[发明专利]一种刻蚀用掩膜组及应用其的衬底刻蚀方法

说明书

本发明提供的刻蚀用掩膜组及应用其的衬底刻蚀方法，其包括采用光刻胶材料制作的第一掩膜层，以及采用可提高相对于衬底的刻蚀选择比的材料制作第二掩膜层，其中，第一掩膜层设置在衬底的表面上；第二掩膜层设置在第一掩膜层上；第一掩膜层和第二掩膜层各自的图形底部宽度被设置为：第一掩膜层和第二掩膜层之间的预设连线的倾斜角度与第一掩膜层的固定倾斜角度一致。本发明提供的刻蚀用掩膜组，其可以达到改善衬底的图形形貌的目的。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种刻蚀用掩膜组及应用其的衬底刻蚀方法。

背景技术

PSS(Patterned Sapp Substrates，图形化蓝宝石衬底)技术是目前普遍采用的一种提高GaN(氮化镓)基LED器件的出光效率的方法。在进行PSS工艺的过程中，其通常在衬底上生长干法刻蚀用掩膜，并采用光刻工艺将掩膜刻出图形；然后采用ICP技术刻蚀衬底表面，以形成需要的图形，再去除掩膜，并采用外延工艺在刻蚀后的衬底表面上生长GaN薄膜。目前，由于采用ICP技术刻蚀衬底表面所获得的图形形貌可以影响LED器件的出光效果，尤其是侧壁平直的圆锥状图形形貌可以显著提高出光效率，因而该形貌受到了越来越多的厂家的欢迎，成为了目前较为流行的一种工艺指标。

目前，普遍采用的掩膜结构如图1A所示，掩膜仅由光刻胶一种材料制作，且用标准光刻工艺制作形成截面为倒梯形、正梯形或者矩形的圆台。以截面为矩形的光刻胶掩膜为例，采用ICP等离子体方法刻蚀衬底，且包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤。其中，在进行主刻蚀步骤的过程中，图形形貌的演变过程如图1B所示，首先，光刻胶掩膜逐渐被刻蚀，同时其侧壁顶部被刻蚀形成截面为正梯形的圆台，此时光刻胶掩膜的截面形状由底部的矩形和顶部的正梯形组成，如图1B中的图形形貌S1所示；随着刻蚀深度的增加，掩膜底部矩形的部分逐渐被消耗，直至基片表面的掩膜形成正梯形，如图1B中的图形形貌S2所示，此时掩膜侧壁的倾斜角度为A；随着刻蚀深度的继续增加，光刻胶掩膜开始横向收缩，衬底侧壁开始出现拐角，如图1B中的图形形貌S3所示，侧壁底部1的倾斜角度为B，而侧壁顶部2的倾斜角度为C，且C小于B，并且拐角的高度为H，掩膜侧壁的倾斜角度不变，仍然为A。然后开始进行过刻蚀步骤，用以修饰衬底的图形形貌。然而，由于光刻胶掩膜的耐刻蚀性较差，其横向收缩速度过快，导致侧壁顶部2的倾斜角度C很小，即，衬底侧壁上的拐角(侧壁底部1和侧壁顶部2的夹角)过大，从而造成过刻蚀步骤无法将侧壁修饰平直，最终获得的图形形貌表现为侧壁形成被修饰不足的圆弧形，如图2所示。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种刻蚀用掩膜组及应用其的衬底刻蚀方法，其可以达到改善衬底的图形形貌的目的。

为实现本发明的目的而提供一种刻蚀用掩膜组，其通过采用光刻工艺在衬底的表面上制作形成所需的图形，以控制衬底刻蚀后获得的图形的侧壁拐角，其包括采用光刻胶材料制作的第一掩膜层，以及采用可提高相对于衬底的刻蚀选择比的材料制作第二掩膜层，其中，所述第一掩膜层设置在所述衬底的表面上；所述第二掩膜层设置在所述第一掩膜层上；所述第一掩膜层和第二掩膜层各自的图形底部宽度被设置为：所述第一掩膜层和第二掩膜层之间的预设连线的倾斜角度与所述第一掩膜层的固定倾斜角度一致；所述预设连线为所述第一掩膜层的图形底角和与之相同一侧的所述第二掩膜层的图形底角之间的连线；所述固定倾斜角度为仅利用所述第一掩膜层刻蚀衬底时，所述第一掩膜层在出现正梯形截面时的侧壁倾斜角度。

优选的，所述第二掩膜层的厚度被设置为：在刻蚀所述衬底的过程中，使所述第二掩膜层在所述第一掩膜层开始横向收缩时完全被消耗。

优选的，所述第一掩膜层的图形截面为正梯形或者矩形。

优选的，所述可提高相对于所述衬底的刻蚀选择比的材料包括铝、镍或者二氧化硅。

优选的，所述第二掩膜层的图形截面为正梯形或者矩形。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种衬底刻蚀方法，其包括以下步骤：