一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，第一次蝕刻后在第一二氧化硅掩膜層的表面通過電漿噴洗對其進行微粗化處理，粗化后的第一二氧化硅掩膜層能與光刻膠掩膜層形成良好的接觸，進而得到具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層，再次進行二次蝕刻后形成具有雙階級圖層的藍(lán)寶石襯底。雙階級圖層其表面面積增大，增加反射出光面，很大程度上提高了光的反射率及改善長晶的錯位密度。
【專利說明】
一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及LED制程領(lǐng)域，具體涉及一種基于濕法蝕刻的雙階層圖形化襯底的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前制備黃色、綠色、藍(lán)色、白色以及紫外發(fā)光二極管和激光二極管光電子器件，主要采用GaN材料。傳統(tǒng)的GaN的生長是在諸如藍(lán)寶石、硅、碳化硅襯底上進行的，可是這些襯底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)與GaN的相比相差很大，導(dǎo)致GaN基生長層形成高位錯。高位錯密度的存在限制了光電子器件性能的進一步提高，因此降低其位錯密度勢在必行。
[0003]于是人們研發(fā)出，在藍(lán)寶石襯底上先蒸鍍一層二氧化硅層后，在該圖形襯底上實施外延生長技術(shù)，以減少GaN基生長層的位錯密度，提高晶體的品質(zhì)，改善器件性能。但是，這種制備襯底的方法容易引進雜質(zhì)、增加應(yīng)力，限制了晶體品質(zhì)的提高。后來又研發(fā)出采用濕法蝕刻或干法蝕刻法制備圖形化藍(lán)寶石襯底的技術(shù)，至今廣泛使用。
[0004]干法蝕刻的具體方式是:在藍(lán)寶石襯底上制備一掩膜層，如二氧化硅層、金屬鎳層或金屬鎳顆粒等，再用物理離子轟擊的方式將掩膜層外的藍(lán)寶石襯底蝕刻。干法蝕刻制備出的圖形垂直度高，且可以將圖形小型化，寬度小于等于Ιμπι。但成本高、機臺損壞率大，且產(chǎn)品表面清潔度要求嚴(yán)格，因為一點污染或殘留均會造成蝕刻后表面粗糙，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005]濕法蝕刻的具體方式是:同樣在藍(lán)寶石襯底上制備一不易被特定的酸性蝕刻液蝕刻掩膜層，一般采用二氧化硅層，其酸性蝕刻液一般采用硫酸與磷酸的混合酸性蝕刻液，再將其置于酸性蝕刻液中蝕刻出一定深度的單階圖層即可。濕法蝕刻的優(yōu)點在于:成本低，表面平整度好。但現(xiàn)有技術(shù)中的濕法蝕刻，無法將圖形小型化(被蝕刻后直徑會達(dá)到1Mi左右)，圖層形狀不易控制(難以控制酸性蝕刻液的蝕刻速率及定向方向)。相對于干法蝕刻，其反光效率低，后續(xù)在長晶(生長GaN晶體)時錯位密度的改善也不及干法蝕刻。
[0006]在有些技術(shù)人員可想到將濕法蝕刻得到的單階圖層上進行再次蝕刻得到多樣化的圖層，其實施方式有兩種:
[0007]第一種:在先前被蝕刻過的掩膜層的基礎(chǔ)上形成更小的圖案，然后再次進行蝕刻；但存在一個巨大的難點:被酸性蝕刻液蝕刻的掩膜層表面過于光滑，且尺寸小(直徑在3_5μm)，無法與光刻膠形成結(jié)合，即很難在原掩膜層的基礎(chǔ)上形成尺寸更小的具有第二種圖案的掩膜層。
[0008]第二種:將原掩膜層去除，重新制備一層掩膜層;但該方案也存在一個難點:去除原掩膜層后與重新制備一層掩膜層之間存在暴露與外界的時間，雖然生產(chǎn)車間的含塵量可控制在十萬級內(nèi)，但圖形過于小型化，但凡有一點灰塵或水漬，均會造成剝離，成型率過低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]為此，本發(fā)明在利用成本低、蝕刻表面平整度高的濕法蝕刻的基礎(chǔ)上進行研發(fā)改善，提供一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0011]SI，提供一具有用于長晶表面的藍(lán)寶石襯底，并在該藍(lán)寶石襯底的長晶表面制備一具有第一類圖形的第一二氧化硅掩膜層；
