一种PSS图形化衬底刻蚀方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种PSS图形化衬底刻蚀方法，所述方法包括：对衬底进行主刻蚀；其中，所述主刻蚀包括第一步刻蚀和第二步刻蚀；以第一工艺气压、第一刻蚀气体流量、第一上电极射频功率、以及第一下电极射频功率，对衬底进行第一步刻蚀；判断光刻胶是否开始收缩，若是，则结束所述第一步刻蚀；若否，则继续所述第一步刻蚀，重复所述判断直至所述光刻胶开始收缩；然后，以第二工艺气压、第二刻蚀气体流量、第二上电极射频功率、以及第二下电极射频功率，对衬底进行第二步刻蚀；其中，所述第二工艺气压小于所述第一工艺气压；对衬底进行过刻蚀；结束刻蚀。通过该PSS刻蚀方法，可以抑制底宽的大量增加，提高GaN外延的生长质量。

PSS graphical substrate etching method

The embodiment of the invention provides a PSS patterned substrate etching method, the method includes the main etching of the substrate; wherein, the main etching includes first step etching and second step etching; in the first process gas pressure, gas flow rate, the first on the first etching rate, electrode RF power and the first electrode RF power the first step, the etching of the substrate; judging whether the photoresist starts to shrink, if so, ending the first step of etching; if not, then continue to the first step etching, repeating the judgment until the photoresist began to shrink; then, in second, the second etching process of gas pressure gas flow, second electrode radiofrequency power, and second electrode RF power, the second step etching of the substrate; wherein, the second process pressure is less than the first pressure on the substrate of technology; Etching; ending etching. By the PSS etching method, a large increase of the base width can be suppressed, and the growth quality of the GaN epitaxy can be improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体技术，特别涉及一种PSS图形化衬底刻蚀方法。
技术介绍
随着GaN基发光二极管（LightEmittingDiode，LED）技术的不断进步，特别是蓝光激发荧光粉发出黄光混合成白光技术的成熟，使得日常照明可以通过低成本、高寿命的方式实现。各国政府纷纷提出了固体照明革命计划，极大促进了LED技术飞速发展。GaN基LED以其寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景。由于GaN单晶制备比较困难，通常GaN基LED器件都是制备在蓝宝石衬底上的。通过蓝宝石衬底来生长GaN外延存在两个问题：首先，蓝宝石具有很高的硬度和化学稳定性，刻蚀难度较大；其次，GaN和蓝宝石之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数的差别，使得在衬底上生长的GaN薄膜位错和缺陷密度较大，也影响了器件的发光效率和寿命。此外，目前波长460nm的GaN基LED内量子效率已达到70%以上，AlGaN紫外光（UV）的GaN基LED的内量子效率已高达80%以上，除了内量子效率，还需要进一步提高GaN基LED的外量子效率。目前，生长在蓝宝石衬底上的GaN基LED的提取效率相对较低，需要进一步提高GaN基LED的提取效率，来提高GaN基LED的外量子效率。为了克服上述在蓝宝石衬底上生长GaN外延的问题，并进一步提高GaN基LED的提取效率，目前普遍采用的图形化衬底（PatternedSapphireSubstrates，PSS）技术来完成蓝宝石衬底上的GaN外延材料的制备。在PSS技术中，首先在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，然后用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，之后，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。PSS技术可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小了有源区的非辐射复合，减小了反向漏电流，提高了LED的寿命。有源区发出的光，经由GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。综合上述两方面的原因，使PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED提高了63%，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。下面，对PSS工艺过程进行详细介绍。目前PSS工艺可包括如下步骤：首先，使用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，请参阅图1，其示出了光刻工艺后的PSS膜层结构示意图，其中，上层11为光刻之后呈现为圆柱形的掩膜，下层12为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的光阻厚度为1200nm~3000nm。掩膜的图形周期大约为2500nm~4000nm。接下来，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜。具体的，ICP刻蚀包括两步，第一步是主刻蚀步骤（ME），第二步是过刻蚀步骤（OE）。在主刻蚀步骤中，采用较大流量的刻蚀气体，并使用较低的射频功率，从而控制PSS的刻蚀速率以及对刻蚀选择比进行调节；在过刻蚀步骤中，相对于主刻蚀步骤，采用较小流量的刻蚀气体以及较高的射频功率，对PSS图形的形貌（profile）进行修饰。其中，PSS图形的高度和底宽由主刻蚀步骤的刻蚀结果确定，过刻蚀步骤对PSS图形的高度和底宽影响不大。在主刻蚀步骤中，通常会采用较高的刻蚀选择比，从而得到高度更高的PSS图形。为了提高刻蚀选择比，在目前的技术中通常通过降低下电极功率的方法，但是降低下电极功率造成了底宽的大量增加。因此，底宽的增加需要得到抑制。
