一種幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法
2023-09-16 07:59:35 2
專利名稱：一種幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法
技術領域：
本發明涉及一種幹法與溼法混合製備圖形襯底的方法，屬於光電子技術領域。
背景技術：
對於LED晶片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。目前市面上一般有三種 材料可作為襯底藍寶石、Si、SiC。圖形襯底的製備以藍寶石為例來說明。通常，GaN基材 料和器件的外延層主要生長在藍寶石襯底上。藍寶石襯底有許多的優點首先，藍寶石襯底 的生產技術成熟、器件質量較好；其次，藍寶石的穩定性很好，能夠運用在高溫生長過程中； 最後，藍寶石的機械強度高，易於處理和清洗。因此，大多數工藝一般都以藍寶石作為襯底。 使用藍寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應力失配，這會在外延層中產生 大量缺陷，同時給後續的器件加工工藝造成困難。藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大於IO11 Ω · cm，在這種情況下無法製作垂 直結構的器件；通常只在外延層上表面製作η型和P型電極，在上表面製作兩個電極，造成 了有效發光面積減少，同時增加了器件製造中的光刻和刻蝕工藝過程，結果使材料利用率 降低、成本增加。由於P型GaN摻雜困難，當前普遍採用在ρ型GaN上製備金屬透明電極的 方法，使電流擴散，以達到均勻發光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30% 40% 的光，這嚴重影響發光效率。橫向外延技術可以有效地降低外延層的位錯密度。但傳統的 橫向外延生長技術工藝複雜，而且橫向外延生長的掩膜區薄膜會發生向下的晶向傾斜以及 在掩膜區邊界處會產生一些小角度晶界。為了克服傳統橫向外延生長存在的幾個問題，利 用橫向外延生長原理，對藍寶石進行表面處理，並結合MOCVD薄膜生長技術，在藍寶石襯底 上生長低位錯密度、優異光學性能的GaN薄膜。通過透明接觸層，倒金字塔結構，倒裝晶片，垂直結構，表面粗化，布拉格反射層 (DBR)結構，光子晶體等技術改進能夠有效的提高晶片的光提取效率，而藍寶石圖形化襯底 (PSS)技術由於能夠降低外延層應力、改善晶體生長性能、增加GaN/藍寶石接觸面逸出角 等優勢，近年來成為關注的焦點。中國專利文獻CN101295636A公開了一種《高晶體質量氮化物外延生長所用圖形 襯底的製備方法》，包括在襯底上沉積一層金屬薄層，然後進行退火處理，使金屬薄層自組 織形成無定形的、微米尺度的金屬掩膜的圖形，再進行幹法刻蝕，將金屬掩膜的圖形轉移到 襯底，最後用溼法腐蝕的方法，去掉殘餘的金屬掩膜，並將襯底清洗乾淨，製備完成圖形襯 底。上述圖形襯底的製備方法利用的是金屬掩膜進行退火處理形成無定形的圖形，然後幹 法刻蝕藍寶石圖形襯底。採用金屬掩膜形成的圖形是不規則的，圖形上有平臺，不利於出 光，幹法刻蝕藍寶石成本較高。中國專利文獻CN100587919C公開了一種《用於氮化物外延生長的納米級圖形襯 底的製作方法》，包括在用於氮化物外延生長的襯底上沉積一層二氧化矽或氮化矽，在二 氧化矽或氮化矽膜上形成納米圖形結構，將納米結構轉移到襯底上，腐蝕去掉所述的二氧 化矽或氮化矽膜，清洗襯底，即得到納米級圖形襯底。上述方法利用的是納米圖形襯底，圖形為圓形，納米級圖形精度要求高，不易製作，圓形圖形大都是利用ICP幹法刻蝕藍寶石， 生產成本高。
