專利名稱：同心圓掩膜版、圖形化襯底及制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體裝置領域，尤其涉及一種同心圓掩膜版、圖形化襯底及制造方法。
背景技術：
目前，GaN基(氮化鎵基)LED(發(fā)光二極管)已經(jīng)廣泛應用于全色顯示、交通信號燈、液晶背光顯示，并逐步進入照明領域。為了滿足下一代投影儀、汽車大燈和高端市場的要求，人們一直在努力提高光功率和外量子效率。通常LED的亮度可以表示為內(nèi)量子效率和外量子效率的乘積(假設電流注入效率為100%)。一方面，由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)較大，藍寶石襯底上通過GaN基形成的外延層仍然具有很高的線位錯密度(ThreadingDislocation Densities, TDD) (IO8 10lclcnT2),這會導致內(nèi)量子效率的衰竭。為了改善GaN基在藍寶石襯底上的外延質(zhì)量,人們提出了各種生長技術，比如橫向外延過生長(Epitaxyof Lateral Over-growth, EL0G)、微米級SiNx (氮化娃)或SiOx (氧化娃)圖形化掩膜和圖形化藍寶石基板(Patterned Sapphire Substrate, PSS)。另一方面，GaN基的高折射率限制了發(fā)射光的逃逸角度只為23°，導致光提取效率(LEE)低。為了改善光提取效率，人們也同樣提出了各種方法，如PSS、粗化的P型氮化鎵層(P-GaN層)、激光剝離技術和嵌埋在LED結構中的空洞。例如，現(xiàn)有技術中存在用兩次曝光+Si02 ( 二氧化硅)來制作皇冠型圖形化藍寶石基板(CPSS)，具體做法是:1)在藍寶石襯底上淀積200nm厚度的Si02，用過曝光的方法將Si02通過濕法刻蝕(BOE)圖形化；2)再用同一光罩將光刻膠圖形化；3)最后用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕制備出皇冠型PSS藍寶石襯底。雖然這種CPSS對提升LED亮度有顯著作用，但制造過程中需曝光2次，且要淀積Si02，因此工藝復雜，成本也高；而且量產(chǎn)時存在光刻圖形套刻無法準確控制，造成刻蝕后皇冠形貌差異，甚至變形，會帶來片間重復性問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種同心圓掩膜版、圖形化襯底及制造方法，以便利用同心圓掩膜版簡化皇冠型結構的圖形化襯底的制造流程，降低成本的同時，避免量產(chǎn)時由于光刻圖形套刻無法準確控制所造成的刻蝕后皇冠形貌差異、甚至變形所帶來的片間重復性問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種同心圓掩膜版，所述同心圓掩膜版包括:一光刻板，所述光刻板上具有同心圓陣列，每個所述同心圓由內(nèi)向外依次具有內(nèi)圓、中間環(huán)和外圓環(huán)，每個所述同心圓的內(nèi)圓和外圓環(huán)對應的部分不透光。進一步的，所述同心圓相鄰的距
離相等。進一步的，所述同心圓中的內(nèi)圓直徑為0.8-1微米。進一步的，所述同心圓中的中間環(huán)外直徑為1.4-1.6微米。進一步的，所述同心圓中的外圓環(huán)外直徑為3-3.2微米。
