CN110854012A - 一种图形化蓝宝石衬底的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蓝宝石衬底制备技术领域，提供一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，方法包括：在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层，其中，所述SiO2掩膜层的结构与预先设计的掩膜图形相匹配；利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层；对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底，实现有效利用湿法和干法刻蚀蓝宝石的优点，而且通过湿法和干法刻蚀的有效结合，提升外延的生长质量和芯片发光亮度。
Description
技术领域
本发明属于蓝宝石衬底制备技术领域，尤其涉及一种图形化蓝宝石衬底的制备方法。
背景技术
众所周知，目前图形化蓝宝石衬底刻蚀技术主要以用浓H2SO4与浓H3PO4高温湿法腐蚀和使用BCl3为主要刻蚀气体的ICP干法刻蚀。但是这两种图形化蓝宝石衬底的刻蚀技术都存在一定的缺陷，具体为：
湿法腐蚀蓝宝石衬底有着低成本，高均匀性，适合大尺寸大批量生产作业，但其批次间受高温挥发，溶液配比波动导致腐蚀速率存在批次间差异和固定的晶向腐蚀最终图形的同等底宽下占空比相比干法低超过5％；
而干法刻蚀则是利用其它进行细微慢刻蚀，对图形化蓝宝石衬底的图形进行微修饰，同时可以利用不同掩模图形达到很大的图形占空比，从而增加反射面积提高出光效率；但其刻蚀时间长设备投入大，设备效率低等诟病，阻碍行业降低成本的路线。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，旨在解决现有技术中高温湿法腐蚀和ICP干法刻蚀均存在刻蚀缺陷的技术问题。
本发明所提供的技术方案是：一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，所述方法包括下述步骤：
在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层，其中，所述SiO2掩膜层的结构与预先设计的掩膜图形相匹配；
利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层；
对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底。
作为一种改进的方案，所述在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层的步骤具体包括下述步骤：
选取一C面的蓝宝石平片；
在选取的所述蓝宝石平片上利用配置的混合气体沉淀一层SiO2掩膜层；
在沉淀形成的所述SiO2掩膜层上形成一层光刻胶；
在形成光刻胶的所述SiO2掩膜层上，控制进行预先设计的掩膜图形的图形转移，形成光刻胶图层；
在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层。
作为一种改进的方案，所述混合气体为SiH4/N2混合气和N2O气体的混合，其中，所述SiH4/N2混合气中SiH4的气体含量为4％；
沉淀形成的所述SiO2掩膜层的厚度为10nm-5000nm。
作为一种改进的方案，所述在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层的步骤之后，所述利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之前还包括下述步骤：
利用湿法溶液去除光刻胶，得到纯净的与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层。
作为一种改进的方案，所述浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液的体积配比范围为1：10-10：1；
对蓝宝石进行晶向腐蚀的高温环境为260-330度。
作为一种改进的方案，所述利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之后，所述对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤之前还包括下述步骤：
利用AOI设备对所述蓝宝石图形层进行规格分类，得到不同规格的分类图形层。
作为一种改进的方案，所述对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤具体包括下述步骤：
对得到的不同规格的分类图形层进行ICP刻蚀，形成初级蓝宝石衬底；
利用刻蚀气体对形成的所述初级蓝宝石衬底进行刻蚀，形成终极的蓝宝石衬底。
作为一种改进的方案，所述刻蚀气体为BCl3、CHF3、H2以及Ar的混合气体。
作为一种改进的方案，所述BCl3的流量为10-300sccm，所述CHF3、H2以及Ar的流量在0-20sccm。
