GaN衬底的刻蚀方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN衬底的刻蚀方法，包括：在GaN衬底的顶面上形成第一掩膜层；在第一掩膜层的表面制作图案化的光刻胶层；刻蚀步骤，利用刻蚀气体连续刻蚀第一掩膜层和GaN衬底，以在GaN衬底形成由刻蚀沟槽相互隔离的多个微结构，微结构具有设定的侧壁倾角；其中，刻蚀气体包括氯基气体、含溴元素的气体以及含硼气体。本发明专利技术能够实现避免干法刻蚀高角度GaN微结构产生的微沟槽效应。微结构产生的微沟槽效应。微结构产生的微沟槽效应。

【技术实现步骤摘要】
GaN衬底的刻蚀方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，更具体地，涉及一种GaN衬底的刻蚀方法。

技术介绍

[0002]随着LED技术的发展，LED从传统LED照明应用逐渐走向显示领域。在目前众多显示技术中，Micro
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LED显示技术由于其优异的图像质量、出色的寿命稳定性等突出优点，被认为是具有颠覆性的新一代显示技术，得到了学术界和产业界的广泛关注。Micro
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LED的尺寸(1～100μm)比传统照明LED(300μm～1mm)明显减小，同时，为了增加单位面积芯片数量，增加发光面积，提高芯片集成度，减少crosstalk(互扰)效应，Micro
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LED发光芯片的mesa(高台)、ISO(感光)制程都较传统LED提出了更高的角度的要求，以Mesa电极刻蚀工艺为例，传统LED刻蚀角度要求为30～40
°
，Micro
‑
LED刻蚀角度要求则提升至60～80
°
。
[0003]GaN
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Mesa电极刻蚀采用等离子体干法蚀刻是Micro
‑
LED芯片制程的关键步骤，但是，在实际刻蚀过程中发现，运用传统的氯基刻蚀体系，刻蚀低角度GaN
‑
Mesa(侧壁倾角＜40
°
)，不会出现微沟槽问题，如图1a所示，而对于高角度的GaN
‑
Mesa刻蚀(侧壁倾角＞60
°
)，刻蚀极容易在Mesa图形的拐角处(刻蚀侧壁与刻蚀底部的交界处)形成如图1b所示的微沟槽结构。微沟槽的存在容易使LED芯片在工作过程中，在此位置产生电流堆积，从而造成芯片性能下降，采用已知的氯基刻蚀体系已无法满足Mini/Micro
‑
LED
‑
Mesa高角度刻蚀的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种GaN衬底的刻蚀方法，实现避免干法刻蚀高角度GaN微结构产生的微沟槽效应。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种GaN衬底的刻蚀方法，包括：
[0006]在GaN衬底的顶面上形成第一掩膜层；
[0007]在所述第一掩膜层的表面制作图案化的光刻胶层；
[0008]刻蚀步骤，利用刻蚀气体连续刻蚀所述第一掩膜层和所述GaN衬底，以在所述GaN衬底形成由刻蚀沟槽相互隔离的多个微结构，所述微结构具有设定的侧壁倾角；
[0009]其中，所述刻蚀气体包括氯基气体、含溴元素的气体以及含硼气体。
[0010]可选地，所述氯基气体包括Cl2，所述含硼气体包括BCl3。
[0011]可选地，所述氯基气体包括Cl2、BCl3的至少其中之一，所述含硼气体包括硼烷类气体。
[0012]可选地，所述刻蚀气体还包括含氮类气体，所述刻蚀气体中的硼元素和氮元素的摩尔量相等。
[0013]可选地，所述含氮类气体包括NH3、N2的至少其中之一。
[0014]可选地，所述刻蚀气体还包括碳氟类气体。
[0015]可选地，含溴元素的气体为含氢元素和溴元素的气体。
[0016]可选地，所述硼烷类气体流量范围为5～20sccm；所述碳氟类气体流量范围为20～50sccm；所述含溴气体流量范围为40～100sccm；所述含氮气体流量范围为20～80sccm；所述氯基气体流量范围10～40sccm。
[0017]可选地，所述硼烷类气体、所述含氮类气体、所述碳氟类气体以及所述含溴元素的气体的流量之和为所述刻蚀气体总流量的60％～80％。
[0018]可选地，所述硼烷类气体为B2H6，所述碳氟类气体为CHF3，所述含溴类气体为HBr，所述含氮类气体为NH3，所述氯基类气体为Cl2和BCl3；
