一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法。所述图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。所述制备方法包括如下步骤：(a)在蓝宝石平片表面涂覆形成含硅有机涂层；(b)在含硅有机涂层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，光刻形成掩膜图形；(c)在光刻胶层的保护下刻蚀含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底。本发明专利技术以图形化的含硅有机涂层替代传统的图形化蓝宝石衬底，所述含硅有机涂层的折射率比蓝宝石低，能够有效增加衬底对光的散射效果，提高LED的发光效率；并且，其硬度低于蓝宝石，增大了光刻和刻蚀工艺的宽容度，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其是涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法。
技术介绍
目前LED发光二极管最为理想的亦即应用最广的材料为氮化镓(GaN)，但制备氮化镓单晶材料非常困难，暂无行之有效的办法，目前主要是在异质衬底如蓝宝石、碳化硅等具有相似晶格结构的衬底上进行外延生长氮化镓材料。蓝宝石因具有机械性能和化学稳定性好、不吸收可见光、制造技术相对成熟等优点，是目前LED最为理想的衬底材料。而相对于普通的蓝宝石平片衬底，在其表面制作具有特定规则的微结构图案后的图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate，简称PSS)，其表面图形改变了氮化镓材料的生长过程，提供了多种生长晶向的选择，氮化镓在图形表面生长速率的不同使晶格失配位错在衬底生长区发生弯曲并合拢，有效的提高了器件的内量子效率；另外蓝宝石的折射率为1.760，氮化镓的折射率为2.4，折射率的差异会使光从外延层进入图形衬底时形成反射，改善氮化镓基发光二极管的出光率。因此PSS成为了开发高亮度大功率LED器件的首选衬底材料。PSS衬底的制作方法主要是通过在蓝宝石表面进行光刻形成掩膜图形，然后刻蚀蓝宝石去掉掩膜，得到图形化的衬底。该制作虽已进入大规模批量生产阶段，但相关研究工作还在进行，主要集中在图形形貌优化，提高刻蚀工艺的重复性、一致性及降低生产成本等方面。由于蓝宝石的硬度很高，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，整片图形做好一致性和均匀性都有很高的难度，制造过程对光刻材料及设备工艺的要求都非常高。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种图形化蓝宝石衬底，以解决现有技术中存在的蓝宝石衬底硬度高致刻蚀难度大的技术问题，且较蓝宝石更低的折射率可以进一步提高光的提取率。本专利技术的第二目的在于提供一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，所述制备方法工艺简单，设备工艺宽容度高，适于大规模生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。优选的，所述含硅有机涂层中硅含量为20-45％。所述含硅有机涂层的折射率根据含硅量的不同而不同，约在1.3-1.7之间。本专利技术在蓝宝石平片表面，以图形化的含硅有机涂层替代现有的图形化蓝宝石衬底，所述含硅有机涂层的折射率比蓝宝石(1.760)低，能够进一步增加衬底对光的散射效果，使更多的光被直接散射到氮化镓中而不是进入衬底传播，有效的提高了LED的发光效率；并且，含硅有机涂层的硬度低于蓝宝石，在光刻及刻蚀工艺中具有较大的宽容度，降低了生产成本。优选的，所述含硅有机涂层的主要成分为聚硅氧烷树脂、聚倍半硅氧烷树脂、改性硅氧烷树脂等中的一种或几种的混合物溶液，加热固化即可。优选的，所述含硅有机涂层还包含固化剂，可以提高固化性能。本专利技术还提供了一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下步骤：(a)在蓝宝石平片表面涂覆形成含硅有机涂层；(b)在含硅有机涂层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，光刻形成掩膜图形；(c)在光刻胶层的保护下刻蚀含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底。步骤(a)中，将含硅有机材料涂覆于蓝宝石平片表面，加热固化形成含硅有机涂层。优选的，所述涂覆方式包括旋涂、刮涂和辊涂中的任一种。优选的，所述含硅有机涂层的厚度为2.3±1μm。更优选的，所述含硅有机涂层的厚度为2.3±0.5μm。步骤(b)中，通过黄光工艺在光刻胶层上形成掩膜图形，具体的，所述光刻胶通过黄光工艺进行烘烤、曝光、显影等步骤，形成所需的光刻图形。优选的，所述光刻胶层的厚度为2.5±1μm。更优选的，所述光刻胶层的厚度为2.5±0.5μm。优选的，所述光刻胶层采用的光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶中的任一种。