CN103311387A - 一种图形化衬底及其制造方法 - Google Patents

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万远涛
李东昇
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Abstract

本发明提出一种图形化衬底的制造方法，包括如下步骤：提供一衬底，所述衬底包括一平坦的第一结构以及在所述第一结构表面形成的掩膜层，所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率；利用光刻和刻蚀工艺在所述第一结构表面形成图形化的掩膜层；以所述图形化的掩膜层为掩膜进行湿法腐蚀工艺，以使所述第一结构形成有多个图形化结构，每个所述图形化结构位于对应的图形化的掩膜层之下，所述第一结构、图形化结构和图形化的掩膜层形成图形化衬底。本发明还提供一种图形化衬底，以减少光从外延层射向衬底的损失，提高出光效率。

Description

一种图形化衬底及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种图形化衬底及其制造方法。
背景技术
半导体发光二极管(LED)是新型固态冷光源，其能效高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点，使它广泛的应用于人们的日常生活，交通红绿灯、车头灯、户外显示器、手机背光源，电器的指示灯、某些照明路灯都广泛大量的采用LED。尤其是在节能环保方面，LED灯相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，因此未来代替传统光源成为主要照明光源已经成为共识。
目前LED外延层生长技术大多采用金属有机物化学气相沉积方法(MOCVD)，由于衬底和外延层之间的晶格失配和热失配不一致，这样会导致生长的外延层的晶体质量较差，为了提高外延层的晶体质量，研究者采用缓冲层技术来改善外延层的晶体质量，而且效果显著。但是，在外延层中仍存在较高的位错密度，高位错密度导致器件的漏电流加大、效率下降和寿命降低。为了进一步提高外延层的晶体质量，研究者采用侧向外延技术(ELOG)，利用位错的阻断和转向使穿透位错终止，不能继续向上扩展到发光区，从而提高外延层的晶体质量，改善器件性能。目前使用最多的是表面图形化衬底技术(PSS)，这不仅是图形化衬底技术能够使外延层在生长过程中可利用侧向外延技术降低位错密度，提高延迟层的晶体质量，而且还能够利用图形化衬底技术(PSS)所形成的图形将从发光区射向衬底的光通过不同面反射回去，提高光的逸出概率，提高芯片的出光效率。
但是，当外延层的折射率大于衬底的折射率时，会有很多的光从外延层中射向衬底中而被衬底吸收，这样会减少芯片的出光效率。因此，有必要设计一种图形化衬底以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图形化衬底以及制造方法，以减少光从外延层射向衬底的损失，提高出光效率。
为了解决上述问题，本发明提供一种图形化衬底的制造方法包括如下步骤：
提供一衬底，所述衬底包括一平坦的第一结构以及在所述第一结构表面形成的掩膜层，所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率；
利用光刻和刻蚀工艺在所述第一结构表面形成图形化的掩膜层；
以所述图形化的掩膜层为掩膜进行湿法腐蚀工艺，以使所述第一结构形成有多个图形化结构，每个所述图形化结构位于对应的图形化的掩膜层之下，所述第一结构、图形化结构和图形化的掩膜层形成图形化衬底。
进一步，所述第一结构使用的材料为蓝宝石，碳化硅，氧化锌，氮化铝，砷化镓或硅中的一种。
进一步的，所述掩膜层使用的材料为绝缘介质膜。
优选的，所述掩膜层为二氧化硅、氮化硅或氮氧硅中的一种。
进一步的，所述掩膜层采用化学气相沉积、蒸发或者溅射中的一种而形成。
进一步的，每个所述图形化结构的底部特征尺寸大于其顶部特征尺寸。
进一步的，所述掩膜层的厚度为20nm-1μm。
本发明为了达到另一目的，还提供一种图形化衬底，包括：
一平坦的第一结构；
多个图形化结构，位于所述第一结构之上，所述图形化结构由部分所述第一结构经过湿法腐蚀工艺刻蚀形成；以及
图形化的掩膜层，位于所述图形化结构之上，且所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率。
进一步的，所述第一结构为蓝宝石第一结构、碳化硅第一结构、氧化锌第一结构、氮化铝第一结构、砷化镓第一结构或硅第一结构中的一种。
进一步的，所述掩膜层为绝缘介质膜掩膜层。
优选的，所述掩膜层为二氧化硅掩膜层、氮化硅掩膜层或氮氧硅掩膜层中的一种。
进一步的，每个所述图形化结构的底部特征尺寸大于其顶部特征尺寸。
进一步的，所述掩膜层的厚度为20nm-1μm。
由上述技术方案可见，本发明提供的图形化衬底的制造方法包括：提供一衬底，所述衬底包括一平坦的第一结构以及在所述第一结构表面形成的掩膜层，所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率；利用光刻和刻蚀工艺在所述第一结构表面形成图形化的掩膜层；以所述图形化的掩膜层为掩膜进行湿法腐蚀工艺，以使第一结构形成有多个图形化结构，每个所述图形化结构位于对应的图形化的掩膜层之下，所述第一结构、图形化结构和图形化的掩膜层形成图形化衬底，由于本发明能够利用光从折射率大的物质向折射率小的物质发射时会发生全反射这一原理，与现有的图形化衬底的制造方法相比，当在图形化衬底上制作外延层后，可以减少光从外延层射向衬底而被第一结构吸收所造成的损失，提高出光效率。
附图说明
图1是本发明一种图形化衬底的制造方法的流程示意图；
图2a-2c是本发明实施例一和实施例二的一种图形化衬底的制造方法的剖面示意图。
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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面以图1所示的制造方法的流程示意图为例，结合附图2a至图2c，对一种图形化衬底的制造方法进行详细描述。
实施例一
