一種pss圖形化襯底刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種PSS圖形化襯底刻蝕方法，包括，提供襯底，并在襯底上制作具有所需圖形的掩膜；按照主刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；按照過(guò)刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；結(jié)束刻蝕；其中，所述主刻蝕過(guò)程包括N個(gè)刻蝕子過(guò)程，對(duì)于相鄰的兩個(gè)刻蝕子過(guò)程，后一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率高于前一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率，N為大于或等于3的整數(shù)。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS刻蝕方法，抑制了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)降低下電極功率的方法造成PSS圖形底寬的大量增加以及造成生產(chǎn)效率下降的問(wèn)題，且在有效抑制底寬的同時(shí)提高整個(gè)主刻蝕過(guò)程的選擇比，改善了PSS刻蝕工藝，提高了GaN外延的生長(zhǎng)質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】一種PSS圖形化襯底刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體技術(shù)，特別涉及一種PSS圖形化襯底刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著GaN基發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)技術(shù)的不斷進(jìn)步,特別是藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出黃光混合成白光技術(shù)的成熟，使得日常照明可以通過(guò)低成本、高壽命的方式實(shí)現(xiàn)。各國(guó)政府紛紛提出了固體照明革命計(jì)劃，極大促進(jìn)了 LED技術(shù)飛速發(fā)展。GaN基LED以其壽命長(zhǎng)、耐沖擊、抗震、高效節(jié)能等優(yōu)異特性在圖像顯示、信號(hào)指示、照明以及基礎(chǔ)研究等方面有著極為廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]由于GaN單晶制備比較困難，通常GaN基LED器件都是制備在藍(lán)寶石襯底上的。通過(guò)藍(lán)寶石襯底來(lái)生長(zhǎng)GaN外延存在兩個(gè)問(wèn)題:首先，藍(lán)寶石具有很高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，刻蝕難度較大；其次，GaN和藍(lán)寶石之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數(shù)的差別，使得在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜位錯(cuò)和缺陷密度較大，也影響了器件的發(fā)光效率和壽命。此外，目前波長(zhǎng)460nm的GaN基LED內(nèi)量子效率已達(dá)到70%以上，AlGaN紫外光(UV)的GaN基LED的內(nèi)量子效率已高達(dá)80%以上，除了內(nèi)量子效率，還需要進(jìn)一步提高GaN基LED的外量子效率。目前，生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的GaN基LED的提取效率相對(duì)較低，需要進(jìn)一步提高GaN基LED的提取效率，來(lái)提高GaN基LED的外量子效率。
[0004]為了克服上述在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN外延的問(wèn)題，并進(jìn)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(shù)來(lái)完成藍(lán)寶石襯底上的GaN外延材料的制備。在PSS技術(shù)中，首先在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)干法刻蝕用掩膜，然后用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝將掩膜刻出圖形，之后，利用ICP刻蝕技術(shù)刻蝕藍(lán)寶石，并去掉掩膜，再在其上生長(zhǎng)GaN材料，使GaN材料的縱向外延變?yōu)闄M向外延。PSS技術(shù)可以有效減少GaN外延材料的位錯(cuò)密度，從而減小了有源區(qū)的非輻射復(fù)合，減小了反向漏電流，提高了 LED的壽命。有源區(qū)發(fā)出的光，經(jīng)由GaN和藍(lán)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(lán)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(zhǎng)的LED的出射光亮度比傳統(tǒng)的LED提高了 63%，同時(shí)反向漏電流減小，LED的壽命也得到了延長(zhǎng)。
