一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备制造技术

一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括：控制单元；图形衬底制备单元，图形衬底制备单元主要分为：高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组。本发明专利技术引入了进行了特殊设计的BOE腐蚀槽，首先从功能上实现了图形掩膜图形化的制备功能，同时根据其制备工艺特点，设计了BOE腐蚀槽专用的腐蚀支架，实现了图形掩膜图形化的精确控制功能；同时，增加了丙酮槽和氢氟酸腐蚀槽，进一步实现了湿法腐蚀制备图形衬底的工艺在本设备的一体化实现，简化了图形衬底的制备工艺，节约时间、缩短流程。同时，本设备为生产大尺寸图形衬底工艺奠定了坚实的基础。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括：控制单元；图形衬底制备单元，图形衬底制备单元主要分为：高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组。本专利技术引入了进行了特殊设计的BOE腐蚀槽，首先从功能上实现了图形掩膜图形化的制备功能，同时根据其制备工艺特点，设计了BOE腐蚀槽专用的腐蚀支架，实现了图形掩膜图形化的精确控制功能；同时，增加了丙酮槽和氢氟酸腐蚀槽，进一步实现了湿法腐蚀制备图形衬底的工艺在本设备的一体化实现，简化了图形衬底的制备工艺，节约时间、缩短流程。同时，本设备为生产大尺寸图形衬底工艺奠定了坚实的基础。【专利说明】一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备
本专利技术涉及微电子机械设备技术及半导体发光材料的图形衬底制备
。特别涉及一种BOE溶液湿法腐蚀蓝宝石得到图形衬底的一体化湿法腐蚀设备。
技术介绍
近年来环境保护、减少污染等问题频频出现，已从相关机构发展成为全民关注问题再到全民参与、全民建设上。而环保、节能以及新能源的高科技产品已经成为近年来引领国际新行业发展、开拓经济增长点的主要领域。而伴随着半导体发光材料的不断发展，GaN(氮化镓)基发光二极管(LED)在今年来被专利技术。其10倍于白炽灯的节能特性、无汞污染、惰性气体污染以及小体积、灵活等优点，使其成为传统光源的有力替代。被认为是既白炽灯、荧光灯后的第三代照明产品而引发了全球化的固态照明革命，被广发应用在照明、显示、背光灯各个领域。从环保、安全性、健康性等多方面均有突出表现均展示了其突出表现。世界各国包括我国政府，已把发展照明工程列为实现构建资源节约型和环境友好型国家这一基本国策的重要战略举措。 而随着GaN基LED产品在照明领域的应用愈加深入，对其高亮度和功率化的需求也愈加明显。由于GaN材料的目前主要使用异质外延技术,蓝宝石衬底为主要衬底,然而GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数失配度超过14%，热失配度相差一倍多，这样大的晶格失配度以及热胀差别必然会引起在蓝宝石衬底上生长的GaN外延片的残存应力问题。因此，由残存应力、晶格失配和热失配引起的高密度位错，带来发光器件的效率和寿命下降，大量GaN相关材料、器件和工艺研究集中于克服由于非GaN衬底的异质外延带来的问题，因而GaN基发光材料的生长过程变得复杂而低效率；此外，由于GaN材料的高折射率，使得从LED有源区发出的绝大部分光受到全反射而限制在芯片中，发光器件的外量子效率一般在40%以下。 而随着GaN基LED器件应用领域越来越广泛，对其功率化、高亮度的需求越来越高，以简单的异质衬底——蓝宝石衬底生长的GaN基LED器件很难满足市场对LED器件的亮度需求。为了实现大功率GaN基LED的通用照明，克服传统的蓝宝石衬底上外延生长带来的高位错密度的问题，同时，运用新的技术手段，提高光导出效率是最迫切的需求和最关键的环节。故一种新的工艺方法应运而生，就是蓝宝石图形衬底亦称为PSS。在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案，藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同时，利用图案化蓝宝石衬底生长GaN外延片时会使GaN层在生长过程中出现横向合并，而是位错在越过图形时出现弯折合并，从而减少生长的GaN之间的位错密度，改善晶体质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。与生长于一般蓝宝石衬底的LED相比，亮度增加了 30%以上。 蓝宝石材料的化学性质十分稳定，且硬度极高，一般的物理加工手段也难以实施。目前常用方法可以分为干法刻蚀和高温强酸湿法刻蚀两种方法。 其中，干法刻蚀PSS主要是通过在蓝宝石衬底上涂覆厚膜光刻胶，利用曝光技术在光刻胶上刻出图形，并以其为掩膜用ICP (等离子诱导刻蚀设备)等干法刻蚀设备进行干法刻蚀，得到最后的蓝宝石图形衬底。干法刻蚀制备图形化蓝宝石衬底是目前PSS衬底制备的主要生产工艺，其主要特点是生产较为稳定。然而，由于使用ICP (等离子诱导刻蚀设备)设备，极大的增加了制备成本，降低了产能。使用ICP设备制备PSS，目前一次制备最高数量为22片，需用时40分钟以上，且由于刻蚀需要光刻胶做掩膜，这也对于前段的光刻工艺提出了很高的要求，光刻胶掩膜厚度均匀性等工艺要求极高。