Ⅲ族化合物襯底的掩膜層制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的Ⅲ族化合物襯底的掩膜層制備方法，其包括以下步驟：光刻膠沉積步驟，在鎵化合物外延層表面沉積光刻膠；光刻膠曝光步驟，對光刻膠進(jìn)行曝光；光刻膠顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影；掩膜蒸鍍步驟，在光刻膠表面上以及未被光刻膠覆蓋的鎵化合物外延層表面上蒸鍍至少一層隔離層，之后在隔離層表面上再蒸鍍至少一層金屬層；隔離層采用可防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層的材料；金屬層采用可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的材料；光刻膠剝離步驟，剝離光刻膠及其上的隔離層和金屬層。上述Ⅲ族化合物襯底的掩膜層制備方法，在保證不損傷鎵化合物外延層表面的前提下提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比。
【專利說明】III族化合物襯底的掩膜層制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體刻蝕【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種III族化合物襯底的掩膜層制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]GaN (氮化鎵)基發(fā)光二極管因其具有壽命長、耐沖擊、抗震和高效節(jié)能等的優(yōu)異特性，而被廣泛應(yīng)用在圖像顯示、信號指示、照明及基礎(chǔ)研究等方面。目前，為了提高LED的發(fā)光效率，越來越多的生產(chǎn)廠家開始采用GaN深槽刻蝕的新型刻蝕技術(shù)，即:在III族化合物襯底的GaN外延層上刻蝕深度大約為8 μ m的凹槽。
[0003]圖1為現(xiàn)有的一種GaN深槽刻蝕工藝的流程示意圖。該工藝主要包括以下步驟:
[0004]GaN外延層制備步驟，在襯底表面上外延生長GaN外延層，其中，襯底的材料可以采用Al2O3等的III族化合物；GaN外延層的厚度大約為8 μ m。
[0005]掩膜沉積步驟，在GaN外延層表面沉積光刻膠掩膜。
[0006]掩膜曝光步驟，借助光刻機(jī)和掩膜版對光刻膠進(jìn)行曝光。
[0007]掩膜顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，以形成圖形。
[0008]GaN外延層刻蝕步驟，以光刻膠掩膜作為掩膜版刻蝕GaN外延層，以將光刻膠的圖形復(fù)制到GaN外延層上，其中，控制刻蝕時間以使GaN外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度。此外，為了保證GaN外延層的圖形不被刻蝕，要求光刻膠掩膜的厚度能夠保證在完成刻蝕工藝之后不會被完全消耗。
[0009]上述GaN深槽刻蝕工藝在實際應(yīng)用中存在以下問題，即:由于光刻膠掩膜與GaN外延層的刻蝕選擇比較低(大約為1:1 )，導(dǎo)致在進(jìn)行GaN外延層刻蝕步驟時，光刻膠掩膜往往在GaN外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度之前已被完全消耗，從而無法保護(hù)GaN外延層表面不被刻蝕。而且，若增加光刻膠掩膜的厚度，則又會出現(xiàn)很難對光刻膠掩膜完全曝光的問題。
[0010]為此，在現(xiàn)有的另一種GaN深槽刻蝕工藝中，通過采用S12或SiN材料代替光刻膠作為掩膜，來提高掩膜與GaN外延層的刻蝕選擇比。如圖2所示，該工藝主要包括以下步驟:
[0011]GaN外延層制備步驟，在襯底表面上外延生長GaN外延層，其中，襯底的材料可以采用Al2O3等的III族化合物；GaN外延層的厚度大約為8 μ m。
[0012]掩膜沉積步驟，在GaN外延層表面沉積S12掩膜。
[0013]光刻膠沉積步驟，在S12掩膜表面沉積光刻膠。
[0014]光刻膠曝光步驟，借助光刻機(jī)和掩膜版對光刻膠進(jìn)行曝光。
[0015]光刻膠顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，以形成圖形。
[0016]掩膜刻蝕步驟，以光刻膠作為掩膜版刻蝕S12掩膜，以將光刻膠的圖像復(fù)制到S12掩膜上。
[0017]GaN外延層刻蝕步驟，刻蝕GaN外延層，以S12掩膜的圖形復(fù)制到GaN外延層上，其中，控制刻蝕時間以使GaN外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度。
