Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法
【专利摘要】本发明提供的Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法，其包括以下步骤：光刻胶沉积步骤，在镓化合物外延层表面沉积光刻胶；光刻胶曝光步骤，对光刻胶进行曝光；光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影；掩膜蒸镀步骤，在光刻胶表面上以及未被光刻胶覆盖的镓化合物外延层表面上蒸镀至少一层隔离层，之后在隔离层表面上再蒸镀至少一层金属层；隔离层采用可防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层的材料；金属层采用可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的材料；光刻胶剥离步骤，剥离光刻胶及其上的隔离层和金属层。上述Ⅲ族化合物衬底的掩膜层制备方法，在保证不损伤镓化合物外延层表面的前提下提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比。
【专利说明】III族化合物衬底的掩膜层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体刻蚀【技术领域】，特别涉及一种III族化合物衬底的掩膜层制备方法。
【背景技术】
[0002]GaN (氮化镓)基发光二极管因其具有寿命长、耐冲击、抗震和高效节能等的优异特性，而被广泛应用在图像显示、信号指示、照明及基础研究等方面。目前，为了提高LED的发光效率，越来越多的生产厂家开始采用GaN深槽刻蚀的新型刻蚀技术，即:在III族化合物衬底的GaN外延层上刻蚀深度大约为8 μ m的凹槽。
[0003]图1为现有的一种GaN深槽刻蚀工艺的流程示意图。该工艺主要包括以下步骤:
[0004]GaN外延层制备步骤，在衬底表面上外延生长GaN外延层，其中，衬底的材料可以采用Al2O3等的III族化合物；GaN外延层的厚度大约为8 μ m。
[0005]掩膜沉积步骤，在GaN外延层表面沉积光刻胶掩膜。
[0006]掩膜曝光步骤，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。
[0007]掩膜显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形。
[0008]GaN外延层刻蚀步骤，以光刻胶掩膜作为掩膜版刻蚀GaN外延层，以将光刻胶的图形复制到GaN外延层上，其中，控制刻蚀时间以使GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度。此外，为了保证GaN外延层的图形不被刻蚀，要求光刻胶掩膜的厚度能够保证在完成刻蚀工艺之后不会被完全消耗。
[0009]上述GaN深槽刻蚀工艺在实际应用中存在以下问题，即:由于光刻胶掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比较低(大约为1:1 )，导致在进行GaN外延层刻蚀步骤时，光刻胶掩膜往往在GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前已被完全消耗，从而无法保护GaN外延层表面不被刻蚀。而且，若增加光刻胶掩膜的厚度，则又会出现很难对光刻胶掩膜完全曝光的问题。
[0010]为此，在现有的另一种GaN深槽刻蚀工艺中，通过采用S12或SiN材料代替光刻胶作为掩膜，来提高掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比。如图2所示，该工艺主要包括以下步骤:
[0011]GaN外延层制备步骤，在衬底表面上外延生长GaN外延层，其中，衬底的材料可以采用Al2O3等的III族化合物；GaN外延层的厚度大约为8 μ m。
[0012]掩膜沉积步骤，在GaN外延层表面沉积S12掩膜。
[0013]光刻胶沉积步骤，在S12掩膜表面沉积光刻胶。
[0014]光刻胶曝光步骤，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。
[0015]光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形。
[0016]掩膜刻蚀步骤，以光刻胶作为掩膜版刻蚀S12掩膜，以将光刻胶的图像复制到S12掩膜上。
[0017]GaN外延层刻蚀步骤，刻蚀GaN外延层，以S12掩膜的图形复制到GaN外延层上，其中，控制刻蚀时间以使GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度。
[0018]由于S12掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比较高(大约为7: 1)，因而在进行GaN外延层刻蚀步骤时，S12掩膜可以保证在GaN外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前不被完全消耗，从而在相同掩膜厚度的条件下，可以使镓化合物外延层的刻蚀工艺获得较大的刻蚀深度。但是，采用Si02*SiN材料作为掩膜在实际应用中又会存在下述问题，即:
[0019]在进行掩膜沉积步骤时，需要采用气相沉积的方法沉积S12或SiN掩膜，在此过程中，等离子体会因在衬底上产生自偏压而刻蚀GaN外延层表面，导致GaN外延层表面损伤，从而造成芯片VF (前级电压)值增大，进而使芯片质量降低。
[0020]因此，如何在保证不损伤GaN外延层表面的前提下提高掩膜与GaN外延层的刻蚀选择比是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0021]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III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其可以在保证不损伤GaN外延层表面的前提下提高掩膜层与GaN外延层的刻蚀选择比。
