基片刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電子技術領域，特別涉及一種基片刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]PSS (Patterned Sapp Substrates,圖形化藍寶石基片)技術是目前普遍采用的一種提高GaN (氮化鎵)基LED器件的出光效率的方法。在進行PSS工藝的過程中，其通常在基片上生長干法刻蝕用掩膜，并采用光刻工藝將掩膜刻出圖形；然后采用ICP技術刻蝕基片表面，以形成需要的圖形，再去除掩膜，并采用外延工藝在刻蝕后的基片表面上生長GaN薄膜。刻蝕工藝所獲得的基片溝槽底部的平整性越好，越有利于后續的外延工藝，外延GaN薄膜的晶體質量越高。
[0003]目前，在采用電感I禹合等離子體(Inductively Coupled Plasma,以下簡稱ICP)設備對基片表面進行刻蝕時，通常采用BCl3 (氯化硼)作為刻蝕氣體，且PSS刻蝕工藝包括兩個步驟，即:主刻蝕步驟和過刻蝕步驟。其中，主刻蝕步驟采用較大流量的BCl3、較高的腔室壓力以及較低的偏壓功率，用以控制工藝的刻蝕速率和刻蝕選擇比，其典型的工藝參數為:反應腔室的腔室壓力為3?5mT ;激勵功率為2000?2400W ;偏壓功率為100?300W ；BC13的流量為50?150SCCm ;工藝時間為25?35min。過刻蝕步驟采用較小流量的BCl3、較低的腔室壓力以及較高的偏壓功率，用以起到修飾基片形貌的作用，其典型的工藝參數為:反應腔室的腔室壓力的范圍在1.5?2mT ;激勵功率的范圍在1400?2400W ;偏壓功率的范圍在400?700W ；BC13的流量范圍在30?10sccm ;工藝時間為5?15min。
[0004]上述PSS刻蝕工藝在實際應用中不可避免地存在以下問題，即:在進行主刻蝕步驟時，由BCl3在輝光放電的條件下離化生成的離化粒子，其所含的BClxS子的數量較多，而Cl自由基的數量較少，導致起物理刻蝕作用的高能離子所占比例高于起化學刻蝕作用的自由基所占比例，這使得濺射至溝槽底部的離子流的密度較大，并且由于溝槽側壁會將濺射至其上的離子流朝向側壁與底部的拐角處反射，導致該拐角處因離子流的密度增大而受到更多的刻蝕，從而隨著刻蝕時間的積累，最終在該拐角處形成凹槽(Trench)，如圖1所示，這會導致基片溝槽的底部不平整，從而給后續的外延工藝產生不良影響，降低了外延薄膜的質量。
[0005]為此，人們對上述基片刻蝕方法進行了改進，即:在主刻蝕步驟中采用較低的激勵功率，這可以減少離化粒子中高能離子所占比例，以使高能離子和自由基的比例趨于平衡，從而可以提高溝槽底部的平整性。然而，在主刻蝕步驟中采用較低的激勵功率又會產生如下問題:
[0006]其一，如圖2A和2B所示，分別為不同的激勵功率所對應的刻蝕速率和刻蝕選擇比的曲線圖。由圖可以看出，刻蝕速率和刻蝕選擇比會隨著激勵功率的增大(減小)而增大(減小)，因此，若在主刻蝕步驟中采用較低的激勵功率，則會導致刻蝕速率和刻蝕選擇比降低，從而造成工藝調節窗口減小，進而降低了工藝的靈活性。
[0007]其二，隨著工藝時間的增加，基片表面上的掩膜相對的兩個側壁會朝向彼此橫向收縮，導致掩膜的寬度逐漸變窄，這使得基片側壁因掩膜的橫向收縮而出現拐點，如圖3所示。在這種情況下，由于上述基片刻蝕方法在主刻蝕步驟中始終采用較低的激勵功率，這會導致掩膜提前收縮，使得拐點的高度降低，從而造成獲得的基片形貌不理想。
【發明內容】
[0008]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種基片刻蝕方法，其可以在保證獲得理想的基片形貌的基礎上，提聞基片溝槽底部的平整性。
