CN105225927A - 制造蓝宝石基底的方法及制造第iii族氮化物半导体发光器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制造能够形成合适形状的抗蚀剂和具有高精度的精细浮凸结构的蓝宝石基底的方法，以及制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。制造蓝宝石基底的方法包括形成第一抗蚀剂图案，形成第二抗蚀剂图案，以及蚀刻蓝宝石晶片的步骤。形成第二抗蚀剂图案的步骤包括：在第一阶段期间，通过向第一抗蚀剂图案提供Cl2气蚀刻抗蚀剂的第一步骤；在第二阶段期间，向通过第一阶段的蚀刻而获得的中间抗蚀剂图案辐照被制成等离子体的稀有气体的步骤；以及在第三阶段期间，通过提供Cl2并且对中间抗蚀剂图案进行蚀刻来形成抗蚀剂的第二步骤。
Description
技术领域
本说明书的技术领域涉及在蓝宝石晶片上形成精细浮凸结构(embossment)的用于制造蓝宝石基底的方法，并且涉及用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。
背景技术
在第III族氮化物半导体发光器件中所使用的蓝宝石基底可以在其表面上具有精细浮凸结构，以将由第III族氮化物半导体发光层发射的光有效地提取到外部。
可以使用蚀刻技术来在蓝宝石基底上形成精细浮凸结构。使用干法蚀刻和湿法蚀刻作为蚀刻。例如，日本公开特许公报(kokai)第2008-177528号描述了一种用以在基底上形成浮凸结构的技术，该技术通过使用氯基气体或氟气，并在形成被图案化为在基底上的许多岛(island)的形式的抗蚀剂掩模之后使用氩气而实现(参照第21段)。
当对基底进行蚀刻时，抗蚀剂掩模也被蚀刻。当使用这样的高反应性气体时，抗蚀剂掩模的各个岛有时被不对称地去除。即，一个柱形的抗蚀剂岛不是相对于其中心轴旋转对称的。此外，越靠近晶片的外围，每个晶片的抗蚀剂岛的形状就变形越大。发明人推定原因如下。蚀刻气体撞击抗蚀剂掩模的表面，并使该表面带电。然而，抗蚀剂的一部分(即，晶片的外围)强带电，而抗蚀剂的剩余部分(即，晶片的中心部分)没有如此强带电。在蓝宝石晶片的表面上电荷分布是不对称或者不均匀的。该不对称的电荷在蓝宝石晶片的表面附近产生不对称的电场。由于电场的影响，抗蚀剂具有其中每单位面积的蚀刻气体的撞击量大的一些部分和其中每单位面积的蚀刻气体的撞击量小的另外的部分。因此，抗蚀剂形状是不对称的，并且在晶片的外边缘部分附近这样的趋势显著。
抗蚀剂的形状影响最初被蚀刻的蓝宝石晶片的蚀刻形状。即，在抗蚀剂不对称地变形的情况下，蓝宝石晶片上的浮凸结构也不对称地变形。当在具有这样的变形的浮凸结构的蓝宝石基底上形成半导体层的情况下，半导体层的结晶性不是很好。因此，在蚀刻蓝宝石晶片之前，优选地形成合适形状的抗蚀剂。
发明内容
已经构想了本发明的技术以解决前述技术问题。因此，本发明的目的为提供一种形成合适形状的抗蚀剂和具有高精度的精细浮凸结构的制造蓝宝石基底的方法，以及用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于制造蓝宝石基底的方法，该方法包括如下步骤：通过光刻在蓝宝石晶片的第一表面上形成第一抗蚀剂图案；通过蚀刻第一抗蚀剂图案形成第二抗蚀剂图案；以及以第二抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻蓝宝石晶片的第一表面。形成第二抗蚀剂图案的步骤包括：在第一阶段期间，通过向第一抗蚀剂图案提供氯基气体来蚀刻第一抗蚀剂图案；在第二阶段期间，向通过第一阶段的蚀刻获得的中间抗蚀剂图案辐照被制成等离子体的稀有气体；以及在第三阶段期间，通过提供氯基气体并且对中间抗蚀剂图案进行蚀刻来形成第二抗蚀剂图案。
在制造蓝宝石基底的方法中，通过光刻形成具有平截头体形状的第一抗蚀剂图案，以及通过蚀刻第一抗蚀剂图案形成具有平截头体形状的第二抗蚀剂图案。曝光和显影之后的抗蚀剂的侧表面通常几乎垂直于蓝宝石晶片的第一表面。因此，通过蚀刻抗蚀剂使抗蚀剂的侧表面倾斜。在蚀刻抗蚀剂的过程中，以1μm的量级蚀刻抗蚀剂，并且在蚀刻抗蚀剂期间，在抗蚀剂上容易产生不均匀的电荷分布。在制造蓝宝石基底的方法中，通过辐照等离子体使抗蚀剂静电放电。因而，可以形成具有适合于蚀刻蓝宝石晶片的形状的抗蚀剂图案。因为形成了具有高精度的抗蚀剂图案，所以可以在蓝宝石基底上形成具有高精度的精细浮凸结构。
