[發(fā)明專利]一種藍(lán)寶石襯底上亞微米級(jí)的圖形的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210000329.9
• 申請(qǐng)日: 2012-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102522467A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鵬;王欒井;宋雪云;譚崇斌;徐峰;徐洲;吳真龍;高峰;邵勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)揚(yáng)州光電研究院
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種利用紫外光刻技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上制備亞微米級(jí)圖形的制備方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)等三族氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料體系及相關(guān)的三元、四元合金，由于其寬廣的帶隙（從0.6eV的紅外區(qū)域一直覆蓋到6.1eV的深紫外區(qū)域）和優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，在藍(lán)、綠、紫外（UV）及深紫外波段的發(fā)光二極管（LED）和激光器（LD）等光電子器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用。由于同質(zhì)外延襯底的缺乏，氮化物基LED器件制備的襯底材料大多采用藍(lán)寶石襯底、SiC襯底或者Si襯底，其中，藍(lán)寶石襯底因其優(yōu)良的光學(xué)性能、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性以及成熟的生產(chǎn)技術(shù)、適中的價(jià)格而成為最常用的制備氮化物基LED器件的襯底材料。然而，藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層存在很大的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致其上外延的氮化物生長(zhǎng)層的穿透位錯(cuò)密度高達(dá)10⁸-10¹⁰cm^-2，而如此高的穿透位錯(cuò)密度勢(shì)必影響氮化物L(fēng)ED器件的性能。

采用藍(lán)寶石圖形化襯底(Patterned?Sapphire?Substrates)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底與氮化物生長(zhǎng)層間由于失配所引起的應(yīng)力的有效弛豫，大大降低外延材料中的位錯(cuò)密度，提高外延層晶體質(zhì)量，從而提高氮化物基LED器件性能。另外，由于氮化物半導(dǎo)體的折射率遠(yuǎn)大于空氣和藍(lán)寶石襯底,導(dǎo)致LED器件發(fā)光大部分被限制在器件內(nèi)，而圖形藍(lán)寶石襯底的光散射作用可以使原本限制在器件內(nèi)部不能出射的光尋找到出射角，形成出射光，從而提高器件的出光效率。

綜上所述，為了更有效地實(shí)現(xiàn)高晶體質(zhì)量、高出光效率的氮化物基LED器件的生長(zhǎng)和制備，發(fā)展易于實(shí)現(xiàn)，工藝可控性高、重復(fù)性高，刻蝕成品率高的圖形藍(lán)寶石襯底技術(shù)勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)紫外光刻工藝實(shí)現(xiàn)工藝可控性高、重復(fù)性高，

刻蝕成品率高的藍(lán)寶石襯底上亞微米級(jí)圖形的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

1）在藍(lán)寶石襯底上淀積一層二氧化硅或氮化硅作為藍(lán)寶石襯底上精細(xì)光刻的光刻膠粘附層；

2）采用紫外光刻方法在步驟1）制成的藍(lán)寶石襯底上制備光刻膠幾何圖形掩膜層；?

3）利用真空蒸鍍?cè)O(shè)備在步驟2）制成的藍(lán)寶石襯底上蒸鍍多層金屬結(jié)構(gòu)作為刻蝕藍(lán)寶石襯底的掩膜層，所述多層金屬結(jié)構(gòu)為由金屬以金屬Ni和其它金屬?相間組成的A/Ni/B/Ni/C/Ni……結(jié)構(gòu)，其中其它金屬A、B、C……分別為金屬Ti或者Cr或者Al或者In或者Ag或者Au；

4）將步驟3）制成的藍(lán)寶石襯底浸入沸騰的丙酮中，以超聲處理3min~15min，進(jìn)行光刻膠剝離工藝，而后用去離子水沖洗干凈；

5）采用感應(yīng)耦合等離子體（ICP）干法刻蝕方法刻蝕步驟4）制成的藍(lán)寶石襯底，其中，將BCl₃、Cl₂和Ar混合形成的等離子氣體進(jìn)行等離子對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕，刻蝕后，襯底上均勻排布柱體；所述等離子氣體中，BCl₃和Cl₂和Ar的混合的體積比為0～0.5︰0.5～1︰0～0.5；

6）將步驟5）制成的圖形藍(lán)寶石襯底放入鹽酸水溶液中進(jìn)行加熱超聲處理，去除金屬掩膜層，而后用去離子水沖洗干凈；

7）將步驟6制成的藍(lán)寶石圖形襯底放入稀釋的氫氟酸中，或者加熱的磷酸溶液中去除光刻膠粘附層；而后將襯底放入丙酮、酒精中進(jìn)行超聲處理，再用去離子水沖洗干凈。

通過(guò)以上步驟，即可完成藍(lán)寶石襯底上圖形的制備。與采用電子束光刻等先進(jìn)光刻工藝制備同等尺寸量級(jí)的圖形襯底相比較，本發(fā)明較使用傳統(tǒng)接觸式光刻機(jī)大大降低了制作成本，并且該制作方法工藝簡(jiǎn)便，易操作，刻蝕成品率高。另外，本發(fā)明公開(kāi)的圖形藍(lán)寶石襯底可用于低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量氮化物的外延生長(zhǎng)，可作為生產(chǎn)具有更高出光效率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light?Emitting?Diode?,LED)的襯底材料，因此本發(fā)明是一種具有極大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值的亞微米級(jí)圖形藍(lán)寶石襯底的制備方法，市場(chǎng)前景廣闊。

可進(jìn)行本發(fā)明加工的藍(lán)寶石襯底為(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面或其他晶面的藍(lán)寶石襯底中的任意一種。