申请/专利权人：北京北方华创微电子装备有限公司

申请日：2017-05-10

公开（公告）日：2021-06-08

公开（公告）号：CN108878286B

主分类号：H01L21/308(20060101)

分类号：H01L21/308(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.06.08#授权;2018.12.18#实质审查的生效;2018.11.23#公开

摘要：本发明提供了一种刻蚀工艺，包括以下步骤：在衬底上形成掩膜材料层；采用构图工艺将所述掩膜材料层划分为多个掩膜微单元，每个所述掩膜微单元的高度小于其底部宽度；执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180°；执行过刻蚀步骤，修饰刻蚀形貌。本发明提供的刻蚀工艺，可以在刻蚀高度满足要求的基础上，同时能够满足刻蚀形貌要求；而且，还可以减少掩膜材料的用量，从而降低成本。

主权项：1.一种刻蚀工艺，用于刻蚀图形化衬底，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上形成掩膜材料层；采用构图工艺将所述掩膜材料层划分为多个掩膜微单元，每个所述掩膜微单元的高度小于其底部宽度，所述掩膜微单元的高度的取值范围为2.0μm～2.2μm；执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于所述衬底微单元上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180°；执行过刻蚀步骤，修饰刻蚀形貌。

全文数据：一种刻蚀工艺技术领域[0001]本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种刻蚀工艺。背景技术[0002]图形化衬底PatternedSapphireSubstrate，以下简称PSS技术是目前普遍采用的一种提高GaN基LED器件出光效率的方法，通常包括以下步骤:先在衬底上生长用于干法刻蚀的掩膜，接着采用光刻工艺将掩膜刻出图形，接着再采用干法刻蚀技术对存在掩膜图形的衬底进行刻蚀;最后去掉掩膜，以得到图形化的衬底;之后在该衬底上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。[0003]采用图形化衬底技术可以有效减少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;另外，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，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的出光效率。综上，在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。[0004]采用干法刻蚀技术的等离子体刻蚀机进行刻蚀一般包括如下两个步骤:主刻蚀步骤简称ME，主要用以控制PSS的刻蚀速率以及调节选择比;过刻蚀步骤简称OE，采用较高下电极功率，用于对刻蚀形貌进行修饰。[0005]目前，为了提高出光效率，客户都要求增加PSS的刻蚀高度和底部宽度。而常用的增加PSS的刻蚀高度的方法是增加光刻胶PR的高度，常用的增加PSS的刻蚀底部宽度的方法是减小光刻胶PR的底部宽度。图1为将光刻胶刻出图形之后的电镜扫描图，请参阅图i，在衬底1上形成有光刻胶PR，光刻胶PR被图形化之后被划分为多个间隔设置的PR微单元2，每个PR微单元2的底部宽度在2um左右，高度在2•4wn〜2•6wn左右，相邻两个PR微单元2之间的宽度在lwn左右。[0006]在该情况下，会存在以下技术问题:其一，由于光刻胶的成本与用量相关，光刻胶的用量和光刻胶的高度相关，因此，高度的增加会导致光刻胶用量较多，从而成本较高;其二，高度大，底部宽度小的光刻胶PR形状还会带来ME刻蚀时间长，工艺窗口小的缺点。、[0007]因此，目前亟需一种在刻蚀高度满足要求的基础上，能够满足刻蚀形貌要求的刻蚀工艺。发明内容[0008]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种刻蚀工艺，可以在刻蚀高度满足要求的基础上，能够满足刻蚀形貌要求;而且，还可以减少掩膜材料的用量，从而降低成本。[0009]为解决上述问题之一，本发明提供了一种刻蚀工艺，用于刻蚀图形化衬底，包括以下步骤:在衬底上形成掩膜材料层;采用构图工艺将所述掩膜材料层划分为多个掩膜微单元，每个所述掩膜微单元的高度小于其底部宽度;执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140。且小于180°;执行过刻蚀步骤，修饰刻蚀形貌。[0010]优选地，所述掩膜微单元的高度的取值范围为2.Own〜2.2um。[0011]优选地，所述掩膜微单元的底部宽度的取值范围为2.3wn〜2.4um。[0012]优选地，所述掩膜微单元的顶部宽度的取值范围为2.lum〜2.4um。[0013]优选地，所述执j于主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180。的步骤，包括:执行主刻蚀步骤，直至所述衬底微单元的底部宽度大于2.ewn，且所述掩膜微单元的顶部宽度大于0.7um〇[00M]优选地，在所述主刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为250W〜300W。[0015]优选地，在所述过刻蚀步骤中，下电极功率大于600W。[0016]优选地，在所述过刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为600W〜750W。[0017]优选地，在所述主刻蚀步骤中，还包括以下工艺参数：气体压强的取值范围为2_6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;刻蚀气体为BC13,气流量的取值范围为6〇sccm〜l5〇sccm;工艺时间的取值范围为2〇min〜22min。[0018]优选地，在所述过刻蚀步骤中，还包括以下工艺参数：气体压强的取值范围为2_6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;刻蚀气体为BC13,气流量的取值范围为6〇sccm〜l5〇sccm;工艺时间的取值范围为I3min〜15min。