[发明专利]一种图形化蓝宝石衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外延片的制备工艺，尤其是一种用于氮化物处延生长的图形化蓝宝石衬底的制备方法。

背景技术

近年来高亮大功率氮化物发光二极管（LED）深受重视，其广泛应用于交通信号灯、LCD背光源、固态照明、全彩显示屏等。这些商业产品要求LED在亮度和发光效率方面具有优良的性能。蓝宝石具有化学和物理性质稳定、透光性好、成本合适等优点，因此广泛被用于氮化物外延衬底。但由于氮化物外延薄膜与底部的蓝宝石衬底存在巨大差异的晶格常数失配和热膨胀系数失配，所以利用氢化物气相外延（HVPE）、金属有机物化学气相淀积（MOCVD）、分之束外延（MBE）等外延生长的氮化物外延薄膜，会在氮化物外延薄膜产生高的线位错密度，这种高的线位错密度将影响外延薄膜的光学和电学特性，导致器件的可靠性和内量子效率降低。采用蓝宝石图形衬底技术可以缓解由于氮化物外延薄膜与底部的蓝宝石衬底存在巨大差异的晶格常数失配和热膨胀系数失配而引起的应力，使应力得到有效的弛豫，可以有效的降低氮化物外延薄膜中的的线位错密度。图形化蓝宝石衬底，区别于普通的平片蓝宝石衬底。它是在外延级平整的蓝宝石基片上制作周期性的起伏图形。图形化蓝宝石衬底主要应用于半导体蓝、绿、白光LED的外延芯片上，可以大幅度提高LED芯片亮度，大幅度提高芯片的功率和散热效率，正成为半导体照明产业的主流衬底。对蓝宝石衬底进行合理的图形化预处理，实现其侧向外延生长，进而减小其扩展到多量子阱生长层中的缺陷，从而提高LED器件的发光效率，同时改善出光方式，是高亮度LED领域发展和研究的必然趋势，有着重要的理论和实际价值。

目前，一般采用刻蚀蓝宝石基片的方法制备蓝宝石图形衬底，刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀是先在蓝宝石基片上制备一层掩膜层，根据需要刻蚀掉部分掩膜层，再利用合适的化学试剂先将未被掩膜层覆盖的晶片部分分解，然后形成可溶性的化合物以达到去除的目的。这种刻蚀技术主要是借助刻蚀液和晶片材料的化学反应，因此可以借助化学试剂的选取、配比以及温度的控制来达到合适的刻蚀速率和良好的刻蚀选择比。湿法刻蚀的优点是程序单一，设备简单，而且成本低，生产效率高，并且具有良好的刻蚀选择比。但是，湿法刻蚀一般是各向同性的，在把光刻图形转移到晶片上的同时，刻蚀不仅纵向进行，也会向着横向进行。这样会使图形失真，甚至使线宽失真。

国际上对于蓝宝石图形衬底的刻蚀多采用的是干法刻蚀技术，但由于蓝宝石基片的高硬度及耐强酸特性导致其在器件制作时常面临着切割、抛光和器件隔离等困难，因此逐步采用离子束刻蚀（IBE）、激光辅助化学腐蚀（LAE）、离子注入化学腐蚀和感应耦合等离子体（ICP）等技术来取代机械加工技术，其中ICP干法刻蚀技术以其具有能够分别控制等离子体密度和离子轰击能量，适于辉光放电时自动匹配网络等优点而大量采用。但是，干法刻蚀容易对蓝宝石基片表面，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。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可避免图形失真和不损伤蓝宝石基片的图形化蓝宝石衬底的制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下依次进行的步骤：

(1)、在蓝宝石基片的一个面上磁控溅射第一金属铝膜；

(2)、在第一金属铝膜上施涂第一光刻胶膜，烘干，再在烘干的第一光刻胶膜上施涂第二光刻胶膜，烘干，然后进行电子束曝光、显影、定影，获得电子束光刻胶图形，其中第一光刻胶比第二光刻胶具有更好的光敏性，使得显影后第一光刻胶膜去除部分的尺寸大于第二光刻胶膜去除部分的尺寸，从而形成贯穿所述第一光刻胶膜和第二光刻胶膜的腔形结构缺口；

(3)、在定影后的第二光刻胶膜上溅射第二金属铝膜，同时通过腔形结构缺口溅射到第一金属铝膜上形成金属铝膜凸台；

(4)、将第二金属铝膜剥离掉并去除第一光刻胶膜和第二光刻胶膜，在蓝宝石基片上获得包括第一金属铝膜和金属铝膜凸台的图形化金属铝膜；

(5)、在400℃～600℃下进行低温热处理，使图形化金属铝膜充分氧化成为图形化多晶Al₂O₃膜；

(6)、最后置于950℃～1250℃下进行高温热处理，使图形化多晶Al₂O₃膜完全转化为图形化单晶Al₂O₃膜，即得到图形化蓝宝石衬底。