發明內容
本發明針對現有製備藍寶石圖形襯底的過程中存在的問題，提供一種利於出光且 成本低的幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法。本發明的幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法，具體包括以下步驟(1)在藍寶石襯底上利用PECVD (等離子體化學氣相沉積)工藝沉積一層二氧化矽 或者氮化矽掩膜，掩膜層的厚度為0. 1 μ m-1 μ m ；(2)在掩膜層上塗上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉移到掩膜層上，顯影后，利 用ICP (感應耦合等離子體刻蝕)設備，以SF6氣體刻蝕掩膜層，然後按常規方法去掉光刻 膠，用去離子水清洗，形成規則的掩膜圖形；(3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的體積配比為3 1-20 1，加熱 到200°C -300°C穩定後，溼法腐蝕藍寶石1分鐘-60分鐘，製備出藍寶石圖形襯底，取出用 去離子水衝洗，然後按常規方法去掉掩膜層，通過丙酮、乙醇、去離子水清洗即得到所需的 的藍寶石圖形襯底。對上述方法製備的圖形襯底利用顯微鏡觀察，ICP刻蝕二氧化矽或者氮化矽圖形 與設計的圖形尺寸誤差小，ICP刻蝕的速率容易控制，腐蝕液腐蝕藍寶石，速率容易控制，能 夠得到目標尺寸的圖形。上述方法通過幹法和溼法相結合的技術製備藍寶石圖形襯底，幹法刻蝕二氧化矽 或者氮化矽掩膜避免了溼法腐蝕的鑽蝕性和圖形失真變形問題，保證了圖形的誤差比較 小，同時也保證了圖形的規則一致性，增加了出光效率，同時溼法腐蝕藍寶石降低生產成 本。本發明通過二氧化矽或者氮化矽作掩膜，先利用ICP幹法刻蝕二氧化矽或者氮化 矽掩膜，形成規則的環形圖形，然後採用溼法腐蝕藍寶石，製備出藍寶石圖形襯底。解決了 掩膜圖形不規則的問題和幹法刻蝕藍寶石價格比較昂貴的問題，增加了出光效率。
圖1是通過幹法製備的二氧化矽或氮化矽掩膜圖形的示意圖。圖2是本發明製備的藍寶石中心凹陷圖形襯底的示意圖。圖3是通過幹法光刻製備的三角形二氧化矽或氮化矽掩膜圖形的示意圖。圖4是圖3所示三角形二氧化矽或氮化矽掩膜圖形的截面圖。圖5是本發明製備的藍寶石六角形圖形襯底的示意圖。
具體實施例方式實施例1本實施例是應用本發明的方法製備藍寶石中心凹陷圖形襯底。具體製備過程如 下(1)在藍寶石襯底上利用PECVD工藝沉積IOOOA的二氧化矽或氮化矽掩膜；
(2)利用光刻膠將圖形轉移到掩膜上，顯影后，利用ICP (感應耦合等離子體刻蝕) 設備，以SF6氣體刻蝕二氧化矽或氮化矽掩膜，中心刻蝕而邊緣不刻蝕，然後按常規方法去 掉光刻膠，形成如圖1所示規則的二氧化矽或氮化矽環形掩膜圖形；C3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的體積配比為3 1-20 1，加熱 到200°C _300°C穩定後，溼法腐蝕藍寶石1分鐘-60分鐘，製備出藍寶石圖形襯底，取出用 去離子水衝洗，然後按常規方法去掉二氧化矽或氮化矽掩膜層，去離子水清洗即得到如圖2 所示的中心凹陷的藍寶石圖形襯底。上述方法與CN101295636A公開的《高晶體質量氮化物外延生長所用圖形襯底的 製備方法》的不同之處在於，CN101295636A是先幹法刻蝕藍寶石，然後再溼法腐蝕去除掩 膜，而本發明則是先幹法刻蝕掩膜，然後溼法腐蝕藍寶石。幹法刻蝕二氧化矽或氮化矽掩膜 避免了溼法腐蝕二氧化矽或氮化矽的鑽蝕性和圖形失真變形問題，保證了圖形的誤差比較 小，同時也保證了圖形的規則一致性，而溼法腐蝕藍寶石降低生產成本。實施例2本實施是應用本發明的方法製備藍寶石六角形圖形襯底。具體包括以下步驟(1)在藍寶石襯底上利用PECVD工藝沉積一層厚度為0. 1 μ m_l μ m的二氧化矽或