[0018]由于S12掩膜與GaN外延層的刻蝕選擇比較高(大約為7: 1)，因而在進(jìn)行GaN外延層刻蝕步驟時，S12掩膜可以保證在GaN外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度之前不被完全消耗，從而在相同掩膜厚度的條件下，可以使鎵化合物外延層的刻蝕工藝獲得較大的刻蝕深度。但是，采用Si02*SiN材料作為掩膜在實際應(yīng)用中又會存在下述問題，即:
[0019]在進(jìn)行掩膜沉積步驟時，需要采用氣相沉積的方法沉積S12或SiN掩膜，在此過程中，等離子體會因在襯底上產(chǎn)生自偏壓而刻蝕GaN外延層表面，導(dǎo)致GaN外延層表面損傷，從而造成芯片VF (前級電壓)值增大，進(jìn)而使芯片質(zhì)量降低。
[0020]因此，如何在保證不損傷GaN外延層表面的前提下提高掩膜與GaN外延層的刻蝕選擇比是目前亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其可以在保證不損傷GaN外延層表面的前提下提高掩膜層與GaN外延層的刻蝕選擇比。
[0022]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種III族化合物襯底的掩膜層制備方法，包括下步驟:
[0023]光刻膠沉積步驟，在鎵化合物外延層表面沉積光刻膠；
[0024]光刻膠曝光步驟，對光刻膠進(jìn)行曝光；
[0025]光刻膠顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，以形成圖形；
[0026]掩膜蒸鍍步驟，在光刻膠表面上以及未被所述光刻膠覆蓋的鎵化合物外延層表面上蒸鍍至少一層隔離層，之后在所述隔離層表面上再蒸鍍至少一層金屬層；其中，所述隔離層采用可防止所述金屬層的金屬材料擴(kuò)散至所述鎵化合物外延層的材料制作；所述金屬層采用可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的材料制作；
[0027]光刻膠剝離步驟，剝離光刻膠及其上的隔離層和金屬層，只保留蒸鍍在鎵化合物外延層表面上的隔離層和金屬層作為掩膜層。
[0028]其中，在所述掩膜蒸鍍步驟中，所述隔離層的材料包括摻錫氧化銦。
[0029]其中，在所述掩膜蒸鍍步驟中，所述金屬層的材料包括鎳或鉻。
[0030]其中，在所述掩膜蒸鍍步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝先后蒸鍍所述隔離層和金屬層。
[0031]其中，所述光刻膠剝離步驟中，采用堿性液體將光刻膠及其上的隔離層和金屬層剝離。
[0032]其中，在所述掩膜剝離步驟之后，還包括下述步驟:
[0033]鎵化合物外延層刻蝕步驟，將由所述隔離層和金屬層組成的掩膜層作為掩膜版刻蝕鎵化合物外延層，以將所述掩膜層的圖形復(fù)制到鎵化合物外延層上。
[0034]其中，在所述鎵化合物外延層刻蝕步驟之后，還包括下述步驟:
[0035]掩膜剝離步驟，剝離殘留在鎵化合物外延層表面上的掩膜層。
[0036]其中，所述鎵化合物外延層的材料包括氮化鎵或砷化鎵。
[0037]其中，所述III族化合物襯底的材料包括三氧化二鋁。
[0038]其中，在所述光刻膠曝光步驟中，借助光刻機(jī)和掩膜版對光刻膠進(jìn)行曝光。
[0039]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0040]本發(fā)明提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其通過以蒸鍍的方式在光刻膠表面上以及未被光刻膠覆蓋的鎵化合物外延層表面上先后獲得至少一層隔離層和至少一層金屬層，之后以剝離的方式去除光刻膠及其上的隔離層和金屬層，而只保留蒸鍍在鎵化合物外延層表面上的隔離層和金屬層，可以獲得具有預(yù)定圖形的雙層材料的鎵化合物外延層的掩膜層，而且，上述隔離層采用可防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層的材料制作，上述金屬層采用可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的材料制作。這與現(xiàn)有技術(shù)相比，借助金屬層可以提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比，從而可以保證掩膜層在鎵化合物外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度之前不被完全消耗，進(jìn)而在相同掩膜層厚度的條件下，可以使鎵化合物外延層的刻蝕工藝獲得較大的刻蝕深度。
