一种刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体设备制造技术领域，尤其涉及一种刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 图形化蓝宝石衬底（PSS，Patterned Sapphire Substrate)技术是目前普遍 采用的一种提高氮化镓（GaN)基发光二极管器件出光效率的方法。该方法是在蓝宝石 衬底上生长出干法刻蚀用掩膜，然后用标准光刻工艺将所述掩膜制作出图形，之后利用 ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蚀技术刻蚀蓝宝石衬底，并去掉掩膜，再在其上生长 氮化镓材料，使氮化镓材料的纵向外延变为横向外延。
[0003] 该方法可以有效减少氮化镓外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复 合，减小了反向漏电流，提高了发光二极管的寿命。有源区发出的光，经由氮化镓和蓝宝石 衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角（使小于全反射临界角），从而提高了光的提 取率。综合这两方面的原因，市场上很多生产厂家采用图形化蓝宝石衬底技术。
[0004] 图形化蓝宝石衬底的形貌和高度会对出光效果产生影响，目前，三角形图案的图 形化蓝宝石衬底以优越的出光效率被越来越多的厂家所采用。为了增强出光效果，图形化 蓝宝石衬底在满足三角形形貌的同时，也需要满足一定的刻蚀高度，以及追求更高的生产 产能。
[0005] 目前普遍采用三氯化硼（BCl3)气体作为刻蚀气体，分两步进行刻蚀。第一步是主 刻蚀步骤（ME)，主要用来控制刻蚀速率以及调节刻蚀选择比，第二步是过刻蚀步骤（0E)， 用来修饰图形化蓝宝石衬底的形貌。
[0006] 图1表示了现有刻蚀过程中的微观图像，刻蚀过程中的参数如表1所示：
[0009] 由于掩膜（PR)的耐刻性不足，通常需要提高掩膜的高度来满足蓝宝石衬底刻蚀 后的高度，在图1中掩膜的初始高度h约为2.6 μ m。掩膜的高度越高，在曝光时越容易使掩 膜侧视投影中的顶宽尺寸（图1中W1)与底宽尺寸（图1中W2)之间产生较大的差距。例 如在图1中，掩膜的下底宽W 2约为2. 2左右，而曝光后掩膜的上底宽W1约为1.7 μ m左右， 顶宽与底宽的差值在〇. 5 μ m左右。
[0010] 在刻蚀过程中，由于掩膜存在顶宽尺寸小、底宽尺寸大的情况，会使蓝宝石衬底的 形貌在刻蚀过程中出现拐点，如图1中字母a所示。拐点形成后，不得不增加过刻蚀步骤的 时间来修饰蓝宝石衬底的形貌，使其成为满足要求的三角形。
[0011] 图1中过刻蚀步骤的时间在15-22min，由于过刻蚀步骤的时间较长，导致目前刻 蚀图形化蓝宝石衬底的整体工艺时间在40-50min，工艺时间较长。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种刻蚀方法，以减少图形化蓝宝石衬底工艺中过刻蚀步 骤的时间，提商生广效率。
[0013] 为解决上述技术问题，本发明提供一种刻蚀方法，用于刻蚀蓝宝石衬底，所述方法 包括以下步骤：
[0014] S1、在所述蓝宝石衬底上设置具有预定高度的掩膜层；
[0015] S2、对所述掩膜层进行图形化处理，得到具有所需图形的掩膜；
[0016] S3、对所述掩膜进行预处理，使得所述蓝宝石衬底与预处理后的掩膜之间的刻蚀 选择比大于或等于预定值，且小于1。
[0017] 优选地，所述预定高度为2. 0-2. 3 μ m。
[0018] 优选地，所述预定值为0. 8。