氮化矽掩膜層。(2)在掩膜層上塗上一層光刻膠，採用第一轉速500-2500轉/分鐘，第二轉速 2500-7000轉/分鐘，烘烤10分鐘-30分鐘。(3)利用光刻對版進行曝光，曝光時間1秒-20秒。(4)顯影10秒-60秒後，顯影液為鹼性溶液；烘烤10分鐘-30分鐘。(5)刻蝕掩膜層，利用ICP幹法刻蝕掩膜層，將三角形圖形轉移到掩膜層上後，按 常規方法去掉光刻膠，去離子水清洗完，即得到如圖3所示的二氧化矽或者氮化矽掩膜圖 形，其截面圖見圖4。(6)配置硫酸和磷酸混合溶液，配比為3 1-30 1，加熱到200-300度穩定後， 將帶有掩膜圖形的藍寶石襯底放入混合溶液中進行腐蝕，腐蝕1分鐘-60分鐘，取出用去離 子水衝洗，然後在腐蝕掩膜層的溶液中浸泡，去掉表面的掩膜層，再用去離子水清洗完，即 得到如圖5所示的六角形藍寶石圖形襯底。(7)將得到的六角形圖形襯底通過丙酮清洗、乙醇清洗、去離子水清洗，真空包裝 達到開盒即用。上述方法利用光刻膠將三角形轉移到二氧化矽或氮化矽掩膜上，幹法刻蝕掩膜， 然後在硫酸和磷酸混合溶液中，高溫溼法腐蝕藍寶石，採用光刻三角形彌補了溼法製備圖 形的各向同性，使腐蝕後的圖形成六角形圖形，大大增加出光效率。利用硫酸和磷酸溼法腐 蝕大大降低生產成本。
權利要求
1. 一種幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法，其特徵是具體包括以下步驟(1)在藍寶石襯底上利用PECVD工藝沉積一層二氧化矽或者氮化矽掩膜，掩膜層的厚 度為 0. 1 μ m-Ι μ m ；(2)在掩膜層上塗上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉移到掩膜層上，顯影后，利用 ICP設備，以SF6氣體刻蝕掩膜層，然後按常規方法去掉光刻膠，用去離子水清洗，形成規則 的掩膜圖形；(3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的體積配比為3 1-20 1，加熱到 200°C-300°C穩定後，溼法腐蝕藍寶石1分鐘-60分鐘，製備出藍寶石圖形襯底，取出用去離 子水衝洗，然後按常規方法去掉掩膜層，通過丙酮、乙醇、去離子水清洗即得到所需的的藍 寶石圖形襯底。
全文摘要
本發明提供了一種幹法與溼法混合製備藍寶石圖形襯底的方法，包括以下步驟(1)在藍寶石襯底上沉積一層二氧化矽或者氮化矽掩膜；(2)在掩膜層上塗上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉移到掩膜層上，利用ICP設備刻蝕掩膜層，形成規則的掩膜圖形；(3)用硫酸和磷酸溶液混合溶液溼法腐蝕藍寶石，製備出所需的藍寶石圖形襯底。本發明通過二氧化矽或者氮化矽作掩膜，先利用ICP幹法刻蝕二氧化矽或者氮化矽掩膜，形成規則的三角形和環形圖形，然後採用溼法腐蝕藍寶石，製備出藍寶石圖形襯底。解決了掩膜圖形不規則的問題和幹法刻蝕藍寶石價格比較昂貴的問題，增加了出光效率。
文檔編號H01L33/00GK102064088SQ201010501449
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月11日 優先權日2010年10月11日
發明者徐現剛, 曲爽, 李樹強, 王成新, 邵慧慧 申請人:山東華光光電子有限公司