[0012]S2，將SI得到的藍(lán)寶石襯底置于硫酸與磷酸混合配置的酸性蝕刻溶液中進行蝕亥IJ，形成具有一階級圖層的藍(lán)寶石襯底；
[0013]S3，將S2得到的藍(lán)寶石襯底置于電漿清洗機中利用電漿噴洗對第一二氧化硅掩膜層的表面進行微粗化處理；
[0014]S4，在具有二氧化硅掩膜層的表面制備一具有第二類圖形的光刻膠掩膜層，置于氫氟酸溶液中蝕刻去除光刻膠掩膜層外的二氧化硅；
[0015]S5，去除光刻膠掩膜層，形成具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層；
[0016]S6，將S5得到的藍(lán)寶石襯底再次置于S4中的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，最終形成具有雙階級圖層的藍(lán)寶石襯底。
[0017]進一步的，所述步驟SI中，第一二氧化硅掩膜層的厚度為300-500nm。
[0018]進一步的，所述步驟I中，在制備出第一二氧化硅掩膜層后，還在與藍(lán)寶石襯底的長晶表面相對的背面制備二氧化硅保護層。
[0019]進一步的，步驟S2中，藍(lán)寶石襯底在硫酸與磷酸混合配置的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，其具體條件為:質(zhì)量百分比濃度為98 %的硫酸與86 %的磷酸按體積2.5:1?3.5:1混合配置形成酸性蝕刻溶液，其蝕刻溫度250-280°C，蝕刻時間10-20分鐘。
[°02°]進一步的，所述步驟S2中形成具有一階級圖層的高度為0.7-1.2μηι。
[0021]進一步的，所述步驟S4中，在制備一具有第二類圖形的光刻膠掩膜層之前還包括:在第一二氧化硅掩膜層的表面涂覆一中性膠層，該中性膠層為HMDS層。
[0022]再進一步的，所述步驟S5中，去除光刻膠掩膜層的同時，還去除中性膠層。
[0023]進一步的，所述步驟S5中，所述第二二氧化硅掩膜層的外圍呈鋸齒形。
[0024]進一步的，所述步驟S6中，蝕刻條件為:溫度250_280°C，蝕刻時間5-10分鐘。
[0025]進一步的，所述步驟S6中，雙階級圖層的高度為1.2-1.8μπι。
[0026]通過本發(fā)明提供的技術(shù)方案，具有如下有益效果:
[0027]第一次蝕刻后在第一二氧化硅掩膜層的表面通過電漿噴洗對其進行微粗化處理，粗化后的第一二氧化硅掩膜層能與光刻膠掩膜層形成良好的接觸，進而得到具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層，再次進行蝕刻后形成具有雙階級圖層的藍(lán)寶石襯底。雙階級圖層的藍(lán)寶石襯底很大程度上提高了光的反射率及改善長晶的錯位密度。
【附圖說明】
[0028]圖1所示為本實施例中完成步驟S1-3后形成的截面示意圖；
[0029]圖2所示為本實施例中完成步驟S1-4后形成的截面示意圖；
[0030]圖3所示為本實施例中完成步驟S1-5后形成的截面示意圖；
[0031 ]圖4所示為本實施例中完成步驟S2后形成的截面示意圖；
[0032]圖5所不為圖4中單顆圖層的正面不意圖；
[0033]圖6所示為本實施例中完成步驟S3后形成的截面示意圖；
[0034]圖7所示為本實施例中完成步驟S4后形成的截面示意圖；
[0035]圖8所示為本實施例中完成步驟S5后形成的截面示意圖；
[0036]圖9所示為本實施例中完成步驟S6后形成的截面示意圖；
[0037]圖10所不為圖9中單顆圖層的正面不意圖；
[0038]圖11為亮度對比示意圖。
【具體實施方式】
