專利名稱：一種干法與濕法混合制備藍(lán)寶石圖形襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干法與濕法混合制備圖形襯底的方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于LED芯片來說，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(lán)寶石、Si、SiC。圖形襯底的制備以藍(lán)寶石為例來說明。通常，GaN基材 料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)首先，藍(lán)寶石襯底 的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過程中； 最后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。 使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會(huì)在外延層中產(chǎn)生 大量缺陷，同時(shí)給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍(lán)寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于IO11 Ω · cm，在這種情況下無法制作垂 直結(jié)構(gòu)的器件；通常只在外延層上表面制作η型和P型電極，在上表面制作兩個(gè)電極，造成 了有效發(fā)光面積減少，同時(shí)增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結(jié)果使材料利用率 降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在ρ型GaN上制備金屬透明電極的 方法，使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30% 40% 的光，這嚴(yán)重影響發(fā)光效率。橫向外延技術(shù)可以有效地降低外延層的位錯(cuò)密度。但傳統(tǒng)的 橫向外延生長(zhǎng)技術(shù)工藝復(fù)雜，而且橫向外延生長(zhǎng)的掩膜區(qū)薄膜會(huì)發(fā)生向下的晶向傾斜以及 在掩膜區(qū)邊界處會(huì)產(chǎn)生一些小角度晶界。為了克服傳統(tǒng)橫向外延生長(zhǎng)存在的幾個(gè)問題，利 用橫向外延生長(zhǎng)原理，對(duì)藍(lán)寶石進(jìn)行表面處理，并結(jié)合MOCVD薄膜生長(zhǎng)技術(shù)，在藍(lán)寶石襯底 上生長(zhǎng)低位錯(cuò)密度、優(yōu)異光學(xué)性能的GaN薄膜。通過透明接觸層，倒金字塔結(jié)構(gòu)，倒裝芯片，垂直結(jié)構(gòu)，表面粗化，布拉格反射層 (DBR)結(jié)構(gòu)，光子晶體等技術(shù)改進(jìn)能夠有效的提高芯片的光提取效率，而藍(lán)寶石圖形化襯底 (PSS)技術(shù)由于能夠降低外延層應(yīng)力、改善晶體生長(zhǎng)性能、增加GaN/藍(lán)寶石接觸面逸出角 等優(yōu)勢(shì)，近年來成為關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101295636A公開了一種《高晶體質(zhì)量氮化物外延生長(zhǎng)所用圖形 襯底的制備方法》，包括在襯底上沉積一層金屬薄層，然后進(jìn)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(jìn)行干法刻蝕，將金屬掩膜的圖形轉(zhuǎn)移到 襯底，最后用濕法腐蝕的方法，去掉殘余的金屬掩膜，并將襯底清洗干凈，制備完成圖形襯 底。上述圖形襯底的制備方法利用的是金屬掩膜進(jìn)行退火處理形成無定形的圖形，然后干 法刻蝕藍(lán)寶石圖形襯底。采用金屬掩膜形成的圖形是不規(guī)則的，圖形上有平臺(tái)，不利于出 光，干法刻蝕藍(lán)寶石成本較高。