為了達到本發(fā)明的另一方面，還提供一種利用所述的同心圓掩膜版制造的圖形化襯底，所述圖形化襯底具有陣列分布的皇冠型結構，所述皇冠型結構的中心頂部為三角圓錐形。進一步的，所述皇冠型結構等距離排列分布。進一步的，所述圖形化襯底的尺寸為2英寸或4英寸。為了達到本發(fā)明的又一方面，還提供一種圖形化襯底的制造方法，所述制造方法包括:步驟1:在藍寶石襯底上涂布光刻膠；步驟2:利用所述的同心圓掩膜版對所述光刻膠進行曝光，并對所述光刻膠顯影和烘烤，以在所述光刻膠上形成光刻圖形，所述光刻圖形為圓柱體，所述圓柱體中具有一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽的深度小于所述圓柱體的高度；步驟3:用三氯化硼氣體對所述光刻圖形和藍寶石襯底進行多次干法主刻蝕，以使對應所述光刻圖形的藍寶石襯底形成圓柱體，并當所述光刻圖形暴露出所述藍寶石襯底形成的圓柱體，停止刻蝕；步驟4:利用三氯化硼氣體和氬氣體進行干法過刻蝕，以使所述藍寶石襯底形成圖形化襯底，所述圖形化襯底具有陣列分布的皇冠型結構，所述皇冠型結構的中心頂部為三角圓錐形；步驟5:去掉殘余的光刻膠，并將所述圖形化襯底清洗干凈。進一步的，所述藍寶石襯底的尺寸為2英寸或4英寸。進一步的，所述光刻膠是厚度為1.6 3.0微米的正性光刻膠。進一步的，所述曝光時間為150 300毫秒。進一步的，所述烘烤溫度為120_150°C，烘烤時間為5-10分鐘。進一步的，所述干法主刻蝕進行的刻蝕次數(shù)隨所述光刻膠厚度的增加而增多。進一步的，所述干法主刻蝕的刻蝕參數(shù)為:每次刻蝕時間為360 1080秒，間隔時間為20秒，腔體氣壓為2.7毫托 4.7毫托，上電極功率為1200瓦 3600瓦，內(nèi)外圈電流比為5 15。進一步的，所述干法過刻蝕分兩步進行，第一步刻蝕的參數(shù)為:三氯化硼氣體和氬氣體的流量比為100: 10，刻蝕時間為360 1080秒，下電極功率為40瓦 120瓦，第二步刻蝕的參數(shù)為:三氯化硼氣體和氬氣體的流量比為10: 100，刻蝕時間為O 360秒，下電極功率為140 420瓦。進一步的，所述皇冠型結構等距離排列分布。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明公開的一種同心圓掩膜版，由于所述同心圓掩膜版由在同一光刻板上陣列分布的同心圓構成，每個所述同心圓由內(nèi)向外依次具有內(nèi)圓、中間環(huán)和外圓環(huán)，每個所述同心圓的內(nèi)圓和外圓環(huán)對應的部分不透光，所以簡化了制作CPSS的工藝，從原來的Si02淀積和2次曝光簡化為所述同心圓掩膜版一次曝光，操作簡單，降低了成本，對曝光后的藍寶石襯底進行干法刻蝕，便完成了具有CPSS的圖形化襯底的制造，避免了原來的光刻圖形套刻無法準確控制的問題，解決了生產(chǎn)的可重復性，非常適用于大生產(chǎn)。而通過本發(fā)明的制造方法獲得的圖形化襯底可提高GaN基LED發(fā)光效率。
圖1為本發(fā)明一實施例的同心圓掩膜版的結構示意圖；圖2為圖1中一同心圓的結構示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例的圖形化襯底的制造方法的流程示意圖；圖4a至圖4f為本發(fā)明一實施例的圖形化襯底的制造方法過程中的器件結構示意圖；圖4g為本發(fā)明一實施例的圖形化襯底的制造方法形成的器件的效果圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。本發(fā)明提供一種同心圓掩膜版，如圖1所示，所述同心圓掩膜版包括一光刻板，所述光刻板上具有同心圓陣列，每個所述同心圓I由內(nèi)向外依次具有內(nèi)圓2、中間環(huán)3和外圓環(huán)4,每個所述同心圓I的內(nèi)圓2和外圓環(huán)4對應的部分不透光。所述內(nèi)圓2和外圓環(huán)4對應的部分不透光是因為所述光刻板位于一石英基板上，所述石英基板透光，而在所述石英基板上對應所述同心圓I的內(nèi)圓2和外圓環(huán)4的地方鍍上一層不透光的材料如鉻等。