[0022]为实现本发明的目的而提供一种III族化合物衬底的掩膜层制备方法，包括下步骤:
[0023]光刻胶沉积步骤，在镓化合物外延层表面沉积光刻胶；
[0024]光刻胶曝光步骤，对光刻胶进行曝光；
[0025]光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形；
[0026]掩膜蒸镀步骤，在光刻胶表面上以及未被所述光刻胶覆盖的镓化合物外延层表面上蒸镀至少一层隔离层，之后在所述隔离层表面上再蒸镀至少一层金属层；其中，所述隔离层采用可防止所述金属层的金属材料扩散至所述镓化合物外延层的材料制作；所述金属层采用可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的材料制作；
[0027]光刻胶剥离步骤，剥离光刻胶及其上的隔离层和金属层，只保留蒸镀在镓化合物外延层表面上的隔离层和金属层作为掩膜层。
[0028]其中，在所述掩膜蒸镀步骤中，所述隔离层的材料包括掺锡氧化铟。
[0029]其中，在所述掩膜蒸镀步骤中，所述金属层的材料包括镍或铬。
[0030]其中，在所述掩膜蒸镀步骤中，采用电子束蒸发工艺先后蒸镀所述隔离层和金属层。
[0031]其中，所述光刻胶剥离步骤中，采用碱性液体将光刻胶及其上的隔离层和金属层剥离。
[0032]其中，在所述掩膜剥离步骤之后，还包括下述步骤:
[0033]镓化合物外延层刻蚀步骤，将由所述隔离层和金属层组成的掩膜层作为掩膜版刻蚀镓化合物外延层，以将所述掩膜层的图形复制到镓化合物外延层上。
[0034]其中，在所述镓化合物外延层刻蚀步骤之后，还包括下述步骤:
[0035]掩膜剥离步骤，剥离残留在镓化合物外延层表面上的掩膜层。
[0036]其中，所述镓化合物外延层的材料包括氮化镓或砷化镓。
[0037]其中，所述III族化合物衬底的材料包括三氧化二铝。
[0038]其中，在所述光刻胶曝光步骤中，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。
[0039]本发明具有以下有益效果:
[0040]本发明提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其通过以蒸镀的方式在光刻胶表面上以及未被光刻胶覆盖的镓化合物外延层表面上先后获得至少一层隔离层和至少一层金属层，之后以剥离的方式去除光刻胶及其上的隔离层和金属层，而只保留蒸镀在镓化合物外延层表面上的隔离层和金属层，可以获得具有预定图形的双层材料的镓化合物外延层的掩膜层，而且，上述隔离层采用可防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层的材料制作，上述金属层采用可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的材料制作。这与现有技术相比，借助金属层可以提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比，从而可以保证掩膜层在镓化合物外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前不被完全消耗，进而在相同掩膜层厚度的条件下，可以使镓化合物外延层的刻蚀工艺获得较大的刻蚀深度。
[0041]此外，由于本发明提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法是采用蒸镀和剥离的方式获得具有预定图形的镓化合物外延层的掩膜层，且借助隔离层可以防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层，这与现有技术中采用气相沉积的方式刻蚀掩膜层，以将光刻胶的图像复制到该掩膜层上相比，可以避免镓化合物外延层表面受到损伤，从而可以降低芯片VF值，进而可以提闻芯片质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为现有的一种GaN深槽刻蚀工艺的流程示意图；
[0043]图2为现有的另一种GaN深槽刻蚀工艺的流程不意图；
[0044]图3为本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法的流程框图；以及
[0045]图4为本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0046]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III族化合物衬底的掩膜层制备方法进行详细描述。
[0047]图3为本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法的流程框图。图4为本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法的流程示意图。请一并参阅图3和图4，该掩膜层制备方法包括下步骤:
[0048]镓化合物外延层制备步骤，在衬底表面上外延生长镓化合物外延层。其中，镓化合物外延层包括氮化镓或砷化镓；衬底的材料包括三氧化二铝等的III族化合物。
[0049]光刻胶沉积步骤，在镓化合物外延层表面沉积光刻胶。
[0050]光刻胶曝光步骤，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。
[0051]光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成预定的图形。
[0052]掩膜蒸镀步骤，在光刻胶表面上以及未被光刻胶覆盖的镓化合物外延层表面上蒸镀至少一层隔离层，之后在隔离层表面上再蒸镀至少一层金属层。其中，隔离层采用可防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层，以及防止等离子体在镓化合物外延层上形成负偏压的材料，例如，掺锡氧化铟(ITO，Indium Tin Oxide);金属层采用可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的材料，例如，镍、铬等。