本发明的第二方面涉及用于制造蓝宝石基底的方法的特定实施方案，其中蚀刻第一抗蚀剂图案和蚀刻中间抗蚀剂图案是为了将第一抗蚀剂图案的形状布置成为第二抗蚀剂图案的形状，以及在将抗蚀剂图案布置成第二抗蚀剂图案期间，执行辐照等离子体。
本发明的第三方面涉及用于制造蓝宝石基底的方法的特定实施方案，其中第一抗蚀剂图案具有与蓝宝石晶片的第一表面相交的第一表面；第二抗蚀剂图案具有与蓝宝石晶片的第一表面相交的第二表面；相交的第一表面与蓝宝石晶片的第一表面之间的角度在75°至90°的范围内；并且相交的第二表面与蓝宝石晶片的第一表面之间的角度在45°至65°的范围内。
本发明的第四方面涉及制造蓝宝石基底的方法的特定实施方案，其中第一抗蚀剂图案具有与蓝宝石晶片的第一表面相交的第一表面；第二抗蚀剂图案具有与蓝宝石晶片的第一表面相交的第二表面；并且相交的第二表面与蓝宝石晶片的第一表面之间的角度比相交的第一表面与蓝宝石晶片的第一表面之间的角度小10°以上。
本发明的第五方面涉及制造蓝宝石基底的方法的特定实施方案，其中第一抗蚀剂图案为截头圆锥形状或截头多棱锥形状(multipletruncatedpyramidshape)；第二抗蚀剂图案为圆锥形状或多棱锥形状(polygonal-pyramidalshape)。
本发明的第六方面涉及制造蓝宝石基底的方法的特定实施方案，其中在开始辐照等离子体时开始提供稀有气体，并在结束辐照等离子体时停止提供稀有气体。
在本发明的第七方面中，提供了一种在蓝宝石基底上制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，该方法包括如下步骤：通过用于制造蓝宝石基底的方法制造蓝宝石基底；在蓝宝石基底的第一表面上形成第III族氮化物半导体层；以及在第III族氮化物半导体层上形成电极。
本发明提供了一种形成合适形状的抗蚀剂和具有高精度的精细浮凸结构的制造蓝宝石基底的方法，以及制造第III族氮化物半导体发光器件的方法。
附图说明
由于在结合附图考虑的情况下，参照优选实施方案的以下详细描述，本发明的各种其他目的、特征和许多附带优点将变得更好理解，所以可以容易地认识到本发明的各种其他目的、特征以及许多附带优点，其中：
图1为示出根据实施方案1的蓝宝石基底的正视图；
图2为示出根据实施方案1的蓝宝石基底的一部分的平面图；
图3为沿着图2的线III-III截取的部分截面图；
图4为示出根据实施方案1的蚀刻设备的结构的框图；
图5为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的步骤的工艺流程图；
图6为示出根据实施方案1的用于蚀刻抗蚀剂的步骤的时序图；
图7为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法的简图(部分1)；
图8为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法的简图(部分2)；
图9为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法的简图(部分3)；
图10为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法的简图(部分4)；
图11为示出根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法的简图(部分5)；
图12为示出根据实施方案1的蚀刻抗蚀剂的步骤的简图；
图13为示出在执行辐照氩等离子体的步骤时，表面高度与辐照时间之间的关系的图；
图14为示出在执行辐照氩等离子体的步骤时，表面高度与辐照次数之间的关系的图；以及
图15为示出根据实施方案2的第III族氮化物半导体发光器件的结构的简图。
具体实施方式
下面将参照附图通过以制造蓝宝石基底的实例和制造半导体发光器件的实例作为实施例来描述本发明的特定实施方案。然而，本说明书的技术不限于该实施方案。后面所描述的蓝宝石基底的浮凸结构的厚度在附图中被示为相对大于其实际尺寸。
