CN104465896A - 一种蓝宝石图形化衬底制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，通过在所述蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶，并对带有光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理后，在所述光刻胶上分别形成亚微米结构且相互垂直的第一光栅图形及第二光栅图形，再对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品，将所述点阵结构周期图形样品进行后烘、干法刻蚀、清洗后得到所述蓝宝石图形化衬底。通过本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，能够制备得到亚微米级的图形化蓝宝石衬底，从而可以提高GaN基LED的外延质量和光提取效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种蓝宝石图形化衬底制备方法。
【背景技术】
GaN基三族氮化物宽带隙半导体材料，由于其优异电学、光学性能和良好的化学稳定性，使该材料在光电领域有广泛的应用前景，特别是GaN基发光二级管（LED）已经产业化。由于缺乏同质外延衬底，蓝宝石由于自身的优势（如：技术成熟、稳定性好、良好的光学性能和性价比高等）已经成为GaN基LED常用的异质外延的衬底材料。但是，蓝宝石衬底与GaN外延存在较大的晶格失配和热失配，导致无法外延生长高质量的GaN基材料，严重制约了GaN基LED器件性能。
蓝宝石图形化衬底（PSS）技术可以使GaN基材料的晶体质量得到很大提高，从而提高了GaN基LED的器件性能。同时，PSS技术对增加光子的散射，提高LED的发光效率有很大作用。
近年来的研究表明，图形的周期大小在图形化衬底中起重要作用，随着图形化衬底图形周期的缩小，图形化衬底更能有效地降低GaN外延的位错密度和提高LED的器件性能，如何获得尽量小周期尺寸的图形成为制作PSS的关键。目前，商业化图形化衬底的周期约3～5μm，如果通过电子束光刻、聚焦离子束、纳米压印等技术获得2英寸小周期图形化的蓝宝石衬底的成本较高，在实际应用中存在困难。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种蓝宝石图形化衬底制备方法，该方法可生产亚微米级蓝宝石图形化衬底。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种蓝宝石图形化衬底的制备方法，包括下述步骤：
步骤S110：提供一蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶；
步骤S120：对旋涂过光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理；
步骤S130：在所述光刻胶上分别形成第一光栅图形及第二光栅图形，其中，所述第一光栅图形和所述第二光栅图形均为亚微米结构，且所述第一光栅图形与所述第二光栅图形相互垂直；
步骤S140：对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品；及
步骤S150：将所述点阵结构周期图形样品进行后烘处理；
步骤S160：利用ICP设备对经后烘处理后的样品进行干法刻蚀、再经清洗后得到所述蓝宝石图形化衬底。
在本实施例中，在完成步骤S110之前还包括对所述蓝宝石衬底进行清洗的步骤。
在本实施例中，其中，对所述蓝宝石衬底进行清洗，具体为：
采用丙酮或异丙醇超声清洗所述蓝宝石衬底后，用去离子水冲洗，再用硫酸和双氧水的混合液加热清洗后，用去离子水冲洗。
在本实施例中，其中，步骤S110中，所述光刻胶为AZ6130。
在本实施例中，其中，步骤S120，所述前烘的温度为90～100℃。
在本实施例中，其中，步骤S130具体包括下述步骤：
利用步进光刻机在上述蓝宝石衬底上进行亚微米级光栅结构的第一次曝光，以形成所述第一光栅图形；
对具有亚微米级光栅结构的光刻板水平旋转90度，用步进光刻机对上述蓝宝石衬底进行第二次曝光，以形成所述第二光栅图形。
在本实施例中，其中，步骤S150中，所述后烘的温度为100～110℃。
在本实施例中，其中，步骤S160中，所述干法刻蚀的条件为：刻蚀气体为BCl3，工作压力为3～15mTorr，ICP功率为800～1500W，RF功率为500～1000W，刻蚀时间为10～25分钟，工作温度为-10～40℃。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：
本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，通过在所述蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶，并对旋涂光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理后，在所述光刻胶上分别形成亚微米结构且相互垂直的第一光栅图形及第二光栅图形，再对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品，将所述点阵结构周期图形样品进行后烘、干法刻蚀、清洗后得到所述蓝宝石图形化衬底。通过本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，能够制备得到亚微米级的图形化蓝宝石衬底，从而可以提高GaN基LED的外延质量和光提取效率。
另外，通过本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，工艺简单，对设备的要求低，产业化程度高。
【附图说明】
图1为本发明实施例提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的蓝宝石图形化衬底的平面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的蓝宝石图形化衬底的截面结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法的步骤流程图100，从图1中可见，蓝宝石图形化衬底的制备方法100包括下述步骤：
