[发明专利]一种PSS图形化衬底刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体技术，特别涉及一种PSS图形化衬底刻蚀方法。

背景技术

随着GaN基发光二极管（Light Emitting Diode，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（Patterned SapphireSubstrates，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。

发明内容

本发明提供一种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。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种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。