[發明專利]一種PSS圖形化襯底刻蝕方法

有效

• 申請號: 201210478543.5
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103840039A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 高福寶
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

技術領域

本發明涉及等離子體技術，特別涉及一種PSS圖形化襯底刻蝕方法。

背景技術

隨著GaN基發光二極管（Light?Emitting?Diode，LED）技術的不斷進步，特別是藍光激發熒光粉發出黃光混合成白光技術的成熟，使得日常照明可以通過低成本、高壽命的方式實現。各國政府紛紛提出了固體照明革命計劃，極大促進了LED技術飛速發展。GaN基LED以其壽命長、耐沖擊、抗震、高效節能等優異特性在圖像顯示、信號指示、照明以及基礎研究等方面有著極為廣闊的應用前景。

由于GaN單晶制備比較困難，通常GaN基LED器件都是制備在藍寶石襯底上的。通過藍寶石襯底來生長GaN外延存在兩個問題：首先，藍寶石具有很高的硬度和化學穩定性，刻蝕難度較大；其次，GaN和藍寶石之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數的差別，使得在襯底上生長的GaN薄膜位錯和缺陷密度較大，也影響了器件的發光效率和壽命。此外，目前波長460nm的GaN基LED內量子效率已達到70%以上，AlGaN紫外光（UV）的GaN基LED的內量子效率已高達80%以上，除了內量子效率，還需要進一步提高GaN基LED的外量子效率。目前，生長在藍寶石襯底上的GaN基LED的提取效率相對較低，需要進一步提高GaN基LED的提取效率，來提高GaN基LED的外量子效率。

為了克服上述在藍寶石襯底上生長GaN外延的問題，并進一步提高GaN基LED的提取效率，目前普遍采用的圖形化襯底（Patterned?SapphireSubstrates，PSS）技術來完成藍寶石襯底上的GaN外延材料的制備。在PSS技術中，首先在藍寶石襯底上生長干法刻蝕用掩膜，然后用標準的光刻工藝將掩膜刻出圖形，之后，利用ICP刻蝕技術刻蝕藍寶石，并去掉掩膜，再在其上生長GaN材料，使GaN材料的縱向外延變為橫向外延。PSS技術可以有效減少GaN外延材料的位錯密度，從而減小了有源區的非輻射復合，減小了反向漏電流，提高了LED的壽命。有源區發出的光，經由GaN和藍寶石襯底界面多次散射，改變了全反射光的出射角，增加了LED的光從藍寶石襯底出射的幾率，從而提高了光的提取效率。綜合上述兩方面的原因，使PSS上生長的LED的出射光亮度比傳統的LED提高了63%，同時反向漏電流減小，LED的壽命也得到了延長。

下面，對PSS工藝過程進行詳細介紹。目前PSS工藝可包括如下步驟：首先，使用標準的光刻工藝將掩膜刻出圖形，請參閱圖1，其示出了光刻工藝后的PSS膜層結構示意圖，其中，上層11為光刻之后呈現為圓柱形的掩膜，下層12為藍寶石襯底，藍寶石襯底的光阻厚度為1200nm~3000nm。掩膜的圖形周期大約為2500nm~4000nm。接下來，利用ICP刻蝕技術刻蝕藍寶石，并去掉掩膜。具體的，ICP刻蝕包括兩步，第一步是主刻蝕步驟（ME），第二步是過刻蝕步驟（OE）。在主刻蝕步驟中，采用較大流量的刻蝕氣體，并使用較低的射頻功率，從而控制PSS的刻蝕速率以及對刻蝕選擇比進行調節；在過刻蝕步驟中，相對于主刻蝕步驟，采用較小流量的刻蝕氣體以及較高的射頻功率，對PSS圖形的形貌（profile）進行修飾。其中，PSS圖形的高度和底寬由主刻蝕步驟的刻蝕結果確定，過刻蝕步驟對PSS圖形的高度和底寬影響不大。

在主刻蝕步驟中，通常會采用較高的刻蝕選擇比，從而得到高度更高的PSS圖形。為了提高刻蝕選擇比，在目前的技術中通常通過降低下電極功率的方法，但是降低下電極功率造成了底寬的大量增加。因此，底寬的增加需要得到抑制。

發明內容

本發明提供一種PSS圖形化襯底刻蝕方法，用于解決現有技術中主刻蝕步驟造成PSS圖形的底寬的大量增加從而影響藍寶石襯底上GaN外延的生長質量的問題。

為了實現上述發明目的，本發明實施例提供了一種PSS圖形化襯底刻蝕方法，所述方法包括：

對襯底進行主刻蝕；

其中，所述主刻蝕包括第一步刻蝕和第二步刻蝕；

以第一工藝氣壓、第一刻蝕氣體流量、第一上電極射頻功率、以及第一下電極射頻功率，對襯底進行第一步刻蝕；判斷光刻膠是否開始收縮，若是，則結束所述第一步刻蝕；若否，則繼續所述第一步刻蝕，重復所述判斷直至所述光刻膠開始收縮；在第一步刻蝕結束之后，以第二工藝氣壓、第二刻蝕氣體流量、第二上電極射頻功率、以及第二下電極射頻功率，對襯底進行第二步刻蝕；

其中，所述第二工藝氣壓小于所述第一工藝氣壓；

對襯底進行過刻蝕；

結束刻蝕。