CN102569038A - 图形化衬底的制作方法 - Google Patents

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于洪波
肖德元
程蒙召
张汝京
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Abstract

本发明公开了一种图形化衬底的制作方法，所述方法包括：提供一衬底；在衬底上沉积铟锡氧化物薄膜；使用铟锡氧化物腐蚀液对铟锡氧化物薄膜进行湿法刻蚀，以在衬底表面形成不连续的铟锡氧化物薄膜；将上述不连续的铟锡氧化物薄膜作为掩膜，干法刻蚀衬底，形成表面凹凸的衬底表面；使用铟锡氧化物腐蚀液，去除衬底上残存的铟锡氧化物薄膜，形成图形化的衬底。本发明具有生产效率高，成本低的优点，且适合于制造微小图形化衬底。

Description

图形化衬底的制作方法
技术领域
本发明涉及衬底制作领域，更具体地涉及一种图形化衬底的制造方法。 
背景技术
由于LED器件的制造一般采用横向结构，体型是长方体左右两面相互平行，虽然有源区发出的光大部分从P型区的顶部出射，但是，由于半导体材料与空气的折射率差异较大，导致LED光从折射率大的芯片发射到折射率小的空气时，会在半导体与空气的界面发生全反射，未经处理的半导体LED结构表面大约只有很少一部分的光从芯片内部逃逸出来，从而导致芯片的出光效率非常低。由于芯片的出光效率是决定半导体照明芯片的发光效率的主要因素，因此，提升氮化物LED的发光效率和增大光的取出效率对提高器件的外部量子效率起着非常关键的作用。为了提高外部量子效率，人们正在试图从技术上尝试各种能提高芯片出光率的方法，比较成功的方法之一是图形衬底(Patterned Sapphire Substrate-PSS)技术，在光滑的衬底表面，通过光刻制造出一定的有周期的图形，然后，采用刻蚀的方法制造出纳米或微米尺度的几何状的突起或凹陷，然后在这样粗糙的衬底表面进行外延生长LED结构。从LED结构有源区发出的光，在射到外延层与蓝宝石的界面处时，粗糙的界面会对光线产生散射作用，改变了光线的传输方向，扩展了光出射的临界角度，大大提高了取光效率和外量子效率。 
目前，绝大多数的PSS制程都是采用光刻加腐蚀的方法。然而，采用光刻的工艺，生产效率低，成本高，所制造图形的尺寸下限也会有一定的限制。例如，采用光刻的方法，要制造与LED发光波长相近的纳米结构，设备与生产成本都会大大提高。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种图形化衬底的制作方法，以提高生产效率，降低生产成本，并且能够适用于微小尺寸图形化。 
为解决上述技术问题，本发明提供一种图形化衬底的制作方法，包括以下步骤：提供一衬底；在衬底上沉积铟锡氧化物薄膜(ITO)；使用ITO腐蚀液对ITO薄膜进行湿法刻蚀，以在衬底表面形成不连续的ITO薄膜；将上述不连续的ITO薄膜作为掩膜，干法刻蚀衬底，形成表面凹凸的衬底表面；使用ITO腐蚀液，去除衬底上残存的ITO薄膜，形成图形化的衬底。 
作为优选，所述在衬底上沉积ITO薄膜的步骤之后还包括对所述ITO薄膜进行退火处理，以调节ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度。 
作为优选，所述ITO薄膜的厚度为50nm～5um。 
作为优选，所述在衬底上沉积ITO薄膜的过程中，通过调节沉积工艺的参数来调整所沉积的ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度。 
作为优选，所述干法刻蚀为电感耦合等离子体刻蚀。 
作为优选，所述干法刻蚀工艺中衬底与ITO薄膜的刻蚀比大于5∶1。 
作为优选，所述衬底的材料为蓝宝石。 
作为优选，所述衬底的材料为SiC。 
作为优选，所述腐蚀液是FeCl3、HCl的混合液，FeCl3∶HCl的体积比为3∶1～5∶1。 
本发明通过在衬底上沉积ITO薄膜，并利用ITO湿法选择腐蚀的特性，在衬底表面形成不连续的ITO薄膜作为掩膜来制作图形衬底，与现有的图形衬底工艺相比，省去了光刻工艺步骤，从而提高了生产效率、降低了生产成本。此外，由于ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度是可控的，因此，通过本发明的方法可以实现微小尺寸图形化衬底。 
附图说明
图1为本发明实施例的图形化衬底的制作方法的流程图； 
图2a-2d为本发明实施例的图形化衬底的制作方法的剖面图。 
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 
本发明的图形化衬底的制作方法，包括以下步骤：提供一衬底；在衬底上沉积ITO；使用ITO腐蚀液对ITO薄膜进行湿法刻蚀，以在衬底表面形成不连续的ITO薄膜；将上述不连续的ITO薄膜作为掩膜，干法刻蚀衬底，形成表面凹凸的衬底表面；使用ITO腐蚀液，去除衬底上残存的ITO薄膜，形成图形化的衬底。 
下面将结合剖面示意图对本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修 改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。 
图1示出了本发明实施例的图形化衬底的制作方法的流程图，如图1所示，并结合图2a-2f，所述图形化衬底的制作方法如下： 
在步骤201中，如图2a所示，提供一衬底200，在本实施例中，所述衬底为蓝宝石，但本发明并不限于此，所述衬底还可以是硅(Si)或碳化硅(SiC)等其他类型的衬底材料。在所述蓝宝石衬底上沉积ITO(氧化铟锡)薄膜201。所述ITO薄膜是铟锡氧化物透明导电膜，其具有多晶的颗粒状结构，在颗粒的交界处结构组织比较疏松，在颗粒内部结构组织比较致密。所述ITO薄膜201的厚度为10nm～5um；所述ITO薄膜201的颗粒的尺寸和密度可以通过在沉积过程中调节工艺的参数来控制，在本实施例中，还可以对所述ITO薄膜201进行退火处理，以进一步调节ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度，从而控制后续步骤中的图形化衬底的微观图形尺寸。 
在步骤202中，使用ITO腐蚀液对所述ITO薄膜201进行湿法刻蚀，以形成不连续的ITO薄膜201。在本实施例中所采用的所述ITO腐蚀液为FeCl3和HCl的混合液但不限于此混合溶液，其中FeCl3∶HCl的体积比为3∶1～5∶1。由于ITO薄膜不同区域的颗粒的尺寸和密度不同，因此不同区域的ITO薄膜的腐蚀速率也有差别，如图2b所示，在颗粒的交界处由于结构比较疏松，腐蚀的速度比较快；相对地，在颗粒的中心处由于结构比较致密，腐蚀的速度比较慢，当颗粒的交界处全部腐蚀完成时，颗粒中心未被腐蚀的部分会保留在蓝宝石衬底的表面，从而产生选择腐蚀的效果，形成不连续的ITO薄膜201。因此，可通过调节ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度控制图形化衬底的微观图形尺寸。 
在步骤203中，将上述形成的不连续的ITO薄膜作为掩膜，干法刻蚀蓝宝石衬底200。在本实施例中，采用电感耦合等离子体刻蚀(Inductive Coupled Plasma，ICP)工艺对蓝宝石衬底200进行刻蚀，如图2c所示，通过调整电感耦合等离子体刻蚀工艺的参数，来调节蓝宝石衬底200与ITO薄膜201的刻蚀比，使得蓝宝石衬底表面没有ITO薄膜201的部分刻蚀比较深，有ITO薄膜201的部分刻蚀较浅或没有刻蚀，以形成表面凹凸的蓝宝石衬底的表面，在本发明实施例中，由于所述刻蚀深度可能不一样，蓝宝石衬底的表面图形的大小、深度和排列可以是不规则的。在本实施例中，所述蓝宝石衬底200与ITO薄膜201的刻蚀比大于5∶1。 
在步骤204中，如图2d所示，去除蓝宝石衬底上残存的ITO薄膜201。在本实施例中，通过使用上述ITO腐蚀液湿法刻蚀将残存的ITO薄膜201全部腐蚀掉，形成图形化的蓝宝石衬底200，所述图形化的蓝宝石衬底200可以作为生长氮化镓(GaN)基的LED的图形化衬底，其图形化的表面可以减少LED芯片表面的反射，提高芯片发光的效率。 
需要说明的是，上述实施例以蓝宝石衬底为例，但是本发明并不限制于此，还可以应用于其他类型的衬底材料，上述实施例还可以是硅(Si)或碳化硅(SiC)衬底等，本领域技术人员可以根据上述实施例，对本发明进行修改、替换和变形。 
综上所述，本发明提供了图形化衬底的制作方法，在衬底上沉积一定厚度的ITO薄膜，然后利用湿法刻蚀，通过调整刻蚀工艺，形成的有选择的ITO薄膜，将所述有选择的ITO薄膜作为掩膜层来制作图形化的衬底，省去了光刻工艺步骤，提高了生产效率，由于ITO薄膜的颗粒的尺寸和密度是可控的，这种 方法还适用于实现微小尺寸的图形化，且本发明中的ITO沉积工艺与通常的LED制程中的ITO制程工艺完全兼容，降低了成本。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (9)

