MQW)層、P型摻雜層，再制作電極，就可以制成LED。在藍寶石襯底上通過光刻和刻蝕做圖形就可以得到圖形化藍寶石襯底，即Patterned?Sapphire?Substrate，簡稱PSS。光刻工藝的目的是用光刻膠將需要刻蝕的藍寶石顯露，將不需要刻蝕的藍寶石掩護；刻蝕的目的是將未被光刻膠保護的那部分藍寶石刻蝕，以形成圖形。與藍寶石襯底相比，圖形化藍寶石襯底具有顯著優勢。首先，將藍寶石襯底進行圖形化處理后，在襯底表面生長時，藍寶石與的晶格失配會減小，從而減少由晶格失配引起的螺位錯，就能有效地減少光生電子-空穴對由于螺位錯引起的非輻射復合，提高LED的內量子效率，增強LED的亮度；其次，由于從多量子阱產生的光線僅有單一的傳播方向，如果光線經過圖形化處理的藍寶石襯底能夠增加光線的散射，這就使得光線有多個傳播方向。從多量子阱產生的光線傳播到空氣-藍寶石界面時，如果入射角大于（空氣的折射率，為藍寶石的折射率），光線發生全反射，返回LED；如果入射角小于，光線就會發生折射，傳播到空氣中。而LED的設計是單向出光的，不希望光線從藍寶石襯底一側射出。做PSS后，藍寶石襯底上的圖形增加了光線的散射，使得光線有較多的傳播方向，就有更多的光線發生全反射返回LED，這些光線將從出光面出光，這樣就提高了LED的光析出率，增強LED的亮度。

制作PSS對提高LED的亮度意義重大，而光刻后的藍寶石片要經過刻蝕才能形成PSS，因此，刻蝕是制作PSS工藝中的關鍵工藝步驟。刻蝕的目的在于根據光刻的情況選擇性地去除部分藍寶石襯底材料。即利用處于等離子體狀態和對藍寶石襯底進行物理轟擊和化學腐蝕，將未被光刻膠覆蓋的藍寶石襯底刻蝕掉，而被光刻膠覆蓋的那部分藍寶石襯底不被刻蝕。這樣，經過刻蝕機處理后，就在藍寶石襯底上形成圖形，制成藍寶石襯底。

藍寶石刻蝕機的刻蝕速率和刻蝕均勻性對藍寶石襯底的制作至關重要。首先，刻蝕速率快，對于相同的刻蝕深度所需的刻蝕時間就少，生產效率就能夠得到提高。其次，刻蝕均勻性對于提高PSS產品的良率有決定性的作用。如果片內均勻性好，那么在保證發光效率統一性的基礎上，在同一片藍寶石片上就可以分割出較多的LED襯底；如果藍寶石片片間均勻性較好，那么23片藍寶石片都可以用作高亮度LED的襯底，不會出現廢片。