[0039]為進一步說明各實施例，本發(fā)明提供有附圖。這些附圖為本發(fā)明揭露內(nèi)容的一部分，其主要用以說明實施例，并可配合說明書的相關(guān)描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解其他可能的實施方式以及本發(fā)明的優(yōu)點。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。
[0040]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0041]參照圖1至圖10所示，本實施例提供的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，包括如下步驟:
[0042]SI，提供一具有用于長晶表面的藍(lán)寶石襯底10，并在該藍(lán)寶石襯底10的長晶表面制備一具有第一類圖形的第一二氧化硅掩膜層201;
[0043]其具體包括:
[0044]Sl-1，提供一具有用于長晶表面的藍(lán)寶石襯底10，并在該藍(lán)寶石襯底10的長晶表面制備一二氧化硅膜層，其厚度為300-500nm;
[0045]S1-2，將二氧化硅膜層表面制備一具有第一類圖形的光刻膠掩膜層30，其材質(zhì)為型號為EPG-516的正光阻，其光刻膠掩膜層呈圓形，其直徑應(yīng)大于5μπι;
[0046]S1-3，再置于氫氟酸溶液中蝕刻去除該光刻膠掩膜層30外的二氧化硅，蝕刻條件為:常溫蝕刻30-90S，完成后圖形如圖1所示；
[0047]S1-4，去除第一光刻膠掩膜30，形成具有第一類圖形的第一二氧化硅掩膜層201，完成后圖形如圖2所示;其中去除該光刻膠掩膜30可用丙酮或有機清洗溶液，在此不再詳細(xì)描述。
[0048]S1-5，在制備出第一二氧化硅掩膜層201后，還在與藍(lán)寶石襯底的長晶表面相對的背面制備二氧化硅保護層50，如圖3所示。其厚度在300-500nm之間。二氧化硅保護層50的作用在于保護藍(lán)寶石襯底的背面不被后續(xù)的酸蝕刻液長時間的蝕刻，保證在后續(xù)長晶的過程中與MO C VD (磊晶機臺)的熱傳導(dǎo)效果。
[0049]S2，將SI得到的藍(lán)寶石襯底10置于硫酸與磷酸混合配置的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，形成具有一階級圖層101的監(jiān)寶石襯底10，完成后如圖4、圖5所不；
[0050]其具體方式如下:酸性蝕刻溶液由質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸與86%的磷酸按體積3:1混合配置的混合酸性蝕刻溶液，其蝕刻條件為溫度2650C，蝕刻時間15分鐘，形成具有第一階圖形101的藍(lán)寶石襯底10，第一階圖形的高度hi為Ιμπι，此時第一二氧化硅掩膜層201還存在，如圖4、圖5所示；
[0051 ]該步驟中，酸性蝕刻溶液由質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸與86 %的磷酸按體積3:1混合配置混合而成，主要起到蝕刻藍(lán)寶石襯底的是高溫265°C的磷酸，單純的磷酸溶液是無法達(dá)到如此高溫，與硫酸混合后的混合酸性蝕刻溶液可提升溫度而不會使磷酸過快蒸發(fā)，混合酸性蝕刻溶液中硫酸與磷酸的配比關(guān)系到藍(lán)寶石襯底的蝕刻速率，硫酸占比過多，磷酸量少對藍(lán)寶石襯底的蝕刻速率低;硫酸占比過少，則溫度升不上去同樣少對藍(lán)寶石襯底的蝕刻速率低。所以，硫酸與磷酸的配比(按體積比)控制在2.5:1?3.5:1范圍，安全溫度可提升至250-280°C，對藍(lán)寶石襯底的蝕刻速率可達(dá)到70-120nm/分鐘之間，蝕刻時間控制在10-20分鐘，蝕刻后形成具有第一階級圖層101的高度為0.7-1.2μπι。其對二氧化硅的蝕刻速率會在2-5nm/分鐘之間，所以對二氧化娃的厚度無太大影響，但會將二氧化娃的表面蝕刻太過光滑。
[0052]S3，將S2得到的藍(lán)寶石襯底置于電漿清洗機中利用電漿噴洗對第一二氧化硅掩膜層201的表面進行微粗化處理，如圖6所示；