1.一种图形化衬底的制作方法，包括以下步骤：
提供一衬底；
在衬底上沉积铟锡氧化物薄膜；
使用铟锡氧化物腐蚀液对铟锡氧化物薄膜进行湿法刻蚀，以在衬底表面形成不连续的铟锡氧化物薄膜；
将上述不连续的铟锡氧化物薄膜作为掩膜，干法刻蚀衬底，形成表面凹凸的衬底表面；
使用铟锡氧化物腐蚀液，去除衬底上残存的铟锡氧化物薄膜，形成图形化的衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上沉积铟锡氧化物薄膜的步骤之后还包括对所述铟锡氧化物薄膜进行退火处理，以调节铟锡氧化物薄膜的颗粒的尺寸和密度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铟锡氧化物薄膜的厚度为10nm～5um。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上沉积铟锡氧化物薄膜的过程中，通过调节沉积工艺的参数来调整所沉积的铟锡氧化物薄膜的颗粒的尺寸和密度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法刻蚀为电感耦合等离子体刻蚀。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法刻蚀工艺中衬底与铟锡氧化物薄膜的刻蚀比大于5∶1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底的材料为蓝宝石。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底的材料为碳化硅。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铟锡氧化物腐蚀液是FeCl3、HCl的混合液，FeCl3∶HCl的体积比为3∶1～5∶1。
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