刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de, LED)是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件，具有效率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，目前常用的半導(dǎo)體材料的氮化鎵(GaN)。
[0003]目前，藍(lán)寶石被廣泛用于氮化鎵薄膜的襯底材料。為了提高LED光取出效率，可以采用圖形化藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate, PSS)。圖形化藍(lán)寶石襯底是指在藍(lán)寶石平面襯底上制備出周期性的微米或者納米級(jí)的圖形化結(jié)構(gòu)。圖形化的界面不僅能減少GaN外延過程中的位錯(cuò)密度，提高內(nèi)量子效率，而且還能改變光的輸出路徑，提高光取出效率，使得襯底上生長(zhǎng)的LED的發(fā)光性能得到提高。
[0004]根據(jù)藍(lán)寶石的圖形尺寸可以分為:微米級(jí)藍(lán)寶石圖形化襯底(PSS)和納米級(jí)藍(lán)寶石圖形化襯底(NPSS)。納米級(jí)的圖形比微米級(jí)形貌更小，能夠更有效地減少出射光在芯片內(nèi)部的全反射。此外，納米級(jí)圖形化襯底還具有光子晶體的禁帶效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)能夠使得有源區(qū)發(fā)射出來的光子能夠垂直出射到LED表面，提高LED的光取出效率。要想獲得納米尺寸的藍(lán)寶石圖形化襯底，這就要求相應(yīng)的刻蝕工藝足夠精細(xì)，并且可調(diào)試窗口較大，這樣才能夠滿足生產(chǎn)的各種需求。
[0005]目前常用的NPSS工藝包括主刻蝕步驟和過刻蝕步驟:在主刻蝕步驟中，采用高壓力、高流量的氯化硼在較低的功率下對(duì)光刻膠進(jìn)行轟擊修飾，此時(shí)光刻膠的形貌為梯形，接著用等離子繼續(xù)轟擊，得到了具有合適的拐角高度并且含少量光刻膠的圖形。在過刻蝕步驟中，采用低流量、低壓力的氯化硼，在高功率條件下對(duì)剩余的光刻膠進(jìn)行轟擊，然后對(duì)形貌進(jìn)行修飾，根據(jù)實(shí)際需要可以分多步刻蝕。
[0006]但是這種刻蝕方法在刻蝕過程中的選擇比較低，即使通過調(diào)節(jié)壓力、流量等工藝參數(shù)，選擇比的可控幅度也比較小，難以滿足生產(chǎn)中各種尺寸的需求；此外，刻蝕速率也比較慢，工藝時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)形貌的修飾能力也比較有限。在實(shí)際過程中，通過增加刻蝕時(shí)間來實(shí)現(xiàn)對(duì)刻蝕形貌的修飾、工藝的調(diào)節(jié)窗口有限。如果刻蝕時(shí)間過短則側(cè)壁不夠直，形貌表現(xiàn)為修飾不足，電鏡掃描結(jié)果如圖1所示；若時(shí)間過長(zhǎng)則刻蝕高度偏低，電鏡掃描結(jié)果如圖2所
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種刻蝕方法，以提高圖形化襯底的刻蝕速率。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種刻蝕方法，包括以下步驟:
[0009]S1、在待刻蝕的襯底上形成圖形化的掩膜層；
[0010]S2、向工藝腔室內(nèi)通入包括氯基氣體和氟基氣體的第一刻蝕氣體，利用所述第一刻蝕氣體形成的等離子體對(duì)形成有所述掩膜層的襯底進(jìn)行主刻蝕。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述氯基氣體包括氯化硼。
[0012]優(yōu)選地，所述氟基氣體包括二氟甲烷、三氟甲烷、四氟甲烷中的任意一種或多種的混合。
[0013]優(yōu)選地，在所述步驟S2中，通入所述第一刻蝕氣體的同時(shí)，向所述工藝腔室內(nèi)通入IS氣。