[0005]下面，對(duì)PSS工藝過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。目前PSS工藝可包括如下步驟:首先，使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝將掩膜刻出圖形，請(qǐng)參閱圖1，其示出了光刻工藝后的PSS膜層結(jié)構(gòu)示意圖，其中，上層11為光刻之后呈現(xiàn)為圓柱形的掩膜，下層12為藍(lán)寶石襯底，藍(lán)寶石襯底的光阻厚度為1200nnT3000nm。掩膜的圖形周期大約為2500nnT4000nm。接下來(lái)，利用ICP刻蝕技術(shù)刻蝕藍(lán)寶石，并去掉掩膜。具體的，ICP刻蝕包括，步驟SI，測(cè)量原膠，計(jì)算刻蝕時(shí)間；步驟S2，按照主刻蝕(ME)過(guò)程進(jìn)行刻蝕；步驟S3，按照過(guò)刻蝕(OE)過(guò)程進(jìn)行刻蝕；步驟S4，結(jié)束刻蝕。其中，在主刻蝕過(guò)程中，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(duì)刻蝕選擇比進(jìn)行調(diào)節(jié)；在過(guò)刻蝕過(guò)程中，相對(duì)于主刻蝕過(guò)程，采用較小流量的刻蝕氣體以及較高的射頻功率，對(duì)PSS圖形的形貌(profile)進(jìn)行修飾。其中，PSS圖形的高度和底寬由主刻蝕步驟的刻蝕結(jié)果確定，過(guò)刻蝕步驟對(duì)PSS圖形的高度和底寬影響不大。請(qǐng)參閱圖2，示出了一種刻蝕后的PSS圖形襯底片的形貌圖。如圖2所示，PSS圖形為類圓錐形，圖形高度約為1.5微米左右。
[0006]目前市面上最常見(jiàn)的PSS圖形片為2:1周期圖形片，即光刻膠底寬:光刻膠間距為2:1。為提高外延GaN薄膜的晶體質(zhì)量，一方面需要保持側(cè)壁刻蝕的光滑平整；另一方面，刻蝕后圖形的間距不能過(guò)小，一般來(lái)說(shuō)，高度越高，圖形間距越大，越利于外延生長(zhǎng)，這就需要對(duì)選擇比和刻蝕底寬同時(shí)進(jìn)行控制。
[0007]在主刻蝕步驟中，通常會(huì)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(shù)中通常通過(guò)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；并且，降低下電極功率會(huì)帶來(lái)刻蝕速率的下降，在大批量生產(chǎn)中會(huì)造成生產(chǎn)效率的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種PSS圖形化襯底刻蝕方法旨在至少解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，即用于解決現(xiàn)有技術(shù)的PSS刻蝕中通過(guò)降低下電極功率來(lái)提高刻蝕比的方法所造成的PSS圖形底寬的大量增加以及由此造成生產(chǎn)效率下降的問(wèn)題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種PSS圖形化襯底刻蝕方法，包括:
[0010]提供襯底，并在襯底上制作具有所需圖形的掩膜；
[0011 ] 按照主刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；
[0012]按照過(guò)刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；
[0013]結(jié)束刻蝕；
[0014]其中，所述主刻蝕過(guò)程包括N個(gè)刻蝕子過(guò)程，對(duì)于相鄰的兩個(gè)刻蝕子過(guò)程，后一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率高于前一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率，N為大于或等于3的整數(shù)。
[0015]優(yōu)選地，所述N小于或等于100。
[0016]優(yōu)選地，所述N小于或等于10。
[0017]優(yōu)選地，各個(gè)刻蝕子過(guò)程所占用的工藝時(shí)間是根據(jù)各個(gè)刻蝕子過(guò)程所使用的下電極射頻功率確定的。
[0018]優(yōu)選地，N為3，所述N個(gè)刻蝕子過(guò)程分別為第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程。
[0019]優(yōu)選地，所述第一刻蝕子過(guò)程的工藝時(shí)間占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的20?40%，所述第二刻蝕子過(guò)程的工藝時(shí)間占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的40?70%，所述第三刻蝕子過(guò)程占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的10?20%。
[0020]優(yōu)選地，所述第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程所占用的工藝時(shí)間的比例為3:4:1。
[0021 ] 優(yōu)選地，在每一單個(gè)刻蝕子過(guò)程中，其采用的下電極射頻功率是恒定的。
[0022]優(yōu)選地，在每一單個(gè)刻蝕子過(guò)程中，其采用的下電極射頻功率逐漸增加。
[0023]優(yōu)選地，所述下電極射頻功率在逐漸增加時(shí)的變化率為O?100W/min。[0024]優(yōu)選地，所述下電極射頻功率在逐漸增加時(shí)的變化率為O?20W/min。
[0025]優(yōu)選地，所述下電極射頻功率的范圍是80?700W。
[0026]優(yōu)選地，所述下電極射頻功率的范圍是80?400W。
[0027]優(yōu)選地，在所述N個(gè)刻蝕子過(guò)程中，所采用的氣壓范圍是2?30mT，
[0028]所采用的上電極射頻功率范圍是1000?3000W，所采用的刻蝕氣體流量范圍是50 ?150sccm。
[0029]優(yōu)選地，所述氣壓范圍是2-10mT，所述上電極射頻功率范圍是1600?2500W，所述刻蝕氣體流量范圍是50?120sccm。
