CN102110592A

CN102110592A - 用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法

Info

Publication number: CN102110592A
Application number: CN 201010568673
Authority: CN
Inventors: 陈鹏; 王栾井; 宋雪云; 谭崇斌; 徐峰; 徐洲; 吴真龙; 高峰
Original assignee: NANJING UNIVERSITY YANGZHOU OPTICAL INSTITUTE
Current assignee: NANJING UNIVERSITY YANGZHOU OPTICAL INSTITUTE
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-06-29

Abstract

用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，属于半导体技术领域，本发明先在蓝宝石衬底上利用光刻技术制备光刻图形，再利用真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上蒸镀多层金属结构A/Ni/B/Ni/C/Ni……作为刻蚀蓝宝石衬底的掩膜层，然后将蓝宝石衬底放入与所用光刻胶相对应的去胶剂中，进行光刻胶剥离工艺，完成金属掩膜结构的制备。制成的半成品——具有金属掩膜结构的蓝宝石衬底可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀的工艺需求，可通过干法刻蚀技术进行表面加工。

Description

用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种通过真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上制备用于干法刻蚀的多层金属掩膜结构及其制备方法。

背景技术

蓝宝石单晶（α-Al₂O₃）具有很好的热稳定性和介电特性，并且化学惰性强、光透射性能好，有很好的耐磨性，是一种集优良光学性能、物理性能、机械性能和化学性能于一体的多功能氧化物晶体。因此，作为重要的技术晶体材料，它具有广泛的用途，其中最重要的一个用途就是作为氮化物基LED器件发光二极管的首选衬底片材料。近年来，通过半导体处理工艺，在蓝宝石衬底上制备周期排列的图形或进行衬底表面不规则的粗化，以提高于其上生长的氮化物材料的外延层晶体质量及其器件的光电性能的研究以及与蓝宝石衬底处理工艺对应的技术和产品的推广备受关注。

在对蓝宝石衬底进行表面加工的半导体处理工艺中，对蓝宝石衬底进行刻蚀是非常重要的一个工艺步骤。刻蚀工艺中的干法刻蚀因其具有的各向同性好、可控性好、灵活性好、重复性好、精细图形操作安全、易实现自动化等优点而成为蓝宝石衬底刻蚀工艺的首选。而在干法刻蚀蓝宝石衬底中，设计制备与蓝宝石衬底间有高的刻蚀选择比的有效掩膜结构是一项非常关键的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀工艺需求的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法。

本发明包括以下步骤：

1）光刻：在蓝宝石衬底上采用光刻技术制备光刻图形；

2）蒸镀：采用真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上蒸镀金属结构掩膜层；所述金属掩膜层为以金属Ni为间隔层的A/Ni/B/Ni/C/Ni……金属结构层，其中，A、B、C……为Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn或Cu中的任意一种，所述金属结构层的层数为1~100层；

3）剥离：将蓝宝石衬底放入去胶剂中，剥离光刻胶。

本发明根据具体工艺要求，先在蓝宝石衬底上利用光刻技术制备光刻图形，再利用真空蒸镀设备在蓝宝石衬底上蒸镀多层金属结构A/Ni/B/Ni/C/Ni……作为刻蚀蓝宝石衬底的掩膜层，然后将蓝宝石衬底放入与所用光刻胶相对应的去胶剂中，进行光刻胶剥离工艺，完成金属掩膜结构的制备。制成的半成品——具有金属掩膜结构的蓝宝石衬底可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀的工艺需求，可通过干法刻蚀技术进行表面加工。