[0014]優(yōu)選地，在所述步驟S2中，所述氯基氣體包括氯化硼，所述氯化硼的氣體流量在[40sCCm，leOsccm]范圍內(nèi)，所述氟基氣體包括三氟甲烷，所述三氟甲烷的氣體流量在(Osccm, 20sccm]范圍內(nèi)，所述IS氣的氣體流量在(Osccm, 20sccm]范圍內(nèi)，工藝時(shí)間在(Omin, 20min]范圍內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，所述掩膜層由光刻膠制成，所述刻蝕方法還包括在所述步驟SI和所述步驟S2之間進(jìn)行的以下步驟:
[0016]S15、向所述工藝腔室內(nèi)通入氬氣，利用氬氣形成的等離子體對(duì)所述掩膜層進(jìn)行預(yù)處理。
[0017]優(yōu)選地，在所述步驟S15中,所述氧氣的氣體流量在[40sccm,60sccm]范圍內(nèi)，工藝時(shí)間在(Omin, 3min]范圍內(nèi)。
[0018]優(yōu)選地，在所述步驟S15中，用于激發(fā)產(chǎn)生等離子的激勵(lì)功率在[300W，500W]范圍內(nèi)，工藝腔室內(nèi)的氣壓在[10mT，10mT]范圍內(nèi)。
[0019]優(yōu)選地，所述刻蝕方法還包括在所述步驟S2之后進(jìn)行的以下步驟:
[0020]S3、向所述工藝腔室內(nèi)通入包括氯基氣體的第二刻蝕氣體，利用所述第二刻蝕氣體形成的等離子體對(duì)完成主刻蝕的襯底進(jìn)行過刻蝕。
[0021]優(yōu)選地，在所述步驟S3中，所述氯基氣體包括氯化硼，所述氯化硼的氣體流量在[40sccm, 160sccm)范圍內(nèi)，工藝時(shí)間在(Omin, 20min]范圍內(nèi)；且
[0022]所述步驟S3中氯化硼的氣體流量小于所述步驟S2中氯化硼的氣體流量。
[0023]優(yōu)選地，在所述步驟S3中，工藝腔室內(nèi)的氣壓在[1.5mT,5mT)范圍內(nèi)，在所述步驟S2中，工藝腔室內(nèi)的氣壓在(1.5mT，5mT]范圍內(nèi)；且
[0024]步驟S3中工藝腔室的氣壓小于步驟S2中的工藝腔室的氣壓。
[0025]優(yōu)選地，在所述步驟S3中，用于激發(fā)產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)功率在[1400W，2400W]范圍內(nèi)，用于產(chǎn)生偏置電壓的偏置功率在[500W，700W]范圍內(nèi)；所述步驟S2中，用于激發(fā)產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)功率在[1400W，2400W]范圍內(nèi)，用于產(chǎn)生偏置電壓的偏置功率在(0W，500W)范圍內(nèi)。
[0026]在本發(fā)明中，對(duì)形成有所述掩膜層的襯底進(jìn)行主刻蝕時(shí)，采用的第一刻蝕氣體包括氟基氣體和氯基氣體，所述氟基氣體包括氯化硼，氯化硼對(duì)襯底的刻蝕速率大于氯基氣體對(duì)襯底的刻蝕速率，因此，氟基氣體的通入可以提高刻蝕速度；并且通入第一刻蝕氣體的同時(shí)通入氬氣，氬氣等離子體可以使得氯化硼等離子體中的C-H鍵發(fā)生斷裂氧化，產(chǎn)生更多的三氟甲基自由基，從而形成更多的鏈狀有機(jī)聚合物，保護(hù)掩膜層，進(jìn)而提高刻蝕選擇t匕，同時(shí)，兩種氣體的共同作用可以使得工藝具有較大的調(diào)試窗口以滿足不同的生產(chǎn)需要。另外，在主刻蝕之前，通入氬氣對(duì)掩膜層進(jìn)行預(yù)處理，使得光刻膠中的C-H、C-C鍵發(fā)生斷裂氧化，進(jìn)一步提聞了刻蝕速率。
【附圖說明】
[0027]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0028]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕方法的結(jié)果示意圖；
