CN102064088B - 一种干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备蓝宝石图形衬底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干法与湿法混合制备蓝宝石图形衬底的方法，包括以下步骤：(1)在蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅或者氮化硅掩膜；(2)在掩膜层上涂上一层光刻胶，利用光刻胶将图形转移到掩膜层上，利用ICP设备刻蚀掩膜层，形成规则的掩膜图形；(3)用硫酸和磷酸溶液混合溶液湿法腐蚀蓝宝石，制备出所需的蓝宝石图形衬底。本发明通过二氧化硅或者氮化硅作掩膜，先利用ICP干法刻蚀二氧化硅或者氮化硅掩膜，形成规则的三角形和环形图形，然后采用湿法腐蚀蓝宝石，制备出蓝宝石图形衬底。解决了掩膜图形不规则的问题和干法刻蚀蓝宝石价格比较昂贵的问题，增加了出光效率。

Description

一种干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备蓝宝石图形衬底的方法

技术领域

本发明涉及一种干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备图形衬底的方法，属于光电子技术领域。

背景技术

对于LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。目前市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石、Si、SiC。图形衬底的制备以蓝宝石为例来说明。通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。

蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于10¹¹Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30％～40％的光，这严重影响发光效率。横向外延技术可以有效地降低外延层的位错密度。但传统的横向外延生长技术工艺复杂，而且横向外延生长的掩膜区薄膜会发生向下的晶向倾斜以及在掩膜区边界处会产生一些小角度晶界。为了克服传统横向外延生长存在的几个问题，利用横向外延生长原理，对蓝宝石进行表面处理，并结合MOCVD薄膜生长技术，在蓝宝石衬底上生长低位错密度、优异光学性能的GaN薄膜。

通过透明接触层，倒金字塔结构，倒装芯片，垂直结构，表面粗化，布拉格反射层(DBR)结构，光子晶体等技术改进能够有效的提高芯片的光提取效率，而蓝宝石图形化衬底(PSS)技术由于能够降低外延层应力、改善晶体生长性能、增加GaN/蓝宝石接触面逸出角等优势，近年来成为关注的焦点。

中国专利文献CN101295636A公开了一种《高晶体质量氮化物外延生长所用图形衬底的制备方法》，包括：在衬底上沉积一层金属薄层，然后进行退火处理，使金属薄层自组织形成无定形的、微米尺度的金属掩膜的图形，再进行干法刻蚀，将金属掩膜的图形转移到衬底，最后用湿法腐蚀的方法，去掉残余的金属掩膜，并将衬底清洗干净，制备完成图形衬底。上述图形衬底的制备方法利用的是金属掩膜进行退火处理形成无定形的图形，然后干法刻蚀蓝宝石图形衬底。采用金属掩膜形成的图形是不规则的，图形上有平台，不利于出光，干法刻蚀蓝宝石成本较高。

中国专利文献CN100587919C公开了一种《用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法》，包括：在用于氮化物外延生长的衬底上沉积一层二氧化硅或氮化硅，在二氧化硅或氮化硅膜上形成纳米图形结构，将纳米结构转移到衬底上，腐蚀去掉所述的二氧化硅或氮化硅膜，清洗衬底，即得到纳米级图形衬底。上述方法利用的是纳米图形衬底，图形为圆形，纳米级图形精度要求高，不易制作，圆形图形大都是利用ICP干法刻蚀蓝宝石，生产成本高。

发明内容

本发明针对现有制备蓝宝石图形衬底的过程中存在的问题，提供一种利于出光且成本低的干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备蓝宝石图形衬底的方法。

本发明的干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备蓝宝石图形衬底的方法，具体包括以下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD(等离子体化学气相沉积)工艺沉积一层二氧化硅或者氮化硅掩膜，掩膜层的厚度为0.1μm-1μm；

(2)在掩膜层上涂上一层光刻胶，利用光刻胶将图形转移到掩膜层上，显影后，利用ICP(感应耦合等离子体刻蚀)设备，以SF₆气体刻蚀掩膜层，然后按常规方法去掉光刻胶，用去离子水清洗，形成规则的掩膜图形；

(3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，加热到200℃-300℃稳定后，湿法腐蚀蓝宝石1分钟-60分钟，制备出蓝宝石图形衬底，取出用去离子水冲洗，然后按常规方法去掉掩膜层，通过丙酮、乙醇、去离子水清洗即得到所需的的蓝宝石图形衬底。

对上述方法制备的图形衬底利用显微镜观察，ICP刻蚀二氧化硅或者氮化硅图形与设计的图形尺寸误差小，ICP刻蚀的速率容易控制，腐蚀液腐蚀蓝宝石，速率容易控制，能够得到目标尺寸的图形。

上述方法通过干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的技术制备蓝宝石图形衬底，干法刻蚀二氧化硅或者氮化硅掩膜避免了湿法腐蚀的钻蚀性和图形失真变形问题，保证了图形的误差比较小，同时也保证了图形的规则一致性，增加了出光效率，同时湿法腐蚀蓝宝石降低生产成本。