因为蓝宝石衬底与金属Ni的干法刻蚀选择比可以高至7：1以上，因此选择金属Ni作为抗刻蚀掩膜的主要金属层。同时，金属Ni与其他金属比较，缺点是硬度较大而延展性较差，这导致在Ni形成薄膜的过程中，在薄膜层中会产生较大的应力，这也影响了Ni薄膜与蓝宝石衬底的粘附性，在剥离时容易出现卷边脱落。另外，当工艺实际要求是深度干法刻蚀蓝宝石衬底时，则要求的Ni掩膜的厚度较大，且在Ni掩膜制备中真空蒸镀设备的腔体温度有所升高，这些均导致Ni掩膜应力的进一步增大，进而使得在剥离中，Ni掩膜的卷边脱落。本发明公布的多层金属掩膜结构解决了上述问题，可以满足对蓝宝石衬底进行各种深度尺寸的干法刻蚀的工艺需求，可以广泛应用于蓝宝石衬底的表面加工工艺中。

本发明所述蓝宝石衬底可以是为蓝宝石衬底中的任何一种晶面，即可以为(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面，或其他晶面。

所述步骤1）中，各光刻图形的最小边长或直径为10nm~1000μm。光学光刻技术不断突破光刻极限，现在其所能达到的极限分辨率已达到100nm以下，而最近作为新一代光刻技术代表的纳米压印技术已经实现了走出实验室、步入生产的阶段，这意味着在半导体衬底材料上制备10nm或者更小线宽的图形已成为可能。因此，只要光刻技术可以满足具体的蓝宝石衬底加工工艺的尺寸需求，本发明中提出的金属掩膜结构就可以进行应用。

本发明所述步骤2）中A或B或C或……层的厚度为5nm~50nm，而每层金属Ni层的厚度为5nm~500nm。蓝宝石衬底与金属Ni的干法刻蚀选择比可以高至7：1，因此选择金属Ni作为抗刻蚀掩膜的主要金属层。同时，金属Ni与其他金属比较硬度较大而延展性较差，这导致在Ni形成薄膜的过程中，在薄膜层中会产生较大的应力，这也影响了Ni薄膜与蓝宝石衬底的粘附性，在剥离时容易出现卷边脱落，因此本发明选择与蓝宝石衬底具有较好粘附性的金属Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn、Cu中的任意一种或几种作为Ni与蓝宝石衬底的粘附层和应力调节层。另外，当工艺实际要求是深度干法刻蚀蓝宝石衬底时，则要求的Ni掩膜的厚度较大，且在Ni掩膜制备中真空蒸镀设备的腔体温度有所升高，这些均导致Ni掩膜应力的进一步增大，进而使得在剥离中，Ni掩膜的卷边脱落。因此，本发明中将工艺实际要求的厚的Ni层拆分为几个较薄的Ni层，并在每层中间插入应力小的金属Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn、Cu中的任意一种或几种的薄层，由此解决厚的Ni层应力大、易脱落的问题。

所述步骤2）中，所述真空蒸镀设备为电子束蒸发台、磁控溅射机台或热蒸发机台。

附图说明

图1 实施例1制成的具有Ti/Ni金属掩膜结构的蓝宝石衬底剖面示意图。

图2 实施例1制成的具有Ti/Ni金属结构掩膜的蓝宝石衬底进行干法刻蚀后获得的具有1.2μm高的圆柱形图形的蓝宝石衬底SEM剖面图。

图3 实施例2描述的具有Ti/Ni/Al/Ni/Al/Ni金属掩膜结构的蓝宝石衬底剖面示意图。

图4 实施例2描述的对具有Ti/Ni/Al/Ni/Al/Ni金属掩膜结构的蓝宝石衬底进行干法刻蚀后获得的具有3μm高的圆柱形图形的蓝宝石衬底剖面示意图。

具体实施方式

本发明中的蓝宝石衬底可以是为蓝宝石衬底中的任何一种晶面，即可以为(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面，或其他晶面。控制各光刻图形的最小边长或直径为10nm~1000μm。

实施例一：

在蓝宝石衬底上蒸镀Ti/Ni金属掩膜结构，并继而通过干法刻蚀工艺对蓝宝石衬底进行加工，获得蓝宝石衬底上的高为1.2μm的圆柱图形。下面就其结构及其制作方法进行说明。

