复合衬底的刻蚀方法技术

本申请提供一种复合衬底的刻蚀方法，复合衬底包括蓝宝石层和设置在蓝宝石层上的二氧化硅层，该方法包括：第一主刻蚀步骤，采用掩膜刻蚀气体和二氧化硅刻蚀气体对二氧化硅层及其上的掩膜层进行刻蚀，获得二氧化硅基础图形及位于其上的残留掩膜图形；第二主刻蚀步骤，采用二氧化硅刻蚀气体对二氧化硅基础图形和残留掩膜图形进行刻蚀，去除残留掩膜图形，获得二氧化硅残留层及位于其上的二氧化硅目标图形；过刻蚀步骤，采用氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体继续刻蚀，去除二氧化硅残留层，获得二氧化硅目标图形。应用本申请，可以避免对蓝宝石层进行过刻蚀，从而有效的降低因蓝宝石层过刻引发的衬底外延缺陷，提高LED芯片良率。

【技术实现步骤摘要】
复合衬底的刻蚀方法
本专利技术涉及半导体
，具体地，涉及一种复合衬底的刻蚀方法。
技术介绍
图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate，PSS)，是目前普遍采用的一种提高氮化镓(GaN)基LED器件光提取效率的工艺技术，其主要是先在蓝宝石(Al2O3)衬底上生长干法刻蚀用掩膜，然后用光刻工艺将掩膜刻出图形，再采用等离子体刻蚀工艺刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜。再在其PSS上生长GaN材料，使得GaN材料的纵向外延变为横向外延，可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小了有源区的非辐射复合，减小了反向漏电流，提高了LED的寿命。且有源区发出的光，经由GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了LED的光从正面(正装)和背面(倒装)出射的几率，从而提高了光的提取效率。近年来，随着对衬底的不断深入研究，新提出了一种二氧化硅(SiO2)和蓝宝石的复合衬底，其在蓝宝石衬底的基础上加了一层二氧化硅，图形化时只图形化二氧化硅，根据光学原理，当光线从光密介质射向光疏介质时，其入射角θ1≥全反射角时，只有反射光，没有折射光，也就是说全反射角越小反射率光越多，光提取效率更高，亮度越高。由于二氧化硅和蓝宝石折射率不同，在LED芯片当中，多量子井发出的光从GaN射向图形化的蓝宝石衬底，全反射角为46.5°，而射向二氧化硅的全反射角为36.5°，可见二氧化硅比蓝宝石会有更多的光返回，从正面或侧面射出，因此该复合衬底比蓝宝石衬底的光提取效率更高。而图形化该复合衬底的工艺过程通常与上述PSS过程类似，但由于刻蚀的不均匀性，为了保证二氧化硅全部刻穿，通常有一定的过刻量。且由于刻蚀的不均匀性，导致二氧化硅底部过刻蓝宝石的厚度也具有一定的差异性，即刻蚀速率大的地方过刻多，刻蚀速率小的地方过刻蚀少。例如，对该复合衬底图形化圆锥形时，若过刻的蓝宝石高度增加，入射光在过刻蓝宝石界面发生折射的概率增加，反射光减少，亮度降低，因此，蓝宝石过刻层会降低二氧化硅的光提取效率，降低LED芯片亮度。此外，现有的二氧化硅和蓝宝石的复合衬底由于蓝宝石的过刻，增加了侧面生长的GaN外延层与正面生长的GaN外延层合并时的晶格缺陷密度，而且过刻的蓝宝石高度是不均匀的，会进一步增加外延缺陷密度，降低LED芯片良率。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种复合衬底的刻蚀方法。为实现本专利技术的目的，提供一种复合衬底的刻蚀方法，所述复合衬底包括蓝宝石层和设置在所述蓝宝石层上的二氧化硅层，包括：第一主刻蚀步骤，采用掩膜刻蚀气体和二氧化硅刻蚀气体对所述二氧化硅层上的掩膜层和所述二氧化硅层进行刻蚀，获得二氧化硅基础图形及位于所述二氧化硅基础图形之上的残留掩膜图形；第二主刻蚀步骤，采用所述二氧化硅刻蚀气体，对所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形进行刻蚀，去除所述残留掩膜图形，获得二氧化硅残留层及位于所述二氧化硅残留层之上的二氧化硅目标图形；过刻蚀步骤，采用氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体，对所述二氧化硅残留层及所述二氧化硅目标图形进行刻蚀，去除所述二氧化硅残留层，获得所述二氧化硅目标图形。可选地，所述预设阈值为10：1。可选地，所述氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体包括四氟甲烷。可选地，所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形的截面形状均为梯形；所述二氧化硅目标图形的形状为圆锥形。可选地，所述第一主刻蚀步骤中，控制刻蚀速率和工艺时间，使所述残留掩膜图形的厚度处于预设范围内。可选地，所述预设范围为300nm-600nm。可选地，所述掩膜刻蚀气体包括氧气。