实施方案1
1.蓝宝石基底
图1为示出通过根据实施方案1的制造蓝宝石基底的方法制造的蓝宝石基底100的正视图。蓝宝石基底100具有第一表面100a、第二表面100b和突起110。第一表面100a具有多个突起110。第一表面100a为在其上形成有半导体层的表面。第一表面100a为蓝宝石的c面。第二表面100b为与第一表面100a相反的表面。在第二表面100b上不形成突起。
图2为从第一表面100a的一侧看的蓝宝石基底100的部分平面图。如图2所示，每个突起110具有圆锥形状。每个突起110包括顶部111、圆锥表面112和底部113。底部113为蓝宝石基底100的第一表面100a与圆锥表面112之间的边界表面。底部113具有圆形形状。突起110以蜂窝形状布置在第一表面100a上。即，顶部111被设置在通过用线虚拟地连接多个突起110的顶部111得到的正六边形的顶点和中心处。
图3为沿线III-III截取的部分截面图。如图3所示，突起110之间的间距X1在2μm至10μm的范围内。间距X1为相邻突起110的顶部111之间的距离。突起110的最大直径X2在1μm至5μm的范围内。突起110的最大直径X2为底部113的直径。突起110的高度H1在1μm至5μm的范围内。突起110的高度H1为第一表面100a与顶部111之间的距离。这些数值范围仅为指导，并且可以使用除了上述数值之外的任何其他数值。
蚀刻设备
图4为示出根据实施方案1的用于蚀刻的蚀刻设备1000的结构的框图。如图4所示，蚀刻设备1000包括室1100、天线1200、第一高频电源1300、第一匹配装置1310、下部电极1400、托盘1410、第二高频电源1500、第二匹配装置1510、进气口1610、出气口1620、第一供气部1710、第二供气部1720、第三供气部1730、以及第四供气部1740。
室1100为用于蚀刻的反应室。天线1200为用于通过室1100内的等离子体生成部PG1来生成等离子体的电极。第一高频电源1300用于向天线1200施加高频电压。频率为例如13.56MHz。第一匹配装置1310设置在第一高频电源1300与天线1200之间。
在下部电极1400上，设置托盘1410。托盘1410为用于安装待被蚀刻的晶片W1的台。下部电极1400用于将在等离子体生成部PG1处生成的等离子体吸引至晶片W1。第二高频电源1500用于向下部电极1400施加高频电压。第二匹配装置1510设置在第二高频电源1500与下部电极1400之间。
进气口1610用于使蚀刻气体流入室1100中。设置多个进气口1610以将蚀刻气体均匀地传送至室1100内。出气口1620用于将来自室1100的气体释放至外部。第一供气部1710用于提供Cl2气体。第二供气部1720用于提供Ar气体。第三供气部1730用于提供HBr气体。第四供气部1740用于提供BCl3气体。
3.用于制造蓝宝石基底的方法的概述
下面描述用于制造蓝宝石基底的方法的概述。图5为示出用于制造蓝宝石基底的方法的概述的工艺流程图。如图5所示，根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法包括如下步骤：形成第一抗蚀剂图案(S100)；形成第二抗蚀剂图案(S200)；以及蚀刻蓝宝石晶片(S300)。
因而，根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法被分成形成抗蚀剂掩模的步骤和利用抗蚀剂掩模对蓝宝石晶片进行等离子体蚀刻的步骤。即使在形成抗蚀剂掩模的过程中也执行等离子体蚀刻。因此，根据实施方案1的用于制造蓝宝石基底的方法具有等离子体蚀刻抗蚀剂的步骤和等离子体蚀刻蓝宝石晶片的步骤两者。
形成第一抗蚀剂图案的步骤为通过光刻在蓝宝石晶片的第一表面上形成第一抗蚀剂图案，即掩模。形成第二抗蚀剂图案的步骤为通过等离子蚀刻第一抗蚀剂图案来形成第二抗蚀剂图案，即掩模。等离子体蚀刻蓝宝石晶片的步骤为利用第二抗蚀剂图案的掩模来蚀刻蓝宝石晶片的第一表面。因而，在实施方案1中，通过形成第一抗蚀剂图案的步骤和形成第二抗蚀剂图案的步骤，在蓝宝石晶片上形成合适形状的抗蚀剂掩模。通过蚀刻蓝宝石晶片的步骤，在蓝宝石晶片上形成精细浮凸结构。
4.用于蚀刻抗蚀剂的方法