步骤1：在蓝宝石衬底上利用光刻技术制备直径为3μm、间隔为1μm的圆形光刻图形。

步骤2：利用电子束蒸发机台或磁控溅射机台或热蒸发机台在经过步骤1处理的蓝宝石衬底上依次蒸镀Ti(5nm)和Ni(200nm)金属结构，作为干法刻蚀蓝宝石衬底的掩膜。

步骤3：将经步骤2处理的蓝宝石衬底放入丙酮溶液中，加热超声5min，进行光刻胶剥离工艺。

步骤4：将经步骤3处理的具有金属掩膜结构的蓝宝石衬底放入ICP刻蚀机台，选择BCl₃/Cl₂等离子体气体对衬底进行刻蚀，刻蚀时间为15min，完成对蓝宝石衬底表面的刻蚀工艺处理，在蓝宝石衬底表面形成高为1.2μm的圆柱图形。

如图1所示，产品结构从下向上依次为蓝宝石衬底1、厚度为5nm的Ti层2和厚度为200nm的Ni层3。

从图2可见在蓝宝石衬底上具有1.2μm高的圆柱形图形的Ti层和Ni层。

实施例二：

在蓝宝石衬底上蒸镀Ti/Ni/Al/Ni/Al/Ni金属掩膜结构，并继而通过干法刻蚀工艺对蓝宝石衬底进行加工，获得蓝宝石衬底上的高为3μm的圆柱图形。下面就其结构及其制作方法进行说明。

步骤1：在蓝宝石衬底上利用光刻技术制备直径为3μm、间隔为3μm的圆形光刻图形。

步骤2：利用电子束蒸发机台或磁控溅射机台或热蒸发机台在经步骤1处理后的蓝宝石衬底上依次蒸镀Ti(10nm)、Ni(180nm)、Al(10nm) 、Ni(180nm) 、Al(10nm)和Ni(180nm)金属结构，作为干法刻蚀蓝宝石衬底的掩膜。

步骤3：将经步骤2处理后的蓝宝石衬底放入丙酮溶液中，加热超声10min，进行光刻胶剥离工艺。

步骤4：将经步骤3处理后的具有金属掩膜结构的蓝宝石衬底放入ICP刻蚀机台，选择BCl₃/Cl₂等离子体气体对衬底进行刻蚀，刻蚀时间为50min，完成对蓝宝石衬底表面的刻蚀工艺处理，在蓝宝石衬底表面形成高为的3μm的圆柱图形，如图4 所示为刻蚀后蓝宝石衬底的剖面示意图。

如图3所示，产品结构从下向上依次为：蓝宝石衬底1、厚度为10nm的Ti层2、厚度为180nm的Ni层4、厚度为10 nm 的Al层3、厚度为180nm的Ni层4、厚度为10nm的Al层3、厚度为180nm的Ni层4。

本发明中，与Ni 间隔的金属可以选自Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn或Cu中的任意一种。控制Ti、Cr、Al、In、Ag、Au、Sn或Cu的厚度为5nm~50nm，每层金属Ni层的厚度为5nm~500nm。

Claims

1.用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1）光刻：在蓝宝石衬底上采用光刻技术制备光刻图形；

3）剥离：将蓝宝石衬底放入去胶剂中，剥离光刻胶。

2.根据权利要求1所述的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，其特征在于所述蓝宝石衬底为蓝宝石的c面，或r面，或m面，或a面。

3.根据权利要求1所述的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，其特征在于所述步骤1）中，各光刻图形的最小边长或直径为10nm~1000μm。

4.根据权力要求1所述的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，其特征在于所述步骤2）中A或B或C或……层的厚度为5nm~50nm，而每层金属Ni层的厚度为5nm~500nm。

5.根据权利要求1所述的用于干法刻蚀的蓝宝石衬底表面加工前期生产方法，其特征在于所述步骤2）中，所述真空蒸镀设备为电子束蒸发台、磁控溅射机台或热蒸发机台。