[發(fā)明專利]一種刻蝕方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410413794.4
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN105355538A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張君;劉利堅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種刻蝕方法。

背景技術(shù)

圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS，PatternedSapphireSubstrate)技術(shù)是目前普遍采用的一種提高氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管器件出光效率的方法。該方法是在藍(lán)寶石襯底上生長出干法刻蝕用掩膜，然后用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝將所述掩膜制作出圖形，之后利用ICP(InductivelyCoupledPlasma)刻蝕技術(shù)刻蝕藍(lán)寶石襯底，并去掉掩膜，再在其上生長氮化鎵材料，使氮化鎵材料的縱向外延變?yōu)闄M向外延。

該方法可以有效減少氮化鎵外延材料的位錯密度，從而減小有源區(qū)的非輻射復(fù)合，減小了反向漏電流，提高了發(fā)光二極管的壽命。有源區(qū)發(fā)出的光，經(jīng)由氮化鎵和藍(lán)寶石襯底界面多次散射，改變了全反射光的出射角(使小于全反射臨界角)，從而提高了光的提取率。綜合這兩方面的原因，市場上很多生產(chǎn)廠家采用圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)。

圖形化藍(lán)寶石襯底的形貌和高度會對出光效果產(chǎn)生影響，目前，三角形圖案的圖形化藍(lán)寶石襯底以優(yōu)越的出光效率被越來越多的廠家所采用。為了增強(qiáng)出光效果，圖形化藍(lán)寶石襯底在滿足三角形形貌的同時，也需要滿足一定的刻蝕高度，以及追求更高的生產(chǎn)產(chǎn)能。

目前普遍采用三氯化硼(BCl₃)氣體作為刻蝕氣體，分兩步進(jìn)行刻蝕。第一步是主刻蝕步驟(ME)，主要用來控制刻蝕速率以及調(diào)節(jié)刻蝕選擇比，第二步是過刻蝕步驟(OE)，用來修飾圖形化藍(lán)寶石襯底的形貌。

圖1表示了現(xiàn)有刻蝕過程中的微觀圖像，刻蝕過程中的參數(shù)如表1所示：

表1

由于掩膜(PR)的耐刻性不足，通常需要提高掩膜的高度來滿足藍(lán)寶石襯底刻蝕后的高度，在圖1中掩膜的初始高度h約為2.6μm。掩膜的高度越高，在曝光時越容易使掩膜側(cè)視投影中的頂寬尺寸(圖1中w₁)與底寬尺寸(圖1中w₂)之間產(chǎn)生較大的差距。例如在圖1中，掩膜的下底寬w₂約為2.2左右，而曝光后掩膜的上底寬w₁約為1.7μm左右，頂寬與底寬的差值在0.5μm左右。

在刻蝕過程中，由于掩膜存在頂寬尺寸小、底寬尺寸大的情況，會使藍(lán)寶石襯底的形貌在刻蝕過程中出現(xiàn)拐點，如圖1中字母a所示。拐點形成后，不得不增加過刻蝕步驟的時間來修飾藍(lán)寶石襯底的形貌，使其成為滿足要求的三角形。

圖1中過刻蝕步驟的時間在15-22min，由于過刻蝕步驟的時間較長，導(dǎo)致目前刻蝕圖形化藍(lán)寶石襯底的整體工藝時間在40-50min，工藝時間較長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種刻蝕方法，以減少圖形化藍(lán)寶石襯底工藝中過刻蝕步驟的時間，提高生產(chǎn)效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種刻蝕方法，用于刻蝕藍(lán)寶石襯底，所述方法包括以下步驟：

S1、在所述藍(lán)寶石襯底上設(shè)置具有預(yù)定高度的掩膜層；

S2、對所述掩膜層進(jìn)行圖形化處理，得到具有所需圖形的掩膜；

S3、對所述掩膜進(jìn)行預(yù)處理，使得所述藍(lán)寶石襯底與預(yù)處理后的掩膜之間的刻蝕選擇比大于或等于預(yù)定值，且小于1。

優(yōu)選地，所述預(yù)定高度為2.0-2.3μm。

優(yōu)選地，所述預(yù)定值為0.8。

優(yōu)選地，所述預(yù)處理包括對所述掩膜進(jìn)行硬烘，其中，硬烘的溫度為100-200℃，硬烘的時間為2-3min。

優(yōu)選地，預(yù)處理后的掩膜的頂面為圓弧面。

優(yōu)選地，預(yù)處理后的掩膜的側(cè)視投影中頂寬與底寬的差值小于0.3μm。

優(yōu)選地，所述刻蝕方法還包括：

S4、對所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行主刻蝕；

S5、對主刻蝕后的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行過刻蝕。

優(yōu)選地，所述主刻蝕過程中，工藝腔內(nèi)的氣壓為2-3mTorr。

優(yōu)選地，所述主刻蝕過程中，刻蝕氣體的流量為60-100sccm。

優(yōu)選地，所述主刻蝕過程中，上電極射頻功率為1500-1600W。

優(yōu)選地，所述主刻蝕的時間為1200-1500s。

優(yōu)選地，所述過刻蝕的時間為400-500s。

本發(fā)明通過調(diào)整掩膜的高度，同時提高掩膜的耐刻性，能夠較大程度地減少過刻蝕步驟所需的時間，從而降低了刻蝕圖形化藍(lán)寶石襯底的整體工藝時間，提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明