阅读说明：本技术 图案化蓝宝石衬底的制备方法 (Preparation method of patterned sapphire substrate ) 是由 谢丁生 谢红 于 2018-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种图案化蓝宝石衬底的制备方法,在蓝宝石基片上形成金属铝膜,采用反应离子刻蚀的方法,在蓝宝石基片上形成图案化铝膜,然后通过两步热处理的方式使铝膜进行固相反应,最终生成氧化铝单晶薄膜,从而可以获得最优的用于氮化物外延生长的图形化蓝宝石衬底。不同于通常所采用的对蓝宝石衬底直接进行干法刻蚀或湿法刻蚀,本发明可以提高光刻分辨率,增加蓝宝石衬底光提取率,从而获得最优的用于氮化物外延生长的图形化蓝宝石衬底,显著提高LED发光效率。本发明工艺重复性好,应用前景广阔。(The invention discloses a preparation method of a patterned sapphire substrate, which comprises the steps of forming a metal aluminum film on a sapphire substrate, forming the patterned aluminum film on the sapphire substrate by adopting a reactive ion etching method, and then carrying out solid-phase reaction on the aluminum film by a two-step heat treatment mode to finally generate an aluminum oxide single crystal film, thereby obtaining the optimal patterned sapphire substrate for epitaxial growth of nitride. Different from the method of directly carrying out dry etching or wet etching on the sapphire substrate, the method can improve the photoetching resolution and increase the light extraction rate of the sapphire substrate, thereby obtaining the optimal patterned sapphire substrate for the epitaxial growth of nitride and obviously improving the luminous efficiency of the LED. The invention has good process repeatability and wide application prospect.)

图案化蓝宝石衬底的制备方法

技术领域

本发明涉及微纳米电子制造技术领域，具体涉及一种图案化蓝宝石的制备方法。

背景技术

发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体电子元件，近年来，发光二极管的应用领域日趋广泛，市场需求不断扩大，已经被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明领域。发光二极管中的外延片是发光二极管的核心部分，因此，发光二极管外延片的发展备受关注。

蓝宝石的机械强度高，易于处理及清洗，其热稳定性较好，适用于高温生长的过程，因此，大多数工艺均采用蓝宝石作为外延片的衬底，但是蓝宝石衬底由于其结构的限制，使其对发光二极管的光提取率低。采用图案化蓝宝石衬底可以缓解由于氮化物外延薄膜与蓝宝石衬底存在的晶格常数失配和热膨胀系数失配而引起的应力，有效降低氮化物外延薄膜中的线错位密度。

图案化蓝宝石一般是采用光刻技术制作而成，其原理是将对光敏感的光刻胶涂到衬底的表面，在表面形成一层薄膜，随后使用光刻版，光刻版上包含所要制作的特定层的图形信息，光源通过光刻版照射到光刻胶上，使得光刻胶选择性的曝光，接着对光刻胶进行显影，完成了对光刻版上图案的转移。分辨率指的是能够精确转移到衬底表面光刻胶上的最小特征尺寸，是光学光刻技术中重要的系统指标，提高光学光刻的分辨率对提高光学光刻的质量至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种图案化蓝宝石衬底的制备方法，它可以解决现有技术中光刻分辨率低、蓝宝石衬底光提取率低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种图案化蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、获取一蓝宝石基板；

步骤二、采用直流磁控溅射的技术在蓝宝石基板的表面形成金属铝膜；

步骤三、采用金属有机化合物化学气相沉积法，在金属铝膜的表面沉积掩膜层；

步骤四、采用旋涂的方式在掩膜层的表面形成光刻胶膜，将掩膜版置于衬底的上方，采用曝光机对掩膜版上的图案进行成像曝光；

步骤五、将显影液喷涂于步骤四的光刻胶膜上，对光刻胶膜进行显影处理，将掩膜版上的图案转移到光刻胶膜上；

步骤六、以图案化光刻胶膜为掩膜，利用湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺在图案化光刻胶膜对应位置的蓝宝石衬底上形成图案化掩膜层；

步骤七、将图案化光刻胶膜去除，以步骤六得到的图案化掩膜层为掩膜，采用反应离子刻蚀技术刻蚀金属铝膜，去除图案化掩膜层，得到图案化金属铝膜；

步骤八、对步骤七得到的包含图案化金属铝膜的蓝宝石基板进行低温热处理，使图案化金属铝膜被氧化为图案化多晶氧化铝膜；

步骤九、对步骤八得到的包含图案化多晶氧化铝膜的蓝宝石基板进行高温热处理，使图案化多晶氧化铝膜被氧化为图案化单晶氧化铝膜。

更进一步地，所述步骤一与所述步骤二之间还包括对所述蓝宝石基板进行清洗的步骤，清洗溶液选用硫酸双氧水。

更进一步地，所述金属铝膜的厚度为150-180纳米，所述掩膜层的厚度300-800纳米，所述光刻胶膜的厚度为300-800纳米。

更进一步地，所述步骤四的具体方法为，在旋转速度为2500-5000转/分且转速保持不变的条件下，将液态光刻胶滴加到掩膜层的表面的中心，利用离心力将光刻胶均匀的涂覆于掩膜层的表面，在90-100摄氏度的条件下对光刻胶进行烘烤，形成光刻胶膜，将掩膜版设置于蓝宝石衬底的上方，将掩膜版上的图案投影到光刻胶膜上，采用曝光机对掩膜版上的图案进行曝光。

