梅花型掩膜版以及利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法
【专利摘要】本发明提出了一种梅花型掩膜版，包括光刻板，光刻板上设置梅花型阵列单元，梅花型阵列单元包括多个梅花型单元，梅花型单元包括外圆环和与外圆环内径相切的内圆。本发明的一种梅花型掩膜版以及利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，减少外延生长缺陷，增加光提取效率，从而提高GaN基LED发光效率。
【专利说明】梅花型掩膜版以及利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置领域，尤其涉及一种梅花型掩膜版以及利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法。
【背景技术】
[0002]目前，GaN基(氮化镓)LED (发光二极管)已经广泛应用于全色显示、交通信号灯、液晶背光显示，并逐步进入照明领域。为了满足下一代投影仪、汽车大灯和高端市场的要求，人们一直在努力提高光功率和外量子效率。通常LED的亮度可以表示为内量子效率和外量子效率的乘积(假设电流注入效率为100%)。由于晶格失配和热膨胀系数较大，蓝宝石衬底上通过GaN基形成的外延层仍然具有很高的线位错(TDD, Threading DislocationDensities)密度(IO8--?IOiciCnT2),这会导致内量子效率的衰竭。为了改善GaN基在蓝宝石上的外延质量，人们提出了各种生长技术，比如横向外延过生长(ELOG, Epitaxy ofLateral Over?Growth)、微米级SiNx (氮化娃)或SiOx (氧化娃)图形化掩膜和图形化蓝宝石基板(PSS, Patterned Sapphire Substrate)。另一方面，GaN基的高折射率限制了发射光的逃逸角度只有23°，导致低的光提取效率(LEE)。为了改善光提取效率，人们也同样提出了各种方法，如PSS、粗化的P型氮化镓层(P?GaN层)、激光剥离技术和嵌埋在LED结构中的空洞。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种梅花型掩膜版以及利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，减少外延生长缺陷，增加光提取效率，从而提高GaN基LED发光效率。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种梅花型掩膜版，包括光刻板，其特征在于:所述光刻板上设置梅花型阵列单元，所述梅花型阵列单元包括多个梅花型单元，所述梅花型单元包括外圆环和与外圆环内径相切的内圆。
[0005]上述梅花型单元两两之间相邻的距离相等。
[0006]上述内圆的数量为三个或多个。
[0007]上述的内圆直径为I?2微米；所述的外圆环直径为2.16?10微米。
[0008]上述外圆环内直径为2.16?6微米；所述的外圆环外直径为4.16?10微米。
[0009]一种利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0010]I)在蓝宝石衬底上涂布光刻胶；
[0011]2)利用梅花型掩膜版对光刻胶进行曝光，并对光刻胶显影和烘烤，在光刻胶上形成光刻图形；
[0012]3)利用三氯化硼气体对光刻图形和蓝宝石衬底进行多次干法主刻蚀，使对应光刻图形的蓝宝石衬底形成三角圆锥，当光刻图形暴露出蓝宝石衬底形成的三角圆锥时，停止刻蚀；
[0013]4)利用三氯化硼气体和氩气体进行干法过刻蚀，使蓝宝石衬底形成图形化衬底，图形化衬底具有阵列分布的三角圆锥结构，三角圆锥结构的中心顶部为多个三角圆锥形；
[0014]5)去掉残余的光刻胶，并将所述图形化衬底清洗干净。
[0015]上述步骤3)中干法主刻蚀的刻蚀参数为:每次刻蚀时间为480?720秒，间隔时间为20秒，腔体气压为2.7毫托?4.7毫托，上电极功率为1200瓦?3600瓦，内外圈电流比为5?15。
[0016]上述步骤4)中干法过刻蚀分两步进行，第一步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为100:10，刻蚀时间为360?1080秒，下电极功率为40瓦?120瓦，第二步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为10:100，刻蚀时间为O?360秒，下电极功率为140?420瓦。
[0017]上述步骤5)中采用浓硫酸:H202=4:1的混合溶液去掉残余的光刻胶。
[0018]上述蓝宝石衬底为2寸或4寸蓝宝石平片；所述光刻胶是厚度为1.6?3.0微米的正性光刻胶。
[0019]上述曝光的能量为180?280ms ;曝光时间为150?300毫秒；烘烤温度为120?150°C，时间为5?10分钟；所述BCl3气体和CHF3气体的比例为100:10。
[0020]本发明米用梅花型光罩(一个圆环内有多个小圆且彼此相切)在蓝宝石衬底上一次曝光，通过干法刻蚀制造出了梅花型PSS图形，从而实现了降低外延缺陷/增加出光率的效果；该工艺简单易操作，非常适用于大生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明实例一光刻板单元示意图；
[0022]图2是本发明实例一光刻板上的排列示意图；
[0023]图3是本发明实例二光刻板单元示意图；
[0024]图4是本发明实例二光刻板上的排列示意图；
【具体实施方式】