更优选的，所述步骤(b)中，先在含硅有机涂层表面涂覆耐刻蚀涂层，然后在耐刻蚀涂层表面涂覆薄的含硅光刻胶层，在含硅光刻胶层光刻形成掩膜图形。所述含硅光刻胶层为高含硅光刻胶层。优选的，所述含硅光刻胶层的厚度为0.1-1μm。更优选的，所述光刻胶层的厚度为0.2-0.5μm。优选的，所述耐刻蚀涂层为常规有机耐刻蚀材料。厚度为1-3μm。更优选的，所述耐刻蚀涂层的厚度为1.5-2.5μm。采用薄的含硅光刻胶配合耐刻蚀涂层，因其显著的刻蚀差异性，能够在保证光刻分辨率和工艺良率的前提下，采用一次完整成型的接触式曝光，避免了现有投影式曝光时需要进行分区多步扫描曝光、工艺复杂而耗时的问题，进一步降低生产设备成本。步骤(c)中，通过等离子体刻蚀含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，至露出蓝宝石平片即可。优选的，所述等离子体刻蚀的气体中含有氟元素，采用常规含氟刻蚀气体氛围即可刻蚀掉含硅有机涂层。对于采用薄的含硅光刻胶配合耐刻蚀涂层的步骤，在含硅光刻胶层的保护下先刻蚀耐刻蚀涂层，然后刻蚀光刻胶层、耐刻蚀涂层及含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，得到所述图形化蓝宝石衬底。优选的，刻蚀耐刻蚀涂层的等离子体刻蚀气体以氧气为主，刻至露出含硅有机涂层为止，然后切换刻蚀气体为含氟的刻蚀气体氛围，刻蚀光刻胶层、耐刻蚀涂层以及含硅有机涂层，至露出蓝宝石平片即可。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术所述的图形化蓝宝石衬底，在蓝宝石平片表面形成含硅有机涂层，所述含硅有机涂层的折射率比蓝宝石低，能够有效增加衬底对光的散射效果，进而提高LED的发光效率；(2)本专利技术所述的图形化蓝宝石衬底，因含硅有机涂层的硬度低于蓝宝石，对光刻及刻蚀的工艺宽容度高，可有效的控制生产成本；(3)本专利技术所述的制备方法中，所述含硅有机涂层涂覆方便，对蓝宝石平片表面的光洁度宽容性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所形成的图形化蓝宝石衬底的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例所形成的图形化蓝宝石衬底的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制备图形化蓝宝石衬底的流程结构示意图，其中，(1)为涂覆形成含硅有机涂层和光刻胶的剖面结构示意图；(2)为将光刻胶层形成掩膜图形的剖面结构示意图；(3)为将图形转移至含硅有机涂层的剖面结构示意图；图4为本专利技术实施例制备图形化蓝宝石衬底的流程结构示意图，其中，(1)为涂覆形成含硅有机涂层、耐刻蚀涂层和光刻胶的剖面结构示意图；(2)为将光刻胶层形成掩膜图形的剖面结构示意图；(3)为将图形转移至耐刻蚀涂层的剖面结构示意图；(4)为刻蚀完成后图形转移至含硅有机涂层的剖面结构示意图。附图标记：1-蓝宝石平片；2-含硅有机涂层；3-光刻胶层；4-耐刻蚀涂层；21-图形化的含硅有机涂层；31-光刻后光刻胶层。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图形化蓝宝石衬底，其特征在于，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。

【技术特征摘要】
1.一种图形化蓝宝石衬底，其特征在于，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于，所述含硅有机涂层中硅含量为20-45％；优选的，所述含硅有机涂层的折射率≤1.7；优选的，所述含硅有机涂层的折射率为1.3-1.7。3.一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)在蓝宝石平片表面涂覆形成含硅有机涂层；(b)在含硅有机涂层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，光刻形成掩膜图形；(c)在光刻胶层的保护下刻蚀含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底。4.根据权利要求3所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，先在含硅有机涂层表面涂覆耐刻蚀涂层，然后在耐刻蚀涂层表面涂覆光刻胶层，在光刻胶层光刻形成掩膜图形；优选的，所述步骤(c)中，在光刻胶层的保护下先刻蚀耐刻蚀涂层，然后刻蚀光刻胶层、耐刻蚀涂层和含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，得到所述图形化蓝宝石衬底。5.根据权利要求4所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述耐刻蚀涂层的厚度为1-3μm，优选为1.5-2.5μm；优选的，所述耐刻蚀涂层为有机耐刻蚀材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙逊运，
申请(专利权)人：孙逊运，
类型：发明
国别省市：哥伦比亚,CO