[0019]本发明具有以下有益效果：[0020]在本发明提供的刻蚀工艺中，掩膜微单元的高度小于其底部宽度，即形状为矮粗形，这与现有技术中掩膜微单元为细高形相比，不仅可以减少掩膜材料的用量，从而成本低，而且还可以增大工艺窗口；另外，在矮粗形的掩膜微单元的掩膜下，在主刻蚀步骤中可以使衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°，此时，衬底微单元的侧壁和掩膜微单元的侧壁的衔接处形成的拐点相对与现有技术而言，并不凸出，因此，借助过刻蚀步骤可以修饰掉该拐点，使刻蚀形貌满足要求，从而本发明提供的刻蚀工艺可以在刻蚀高度满足要求的基础上，同时能够满足刻蚀形貌要求;而且，还可以减少掩膜材料的用量，从而降低成本。附图说明[0021]图1为将光刻胶刻出图形之后的电镜扫描图，；[0022]图2为本发明实施例提供的刻蚀工艺的流程图；[0023]图3a为采用图2所示的刻蚀工艺在步骤S2之后的电镜扫描图；[0024]图3b为采用图2所示的刻蚀工艺在步骤S3之后的电镜扫描图；[0025]图3c为采用图2所示的刻蚀工艺在步骤S4之后的电镜扫描图；[0026]图4为采用图3b中衬底微单元和掩膜微单元的位置关系示意图。[0027]附图标记包括：[0028]现有技术:1，衬底;2，PR微单元；[0029]本发明：10,衬底微单元；11，掩膜微单元;A、A1和A2,衬底微单元的侧壁和位于其上的掩膜微单元的侧壁之间的夹角;H，刻蚀高度;W1和W2,衬底微单元10的底部宽度;W3，掩膜微单元的顶部宽度。具体实施方式[0030]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的刻蚀工艺进行详细描述。[0031]图2为本发明实施例提供的刻蚀工艺的流程图，请参阅图2,本发明实施例提供的刻蚀工艺用于刻蚀图形化衬底，该刻蚀工艺包括以下步骤：[0032]SI衬底上形成掩膜材料层。具体地，掩膜材料层包括但不限于光刻胶PR。[0033]S2,采用构图工艺将掩膜材料层划分为多个掩膜微单元11，每个掩膜微单元11的高度小于其掩膜微单元底部宽度，如图3a所示。[0034]在掩膜材料层为光刻胶PR的情况下，在步骤S2中，构图工艺包括:曝光和显影。[0035]S3,执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元1〇的侧壁和位于其上的掩膜微单元11的侧壁之间的夹角A大于140°且小于180°，如图3b所示。[0036]S4,执行过刻蚀步骤，以修饰刻蚀形貌，最终结果如图3c所示。[0037]在本发明实施例提供的刻蚀工艺中，掩膜微单元的高度小于其底部宽度，即形状为矮粗形，这与现有技术中掩膜微单元为细高形相比，不仅可以减少掩膜材料的用量，从而成本低;而且还可以增大工艺窗口；另外，在矮粗形的掩膜微单元的掩膜下，在主刻蚀步骤中可以使衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°，此时，衬底微单元的侧壁和掩膜微单元的侧壁的衔接处形成的拐点相对与现有技术而言，并不凸出，因此，借助过刻蚀步骤可以修饰掉该拐点，使刻蚀形貌满足要求，从而本发明实施例提供的刻蚀工艺可以在刻蚀高度满足要求的基础上，同时能够满足刻蚀形貌要求；而且，还可以减少掩膜材料的用量，从而降低成本。[0038]在本实施例中，优选地，如图3a所示，掩膜微单元的高度的取值范围为2.Own〜2.2wn，低于现有技术中高度的取值范围为2.4wn〜2.6um，可以使掩膜材料的成本降低10%〜20%。[0039]进一步优选地，掩膜微单元的顶部宽度的取值范围为2.lwn〜2.4wn。[0040]还进一步优选地，所述掩膜微单元的底部宽度的取值范围为2.3mi〜2.4mi。[0041]具体地，为了实现衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180°，步骤S3包括:执行主刻蚀步骤，直至衬底微单元的底部宽度大于2.6tim，且所述掩膜微单元的顶部宽度大于〇.7ym。[0042]在本实施例中，优选地，在主刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为250W〜300W，这是因为:若下电极功率过小，则需要的刻蚀时间较长;若下电极功率过大，一方面，会造成衬底微单元1〇的底部宽度较小，例如图4中衬底微单元10的底部宽度W1小于W2,对应地，衬底微单元10的侧壁和位于其上的掩膜微单元11的侧壁之间的夹角A1小于A2,因此底部宽度W1对应的拐点相对底部宽度W2对应的拐点较凸出或者说，底部宽度W2对应的拐点相对底部宽度W1对应的拐点较平滑），这样，不利于在过刻蚀步骤进行修饰;另一方面，会造成掩膜微单元11的顶部宽度W3收缩较快，即使掩膜为单元11的顶部宽度较小，这样，也会使得衬底微单元的侧壁和位于其上的掩膜微单元的侧壁之间的夹角变大，从而不利于在过刻蚀步骤进行修饰。另外，在主刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为250W〜300W，可以提咼刻蚀选择比，能够买现刻蚀高度H的范围在〇.^^〜丨.2wn。[0043]因此，借助在主刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为250W〜300W，可以增加过刻蚀步骤下电极功率，从而减小修饰时间。[0044]在本实施例中，还优选地，在过刻蚀步骤中，下电极功率大于600W，这样，不仅可以很好地修饰刻蚀开1貌，^将拐点修饰为较平滑；而且还可以继续刻蚀，增加刻蚀高度的作用，最终使得刻蚀高度高于1•6wn，从而使得刻蚀高度满足要求，图3c所示。[0045]进一步优选地，在过刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为600W〜750W，这是因为若功率高于75〇W，在过刻蚀步骤有光阻胶PR刻蚀过程中会降低刻蚀选择比，因此降低刻蚀高度。[0046]图3a〜图3c是基于以下工艺参数进行实验的，具体地，主刻蚀步骤的工艺参数包括:气体压强的取值范围为2•6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;下电极功率的取值范围为250W〜300W;刻蚀气体为BC13,气流量的取值范围为6〇SCCm〜15〇SCCm;工艺时间的取值范围为20min〜22min。[0047]过刻蚀步骤的工艺参数包括:气体压强的取值范围为2.6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;下电极功率的取值范围为600W〜750W;刻蚀气体为BC13,气流量的取值范围为60sccm〜150sccm;工艺时间的取值范围为13min〜15min。[0048]可以看出，本实施例提供的刻蚀工艺的主刻蚀步骤和过刻蚀步骤总共的工艺时间范围在33min〜37min，这相对现有技术而言，还可以使工艺时间降低5min〜lOmin。[G049]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围D

