CN103854992A - 基片刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基片刻蚀方法,其包括以下步骤:向反应腔室内输入由氯气和氯化物气体混合的刻蚀气体;向反应腔室施加激励功率,以使所述刻蚀气体形成等离子体;向待处理基片施加偏压功率,以使所述等离子体刻蚀待处理基片。本发明提供的基片刻蚀方法可以减少甚至避免GaN槽底部的针状物的出现,从而提高工艺质量。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域,特别涉及一种基片刻蚀方法。
背景技术
GaN(氮化镓)因具有良好的电学特性而成为制备LED等光电器件和大功率电子器件的理想材料。通常,绝大多数GaN是在蓝宝石衬底上外延生成的,但是,由于GaN和蓝宝石衬底相比,二者的晶格常数以及热膨胀系数的差别很大,造成生成的GaN外延层产生位错,且缺陷密度较大。PSS(Patterned Sapp Substrates,图形化蓝宝石衬底)因其可以有效减少外延层位错和缺陷,是目前制作GaN基LED器件普遍应用的一种衬底材料,但是,由于该蓝宝石衬底具有很高的硬度和化学稳定性,导致对在蓝宝石衬底上生长的GaN外延层进行刻蚀的难度较大,因此,在制造GaN基LED器件的工艺过程中,PSS刻蚀工艺是提高工艺质量的一个很关键的环节。
目前,在采用电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,以下简称ICP)设备对GaN外延层进行刻蚀时,例如,在12英寸ICP设备中,通常采用Cl2(氯气)作为刻蚀气体,这在实际应用中不可避免地存在以下问题,即:由于在刻蚀过程中从GaN外延层析出的O(氧)与Ga形成GaO,GaO会在GaN外延层的表面形成硬掩膜,该硬掩膜的存在会导致GaN槽(即,刻蚀蓝宝石衬底上的GaN外延层所形成的槽状结构)底部形成大量的针状物(Pillar),从而工艺质量较差。
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,提出了一种基片刻蚀方法,其可以减少甚至避免GaN槽底部的针状物的出现,从而提高工艺质量。
为实现本发明的目的而提供一种基片刻蚀方法,包括以下步骤:
向反应腔室内输入由氯气和氯化物气体混合的刻蚀气体;
向反应腔室施加激励功率,以使所述刻蚀气体形成等离子体;
向待处理基片施加偏压功率,以使所述等离子体刻蚀待处理基片。
其中,所述氯化物气体包括氯化硼或氯化硅。
其中,在向反应腔室内输入由氯气和氯化物气体混合的刻蚀气体的步骤中,在输入所述刻蚀气体的同时,向反应腔室内输入氩气。
其中,所述激励功率的范围在300~500W,且所述偏压功率的范围在100~200W。
优选地,按预定比例施加所述激励功率和偏压功率,且所述预定比例的范围在4∶1~5∶1。
其中,所述反应腔室的腔室压力的范围在2~4mT。
其中,所述氯气的气体流量范围在90~120sccm,且所述氯化硼的气体流量范围在5~15sccm。
其中,所述刻蚀方法用于进行GaN刻蚀。
其中,工艺时间为20-30min。
优选地,所述激励功率为400W,所述偏压功率为120W,腔室压力为3mT,所述氯气的气体流量为110sccm,所述氯化硼的气体流量为10sccm,工艺时间为29min。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供的基片刻蚀方法,通过将氯气和氯化物气体的混合气体作为刻蚀气体,这与现有技术中仅以氯气作为刻蚀气体相比,可以在刻蚀过程中借助氯化物气体中被电离出的阳离子与从GaN外延层析出的O结合,从而可以避免在GaN外延层的表面形成硬掩膜,进而可以在一定程度上减少GaN槽底部形成的针状物的数量,提高工艺质量。
附图说明
图1为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图;
图2a为采用现有的刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图;
图2b为采用现有的刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽底部的扫描电镜图;
图3a为采用本发明提供的基片刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图;
图3b为采用本发明提供的基片刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽底部的扫描电镜图;
图4a为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图;
