[發明專利]基片刻蝕方法

在審

• 申請號: 201310262527.7
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN104253035A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 謝秋實
• 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: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065
• 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

本發明涉及微電子技術領域，特別涉及一種基片刻蝕方法。

背景技術

PSS(Patterned?Sapp?Substrates，圖形化藍寶石襯底)技術是目前普遍采用的一種提高GaN(氮化鎵)基LED器件的出光效率的方法。在進行PSS工藝的過程中，其通常在基片上生長干法刻蝕用掩膜，并采用光刻工藝將掩膜刻出圖形；然后采用ICP技術刻蝕基片表面，以形成需要的圖形，再去除掩膜，并采用外延工藝在刻蝕后的基片表面上生長GaN薄膜。采用ICP技術刻蝕基片表面所獲得的理想形貌如圖1所示，其剖面形狀近似為三角形，且側壁的弧度小，這有利于后續的外延工藝，從而可以提高外延GaN薄膜的晶體質量。

現有的一種基片刻蝕工藝采用單步刻蝕方法，具體地，向反應腔室內通入BCl₃(氯化硼)氣體，并開啟激勵電源和偏壓電源，直至完成工藝所需的刻蝕深度。該工藝的典型的工藝參數為：反應腔室的腔室壓力的范圍在2～5mT；激勵功率的范圍在1000～2500W；偏壓功率的范圍在100～700W；BCl₃的流量范圍在60～200sccm；工藝時間的范圍在15～40min。

上述基片刻蝕工藝在實際應用中很難獲得剖面為三角形的理想形貌，這是因為：由于該刻蝕工藝主要以物理刻蝕為主，刻蝕離子朝近似45°的方向運動，這使得基片的側壁形貌在刻蝕過程中會產生下述變化，即：在刻蝕的初始階段，由于受到掩膜原始側壁的限制，基片側壁的垂直度較高；然而，隨著工藝時間的增加，掩膜相對的兩個側壁會朝向彼此橫向收縮，導致掩膜的寬度逐漸變窄，這使得基片側壁因掩膜的橫向收縮而出現拐角，如圖2A和2B所示。

為此，可以將整個刻蝕過程分為主刻蝕步驟和過刻蝕步驟，即，將上述刻蝕工藝作為主刻蝕步驟，并在完成上述刻蝕工藝之后，增加一過刻蝕步驟。具體地，該過刻蝕步驟采用較低的腔室壓力和較高的偏壓功率，用以提高物理轟擊能量，以使基片側壁的拐角逐漸減小直至消失。該刻蝕工藝的工藝參數為：在主刻蝕步驟中，反應腔室的腔室壓力的范圍在2～5mT；激勵功率的范圍在1000～2500W；偏壓功率的范圍在100～700W；BCl₃的流量范圍在60～200sccm；工藝時間的范圍在15～40min。在過刻蝕步驟中，反應腔室的腔室壓力的范圍在1.5～3mT；激勵功率的范圍在1000～2500W；偏壓功率的范圍在500～800W；BCl₃的流量范圍在60～100sccm；工藝時間的范圍在10～20min。如圖3所示，為完成過刻蝕步驟之后獲得的基片形貌的剖面圖。借助過刻蝕步驟，可以實現對基片的側壁形貌進行調節，最終獲得剖面為三角形的理想形貌。

然而，上述基片刻蝕工藝在實際應用中存在以下問題，即：由于過刻蝕步驟的工藝時間為10～20min，其是主刻蝕步驟的工藝時間(15～40min)的三分之二左右，因此，上述基片刻蝕工藝因增加了過刻蝕步驟而導致工藝效率大大降低，從而造成整個工藝的生產效率降低。而且，在進行過刻蝕步驟的過程中，由于基片上已基本不存在掩膜，導致基片側壁的高度會在刻蝕過程中逐漸降低，雖然可以通過增加主刻蝕步驟所獲得的基片側壁的高度的方式使基片側壁的高度在進行后續的過刻蝕步驟時具有一定的余度，但是，這就要求主刻蝕步驟具有更高刻蝕選擇比以及更長的工藝時間，從而不僅減小了工藝窗口，而且降低了整個工藝的生產效率。

為了能夠在保證生產效率的前提下，消除基片側壁的拐角，可以應用下述原理，即：在進行主刻蝕步驟的過程中，當掩膜開始橫向收縮時會出現側壁拐角，且該拐角出現的位置越高，過刻蝕步驟越需要更長的工藝時間才能消除側壁拐角。基于該原理，若能夠將掩膜開始收縮的時間點提前，則可以降低拐角在側壁上出現的位置，從而使過刻蝕步驟采用較短的工藝時間就能夠消除拐角。因此，可以在主刻蝕步驟的前段過程中采用較高的偏壓功率，以加強離子的轟擊力度，從而可以將掩膜開始收縮的時間點提前；并且在掩膜開始收縮時降低偏壓功率，直至獲得完整的基片形貌。采用上述方法的基片刻蝕工藝的工藝參數為：在主刻蝕步驟中，在掩膜開始收縮之前，反應腔室的腔室壓力的范圍在2～5mT；激勵功率的范圍在1000～2500W；偏壓功率的范圍在400～700W；BCl₃的流量范圍在60～200sccm；工藝時間的范圍在3～10min。在掩膜開始收縮時，偏壓功率下降至100～400W；工藝時間的范圍在10～25min，其余參數不變。