[0053]其具體方式如下:置于電漿清洗機(如02Plasma)中，功率為360W，時間為5-15分鐘；
[0054]經(jīng)混合酸性蝕刻溶液蝕刻的具有第一二氧化硅掩膜層201表面過于光滑，無法在正常制程中與有機掩膜層結(jié)合緊密，利用電漿清洗機的離子電漿轟擊噴洗可使其表面達(dá)到微粗化。
[0055]S4，在第一二氧化硅掩膜層201的表面制備一具有第二類圖形的光刻膠掩膜層402，置于氫氟酸溶液中蝕刻去除光刻膠掩膜層外的二氧化硅，如圖7所示，此時在S1-5制備的二氧化硅保護層50也會一同被去除；
[0056]其具體包括如下:
[0057]S4-1，將經(jīng)微粗化處理后的藍(lán)寶石襯底10及第一二氧化硅掩膜層201的表面噴涂一HMDS層401;
[0058]S4-2，在具有第一二氧化硅掩膜層201的藍(lán)寶石襯底表面(即長晶面)涂覆一光刻膠層，并通過光刻技術(shù)在第一二氧化娃掩膜層201表面制備一面積小于第一二氧化娃掩膜層201且具有第二類圖形的光刻膠掩膜層402，該光刻膠掩膜層402的外圍呈鋸齒狀。
[0059]本步驟S4中，二氧化硅為親水性物質(zhì)，光刻膠為疏水性物質(zhì)，兩者結(jié)合難度較大，雖然在S3步驟中將第一二氧化硅掩膜層201表面做過微粗化處理，但具有第二類圖形的光刻膠掩膜層402的尺寸小于第一二氧化硅掩膜層的尺寸，即直徑小于5μπι，為進一步增加結(jié)合力度，需要增加一 HMDS層401的中性層進行過渡。在去除圖形外的光刻膠的同時，還會一同去除圖形外的HMDS層，用顯影液即可同時去除。
[0060]對于本步驟，也可以直接在第一二氧化硅掩膜層201表面制備光刻膠掩膜層402。[0061 ] S5，去除光刻膠掩膜層402及HMDS層401，形成具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層202;其方法同上述S14步驟，如圖8所示。
[0062]S6，將S5得到的藍(lán)寶石襯底再次置于S4中的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，最終形成具有雙階級圖層102的監(jiān)寶石襯底，如圖9、圖10所不；
[0063]其具體包括如下:
[0064]S6-1:將S5得到的藍(lán)寶石襯底再次置于S4中的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，其蝕刻條件為:溫度265°C，蝕刻時間7分鐘，其總蝕刻高度h2為1.5μπι。
[0065]其蝕刻深度主要決定在步驟S2中，本步驟主要是在第一階級圖層的基礎(chǔ)上橫向蝕刻一階級圖層的寬度，縱向蝕刻形成第二階級圖層的深度，進而形成具有層次化的雙階級圖層102。
[0066]與步驟S2中的藥水配比及蝕刻溫度一致的情況下，第二次蝕刻時間在5-10分鐘，其總的蝕刻高度會在1.2-1.8μπι之間，此深度與干法蝕刻深度一致，且為最佳深度。
[0067]S6-2，去除第二二氧化硅掩膜層202，最終形成如圖9、圖10所示的成品，其表面呈鋸齒狀，相對于外圍平滑的圖形，其反光效率更高。
[0068]本實施例中，所述步驟I中，在制備出第一二氧化硅掩膜層后，還在與藍(lán)寶石襯底的長晶表面相對的背面制備二氧化硅保護層。
[0069]本實施例中，在S1-5制備的二氧化硅保護層50在步驟S4中會一同被去除，二氧化硅保護層50主要保護藍(lán)寶石襯底的背面不被步驟S2的酸蝕刻液長時間的蝕刻，在步驟S4中去除后，第二次蝕刻時間5-10分鐘，對其表面不會產(chǎn)生較大的影響。
[0070]本發(fā)明提供的技術(shù)方案，第一次蝕刻后在第一二氧化硅掩膜層201的表面通過電漿噴洗對其進行微粗化處理，粗化后的第一二氧化硅掩膜層201能與光刻膠掩膜層402形成良好的接觸，進而得到具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層202，再次進行蝕刻后形成具有雙階級圖層102的藍(lán)寶石襯底。雙階級圖層102的具有多個側(cè)向面，很大程度上改善長晶的錯位密度。且在提高出光效率方面，如圖11所示，對照組為現(xiàn)有技術(shù)中單階級圖層(即本發(fā)明中的圖4、圖5所示)，改善組為本發(fā)明提供的雙階級圖層(即本發(fā)明中的圖9、圖10所示)的藍(lán)寶石襯底在相同條件下進行長晶并制備出LED芯片后的亮度對比示意圖，其在LED芯片的工作電流60mA開始，改善組的出光輸出功率(即出光效率)比對照組提升了 12 %。
