[发明专利]一种稳定使用BOE腐蚀SiO2的缸体设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种稳定使用BOE湿法腐蚀SiO₂的缸体设计，属于微电子机械设备技术领域。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体材料，如氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）等，具有宽的直接带隙、高的热导率、化学稳定性好等性质，广泛地应用于微电子器件和光电子器件，如用于照明或背光源的半导体发光二极管（LED），用于信息存储和激光打印的蓝紫光激光器（LD）以及紫外（UV）探测器和高频高功率的晶体管等，目前对Ⅲ族氮化物半导体材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。随着GaN基第三代半导体材料的兴起，蓝色以及白色发光二级管（LED）的研制成功，发光强度和发光效率的不断提高，LED已经被公认为最有可能进入通用照明领域的新型固态冷光源，因而在近年来成为全球关注的焦点。与传统照明光源相比，白炽灯的发光效率为151m／W，荧光灯发光效率为70—1001m／W，目前国外产业化的功率型LED光效为801m／W，而理论预测LED发光效率可以达到3001m／W，因而，现阶段LED的发光效率偏低和光通量成本偏高是制约其大规模进入照明领域的两大瓶颈，要逐步取代现有照明光源，还需要进一步提高LED的发光效率。

目前制备黄、绿、蓝、白、紫外发光二极管和激光二极管光电子器件，主要用GaN材料。传统的GaN材料生长是在诸如蓝宝石、硅、碳化硅衬底上进行的，可是这些衬底的晶格常数和热膨胀系数与GaN的相比相差很大，这导致GaN基生长层的穿透位错密度高达108-1010cm^-2。高位错密度的存在限制了光电子器件性能的进一步提高，因此降低其位错密度势在必行。

于是人们研发出，在蓝宝石衬底上先蒸镀一层SiO₂后，在该衬底上实施外延生长技术，以利于减少GaN基生长层的位错密度，利于提高晶体的品质，改善器件性能。但是，这种制备衬底的方法容易引进杂质、增加应力，限制晶体品质的提高。后来研发一种采用干蚀刻法制备图形化蓝宝石衬底技术即是现在大家所知的PSS。

制备PSS图形化蓝宝石衬底现行的方法主要是干法刻蚀和湿法腐蚀两种工艺方法。干法刻蚀PSS主要是通过在蓝宝石衬底上涂覆厚膜光刻胶，利用曝光技术在光刻胶上刻出图形，并以其为掩膜用ICP（等离子诱导刻蚀设备）等干法刻蚀设备进行干法刻蚀，得到最后的蓝宝石图形衬底。干法刻蚀制备图形化蓝宝石衬底是目前PSS衬底制备的主要生产工艺，其主要特点是生产较为稳定。然而，由于使用ICP（等离子诱导刻蚀设备）设备，极大地增加了制备成本，降低了产能。使用ICP设备制备PSS，目前一次制备最高数量为22片，需用时40分钟以上，且由于刻蚀需要光刻胶做掩膜，这也对于前段的光刻工艺提出了很高的要求，光刻胶掩膜厚度均匀性等工艺要求极高。同时，由于设备均匀性问题，其并不适合4英寸甚至6英寸图形化蓝宝石衬底的制备。同时，在用干法刻蚀制备图形衬底时容易对蓝宝石衬底表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，不利于外延层晶体质量的进一步提高。在外延生长过程中，反应物在衬底的台面，槽中包括槽侧壁上都生长，并且侧壁生长物会和台面侧向外延层结合。而侧壁面是由干法刻蚀形成的被严重损伤的面，在这种面上生长的物质必然有非常高的位错密度，其中部分位错将延伸到上层侧向外延层中，必将降低外延层质量，不利于进一步提高器件性能。

而湿法刻蚀技术的出现可以有效地改善上述问题。湿法腐蚀工艺制备蓝宝石图形衬底的步骤主要是：蓝宝石衬底上蒸镀二氧化硅膜，利用光刻技术在二氧化硅上刻出光刻胶的图形，之后BOE腐蚀二氧化硅形成图形的转移后去胶，再利用酸腐蚀在蓝宝石上刻出图形，修饰好图形后的晶片最后用HF去掉二氧化硅膜，已得到最终的蓝宝石图形衬底PSS。使用湿法腐蚀制备图形衬底的主要优点是可以一次性制备大量的图形衬底，生产率大大提高，同时，由于腐蚀蓝宝石衬底无需消耗SiO₂，因此，对前面的工艺要求降低，从而降低工艺成本。同样的，湿法腐蚀制备图形衬底不受衬底尺寸影响，可以适用于4英寸、6英寸的蓝宝石图形衬底制备。因此，其技术发展受到了衬底制备行业的广泛关注。