权利要求：1.一种刻蚀工艺，用于刻蚀图形化衬底，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上形成掩膜材料层；采用构图工艺将所述掩膜材料层划分为多个掩膜微单元，每个所述掩膜微单元的高度小于其底部宽度；执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180。；执行过刻蚀步骤，修饰刻蚀形貌。2.根据权利要求1所述的刻蚀工艺，其特征在于，所述掩膜微单元的高度的取值范围为2.0iim〜2_2um〇3.根据权利要求2所述的刻蚀工艺，其特征在于，所述掩膜微单元的底部宽度的取值范围为2.3um〜2.4um。4.根据权利要求3所述的刻蚀工艺，其特征在于，所述掩膜微单元的顶部宽度的取值范围为2.1wn〜2.4um。5.根据权利要求4所述的刻蚀工艺，其特征在于，所述执行主刻蚀步骤，直至衬底刻蚀形成的每个衬底微单元的侧壁和位于其上的所述掩膜微单元的侧壁之间的夹角大于140°且小于180°的步骤，包括：执行主刻蚀步骤，直至所述衬底微单元的底部宽度大于2.6wn，且所述掩膜微单元的顶部宽度大于〇.7wn。6.根据权利要求1所述的刻蚀工艺，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为250W〜300W。7.根据权利要求1所述的刻蚀工艺，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，下电极功率大于60018.根据权利要求7所述的刻蚀工艺，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围为600W〜750W。9.根据权利要求6所述的刻蚀工艺，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，还包括以下工艺参数:气体压强的取值范围为2.6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;刻蚀气体为BCI3，气流量的取值范围为6〇SCCm〜lfSOsccm;工艺时间的取值范围为2〇min〜22min〇10.根据权利要求8所述的刻蚀工艺，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，还包括以下工艺参数:气体压强的取值范围为2.6mT〜3mT;上电极功率的取值范围为1400W〜1900W;刻蚀气体为BCI3,气流量的取值范围为6〇sccm〜l5〇SCcm;工艺时间的取值范围为13min〜15min〇

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