[0053]优选地，为了便于在后续的光刻胶剥离步骤中剥离光刻胶，可以采用电子束蒸发(E-Beam)工艺先后蒸镀上述隔离层和金属层，该蒸发工艺与常规的加热蒸发工艺相比，其无需在蒸发的过程中加热光刻胶，从而可以防止光刻胶因受热碳化而难于剥离。
[0054]光刻胶剥离步骤，剥离光刻胶及其上的隔离层和金属层，而只保留蒸镀在镓化合物外延层表面上的隔离层和金属层，从而在镓化合物外延层上形成具有预定图形的由隔离层和金属层组成的掩膜层。剥离的方式具体可以为:借助碱性溶液去除光刻胶，即可使光刻胶上的隔离层和掩膜层一并去除。
[0055]在完成上述掩膜层制备方法之后，开始进行镓化合物外延层刻蚀步骤，具体地，将由上述隔离层和金属层组成的掩膜层作为掩膜版刻蚀镓化合物外延层，以将该掩膜层的图形复制到镓化合物外延层上。在刻蚀的过程中，应控制刻蚀时间，以使镓化合物外延层的凹槽达到工艺所需的深度；而且，应适当设定掩膜层的厚度，即:设定隔离层的层数及每层隔离层的厚度，以及金属层的厚度，以保证掩膜层在完成刻蚀工艺之后不会被完全消耗，从而实现在整个刻蚀过程中保护GaN外延层表面不被刻蚀。
[0056]掩膜剥离步骤，剥离残留在镓化合物外延层表面上的掩膜层。在实际应用中，若掩膜层的材料采用ITO与Cr的混合材料或Ni，通常采用酸溶液等去除；若掩膜层的材料采用ITO，通常采用王水溶液去除。
[0057]本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其采用双层材料作为镓化合物外延层的掩膜层，即，可防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层，以及防止等离子体在镓化合物外延层上形成负偏压的隔离层，以及可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的金属层，这与现有技术中采用光刻胶作为镓化合物外延层的掩膜层相比，可以提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比，例如，采用镍或铬等金属制作的金属层，其与氮化镓的刻蚀选择比可达到20:1，从而可以保证掩膜层在镓化合物外延层的凹槽达到工艺所需的深度之前不被完全消耗，进而在相同掩膜层厚度的条件下，可以使镓化合物外延层的刻蚀工艺获得较大的刻蚀深度。
[0058]此外，由于本发明实施例提供的III族化合物衬底的掩膜层制备方法是采用蒸镀和剥离的方式获得具有预定图形的镓化合物外延层的掩膜层，且借助隔离层可以防止金属层的金属材料扩散至镓化合物外延层，这与现有技术中采用气相沉积的方式刻蚀掩膜层，以将光刻胶的图像复制到该掩膜层上相比，可以避免镓化合物外延层表面受到损伤，从而可以降低芯片VF值，进而可以提高芯片质量。
[0059]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。
【权利要求】
1.一种III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，包括下步骤: 光刻胶沉积步骤，在镓化合物外延层表面沉积光刻胶； 光刻胶曝光步骤，对光刻胶进行曝光； 光刻胶显影步骤，对已曝光的光刻胶进行显影，以形成图形； 掩膜蒸镀步骤，在光刻胶表面上以及未被所述光刻胶覆盖的镓化合物外延层表面上蒸镀至少一层隔离层，之后在所述隔离层表面上再蒸镀至少一层金属层；其中，所述隔离层采用可防止所述金属层的金属材料扩散至所述镓化合物外延层的材料制作；所述金属层采用可提高掩膜层与镓化合物外延层的刻蚀选择比的材料制作； 光刻胶剥离步骤，剥离光刻胶及其上的隔离层和金属层，只保留蒸镀在镓化合物外延层表面上的隔离层和金属层作为掩膜层。
2.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述掩膜蒸镀步骤中，所述隔离层的材料包括掺锡氧化铟。
3.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述掩膜蒸镀步骤中，所述金属层的材料包括镍或铬。
4.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述掩膜蒸镀步骤中，采用电子束蒸发工艺先后蒸镀所述隔离层和金属层。
5.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，所述光刻胶剥离步骤中，采用碱性液体将光刻胶及其上的隔离层和金属层剥离。
6.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述掩膜剥离步骤之后，还包括下述步骤: 镓化合物外延层刻蚀步骤，将由所述隔离层和金属层组成的掩膜层作为掩膜版刻蚀镓化合物外延层，以将所述掩膜层的图形复制到镓化合物外延层上。
7.如权利要求6所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述镓化合物外延层刻蚀步骤之后，还包括下述步骤: 掩膜剥离步骤，剥离残留在镓化合物外延层表面上的掩膜层。
8.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，所述镓化合物外延层的材料包括氮化镓或砷化镓。
9.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，所述III族化合物衬底的材料包括三氧化二铝。
10.如权利要求1所述的III族化合物衬底的掩膜层制备方法，其特征在于，在所述光刻胶曝光步骤中，借助光刻机和掩膜版对光刻胶进行曝光。
【文档编号】H01L21/033GK104425224SQ201310392230
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】张君 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司