[发明专利]图形化复合衬底的形成方法

说明书

本申请公开一种图形化复合衬底的形成方法，包括：提供表面形成有第一材料层的基底，第一材料层表面形成有图形化的掩膜；对掩膜进行第一刻蚀，使得掩膜的侧壁与参考平面之间具有第一倾斜角，第一倾斜角大于目标倾斜角，且两者之差小于第一阈值；对第一材料层和掩膜进行第二刻蚀，直至去除所述掩膜，在第一材料层内形成开口，开口之间形成凸起，开口侧壁与参考平面之间具有第二倾斜角，第二倾斜角与目标倾斜角之差小于第二阈值，第二阈值小于所述第一阈值；沿开口进行第三刻蚀，将凸起进一步刻蚀为锥体，并在基底内形成凹陷，锥体侧壁、凹陷的侧壁与参考平面之间均具有目标倾斜角。所述图形化复合衬底有利于提高在其表面形成的半导体外延层的质量。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种图形化复合衬底的形成方法。

背景技术

LED芯片的制作需要在衬底上外延半导体材料，例如GaN、AlN等。外延半导体材料的晶体质量是影响LED芯片性能的核心因素之一。而外延半导体材料的晶体质量与衬底的形貌有很大关系。

图形化蓝宝石衬底(PSS)是LED芯片应用最广泛的衬底材料。请参考图1，其制作方法是在蓝宝石平片10上先加工出均匀分布的圆柱形掩膜，再利用掩膜干法刻蚀出蓝宝石圆锥图形11。相对于蓝宝石平片衬底，PSS可以降低外延半导体层的缺陷，提高外延半导体材料的晶体质量，将芯片亮度提升30％以上。

随着PSS对亮度提升接近极限，以及衬底技术的发展，现有技术中出现了二氧化硅-蓝宝石复合图形化衬底(SiO₂ PSS)。请参考图2，在图形化蓝宝石衬底10上形成图形化二氧化硅层21，SiO₂ PSS对芯片亮度有进一步提升，其原理是利用二氧化硅的折射率小于蓝宝石的折射率，全反射角减小，进一步改变LED光输出路径，有更多的光逃出器件外产生发光。

现有技术的LED芯片的性能还有待进一步的提高。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种图形化复合衬底的形成方法，以提高LED芯片的性能。

本申请提供的一种图形化复合衬底的形成方法，包括：提供表面形成有第一材料层的基底，所述第一材料层表面形成有图形化的掩膜；对所述掩膜进行第一刻蚀，使得所述掩膜的侧壁向所述掩膜的中心倾斜，所述掩膜的侧壁与参考平面之间具有第一倾斜角，所述参考平面为平行于所述基底表面的平面，所述第一倾斜角大于目标倾斜角，且两者之差小于第一阈值；对所述第一材料层和所述掩膜进行第二刻蚀，直至去除所述掩膜，在所述第一材料层内形成开口，所述开口之间形成凸起，所述开口的侧壁向所述凸起侧倾斜，且与参考平面之间具有第二倾斜角，所述第二倾斜角与目标倾斜角之差小于第二阈值，所述第二阈值小于所述第一阈值；沿所述开口进行第三刻蚀，将所述凸起进一步刻蚀为锥体，并在所述基底内形成凹陷，所述锥体的侧壁、所述凹陷的侧壁与所述参考平面之间均具有目标倾斜角。

可选的，所述对所述掩膜进行第一刻蚀包括:向工艺腔室内通入具有各向同性刻蚀能力的刻蚀气体，将其激发为等离子体，并同时施加垂直于基底表面方向的电场，以对所述掩膜进行所述第一刻蚀。

可选的，所述掩膜的材料为光刻胶，所述第一刻蚀采用的刻蚀气体包括Cl₂和SF₆中的至少一种。

可选的，所述第一刻蚀过程中，对所述掩膜和所述第一材料层的刻蚀选择比大于5；和/或，所述第二刻蚀过程中，对所述第一材料层和所述掩膜的刻蚀选择比为0.8～1.5；和/或，所述第三刻蚀过程中，对所述基底和所述第一材料层的刻蚀选择比大于2。

可选的，所述第一阈值范围为15°～25°，第二阈值范围为5°～10°。

可选的，所述第一倾斜角范围为70°～75°，所述第二倾斜角范围为55°～60°，所述目标倾斜角范围为50°～55°。

可选的，所述凹陷的深度为150nm～250nm。