图4b为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽侧壁的扫描电镜局部放大图;以及
图4c为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽底部的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图来对本发明提供的基片刻蚀方法进行详细描述。
图1为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图。请参阅图1,该方法包括以下步骤:
将待处理的基片放入反应腔室;
向反应腔室内输入由Cl2(氯气)和氯化物气体混合的刻蚀气体。氯化物气体可以包括BCl3(氯化硼)或SiCl4(氯化硅),在实际应用中,凡是被电离出的阳离子易于与O(氧)结合的氯化物气体,均可以作为和Cl2混合的刻蚀气体。此外,还可以在输入上述刻蚀气体的同时,向反应腔室内输入少量的Ar(注意,Ar不作为刻蚀气体),即,向反应腔室内通入Cl2、氯化物气体和少量Ar的混合气体,借助于Ar,可以增强在刻蚀过程中增强物理刻蚀的作用,从而可以提高刻蚀速率,进而提高工艺效率。
开启激励电源(例如射频电源),激励电源向反应腔室施加激励功率,以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体;
开启偏压电源,偏压电源向待处理基片施加偏压功率,以使等离子体刻蚀待处理基片。
下面针对本发明提供的基片刻蚀方法和现有技术的基片刻蚀方法进行刻蚀实验,在该基片刻蚀实验中,本实施例和现有技术均使用12英寸ICP设备,并且,本实施例和现有技术分别所使用的ICP设备的工艺参数如下述表1所示。
表1
从表1可知,本实施例所使用的ICP设备的工艺参数与现有技术所使用的ICP设备的工艺参数相比,其区别在于:现有技术的基片处理方法仅采用Cl2作为刻蚀气体,而本实施例提供的基片刻蚀方法采用由Cl2和BCl3混合的刻蚀气体;而且,在现有技术的基片处理方法中,腔室压力和工艺温度较高,而在本实施例提供的基片刻蚀方法中,腔室压力和工艺温度较低。
下面对采用现有的刻蚀方法和本实施例提供的基片刻蚀方法进行刻蚀所获得的GaN槽形貌进行比较。图2a为采用现有的刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图。图2b为采用现有的刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽底部的扫描电镜图。图3a为采用本发明提供的基片刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图。图3b为采用本发明提供的基片刻蚀方法刻蚀获得的GaN槽底部的扫描电镜图。比较图2a、图2b、图3a和图3b可知,对于现有技术而言,由于其仅采用Cl2作为刻蚀气体,导致无法去除在刻蚀过程中从GaN外延层析出的O,O与Ga形成GaO,GaO会在GaN外延层的表面形成硬掩膜,该硬掩膜的存在会导致GaN槽(即,刻蚀蓝宝石衬底上的GaN外延层所形成的槽状结构)底部形成大量的针状物,从而工艺质量较差。与之相比,通过向反应腔室内输入由Cl2和BCl3混合的刻蚀气体,可以在刻蚀过程中借助从BCl3中被电离出的B离子与从GaN外延层析出的O结合,从而可以避免在GaN外延层的表面形成硬掩膜,进而可以在一定程度上减少GaN槽底部形成的针状物的数量,提高工艺质量。
此外,比较图2a和图3a可知,由于现有技术采用了较高的腔室压力和工艺温度,导致GaN槽侧壁的坡度较低;而本发明提供的基片刻蚀方法通过采用较低的腔室压力和工艺温度,可以增加等离子体的各向异性刻蚀,从而可以提高GaN槽侧壁的光滑度和坡度,进而进一步优化工艺质量。优选地,反应腔室的腔室压力的范围在2~4mT;工艺温度的范围在-10~0deg;工艺时间的范围在20~30min;氯气的气体流量范围在90~120sccm;氯化硼的气体流量范围在5~15sccm。
为了进一步减少甚至避免出现GaN槽底部的针状物,还可以适当提高激励功率,且降低偏压功率,这是由于较高的激励功率可以提高等离子体的密度,从而可以提高刻蚀速率和刻蚀选择比;而较低的偏压功率可以适当减弱物理刻蚀,从而可以平衡物理刻蚀和化学刻蚀,进而可以实现进一步减少甚至避免GaN槽底部的针状物的形成。优选地,激励功率的范围在300~500W,且偏压功率的范围在100~200W。此外,为了进一步平衡物理刻蚀和化学刻蚀,可以按预定比例施加激励功率和偏压功率,优选地,该预定比例的范围在4∶1~5∶1。
