CN110429099B - 一种高亮度复合衬底的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高亮度复合衬底的制作方法，主要包括以下步骤：在蓝宝石平片上沉积一层金属涂层；在金属涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分在金属涂层上形成一组正性光刻胶柱；以正性光刻胶柱作为阻挡层进行ICP刻蚀，在蓝宝石平片上形成一组相互独立的金属凸台；利用化学气相沉积方法在蓝宝石平片有金属凸台的一面沉积一层SiO2涂层；在SiO2涂层上涂覆一层负性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分，从而在SiO2涂层上形成一组负性光刻胶柱；以负性光刻胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，从而得到一种高亮度复合衬底。本发明通过蓝宝石、金属涂层和SiO2形成复合衬底，能够显著提高LED芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及LED衬底制造领域，尤其是涉及一种高亮度复合衬底的制作方法。
背景技术
众所周知，PSS(图形化蓝宝石衬底)处于LED显示行业中上游流程，起着至关重要的作用，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，减小反向漏电流，提高LED的寿命等诸多优势。目前普遍采用微纳米图案化蓝宝石衬底技术，通过在外延的蓝宝石衬底表面制作出有周期排列的锥形图形，利用蓝宝石图形化衬底上锥形斜面势能高的特性，控制外延生长参数长出较高质量的GaN。但随着LED显示行业的飞速发展，消费市场对产品品质和亮度要求越来越高，目前传统微纳米图案化蓝宝石衬底的LED芯片亮度技术上遇到瓶颈，如果能提高约2％以上将是革命性的突破。
伴随着消费市场的高要求，目前传统微纳米图案化蓝宝石衬底难以满足要求，因此必须从材料和结构方面入手，采用新的蓝宝石衬底制备方法以满足人们的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高亮度复合衬底的制作方法，用于进一步提高蓝宝石衬底的亮度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高亮度复合衬底的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先选择一表面平整且双面抛光的蓝宝石平片，清洗去除表面的杂质；
(2)在蓝宝石平片上蒸镀一层金属涂层；
(3)在金属涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分在金属涂层上形成一组正性光刻胶柱；
(4)以正性光刻胶柱作为阻挡层进行ICP刻蚀，在蓝宝石平片上形成一组相互独立的金属凸台；
(5)利用化学气相沉积方法在蓝宝石平片有金属凸台的一面沉积一层SiO2涂层；
(6)在SiO2涂层上涂覆一层负性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分，从而在SiO2涂层上形成一组负性光刻胶柱；
(7)以负性光刻胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，从而得到一种高亮度复合衬底。
为保证清洗干净，所述步骤(1)中的蓝宝石平片先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2体积比为3:1或5:2的混合溶液中清洗10～15分钟，再用80℃的去离子水清洗8～10分钟，最后用25℃的去离子水清洗5～10分钟，然后高速甩干3～10分钟。
优选的，所述步骤(2)金属涂层厚度为5～1000nm，所述金属为Au、Ag、Ni、Co、Fe、Cu、Pt、Pd、Al中的一种或几种金属的混合物。
优选的，所述步骤(3)正性光刻胶涂层膜厚为0.5～3.0μm，曝光时间为50～400ms。
具体的，所述步骤(4)ICP蚀刻是将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～1000s。
优选的，所述步骤(5)中SiO2厚度为0.5～2.0μm，化学气相沉积腔体的温度为100～500℃。
优选的，所述步骤(6)中负性光刻胶涂层厚度为0.5～3.0μm，从蓝宝石平片相对于有金属凸台的另一面对蓝宝石平片进行曝光，以金属凸台代替光刻板作为遮挡进行曝光，曝光时间为3～20s，显影时去除金属凸台未遮挡位置光刻胶。
具体的，所述步骤(7)ICP蚀刻是将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～3000s。
本发明的有益效果：本发明通过蓝宝石、金属涂层和SiO2形成复合衬底，能够显著提高芯片的亮度。由于金属化学性质稳定性相对较差，金属上方包裹一层SiO2涂层可以有效避免金属易氧化的缺点。所述底层金属涂层有效减少了光线折射，增加光的反射效率，且SiO2折射率1.45小于蓝宝石折射率1.76，能够有效增加衬底对光的散射效果，进而提高LED芯片的发光效率。相对使用传统图形化蓝宝石衬底的LED芯片亮度提高约5％以上。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图2为本发明在蓝宝石平片上沉积金属涂层后的剖面示意图。
图3为本发明在金属涂层上涂覆正性光刻胶涂层的剖面示意图。
图4为本发明在金属涂层上形成正性光刻胶柱的剖面示意图。
图5为本发明在ICP刻蚀作用下形成金属凸台的剖面示意图。
图6为本发明在金属凸台上沉积一层SiO2涂层的剖面示意图。
图7为本发明在SiO2涂层上涂覆负性光刻胶涂层的剖面示意图。
图8为本发明对负性光刻胶涂层进行曝光、显影的剖面示意图。
图9为本发明在SiO2涂层上形成一组负性光刻胶柱的剖面示意图。
图10为本发明高亮度复合衬底的剖面示意图。
具体实施方式
实施例，一种高亮度复合衬底的制作方法，工艺流程如图1所示，具体制备方法包括以下步骤：
(1)首先提供一表面平整的蓝宝石平片1，该平片经过双面抛光处理，背面可透光。所述蓝宝石平片1先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2体积比为3:1或5:2的混合溶液中清洗10～15分钟，再用80℃的去离子水清洗8～10分钟，最后用25℃的去离子水清洗5～10分钟，然后高速甩干3～10分钟。