[0025]参见图1一图4，本发明的梅花型掩膜版，包括光刻板，光刻板上设置梅花型阵列单元，梅花型阵列单元包括多个梅花型单元，梅花型单元包括外圆环和与外圆环为同心圆的内圆环；梅花型单元两两之间相邻的距离相等。内圆环的数量为三个或多个。内圆环直径为I?2微米；外圆环直径为2.16?10微米。外圆环内直径为2.16?6微米；外圆环外直径为4.16?10微米。本发明中的两个具体的实施例是:外圆环内直径为2.16?4.3微米(三个圆)，3?6微米(七个圆)。外圆环外直径为4.16?8.3微米(三个圆)，5?10微米(七个圆)。
[0026]参见图1，图2:本发明具体实施例:三个圆的结构:D1=8.3 μ m, D2=2 μ m，D3=4.3 μ m ；S=1 μ m。
[0027]—种利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，包括以下步骤:
[0028]步骤1:在蓝宝石衬底上涂布光刻胶；蓝宝石衬底的尺寸为2英寸或4英寸；光刻胶是厚度为1.6?3.0微米的正性光刻胶。
[0029]步骤2:利用如权利要求1至5中任意一项所述的梅花型掩膜版对所述光刻胶进行曝光，并对所述光刻胶显影和烘烤，以在所述光刻胶上形成光刻图形；曝光时间为150?300毫秒；烘烤温度为120?150°C，烘烤时间为5?10分钟。
[0030]步骤3:利用三氯化硼气体对所述光刻图形和蓝宝石衬底进行多次干法主刻蚀，以使对应所述光刻图形的蓝宝石衬底形成三角圆锥，并当所述光刻图形暴露出所述蓝宝石衬底形成的三角圆锥时，停止刻蚀；干法主刻蚀进行的刻蚀次数随所述光刻胶厚度的增加而增多。
[0031]干法主刻蚀的刻蚀参数为:每次刻蚀时间为480?720秒，间隔时间为20秒，腔体气压为2.7毫托?4.7毫托，上电极功率为1200瓦?3600瓦，内外圈电流比为5?15。
[0032]步骤4:利用三氯化硼气体和氩气体进行干法过刻蚀，以使所述蓝宝石衬底形成图形化衬底，所述图形化衬底具有阵列分布的三角圆锥结构，所述三角圆锥结构的中心顶部为多个三角圆锥形；三角圆锥结构等距离排列分布。
[0033]干法过刻蚀分两步进行，第一步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为100:10，刻蚀时间为360?1080秒，下电极功率为40瓦?120瓦，第二步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为10:100，刻蚀时间为O?360秒，下电极功率为140?420 瓦。
[0034]步骤5:去掉残余的光刻胶，并将所述图形化衬底清洗干净。采用浓硫酸:H202=4:1的混合溶液去掉残余的光刻胶。
【权利要求】
1.一种梅花型掩膜版，包括光刻板，其特征在于:所述光刻板上设置梅花型阵列单元，所述梅花型阵列单元包括多个梅花型单元，所述梅花型单元包括外圆环和与外圆环内径相切的内圆。
2.根据权利要求1所述的梅花型掩膜版，其特征在于:所述梅花型单元两两之间相邻的距离相等。
3.根据权利要求2所述的梅花型掩膜版，其特征在于:所述内圆的数量为三个或多个。
4.根据权利要求3所述的梅花型掩膜版，其特征在于:所述的内圆直径为I?2微米；所述的外圆环直径为2.16?10微米。
5.根据权利要求4所述的梅花型掩膜版，其特征在于:所述外圆环内直径为2.16?6微米；所述的外圆环外直径为4.16?10微米。
6.一种利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1)在蓝宝石衬底上涂布光刻胶； 2)利用梅花型掩膜版对光刻胶进行曝光，并对光刻胶显影和烘烤，在光刻胶上形成光刻图形； 3)利用三氯化硼气体对光刻图形和蓝宝石衬底进行多次干法主刻蚀，使对应光刻图形的蓝宝石衬底形成三角圆锥，当光刻图形暴露出蓝宝石衬底形成的三角圆锥时，停止刻蚀； 4)利用三氯化硼气体和氩气体进行干法过刻蚀，使蓝宝石衬底形成图形化衬底，图形化衬底具有阵列分布的三角圆锥结构，三角圆锥结构的中心顶部为多个三角圆锥形； 5)去掉残余的光刻胶，并将所述图形化衬底清洗干净。
7.根据权利要求6所述的利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述步骤3 )中干法主刻蚀的刻蚀参数为:每次刻蚀时间为480?720秒，间隔时间为20秒，腔体气压为2.7毫托?4.7毫托，上电极功率为1200瓦?3600瓦，内外圈电流比为5?15。
8.根据权利要求7所述的利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述步骤4)中干法过刻蚀分两步进行，第一步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为100:10，刻蚀时间为360?1080秒，下电极功率为40瓦?120瓦，第二步刻蚀的参数为:三氯化硼气体和氩气体的流量比为10:100，刻蚀时间为O?360秒，下电极功率为140 ?420 瓦。
9.根据权利要求8所述的利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述步骤5)中采用浓硫酸:H202=4:1的混合溶液去掉残余的光刻胶。
10.根据权利要求9所述的利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述蓝宝石衬底为2寸或4寸蓝宝石平片；所述光刻胶是厚度为1.6?3.0微米的正性光刻胶。
11.根据权利要求10所述的利用梅花型掩膜版制造图形化衬底的方法，其特征在于:所述曝光的能量为180?280ms ;曝光时间为150?300毫秒；烘烤温度为120?150°C，时间为5?10分钟。
【文档编号】H01L33/22GK103576440SQ201310473082
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】缪炳有, 张汝京, 黄宏嘉, 邓觉为, 许继仁, 商毅博, 王岩, 韩沈丹 申请人:西安神光安瑞光电科技有限公司