具體的，如圖2所示，以下進行具體說明:所述同心圓I中的內(nèi)圓直徑Dl為0.8微米，所述同心圓I中的中間環(huán)外直徑D2為1.6微米,所述同心圓I中的外圓環(huán)外直徑D3為3.2微米,故所述同心圓I中的內(nèi)圓和外圓環(huán)內(nèi)直徑的間隙為0.4微米；或者所述同心圓I中的內(nèi)圓直徑Dl為I微米，所述同心圓I中的中間環(huán)外直徑D2為1.6微米,所述同心圓I中的外圓環(huán)外徑為3.2微米,故所述同心圓I中的內(nèi)圓和外圓環(huán)內(nèi)直徑的間隙為0.3微米；或者所述同心圓I中的內(nèi)圓直徑Dl為0.8微米，所述同心圓I中的中間環(huán)外直徑D2為1.4微米，所述同心圓I中的外圓環(huán)外直徑D3為3微米，故所述同心圓I中的內(nèi)圓和外圓內(nèi)直徑的間隙為0.3微米；或者所述同心圓I中的內(nèi)圓直徑Dl為I微米，所述同心圓I中的中間環(huán)外直徑D2為
1.4微米,所述同心圓I中的外圓環(huán)外直徑D3為3微米,故所述同心圓I中的內(nèi)圓和外圓內(nèi)直徑的間隙為0.2微米。因此，所述同心圓I中的內(nèi)圓直徑Dl為0.8-1微米，而所述同心圓I中的中間環(huán)外直徑D2為1.4-1.6微米，且所述同心圓I中的外圓環(huán)外直徑D3為3-3.2微米。并且所述同心圓I相鄰的距離SI相等。在本實施例中，上述各直徑的具體數(shù)值用于更好的說明和理解本發(fā)明，但不限定于本發(fā)明。利用所述的同心圓掩膜版，本發(fā)明還提供一種圖形化襯底的制造方法，參見圖3，并結合圖4a至圖4f，所述制造方法包括:步驟1:在藍寶石襯底5上涂布光刻膠6，如圖4a所示,所述藍寶石襯底5的尺寸為2英寸或4英寸，而所述光刻膠6是厚度為1.6 3.0微米的正性光刻膠。步驟2:利用所述的同心圓掩膜版對所述光刻膠6進行一次曝光，所述曝光時間為150 300毫秒(ms)，利用所述同心圓I的內(nèi)圓2和外圓環(huán)4對應的部分不透光的特性，使對應于所述同心圓掩膜版中的所述同心圓I的內(nèi)圓2和外圓環(huán)4的所述光刻膠仍存在，所述同心圓I未對應的光刻膠全部去除，暴露出所述藍寶石襯底5，而所述同心圓I的中間環(huán)對應的所述光刻膠部分去除，這是由于所述同心圓I中的內(nèi)圓和外圓內(nèi)直徑的間隙小，導致去除所述中間環(huán)對應的光刻膠的速度比去除所述同心圓I未對應的光刻膠的速度慢。之后，對仍存在的所述光刻膠顯影和烘烤，所述烘烤溫度為120-150°C，烘烤時間為5-10分鐘，以在所述光刻膠上形成光刻圖形7，所述光刻圖形7之間的間隔與所述同心圓I的間隔相同，所述光刻圖形7為圓柱體，所述圓柱體中具有一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽的深度Hl小于所述圓柱體的高度H2，如圖4b和4c所示，圖4b是利用所述的同心圓掩膜版對所述光刻膠6進行一次曝光后對應的器件結構示意圖，圖4c為圖4b對應的剖視圖。步驟3:利用三氯化硼氣體(BC13)先對所述光刻圖形7和藍寶石襯底5進行多次干法主刻蝕，以使對應所述光刻圖形7的藍寶石襯底被刻蝕成一圓柱體，當所述光刻圖形7一暴露出由所述藍寶石襯底5形成的圓柱體時，停止刻蝕，如圖4d所示，每次刻蝕時間為360 1080s (優(yōu)選為720s)，間隔為20s，腔體氣壓為2.7毫托 4.7毫托(優(yōu)選為3.7毫托)，上電極功率為1200瓦 3600瓦(優(yōu)選為2400瓦)，內(nèi)外圈電流比為5 15 (優(yōu)選為10)。對應步驟I中的光刻膠厚度的不同，利用BC13氣體進行干法主刻蝕的次數(shù)可以調(diào)整，如光刻膠厚度為1.6微米時，步驟3的干法主刻蝕為3次，如光刻膠厚度為3.0微米時，步驟3的干法主刻蝕為5次，其他參數(shù)不變。