如图5所示，形成第二抗蚀剂图案的步骤(S200)包括蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)、辐照氩等离子体的步骤(S220)、以及蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)。形成第二抗蚀剂图案的步骤为对通过形成第一抗蚀剂图案的步骤(S100)形成的第一抗蚀剂图案的各个岛的形状进行布置。如之后所描述的，具有截头圆锥形状的抗蚀剂岛被布置为具有圆锥形状。
4-1.时序图
图6为示出根据实施方案1的用于等离子体蚀刻抗蚀剂的方法的时序图。如图6所示，在第一阶段T1期间，执行蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)。在第二阶段T2期间，执行辐照氩等离子体的步骤(S220)。在第三阶段T3期间，执行蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)。第二阶段T2接着第一阶段T1。第三阶段T3接着第二阶段T2。
5.制造蓝宝石基底的方法
5-1.制备基底的步骤
首先，如图7所示，制备晶片W1。晶片W1为没有形成浮凸结构的蓝宝石晶片。如图7所示，晶片W1具有第一表面W1a和第二表面W1b。晶片W1为c面蓝宝石。第一表面W1a为c面。第二表面W1b为与第一表面W1a相反的表面。
5-2.形成第一抗蚀剂图案的步骤(S100)
然后，如图8所示，用具有均匀厚度的抗蚀剂R0涂覆晶片W1的第一表面W1a。抗蚀剂R0为已知的光致抗蚀剂。因此，露出在与晶片W1的第二表面W1b相反的侧的抗蚀剂R0的表面R0a。在这种状态下，对晶片W1进行预焙。
随后，以预先确定的图案对抗蚀剂R0进行曝光。抗蚀剂R0被显影以具有第一抗蚀剂图案。因而，如图9所示，在晶片W1的第一表面W1a上形成具有许多抗蚀剂岛R1的第一抗蚀剂图案。下文中“抗蚀剂岛R1”仅被称为“抗蚀剂R1”。抗蚀剂R1为通过曝光和显影形成的第一抗蚀剂图案的元素。抗蚀剂R1被设置在与图2的顶部111对应的位置处。即，抗蚀剂R1被设置在正六边形的顶点和中心处。
抗蚀剂R1具有平截头体形状，例如截头圆锥形状或截头多棱锥形状。抗蚀剂R1具有倾斜的表面R1a和顶表面R1b。抗蚀剂R1的顶表面R1b为几乎平行于晶片W1的第一表面W1a的平坦表面。在利用光刻移除被曝光的部分时，该平坦表面R1b因此保留。
如图9所示，抗蚀剂R1的倾斜的表面R1a为与晶片W1的第一表面W1a相交的表面。在抗蚀剂R1具有截头多棱锥形状时，倾斜的表面R1a为截头多棱锥形状的倾斜的侧表面中的一个。在抗蚀剂R1具有截头圆锥形状时，倾斜的表面R1a为截头圆锥形状的倾斜的侧表面。抗蚀剂R1的倾斜的表面R1a与晶片W1的第一表面W1a之间的角度θ1在75°至85°的范围内。即满足下面的关系：75°≤θ1≤85°。
5-3.形成第二抗蚀剂图案的步骤(S200)
然后，通过蚀刻抗蚀剂R1将抗蚀剂R1的形状形成为具有圆锥形状或多棱锥形状的抗蚀剂岛R2的形状。第二抗蚀剂图案包括许多抗蚀剂岛R2。下文中，“抗蚀剂岛R2”仅被称为“抗蚀剂R2”。抗蚀剂R1的平坦表面R1b消失。为此，使用图4的蚀刻设备1000。
通过蚀刻，第一抗蚀剂图案的抗蚀剂R1的形状逐渐变化为第二抗蚀剂图案的抗蚀剂R2的形状。因此，尽管在蚀刻期间，存在中间抗蚀剂图案及其中间抗蚀剂岛，但是为了简洁，在下面的描述中，分别将中间抗蚀剂图案及其中间抗蚀剂岛描述为第一抗蚀剂图案和抗蚀剂R1。
5-3-1.蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)
首先，如图6所示，在第一阶段T1期间，执行蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)。在该步骤中，第一供气部1710提供Cl2气体。第二供气部1720不提供Ar气体。天线1200的电功率被设置为600W。下部电极1400的偏置电功率被设置为1800W。因而，通过向蓝宝石晶片W1和具有许多抗蚀剂岛R1的第一抗蚀剂图案提供被制成等离子体的氯基气体来对抗蚀剂R1进行等离子体蚀刻。在该步骤中，蚀刻装置1000的内部压力在0.1Pa至2.0Pa的范围内。该数值范围仅为示例，并且可以使用其他的数值。
