[发明专利]一种图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种图形化衬底制程中的干法刻蚀方法。

背景技术

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用.尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点.为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率.目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。

目前已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如采用倒金字塔结构；控制和改变自发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙方法，使光在粗糙的半导体和空气界面发生漫射，增加其投射的机会等。由于发光二极管芯片的衬底对芯片的发光效率有很大的影响，为减少发光二极管芯片的界面反射及内部吸收，可制备具有凸形微结构的发光二极管芯片衬底，该微结构还可有效改善外延生长的缺陷。

中国专利公开号为CN101325237，公开日为2008年12月17日，名称为“一种发光二极管芯片及其制造方法”的申请案公开了一种发光二极管芯片及其制造方法，该方法包括：制备衬底，在该衬底的上表面上形成多个凹凸微结构；在该衬底的上表面上形成缓冲图案层，该缓冲图案层具有多个分别与衬底上的所述凹凸微结构相对应的凹凸微结构；在该缓冲图案层上形成n型半导体层；在该n型半导体层的一部分上形成发光层；在该发光层上形成p型半导体层；以及在该n型半导体的另一部分和p型半导体层上分别形成n电极和p电极。该发明可以提高发光二极管芯片的发光效率。

这种具有凹凸微结构的衬底简称图形化衬底，其制作方式通常是在蓝宝石衬底上做周期性的光刻胶图形，再用ICP刻蚀技术(增强耦合等离子体)将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，即得到蓝宝石图形衬底。ICP刻蚀系统主要由四部分组成：温度控制系统、气路部分、能量产生系统和真空系统。如图1所示ICP设备腔体结构示意图，刻蚀气体由腔室上方引入到等离子体腔室，其流量由质量流量计控制。有两套自动匹配网络控制的射频源，第一套ICP射频源控制等离子体的产生，调节等离子体密度；第二套偏压射频源控制等离子体轰击刻蚀表面的能量。刻蚀生成物从基板两边由高效率的涡轮真空泵抽走。基板温控系统可以对基片的温度进行控制，满足不同基片温度下刻蚀的需要。

蓝宝石图形衬底技术被LED市场验证是一种最具实用性的提升亮度的技术，目前此种技术已被大部分LED芯片厂家所采用。

如何将光刻胶图形高质量的转移到蓝宝石衬底上，一直是图形化蓝宝石衬底领域研究工作者的研究对象。蓝宝石衬底上的图形形貌直接影响着发光二极管的亮度。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供提供一种干法刻蚀方法来制作出高质量的蓝宝石图形衬底，最大效率的提取芯片出光。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀方法，该方法包括以下步骤：

1)主刻蚀步骤：将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，在蓝宝石衬底上初步形成所需的图形轮廓；

2)图形轮廓修饰刻蚀步骤：将主刻蚀阶段刻蚀出来的图形进一步的做表面轮廓修饰处理。

所述主刻蚀步骤具体指先将表面做有周期性排列的光刻胶图形的蓝宝石衬底装入ICP刻蚀设备中，采用BCl₃气体作为刻蚀气体或BCl₃和Cl₂混合气体作为刻蚀气体，采用较高的ICP刻蚀设备的RF射频源功率，较低的ICP刻蚀设备的偏压射频源功率，合适的刻蚀压力，合适的He冷温度；该步骤中，所述较高的ICP刻蚀设备的RF射频源功率为设备额定功率的50％～100％之间；所述较低的ICP刻蚀设备的偏压射频源功率为设备额定功率的5％～50％之间；所述合适的刻蚀压力为0.1～2pa；所述合适的He冷温度为-20～50℃；