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN100587919C公開了一種《用于氮化物外延生長(zhǎng)的納米級(jí)圖形襯 底的制作方法》，包括在用于氮化物外延生長(zhǎng)的襯底上沉積一層二氧化硅或氮化硅，在二 氧化硅或氮化硅膜上形成納米圖形結(jié)構(gòu)，將納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到襯底上，腐蝕去掉所述的二氧 化硅或氮化硅膜，清洗襯底，即得到納米級(jí)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(jí)圖形精度要求高，不易制作，圓形圖形大都是利用ICP干法刻蝕藍(lán)寶石， 生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有制備藍(lán)寶石圖形襯底的過程中存在的問題，提供一種利于出光且 成本低的干法與濕法混合制備藍(lán)寶石圖形襯底的方法。本發(fā)明的干法與濕法混合制備藍(lán)寶石圖形襯底的方法，具體包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上利用PECVD (等離子體化學(xué)氣相沉積)工藝沉積一層二氧化硅 或者氮化硅掩膜，掩膜層的厚度為0. 1 μ m-1 μ m ；(2)在掩膜層上涂上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上，顯影后，利 用ICP (感應(yīng)耦合等離子體刻蝕)設(shè)備，以SF6氣體刻蝕掩膜層，然后按常規(guī)方法去掉光刻 膠，用去離子水清洗，形成規(guī)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(wěn)定后，濕法腐蝕藍(lán)寶石1分鐘-60分鐘，制備出藍(lán)寶石圖形襯底，取出用 去離子水沖洗，然后按常規(guī)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(lán)寶石圖形襯底。對(duì)上述方法制備的圖形襯底利用顯微鏡觀察，ICP刻蝕二氧化硅或者氮化硅圖形 與設(shè)計(jì)的圖形尺寸誤差小，ICP刻蝕的速率容易控制，腐蝕液腐蝕藍(lán)寶石，速率容易控制，能 夠得到目標(biāo)尺寸的圖形。上述方法通過干法和濕法相結(jié)合的技術(shù)制備藍(lán)寶石圖形襯底，干法刻蝕二氧化硅 或者氮化硅掩膜避免了濕法腐蝕的鉆蝕性和圖形失真變形問題，保證了圖形的誤差比較 小，同時(shí)也保證了圖形的規(guī)則一致性，增加了出光效率，同時(shí)濕法腐蝕藍(lán)寶石降低生產(chǎn)成 本。本發(fā)明通過二氧化硅或者氮化硅作掩膜，先利用ICP干法刻蝕二氧化硅或者氮化 硅掩膜，形成規(guī)則的環(huán)形圖形，然后采用濕法腐蝕藍(lán)寶石，制備出藍(lán)寶石圖形襯底。解決了 掩膜圖形不規(guī)則的問題和干法刻蝕藍(lán)寶石價(jià)格比較昂貴的問題，增加了出光效率。


圖1是通過干法制備的二氧化硅或氮化硅掩膜圖形的示意圖。圖2是本發(fā)明制備的藍(lán)寶石中心凹陷圖形襯底的示意圖。圖3是通過干法光刻制備的三角形二氧化硅或氮化硅掩膜圖形的示意圖。圖4是圖3所示三角形二氧化硅或氮化硅掩膜圖形的截面圖。圖5是本發(fā)明制備的藍(lán)寶石六角形圖形襯底的示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例是應(yīng)用本發(fā)明的方法制備藍(lán)寶石中心凹陷圖形襯底。具體制備過程如 下(1)在藍(lán)寶石襯底上利用PECVD工藝沉積IOOOA的二氧化硅或氮化硅掩膜；
(2)利用光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移到掩膜上，顯影后，利用ICP (感應(yīng)耦合等離子體刻蝕) 設(shè)備，以SF6氣體刻蝕二氧化硅或氮化硅掩膜，中心刻蝕而邊緣不刻蝕，然后按常規(guī)方法去 掉光刻膠，形成如圖1所示規(guī)則的二氧化硅或氮化硅環(huán)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(wěn)定后，濕法腐蝕藍(lán)寶石1分鐘-60分鐘，制備出藍(lán)寶石圖形襯底，取出用 去離子水沖洗，然后按常規(guī)方法去掉二氧化硅或氮化硅掩膜層，去離子水清洗即得到如圖2 所示的中心凹陷的藍(lán)寶石圖形襯底。上述方法與CN101295636A公開的《高晶體質(zhì)量氮化物外延生長(zhǎng)所用圖形襯底的 制備方法》的不同之處在于，CN101295636A是先干法刻蝕藍(lán)寶石，然后再濕法腐蝕去除掩 膜，而本發(fā)明則是先干法刻蝕掩膜，然后濕法腐蝕藍(lán)寶石。干法刻蝕二氧化硅或氮化硅掩膜 避免了濕法腐蝕二氧化硅或氮化硅的鉆蝕性和圖形失真變形問題，保證了圖形的誤差比較 小，同時(shí)也保證了圖形的規(guī)則一致性，而濕法腐蝕藍(lán)寶石降低生產(chǎn)成本。實(shí)施例2本實(shí)施是應(yīng)用本發(fā)明的方法制備藍(lán)寶石六角形圖形襯底。具體包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上利用PECVD工藝沉積一層厚度為0. 1 μ m_l μ m的二氧化硅或