在本发明实施例中，在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层，其中，所述SiO2掩膜层的结构与预先设计的掩膜图形相匹配；利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层；对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底，实现有效利用湿法和干法刻蚀蓝宝石的优点，而且通过湿法和干法刻蚀的有效结合，提升外延的生长质量和芯片发光亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的图形化蓝宝石衬底的制备方法的实现流程图；
图2是本发明提供的在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层的实现流程图；
图3是本发明提供的对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的实现流程图；
图4是本发明提供的形成光刻胶图层后的蓝宝石衬底结构示意图；
图5是本发明提供的湿法腐蚀后的蓝宝石衬底结构示意图；
图6是本发明提供的处级蓝宝石衬底的结构示意图；
图7是本发明提供的处级蓝宝石衬底上的图形结构示意图；
图8是本发明提供的终级蓝宝石衬底的结构示意图；
图9是本发明提供的终极蓝宝石衬底上的图形结构示意图；
其中，1-蓝宝石平片，2-SiO2掩膜层，3-光刻胶，4-处级蓝宝石衬底图形结构，5-终极蓝宝石衬底图形结构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明提供的图形化蓝宝石衬底的制备方法的实现流程图，其具体包括下述步骤：
在步骤S101中，在选取的蓝宝石平片1上形成SiO2掩膜层2，其中，所述SiO2掩膜层2的结构与预先设计的掩膜图形相匹配。
在步骤S102中，利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层。
在该步骤中，浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液的体积配比范围为1：10-10：1；
对蓝宝石进行晶向腐蚀的高温环境为260-330度，该蓝宝石图形层为近似金字塔状。
在步骤S103中，对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底。
在该实施例中，如图2所示，在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层2的的实现流程为：
在步骤S201中，选取一C面的蓝宝石平片1；
在步骤S202中，在选取的所述蓝宝石平片1上利用配置的混合气体沉淀一层SiO2掩膜层2；
在该步骤中，该混合气体为SiH4/N2混合气和N2O气体的混合，其中，所述SiH4/N2混合气中SiH4的气体含量为4％；
沉淀形成的所述SiO2掩膜层2的厚度为10nm-5000nm。
该沉淀的方式为等离子增强气相化学沉淀。
在步骤S203中，在沉淀形成的所述SiO2掩膜层2上形成一层光刻胶3。
在步骤S204中，在形成光刻胶3的所述SiO2掩膜层2上，控制进行预先设计的掩膜图形的图形转移，形成光刻胶图层，如图4所示；
在该步骤中，该光刻胶图层的排列方式有四方排列、六方排列以及不规则排列等；掩模图形可以为多样性，包括圆形、正方形、六边形、三角形以及各种不规则图形；图形尺寸在0.5-10微米，图形周期1-20微米。
在步骤S205中，在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层2进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层，如图5所示。
在该步骤中，通过该湿法腐蚀，得到的SiO2掩膜层的图形结构与预先设计的掩膜图形相匹配。
在本发明实施例中，上述在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层的步骤之后，利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之前还包括下述步骤：
利用湿法溶液去除光刻胶，得到纯净的与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层。
在本发明实施例中，利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之后，所述对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤之前还包括下述步骤：
利用AOI设备对所述蓝宝石图形层进行规格分类，得到不同规格的分类图形层。
在该实施例中，用AOI设备对湿法腐蚀后的蓝宝石图形层进行分规格，蓝宝石图形层图形占空比在AOI测试上会呈现不同灰度，灰度越大，图形占空比越大，通过设置AOI灰度范围，可以实现精准的蓝宝石图形层大小分类。一般按占空比每隔2％分规格。
在此基础上，如图3所示，对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S301中，对得到的不同规格的分类图形层进行ICP刻蚀，形成初级蓝宝石衬底，如图6和图7所示，其中，图7中各个小单元，为图6中的4，即为处级蓝宝石衬底上的图形结构；
在该步骤中，对不同湿法腐蚀后的规格进行ICP刻蚀，利用SiO2作为掩模，再用ICP刻蚀可以有效保护蓝宝石图形形貌，同时针对不同规格刻蚀不同ICP工艺时间，占空比越大ICP刻蚀时间越长，从而可以得到更好的占空比一致的图形。
在步骤S302中，利用刻蚀气体对形成的所述初级蓝宝石衬底进行刻蚀，形成终极的蓝宝石衬底，如图8所示和图9所示，其中图9中的各个小单元为图8中的5，即为终极蓝宝石衬底上的图形结构。
