[發明專利]制造藍寶石基底的方法及制造第III族氮化物半導體發光器件的方法

在審

• 申請號: 201510369433.9
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105225927A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 谷山嘉紀;松谷哲也
• 申請（專利權）人: 豐田合成株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00;H01L33/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

技術領域

本說明書的技術領域涉及在藍寶石晶片上形成精細浮凸結構(embossment)的用于制造藍寶石基底的方法，并且涉及用于制造第III族氮化物半導體發光器件的方法。

背景技術

在第III族氮化物半導體發光器件中所使用的藍寶石基底可以在其表面上具有精細浮凸結構，以將由第III族氮化物半導體發光層發射的光有效地提取到外部。

可以使用蝕刻技術來在藍寶石基底上形成精細浮凸結構。使用干法蝕刻和濕法蝕刻作為蝕刻。例如，日本公開特許公報(kokai)第2008-177528號描述了一種用以在基底上形成浮凸結構的技術，該技術通過使用氯基氣體或氟氣，并在形成被圖案化為在基底上的許多島(island)的形式的抗蝕劑掩模之后使用氬氣而實現(參照第21段)。

當對基底進行蝕刻時，抗蝕劑掩模也被蝕刻。當使用這樣的高反應性氣體時，抗蝕劑掩模的各個島有時被不對稱地去除。即，一個柱形的抗蝕劑島不是相對于其中心軸旋轉對稱的。此外，越靠近晶片的外圍，每個晶片的抗蝕劑島的形狀就變形越大。發明人推定原因如下。蝕刻氣體撞擊抗蝕劑掩模的表面，并使該表面帶電。然而，抗蝕劑的一部分(即，晶片的外圍)強帶電，而抗蝕劑的剩余部分(即，晶片的中心部分)沒有如此強帶電。在藍寶石晶片的表面上電荷分布是不對稱或者不均勻的。該不對稱的電荷在藍寶石晶片的表面附近產生不對稱的電場。由于電場的影響，抗蝕劑具有其中每單位面積的蝕刻氣體的撞擊量大的一些部分和其中每單位面積的蝕刻氣體的撞擊量小的另外的部分。因此，抗蝕劑形狀是不對稱的，并且在晶片的外邊緣部分附近這樣的趨勢顯著。

抗蝕劑的形狀影響最初被蝕刻的藍寶石晶片的蝕刻形狀。即，在抗蝕劑不對稱地變形的情況下，藍寶石晶片上的浮凸結構也不對稱地變形。當在具有這樣的變形的浮凸結構的藍寶石基底上形成半導體層的情況下，半導體層的結晶性不是很好。因此，在蝕刻藍寶石晶片之前，優選地形成合適形狀的抗蝕劑。

發明內容

已經構想了本發明的技術以解決前述技術問題。因此，本發明的目的為提供一種形成合適形狀的抗蝕劑和具有高精度的精細浮凸結構的制造藍寶石基底的方法，以及用于制造第III族氮化物半導體發光器件的方法。

在本發明的第一方面中，提供了一種用于制造藍寶石基底的方法，該方法包括如下步驟：通過光刻在藍寶石晶片的第一表面上形成第一抗蝕劑圖案；通過蝕刻第一抗蝕劑圖案形成第二抗蝕劑圖案；以及以第二抗蝕劑圖案作為掩模來蝕刻藍寶石晶片的第一表面。形成第二抗蝕劑圖案的步驟包括：在第一階段期間，通過向第一抗蝕劑圖案提供氯基氣體來蝕刻第一抗蝕劑圖案；在第二階段期間，向通過第一階段的蝕刻獲得的中間抗蝕劑圖案輻照被制成等離子體的稀有氣體；以及在第三階段期間，通過提供氯基氣體并且對中間抗蝕劑圖案進行蝕刻來形成第二抗蝕劑圖案。

在制造藍寶石基底的方法中，通過光刻形成具有平截頭體形狀的第一抗蝕劑圖案，以及通過蝕刻第一抗蝕劑圖案形成具有平截頭體形狀的第二抗蝕劑圖案。曝光和顯影之后的抗蝕劑的側表面通常幾乎垂直于藍寶石晶片的第一表面。因此，通過蝕刻抗蝕劑使抗蝕劑的側表面傾斜。在蝕刻抗蝕劑的過程中，以1μm的量級蝕刻抗蝕劑，并且在蝕刻抗蝕劑期間，在抗蝕劑上容易產生不均勻的電荷分布。在制造藍寶石基底的方法中，通過輻照等離子體使抗蝕劑靜電放電。因而，可以形成具有適合于蝕刻藍寶石晶片的形狀的抗蝕劑圖案。因為形成了具有高精度的抗蝕劑圖案，所以可以在藍寶石基底上形成具有高精度的精細浮凸結構。

本發明的第二方面涉及用于制造藍寶石基底的方法的特定實施方案，其中蝕刻第一抗蝕劑圖案和蝕刻中間抗蝕劑圖案是為了將第一抗蝕劑圖案的形狀布置成為第二抗蝕劑圖案的形狀，以及在將抗蝕劑圖案布置成第二抗蝕劑圖案期間，執行輻照等離子體。

本發明的第三方面涉及用于制造藍寶石基底的方法的特定實施方案，其中第一抗蝕劑圖案具有與藍寶石晶片的第一表面相交的第一表面；第二抗蝕劑圖案具有與藍寶石晶片的第一表面相交的第二表面；相交的第一表面與藍寶石晶片的第一表面之間的角度在75°至90°的范圍內；并且相交的第二表面與藍寶石晶片的第一表面之間的角度在45°至65°的范圍內。

本發明的第四方面涉及制造藍寶石基底的方法的特定實施方案，其中第一抗蝕劑圖案具有與藍寶石晶片的第一表面相交的第一表面；第二抗蝕劑圖案具有與藍寶石晶片的第一表面相交的第二表面；并且相交的第二表面與藍寶石晶片的第一表面之間的角度比相交的第一表面與藍寶石晶片的第一表面之間的角度小10°以上。