氮化硅掩膜層。(2)在掩膜層上涂上一層光刻膠，采用第一轉(zhuǎn)速500-2500轉(zhuǎn)/分鐘，第二轉(zhuǎn)速 2500-7000轉(zhuǎn)/分鐘，烘烤10分鐘-30分鐘。(3)利用光刻對(duì)版進(jìn)行曝光，曝光時(shí)間1秒-20秒。(4)顯影10秒-60秒后，顯影液為堿性溶液；烘烤10分鐘-30分鐘。(5)刻蝕掩膜層，利用ICP干法刻蝕掩膜層，將三角形圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上后，按 常規(guī)方法去掉光刻膠，去離子水清洗完，即得到如圖3所示的二氧化硅或者氮化硅掩膜圖 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(wěn)定后， 將帶有掩膜圖形的藍(lán)寶石襯底放入混合溶液中進(jìn)行腐蝕，腐蝕1分鐘-60分鐘，取出用去離 子水沖洗，然后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(lán)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(dá)到開盒即用。上述方法利用光刻膠將三角形轉(zhuǎn)移到二氧化硅或氮化硅掩膜上，干法刻蝕掩膜， 然后在硫酸和磷酸混合溶液中，高溫濕法腐蝕藍(lán)寶石，采用光刻三角形彌補(bǔ)了濕法制備圖 形的各向同性，使腐蝕后的圖形成六角形圖形，大大增加出光效率。利用硫酸和磷酸濕法腐 蝕大大降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1. 一種干法與濕法混合制備藍(lán)寶石圖形襯底的方法，其特征是具體包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上利用PECVD工藝沉積一層二氧化硅或者氮化硅掩膜，掩膜層的厚 度為 0. 1 μ m-Ι μ m ；(2)在掩膜層上涂上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上，顯影后，利用 ICP設(shè)備，以SF6氣體刻蝕掩膜層，然后按常規(guī)方法去掉光刻膠，用去離子水清洗，形成規(guī)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(wěn)定后，濕法腐蝕藍(lán)寶石1分鐘-60分鐘，制備出藍(lán)寶石圖形襯底，取出用去離 子水沖洗，然后按常規(guī)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(lán) 寶石圖形襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種干法與濕法混合制備藍(lán)寶石圖形襯底的方法，包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上沉積一層二氧化硅或者氮化硅掩膜；(2)在掩膜層上涂上一層光刻膠，利用光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上，利用ICP設(shè)備刻蝕掩膜層，形成規(guī)則的掩膜圖形；(3)用硫酸和磷酸溶液混合溶液濕法腐蝕藍(lán)寶石，制備出所需的藍(lán)寶石圖形襯底。本發(fā)明通過二氧化硅或者氮化硅作掩膜，先利用ICP干法刻蝕二氧化硅或者氮化硅掩膜，形成規(guī)則的三角形和環(huán)形圖形，然后采用濕法腐蝕藍(lán)寶石，制備出藍(lán)寶石圖形襯底。解決了掩膜圖形不規(guī)則的問題和干法刻蝕藍(lán)寶石價(jià)格比較昂貴的問題，增加了出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102064088SQ201010501449
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者徐現(xiàn)剛, 曲爽, 李樹強(qiáng), 王成新, 邵慧慧 申請(qǐng)人:山東華光光電子有限公司