基片刻蚀方法
【专利摘要】本发明提供的基片刻蚀方法，其包括以下步骤：主刻蚀步骤，向反应腔室通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源，以对基片刻蚀预定刻蚀深度，其中，所述辅助气体包括氟化物气体；过刻蚀步骤，向反应腔室内通入所述刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以调节基片的沟槽形貌。本发明提供的基片刻蚀方法，其不仅可以提高工艺的灵活性，而且还可以提高基片沟槽底部的平整性。
【专利说明】基片刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子【技术领域】，特别涉及一种基片刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] PSS (Patterned Sapp Substrates,图形化蓝宝石基片）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，其通常采 用ICP技术刻蚀基片表面，以形成需要的图形，再采用外延工艺在刻蚀后的基片表面上生 长GaN薄膜。刻蚀工艺所获得的基片沟槽底部的平整性越好，越有利于后续的外延工艺，夕卜 延GaN薄膜的晶体质量越高。
[0003] 目前，在采用电感f禹合等离子体（Inductively Coupled Plasma,以下简称ICP)设 备对基片表面进行刻蚀时，例如，在12英寸ICP设备中，通常采用BC13 (氯化硼）作为刻蚀 气体，且PSS刻蚀工艺包括两个步骤，S卩：主刻蚀步骤和过刻蚀步骤。其中，主刻蚀步骤用于 控制工艺的刻蚀速率和刻蚀选择比，其典型的工艺参数为：反应腔室的腔室压力的范围在 3?5mT ;激励功率的范围在2000?2400W ;偏压功率的范围在100?300W ;BC13的流量范 围在50?150sccm。过刻蚀步骤用于调节基片形貌，其典型的工艺参数为：反应腔室的腔 室压力的范围在1. 5?2mT ;激励功率的范围在1400?2000W ;偏压功率的范围在2100? 700W ;BC13的流量范围在30?lOOsccm。
[0004] 上述PSS刻蚀工艺在实际应用中不可避免地存在以下问题：
[0005] 其一，在主刻蚀步骤中，由于仅采用BC13作为刻蚀气体，刻蚀气体的种类单一，导 致上述PSS刻蚀工艺的工艺调节窗口较小，从而降低了工艺的灵活性。
[0006] 其二，在进行主刻蚀步骤时，由于BC13在辉光放电的条件下离化生成的离化粒子， 其所含的BC1 X粒子的数量较多，而C1自由基的数量较少，导致起物理刻蚀作用的高能离子 所占比例高于起化学刻蚀作用的自由基所占比例，这使得溅射至沟槽底部的离子流的密度 较大，并且由于沟槽侧壁会将溅射至其上的离子流朝向侧壁与底部的拐角处反射，导致该 拐角处因离子流的密度增大而受到更多的刻蚀，从而随着刻蚀时间的积累，最终在该拐角 处形成凹槽，如图2所示，这会导致基片沟槽的底部不平整，从而给后续的外延工艺产生不 良影响，降低了外延薄膜的质量。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种基片刻蚀方 法，其不仅可以提高工艺的灵活性，而且还可以提高基片沟槽底部的平整性。
[0008] 为实现本发明的目的而提供一种基片刻蚀方法，包括以下步骤：
[0009] 主刻蚀步骤，向反应腔室通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源， 以对基片刻蚀预定刻蚀深度，其中，所述辅助气体包括氟化物气体；
[0010] 过刻蚀步骤，向反应腔室内通入所述刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以调 节基片的沟槽形貌。 toon] 其中，所述氟化物气体包括三氟氢化碳、氟氢化碳、三氟化氮和氟硫化合物中的一 种或多种。
[0012] 优选地，在所述主刻蚀步骤和过刻蚀步骤中，所述刻蚀气体包括氯化硼。
[0013] 优选地，在所述主刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在80?lOOsccm。
[0014] 优选地，在所述主刻蚀步骤中，所述辅助气体的流量范围在5?20sccm。
[0015] 优选地，在所述主刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1400? 2000W。
[0016] 优选地，在所述主刻蚀步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在1. 5?2. 5mT。
[0017] 优选地，在所述主刻蚀步骤中，所述偏压电源输出偏压功率的范围在100?400W。
[0018] 优选地，在所述过刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在40?70sccm。
[0019] 优选地，在所述过刻蚀步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在1. 5?2mT。
[0020] 优选地，在所述过刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1400? 2000W。
[0021] 优选地，在所述过刻蚀步骤中，所述偏压电源输出偏压功率的范围在500?700W。
[0022] 本发明具有以下有益效果：
[0023] 本发明提供的基片刻蚀方法，其在主刻蚀步骤中，在向反应腔室通入刻蚀气体的 同时，通入作为辅助气体的氟化物气体。由于氟化物气体的离化粒子中，氟离子的电负性较 大，这有利于置换出更多的自由基，且减小高能离子的浓度，以使离化粒子中的自由基与高 能离子的比例平衡，从而可以增加对基片沟槽底部的化学刻蚀，而减少物理刻蚀，进而可以 减小沟槽底部的凹槽，提高沟槽底部的平整性，从而有利于后续的外延工艺外延薄膜质量 的提高。而且，通过在向反应腔室通入刻蚀气体的同时，通入作为辅助气体的氟化物气体， 还可以增大工艺调节窗口，从而可以提高工艺的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为采用现有的刻蚀方法刻蚀基片获得的沟槽底部的扫描电镜图；