5-3-2.辐照氩等离子体的步骤(S220)
其次，在第二阶段T2期间，执行辐照氩等离子体的步骤(S220)。在该步骤中，第一供气部1710不提供Cl2气体。第二供气部1720提供Ar气体。天线1200的电功率被设置为300W。下部电极1400的偏置电功率被设置为0W。即停止提供偏置电功率。因此，氩离子在未被下部电极1400加速的情况下到达抗蚀剂R1。因而，带正电的氩离子被辐照至抗蚀剂R1。这样，被制成等离子体的稀有气体辐照至蓝宝石晶片W1和抗蚀剂R1。抗蚀剂R1被蚀刻。在该步骤中，蚀刻装置1000的内部压力在0.5Pa至10.0Pa的范围内。该数值范围仅为示例，并且可以使用其他的数值。
在辐照氩等离子体的步骤开始时，第二供气部1720开始提供氩气。在辐照氩等离子体的步骤结束时，第二供气部1720停止提供氩气。即在蚀刻抗蚀剂的第一步骤和蚀刻抗蚀剂的第二步骤中不提供氩气。因而，在第一阶段T1和第三阶段T3中，通过停止提供氩气可以相对增加向内部压力保持恒定的室1100中提供的Cl2气体的量。即在蚀刻抗蚀剂的第一步骤和蚀刻抗蚀剂的第二步骤中，蚀刻速率可以增强。
5-3-3.蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)
随后，在第三阶段T3期间，执行蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)。在该步骤中，施加与在蚀刻抗蚀剂的第一步骤中的条件相同的条件。即，第一供气部1710提供Cl2气体。第二供气部1720不提供Ar气体。天线1200的电功率被设置为600W。下部电极1400的偏置电功率被设置为1800W。因而，通过向蓝宝石晶片W1提供被制成等离子体的氯基气体来对抗蚀剂R1进行蚀刻，从而形成具有许多抗蚀剂岛R2的第二抗蚀剂图案。蚀刻装置1000的内部压力在0.1Pa至2.0Pa的范围内。该数值范围仅为示例，并且可以使用其他的数值。
因而，形成了如图10所示的抗蚀剂R2。抗蚀剂R2为通过对抗蚀剂R1进行蚀刻形成的第二抗蚀剂图案的岛。抗蚀剂R2为平截头体形状，例如截头圆锥形状或截头多棱锥形状。在存在抗蚀剂R1的位置处晶片W1的第一表面W1a保留，没有抗蚀剂R1的露出的部分被轻微地划去。然而，由于划去的量极小，划去之后露出的表面被定义为第一表面W1c。
抗蚀剂R2具有倾斜的表面R2a。如上所述，在抗蚀剂R2中平坦的顶表面R1b消失。如图10所示，抗蚀剂R2的倾斜的表面R2a为与晶片W1的第一表面W1a相交的表面。倾斜的表面R2a还与第一表面W1c相交。在抗蚀剂R2为截头多棱锥形状的情况下，倾斜的表面R2a为截头多棱锥形状的倾斜的侧表面中的一个。在抗蚀剂R2为截头圆锥形状的情况下，倾斜的表面R2a为截头圆锥形状的倾斜的侧表面。
抗蚀剂R2的倾斜的表面R2a与晶片W1的第一表面W1a之间的角度θ2在45°至65°的范围内。即满足下面的关系：45°≤θ2≤65°。角度θ2更优选地在50°至60°的范围内。
抗蚀剂R2中的角度θ2小于抗蚀剂R1中的角度θ1。即满足下面的关系：θ2<θ1。
另外，角度θ2比角度θ1小10°以上。即满足下面的关系：θ1-θ2≥10°。角度θ2可以比角度θ1小20°以上。
因而，蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)和蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)为将通过已知光刻形成的抗蚀剂R1的形状布置为抗蚀剂R2。在形成第二抗蚀剂图案的步骤(S200)中，在布置抗蚀剂R1的形状期间，中断蚀刻抗蚀剂R1并且执行辐照氩等离子体的步骤(S220)。从而，像后面所描述那样，抗蚀剂R1被放电。
通过等离子体蚀刻，抗蚀剂R1的形状被布置成抗蚀剂R2的形状。在等离子体蚀刻的过程中，抗蚀剂的形状从第一抗蚀剂图案变化为第二抗蚀剂图案。然而，即使在形状布置(即等离子体蚀刻)的中间，为了简洁抗蚀剂的形状也被描述为抗蚀剂R1。
5-4.蚀刻蓝宝石晶片的步骤(S300)
