[发明专利]Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀技术领域，特别涉及一种Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法。

背景技术

GaN（氮化镓）基发光二极管因其具有寿命长、耐冲击、抗震和高效节能等的优异特性，而被广泛应用在图像显示、信号指示、照明及基础研究等方面。目前，为了提高LED的发光效率，越来越多的生产厂家开始采用GaN深槽刻蚀的新型刻蚀技术，即：在Ⅲ族化合物衬底的GaN外延层上刻蚀深度大约为8μm的凹槽。

图1为现有的一种GaN深槽刻蚀工艺的流程示意图。该工艺主要包括以下步骤：

GaN外延层制备步骤，在衬底表面上外延生长GaN外延层，其中，衬底的材料可以采用Al₂O₃等的Ⅲ族化合物；GaN外延层的厚度大约为8μm。

掩膜沉积步骤，在GaN外延层表面沉积光刻胶掩膜。

掩膜曝光步骤，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。

掩膜显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形。

GaN外延层刻蚀步骤，以光刻胶掩膜作为掩膜版刻蚀GaN外延层，以将光刻胶的图形复制到GaN外延层上，其中，控制刻蚀时间以使GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度。此外，为了保证GaN外延层的图形不被刻蚀，要求光刻胶掩膜的厚度能够保证在完成刻蚀工艺之后不会被完全消耗。

上述GaN深槽刻蚀工艺在实际应用中存在以下问题，即：由于光刻胶掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比较低（大约为1∶1），导致在进行GaN外延层刻蚀步骤时，光刻胶掩膜往往在GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前已被完全消耗，从而无法保护GaN外延层表面不被刻蚀。而且，若增加光刻胶掩膜的厚度，则又会出现很难对光刻胶掩膜完全曝光的问题。

为此，在现有的另一种GaN深槽刻蚀工艺中，通过采用SiO₂或SiN材料代替光刻胶作为掩膜，来提高掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比。如图2所示，该工艺主要包括以下步骤：

GaN外延层制备步骤，在衬底表面上外延生长GaN外延层，其中，衬底的材料可以采用Al₂O₃等的Ⅲ族化合物；GaN外延层的厚度大约为8μm。

掩膜沉积步骤，在GaN外延层表面沉积SiO₂掩膜。

光刻胶沉积步骤，在SiO₂掩膜表面沉积光刻胶。

光刻胶曝光步骤，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。

光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形。

掩膜刻蚀步骤，以光刻胶作为掩膜版刻蚀SiO₂掩膜，以将光刻胶的图像复制到SiO₂掩膜上。

GaN外延层刻蚀步骤，刻蚀GaN外延层，以SiO₂掩膜的图形复制到GaN外延层上，其中，控制刻蚀时间以使GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度。

由于SiO₂掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比较高（大约为7∶1），因而在进行GaN外延层刻蚀步骤时，SiO₂掩膜可以保证在GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前不被完全消耗，从而在相同掩膜厚度的条件下，可以使镓化合物外延层的刻蚀工艺获得较大的刻蚀深度。但是，采用SiO₂或SiN材料作为掩膜在实际应用中又会存在下述问题，即：

在进行掩膜沉积步骤时，需要采用气相沉积的方法沉积SiO₂或SiN掩膜，在此过程中，等离子体会因在衬底上产生自偏压而刻蚀GaN外延层表面，导致GaN外延层表面损伤，从而造成芯片VF（前级电压）值增大，进而使芯片质量降低。

因此，如何在保证不损伤GaN外延层表面的前提下提高掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比是目前亟待解决的问题。

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Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法，其可以在保证不损伤GaN外延层表面的前提下提高掩膜层与GaN外延层的刻蚀选择比。

为实现本发明的目的而提供一种Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法，包括下步骤：

光刻胶沉积步骤，在镓化合物外延层表面沉积光刻胶；

光刻胶曝光步骤，对光刻胶进行曝光；

光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形；