[0019] 优选地，所述预处理包括对所述掩膜进行硬烘，其中，硬烘的温度为100-200°C，硬 烘的时间为2-3min。
[0020] 优选地，预处理后的掩膜的顶面为圆弧面。
[0021] 优选地，预处理后的掩膜的侧视投影中顶宽与底宽的差值小于0. 3 μ m。
[0022] 优选地，所述刻蚀方法还包括：
[0023] S4、对所述蓝宝石衬底进行主刻蚀；
[0024] S5、对主刻蚀后的蓝宝石衬底进行过刻蚀。
[0025] 优选地,所述主刻蚀过程中，工艺腔内的气压为2_3mTorr。
[0026] 优选地,所述主刻蚀过程中,刻蚀气体的流量为60-100sccm。
[0027] 优选地，所述主刻蚀过程中，上电极射频功率为1500-1600W。
[0028] 优选地，所述主刻蚀的时间为1200-1500S。
[0029] 优选地，所述过刻蚀的时间为400-500S。
[0030] 本发明通过调整掩膜的高度，同时提高掩膜的耐刻性，能够较大程度地减少过刻 蚀步骤所需的时间，从而降低了刻蚀图形化蓝宝石衬底的整体工艺时间，提高了生产效率。
【附图说明】
[0031] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
[0032] 图1是现有刻蚀过程中的微观图像；
[0033] 图2是本发明方法的流程图；
[0034] 图3是本发明实施例中预处理后掩膜的侧视图；
[0035] 图4是本发明实施例所提供的刻蚀过程中的微观图像。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0037] 本发明提供了一种刻蚀方法，用于刻蚀蓝宝石衬底，图2是所述刻蚀方法的流程 图，该方法包括以下步骤：
[0038] S1、在所述蓝宝石衬底上设置具有预定高度的掩膜层；
[0039] S2、对所述掩膜层进行图形化处理，得到具有所需图形的掩膜；
[0040] S3、对所述掩膜进行预处理，使得所述蓝宝石衬底与预处理后的掩膜之间的刻蚀 选择比大于或等于预定值，且小于1。
[0041] 通常，所述掩膜层指光刻胶层，所述图形化处理包括涂布、光刻、显影等工艺，之后 得到具有所需图形的掩膜。
[0042] 如上文所述，现有技术中为了满足图形化蓝宝石衬底的刻蚀高度，会相应提高掩 膜的高度，现有技术中掩膜的高度约2. 6 μ m左右，使得掩膜曝光显影后顶宽与底宽尺寸相 差较大，导致刻蚀过程中蓝宝石衬底的形貌产生拐点。
[0043] 本发明中，所述预定高度小于目前现有技术中普遍使用的掩膜层的高度。掩膜高 度的降低，可能会带来耐刻性不足的问题，因此需要对所述掩膜进行预处理，以增加所述掩 膜的耐刻性，使得所述掩膜在降低高度的同时也能保持一定的耐刻性。
[0044] 对于不同的掩膜，可以通过计算刻蚀选择比来确定其是否耐刻，刻蚀选择比越高， 则掩膜的耐刻性越好。目前，蓝宝石衬底与掩膜的刻蚀选择比通常要求大于或等于〇. 8,即 所述预定值为〇. 8。而蓝宝石衬底刻蚀后的高度通常要求不低于1. 6 μ m，再加上一些预期 外的高度损耗，将掩膜的高度控制在2. 0-2. 3μ m的范围比较合适。即步骤Sl中所述的预 定高度为2. 0-2. 3 μ m。
[0045] 本发明中适当降低了掩膜的高度，能够使所述掩膜经过图形化处理后，其侧视投 影中的顶宽与底宽尺寸接近，防止在后续刻蚀过程中掩膜收缩过快导致蓝宝石衬底的形貌 产生拐点，从而缩短了过刻蚀步骤对蓝宝石衬底形貌进行修饰的时间，提高了生产效率。此 外，由于降低了掩膜的高度，在大批量生产时，还可以节约成本。
[0046] 具体地，为了提高所述掩膜的耐刻性，所述预处理包括对所述掩膜进行硬烘，其 中，硬烘的温度为100-200°C，硬烘的时间为2-3min。
[0047] 不同的硬烘温度和硬烘时间对于掩膜的形貌也有一定的影响，随着硬烘温度和硬 烘时间