[发明专利]图形化衬底的制备方法

说明书

本发明提供一种图形化衬底的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜材料层；在所述第一掩膜材料层上形成多个横截面为预定图形的光刻胶掩膜件；通过多个所述光刻胶掩膜件对所述第一掩膜材料层进行刻蚀，以形成多个横截面为预定图形的第一掩膜件；在每个所述第一掩膜件上形成第二掩膜件，其中，所述第一掩膜件的耐刻蚀度大于所述第二掩膜件的耐刻蚀度，所述第二掩膜件包覆所述第一掩膜件；对形成有所述第一掩膜件和所述第二掩膜件的衬底进行刻蚀，以在所述衬底上形成最终图形。和现有技术采用的单层掩膜相比，本发明通过双层掩膜可以提高衬底图形的形貌控制能力。

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，具体涉及一种图形化衬底的制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基LED以其寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景。通常GaN基LED器件都是制备在蓝宝石衬底上的，但生长在蓝宝石衬底上的GaN基LED的提取效率相对较低，另外GaN单晶制备比较困难，而GaN和蓝宝石较大的晶格失配及热膨胀系数的差别，使得在衬底上生长的GaN薄膜位错和缺陷密度较大，也影响了器件的发光效率和寿命。

图形化衬底技术(Patterned Sapphire Substrates，PSS)是目前普遍采用的一种提高GaN基LED器件出光效率的方法，即在蓝宝石衬底上生长掩膜，将掩膜刻出图形，利用刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料。该方法可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小了反向漏电流，提高LED的寿命，同时提高光的提取效率。

通常PSS图形为微米级的类圆锥形。这种图形衬底一般采用光刻胶作掩膜，然后采用主刻蚀(main-etch，ME)和过刻蚀(over-etch，OE)两步刻蚀形成。在上述常规PSS的基础上，如图1所示，有人提出了冠状PSS(crown-shaped PSS，CPSS)，其结构类似于在火山口形放置一个圆锥，在其上的GaN外延材料1中存在空气隙2(air voids)。由于GaN和空气之间的折射率差大于GaN和衬底3之间的折射率差，所以空气隙的存在会提高光被散射和反射的几率，从而提高光的提取效率。

目前曾报道的CPSS制作流程为：在蓝宝石衬底上沉积SiO2层，并在SiO2层上涂覆光刻胶，通过过曝光形成圆环状的光刻胶，然后以其作掩膜用缓冲氧化物刻蚀(bufferedoxide etche，BOE)溶液去除暴露的SiO2，再用SiO2作掩膜用干法刻蚀形成最终图形。

但是这种方法存在以下缺点：首先，过曝光光刻不容易控制，图形质量和重复性较差；其次，缓冲氧化物刻蚀溶液去除SiO2作为湿法腐蚀不容易控制最后形成的掩膜的质量，重复性较差；再次，采用SiO2作为掩膜刻蚀蓝宝石衬底，不容易控制侧壁的角度和形貌。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图形化衬底的制备方法，以提高对衬底图形的形貌控制能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种图形化衬底的制备方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜材料层；

在所述第一掩膜材料层上形成多个横截面为预定图形的光刻胶掩膜件；

通过多个所述光刻胶掩膜件对所述第一掩膜材料层进行刻蚀，以形成多个横截面为预定图形的第一掩膜件；

在每个所述第一掩膜件上形成第二掩膜件，其中，所述第一掩膜件的耐刻蚀度大于所述第二掩膜件的耐刻蚀度，所述第二掩膜件包覆所述第一掩膜件；