[发明专利]一种蓝宝石衬底的刻蚀方法

说明书

本发明提供一种蓝宝石衬底的刻蚀方法，包括先后进行的主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，主刻蚀步骤包括工艺开始时的快速升温阶段，在快速升温阶段，将蓝宝石衬底的背吹冷却气体压力调整到设定压力范围内；同时将用于使蓝宝石衬底产生偏压的下电极功率调整到设定功率范围内；以使蓝宝石衬底的温度能在设定时间范围内从初始温度上升到设定温度范围内；从而使蓝宝石衬底的刻蚀选择比能达到0.85以上。该蓝宝石衬底的刻蚀方法，发现蓝宝石衬底背吹冷却气体压力和下电极功率在设定范围内能够使蓝宝石衬底的温度在较短时间内上升到使其刻蚀选择比达到0.85以上的设定温度范围内，从而提高了刻蚀选择比，进而提高了蓝宝石衬底的刻蚀高度及刻蚀形貌。

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种蓝宝石衬底的刻蚀方法。

背景技术

氮化镓(GaN)是一种新型的半导体材料，具有高效率、低功耗、长寿命等优点，被广泛应用于LED领域。高纯度的氮化镓晶体价格昂贵并且难以制备，通常采用蓝宝石作为生长GaN薄膜的衬底材料。蓝宝石与GaN之间存在晶格失配(失配率约为16％)和热应力失配，在蓝宝石上直接生长氮化镓会造成晶格缺陷，进而降低LED的发光性能。一种提高LED出光效率的方法就是图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)。图形化蓝宝石衬底是指在蓝宝石平面衬底上制备出周期性的微米或者纳米级的图形化结构。图形化的蓝宝石衬底不仅能减少氮化镓(GaN)外延生长过程中的位错密度，提高内量子效率，而且还能改变光的输出路径，提高了光取出效率。据文献报道，图形化蓝宝石衬底能够提高30％的发光效率。

目前PSS刻蚀的最常用方法的是干法刻蚀(Dry Etch)。干法刻蚀是指利用外加电场将刻蚀气体(BCl₃)电离成等离子体，然后对蓝宝石及光刻胶(PR)进行物理或者化学反应。反映刻蚀的主要因素有刻蚀速率、刻蚀选择比(Selectivity,简称Sel)。刻蚀速率是指单位时间内刻蚀蓝宝石的高度，刻蚀选择比是指蓝宝石的刻蚀速率与光刻胶刻蚀速率的比值。刻蚀选择比的大小能够在一定程度上决定PSS刻蚀高度及刻蚀形貌，通常刻蚀选择比越高，刻蚀高度越高且形貌越好。

目前调节刻蚀选择比的方法有增加激发形成等离子体的上电极功率、降低在蓝宝石衬底上产生偏压的下电极功率、增加工艺气体(BCl₃)的流量、增加吸附蓝宝石衬底的静电卡盘温度等。但通过这些方法都只能将刻蚀选择比调整到0.78左右，刻蚀选择比总体来说还是比较低。到目前为止，还未发现能够进一步提高刻蚀选择比的更好的方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种蓝宝石衬底的刻蚀方法。该蓝宝石衬底的刻蚀方法通过对蓝宝石衬底刻蚀过程中的背吹冷却气体压力及下电极功率的工艺参数进行开发设计，发现蓝宝石衬底背吹冷却气体压力和下电极功率在设定范围内能够使蓝宝石衬底的温度在较短时间内上升到使其刻蚀选择比达到0.85以上的设定温度范围内，从而提高了刻蚀选择比，进而提高了蓝宝石衬底的刻蚀高度及刻蚀形貌，最终使采用该蓝宝石衬底的LED器件的发光效率大幅提高。

本发明提供一种蓝宝石衬底的刻蚀方法，包括先后进行的主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，其特征在于，所述主刻蚀步骤包括工艺开始时的快速升温阶段，在所述快速升温阶段，将所述蓝宝石衬底的背吹冷却气体压力调整到设定压力范围内；同时将用于使所述蓝宝石衬底产生偏压的下电极功率调整到设定功率范围内；以使所述蓝宝石衬底的温度能在设定时间范围内从初始温度上升到设定温度范围内；从而使所述蓝宝石衬底的刻蚀选择比能达到0.85以上。

优选地，所述设定压力范围为：2～3T。

优选地，所述设定功率范围为：500～700W。

优选地，所述设定温度范围为：91～102℃。

优选地，所述设定时间范围为：30s～2min。

优选地，所述初始温度的范围为：20～30℃。