提供一衬底1，所述衬底1包括一平坦的第一结构2和形成于所述第一结构2上的掩膜层3，并且所述掩膜层3的折射率小于所述第一结构2的折射率，所述第一结构2使用的材料为蓝宝石，所述掩膜层3利用化学气相沉积工艺淀积70nm-90nm(纳米)的二氧化硅而形成，优选的，所述化学气相沉积工艺可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)，如图2a所示；
利用光刻和缓冲氢氟酸(BOE)工艺腐蚀去除部分所述掩膜层3，暴露出所述第一结构2，在所述第一结构2的表面形成图形化的掩膜层3’，获得如图2b所示的图形；
一种湿法腐蚀工艺的参数为：温度＝270℃，混合酸液为磷酸∶硫酸＝1∶3(体积比)，所述第一结构2和位于其上的图形化的掩膜层3’在所述混合酸液浸泡若干时间，以所述图形化的掩膜层3’为掩膜，以使所述第一结构2形成有多个图形化结构4，且每个所述图形化结构4位于对应的图形化的掩膜层3’之下，所述第一结构2、图形化结构4和图形化的掩膜层3’形成图形化衬底5，获得如图2c所示的图形。其中，每个所述图形化结构4的底部特征尺寸D2大于其顶部特征尺寸D1。
实施例二
提供一衬底1，所述衬底1包括一平坦的第一结构2和形成于所述第一结构2上的掩膜层3，并且所述掩膜层3的折射率小于所述第一结构2的折射率，所述第一结构2使用的材料为蓝宝石，所述掩膜层3利用化学气相沉积工艺淀积100nm的氮化硅而形成，优选的，所述化学气相沉积工艺可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)，如图2a所示；
利用光刻和干法刻蚀工艺去除部分所述掩膜层3，暴露出所述第一结构2，在所述第一结构2的表面形成图形化的掩膜层3’，获得如图2b所示的图形；
采用实施例一中的湿法腐蚀工艺，使所述第一结构2和位于其上的图形化的掩膜层3’在所述混合酸液浸泡若干时间，以所述图形化的掩膜层3’为掩膜，以使所述第一结构2形成有多个图形化结构4，且每个所述图形化结构4位于对应的图形化的掩膜层3’之下，所述第一结构2、图形化结构4和图形化的掩膜层3’形成图形化衬底5，获得如图2c所示的图形。其中，每个所述图形化结构4的底部特征尺寸D2大于其顶部特征尺寸D1。
此外，所述第一结构2还可使用的材料为碳化硅，氧化锌，氮化铝，砷化镓或硅中的一种。而所述掩膜层还可以采用蒸发或者溅射中的一种淀积绝缘介质膜而形成，所述绝缘介质膜还可以为氮氧硅，所述掩膜层的厚度可以为20nm-1μm。
根据实施例一、二，参见图2c，本发明还可以形成一种的图形化衬底包括：
一平坦的第一结构2；多个图形化结构4，位于所述第一结构2之上，所述图形化结构4由部分所述第一结构2经过湿法腐蚀工艺刻蚀形成；以及图形化的掩膜层3’，位于所述图形化结构4之上，且所述掩膜层3’的折射率小于所述第一结构2的折射率。
由于本发明能够利用光从折射率大的物质向折射率小的物质发射时会发生全反射这一原理，与现有的图形化衬底的制造方法相比，当在图形化衬底上制作外延层后，可以减少光从外延层射向衬底而被第一结构吸收所造成的损失，提高出光效率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种图形化衬底的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底，所述衬底包括一平坦的第一结构以及在所述第一结构表面形成的掩膜层，所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率；
利用光刻和刻蚀工艺在所述第一结构表面形成图形化的掩膜层；
以所述图形化的掩膜层为掩膜进行湿法腐蚀工艺，以使所述第一结构形成有多个图形化结构，每个所述图形化结构位于对应的图形化的掩膜层之下，所述第一结构、图形化结构和图形化的掩膜层形成图形化衬底。
2.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述第一结构使用的材料为蓝宝石，碳化硅，氧化锌，氮化铝，砷化镓或硅中的一种。
3.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述掩膜层使用的材料为绝缘介质膜。
4.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述掩膜层为二氧化硅、氮化硅或氮氧硅中的一种。
5.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述掩膜层采用化学气相沉积、蒸发或者溅射中的一种而形成。
6.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：每个所述图形化结构的底部特征尺寸大于其顶部特征尺寸。
7.如权利要求1所述的图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述掩膜层的厚度为20nm-1μm。
8.一种图形化衬底，其特征在于，包括：
一平坦的第一结构；
多个图形化结构，位于所述第一结构之上，所述图形化结构由部分所述第一结构经过湿法腐蚀工艺刻蚀形成；以及
图形化的掩膜层，位于所述图形化结构之上，且所述掩膜层的折射率小于所述第一结构的折射率。
9.如权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于：所述第一结构为蓝宝石第一结构、碳化硅第一结构、氧化锌第一结构、氮化铝第一结构、砷化镓第一结构或硅第一结构中的一种。
10.如权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于：所述掩膜层为绝缘介质膜掩膜层。
11.如权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于：所述掩膜层为二氧化硅掩膜层、氮化硅掩膜层或氮氧硅掩膜层中的一种。
12.如权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于：每个所述图形化结构的底部特征尺寸大于其顶部特征尺寸。
13.如权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于：所述掩膜层的厚度为20nm-1μm。
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