[0019]可选地，所述第一掩膜层的材料包括氧化硅、氮化硅的至少其中之一。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术的GaN衬底的刻蚀方法，采用的刻蚀气体包括氯基气体、含溴元素的气体以及含硼气体，该刻蚀气体体系中，氯基气体和含溴元素的气体能够同时对硬掩膜和GaN起到刻蚀作用，含硼气体能够起到修正形貌的作用，通过该刻蚀气体可以消除传统干法刻蚀高角度GaN方法造成的刻蚀沟槽侧壁与沟槽底面夹角之间形成的微沟槽效应(一种公认的形成微沟槽的机理是自上而下运动的离子经过侧壁反弹而撞在底角处造成底角损伤，因此，侧壁角度越大时该效应越明显，即越难消除微沟槽效应)，从而提升Mini/Micro
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LED芯片的电性良率。
[0022]进一步地，针对采用PR+硬掩膜以获得大刻蚀角度的方式，本专利技术的方法可使硬掩膜无需单独制程进行湿法/干法开口，仅需与GaN外延层进行一步刻蚀即可完成对硬掩膜的图案化开口刻蚀和GaN外延层的刻蚀，有效减少工艺制程的同时，避免了因硬掩膜和GaN外延层分别刻蚀导致的混用不同气体产生的腔室状态不稳定及颗粒污染问题。
[0023]本专利技术的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0024]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0025]图1a和图1b分别示出了传统GaN刻蚀低角度和高角度GaN微结构的侧壁形貌图。
[0026]图2示出了传统GaN刻蚀方法的各步骤对应的GaN结构变化示意图。
[0027]图3示出了根据本专利技术实施例1的一种GaN衬底的刻蚀方法的步骤图。
[0028]图4示出了根据本专利技术实施例1的一种GaN衬底的刻蚀方法的各步骤对应的GaN结构变化示意图。
[0029]图5示出了根据本专利技术实施例1的一种GaN衬底的刻蚀方法获得的GaN微结构的侧壁形貌图。
[0030]图6a
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图6c示出了根据本专利技术实施例2的一种GaN衬底的刻蚀方法获得的GaN微结构的侧壁形貌图。
具体实施方式
[0031]传统的GaN刻蚀方法通常使用以Cl2气体为主，BCl3/Ar辅助轰击的气体体系(BCl3具有形成BCl
2+
轰击物的作用，但相对于Cl2气体而言形成Cl自由基的能力更弱，因此，在提升物理轰击作用的同时减小了化学刻蚀作用)对外延GaN的衬底进行干法刻蚀，搭配负胶掩膜或者正胶+SiO2/SiN
x
掩膜形式，以得到大角度的GaN
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Mesa台面微结构，其中，对于正胶+SiO2/SiN
x
掩膜结构，通常需要对SiO2/SiN
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掩膜使用含氟气体进行干法刻蚀或使用含氟腐蚀液湿法开口后，再使用氯基气体进行GaN的台面干法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN衬底的刻蚀方法，其特征在于，包括：在GaN衬底的顶面上形成第一掩膜层；在所述第一掩膜层的表面制作图案化的光刻胶层；刻蚀步骤，利用刻蚀气体连续刻蚀所述第一掩膜层和所述GaN衬底，以在所述GaN衬底形成由刻蚀沟槽相互隔离的多个微结构，所述微结构具有设定的侧壁倾角；其中，所述刻蚀气体包括氯基气体、含溴气体以及含硼气体。2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述氯基气体包括Cl2，所述含硼气体包括BCl3。3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体还包括碳氟类气体。4.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于，所述氯基气体包括Cl2、BCl3的至少其中之一，所述含硼气体包括硼烷类气体。5.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体还包括含氮类气体，所述刻蚀气体中的硼元素和氮元素的摩尔量相等。6.根据权利要求5所述的刻蚀方法，其特征在于，所述含氮类气体包括NH3、N2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍萍，林源为，
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：