随后，以第二抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻晶片W1。此时，第二供气部1720提供Ar气体。第三供气部1730提供HBr气体。第四供气部1740提供BCl3气体。天线的电功率为600W。偏置电功率为1800W。在该步骤中，蚀刻设备1000的内部压力在0.1Pa至2.0Pa的范围内。该数值范围仅为示例，并且可以使用其他的数值。
因而，晶片W1被蚀刻为如图11所示。不必说，通过蚀刻，抗蚀剂R2的形状变化为抗蚀剂R3的形状。在这个阶段，晶片W1具有第一表面100a(即底表面)和倾斜的侧表面W1d。如图11所示，第一表面W1a和抗蚀剂R3少量地保留在晶片W1上。然而，第一表面W1a和抗蚀剂R3极小。因此，去除抗蚀剂R3之后，制成了如图1所示的蓝宝石基底100。
5-5.去除抗蚀剂的步骤
从在图11中示出的晶片W1去除抗蚀剂R3，并且清洁晶片W1。因而，制成了如图1所示的蓝宝石基底100。
6.根据实施方案1的蚀刻的影响
下面将描述根据实施方案1的等离子体蚀刻的影响。图12为示出在蚀刻抗蚀剂的过程中随着时间的推移抗蚀剂的状态的简图。图12的水平方向表示时间的推移。即，时间从图12的左侧向右侧推移。图12的上半段示出了执行辐照氩等离子体的情况。图12的下半段示出了不执行辐照氩等离子体的情况。
6-1.第一实施例(执行辐照氩等离子体)
图12的上半段示出了执行蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)、辐照氩等离子体的步骤(S220)、和蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)的情况。在等离子体蚀刻的第一步骤中，由于Cl-离子，抗蚀剂R1具有不对称的电荷分布。紧接着，在辐照氩等离子体的步骤(S220)中，Ar+离子被辐照至抗蚀剂R1(即，中间抗蚀剂)，从而抗蚀剂R1的表面被静电放电。消除了由于抗蚀剂R1的不对称充电而形成的不均匀的电荷分布。在等离子体蚀刻抗蚀剂的第二步骤中，抗蚀剂R2以基本对称的形状形成。
6-2.第二实施例(不执行辐照氩等离子体)
图12的下半段示出了在T0时间内执行等离子体蚀刻抗蚀剂而不辐照氩等离子体的情况。如图12的下半段所示，在蚀刻期间，抗蚀剂R1不被静电放电。因此，在中间没有消除抗蚀剂中的不对称的电荷分布。因此，在通过不均匀的电荷分布产生的电场的影响下，Cl-离子不对称地分布。
7.实验
7-1.放电时间
图13为示出沿第二抗蚀剂图案的抗蚀剂R2的高度方向的表面粗糙度相对于辐照氩等离子体的时间的图。表面粗糙度σ被定义为沿每一个晶片的抗蚀剂岛R2的高度分布方向的标准差。图13的横轴为辐照氩等离子体的时间。图13的纵轴为抗蚀剂R2的表面粗糙度σ。如图13所示，在不执行辐照氩等离子的情况下，抗蚀剂R2的表面粗糙度σ为约0.017μm。随着辐照氩等离子体，抗蚀剂R2的表面粗糙度σ降低。在辐照时间不少于80秒的情况下，抗蚀剂R2的表面粗糙度σ为约0.009μm。因此，辐照氩等离子的第二阶段T2优选为不少于80秒。
7-2.放电次数
图14为示出沿第二抗蚀剂图案的抗蚀剂R2的高度方向的表面粗糙度相对于辐照氩等离子体的次数的图。图14的横轴为辐照氩等离子体的次数。图14的纵轴为抗蚀剂R2的表面粗糙度σ。每次等离子体辐照的时间为120秒。在辐照等离子体的次数为两次的情况下，意味着等离子体蚀刻抗蚀剂被中断两次，并且辐照氩等离子体。在这种情况下，执行了三次等离子体蚀刻抗蚀剂的步骤。
如图14所示，在辐照氩等离子体的次数为一次的情况下，抗蚀剂R2的表面粗糙度σ为约0.09μm。即使辐照氩等离子体被执行多次，抗蚀剂R2的表面粗糙度σ也几乎相同。因此，辐照氩等离子体的次数可以不少于一次。即，如果每一次辐照等离子体的时间充足的话，辐照等离子体的次数没有造成差异。
7-3.浮凸结构
在上述实验中，测量了抗蚀剂R2的表面粗糙度。比较了在执行和不执行辐照氩等离子体的步骤的情况下，其中蓝宝石晶片被等离子体蚀刻的样品。测量了在基底被等离子体蚀刻之后保留的，在图1至图3中示出的突起110的高度分布。蓝宝石基底的表面粗糙度σ被定义为沿每一个晶片的突起110的高度分布方向的标准差。因此，在执行辐照氩等离子体的情况下，蓝宝石基底的表面粗糙度σ为约0.08μm。在不执行辐照氩等离子体的情况下蓝宝石基底的表面粗糙度σ为约0.16μm。因而，在执行辐照氩等离子体的情况下在蓝宝石基底上形成了具有高精度的浮凸结构。
