衬底刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种衬底刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]PSS (Patterned Sapp Substrates，图形化蓝宝石衬底)技术是目前普遍采用的一种提高GaN(氮化镓)基LED器件的出光效率的方法。在进行PSS工艺的过程中，其通常在衬底上生长干法刻蚀用掩膜，并采用光刻工艺将掩膜刻出图形；然后采用ICP技术刻蚀衬底表面，以形成需要的图形，再去除掩膜，并采用外延工艺在刻蚀后的衬底表面上生长GaN薄膜。刻蚀工艺所获得的衬底沟槽底部的平整性越好，越有利于后续的外延工艺，外延GaN薄膜的晶体质量越高。
[0003]目前，掩膜图形的制备大都采用步进式光刻机。随着PSS技术的逐步发展，PSS越来越趋向于采用更小的尺寸，达到了纳米量级，即所谓的NPSS (Nanometer Patterned SappSubstrates，纳米图形化蓝宝石衬底)。
[0004]现有的一种NPSS的刻蚀工艺通常采用纳米压印技术制备掩膜图形，如图1所示，为光刻胶掩膜图形的制备流程示意图。首先在衬底I的表面上涂覆一层光刻胶2，然后利用纳米压印模板3在光刻胶2上制备所需的图形。在完成掩膜图形的制备之后，采用ICP技术刻蚀衬底表面。典型的衬底刻蚀方法主要包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，其中，主刻蚀步骤用于刻蚀衬底表面上未被光刻胶掩膜覆盖的区域，直至达到目标刻蚀深度；过刻蚀步骤用于修饰衬底的图形形貌。
[0005]但是，上述衬底刻蚀方法在实际应用中会存在以下缺陷:
[0006]其一，采用纳米压印技术获得的光刻胶掩膜的厚度较小、且图形宽度较小，并且还会因胶残留现象而存在几十纳米的底膜，这使得在进行衬底的刻蚀之前，需要首先去除该底膜，而由于该底膜相对于衬底的刻蚀选择比较小(大约0.5?0.6)，因而不易形成高度较高的NPSS图形。虽然可以通过采用较高的冷却器温度，来增加刻蚀选择比，从而增加刻蚀高度，但是较高的冷却器温度容易产生刻蚀粘连现象，如图2所示。
[0007]其二，由于ICP设备通常利用铝盖板机械固定衬底，该铝盖板一般使用四个压爪压住衬底上表面的边缘。采用上述衬底刻蚀方法获得的衬底表面存在明显的压爪印记，而且该压爪印记的宽度是压爪实际宽度的一倍以上，如图3所示。此外，如图4A所示，为压爪附近的衬底图形。由图可知，压爪附近的衬底图形不对称。而且，如图4B所示，为衬底表面的反射率分布图。由图可以看出，衬底图形在压爪附近区域的反射率与其他区域不同，造成压爪附近的图形形貌不对称。
【发明内容】
[0008]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种衬底刻蚀方法，其可以提高图形的刻蚀高度、且解决刻蚀粘连以及压爪印记明显的问题。
[0009]为实现本发明的目的而提供一种衬底刻蚀方法，包括以下步骤:
[0010]底膜去除步骤，去除所述衬底表面未被所述光刻胶掩膜覆盖的区域上残留的光刻胶；
[0011]第一刻蚀步骤，其包括交替进行至少两次的第一子步骤和第二子步骤，其中，所述第一子步骤用于刻蚀衬底，同时将下电极功率设置为能够修饰图形形貌；所述第二子步骤用于冷却所述衬底以及释放压爪中积累的电荷；
[0012]第二刻蚀步骤，用于继续刻蚀衬底，同时将下电极功率设置为使图形达到所需的刻蚀高度。
[0013]优选的，在所述第二子步骤中，采用不参与反应的气体作为刻蚀气体，同时关闭下电极电源；并且，利用背吹气体冷却所述衬底。
[0014]优选的，所述背吹气体的背吹气压的取值范围在8T?10T。
[0015]优选的，所述背吹气体的流量的取值范围在30?50sccm。
[0016]优选的，所述不参与反应的气体包括氮气。
[0017]优选的，所述第二子步骤的工艺时间为0.5?lmin。
[0018]优选的，所述第一子步骤的工艺时间为2?4min。
[0019]优选的，在进行所述第一刻蚀步骤的整个过程中，上电极电源始终保持开启状态。
[0020]优选的，不同的所述第一子步骤采用的下电极功率不同，且每个所述第一子步骤采用的下电极功率与进行该第一子步骤时光刻胶掩膜的剩余厚度成正相关的对应关系，以使得各个第一子步骤的刻蚀选择比趋于一致。
[0021]优选的，各个第一子步骤采用的下电极功率的取值范围在200?400W。
[0022]优选的，在所述第二刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围在200?300W。
[0023]优选的，在所述底膜去除步骤中，下电极功率的取值范围在400?500W。