同时，由于设备均匀性问题，其并不适合4英寸甚至6英寸图形化蓝宝石衬底的制备。同时，在用干法刻蚀制备图形衬底时容易对蓝宝石衬底表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，不利于外延层晶体质量的进一步提高。在外延生长过程中，反应物在衬底的台面，槽中包括槽侧壁上都生长，并且侧壁生长物会和台面侧向外延层结合。而侧壁面是由干法刻蚀形成的被严重损伤的面，在这种面上生长的物质必然有非常高的位错密度，其中部分位错将延伸到上层侧向外延层中，必将降低外延层质量，不利于进一步提高器件性能。 而湿法刻蚀技术的出现可以有效的改善上述问题。湿法腐蚀工艺制备蓝宝石图形衬底的的步骤主要是:蓝宝石衬底上蒸镀二氧化硅膜，利用光刻技术在二氧化硅上刻出光刻胶的图形，之后BOE腐蚀二氧化硅形成图形的转移后去胶，再利用酸腐蚀在蓝宝石上刻出图形，修饰好图形后的晶片最后用HF去掉二氧化硅膜，已得到最终的蓝宝石图形衬底Pss0使用湿法腐蚀制备图形衬底的主要优点是可以一次性制备大量的图形衬底，生产率大大提高，同时，由于腐蚀蓝宝石衬底无需消耗Si02，因此，对前面的工艺要求降低，从而降低工艺成本。同样的，湿法腐蚀制备图形衬底不受衬底尺寸影响，可以适用于4英寸、6英寸的蓝宝石图形衬底制备。因此，其技术发展受到了衬底制备行业的广泛关注。然而，目前并没有专门用于湿法腐蚀制备图形化衬底的设备，目前常用的湿法腐蚀方法在蓝宝石衬底上制备图形衬底的湿法腐蚀设备多为LED制备工艺的单纯高温腐蚀设备，其设计主要是针对制备LED芯片，只包含控温和酸腐蚀功能。而制备湿法图形衬底中所需要的针对S12掩膜图形化制备功能、去掩膜功能等均无法实现。更加无法实现避免金属离子的玷污这两个因素的限制，在湿法制备LED芯片或制备蓝宝石图形衬底时显然不能用同一台设备完成，而为了生产购买多套湿法腐蚀设备也是不可取的。而随着湿法腐蚀图形衬底被生产的广泛接受和使用，针对专门的湿法腐蚀设备需求明显增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，以解决现有湿法腐蚀GaN图形衬底无专用设备的需求。 为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下: 一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括:控制单元；图形衬底制备单元(见附图1);其中， 控制单元主要为控制面板(见图7)，包括:水路系统、风路系统、电力系统和酸腐废液排放系统(酸排系统)；所述的控制单元的主要功能为:除对水路、风路、电力和酸排系统地控制外，还对图形衬底制备单元的控制，包括对酸腐蚀以及掩膜腐蚀的温度、时间控制程序设定；清洗模组程序设定，以及对设备辅助功能的控制及酸腐槽超温报警等的控制； 图形衬底制备单元主要分为:高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组(见附图2_4)； 所述一体化湿法腐蚀设备主要包括如下部件:控制面板；高、低温酸性溶液腐蚀槽；Β0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括：控制单元；图形衬底制备单元；其中，控制单元主要为控制面板，包括：水路系统、风路系统、电力系统和酸腐废液排放系统；所述的控制单元的主要功能为：除对水路、风路、电力和酸排系统地控制外，还对图形衬底制备单元的控制，包括对酸腐蚀以及掩膜腐蚀的温度、时间控制程序设定；清洗模组程序设定，以及对设备辅助功能的控制及酸腐槽超温报警的控制；图形衬底制备单元主要分为：高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组；所述一体化湿法腐蚀设备主要包括如下部件：控制面板；高、低温酸性溶液腐蚀槽；BOE腐蚀槽；去离子水清洗槽；丙酮槽；氢氟酸腐蚀槽；挡板；槽体盖；排风系统；图形掩膜制备用特制腐蚀支架；所述的控制面板，可对每个槽体进行独立操控，可显示每个槽体内液体的温度、腐蚀或清洗的时间；可设定对时间、温度的提醒功能；所述控制面板上设有每个槽体的时间和温度的控制模块及显示模块；所述的高、低温酸性溶液腐蚀槽，把高温酸腐槽和低温酸腐槽放到同一个腐蚀大区，用挡板隔开；高、低温酸性溶液腐蚀槽温度可控为0°～350°；在样品进行图形酸腐时通过精确的控温以降低湿法腐蚀的难度，保证湿法腐蚀图形化衬底时的图形完整性；所述的BOE腐蚀槽，位于另一腐蚀大区的左部；所述的去离子水清洗槽，用以隔开BOE腐蚀槽与丙酮槽、氢氟酸腐蚀槽，能够更好地阻止各腐蚀的反应；其材料内壁平滑，不易挂污物；所述的槽体盖，在所述的每个槽体上配备；所述的电力系统，除了为本专利技术提供源源不断的电力支持正常运转外，亦可对每个槽体进行独立控制的模组提供与之相匹配的电力控制；所述的排风系统，为负压抽气式排风装置，位于所述设备腐蚀区的上方及后方；可独立控制对风量大小进行调节；所述的水路系统，用于对清洗晶片的、停止湿法腐蚀进程的去离子水的供给和排放；所述的酸腐废液排放系统，用于对高低温酸腐蚀废液、BOE腐蚀废液及氢氟酸腐蚀废液单个的、单独地进行控制排放。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永健，杨海艳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11