下面针对本实施例提供的基片刻蚀方法采用不同的激励功率和偏压功率进行两组刻蚀实验,并且,第一组实验和第二组实验所用的ICP设备的工艺参数如下述表2所示。
表2
从表2可以看出,第一组实验采用较低的激励功率和较高的偏压功率,第二组实验采用较高的激励功率和较低的偏压功率。
下面对第一组实验所获得的GaN槽形貌和第二组实验所获得的GaN槽形貌进行比较。图4a为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽侧壁的扫描电镜图。图4b为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽侧壁的扫描电镜局部放大图。图4c为采用本发明提供的基片刻蚀方法进行第二组实验获得的GaN槽底部的扫描电镜图。第一组实验获得的GaN槽形貌如图3a和图3b所示。
将图3a和图3b与图4a、图4b和图4c进行比较,可以看出,由于第一组实验采用了较低的激励功率,较高的偏压功率,导致等离子体的密度相对较低,而物理刻蚀的作用相对较强,从而不仅刻蚀速率较低和刻蚀选择比较低,而且物理刻蚀和化学刻蚀不平衡,进而造成GaN槽底部仍然形成有较少数量的针状物,且GaN槽侧壁形貌较粗糙。与之相比,由于第二组实验适当地提高了激励功率,且减小了偏压功率,从而不仅可以提高等离子体的密度,以提高刻蚀速率和刻蚀选择比,而且还可以平衡物理刻蚀和化学刻蚀,进而可以完全避免GaN槽底部的针状物的形成。此外,第二组实验获得的GaN槽侧壁比第一组实验获得的GaN槽侧壁更光滑、更平整,并且坡度较高,约67°。由此可知,通过适当提高激励功率和减小偏压功率,可以在有效地减少甚至消除GaN槽底部的针状物的前提下,提高GaN槽侧壁的光滑度和坡度,从而可以进一步提高工艺质量。
优选地,激励功率为400W,偏压功率为120W,腔室压力为3mT,氯气的气体流量为110sccm,氯化硼的气体流量为10sccm,工艺时间为29min,工艺温度为0deg。
需要说明的是,在适当提高激励功率和减小偏压功率时,可以根据具体需要适当调整Cl2和BCl3的流量、腔室压力、工艺时间和/或工艺温度。
综上所述,本实施例提供的上述基片刻蚀方法,通过将氯气和氯化物气体的混合气体作为刻蚀气体,这与现有技术中仅以氯气作为刻蚀气体相比,可以在刻蚀过程中借助氯化物气体中被电离出的阳离子与从GaN外延层析出的O结合,从而可以避免在GaN外延层的表面形成硬掩膜,进而可以在一定程度上减少GaN槽底部形成的针状物的数量,提高工艺质量。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基片刻蚀方法,其特征在于,包括以下步骤:
向反应腔室内输入由氯气和氯化物气体混合的刻蚀气体;
向反应腔室施加激励功率,以使所述刻蚀气体形成等离子体;
向待处理基片施加偏压功率,以使所述等离子体刻蚀待处理基片。
2.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述氯化物气体包括氯化硼或氯化硅。
3.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,在向反应腔室内输入由氯气和氯化物气体混合的刻蚀气体的步骤中,
在输入所述刻蚀气体的同时,向反应腔室内输入氩气。
4.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述激励功率的范围在300~500W,且所述偏压功率的范围在100~200W。
5.如权利要求4所述的基片刻蚀方法,其特征在于,按预定比例施加所述激励功率和偏压功率,且所述预定比例的范围在4∶1~5∶1。
6.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述反应腔室的腔室压力的范围在2~4mT。
7.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述氯气的气体流量范围在90~120sccm,且所述氯化硼的气体流量范围在5~15sccm。
8.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀方法用于进行GaN刻蚀。
9.如权利要求1所述的基片刻蚀方法,其特征在于,工艺时间为20-30min。
10.如权利要求4-9任意一项权利要求所述的基片刻蚀方法,其特征在于,所述激励功率为400W,所述偏压功率为120W,腔室压力为3mT,所述氯气的气体流量为110sccm,所述氯化硼的气体流量为10sccm,工艺时间为29min。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |