[發明專利]一種圖形化藍寶石襯底及其制備方法

有效

• 申請號: 201811026247.5
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109166952B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 孫遜運
• 申請（專利權）人: 孫遜運
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/22;H01L33/16
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 賈顏維

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其是涉及一種圖形化藍寶石襯底及其制備方法。所述圖形化藍寶石襯底，包括藍寶石平片和在其表面形成的圖形化的含硅有機涂層。所述制備方法包括如下步驟：(a)在藍寶石平片表面涂覆形成含硅有機涂層；(b)在含硅有機涂層表面涂覆光刻膠形成光刻膠層，光刻形成掩膜圖形；(c)在光刻膠層的保護下刻蝕含硅有機涂層，將圖形轉移至含硅有機涂層，去除光刻膠，得到所述圖形化藍寶石襯底。本發明以圖形化的含硅有機涂層替代傳統的圖形化藍寶石襯底，所述含硅有機涂層的折射率比藍寶石低，能夠有效增加襯底對光的散射效果，提高LED的發光效率；并且，其硬度低于藍寶石，增大了光刻和刻蝕工藝的寬容度，降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其是涉及一種圖形化藍寶石襯底及其制備方法。

背景技術

目前LED發光二極管最為理想的亦即應用最廣的材料為氮化鎵(GaN)，但制備氮化鎵單晶材料非常困難，暫無行之有效的辦法，目前主要是在異質襯底如藍寶石、碳化硅等具有相似晶格結構的襯底上進行外延生長氮化鎵材料。藍寶石因具有機械性能和化學穩定性好、不吸收可見光、制造技術相對成熟等優點，是目前LED最為理想的襯底材料。而相對于普通的藍寶石平片襯底，在其表面制作具有特定規則的微結構圖案后的圖形化藍寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate，簡稱PSS)，其表面圖形改變了氮化鎵材料的生長過程，提供了多種生長晶向的選擇，氮化鎵在圖形表面生長速率的不同使晶格失配位錯在襯底生長區發生彎曲并合攏，有效的提高了器件的內量子效率；另外藍寶石的折射率為1.760，氮化鎵的折射率為2.4，折射率的差異會使光從外延層進入圖形襯底時形成反射，改善氮化鎵基發光二極管的出光率。因此PSS成為了開發高亮度大功率LED器件的首選襯底材料。

PSS襯底的制作方法主要是通過在藍寶石表面進行光刻形成掩膜圖形，然后刻蝕藍寶石去掉掩膜，得到圖形化的襯底。該制作雖已進入大規模批量生產階段，但相關研究工作還在進行，主要集中在圖形形貌優化，提高刻蝕工藝的重復性、一致性及降低生產成本等方面。由于藍寶石的硬度很高，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，整片圖形做好一致性和均勻性都有很高的難度，制造過程對光刻材料及設備工藝的要求都非常高。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種圖形化藍寶石襯底，以解決現有技術中存在的藍寶石襯底硬度高致刻蝕難度大的技術問題，且較藍寶石更低的折射率可以進一步提高光的提取率。

本發明的第二目的在于提供一種圖形化藍寶石襯底的制備方法，所述制備方法工藝簡單，設備工藝寬容度高，適于大規模生產。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種圖形化藍寶石襯底，包括藍寶石平片和在其表面形成的圖形化的含硅有機涂層。

優選的，所述含硅有機涂層中硅含量為20-45％。所述含硅有機涂層的折射率根據含硅量的不同而不同，約在1.3-1.7之間。

本發明在藍寶石平片表面，以圖形化的含硅有機涂層替代現有的圖形化藍寶石襯底，所述含硅有機涂層的折射率比藍寶石(1.760)低，能夠進一步增加襯底對光的散射效果，使更多的光被直接散射到氮化鎵中而不是進入襯底傳播，有效的提高了LED的發光效率；并且，含硅有機涂層的硬度低于藍寶石，在光刻及刻蝕工藝中具有較大的寬容度，降低了生產成本。

優選的，所述含硅有機涂層的主要成分為聚硅氧烷樹脂、聚倍半硅氧烷樹脂、改性硅氧烷樹脂等中的一種或幾種的混合物溶液，加熱固化即可。

優選的，所述含硅有機涂層還包含固化劑，可以提高固化性能。

本發明還提供了一種圖形化藍寶石襯底的制備方法，包括如下步驟：

(a)在藍寶石平片表面涂覆形成含硅有機涂層；