[0024]优选的，在所述第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤中，冷却器温度的取值范围在30?50。。。
[0025]本发明具有以下有益效果:
[0026]本发明提供的衬底刻蚀方法，其将刻蚀衬底的整个过程分为底膜去除步骤、第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤。其中，第一刻蚀步骤由交替进行至少两次的第一、第二子步骤组成，第一子步骤用于在刻蚀衬底；第二子步骤用于冷却衬底以及释放压爪中积累的电荷。借助第二子步骤，可以避免衬底温度过高引起的刻蚀粘连现象，从而可以允许第一子步骤能够采用更高的冷却器温度，来减小图形底宽；同时，由于压爪中累积的电荷被释放，这可以使在衬底表面上压爪附近的区域的电场强度与其他区域的电场强度趋于一致，从而不仅可以避免压爪附近的图形形貌不对称，而且还可以改善压爪印记的问题。
[0027]另外，第一子步骤所采用的下电极功率可以起到修饰图形形貌的作用，最终可以获得无拐点的三角形形貌；而第二刻蚀步骤所采用的下电极功率可以起到提高刻蚀高度的作用，以最终获得的图形满足工艺要求。
【附图说明】
[0028]图1为光刻胶掩膜图形的制备流程示意图；
[0029]图2为衬底图形出现刻蚀粘连现象的扫描电镜图；
[0030]图3为采用现有的衬底刻蚀方法获得的衬底表面的扫描电镜图；
[0031]图4A为压爪附近的衬底图形的扫描电镜图；
[0032]图4B为衬底表面的反射率分布图；
[0033]图5为本发明实施例提供的衬底刻蚀方法的流程框图；
[0034]图6A为压爪上电子流动方向的示意图；
[0035]图6B为压爪电势与晶片表面电势在增设和未增设第二子步骤的两种情况下的对比图；
[0036]图6C为采用本发明实施例提供的衬底刻蚀方法获得的压爪附近的衬底图形的扫描电镜图；
[0037]图6D为采用本发明实施例提供的衬底刻蚀方法获得的衬底表面的扫描电镜图；
[0038]图7A为完成第一刻蚀步骤获得的衬底图形的扫描电镜图；以及
[0039]图7B为采用本发明实施例提供的衬底刻蚀方法获得的衬底图形的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0040]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衬底刻蚀方法进行详细描述。
[0041]本发明提供的衬底刻蚀方法，其包括底膜去除步骤、第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤。其中，第一刻蚀步骤进一步包括交替进行至少两次的第一子步骤和第二子步骤。
[0042]下面以第一子步骤和第二子步骤交替进行两次的技术方案为例，对本发明提供的衬底刻蚀方法进行详细描述。具体地，图5为本发明实施例提供的衬底刻蚀方法的流程框图。请参阅图5，衬底刻蚀方法包括以下步骤:
[0043]SI，去除衬底表面未被光刻胶掩膜覆盖的区域上残留的光刻胶；
[0044]S2，刻蚀衬底，同时将下电极功率设置为能够修饰图形形貌；
[0045]S3，冷却衬底以及释放压爪中积累的电荷；
[0046]S4，刻蚀衬底，同时将下电极功率设置为能够修饰图形形貌；
[0047]S5，冷却衬底以及释放压爪中积累的电荷；
[0048]S6，刻蚀衬底，同时将下电极功率设置为使图形达到所需的刻蚀高度。
[0049]步骤SI为底膜去除步骤，以消除残留的光刻胶对刻蚀选择比的影响，除去底膜可以将刻蚀选择比提高至大约0.92。底膜即为残留的光刻胶。优选的，下电极功率的取值范围在400?500W，这可以提高刻蚀底膜的速率，缩短刻蚀时间，从而可以避免出现粘连现象。在实际应用中，可以根据底膜的厚度决定刻蚀底膜时间，通常为30s?lmin。上述底膜去除步骤的工艺参数优选为:腔室压力为2?3mT ;上电极功率为1400W ;采用BCl3作为刻蚀气体，且流量为60?lOOsccm ;冷却器温度(冷却器用于控制衬底的温度)为30?50°C;背吹气压为4?6T。背吹气压是指在衬底下表面与承载该衬底的基座的承载面之间具有间隙，通过向该间隙内通入背吹气体来实现基座与衬底之间的热交换，从而可以起到调节衬底温度的作用，该间隙内的气压即为背吹气压。
[0050]在本实施例中，第一子步骤和第二子步骤交替进行两次，即步骤S2?步骤S5。换句话说，在进行第一刻蚀步骤的整个过程中，分两次进行衬底的刻蚀过程(S2和S4)，并两次刻蚀过程之间进行一次冷却衬底以及释放压爪中积累的电荷的过程(S3)，以及在最后一次第一子步骤(S4)与第二刻蚀步骤(S6)之间还进行一次冷却衬底以及释放压爪中积累的电荷的过程(S5)。
[0051]借助上述第二子步骤，可以对因连续刻蚀而导致的衬底温度累积升高起到缓解作用，从而不仅可以避免出现刻蚀粘连现象，而且还可以允许第