[發明專利]具有圖形化結構的鈮酸鋰襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201210230777.8
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102738339A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 丁海生;李東昇;馬新剛;江忠永;張昊翔;王洋;李超
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/10;H01L33/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于LED制造工藝技術領域，尤其涉及一種具有圖形化結構的鈮酸鋰襯底及其制造方法。

背景技術

LED的結構已趨于成熟和完善，但可用于GaN(氮化鎵)基LED的襯底材料卻寥寥無幾，可用于商業化的襯底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用藍寶石和碳化硅兩種襯底材料，其中藍寶石材料由于具有化學穩定性好、生產技術相對成熟等優勢而應用最為廣泛，但用藍寶石材料作為GaN基LED的襯底也存在很多問題，首先藍寶石材料存在晶格失配和熱應力失配，所述的晶格失配和熱應力失配不僅會在外延材料中產生大量的缺陷，而且還會給后續器件的加工增加額外的困難；其次藍寶石材料的導熱性能也不太好，而為了將LED芯片產生的熱量通過藍寶石襯底導出，通常需要將藍寶石襯底的厚度由400-500um減薄到100um以內(當然，對藍寶石襯底材料減薄的另一個目的是為了后續切割的方便)，由于藍寶石襯底的硬度卻僅次于金剛石，這一缺點無疑大大增加了減薄工藝的時間成本和金錢成本；再有，近年來為了迎接LED發光亮度的挑戰，將LED的應用領域擴大到通用照明領域，需要制作出各種各樣的圖形化的藍寶石襯底(Patterned?Sapphire?Substrate，PSS)或光子晶體，而要在較高硬度的藍寶石襯底上制作所述的PSS襯底或光子晶體，需要昂貴的設備，無疑增加了困難和成本，不僅如此，由于外延材料生長的要求，襯底圖形之間的間距不能太小，這就減少了散射或漫反射界面的面積，進而限制了圖形化的藍寶石襯底徹底提高LED發光亮度作用的發揮。雖可以通過在PSS襯底的圖形表面增加納米粗化結構來進一步增加散射或漫反射界面的面積，從而更有效地提高LED的發光亮度，然而再做納米粗化結構的工藝較為復雜，且不夠成熟。

鈮酸鋰(Lithium?Niobate，LiNbO3)晶體是一種通用型人工合成晶體，鈮酸鋰晶體之所以受到廣泛的關注是因為它是目前人們所發現的光子學性能最多、綜合指標最好的晶體。與藍寶石相比，鈮酸鋰晶體的晶格結構和熱膨脹系數與GaN外延材料的晶格結構和熱膨脹系數更匹配，且其硬度既能滿足芯片加工過程中的工藝窗口，又沒有藍寶石襯底的硬度那么高。因此，鈮酸鋰晶體作為LED的襯底，將會降低外延材料中的各種缺陷，也會降低后續器件加工的難度，同時還會降低減薄工藝的時間成本和金錢成本。但是，鈮酸鋰晶體被用于制作集成電路中某些器件時，刻蝕速率比較低，且不易形成光滑的表面，其原因是人們通常采用氟基等離子體對鈮酸鋰晶體進行刻蝕，在刻蝕過程中鈮酸鋰晶體的表面會形成一層氟化鋰顆粒，氟化鋰顆粒不但會阻礙氟基等離子體對鈮酸鋰晶體的進一步刻蝕，而且還會在鈮酸鋰晶體表面形成一層粗糙的顆粒。因此，鈮酸鋰晶體被氟基等離子體刻蝕而在鈮酸鋰晶體的表面形成氟化鋰顆粒成為集成電路中的一個缺陷。

而在LED領域中，常常用粗化技術來提高LED的出光率。如果能克服氟基等離子體刻蝕鈮酸鋰晶體的速率比較低的問題，并且能利用被氟基等離子體刻蝕而不易形成光滑的鈮酸鋰晶體表面的現象制造鈮酸鋰襯底，將所述的不光滑的鈮酸鋰襯底作為LED的襯底用于LED領域卻是一個優點。但是，在實際的實施過程中仍然存在相當大的壁壘，亟待引進能有效改善上述缺陷的新方法，以解決氟基等離子體刻蝕鈮酸鋰晶體的速率比較低的同時，合理的利用被氟基等離子體刻蝕而形成的表面不光滑的鈮酸鋰晶體作為LED襯底的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有圖形化結構的鈮酸鋰襯底及其制造方法，即可以克服氟基等離子體刻蝕鈮酸鋰晶體的速率比較低的問題，又可以解決被氟基等離子體刻蝕而形成的表面不光滑的鈮酸鋰晶體作為LED襯底的問題。

為解決上述問題，本發明提出的一種具有圖形化結構的鈮酸鋰襯底的制造方法，所述鈮酸鋰襯底用于制備LED芯片，所述方法包括：

步驟1：提供一表面平坦的鈮酸鋰襯底，在所述鈮酸鋰襯底表面制作一掩膜圖形；

步驟2：以所述掩膜圖形為掩膜，采用氟基等離子體對掩膜圖形及所述鈮酸鋰襯底進行同步刻蝕；

步驟3：采用氧等離子體對所述鈮酸鋰襯底進行刻蝕，以清除形成在所述鈮酸鋰襯底上的氟化鋰顆粒；

步驟4：多次重復步驟2至步驟3，直至所述掩膜圖形全部消失；

步驟5：繼續采用氟基等離子體刻蝕所述鈮酸鋰襯底，在所述鈮酸鋰襯底表面形成氟化鋰顆粒，以形成具有圖形化結構的鈮酸鋰襯底，所述圖形化結構的表面具有納米粗糙結構。

進一步的，所述鈮酸鋰襯底采用鈮酸鋰晶體制作而成。