[發明專利]一種藍寶石襯底的刻蝕方法

有效

• 申請號: 201611046850.0
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN108091559B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 匡錫文
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01J37/32
• 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;羅瑞芝

本發明提供一種藍寶石襯底的刻蝕方法，包括先后進行的主刻蝕步驟和過刻蝕步驟，主刻蝕步驟包括工藝開始時的快速升溫階段，在快速升溫階段，將藍寶石襯底的背吹冷卻氣體壓力調整到設定壓力范圍內；同時將用于使藍寶石襯底產生偏壓的下電極功率調整到設定功率范圍內；以使藍寶石襯底的溫度能在設定時間范圍內從初始溫度上升到設定溫度范圍內；從而使藍寶石襯底的刻蝕選擇比能達到0.85以上。該藍寶石襯底的刻蝕方法，發現藍寶石襯底背吹冷卻氣體壓力和下電極功率在設定范圍內能夠使藍寶石襯底的溫度在較短時間內上升到使其刻蝕選擇比達到0.85以上的設定溫度范圍內，從而提高了刻蝕選擇比，進而提高了藍寶石襯底的刻蝕高度及刻蝕形貌。

技術領域

本發明涉及磁控濺射技術領域，具體地，涉及一種藍寶石襯底的刻蝕方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)是一種新型的半導體材料，具有高效率、低功耗、長壽命等優點，被廣泛應用于LED領域。高純度的氮化鎵晶體價格昂貴并且難以制備，通常采用藍寶石作為生長GaN薄膜的襯底材料。藍寶石與GaN之間存在晶格失配(失配率約為16％)和熱應力失配，在藍寶石上直接生長氮化鎵會造成晶格缺陷，進而降低LED的發光性能。一種提高LED出光效率的方法就是圖形化藍寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate，簡稱PSS)。圖形化藍寶石襯底是指在藍寶石平面襯底上制備出周期性的微米或者納米級的圖形化結構。圖形化的藍寶石襯底不僅能減少氮化鎵(GaN)外延生長過程中的位錯密度，提高內量子效率，而且還能改變光的輸出路徑，提高了光取出效率。據文獻報道，圖形化藍寶石襯底能夠提高30％的發光效率。

目前PSS刻蝕的最常用方法的是干法刻蝕(Dry Etch)。干法刻蝕是指利用外加電場將刻蝕氣體(BCl₃)電離成等離子體，然后對藍寶石及光刻膠(PR)進行物理或者化學反應。反映刻蝕的主要因素有刻蝕速率、刻蝕選擇比(Selectivity,簡稱Sel)。刻蝕速率是指單位時間內刻蝕藍寶石的高度，刻蝕選擇比是指藍寶石的刻蝕速率與光刻膠刻蝕速率的比值。刻蝕選擇比的大小能夠在一定程度上決定PSS刻蝕高度及刻蝕形貌，通常刻蝕選擇比越高，刻蝕高度越高且形貌越好。

目前調節刻蝕選擇比的方法有增加激發形成等離子體的上電極功率、降低在藍寶石襯底上產生偏壓的下電極功率、增加工藝氣體(BCl₃)的流量、增加吸附藍寶石襯底的靜電卡盤溫度等。但通過這些方法都只能將刻蝕選擇比調整到0.78左右，刻蝕選擇比總體來說還是比較低。到目前為止，還未發現能夠進一步提高刻蝕選擇比的更好的方法。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述技術問題，提供一種藍寶石襯底的刻蝕方法。該藍寶石襯底的刻蝕方法通過對藍寶石襯底刻蝕過程中的背吹冷卻氣體壓力及下電極功率的工藝參數進行開發設計，發現藍寶石襯底背吹冷卻氣體壓力和下電極功率在設定范圍內能夠使藍寶石襯底的溫度在較短時間內上升到使其刻蝕選擇比達到0.85以上的設定溫度范圍內，從而提高了刻蝕選擇比，進而提高了藍寶石襯底的刻蝕高度及刻蝕形貌，最終使采用該藍寶石襯底的LED器件的發光效率大幅提高。

本發明提供一種藍寶石襯底的刻蝕方法，包括先后進行的主刻蝕步驟和過刻蝕步驟，其特征在于，所述主刻蝕步驟包括工藝開始時的快速升溫階段，在所述快速升溫階段，將所述藍寶石襯底的背吹冷卻氣體壓力調整到設定壓力范圍內；同時將用于使所述藍寶石襯底產生偏壓的下電極功率調整到設定功率范圍內；以使所述藍寶石襯底的溫度能在設定時間范圍內從初始溫度上升到設定溫度范圍內；從而使所述藍寶石襯底的刻蝕選擇比能達到0.85以上。

優選地，所述設定壓力范圍為：2～3T。

優選地，所述設定功率范圍為：500～700W。

優選地，所述設定溫度范圍為：91～102℃。

優選地，所述設定時間范圍為：30s～2min。

優選地，所述初始溫度的范圍為：20～30℃。