更进一步地，所述曝光机的曝光过程包括一次曝光与二次曝光，所述一次曝光与二次曝光的曝光时间相同。

更进一步地，所述步骤五的具体方法为，在旋转速度为300-500转/分且转速保持不变的条件下，将显影液滴加到光刻胶膜的表面的中心，利用离心力将显影液均匀的涂覆于光刻胶膜的表面，对曝光后的产品进行显影处理，完成将掩膜版上的图案转移到光刻胶膜上。

更进一步地，所述掩膜层的材料为二氧化硅。

更进一步地，所述步骤八中低温热处理的温度为550摄氏度，热处理时间为24小时。

更进一步地，所述步骤九中高温热处理温度为1300摄氏度，热处理时间为24小时。

本发明的图案化蓝宝石衬底的制备方法，采用反应离子刻蚀的方法，不同于通常所采用的对蓝宝石衬底直接进行干法刻蚀或湿法刻蚀，本发明在蓝宝石基片上形成图案化金属铝膜，然后通过两步热处理的方式使铝膜进行固相反应，最终生成氧化铝单晶薄膜，从而可以获得最优的用于氮化物外延生长的图形化蓝宝石衬底。同时，本发明通过旋转涂胶的方式，保证了光刻胶膜的均匀性，提高了光刻胶膜的显影效果，提高了曝光精度的级别，工艺重复性好，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明蓝宝石衬底的制备工艺流程图；

图2为本发明蓝宝石基板上设有金属铝膜的结构示意图；

图3为本发明蓝宝石基板上设有掩膜层的结构示意图；

图4为本发明蓝宝石基板上设有光刻胶膜的结构示意图；

图5为本发明蓝宝石基板上设有图案化光刻胶膜的结构示意图；

图6为本发明图案化蓝宝石衬底的结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：蓝宝石基板1、金属铝膜2、掩膜层3、光刻胶膜4。

具体实施方式

如图1所示，一种图案化蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、获取一蓝宝石基板1，对所述蓝宝石基板1进行清洗，清洗溶液选用硫酸双氧水。

步骤二、采用直流磁控溅射的技术在蓝宝石基板1的表面形成金属铝膜2，金属铝膜2的厚度为160纳米。得到的结构如图2所示。

步骤三、采用金属有机化合物化学气相沉积法，在金属铝膜2的表面沉积掩膜层3，掩膜层3的材料为二氧化硅，掩膜层3的厚度500纳米。得到的结构如图3所示。

步骤四、采用旋涂的方式在掩膜层3的表面形成光刻胶膜4，光刻胶膜4的厚度为500纳米。具体方法为：在旋转速度为3500转/分，且转速保持不变的条件下，将液态光刻胶滴加到掩膜层3的表面的中心，利用离心力将光刻胶均匀的涂覆于掩膜层3的表面，95摄氏度的条件下对光刻胶进行烘烤，形成光刻胶膜4。得到的结构如图4所示。

将掩膜版设置于蓝宝石衬底的上方，将掩膜版上的图案投影到光刻胶膜4上，采用曝光机对掩膜版上的图案进行曝光。曝光机的曝光过程包括一次曝光与二次曝光，一次曝光与二次曝光的曝光时间相同。

步骤五、将显影液喷涂于步骤四的光刻胶膜4上，对光刻胶膜4进行显影处理，将掩膜版上的图案转移到光刻胶膜4上。具体方法为：在旋转速度为400转/分且转速保持不变的条件下，将显影液滴加到光刻胶膜4的表面的中心，利用离心力将显影液均匀的涂覆于光刻胶膜4的表面，将掩膜版上的图案转移到光刻胶膜4上。

步骤六、以图案化光刻胶膜4为掩膜，利用湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺在图案化光刻胶膜4对应位置的蓝宝石衬底上形成图案化掩膜层3。得到的结构如图5所示。

步骤七、将图案化光刻胶膜4去除，以步骤六得到的图案化掩膜层3为掩膜，采用反应离子刻蚀技术刻蚀金属铝膜2，去除图案化掩膜层3，得到图案化金属铝膜2。结构如图6所示。

步骤八、对步骤七得到的包含图案化金属铝膜2的蓝宝石基板1进行低温热处理，低温热处理的温度为550摄氏度，热处理时间为24小时，使图案化金属铝膜2被氧化为图案化多晶氧化铝膜。

步骤九、对步骤八得到的包含图案化多晶氧化铝膜的蓝宝石基板1进行高温热处理，高温热处理温度为1300摄氏度，热处理时间为24小时，使图案化多晶氧化铝膜被氧化为图案化单晶氧化铝膜。

采用以上方法，即得到图案化蓝宝石衬底的成品。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。