一种二氧化硅-蓝宝石复合衬底及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及半导体氮化镓外延基材领域，具体涉及一种二氧化硅

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅
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蓝宝石复合衬底及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体氮化镓外延基材，具体涉及一种二氧化硅
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蓝宝石复合衬底及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)基光电子器件是在蓝宝石衬底上制备，而在图形化蓝宝石复合衬底上外延生长GaN材料存在位错密度，这是由于衬底全区若没有任何基面裸露，GaN原子在外延时无处沉积。因此，蓝宝石原子裸露做外延生长基面是GaN外延生长的必要条件。
[0003]蓝宝石基面裸露的关键是对掩膜和SiO2膜层进行刻蚀。鉴于蓝宝石复合衬底全区刻蚀的不均匀性，为了保证对SiO2膜层的刻蚀效果，等离子体常常会过刻蚀到蓝宝石衬底。由于刻蚀的不均匀性，导致在SiO2底部形成厚度不一的蓝宝石圆凸台(一般为200
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300nm)，即刻蚀速率大的地方过刻多。
[0004]在复合衬底图形化圆锥体时，过刻的蓝宝石圆凸台高度越高，SiO2圆锥高度越低，入射光在过刻蓝宝石界面发生折射的概率越大，反射光减少，亮度降低。蓝宝石过刻层会影响SiO2的光提取效率，且蓝宝石过刻的不均匀性会增加GaN外延生长层的晶格缺陷密度，进一步降低LED芯片良率。因此，在蓝宝石复合衬底的刻蚀过程中，如何避免刻蚀不均匀性、减少蓝宝石过刻层和增加SiO2圆锥体积是提高LED芯片光提取效率的关键。
[0005]目前，在蓝宝石复合衬底的刻蚀过程中主要采用干法刻蚀和湿法腐蚀两种方法。
[0006]CN102184842A提供了一种湿法腐蚀和干法刻蚀相结合图形化蓝宝石的方法，该方法先采用混合液中含有体积比为1：3的硫酸和磷酸作为腐蚀液对蓝宝石进行湿法腐蚀，后利用电感耦合等离子刻蚀设备进行干法刻蚀。该图形化蓝宝石衬底刻蚀工艺能够降低刻蚀成本、获得良好的图形精度，但是图形无法成为圆锥形，只能是顶端有平台的图形，此图形不利于外延生长，外延会从蓝宝石衬底面与顶端平台上的图形同时生长，晶格生长不同步，导致增加晶格缺陷出现的概率。
[0007]CN102064088A提供了一种干法与湿法混合制备蓝宝石图形衬底的方法，该方法先利用PECVD工艺沉积二氧化硅或氮化硅掩膜，并采用感应耦合等离子设备进行干法刻蚀，形成规则的三角形和环形图形；然后，在200
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300℃下湿法腐蚀蓝宝石1
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60min，制备出蓝宝石图形衬底，其中，湿法腐蚀溶剂为硫酸和磷酸混合溶液。解决了掩膜图形不规则和干法刻蚀蓝宝石价格比较昂贵的问题，且增加了出光效率，但是蓝宝石基面露出体积与二氧化硅体积的比例在整片衬底上无法精准控制，且热分布为同心圆分布，中心较热，会导致晶圆中心蓝宝石基面露出较多，周围蓝宝石基面露出较少，导致因外延生长晶片内外不一，造成出光波长不一致。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决现有技术在图形化蓝宝石复合衬底制作中存在的复合衬底中SiO2体积无法最大化、无法保证衬底全区蓝宝石基面充分裸露以及蓝宝石衬底裸露
高度不均匀的问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种制备二氧化硅
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蓝宝石复合衬底的方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)在刻蚀气体存在下，对基体I进行第一刻蚀处理，得到中间体I；所述第一刻蚀处理的条件至少满足：刻蚀时间为1500
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1800秒；
[0011](2)在刻蚀溶剂存在下，对所述中间体I进行第二刻蚀处理；所述第二刻蚀处理的条件至少满足：温度为24
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26℃，时间为30
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35秒；
[0012]其中，所述刻蚀溶剂中含有HF溶液，且在所述刻蚀溶剂中，所述HF溶液的浓度为45
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55体积％；
[0013]所述基体I包括由蓝宝石衬底材料形成的具有平面结构的基底，镀制在所述基底一侧表面上的二氧化硅膜层，以及设置在所述二氧化硅膜层上的具有至少两个圆柱体结构的柱状掩膜，任意相邻两个圆柱体的柱底外缘之间存在间隙以使得所述刻蚀气体能够对所述二氧化硅膜层进行所述第一刻蚀处理；所述柱状掩膜的高度与底径的比值为1：0.7
‑
0.9；所述柱状掩膜的高度与所述二氧化硅膜层的厚度的比值为1：0.6
‑
1.2。
[0014]优选情况下，在步骤(2)中，所述刻蚀溶剂为体积比为1：1
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50的HF溶液和NH4F溶液；且在所述刻蚀溶剂中，所述HF溶液的浓度为45
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55体积％，所述NH4F溶液的浓度为36
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45体积％。
[0015]进一步优选地，所述柱状掩膜的高度与所述二氧化硅膜层的厚度的比值为1：0.6