[0009]為實現本發明的目的而提供一種基片刻蝕方法，包括以下步驟:
[0010]第一主刻蝕步驟，通過提高偏壓功率來使基片形成溝槽形貌；
[0011]第二主刻蝕步驟，通過降低偏壓功率來減小在溝槽底部形成的凹槽；
[0012]過刻蝕步驟，用于修飾基片的溝槽形貌；
[0013]其中，在掩膜開始橫向收縮時停止所述第一主刻蝕步驟，同時開始進行所述第二主刻蝕步驟。
[0014]優選的，在所述第一主刻蝕步驟中，所述偏壓功率的取值范圍在300?700W。
[0015]優選的，在所述第二主刻蝕步驟中，所述偏壓功率的取值范圍在100?200W。
[0016]優選的，在所述第一、第二主刻蝕步驟中，向反應腔室通入的刻蝕氣體包括BCl3和氟化物氣體的混合氣體。
[0017]優選的，所述BCl3的流量的取值范圍在80?10sccm ;所述氟化物氣體的流量的取值范圍在5?20sccm。
[0018]優選的，所述氟化物氣體包括三氟氫化碳、氟氫化碳、三氟化氮和氟硫化合物中的一種或多種。
[0019]優選的，在所述過刻蝕步驟中，向反應腔室通入的刻蝕氣體包括BC13。
[0020]優選的，所述BCl3的流量的取值范圍在80?lOOsccm。
[0021]優選的，在所述第一主刻蝕步驟中，刻蝕時間的取值范圍在5?15min。
[0022]優選的，在所述第二主刻蝕步驟中，刻蝕時間的取值范圍在20?30min。
[0023]本發明具有以下有益效果:
[0024]本發明提供的基片刻蝕方法，其將主刻蝕步驟進一步分為兩個步驟，即:通過借助第一主刻蝕步驟來使基片形成溝槽形貌，由于第一主刻蝕步驟采用較高的偏壓功率，這可以使掩膜提前開始橫向收縮，從而可以降低拐點的高度，進而有利于形成理想的基片形貌。在掩膜開始橫向收縮時停止上述第一主刻蝕步驟，同時開始進行第二主刻蝕步驟，由于溝槽底部形成的凹槽的現象主要出現在掩膜開始橫向收縮之后的刻蝕階段，因而通過在該刻蝕階段進行采用較低的偏壓功率的第二主刻蝕步驟，較低的偏壓功率可以減小起物理刻蝕作用的高能離子對溝槽底部的轟擊，從而可以減小在溝槽底部形成的凹槽，進而可以提高基片溝槽底部的平整性。
【附圖說明】
[0025]圖1為采用現有的刻蝕方法刻蝕基片獲得的溝槽底部的掃描電鏡圖；
[0026]圖2A為不同的激勵功率所對應的刻蝕速率的曲線圖；
[0027]圖2B為不同的激勵功率所對應刻蝕選擇比的曲線圖；
[0028]圖3為在刻蝕過程中基片形貌出現拐點的過程示意圖；
[0029]圖4為本發明實施例提供的基片刻蝕方法的流程框圖；
[0030]圖5為在溝槽底部出現凹槽現象的原理圖；
[0031]圖6為采用不同偏壓功率刻蝕基片獲得的溝槽底部的掃描電鏡圖；
[0032]圖7為不同刻蝕時間的溝槽底部的掃描電鏡圖；以及
[0033]圖8為不同刻蝕時間的基片形貌的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的基片刻蝕方法進行詳細描述。
[0035]在下述第一、第二主刻蝕步驟中，均采用下述過程刻蝕基片，且僅是采用的工藝參數不同。刻蝕基片的具體過程為，即:向反應腔室通入刻蝕氣體，并開啟激勵電源(例如射頻電源)，激勵電源向反應腔室施加激勵功率，以使反應腔室內的刻蝕氣體激發形成等離子體；開啟偏壓電源，偏壓電源向基片施加偏壓功率，以使等離子體刻蝕基片，直至對基片刻蝕預定刻蝕深度。工藝參數主要包括刻蝕氣體的種類和流量、激勵功率、偏壓功率、工藝氣壓(即，反應腔室的腔室壓力)以及刻蝕時間等。此外，過刻蝕步驟的具體過程與上述主刻蝕步驟相類似，也僅是所采用的工藝參數不同，以起到修飾基片的溝槽形貌的作用。
[0036]圖4為本發明實施例提供的基片刻蝕方法的流程框圖。請參閱圖4，該基片刻蝕方法包括以下步驟:
[0037]第一主刻蝕步驟，通過提高