[0071]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: Si，提供一具有用于長晶表面的藍(lán)寶石襯底，并在該藍(lán)寶石襯底的長晶表面制備一具有第一類圖形的第一二氧化硅掩膜層； S2，將SI得到的藍(lán)寶石襯底置于硫酸與磷酸混合配置的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，形成具有一階級圖層的藍(lán)寶石襯底； S3，將S2得到的藍(lán)寶石襯底置于電漿清洗機中利用電漿噴洗對第一二氧化硅掩膜層的表面進行微粗化處理； S4，在第一二氧化硅掩膜層的表面制備一具有第二類圖形的光刻膠掩膜層，置于氫氟酸溶液中蝕刻去除光刻膠掩膜層外的二氧化硅； S5，去除光刻膠掩膜層，形成具有第二類圖形的第二二氧化硅掩膜層； S6，將S5得到的藍(lán)寶石襯底再次置于S4中的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，最終形成具有雙階級圖層的藍(lán)寶石襯底。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟SI中，具有第一二氧化硅掩膜層的厚度為300-500nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟I中，在制備出第一二氧化硅掩膜層后，還在與藍(lán)寶石襯底的長晶表面相對的背面制備二氧化硅保護層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:步驟S2中，藍(lán)寶石襯底在硫酸與磷酸混合配置的酸性蝕刻溶液中進行蝕刻，其具體條件為:質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸與86%的磷酸按體積2.5:1?3.5:1混合配置形成酸性蝕刻溶液，其蝕刻溫度250-280°C，蝕刻時間10-20分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S2中形成具有一階級圖層的高度為0.7-1.2μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S4中，在制備一具有第二類圖形的光刻膠掩膜層之前還包括:在第一二氧化硅掩膜層的表面涂覆一中性膠層，該中性膠層為HMDS層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，去除光刻膠掩膜層的同時，還去除中性膠層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，所述第二二氧化硅掩膜層的外圍呈鋸齒形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S6中，蝕刻條件為:溫度250-280°C，蝕刻時間5_10分鐘。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙階級圖層的圖形化襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟S6中，雙階級圖層的高度為1.2-1.8μηι。
【文檔編號】H01L21/306GK106025030SQ201610641282
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月8日
【發(fā)明人】鐘志偉
【申請人】泉州市三星消防設(shè)備有限公司