8.变化方案
8-1.辐照等离子体的步骤
在实施方案1中，在蚀刻抗蚀剂的第一步骤与蚀刻抗蚀剂的第二步骤之间执行辐照氩等离子体的步骤。然而，等离子体蚀刻和辐照氩等离子体的步骤可以执行任意次。另外，等离子体不限于氩等离子体。即，可以使用He、Ne、Kr、Xe或Rn中的任何稀有气体代替Ar。
8-2.在等离子体蚀刻抗蚀剂中的蚀刻气体
可以使用氯基气体例如Cl2、SiCl4、BCl3和CCl4作为蚀刻抗蚀剂R1的蚀刻气体。优选地，用于蚀刻抗蚀剂R1和用于蚀刻晶片W1的蚀刻气体不同。这是因为在蚀刻抗蚀剂的第一步骤(S210)和蚀刻抗蚀剂的第二步骤(S230)中，可以在晶片W1的第一表面W1a不被这样蚀刻的条件下，对抗蚀剂R1进行蚀刻。
8-3.抗蚀剂图案形状和布置
在实施方案1中，第一抗蚀剂图案的抗蚀剂岛R1为截头圆锥形状或截头多棱锥形状。然而，抗蚀剂岛R1可以为圆柱形或多棱柱形。抗蚀剂R1的倾斜的表面R1a与晶片W1的第一表面W1a之间的角度θ1在75°至90°的范围内。即满足下面的关系：75°≤θ1≤90°。
抗蚀剂岛R1被设置在以蜂窝形状布置的正六边形的顶点和中心处。然而，可以以除了蜂窝形状之外的其他形状布置。
8-4.蓝宝石的晶面
在实施方案1中，使用c面蓝宝石作为晶片W1。然而，可以使用具有其他晶面(例如a面)的蓝宝石晶片。
9.本实施方案的概要
如上所述，在实施方案1中，即制造蓝宝石基底的方法包括通过光刻形成第一抗蚀剂图案，以及通过等离子体蚀刻第一抗蚀剂图案形成第二抗蚀剂图案的步骤。形成第二抗蚀剂图案的步骤包括：辐照等离子体以使带电的抗蚀剂放电。由于等离子体蚀刻期间抗蚀剂的带电，该制造方法可以抑制第二抗蚀剂图案的抗蚀剂岛形成不对称形状。因此，可以形成其中抗蚀剂岛相对于其中心轴很好地对称的抗蚀剂图案。因而，在所制造的蓝宝石基底上形成具有高精度的浮凸结构。
实施方案2
下面将描述实施方案2。在实施方案2中，利用根据实施方案1的制造蓝宝石基底的方法制造的蓝宝石基底制造半导体发光器件。这里通过以制造第III族氮化物半导体发光器件的方法为实例来描述实施方案2。
1.制造半导体发光器件的方法
1-1.制造蓝宝石基底的步骤
首先利用在实施方案1中所描述的制造蓝宝石基底的方法制造蓝宝石基底100。
1-2.形成半导体层的步骤
然后，如图15所示，通过MOCVD在蓝宝石基底100的第一表面100a和突起110上形成第III族氮化物半导体层。在蓝宝石基底100的第一表面100a和突起110上，按如下顺序形成：缓冲层120、n型接触层130、n型ESD层140、n型超晶格层150、发光层160、p型超晶格层170、以及p型接触层180。
1-3.形成电极的步骤
通过使用ICP蚀刻而露出n型接触层130的一部分。随后，在露出的n型接触层130上形成n电极N1。此外，在p型接触层180上形成p电极P1。从而，在第III族氮化物半导体层上形成电极。
1-4.分成单个器件的步骤
通过使用ICP蚀刻来形成用于分成单个器件的沟槽。
1-5.分离单个器件的步骤
紧接着，利用激光辐照设备或者破裂设备(brakingapparatus)将蓝宝石基底100分割成单个的芯片。从而，制造发光器件10。
2.变化方案
2-1.制造工艺
在实施方案2中，在通过蚀刻形成n型接触层130的用于形成n电极N1的露出部分之后，执行分成单个器件的步骤。然而，可以在同一工序中执行形成露出部分和分成单个器件的步骤。
3.本实施方案的概要
如上所述，根据实施方案2的制造半导体发光器件的方法为利用通过根据实施方案1的制造蓝宝石基底的方法制造的蓝宝石基底100制造半导体发光器件的方法。
由于本实施方案仅为实施例，所以应该理解的是本领域的技术人员可以在不偏离本发明的范围的情况下执行各种变化和修改。形成层的方法不限于金属有机化学气相沉积(MOCVD)，并且可以使用任何其他的晶体生长方法。
A.补充信息
在形成第二抗蚀剂图案的过程中，第二抗蚀剂图案是通过消除第一抗蚀剂图案的平坦的顶表面形成的。因此，第二抗蚀剂图案不具有平坦的表面。
Claims (9)
1.一种制造蓝宝石基底的方法，所述方法包括如下步骤：