[0041]此外，由于本發(fā)明提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法是采用蒸鍍和剝離的方式獲得具有預(yù)定圖形的鎵化合物外延層的掩膜層，且借助隔離層可以防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層，這與現(xiàn)有技術(shù)中采用氣相沉積的方式刻蝕掩膜層，以將光刻膠的圖像復(fù)制到該掩膜層上相比，可以避免鎵化合物外延層表面受到損傷，從而可以降低芯片VF值，進(jìn)而可以提聞芯片質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為現(xiàn)有的一種GaN深槽刻蝕工藝的流程示意圖；
[0043]圖2為現(xiàn)有的另一種GaN深槽刻蝕工藝的流程不意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法的流程框圖；以及
[0045]圖4為本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0046]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0047]圖3為本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法的流程框圖。圖4為本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法的流程示意圖。請一并參閱圖3和圖4，該掩膜層制備方法包括下步驟:
[0048]鎵化合物外延層制備步驟，在襯底表面上外延生長鎵化合物外延層。其中，鎵化合物外延層包括氮化鎵或砷化鎵；襯底的材料包括三氧化二鋁等的III族化合物。
[0049]光刻膠沉積步驟，在鎵化合物外延層表面沉積光刻膠。
[0050]光刻膠曝光步驟，借助光刻機(jī)和掩膜版對光刻膠進(jìn)行曝光。
[0051]光刻膠顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，以形成預(yù)定的圖形。
[0052]掩膜蒸鍍步驟，在光刻膠表面上以及未被光刻膠覆蓋的鎵化合物外延層表面上蒸鍍至少一層隔離層，之后在隔離層表面上再蒸鍍至少一層金屬層。其中，隔離層采用可防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層，以及防止等離子體在鎵化合物外延層上形成負(fù)偏壓的材料，例如，摻錫氧化銦(ITO，Indium Tin Oxide);金屬層采用可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的材料，例如，鎳、鉻等。
[0053]優(yōu)選地，為了便于在后續(xù)的光刻膠剝離步驟中剝離光刻膠，可以采用電子束蒸發(fā)(E-Beam)工藝先后蒸鍍上述隔離層和金屬層，該蒸發(fā)工藝與常規(guī)的加熱蒸發(fā)工藝相比，其無需在蒸發(fā)的過程中加熱光刻膠，從而可以防止光刻膠因受熱碳化而難于剝離。
[0054]光刻膠剝離步驟，剝離光刻膠及其上的隔離層和金屬層，而只保留蒸鍍在鎵化合物外延層表面上的隔離層和金屬層，從而在鎵化合物外延層上形成具有預(yù)定圖形的由隔離層和金屬層組成的掩膜層。剝離的方式具體可以為:借助堿性溶液去除光刻膠，即可使光刻膠上的隔離層和掩膜層一并去除。
[0055]在完成上述掩膜層制備方法之后，開始進(jìn)行鎵化合物外延層刻蝕步驟，具體地，將由上述隔離層和金屬層組成的掩膜層作為掩膜版刻蝕鎵化合物外延層，以將該掩膜層的圖形復(fù)制到鎵化合物外延層上。在刻蝕的過程中，應(yīng)控制刻蝕時間，以使鎵化合物外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度；而且，應(yīng)適當(dāng)設(shè)定掩膜層的厚度，即:設(shè)定隔離層的層數(shù)及每層隔離層的厚度，以及金屬層的厚度，以保證掩膜層在完成刻蝕工藝之后不會被完全消耗，從而實現(xiàn)在整個刻蝕過程中保護(hù)GaN外延層表面不被刻蝕。
[0056]掩膜剝離步驟，剝離殘留在鎵化合物外延層表面上的掩膜層。在實際應(yīng)用中，若掩膜層的材料采用ITO與Cr的混合材料或Ni，通常采用酸溶液等去除；若掩膜層的材料采用ITO，通常采用王水溶液去除。