[0029]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕方法的另一結(jié)果示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明所提供的刻蝕方法流程示意圖；
[0031]圖4是本發(fā)明的第一種實(shí)施方式所提供的刻蝕方法的電鏡掃描結(jié)果示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明的第二種實(shí)施方式所提供的刻蝕方法的電鏡掃描結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明提供一種刻蝕方法，如圖3所示，包括以下步驟:
[0035]S1、在待刻蝕的襯底上形成圖形化的掩膜層；
[0036]S2、向工藝腔室內(nèi)通入包括氯基氣體和氟基氣體的第一刻蝕氣體，利用所述第一刻蝕氣體形成的等離子體對(duì)形成有所述掩膜層的襯底進(jìn)行主刻蝕。
[0037]本發(fā)明中的襯底可以為藍(lán)寶石襯底，所述掩膜層可以為光刻膠層，光刻膠層可以沉積在所述藍(lán)寶石襯底上，通過掩膜板對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，從而在所述光刻膠層上形成所需圖形。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在對(duì)形成有所述掩膜層的襯底進(jìn)行主刻蝕時(shí)，通入包括氯基氣體和氟基氣體的第一刻蝕氣體，由于氟基氣體產(chǎn)生的等離子體對(duì)襯底和掩膜層的刻蝕速率大于氯基氣體對(duì)襯底和掩膜層的刻蝕速率，而氯基氣體控制圖形形貌能力較好，因此通入氟基氣體可以提高對(duì)襯底的刻蝕速率，通過工藝參數(shù)(如工藝腔室的壓力、激勵(lì)功率和偏置功率)的調(diào)節(jié)，以改變氯基氣體和氟基氣體形成的等離子體的刻蝕速率和刻蝕方向，從而在控制刻蝕圖形的形貌，因而，氯基氣體和氟基氣體的共同作用可以在保證刻蝕圖形形貌的同時(shí)提高刻蝕速率。
[0039]作為本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，所述氯基氣體包括氯化硼(BCl3)，所述氟基氣體包括二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)、四氟甲烷(CF4)中的任意一種或多種的混合。所述氟基氣體形成的等離子體中的氟離子可以和襯底(藍(lán)寶石襯底的主要成分為Al2O3)反應(yīng)，以提高對(duì)襯底的刻蝕速率。
[0040]進(jìn)一步地，在步驟S2中，向工藝腔室內(nèi)通入氟基氣體和氯基氣體的同時(shí)，還可以向所述工藝腔室內(nèi)通入氬氣。氬氣形成的等離子體可以和所述掩膜層(光刻膠層)的C-H、C-C鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生新的自由基，從而提高對(duì)掩膜層的刻蝕速率。
[0041]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟S2中，向工藝腔室內(nèi)通入的氯氣氣體包括氯化硼，所述氟基氣體包括三氟甲烷(chf3)。具體地，所述氯化硼的氣體流量為在(40sccm, 160sccm]范圍內(nèi)，所述三氟甲燒的氣體流量在(Osccm, 20sccm]范圍內(nèi)，所述IS氣的氣體流量在(Osccm, 20sccm]范圍內(nèi)，所述第一刻蝕氣體和所述IS氣的通工藝時(shí)間小于或等于20min，用于激發(fā)產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)功率在[1400W，2400W]范圍內(nèi)，用于產(chǎn)生偏置電壓的偏置功率在(0W，500W)范圍內(nèi)，工藝腔室內(nèi)的氣壓(1.5mT，5mT]范圍內(nèi)。
[0042]三氟甲烷可以提高刻蝕速率，氬氣形成的等離子體可以使三氟甲烷中C-H鍵發(fā)生斷裂氧化，產(chǎn)生更多三氟甲基(CF3)自由基，從而形成更多的鏈狀有機(jī)聚合物，保護(hù)掩膜層，從而提高刻蝕