[0025] 图2为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图；
[0026] 图3A为采用本实施例提供的刻蚀方法刻蚀获得的沟槽侧壁的扫描电镜图；以及
[0027] 图3B为采用本实施例提供的刻蚀方法刻蚀获得的沟槽侧壁的剖面图。
【具体实施方式】
[0028] 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 提供的基片刻蚀方法进行详细描述。
[0029] 图2为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图。请参阅图2,该方法包括以下步 骤：
[0030] 主刻蚀步骤，向反应腔室通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源（例如射频 电源），激励电源向反应腔室施加激励功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子 体；开启偏压电源，偏压电源向基片施加偏压功率，以使等离子体刻蚀基片，直至对基片刻 蚀预定刻蚀深度。
[0031] 过刻蚀步骤，向反应腔室内通入刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以调节基 片的沟槽形貌。其中，刻蚀气体包括BC13 (氯化硼）。
[0032] 在主刻蚀步骤中，刻蚀气体包括BC13 ;辅助气体包括氟化物气体，其包括CHF3 (三 氟氢化碳）、CHF (氟氢化碳）、NF3 (三氟化氮）和SxFy (氟硫化合物）中的一种或多种。优 选地，主刻蚀步骤的工艺参数为：刻蚀气体的流量范围在80?lOOsccm ;辅助气体的流量范 围在5?20sccm ;激励电源输出激励功率的范围在1400?2000W ;反应腔室的腔室压力的 范围在1. 5?2. 5mT ;偏压电源输出偏压功率的范围在100?400W。
[0033] 在过刻蚀步骤中，刻蚀气体包括BC13，过刻蚀步骤相对于主刻蚀步骤采用较小的 刻蚀气体流量、较低的腔室压力和偏压功率，用以调节基片的沟槽形貌，即，调节沟槽侧壁 形貌及倾斜角度。优选地，过刻蚀步骤的工艺参数为：刻蚀气体的流量范围在40?7〇 SCCm ; 反应腔室的腔室压力的范围在1. 5?2mT ;激励电源输出激励功率的范围在1400?2000W ; 偏压电源输出偏压功率的范围在500?700W。
[0034] 下面通过刻蚀实验对本发明提供的基片刻蚀方法和现有技术的基片刻蚀方法进 行比较，在该刻蚀实验中，本实施例和现有技术均使用12英寸ICP设备，并且，本实施例和 现有技术的主刻蚀步骤的工艺参数如下述表1所示。
[0035] 表 1
[0036]
【权利要求】
1. 一种基片刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤： 主刻蚀步骤，向反应腔室通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源，以对 基片刻蚀预定刻蚀深度，其中，所述辅助气体包括氟化物气体； 过刻蚀步骤，向反应腔室内通入所述刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以调节基 片的沟槽形貌。
2. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述氟化物气体包括三氟氢化碳、 氟氢化碳、三氟化氮和氟硫化合物中的一种或多种。
3. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤和过刻蚀步骤 中，所述刻蚀气体包括氯化硼。
4. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，所述刻蚀气 体的流量范围在80?lOOsccm。
5. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，所述辅助气 体的流量范围在5?20sccm。
6. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，所述激励电 源输出激励功率的范围在1400?2000W。
7. 如权利要1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，所述反应腔室 的腔室压力的范围在1. 5?2. 5mT。
8. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述主刻蚀步骤中，所述偏压电 源输出偏压功率的范围在100?400W。
9. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，所述刻蚀气 体的流量范围在40?70sccm。
10. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，所述反应 腔室的腔室压力的范围在1. 5?2mT。
11. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，所述激励 电源输出激励功率的范围在1400?2000W。
12. 如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述过刻蚀步骤中，所述偏压 电源输出偏压功率的范围在500?700W。
【文档编号】H01L21/3065GK104253017SQ201310271160
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】李成强 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