可选地，所述第二主刻蚀步骤，进一步包括：形状修饰步骤，采用所述二氧化硅刻蚀气体对所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形进行刻蚀，控制刻蚀速率和二氧化硅与蓝宝石的选择比，将所述残留掩膜图形完全刻蚀，获得二氧化硅预留层及位于所述二氧化硅预留层之上的圆锥形的二氧化硅图形，且所述圆锥形的二氧化硅图形的高度大于所述二氧化硅目标图形的高度；厚度修饰步骤，采用所述二氧化硅刻蚀气体继续对所述二氧化硅预留层和所述圆锥形的二氧化硅图形进行刻蚀，控制刻蚀速率和工艺时间，获得所述二氧化硅残留层及所述二氧化硅目标图形。可选地，所述二氧化硅预留层的厚度满足在所述形状修饰步骤和所述厚度修饰步骤中刻蚀不到所述蓝宝石层。可选地，所述二氧化硅预留层的厚度大于所述形状修饰步骤中的最大刻蚀深度差。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的复合衬底的刻蚀方法，在两个主刻蚀步骤，通过控制刻蚀速率和时间可以获得满足目标尺寸的二氧化硅图形；在过刻蚀步骤，可以使二氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值，以满足仅刻蚀去除二氧化硅残留层，避免对蓝宝石层进行过刻蚀，从而有效的降低因蓝宝石层过刻引发的衬底外延缺陷，提高LED芯片良率。且根据光学原理，在百分之百二氧化硅图形(未过刻蚀到蓝宝石层)的情况下，刻蚀的二氧化硅目标图形对光的提取效率更高，使得LED芯片亮度也更高。附图说明图1为本申请实施例提供的复合衬底的刻蚀方法流程图；图2为本申请实施例提供的复合衬底的刻蚀方法的刻蚀逻辑图。具体实施方式下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。下面结合附图以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。请一并参阅图1和图2，为本申请实施例提供的复合衬底的刻蚀方法流程图，该复合衬底包括蓝宝石层11和设置在蓝宝石层11上的二氧化硅层21，该复合衬底的刻蚀方法可以包括以下步骤：第一主刻蚀步骤S1，采用掩膜刻蚀气体和二氧化硅刻蚀气体对二氧化硅层21上的掩膜层31和二氧化硅层21进行刻蚀，获得二氧化硅基础图形22及位于二氧化硅基础图形22之上的残留掩膜图形3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合衬底的刻蚀方法，所述复合衬底包括蓝宝石层和设置在所述蓝宝石层上的二氧化硅层，其特征在于，包括：/n第一主刻蚀步骤，采用掩膜刻蚀气体和二氧化硅刻蚀气体对所述二氧化硅层上的掩膜层和所述二氧化硅层进行刻蚀，获得二氧化硅基础图形及位于所述二氧化硅基础图形之上的残留掩膜图形；/n第二主刻蚀步骤，采用所述二氧化硅刻蚀气体，对所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形进行刻蚀，去除所述残留掩膜图形，获得二氧化硅残留层及位于所述二氧化硅残留层之上的二氧化硅目标图形；/n过刻蚀步骤，采用氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体，对所述二氧化硅残留层及所述二氧化硅目标图形进行刻蚀，去除所述二氧化硅残留层，获得所述二氧化硅目标图形。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合衬底的刻蚀方法，所述复合衬底包括蓝宝石层和设置在所述蓝宝石层上的二氧化硅层，其特征在于，包括：
第一主刻蚀步骤，采用掩膜刻蚀气体和二氧化硅刻蚀气体对所述二氧化硅层上的掩膜层和所述二氧化硅层进行刻蚀，获得二氧化硅基础图形及位于所述二氧化硅基础图形之上的残留掩膜图形；
第二主刻蚀步骤，采用所述二氧化硅刻蚀气体，对所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形进行刻蚀，去除所述残留掩膜图形，获得二氧化硅残留层及位于所述二氧化硅残留层之上的二氧化硅目标图形；
过刻蚀步骤，采用氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体，对所述二氧化硅残留层及所述二氧化硅目标图形进行刻蚀，去除所述二氧化硅残留层，获得所述二氧化硅目标图形。


2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述预设阈值为10：1。


3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述氧化硅对蓝宝石的选择比大于预设阈值的刻蚀气体包括四氟甲烷。


4.根据权利要求1-3任一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述二氧化硅基础图形和所述残留掩膜图形的截面形状均为梯形；
所述二氧化硅目标图形的形状为圆锥形。


5.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一主刻蚀步骤中，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明圆，王春，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11