[0030]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0031]在本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS刻蝕方法中，主刻蝕過(guò)程至少包括三個(gè)不同的刻蝕子過(guò)程，各個(gè)刻蝕子過(guò)程中采用的下電極射頻功率逐漸增大，其中，在主刻蝕過(guò)程的初始階段，由于刻蝕對(duì)PSS圖形的展寬影響不大，因此可以較大程度的降低下電極射頻功率，獲得較高的選擇比，從而獲得較高的PSS圖形高度；在主刻蝕過(guò)程的中間階段，采用比初始階段稍高的下電極射頻功率，獲得高的選擇比；在主刻蝕過(guò)程的最后階段，PSS圖形展寬較為明顯，需要對(duì)PSS圖形展寬進(jìn)行控制，此時(shí)采用較高的下電極射頻功率，起到控制底寬的作用。在主刻蝕過(guò)程的初始階段和最后階段分別采用較現(xiàn)有技術(shù)更低和更高的下電極射頻功率，其中最后階段采用的較高功率可以有效抑制底寬，同時(shí)，初始階段采用的較低功率可以有效彌補(bǔ)最后階段的高功率對(duì)提高選擇比的不利影響，從而提高整個(gè)主刻蝕過(guò)程的選擇t匕。因此，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS刻蝕方法，在有效抑制底寬的同時(shí)提高整個(gè)主刻蝕過(guò)程的選擇比，改善了 PSS刻蝕工藝，提高了 GaN外延的生長(zhǎng)質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光刻工藝后的PSS膜層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕后的PSS圖形襯底片的形貌圖；
[0034]圖3A為主刻蝕過(guò)程中選擇比的變化曲線圖；
[0035]圖3B為主刻蝕過(guò)程中PSS圖形底寬的變化曲線圖；
[0036]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS圖形化襯底刻蝕方法的流程示意圖；
[0037]圖5A為現(xiàn)有技術(shù)中主刻蝕過(guò)程中的下電極射頻功率的變化曲線；
[0038]圖5B為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種下電極射頻功率的變化曲線；
[0039]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種下電極射頻功率的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS圖形化襯底刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0041]為了抑制PSS工藝中PSS圖形底寬的展寬，本發(fā)明實(shí)施例中提供了一組選擇比和底寬在刻蝕過(guò)程中的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以該實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種PSS圖形化襯底刻蝕方法。請(qǐng)參閱圖3A，其示出了在主刻蝕過(guò)程中選擇比的變化曲線圖，在圖3A中，選擇比變化呈現(xiàn)先升高后降低，類似拋物線的規(guī)律，其中，選擇比從增加到減小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在主刻蝕過(guò)程的第10min-15min之間。請(qǐng)參閱圖3B，其示出了主刻蝕過(guò)程中PSS圖形底寬的變化曲線圖，在圖3B中，在主刻蝕過(guò)程的前10min，PSS圖形底寬的增加幅度較小，在第10min-25min之間，圖形底寬的增加幅度較大，即PSS圖形底寬的增加主要發(fā)生在主刻蝕過(guò)程的后半階段。
[0042]基于上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，本發(fā)明的核心構(gòu)思在于在主刻蝕的不同階段采用不同的下電極射頻功率，其中在主刻蝕的初始階段采用較低的下電極射頻功率，最大程度上提高選擇t匕，盡可能多的保留光刻膠，在主刻蝕的中間階段采用比初始階段稍高的下電極射頻功率，獲得高的選擇比，而在主刻蝕的最后階段較短的時(shí)間選擇較高的下電極射頻功率，從而控制底寬，通過(guò)這種方法，抑制PSS圖形底寬的大量增加，并改善由于抑制底寬增加造成的刻蝕速率下降的問(wèn)題，從而改善了 PSS圖形的工藝效果，為后續(xù)GaN外延生長(zhǎng)工藝提供良好的窗P。
[0043]請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明實(shí)施例提供的PSS圖形化襯底刻蝕方法的流程示意圖，該方法包括如下步驟:
[0044]步驟S101，提供襯底，并在襯底上制作具有所需圖形的掩膜；
[0045]步驟S102，按照主刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；其中，所述主刻蝕過(guò)程包括N個(gè)刻蝕子過(guò)程，對(duì)于相鄰的兩個(gè)刻蝕子過(guò)程，后一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率高于前一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率，N為大于或等于3的整數(shù)；
[0046]步驟S103，按照過(guò)刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；
[0047]步驟S104，結(jié)束刻蝕。
[0048]在步驟S102中，N為小于或等于100的整數(shù)，優(yōu)選的，N為小于或等于10的整數(shù)。各個(gè)刻蝕子過(guò)程所占用的工藝時(shí)間是根據(jù)各個(gè)刻蝕子過(guò)程所使用的下電極射頻功率確定的。
[0049]下面以N=3為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)N=3時(shí)，主刻蝕過(guò)程包括3個(gè)刻蝕子過(guò)程，分別是第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程。請(qǐng)參閱圖5A和圖5B，分別示出了現(xiàn)有技術(shù)和本示例中主刻蝕過(guò)程中的下電極射頻功率的變化曲線,如圖5A所示，現(xiàn)有技術(shù)中主刻蝕過(guò)程采用的下電極射頻功率為200W，如圖5B所示，在本示例的主刻蝕過(guò)程中，3個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率分別為100W、200W和400W。在第一刻蝕子過(guò)程中，采用比常用的下電極射頻功率更小的功率，可以最大程度上提高選擇比，盡可能多的保留光刻膠，在主刻蝕的中間階段即第二刻蝕子過(guò)程中，采用常用的較低的下電極射頻功率，可以獲得高的選擇比，而在主刻蝕的最后階段較短的時(shí)間即第三刻蝕子過(guò)程中，選擇較高的下電極射頻功率，可以有效控制底寬。