步骤S110：提供一蓝宝石衬底，并在蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶；
进一步地，在完成步骤S110之前还包括对蓝宝石衬底进行清洗的步骤。
具体地，首先，采用丙酮或异丙醇超声清洗蓝宝石衬底；再用去离子水冲洗蓝宝石衬底；再用硫酸和双氧水的混合液加热清洗后，用去离子水冲洗。
具体地，光刻胶优选为AZ6130；
步骤S120：对旋涂过光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理；
具体地，前烘的温度为90～100℃；
步骤S130：在光刻胶上分别形成第一光栅图形及第二光栅图形，其中，第一光栅图形和第二光栅图形均为亚微米结构，且第一光栅图形与第二光栅图形相互垂直；
具体地，步骤S130具体包括下述步骤：
利用步进光刻机在上述蓝宝石衬底上进行亚微米级光栅结构的第一次曝光，以形成第一光栅图形；
对具有亚微米级光栅结构的光刻板水平旋转90度，用步进光刻机对上述蓝宝石衬底进行第二次曝光，以形成第二光栅图形。
可以理解，通过上述步骤形成的第一光栅图形和第二光栅图形相互垂直。
步骤S140：对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品；
具体地，在显影容器里对经过两次曝光后得到的蓝宝石衬底显影处理，得到点阵结构周期图形样品。
步骤S150：将点阵结构周期图形样品进行后烘处理；
具体地，后烘的温度为100～110℃，通过对上述样品进行后烘处理后，进一步固化图形结构和增加光刻胶的抗刻蚀能力。
步骤S160：利用ICP设备对经后烘处理后的样品进行干法刻蚀、再经清洗后得到蓝宝石图形化衬底。
具体地，干法刻蚀的条件为：刻蚀气体为BCl3，工作压力为3～15mTorr，ICP功率为800～1500W，RF功率为500～1000W，刻蚀时间为10～25分钟，工作温度为-10～40℃。
可以理解，对刻蚀后的样品进行清洗处理，得到蓝宝石图形化衬底，该图形化衬底可直接进行外延生长。
请参阅图2及图3，从图2和图3中可以看出，通过本发明提供的方法制备的蓝宝石图形化衬底，其图形的周期大小比商业化的常规蓝宝石图形化衬底图形周期缩小近一倍。
本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，通过在所述蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶，并对旋涂过光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理后，在所述光刻胶上分别形成亚微米结构且相互垂直的第一光栅图形及第二光栅图形，再对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品，将所述点阵结构周期图形样品进行后烘、干法刻蚀、清洗后得到所述蓝宝石图形化衬底。通过本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，能够制备得到亚微米级的图形化蓝宝石衬底，从而可以提高GaN基LED的外延质量和光提取效率。
另外，通过本发明提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，工艺简单，对设备的要求低，产业化程度高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S110：提供一蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶；
步骤S120：对旋涂过光刻胶的蓝宝石衬底进行前烘处理；
步骤S130：在所述光刻胶上分别形成第一光栅图形及第二光栅图形，其中，所述第一光栅图形和所述第二光栅图形均为亚微米结构，且所述第一光栅图形与所述第二光栅图形相互垂直；
步骤S140：对经上述步骤处理后蓝宝石衬底进行显影处理，得到点阵结构周期图形样品；及
步骤S150：将所述点阵结构周期图形样品进行后烘处理；
步骤S160：利用ICP设备对经后烘处理后的样品进行干法刻蚀、再经清洗后得到所述蓝宝石图形化衬底。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，在完成步骤S110之前还包括对所述蓝宝石衬底进行清洗的步骤。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，对所述蓝宝石衬底进行清洗，具体为：
采用丙酮或异丙醇超声清洗所述蓝宝石衬底后，用去离子水冲洗，再用硫酸和双氧水的混合液加热清洗后，用去离子水冲洗。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，步骤S110中，所述光刻胶为AZ6130。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，步骤S120，所述前烘的温度为90～100℃。
6.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，步骤S130具体包括下述步骤：
利用步进光刻机在上述蓝宝石衬底上进行亚微米级光栅结构的第一次曝光，以形成所述第一光栅图形；
对具有亚微米级光栅结构的光刻板水平旋转90度，用步进光刻机对上述蓝宝石衬底进行第二次曝光，以形成所述第二光栅图形。
7.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，步骤S150中，所述后烘的温度为100～110℃。
8.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于，其中，步骤S160中，所述干法刻蚀的条件为：刻蚀气体为BCl3，工作压力为3～15mTorr，ICP功率为800～1500W，RF功率为500～1000W，刻蚀时间为10～25分钟，工作温度为-10～40℃。
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