CN113725324A - 一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，包括：步骤A：在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶、形成SiO2涂层；步骤B：对带有SiO2涂层的AL2O3晶片进行热处理；步骤C：热处理完成后，再进行清洗、形成SiO2‑AL2O3复合衬底；步骤D：在SiO2‑AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层、并加工形成光刻胶掩膜层；步骤E：以光刻胶掩膜层、SiO2涂层两者作为阻挡层，对AL2O3晶片进行刻蚀，并加工形成图形化蓝宝石复合衬底。通过上述设置，可解决目前蓝宝石SiO2复合图形化衬底制备工艺中存在颗粒问题、SiO2厚度均匀性问题、以及各个结构层晶格失配导致整体结构强度差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED生产技术领域，具体涉及一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法。
背景技术
在氮化镓(GaN)材料的生长过程中个，AL2O3图形化衬底(即蓝宝石图形化衬底)可减少GaN外延材料的位错密度、提高量子效率；另外，图形化GaN蓝宝石界面能散射光子，使更多的光子发生全反射，从而有效地提高光的提取效率。
目前，蓝宝石图形化衬底能提高LED出光效率30％左右，已经达到了理论值；但在AL2O3上利用PECVD的沉积工艺来镀一层SiO2制作复合型衬底，则可以进一步提高LED的出光效率3％左右。
但是，上述工艺方法成本高、工艺较为复杂，并且存在产品质量缺陷。其中，最主要的缺陷表现是：
1.在PECVD的过程中，颗粒问题无法有效解决(如直径3um以上的颗粒有70颗左右)；
2.衬底边缘位置的SiO2厚度均匀性问题，无法有效解决(如边缘2mm及以外SiO2厚度200nm左右、厚度均匀性4％左右)。
此外，现有技术中，部分蓝宝石图形化衬底中，在图形化蓝宝石基底上直接涂覆SiO2。此时，由于SiO2是四方晶体结构，GaN是六方晶体结构，直接在SiO2上长GaN，会产生晶格失配导致无法生长；但AL2O3是六方晶体，与GaN晶体结构一致。
因此，需要改进现有技术，以解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，来解决目前蓝宝石SiO2复合图形化衬底制备工艺中存在颗粒问题、SiO2厚度均匀性问题、以及各个结构层晶格失配导致整体结构强度差的问题。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，包括：
步骤A：在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶、形成SiO2涂层；
步骤B：对带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片进行热处理；
步骤C：热处理完成后，对带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片进行清洗、形成SiO2-AL2O3复合衬底；
步骤D：在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层、并加工形成光刻胶掩膜层；
步骤E：以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀，并加工形成图形化蓝宝石复合衬底。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤A中，”在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶”具体包括：
将所述AL2O3晶片放置于旋涂机上、以一定的转速组合旋转；
在所述AL2O3晶片上滴入所述SiO2溶胶，使其覆盖所述AL2O3晶片的上表面。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在步骤A之前，所述方法还包括：
步骤X：将N-N二甲基甲酰胺25-30％、聚乙烯醇0.5-1％、正硅酸乙酯20-35％、乙醇5-10％、盐酸以及醋酸0.3-0.5％去离子水按照摩尔比依次滴入，之后搅拌且超声处理，用氨水加速吸附，搅拌3-6h、静置24-36h，来制备形成所述SiO2溶胶。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光刻胶掩膜层包括若干个光刻胶柱；
步骤E中，“以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以所有光刻胶柱、所述SiO2涂层作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤D具体包括：
在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对所述正性光刻胶涂层进行曝光、显影，在所述SiO2涂层上形成一组胶柱。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤D具体包括：
在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对所述正性光刻胶涂层进行纳米压印，在所述SiO2涂层上形成一组胶柱。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤B具体包括：
