專利名稱：：提高芯片出光效率的方法及藍寶石圖形襯底的制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種藍寶石圖形襯底的制備方法及通過其提高芯片出光效率的方法。
背景技術：
：為了提高LED照明的發光強度，就是要提高LED光電轉換效率，LED的光電轉換效率包括兩部分內量子效率和外量子效率，內量子效率是指電子空穴對在LED結區復合產生光子的效率；外量子效率指將LED結區產生的光子引出LED后的總效率，目前，隨著外延生長技術和多量子阱結構的發展，超高亮度發光二極管的內量子效率己有了非常大的改善，可以使InGaN有源層在常溫普通注入電流條件下的內量子效率達到90%-95%，甚至更高，如波長625nmAlGalnP基超高亮度發光二極管的內量子效率可達到100%，已接近極限。而外量子效率卻非常低，導致GaN基發光二極管外量子效率不高的原因很大程度上在于氮化物外延層和空氣的反射系數差異較大導致的全反射問題，GaN和空氣的反射系數分別為2.5和1，因此在InGaN-GaN活性區產生的光能夠傳播出去的臨界角約為23度，這大大限制了GaN基發光二極管的外量子效率，因此，提高外量子效率是提高LED發光強度的關鍵。目前提高外量子效率的方法主要是做GaN表面粗化，粗化對提高亮度有很好的效果，但技術要求很高，在提高亮度的同時，會帶來電壓升高、漏電等一系列問題難以解決。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種可靠、能大幅度提高芯片出光效率的方法。本發明進一步要解決的技術問題是一種工藝簡單、成品率高的制備藍寶石襯底的方法。本發明采用以下技術方案來解決上述技術問題一種提高芯片出光效率的方法，通過在藍寶石襯底上制作圖形來提高出光率，所述圖形為直徑為l10pm的圓柱均勻排布而構成的圖形，圓柱高度為0.53fim。一種藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上涂覆光刻膠，烘干，然后在紫外線下曝光，再烘干后在23XTMAH顯影，得到直徑為110pm圓形孔組成的圖案；(2)、掩膜在光刻后的襯底上，首先蒸鍍Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni掩膜；(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在可溶解光刻膠的溶劑中超聲處理，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，用去離子水沖洗干凈；(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BCl3/Cl2或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑1-10微米的圓柱體，圓柱體高度為0.5-3微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.6-1.0pm;(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入酸溶液超聲處理，在金屬掩膜層完全去干凈后再分別用丙酮、乙醇超聲處理，然后用去離子水沖洗干凈即可。一種藍寶石圖形襯底的制作方法，優選包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上采用旋涂工藝涂上光刻膠，涂覆的光刻膠厚度為2.0|im，70-IO(TC下烘干10-40min，然后在紫外線13-40mw/cm2下曝光20-40sec，再烘干后在23%TMAH顯影40-100sec，得到直徑為l10|im圓形孔組成的圖案；(2)、掩膜使用電子束蒸發或濺射方法蒸鍍金屬掩膜層，首先在光刻后的襯底上蒸鍍厚度為5-50nm的Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni層，Ni厚度為200-500nm;(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在丙酮、乙醇各超聲8-15分鐘，在去離子水中沖洗，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，在顯微鏡下觀察干凈后即可；(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BC13/C12或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕條件為BC13的流量為5-40sccm，Ar流量為5-40sccm，Cl2流量為15-80sccm，腔體壓力為10-40mTorr，ICP:500-1000W，RF:50-200W，DCBias:80-150V，刻蝕時間為1015min，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑1-10微米的圓柱體，圓柱體高度為0.5-3微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.81.(Vm;(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入10%-30%(質量百分比)鹽酸溶液中超聲15-25分鐘，在顯微鏡下觀察金屬掩膜層完全去干凈后，取出襯底，再用丙酮，乙醇各超聲8-15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈即可。導致GaN基發光二極管外量子效率不高的原因很大程度上在于氮化物外延層和空氣的反射系數差異較大導致的全反射問題，GaN和空氣的反射系數分別為2.5和1，因此在InGaN-GaN有源層產生的光能夠傳播出去的臨界角約為23度，這大大限制了GaN基發光二極管的外量子效率，本發明采用圓柱形組成的圖案襯底，使光線在圓柱形圖案中經過多次反射后出光，大大提高了外量子效率，通過本發明的刻蝕圖形襯底使出光效率提高1540%。本發明制備圖形襯底工藝步驟采用了光刻、掩膜、ICP刻蝕等步驟，由于圖形襯底的尺寸很小，刻蝕對象為藍寶石，因此與現有的制作普通LED的光刻、掩膜、ICP刻蝕是完全不同的工藝，第一，普通LED芯片光刻尺寸大多數在l(Him以上，而本發明圖形襯底的尺寸要求為24^im，對光刻工藝條件有很大不同，否則，會出現圖形顯影不開、圖形"孔"和表面膠都過顯影、"孔"沒有顯影干凈但表面膠過顯影，或者中間光刻較好邊緣不穩定等等情況。