本发明通过二氧化硅或者氮化硅作掩膜，先利用ICP干法刻蚀二氧化硅或者氮化硅掩膜，形成规则的环形图形，然后采用湿法腐蚀蓝宝石，制备出蓝宝石图形衬底。解决了掩膜图形不规则的问题和干法刻蚀蓝宝石价格比较昂贵的问题，增加了出光效率。

附图说明

图1是通过干法制备的二氧化硅或氮化硅掩膜图形的示意图。

图2是本发明制备的蓝宝石中心凹陷图形衬底的示意图。

图3是通过干法光刻制备的三角形二氧化硅或氮化硅掩膜图形的示意图。

图4是图3所示三角形二氧化硅或氮化硅掩膜图形的截面图。

图5是本发明制备的蓝宝石六角形图形衬底的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例是应用本发明的方法制备蓝宝石中心凹陷图形衬底。具体制备过程如下：

(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD工艺沉积

的二氧化硅或氮化硅掩膜；

(2)利用光刻胶将图形转移到掩膜上，显影后，利用ICP(感应耦合等离子体刻蚀)设备，以SF₆气体刻蚀二氧化硅或氮化硅掩膜，中心刻蚀而边缘不刻蚀，然后按常规方法去掉光刻胶，形成如图1所示规则的二氧化硅或氮化硅环形掩膜图形；

(3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，加热到200℃-300℃稳定后，湿法腐蚀蓝宝石1分钟-60分钟，制备出蓝宝石图形衬底，取出用去离子水冲洗，然后按常规方法去掉二氧化硅或氮化硅掩膜层，去离子水清洗即得到如图2所示的中心凹陷的蓝宝石图形衬底。

上述方法与CN101295636A公开的《高晶体质量氮化物外延生长所用图形衬底的制备方法》的不同之处在于，CN101295636A是先干法刻蚀蓝宝石，然后再湿法腐蚀去除掩膜，而本发明则是先干法刻蚀掩膜，然后湿法腐蚀蓝宝石。干法刻蚀二氧化硅或氮化硅掩膜避免了湿法腐蚀二氧化硅或氮化硅的钻蚀性和图形失真变形问题，保证了图形的误差比较小，同时也保证了图形的规则一致性，而湿法腐蚀蓝宝石降低生产成本。

实施例2

本实施是应用本发明的方法制备蓝宝石六角形图形衬底。具体包括以下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD工艺沉积一层厚度为0.1μm-1μm的二氧化硅或氮化硅掩膜层。

(2)在掩膜层上涂上一层光刻胶，采用第一转速500-2500转/分钟，第二转速2500-7000转/分钟，烘烤10分钟-30分钟。

(3)利用光刻对版进行曝光，曝光时间1秒-20秒。

(4)显影10秒-60秒后，显影液为碱性溶液；烘烤10分钟-30分钟。

(5)刻蚀掩膜层，利用ICP干法刻蚀掩膜层，将三角形图形转移到掩膜层上后，按常规方法去掉光刻胶，去离子水清洗完，即得到如图3所示的二氧化硅或者氮化硅掩膜图形，其截面图见图4。

(6)配置硫酸和磷酸混合溶液，配比为3∶1-30∶1，加热到200-300度稳定后，将带有掩膜图形的蓝宝石衬底放入混合溶液中进行腐蚀，腐蚀1分钟-60分钟，取出用去离子水冲洗，然后在腐蚀掩膜层的溶液中浸泡，去掉表面的掩膜层，再用去离子水清洗完，即得到如图5所示的六角形蓝宝石图形衬底。

(7)将得到的六角形图形衬底通过丙酮清洗、乙醇清洗、去离子水清洗，真空包装达到开盒即用。

上述方法利用光刻胶将三角形转移到二氧化硅或氮化硅掩膜上，干法刻蚀掩膜，然后在硫酸和磷酸混合溶液中，高温湿法腐蚀蓝宝石，采用光刻三角形弥补了湿法制备图形的各向同性，使腐蚀后的图形成六角形图形，大大增加出光效率。利用硫酸和磷酸湿法腐蚀大大降低生产成本。

Claims (1)

1.一种干法刻蚀与湿法腐蚀混合制备蓝宝石图形衬底的方法，其特征是：具体包括以下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD工艺沉积一层二氧化硅或者氮化硅掩膜，掩膜层的厚度为0.1μm-1μm；

(2)在掩膜层上涂上一层光刻胶，利用光刻胶将图形转移到掩膜层上，显影后，利用ICP设备，以SF₆气体刻蚀掩膜层，然后按常规方法去掉光刻胶，用去离子水清洗，形成规则的掩膜图形；

(3)配置硫酸和磷酸溶液混合溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，加热到200℃-300℃稳定后，湿法腐蚀蓝宝石1分钟-60分钟，制备出蓝宝石图形衬底，取出用去离子水冲洗，然后按常规方法去掉掩膜层，通过丙酮、乙醇、去离子水清洗即得到所需的的蓝宝石图形衬底。

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