[发明专利]用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种通过真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上制备用于干法刻蚀的多层金属掩膜结构及其制备方法。

背景技术

蓝宝石单晶（α-Al₂O₃）具有很好的热稳定性和介电特性，并且化学惰性强、光透射性能好，有很好的耐磨性，是一种集优良光学性能、物理性能、机械性能和化学性能于一体的多功能氧化物晶体。因此，作为重要的技术晶体材料，它具有广泛的用途，其中最重要的一个用途就是作为氮化物基LED器件发光二极管的首选衬底片材料。近年来，通过半导体处理工艺，在蓝宝石衬底上制备周期排列的图形或进行衬底表面不规则的粗化，以提高于其上生长的氮化物材料的外延层晶体质量及其器件的光电性能的研究以及与蓝宝石衬底处理工艺对应的技术和产品的推广备受关注。

在对蓝宝石衬底进行表面加工的半导体处理工艺中，对蓝宝石衬底进行刻蚀是非常重要的一个工艺步骤。刻蚀工艺中的干法刻蚀因其具有的各向同性好、可控性好、灵活性好、重复性好、精细图形操作安全、易实现自动化等优点而成为蓝宝石衬底刻蚀工艺的首选。而在干法刻蚀蓝宝石衬底中，设计制备与蓝宝石衬底间有高的刻蚀选择比的有效掩膜结构是一项非常关键的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀工艺需求的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法。

本发明包括以下步骤：

1）光刻：在蓝宝石衬底上采用光刻技术制备光刻图形；

2）蒸镀：采用真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上蒸镀金属结构掩膜层；所述金属掩膜层为以金属Ni为间隔层的A/Ni/B/Ni/C/Ni……金属结构层，其中，A、B、C……为Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn或Cu中的任意一种，所述金属结构层的层数为1~100层；

3）剥离：将蓝宝石衬底放入去胶剂中，剥离光刻胶。

本发明根据具体工艺要求，先在蓝宝石衬底上利用光刻技术制备光刻图形，再利用真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上蒸镀多层金属结构A/Ni/B/Ni/C/Ni……作为刻蚀蓝宝石衬底的掩膜层，然后将蓝宝石衬底放入与所用光刻胶相对应的去胶剂中，进行光刻胶剥离工艺，完成金属掩膜结构的制备。制成的半成品——具有金属掩膜结构的蓝宝石衬底可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀的工艺需求，可通过干法刻蚀技术进行表面加工。

因为蓝宝石衬底与金属Ni的干法刻蚀选择比可以高至7：1以上，因此选择金属Ni作为抗刻蚀掩膜的主要金属层。同时，金属Ni与其他金属比较，缺点是硬度较大而延展性较差，这导致在Ni形成薄膜的过程中，在薄膜层中会产生较大的应力，这也影响了Ni薄膜与蓝宝石衬底的粘附性，在剥离时容易出现卷边脱落。另外，当工艺实际要求是深度干法刻蚀蓝宝石衬底时，则要求的Ni掩膜的厚度较大，且在Ni掩膜制备中真空蒸镀设备的腔体温度有所升高，这些均导致Ni掩膜应力的进一步增大，进而使得在剥离中，Ni掩膜的卷边脱落。本发明公布的多层金属掩膜结构解决了上述问题，可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀的工艺需求，可以广泛应用于蓝宝石衬底的表面加工工艺中。                                             

本发明所述蓝宝石衬底可以是为蓝宝石衬底中的任何一种晶面，即可以为(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面，或其他晶面。

所述步骤1）中，各光刻图形的最小边长或直径为10nm~1000μm。光学光刻技术不断突破光刻极限，现在其所能达到的极限分辨率已达到100nm以下，而最近作为新一代光刻技术代表的纳米压印技术已经实现了走出实验室、步入生产的阶段，这意味着在半导体衬底材料上制备10nm或者更小线宽的图形已成为可能。因此，只要光刻技术可以满足具体的蓝宝石衬底加工工艺的尺寸需求，本发明中提出的金属掩膜结构就可以进行应用。