第二，掩膜的選擇不同。本發明選擇Ni/Cr或Ti/Cr復合金屬掩膜；Ni掩膜具有蒸鍍方法簡單、工藝穩定的優點，并且刻蝕選擇比好，與藍寶石襯底的刻蝕選擇比為l:7，即刻蝕lpm深的藍寶石襯底只刻蝕Ni掩膜厚度為0.14)im，另外蒸鍍過程中不加溫，剝離容易，但是Ni掩膜也存在很多問題由于Ni與藍寶石襯底黏附性差，剝離時容易出現巻邊脫落，并且刻蝕過程中，由于高溫會導致Ni脫落，為解決Ni掩膜脫落問題，本發明在蒸鍍Ni之前首先蒸鍍一層Cr或Ti層，Cr或Ti與藍寶石有很好的粘附性，解決了Ni掩膜的脫落問題。第三，常規LED芯片制造中，ICP刻蝕主要都是刻蝕GaN，而本發明刻蝕的是藍寶石，由于藍寶石硬度很大，普通的刻蝕技術不能完成，因此在刻蝕工藝及其參數上有很大差別，本發明選用了特殊的刻蝕氣體、腔體壓力、射頻功率來解決該問題，增加了對藍寶石的刻蝕速率，降低了對Ni/Cr或Ti/Cr掩膜的刻蝕速率，藍寶石刻蝕后的厚度為0.81.0(im，圖形刻蝕深度為0.53pm，這樣既保證有足夠深度的刻蝕圖形對光線多次反射，有保證藍寶石襯底的厚度。圖1是正膠光刻后的電鏡SEM圖2是藍寶石圖形襯底的電鏡SEM圖。具體實施例方式實施例l，一種藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上采用旋涂工藝涂上光刻膠，涂覆的光刻膠厚度為2.0pm，IO(TC下烘干10min，然后在紫外線20mw/cm2下曝光20sec，再烘干后在2%TMAH顯影40sec，得到直徑為5pm圓柱形孔，如圖1為光刻后的SEM圖。(2)、掩膜使用電子束蒸發或濺射方法蒸鍍金屬掩膜層，首先在光刻后的襯底上蒸鍍厚度為5nm的Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni層，Ni厚度為200nm。(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在丙酮、乙醇各超聲15分鐘，在去離子水中沖洗，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，在顯微鏡下觀察干凈后即可。(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BC13/C12或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕條件為BC13的流量為5sccm，Ar流量為5sccm，(312流量為15sccm，腔體壓力為10mTorr，ICP:500W，RF:50W，DCBias:80V，刻蝕時間為15min，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑5微米的圓柱體，圓柱體高度為0.5微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.81.0[im。(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入10%(質量百分比)的稀鹽酸溶液中超聲15分鐘，在顯微鏡下觀察金屬掩膜層完全去干凈后，取出襯底，再用丙酮，乙醇各超聲8分鐘，然后用去離子水沖洗干凈即可，如圖2所示的是刻蝕完成后的藍寶石圖形襯底的SEM圖。實施例2，一種藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上采用旋涂工藝涂上光刻膠，涂覆的光刻膠厚度為2.0pm，8(TC下烘干20min，然后在紫外線13mw/cm2下曝光35sec，再烘干后在3%TMAH顯影60sec，得到直徑為lpm圓柱形圖案。(2)、掩膜使用電子束蒸發或濺射方法蒸鍍金屬掩膜層，首先在光刻后的襯底上蒸鍍厚度為5-50nm的Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni層，Ni厚度為200-500nm。(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在丙酮、乙醇各超聲8分鐘，在去離子水中沖洗，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，在顯微鏡下觀察干凈后即可。(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BC13/C12或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕條件為BC13的流量為30sccm，Ar流量為30sccm，CV流量為50sccm，腔體壓力為30mTorr，ICP:700W,RF:IOOW，DCBias:IOOV，刻蝕時間為10min，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑5微米的圓柱體，圓柱體高度為2微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在l(im。(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入20。％(質量百分比)的鹽酸溶液中超聲20分鐘，在顯微鏡下觀察金屬掩膜層完全去干凈后，取出襯底，再用丙酮，乙醇各超聲10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈即可。實施例3，一種藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上采用旋涂工藝涂上光刻膠，涂覆的光刻膠厚度為2.0pm，7CTC下烘干40min，然后在紫外線40mw/cm2下曝光40sec，再烘干后在3。％TMAH顯影100sec，得到直徑為10|im圓柱形圖案。(2)、掩膜使用電子束蒸發或濺射方法蒸鍍金屬掩膜層，首先在光刻后8的襯底上蒸鍍厚度為50nm的Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni層，Ni厚度為500nm。(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在丙酮、乙醇各超聲10分鐘，在去離子水中沖洗，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，在顯微鏡下觀察干凈后即可。