将带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片放入箱式电炉中进行热处理；其中，所述箱式电炉的热处理温度为500℃，热处理时间为1h。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤E中，“以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行ICP刻蚀。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述SiO2涂层的厚度为2.0-2.5um。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在步骤A之前，所述方法还包括：
步骤Y：对所述AL2O3晶片进行清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过制备特定的SiO2溶胶，将其均匀涂覆在AL2O3晶片(即蓝宝石基底)上、并进行热处理与清洗，来形成SiO2-AL2O3复合衬底，从而代替以往的沉积工艺，来解决以往PECVD过程中的颗粒问题、SiO2厚度均匀性问题；
然后，再对SiO2-AL2O3复合衬底加工，在其上制备正性光刻胶掩膜层，并继续刻蚀AL2O3晶片，最后加工形成所需的图形化蓝宝石复合衬底；由此，只在AL2O3晶片的上表面形成SiO2涂层，便于后续在AL2O3上生长氮化镓(GaN)材料，保证两者晶格匹配、提升各个结构层的连接可靠性、提升整体结构的强度，从而避免SiO2与氮化镓(GaN)两者晶格失配的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中图形化蓝宝石复合衬底的制作方法的流程图；
图2是本发明一实施例中SiO2-AL2O3复合衬底的结构示意图；
图3是本发明一实施例中图形化蓝宝石复合衬底的结构示意图。
其中附图中所涉及的标号如下：
1-SiO2涂层，2-AL2O3晶片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，包括：
步骤A：在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶、形成SiO2涂层；
步骤B：对带有SiO2涂层的AL2O3晶片进行热处理；
步骤C：热处理完成后，对带有SiO2涂层的AL2O3晶片进行清洗、形成SiO2-AL2O3复合衬底；
步骤D：在SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层、并加工形成光刻胶掩膜层；
步骤E：以光刻胶掩膜层、SiO2涂层两者作为阻挡层，对AL2O3晶片进行刻蚀，并加工形成图形化蓝宝石复合衬底。
具体的，通过制备特定的SiO2溶胶，将其均匀涂覆在AL2O3晶片(即蓝宝石基底)上、并进行热处理与清洗，来形成SiO2-AL2O3复合衬底(如图2所示)，从而代替以往的沉积工艺，来解决以往PECVD过程中的颗粒问题、SiO2厚度均匀性问题；
然后，再对SiO2-AL2O3复合衬底加工，在其上制备正性光刻胶掩膜层，并继续刻蚀AL2O3晶片，最后加工形成所需的图形化蓝宝石复合衬底(如图3所示)；由此，只在AL2O3晶片的上表面形成SiO2涂层，便于后续在AL2O3上生长氮化镓(GaN)材料，保证两者晶格匹配、提升各个结构层的连接可靠性、提升整体结构的强度，从而避免SiO2与氮化镓(GaN)两者晶格失配的情况。
本发明实施例中，AL2O3是六方晶体，与GaN晶体结构一致，当图形化结构底部是AL2O3时，GaN层可与图形化结构晶格匹配，使得各个结构层的连接更为可靠紧密、整体结构强度可靠。
此外，用涂SiO2溶胶的方法可以控制颗粒在10颗以内，SiO2厚度均匀性1.5左右。
进一步的，步骤A中，”在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶”具体包括：
将AL2O3晶片放置于旋涂机上、以一定的转速组合旋转；
在AL2O3晶片上滴入SiO2溶胶，使其覆盖AL2O3晶片的上表面。
在实际工艺中，通过旋涂机来涂覆SiO2溶胶，从而将其均匀涂覆、提升涂覆效果与加工效率。
进一步的，在步骤A之前，方法还包括：
步骤X：将N-N二甲基甲酰胺25-30％、聚乙烯醇0.5-1％、正硅酸乙酯20-35％、乙醇5-10％、盐酸以及醋酸0.3-0.5％去离子水按照摩尔比依次滴入，之后搅拌且超声处理，用氨水加速吸附，搅拌3-6h、静置24-36h，来制备形成SiO2溶胶。
在实际工艺中，可先进行SiO2溶胶的制备，按照不同生产需求制备相应的SiO2溶胶。
进一步的，光刻胶掩膜层包括若干个光刻胶柱；
步骤E中，”以光刻胶掩膜层、SiO2涂层两者作为阻挡层，对AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以所有光刻胶柱、SiO2涂层作为阻挡层，对AL2O3晶片进行刻蚀。
在实际工艺中，光刻胶掩膜层由一组或若干个胶柱组成。
进一步的，步骤D具体包括：
在SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对正性光刻胶涂层进行曝光、显影，在SiO2涂层上形成一组胶柱。
进一步的，步骤D具体包括：
在SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对正性光刻胶涂层进行纳米压印，在SiO2涂层上形成一组胶柱。
在实际工艺中，形成SiO2-AL2O3复合衬底之后，再继续加工。
具体的，在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，曝光、显影后在SiO2涂层上形成一组胶柱；或者在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，纳米压印后在SiO2涂层上形成一组胶柱。
进一步的，步骤B具体包括：
将带有SiO2涂层的AL2O3晶片放入箱式电炉中进行热处理；其中，箱式电炉的热处理温度为500℃，热处理时间为1h。
在实际工艺中，热处理时，将涂覆好SiO2溶胶的AL2O3晶片放入箱式电炉中，箱式电炉中的具体参数为：热处理温度为500℃，热处理时间为1h。
进一步的，步骤E中，”以光刻胶掩膜层、SiO2涂层两者作为阻挡层，对AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以光刻胶掩膜层、SiO2涂层两者作为阻挡层，对AL2O3晶片进行ICP刻蚀。