通过光刻在蓝宝石晶片的第一表面上形成第一抗蚀剂图案；
通过蚀刻所述第一抗蚀剂图案来形成第二抗蚀剂图案；
以所述第二抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻所述蓝宝石晶片的所述第一表面；并且
形成所述第二抗蚀剂图案包括：
在第一阶段期间，通过向所述第一抗蚀剂图案提供氯基气体来蚀刻所述第一抗蚀剂图案；
在第二阶段期间，向通过蚀刻所述第一抗蚀剂图案获得的中间抗蚀剂图案辐照被制成等离子体的稀有气体；以及
在第三阶段期间，通过提供氯基气体并且对所述中间抗蚀剂图案进行蚀刻来形成所述第二抗蚀剂图案。
2.根据权利要求1所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
蚀刻所述第一抗蚀剂图案和蚀刻所述中间抗蚀剂图案进行为将所述第一抗蚀剂图案的形状布置成为所述第二抗蚀剂图案的形状；以及
在将所述抗蚀剂图案布置成所述第二抗蚀剂图案期间，执行辐照等离子体。
3.根据权利要求1所述的用于制造蓝宝石基底的方法，其中
所述第一抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第一表面；
所述第二抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第二表面；
相交的第一表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度在75°至90°的范围内；并且
相交的第二表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度在45°至65°的范围内。
4.根据权利要求1所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
所述第一抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第一表面；
所述第二抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第二表面；并且
相交的第二表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度比相交的第一表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度小10°以上。
5.根据权利要求3所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
所述第一抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第一表面；
所述第二抗蚀剂图案具有与所述蓝宝石晶片的所述第一表面相交的第二表面；并且
所述相交的第二表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度比所述相交的第一表面与所述蓝宝石晶片的所述第一表面之间的角度小10°以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
所述第一抗蚀剂图案为截头圆锥形状或截头多棱锥形状；以及
所述第二抗蚀剂图案为圆锥形状或多棱锥形状。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
在开始辐照等离子体时，开始提供所述稀有气体；
在结束辐照等离子体时，停止提供所述稀有气体。
8.根据权利要求6所述的制造蓝宝石基底的方法，其中
在开始辐照等离子体时，开始提供所述稀有气体；
在结束辐照等离子体时，停止提供所述稀有气体。
9.一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括如下步骤：
通过根据权利要求1至5中任一项所述的制造蓝宝石基底的方法制造蓝宝石基底；
在所述蓝宝石基底的第一表面上形成第III族氮化物半导体层；以及
在所述第III族氮化物半导体层上形成电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160106 |