[0050]根據(jù)預(yù)定的PSS圖形高度和掩膜高度、以及各個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率，可以獲得各個(gè)刻蝕子過(guò)程的工藝時(shí)間。以第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率分別為100W、200W和400W為例，在PR(光刻膠)刻蝕前高度為2500nm、PSS刻蝕的目標(biāo)高度為1500nm的情況下，且在三個(gè)刻蝕子過(guò)程中由于采用不同的下電極射頻功率，所對(duì)應(yīng)的光刻膠刻蝕速率(PR ER),PSS圖形刻蝕速率(PSS ER)、以及選擇比(Sel)也不相同，具體如
[0051]表I所示:
[0052]表I下電極射頻功率與刻蝕速率、及選擇比的對(duì)照表
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種PSS圖形化襯底刻蝕方法，該方法包括:其特征在于， 提供襯底，并在襯底上制作具有所需圖形的掩膜； 按照主刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕； 按照過(guò)刻蝕過(guò)程對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕； 結(jié)束刻蝕； 其中，所述主刻蝕過(guò)程包括N個(gè)刻蝕子過(guò)程，對(duì)于相鄰的兩個(gè)刻蝕子過(guò)程，后一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率高于前一個(gè)刻蝕子過(guò)程所采用的下電極射頻功率，N為大于或等于3的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，N為3，所述N個(gè)刻蝕子過(guò)程分別為第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程。
3.如權(quán)利要求2所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述第一刻蝕子過(guò)程的工藝時(shí)間占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的20?40%，所述第二刻蝕子過(guò)程的工藝時(shí)間占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的40?70%，所述第三刻蝕子過(guò)程占整個(gè)主刻蝕工藝時(shí)間的10?20%。
4.如權(quán)利要求2所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述第一刻蝕子過(guò)程、第二刻蝕子過(guò)程、以及第三刻蝕子過(guò)程所占用的工藝時(shí)間的比例為3:4:1。
5.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述N小于或等于100。
6.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述N小于或等于10。
7.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，各個(gè)刻蝕子過(guò)程所占用的工藝時(shí)間是根據(jù)各個(gè)刻蝕子過(guò)程所使用的下電極射頻功率確定的。
8.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，在每一單個(gè)刻蝕子過(guò)程中，其采用的下電極射頻功率是恒定的。
9.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，在每一單個(gè)刻蝕子過(guò)程中，其采用的下電極射頻功率逐漸增加。
10.如權(quán)利要求9所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述下電極射頻功率在逐漸增加時(shí)的變化率為O?100W/min。
11.如權(quán)利要求9所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述下電極射頻功率在逐漸增加時(shí)的變化率為O?20W/min。
12.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述下電極射頻功率的范圍是80 ?700W。
13.如權(quán)利要求12所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述下電極射頻功率的范圍是80 ?400W。
14.如權(quán)利要求1所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，在所述N個(gè)刻蝕子過(guò)程中，所采用的氣壓范圍是2?30mT，所采用的上電極射頻功率范圍是1000?3000W，所采用的刻蝕氣體流量范圍是50?150sccm。
15.如權(quán)利要求14所述的PSS刻蝕方法，其特征在于，所述氣壓范圍是2-10mT，所述上電極射頻功率范圍是1600?2500W，所述刻蝕氣體流量范圍是50?120sccm。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103887375SQ201210562272
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】劉海鷹 申請(qǐng)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