在实际工艺中，通过ICP刻蚀工艺来进行加工，可提升加工精度与效率。
进一步的，SiO2涂层的厚度为2.0-2.5um。
进一步的，在步骤A之前，方法还包括：
步骤Y：对AL2O3晶片进行清洗。
在实际工艺中，先清洗AL2O3晶片，再将清洗干净的AL2O3晶片放置于旋涂机上进行后续加工。
本发明具体实施例中，图形化的SiO2-AL2O3复合衬底的制备步骤具体如下：
1.SiO2溶胶的制备：将N-N二甲基甲酰胺25-30％、聚乙烯醇0.5-1％、正硅酸乙酯20-35％、乙醇5-10％、盐酸、醋酸0.3-0.5％去离子水按照摩尔比依次滴入，之后搅拌且超声处理用，氨水加速吸附，搅拌3-6h，静置24-36h制作溶胶；
2.SiO2溶胶的涂覆：将清洗干净的AL2O3晶片放置于旋涂机上，以一定的转速组合旋转，接着滴入制备好的SiO2溶胶，使AL2O3晶片上都铺满了SiO2溶胶；
3.热处理：将涂覆好SiO2溶胶的AL2O3晶片放入箱式电炉中，箱式电炉中的具体参数为：热处理温度为500℃，热处理时间为1h。
4.清洗：将完成热处理并具有SiO2涂层的AL2O3晶片进行清洗处理后，即得到的SiO2-AL2O3复合衬底，SiO2涂层的厚度为2.0-2.5um。
5.在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，曝光、显影后在SiO2涂层上形成一组胶柱；或者在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，纳米压印后在SiO2涂层上形成一组胶柱。
6.以胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，刻蚀后获得所需的图形化SiO2-AL2O3复合衬底(如图3所示)。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，包括：
步骤A：在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶、形成SiO2涂层；
步骤B：对带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片进行热处理；
步骤C：热处理完成后，对带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片进行清洗、形成SiO2-AL2O3复合衬底；
步骤D：在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层、并加工形成光刻胶掩膜层；
步骤E：以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀，并加工形成图形化蓝宝石复合衬底。
2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，步骤A中，“在AL2O3晶片上均匀涂覆一层SiO2溶胶”具体包括：
将所述AL2O3晶片放置于旋涂机上、以一定的转速组合旋转；
在所述AL2O3晶片上滴入所述SiO2溶胶，使其覆盖所述AL2O3晶片的上表面。
3.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，在步骤A之前，所述方法还包括：
步骤X：将N-N二甲基甲酰胺25-30％、聚乙烯醇0.5-1％、正硅酸乙酯20-35％、乙醇5-10％、盐酸以及醋酸0.3-0.5％去离子水按照摩尔比依次滴入，之后搅拌且超声处理，用氨水加速吸附，搅拌3-6h、静置24-36h，来制备形成所述SiO2溶胶。
4.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，所述光刻胶掩膜层包括若干个光刻胶柱；
步骤E中，“以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以所有光刻胶柱、所述SiO2涂层作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀。
5.根据权利要求4所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，步骤D具体包括：
在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对所述正性光刻胶涂层进行曝光、显影，在所述SiO2涂层上形成一组胶柱。
6.根据权利要求4所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，步骤D具体包括：
在所述SiO2-AL2O3复合衬底上涂覆一层正性光刻胶涂层，对所述正性光刻胶涂层进行纳米压印，在所述SiO2涂层上形成一组胶柱。
7.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，步骤B具体包括：
将带有所述SiO2涂层的所述AL2O3晶片放入箱式电炉中进行热处理；其中，所述箱式电炉的热处理温度为500℃，热处理时间为1h。
8.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，步骤E中，“以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行刻蚀”具体包括：
以所述光刻胶掩膜层、所述SiO2涂层两者作为阻挡层，对所述AL2O3晶片进行ICP刻蚀。
9.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，所述SiO2涂层的厚度为2.0-2.5um。
10.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制作方法，其特征在于，在步骤A之前，所述方法还包括：
步骤Y：对所述AL2O3晶片进行清洗。
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