(2)将清洗后的蓝宝石平片1放置在电子枪蒸镀机腔体内，利用加速电子轰击镀膜所用的金属材料，电子的动能转换成热能使金属材料加热至2000～6000℃使其蒸发，然后镀在蓝宝石平片的表面，制备一层5～2000nm金属涂层2，如图2所示，所述金属涂层2的材料为Au、Ag、Ni、Co、Fe、Cu、Pt、Pd、Al中的一种或者几种金属的混合物。金属涂层2还可以采用原子层沉积、溅镀等镀膜工艺形成。
(3)在金属涂层2上涂覆一层膜厚为0.5～3.0μm正性光刻胶涂层3，如图3所示，然后通过曝光处理，曝光时间为50～400ms，曝光时通过光刻板遮挡不需要曝光的部分，从正性光刻胶涂层的上方对正性光刻胶涂层进行曝光。再通过显影工艺选择性的去除不需要的部分，在金属涂层上形成一组正性光刻胶柱4，如图4所示。
(4)将显影后的蓝宝石平片1送入刻蚀机内以正性光刻胶柱4作为阻挡层进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～1000s，刻蚀后再通氩气吹扫残留产物，本实施例以金属为铝为例，ICP刻蚀主刻蚀气体还可以为Cl2、Ar、N2、C2H4等，此处主刻蚀气体不固定为同一种气体，根据金属不同，使用相对应的主刻蚀气体，从而在蓝宝石平片上形成一组相互独立的金属凸台5，如图5所示。
(5)利用等离子增强化学气相沉积方法在蓝宝石平片有金属凸台5的一面沉积一层SiO2涂层6，如图6所示，箭头方向为SiO2涂层6沉积方向。PECVD(等离子增强化学气相沉积)所使用的腔体温度为100～500℃，SiO2厚度为0.5～2.0μm，具体根据金属图案大小流动性变更，通过SiO2涂层的涂覆，可以为金属的氧化提供一层保护膜，又由于SiO2折射率1.45小于蓝宝石折射率1.76，能够有效增加衬底对光的散射效果，进而提高LED芯片的发光效率。
(6)在SiO2涂层6上涂覆一层负性光刻胶涂层7，如图7所示。负性光刻胶涂层厚度为0.5～3.0μm，从蓝宝石平片相对于有金属凸台的另一面对蓝宝石平片进行曝光，如图8所示，箭头方向为曝光的方向。以金属凸台代替光刻板作为遮挡进行曝光，短时间曝光3～20s，有间隙的金属涂层遮挡部分为未曝光部分，然后进行显影，根据负性光刻胶特性，未曝光部分显影时与显影液反应被去除，在SiO2涂层上形成负性光刻胶柱8，如图9所示。，本方法减少设计有图形的面具或光刻板费用，节约成本。
(7)将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内以负性光刻胶柱8和SiO2涂层6作为阻挡层进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～3000s，刻蚀后得到高亮度图形化复合衬底。如图10所示。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高亮度复合衬底的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先选择一表面平整且双面抛光的蓝宝石平片，清洗去除表面的杂质；
(2)在蓝宝石平片上蒸镀一层金属涂层；
(3)在金属涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分在金属涂层上形成一组正性光刻胶柱；
(4)以正性光刻胶柱作为阻挡层进行ICP刻蚀，在蓝宝石平片上形成一组相互独立的金属凸台；
(5)利用化学气相沉积方法在蓝宝石平片有金属凸台的一面沉积一层SiO2涂层；
(6)在SiO2涂层上涂覆一层负性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分，从而在SiO2涂层上形成一组负性光刻胶柱；所述曝光是从蓝宝石平片相对于有金属凸台的另一面对蓝宝石平片进行曝光，以金属凸台代替光刻板作为遮挡进行曝光，曝光时间为3～20s，显影时去除金属凸台未遮挡位置光刻胶；
(7)以负性光刻胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，从而得到一种高亮度复合衬底。
2.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中的蓝宝石平片先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2体积比为3:1或5:2的混合溶液中清洗10～15分钟，再用80℃的去离子水清洗8～10分钟，最后用25℃的去离子水清洗5～10分钟，然后高速甩干3～10分钟。
3.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)金属涂层厚度为5～1000nm，金属为Au、Ag、Ni、Co、Fe、Cu、Pt、Pd、Al中的一种或几种金属的混合物。
4.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)正性光刻胶涂层膜厚为0.5～3.0μm，曝光时间为50～400ms。
5.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)ICP刻蚀是将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～1000s。
6.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)中SiO2厚度为0.5～2.0μm，化学气相沉积腔体的温度为100～500℃。
7.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(6)中负性光刻胶涂层厚度为0.5～3.0μm。
8.根据权利要求1所述高亮度复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(7)ICP刻蚀是将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100～2000W，下电极功率为100～1500W，BCL3流量为50～200sccm，CHF3流量为0～20sccm，刻蚀温度为10～50℃，氦气压力为1～10mTorr，时间为100～3000s。
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