[发明专利]同心圆掩膜版、图形化衬底及制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体装置领域，尤其涉及一种同心圆掩膜版、图形化衬底及制造方法。

背景技术

目前，GaN基(氮化镓基)LED(发光二极管)已经广泛应用于全色显示、交通信号灯、液晶背光显示，并逐步进入照明领域。为了满足下一代投影仪、汽车大灯和高端市场的要求，人们一直在努力提高光功率和外量子效率。通常LED的亮度可以表示为内量子效率和外量子效率的乘积(假设电流注入效率为100％)。一方面，由于晶格失配和热膨胀系数较大，蓝宝石衬底上通过GaN基形成的外延层仍然具有很高的线位错密度(Threading Dislocation Densities，TDD)(10⁸～10¹⁰cm^-2)，这会导致内量子效率的衰竭。为了改善GaN基在蓝宝石衬底上的外延质量，人们提出了各种生长技术，比如横向外延过生长(Epitaxy of Lateral Over-growth，ELOG)、微米级SiNx(氮化硅)或SiOx(氧化硅)图形化掩膜和图形化蓝宝石基板(Patterned Sapphire Substrate，PSS)。另一方面，GaN基的高折射率限制了发射光的逃逸角度只为23°，导致光提取效率(LEE)低。为了改善光提取效率，人们也同样提出了各种方法，如PSS、粗化的P型氮化镓层(P-GaN层)、激光剥离技术和嵌埋在LED结构中的空洞。

例如，现有技术中存在用两次曝光+SiO2(二氧化硅)来制作皇冠型图形化蓝宝石基板(CPSS)，具体做法是：1)在蓝宝石衬底上淀积200nm厚度的SiO2，用过曝光的方法将SiO2通过湿法刻蚀(BOE)图形化；2)再用同一光罩将光刻胶图形化；3)最后用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀制备出皇冠型PSS蓝宝石衬底。虽然这种CPSS对提升LED亮度有显著作用，但制造过程中需曝光2次，且要淀积SiO2，因此工艺复杂，成本也高；而且量产时存在光刻图形套刻无法准确控制，造成刻蚀后皇冠形貌差异，甚至变形，会带来片间重复性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同心圆掩膜版、图形化衬底及制造方法，以便利用同心圆掩膜版简化皇冠型结构的图形化衬底的制造流程，降低成本的同时，避免量产时由于光刻图形套刻无法准确控制所造成的刻蚀后皇冠形貌差异、甚至变形所带来的片间重复性问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种同心圆掩膜版，所述同心圆掩膜版包括：一光刻板，所述光刻板上具有同心圆阵列，每个所述同心圆由内向外依次具有内圆、中间环和外圆环，每个所述同心圆的内圆和外圆环对应的部分不透光。进一步的，所述同心圆相邻的距离相等。

进一步的，所述同心圆中的内圆直径为0.8-1微米。

进一步的，所述同心圆中的中间环外直径为1.4-1.6微米。

进一步的，所述同心圆中的外圆环外直径为3-3.2微米。

为了达到本发明的另一方面，还提供一种利用所述的同心圆掩膜版制造的图形化衬底，所述图形化衬底具有阵列分布的皇冠型结构，所述皇冠型结构的中心顶部为三角圆锥形。

进一步的，所述皇冠型结构等距离排列分布。

进一步的，所述图形化衬底的尺寸为2英寸或4英寸。

为了达到本发明的又一方面，还提供一种图形化衬底的制造方法，所述制造方法包括：

步骤1：在蓝宝石衬底上涂布光刻胶；

步骤2：利用所述的同心圆掩膜版对所述光刻胶进行曝光，并对所述光刻胶显影和烘烤，以在所述光刻胶上形成光刻图形，所述光刻图形为圆柱体，所述圆柱体中具有一环形凹槽，所述环形凹槽的深度小于所述圆柱体的高度；

步骤3：用三氯化硼气体对所述光刻图形和蓝宝石衬底进行多次干法主刻蚀，以使对应所述光刻图形的蓝宝石衬底形成圆柱体，并当所述光刻图形暴露出所述蓝宝石衬底形成的圆柱体，停止刻蚀；

步骤4：利用三氯化硼气体和氩气体进行干法过刻蚀，以使所述蓝宝石衬底形成图形化衬底，所述图形化衬底具有阵列分布的皇冠型结构，所述皇冠型结构的中心顶部为三角圆锥形；

步骤5：去掉残余的光刻胶，并将所述图形化衬底清洗干净。

进一步的，所述蓝宝石衬底的尺寸为2英寸或4英寸。

进一步的，所述光刻胶是厚度为1.6～3.0微米的正性光刻胶。

进一步的，所述曝光时间为150～300毫秒。

进一步的，所述烘烤温度为120-150℃，烘烤时间为5-10分钟。