[0057]本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其采用雙層材料作為鎵化合物外延層的掩膜層，即，可防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層，以及防止等離子體在鎵化合物外延層上形成負(fù)偏壓的隔離層，以及可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的金屬層，這與現(xiàn)有技術(shù)中采用光刻膠作為鎵化合物外延層的掩膜層相比，可以提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比，例如，采用鎳或鉻等金屬制作的金屬層，其與氮化鎵的刻蝕選擇比可達(dá)到20:1，從而可以保證掩膜層在鎵化合物外延層的凹槽達(dá)到工藝所需的深度之前不被完全消耗，進(jìn)而在相同掩膜層厚度的條件下，可以使鎵化合物外延層的刻蝕工藝獲得較大的刻蝕深度。
[0058]此外，由于本發(fā)明實施例提供的III族化合物襯底的掩膜層制備方法是采用蒸鍍和剝離的方式獲得具有預(yù)定圖形的鎵化合物外延層的掩膜層，且借助隔離層可以防止金屬層的金屬材料擴(kuò)散至鎵化合物外延層，這與現(xiàn)有技術(shù)中采用氣相沉積的方式刻蝕掩膜層，以將光刻膠的圖像復(fù)制到該掩膜層上相比，可以避免鎵化合物外延層表面受到損傷，從而可以降低芯片VF值，進(jìn)而可以提高芯片質(zhì)量。
[0059]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，包括下步驟: 光刻膠沉積步驟，在鎵化合物外延層表面沉積光刻膠； 光刻膠曝光步驟，對光刻膠進(jìn)行曝光； 光刻膠顯影步驟，對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，以形成圖形； 掩膜蒸鍍步驟，在光刻膠表面上以及未被所述光刻膠覆蓋的鎵化合物外延層表面上蒸鍍至少一層隔離層，之后在所述隔離層表面上再蒸鍍至少一層金屬層；其中，所述隔離層采用可防止所述金屬層的金屬材料擴(kuò)散至所述鎵化合物外延層的材料制作；所述金屬層采用可提高掩膜層與鎵化合物外延層的刻蝕選擇比的材料制作； 光刻膠剝離步驟，剝離光刻膠及其上的隔離層和金屬層，只保留蒸鍍在鎵化合物外延層表面上的隔離層和金屬層作為掩膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述掩膜蒸鍍步驟中，所述隔離層的材料包括摻錫氧化銦。
3.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述掩膜蒸鍍步驟中，所述金屬層的材料包括鎳或鉻。
4.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述掩膜蒸鍍步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝先后蒸鍍所述隔離層和金屬層。
5.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，所述光刻膠剝離步驟中，采用堿性液體將光刻膠及其上的隔離層和金屬層剝離。
6.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述掩膜剝離步驟之后，還包括下述步驟: 鎵化合物外延層刻蝕步驟，將由所述隔離層和金屬層組成的掩膜層作為掩膜版刻蝕鎵化合物外延層，以將所述掩膜層的圖形復(fù)制到鎵化合物外延層上。
7.如權(quán)利要求6所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述鎵化合物外延層刻蝕步驟之后，還包括下述步驟: 掩膜剝離步驟，剝離殘留在鎵化合物外延層表面上的掩膜層。
8.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，所述鎵化合物外延層的材料包括氮化鎵或砷化鎵。
9.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，所述III族化合物襯底的材料包括三氧化二鋁。
10.如權(quán)利要求1所述的III族化合物襯底的掩膜層制備方法，其特征在于，在所述光刻膠曝光步驟中，借助光刻機(jī)和掩膜版對光刻膠進(jìn)行曝光。
【文檔編號】H01L21/033GK104425224SQ201310392230
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】張君 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司