(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟G)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BC13/C12或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕條件為BC13的流量為40sccm，Ar流量為40sccm，Cb流量為80sccm，腔體壓力為40mTorr，ICP:IOOOW，RF:200W,DCBias:150V，刻蝕時間為15min，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑IO微米的圓柱體，圓柱體高度為3微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.8pm。(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入30%(質量百分比)的鹽酸溶液中超聲25分鐘，在顯微鏡下觀察金屬掩膜層完全去干凈后，取出襯底，再用丙酮，乙醇各超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈即可。使用點測機對藍寶石圖形襯底上刻蝕不同柱高的圓柱體來測試芯片亮度。本發明使用的是臺灣旺矽科技股份有限公司生產的點測機，型號為LEDA-8S測試條件正向20mA的電流，結果見下表圖形襯底對亮度提升結果表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>1.646043-4520%1.846045-5025%2.046045-5025%2.246045-5025%2.446048-5030%2.646048-5230%2.846050-5530%-40%3.046050-5530%-40%其中，無圖形襯底的芯片亮度檢測為36mcd，從以上數據可知，通過在藍寶石襯底制作圓形的圖形襯底，使芯片的亮度提升有大幅提高，所做的圓形圖案刻蝕深度越深，即刻蝕柱高越高，芯片亮度提升越高，但考慮到藍寶石襯底的厚度，一般刻蝕圖案的柱高為0.53)im，亮度提高在10%40%。權利要求1、一種提高芯片出光效率的方法，其特征在于，通過在藍寶石襯底上制作圖形來提高出光率，所述圖形為直徑為1～10μm的圓柱均勻排布而構成的圖形，圓柱高度為0.5～3μm。2、一種藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上涂覆光刻膠，烘干，然后在紫外線下曝光，再烘干后在23XTMAH顯影，得到直徑為11(Him圓形孔組成的圖案；(2)、掩膜在光刻后的襯底上，首先蒸鍍Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni掩膜；(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在可溶解光刻膠的溶劑中超聲處理，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，用去離子水沖洗干凈；(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BCl3/Cl2或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑1-10微米的圓柱體，圓柱體高度為0.5-3微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.6-1.0|im;(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入酸溶液超聲處理，在金屬掩膜層完全去干凈后再分別用丙酮、乙醇超聲處理，然后用去離子水沖洗干凈即可。3、如權利要求2所述的藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟(1)、光刻首先在藍寶石襯底上采用旋涂工藝涂上光刻膠，涂覆的光刻膠厚度為2.0(im,70-100。C下烘干10-40min，然后在紫外線13-40mw/cm2下曝光20-40sec，再烘干后在23%TMAH顯影40-100sec，得到直徑為l10pm圓形孔組成的圖案；(2)、掩膜使用電子束蒸發或濺射方法蒸鍍金屬掩膜層，首先在光刻后的襯底上蒸鍍厚度為5-50nm的Cr或Ti掩膜，然后在Cr或Ti膜層上再蒸鍍一層金屬Ni層，Ni厚度為200-500nm;(3)、剝離掩膜層將蒸鍍好的襯底在丙酮、乙醇各超聲8-15分鐘，在去離子水中沖洗，將光刻膠上的掩膜層去掉，保留藍寶石上的掩膜，在顯微鏡下觀察干凈后即可；(4)、刻蝕利用ICP刻蝕技術對步驟(3)的藍寶石襯底進行刻蝕，其中，選擇BC13/C12或Ar/Cl2等離子氣體對襯底進行刻蝕，刻蝕條件為BC13的流量為5-40sccm，Ar流量為5-40sccm，Cl2流量為15-80sccm，腔體壓力為10-40mTorr，ICP:500-1000W，RF:50-200W,DCBias:80-150V,刻蝕時間為1015min，刻蝕后，襯底上均勻排布直徑1-10微米的圓柱體，圓柱體高度為0.5-3微米，刻蝕后藍寶石襯底厚度在0.81.0pm;(5)、腐蝕金屬掩膜層將刻蝕后的圖形襯底放入的10%-30%(質量百分比)鹽酸溶液中超聲15-25分鐘，在顯微鏡下觀察金屬掩膜層完全去干凈后，取出襯底，再用丙酮，乙醇各超聲8-15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈即可。全文摘要本發明公開一種提高芯片出光效率的方法，通過在藍寶石襯底上制作圖形來提高出光率，所述圖形為直徑為1～10μm的圓柱均勻排布而構成的圖形，圓柱高度為0.5～3μm，所述方法可以提高出光率在10％以上，效果明顯，本發明還公開了藍寶石圖形襯底的制作方法，包括以下步驟光刻—掩膜—剝離掩膜層—刻蝕—腐蝕金屬掩膜層，藍寶石圖形襯底的制作方法工藝簡便、易操作、刻蝕成品率高。文檔編號H01L33/00GK101471404SQ200710186129公開日2009年7月1日申請日期2007年12月27日優先權日2007年12月27日發明者謝雪峰申請人:深圳市方大國科光電技術有限公司