蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和方法技术

本发明专利技术提供的蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和制作方法，在衬底上周期性排列的结构图形的外部围设封闭性隔离墙，每相邻的两个结构图形之间共用一堵隔离墙，与现有技术中未设立围墙的蓝宝石图形衬底相比，本发明专利技术具有更多的反射面，用于提供外延生长的面积更大，有利于降低衬底晶体中的位错密度，使得更好地释放由于前道制作工艺而在晶体内部产生的适配应力，进而降低缺陷密度，提高LED芯片的发光效率。

Sapphire patterned substrate and mask plate and method for making sapphire patterned substrate

The invention provides a patterned sapphire substrate and mask and method for manufacturing patterned sapphire substrate, the external structure of graphic periodically arranged on the substrate to enclose the isolation wall between two adjacent structure graphics shared a wall, the wall has not set up the patterned sapphire substrate compared with the existing technology in and the invention has more reflective surface for the epitaxial growth of larger, to reduce the dislocation density in the crystal substrate, the better release produced within the crystal due to pre production process adaptation stress, thereby reducing the defect density, improve the luminous efficiency of LED chips.

【技术实现步骤摘要】
蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和方法
本专利技术涉及半导体光刻领域，特别涉及一种蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和方法。
技术介绍
LED芯片，也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能，LED芯片的主要材料为单晶硅。LED芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它的结构中空穴占主导地位，另一端是N型半导体，内部占主导地位的是电子。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。目前制作LED芯片主要使用蓝宝石衬底，在平整的蓝宝石衬底上进行光刻，最后切割形成单个LED芯片。由于LED芯片发光效率的提高主要包含两个方面：内部量子效率和外部量子效率。内部量子效率可以通过各种技术减少发光二极管外延晶片的缺陷密度。至于外部量子效率，假设空气的折射率为1，鉴于蓝宝石的折射率(约1.67)和GaN材料折射率(约2.45)均大于空气折射率，使得衬底中有源区产生的光子发生多次全反射，严重影响器件对光的提取效率。同时蓝宝石衬底与GaN材料之间存在较大的晶格失配(约16％)和热膨胀吸收失配(34％)，这会使GaN在生长过程中产生大量缺陷，引起反向漏电等不良影响，降低LED的内部量子效率和可靠性。而图形化蓝宝石衬底(PatternSapphireSubstrate简称PSS)，是利用光刻技术，采用干法或湿法刻蚀的手段在蓝宝石表面制作出具有一定周期性细微结构图形的蓝宝石衬底，目前较常见的周期性图形结构有类圆锥形、三角锥形、多棱锥形、半球形、圆台形或不规则图形等周期性细微结构；其中以周期为3.0um，圆锥形图形呈六方周期性排列的图形化衬底在目前图形化衬底商业应用中最为普及。这类周期性结构对光波具有漫反射作用，可增加光线的逃逸几率，从而提高LED的发光亮度；且通过PSS技术，GaN材料在生长过程中发生侧向外延，抑制缺陷延伸，降低位错密度，释放适配应力，从而改善晶体质量并提高外延层外量子效率。PSS产品受制于工艺和外延成本的影响，图形周期为3.0μm、高度1.5μm～1.8μm，成六方排布的圆锥形图形化衬底成为现在商用的主流产品。研究表明：单位面积内图形尺寸的减小能够增加反射面，从而提高光线的逃逸几率；因此，在现有工艺技术和生产成本的前提下，如何设计出更多反射面积的图形化衬底，对LED光效的提升起着决定性作用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和方法用于解决上述问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种蓝宝石图形衬底，所述衬底上形成有周期性排列的结构图形，在所述结构图形的外部围设有封闭性隔离墙，每相邻的两个结构图形之间共用一堵隔离墙。作为优选，所述隔离墙的高度小于所述结构图形的高度。作为优选，所述封闭性隔离墙为正六边形隔离墙。作为优选，所述隔离墙为三棱柱。作为优选，所述隔离墙在墙高的方向上形成向下凹陷的弧度。作为优选，所述隔离墙的纵截面为等腰三角形。作为优选，所述结构图形在所述衬底上呈正六边形周期性排列。作为优选，所述结构图形为圆锥形、三角锥形、多棱锥形、半球形或圆台形。本专利技术还提供一种制作如上所述的蓝宝石图形衬底的掩膜版，由透光区和非透光区组成，所述非透光区的图案包括周期性排列的所述结构图形的平面图，所述非透光区还包括围设在所述平面图外部的封闭性图形，每相邻的两个所述平面图之间共用所述封闭性图形的一条边，所述平面图与所述封闭性图形之间的区域为透光区。作为优选，所述平面图按正六边形周期性排列。作为优选，所述平面图为圆形。作为优选，所述封闭性图形呈六边形。作为优选，所述透光区为同轴设于所述结构图形的平面图之外的圆环。作为优选，所述结构图形的底面半径为1.2μm～1.25μm，相应的所述平面图的半径为0.8μm，任意两相邻的圆形之间间距15μm。作为优选，所述封闭性图形为六边形，所述六边形边长为8.66μm，每条边宽度为3.5μm。作为优选，所述透光区为同轴设于所述结构图形的平面图之外的圆环，所述圆环的宽度为0.7μm。本专利技术还提供一种制作蓝宝石图形衬底的方法，包括如下步骤：步骤一：对蓝宝石衬底进行清洗和烘干；步骤二：在清洗后的蓝宝石衬底上涂正性光刻胶并烘烤，胶厚为1.5μm-2.5μm；步骤三：使用如上所述的制作蓝宝石衬底的掩膜版对步骤二形成的蓝宝石衬底进行曝光，曝光剂量为100mJ/cm2；步骤四：对曝光后的蓝宝石衬底进行显影；步骤五：对步骤四形成的蓝宝石衬底进行等离子体刻蚀。作为优选，步骤一具体为采用硫酸、双氧水混合溶液在70℃～90℃的温度下对所述蓝宝石衬底进行清洗，然后使用水清洗所述蓝宝石衬底10min，再将所述蓝宝石衬底烘干。作为优选，所述硫酸、双氧水混合溶液包括硫酸、双氧水及水，其中硫酸：双氧水：水的比例为5:1:1。作为优选，将蓝宝石衬底烘干的方法包括旋干或者放在120℃的烤箱中烘干。作为优选，步骤二中在蓝宝石衬底上涂正性光刻胶后，对正性光刻胶烘烤60sec，烘烤的温度为110℃～120℃。作为优选，在步骤三对步骤二形成的蓝宝石衬底进行曝光后，将蓝宝石衬底放置在热板上烘烤，烘烤温度为100℃～120℃，烘烤时间为60sec。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的蓝宝石图形衬底以及制作蓝宝石图形衬底的掩膜版和制作方法，在衬底上周期性排列的结构图形的外部围设封闭性隔离墙使得蓝宝石图形衬底具有更多的反射面，用于提供外延生长的面积更大，有利于抑制缺陷延伸，降低位错密度，使得更好地释放由于前道制作工艺而在晶体内部产生的适配应力，进而改善晶体质量并提高LED芯片的发光效率。附图说明图1为本专利技术提供的实施例一掩膜版图形示意图；图2为本专利技术提供的实施例一形成的蓝宝石图形衬底结构示意图；图3为本专利技术提供的实施例一形成的蓝宝石图形衬底局部立体图；图4为本专利技术提供的实施例二掩膜版图形示意图；图5为本专利技术提供的实施例二形成的蓝宝石图形衬底结构示意图；图6为本专利技术提供的实施例二形成的蓝宝石图形衬底局部立体图。本专利技术图示：1-非透光区域、11-圆形非透光区、12-非透光线条、2-透光区域、21-圆环透光区、3-六边形隔离墙、31-三棱柱、4-圆锥体、5-衬底平面。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一请参照图1，本专利技术提供一种制作蓝宝石衬底的掩膜版，由非透光区域1和透光区域2组成，图中非透光区域1由周期性排列的圆形非透光区11和周期性排列的正六边形组成，正六边形由非透光线条12首尾连接形成，相邻的正六边形共用一条边，圆形非透光区11位于正六边形内部，除去上述圆形非透光区11和非透光线条12，其余部分皆为透光区域2。较佳地，圆形非透光区11的直径为1.6μm，相邻的所述圆形非透光区11的圆心之间的距离也即圆形非透光区11的周期为15μm，非透光线条12的宽度为3.5μm，由非透光线条12拼接形成的的正六边形的边长为8.66μm。使用上述制作蓝宝石衬底的掩膜版制作蓝宝石图形衬底，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝宝石图形衬底，所述衬底上形成有周期性排列的结构图形，其特征在于，在所述结构图形的外部围设有封闭性隔离墙，每相邻的两个结构图形之间共用一堵隔离墙。