技术实现思路
本专利技术提供一种PSS图形化衬底刻蚀方法，用于解决现有技术中主刻蚀步骤造成PSS图形的底宽的大量增加从而影响蓝宝石衬底上GaN外延的生长质量的问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种PSS图形化衬底刻蚀方法，所述方法包括：对衬底进行主刻蚀；其中，所述主刻蚀包括第一步刻蚀和第二步刻蚀；以第一工艺气压、第一刻蚀气体流量、第一上电极射频功率、以及第一下电极射频功率，对衬底进行第一步刻蚀；判断光刻胶是否开始收缩，若是，则结束所述第一步刻蚀；若否，则继续所述第一步刻蚀，重复所述判断直至所述光刻胶开始收缩；在第一步刻蚀结束之后，以第二工艺气压、第二刻蚀气体流量、第二上电极射频功率、以及第二下电极射频功率，对衬底进行第二步刻蚀；其中，所述第二工艺气压小于所述第一工艺气压；对衬底进行过刻蚀；结束刻蚀。优选地，所述判断光刻胶是否开始收缩具体包括，使用光发射光谱分析仪对光刻胶所包含的物质的强度进行检测，当检测出的强度相对于前一时刻的强度相比达到预定下降幅度时，确定光刻胶开始收缩。优选地，所述物质为碳或者一氧化碳。优选地，所述预定下降幅度为5%-10%。优选地，所述第一下电极射频功率小于所述第二下电极射频功率。优选地，所述第一刻蚀气体流量大于所述第二刻蚀气体流量。优选地，所述第一工艺气压为3-15mT，所述第二工艺气压为1.5-3mT。优选地，所述第一步刻蚀的时间为20-30min，所述第二步刻蚀的时间为5-10min。优选地，所述第一上电极射频功率为1400-2400W，所述第一下电极射频功率为100-400W，所述第一刻蚀气体流量为50-200sccm。优选地，所述第二上电极射频功率为1400-2400W，所述第二下电极射频功率为300-700W，所述第二刻蚀气体流量为50-120sccm。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例还提供了另一种PSS图形化衬底刻蚀方法，所述方法包括：对衬底进行主刻蚀；其中，所述主刻蚀步骤包括第一步刻蚀和第二步刻蚀；以第一工艺气压、第一刻蚀气体流量、第一上电极射频功率、以及第一下电极射频功率，对衬底进行预定时间的第一步刻蚀；结束所述第一步刻蚀；以第二工艺气压、第二刻蚀气体流量、第二上电极射频功率、以及第二下电极射频功率，对衬底进行第二步刻蚀；结束所述第二步刻蚀；其中，所述第二工艺气压小于所述第一工艺气压；对衬底进行过刻蚀；结束过刻蚀步骤，进而完成整个PSS刻蚀工艺。优选地，所述预定时间是根据经验值获得的。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术实施例提供的PSS图形化衬底刻蚀方法中，将主刻蚀步骤分为第一步刻蚀和第二步刻蚀，并在主刻蚀步骤中判断光刻胶是否开始收缩，当光刻胶开始收缩时，结束第一步刻蚀并开始第二步刻蚀，第二步刻蚀即采用较低的工艺压力进行刻蚀，以减少刻蚀副本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PSS图形化衬底刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括：对衬底进行主刻蚀；其中，所述主刻蚀包括第一步刻蚀和第二步刻蚀；以第一工艺气压、第一刻蚀气体流量、第一上电极射频功率、以及第一下电极射频功率，对衬底进行第一步刻蚀；判断光刻胶是否开始收缩，若是，则结束所述第一步刻蚀；若否，则继续所述第一步刻蚀，重复所述判断直至所述光刻胶开始收缩；在第一步刻蚀结束之后，以第二工艺气压、第二刻蚀气体流量、第二上电极射频功率、以及第二下电极射频功率，对衬底进行第二步刻蚀；其中，所述第二工艺气压小于所述第一工艺气压；对衬底进行过刻蚀；结束刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种PSS图形化衬底刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括：
对衬底进行主刻蚀；
其中，所述主刻蚀包括第一步刻蚀和第二步刻蚀；
以第一工艺气压、第一刻蚀气体流量、第一上电极射频功率、以及
第一下电极射频功率，对衬底进行第一步刻蚀；判断光刻胶是否开始收
缩，若是，则结束所述第一步刻蚀；若否，则继续所述第一步刻蚀，重
复所述判断直至所述光刻胶开始收缩；在第一步刻蚀结束之后，以第二工
艺气压、第二刻蚀气体流量、第二上电极射频功率、以及第二下电极射频
功率，对衬底进行第二步刻蚀；
其中，所述第二工艺气压小于所述第一工艺气压；
对衬底进行过刻蚀；
结束刻蚀。
2.如权利要求1所述的PSS刻蚀方法，其特征在于，所述判断光刻
胶是否开始收缩具体包括，使用光发射光谱分析仪对光刻胶所包含的物
质的强度进行检测，当检测出的强度相对于前一时刻的强度相比达到预定
下降幅度时，确定光刻胶开始收缩。
3.如权利要求2所述的PSS刻蚀方法，其特征在于，所述物质为碳
或者一氧化碳。
4.如权利要求2所述的PSS刻蚀方法，其特征在于，所述预定下降
幅度为5%-10%。
5.如权利要求1所述的PSS刻蚀方法，其特征在于，所述第一下电
极射频功率小于所述第二下电极射频功率。
6.如权利要求1所述的PSS刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀

\t气体流量大于所述第二刻蚀气体流量。
7.如权利要求1所述的PS...

【专利技术属性】
技术研发人员：高福宝，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11