在该步骤中，刻蚀时间长短可以根据湿法腐蚀后的规格进行调整，占空比越大ICP刻蚀时间越长，可以实现精确规格控制。
在该实施例中，该刻蚀气体为BCl3、CHF3、H2以及Ar的混合气体；
该BCl3的流量为10-300sccm，该CHF3、H2以及Ar的流量在0-20sccm。
在本发明实施例中，利用干湿法混合工艺制作图形化蓝宝石衬底，这种图形化蓝宝石广泛用于氮化镓基发光二极管材料生长的衬底；利用湿法进行大批量快速生产，再用干法进行短时间工艺修饰提高图形集中度；即有效利用湿法和干法刻蚀蓝宝石的优点，同时新型混合工艺的图形形貌能有效提升外延的生长质量和芯片发光亮度。
在本发明实施例中，在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层，其中，所述SiO2掩膜层的结构与预先设计的掩膜图形相匹配；利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层；对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底，实现有效利用湿法和干法刻蚀蓝宝石的优点，而且通过湿法和干法刻蚀的有效结合，其技术效果具体为：
(1)有效利用湿法腐蚀和干法刻蚀工艺的优势，有效提出一种新型的图形化蓝宝石衬底和工艺路线；
(2)充分利用蓝宝石的干法刻蚀和湿法客诉的优势，在产能效率上比干法有大幅上升，例如单台ICP设备每45分钟每次可以生产8片，干湿法混合工艺，单台ICP设备约每9分钟每次可以生产8片，产能效率提升5倍；
(3)充分利用蓝宝石的干法刻蚀和湿法客诉的优势，在性能上比湿法有大幅上升，一般湿法腐蚀的大量生产片间均匀性在4％；而干湿法的大量生产片间均匀性可以做到1.5％以下，有很好的图形集中度，可以实现规格精准控制。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层，其中，所述SiO2掩膜层的结构与预先设计的掩膜图形相匹配；
利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层；
对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述在选取的蓝宝石平片上形成SiO2掩膜层的步骤具体包括下述步骤：
选取一C面的蓝宝石平片；
在选取的所述蓝宝石平片上利用配置的混合气体沉淀一层SiO2掩膜层；
在沉淀形成的所述SiO2掩膜层上形成一层光刻胶；
在形成光刻胶的所述SiO2掩膜层上，控制进行预先设计的掩膜图形的图形转移，形成光刻胶图层；
在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层。
3.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述混合气体为SiH4/N2混合气和N2O气体的混合，其中，所述SiH4/N2混合气中SiH4的气体含量为4％；
沉淀形成的所述SiO2掩膜层的厚度为10nm-5000nm。
4.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述在所述光刻胶图层的保护下，利用1：6的HF/NH4F混合溶液对所述SiO2掩膜层进行腐蚀，得到与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层的步骤之后，所述利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之前还包括下述步骤：
利用湿法溶液去除光刻胶，得到纯净的与预先设计的掩膜图形相匹配的SiO2掩膜层。
5.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液的体积配比范围为1：10-10：1；
对蓝宝石进行晶向腐蚀的高温环境为260-330度。
6.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述利用浓H2SO4与浓H3PO4的混合溶液在高温下会对蓝宝石进行晶向腐蚀，形成蓝宝石图形层的步骤之后，所述对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤之前还包括下述步骤：
利用AOI设备对所述蓝宝石图形层进行规格分类，得到不同规格的分类图形层。
7.根据权利要求6所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述对形成的所述蓝宝石图形层进行ICP刻蚀，形成蓝宝石衬底的步骤具体包括下述步骤：
对得到的不同规格的分类图形层进行ICP刻蚀，形成初级蓝宝石衬底；
利用刻蚀气体对形成的所述初级蓝宝石衬底进行刻蚀，形成终极的蓝宝石衬底。
8.根据权利要求7所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体为BCl3、CHF3、H2以及Ar的混合气体。
9.根据权利要求8所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述BCl3的流量为10-300sccm，所述CHF3、H2以及Ar的流量在0-20sccm。
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