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0.9。
[0016]优选地，在步骤(1)中，所述刻蚀气体中含有体积比为1：0.6
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1的O2、BCl3。
[0017]优选情况下，在步骤(1)中，控制所述第一刻蚀处理的条件使得，单位刻蚀时间内，所述刻蚀气体去除所述掩膜的厚度和去除所述二氧化硅膜层的厚度比值为1：1.2
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1.4。
[0018]进一步优选地，在步骤(1)中，所述第一刻蚀处理采用等离子体刻蚀技术进行，且所述第一刻蚀处理的条件还包括：上电极射频功率为1800
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2100W，下电极射频功率为400
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600W。
[0019]优选地，在步骤(1)中，所述基体I采用包括以下步骤的方法进行制备：
[0020](a1)在真空条件下，在保护气体I存在下，将所述基底的一侧表面上镀制所述二氧化硅膜层，得到复合基底I；
[0021](a2)在所述复合基底I上制备掩膜，得到复合基底II；
[0022](a3)在保护气体II存在下，应用压印模板对所述复合基底II上的所述掩膜进行压印处理，以形成具有至少两个圆柱体结构的柱状掩膜，得到所述基体I。
[0023]进一步优选地，在步骤(a1)中，所述保护气体I为体积比为1：22
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27：3
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5的SiH4、N2O、PN2。
[0024]优选地，在步骤(a2)中，形成所述掩膜的材料选自压印胶、热塑固化胶中的至少一种。
[0025]优选情况下，在步骤(a3)中，所述保护气体II选自氮气、氦气、氖气、氩气、氙气、氡气和氪气中的至少一种。
[0026]本专利技术第二方面提供由本专利技术第一方面所述的方法制备的二氧化硅
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蓝宝石复合衬底。
[0027]本专利技术第三方面提供本专利技术第二方面所述的二氧化硅
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蓝宝石复合衬底在半导体氮化镓外延基材中的应用。
[0028]本专利技术提供的二氧化硅
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蓝宝石复合衬底至少具有以下的有益效果：
[0029](1)本专利技术提供的二氧化硅
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蓝宝石复合衬底的蓝宝石基面能够充分裸露，且能够避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备二氧化硅
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蓝宝石复合衬底的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在刻蚀气体存在下，对基体I进行第一刻蚀处理，得到中间体I；所述第一刻蚀处理的条件至少满足：刻蚀时间为1500
‑
1800秒；(2)在刻蚀溶剂存在下，对所述中间体I进行第二刻蚀处理；所述第二刻蚀处理的条件至少满足：温度为24
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26℃，时间为30
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35秒；其中，所述刻蚀溶剂中含有HF溶液，且在所述刻蚀溶剂中，所述HF溶液的浓度为45
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55体积％；所述基体I包括由蓝宝石衬底材料形成的具有平面结构的基底，镀制在所述基底一侧表面上的二氧化硅膜层，以及设置在所述二氧化硅膜层上的具有至少两个圆柱体结构的柱状掩膜，任意相邻两个圆柱体的柱底外缘之间存在间隙以使得所述刻蚀气体能够对所述二氧化硅膜层进行所述第一刻蚀处理；所述柱状掩膜的高度与底径的比值为1：0.7
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0.9；所述柱状掩膜的高度与所述二氧化硅膜层的厚度的比值为1：0.6
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1.2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述刻蚀溶剂为体积比为1：1
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50的HF溶液和NH4F溶液；且在所述刻蚀溶剂中，所述HF溶液的浓度为45
‑
55体积％，所述NH4F溶液的浓度为36
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45体积％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柱状掩膜的高度与所述二氧化硅膜层的厚度的比值为1：0.6
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0.9。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述刻蚀气体中含有体积比为1：0.6
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1的O2、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟轩，林宏达，翟虎，
申请(专利权)人：东旭科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：