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石图形衬底，所述衬底上形成有周期性排列的结构图形，其特征在于，在所述结构图形的外部围设有封闭性隔离墙，每相邻的两个结构图形之间共用一堵隔离墙。2.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述隔离墙的高度小于所述结构图形的高度。3.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述封闭性隔离墙为正六边形隔离墙。4.如权利要求1或3所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述隔离墙为三棱柱。5.如权利要求1或3所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述隔离墙在墙高的方向上形成向下凹陷的弧度。6.如权利要求1或3所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述隔离墙的纵截面为等腰三角形。7.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述结构图形在所述衬底上呈正六边形周期性排列。8.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述结构图形为圆锥形、三角锥形、多棱锥形、半球形或圆台形。9.一种制作如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的掩膜版，由透光区和非透光区组成，所述非透光区的图案包括周期性排列的所述结构图形的平面图，其特征在于，所述非透光区还包括围设在所述平面图外部的封闭性图形，每相邻的两个所述平面图之间共用所述封闭性图形的一条边，所述平面图与所述封闭性图形之间的区域为透光区。10.如权利要求9所述的制作蓝宝石图形衬底的掩膜版，其特征在于，所述平面图按正六边形周期性排列。11.如权利要求10所述的制作蓝宝石图形衬底的掩膜版，其特征在于，所述平面图为圆形。12.如权利要求11所述的制作蓝宝石图形衬底的掩膜版，其特征在于，所述封闭性图形呈六边形。13.如权利要求11所述的制作蓝宝石图形衬底的掩膜版，其特征在于，所述透光区为同轴设于所述结构图形的平面图之外的圆环。14.如权利要求11所述的制作蓝宝石图形衬底的掩膜版，其特征在于，所述结构图形的底面半径为1.2μm～1.25μm，相应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏小平，李成立，顾威威，王武，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31