步驟4:利用流量比為100: 10的BC13氣體和氬氣體(Ar)進行干法過刻蝕，刻蝕時間為360 1080秒(s)(優(yōu)選為720s)，下電極功率為40瓦 120瓦(優(yōu)選為80瓦)，再利用流量比為10: 100的BC13氣體和氬氣體(Ar)進行干法過刻蝕，刻蝕時間為0 360s (優(yōu)選為180s)，下電極功率為140 420瓦(優(yōu)選為280瓦)，以使所述藍寶石襯底5形成圖形化襯底8，所述圖形化襯底8具有陣列分布的皇冠型結構9，所述皇冠型結構9的中心頂部為近似三角圓錐形10，在所述三角圓錐形10的頂部還殘留所述光刻膠6，如圖4e所示。步驟5:繼續(xù)用濃硫酸和過氧化氫(H2O2)的混合溶液去掉殘余的光刻膠6，并將所述圖形化襯底8清洗干凈，如圖4f和圖4g。在完成步驟I至5之后，形成了本發(fā)明所公開的一種所述圖形化襯底8，所述圖形化襯底8用于提高GaN基LED芯片的發(fā)光效率，如圖4f所示，所述圖形化襯底8具有陣列分布的皇冠型結構9，所述皇冠型結構9的中心頂部為三角圓錐形10。具體的，所述圖形化襯底8的尺寸為2英寸或4英寸。由于所述同心圓I相鄰的距離為SI，故所述圖形化襯底8形成的所述皇冠型結構9按照間隔SI等距離排列分布，且所述皇冠型結構9的底部圓心、所述三角形10的底部圓心與所述同心圓I中的內(nèi)圓2圓心在俯視方向上重合。因此運用所述的同心圓掩膜版，可以簡化制作CPSS的工藝，從原來的Si02淀積和2次曝光簡化為所述同心圓掩膜版一次曝光，操作簡單，降低了成本，對曝光后的藍寶石襯底進行干法刻蝕，便完成了具有CPSS的圖形化襯底的制造，避免了原來的光刻圖形套刻無法準確控制的問題，解決了生產(chǎn)的可重復性，非常適用于大生產(chǎn)。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種同心圓掩膜版，包括:一光刻板，所述光刻板上具有同心圓陣列，每個所述同心圓由內(nèi)向外依次具有內(nèi)圓、中間環(huán)和外圓環(huán)，每個所述同心圓的內(nèi)圓和外圓環(huán)對應的部分不透光。
2.如權利要求1所述的同心圓掩膜版，其特征在于，所述同心圓相鄰的距離相等。
3.如權利要求1所述的同心圓掩膜版，其特征在于，所述同心圓中的內(nèi)圓直徑為0.8-1微米。
4.如權利要求1所述的同心圓掩膜版，其特征在于，所述同心圓中的中間環(huán)外直徑為1.4-1.6 微米。
5.如權利要求1所述的同心圓掩膜版，其特征在于，所述同心圓中的外圓環(huán)外直徑為3-3.2微米。
6.一種利用權利要求1至5中任意一項所述的同心圓掩膜版制造的圖形化襯底，其特征在于， 所述圖形化襯底具有陣列分布的皇冠型結構，所述皇冠型結構的中心頂部為三角圓錐形。
7.如權利要求6所述的圖形化襯底，其特征在于，所述皇冠型結構等距離排列分布。
8.如權利要求6所述的圖形化襯底，其特征在于，所述藍寶石襯底的尺寸為2英寸或4英寸。
9.一種圖形化襯底的制造方法，所述制造方法包括: 步驟1:在藍寶石襯底上涂布光刻膠； 步驟2:利用如權利要求1至5中任意一項所述的同心圓掩膜版對所述光刻膠進行曝光，并對所述光刻膠顯影和烘烤，以在所述光刻膠上形成光刻圖形，所述光刻圖形為圓柱體，所述圓柱體中具有一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽的深度小于所述圓柱體的高度； 步驟3:利用三氯化硼氣體對所述光刻圖形和藍寶石襯底進行多次干法主刻蝕，以使對應所述光刻圖形的藍寶石襯底形成圓柱體，并當所述光刻圖形暴露出所述藍寶石襯底形成的圓柱體，停止刻蝕； 步驟4:利用三氯化硼氣體和氬氣體進行干法過刻蝕，以使所述藍寶石襯底形成圖形化襯底，所述圖形化襯底具有陣列分布的皇冠型結構，所述皇冠型結構的中心頂部為三角圓錐形； 步驟5:去掉殘余的光刻膠，并將所述圖形化襯底清洗干凈。
10.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述藍寶石襯底的尺寸為2英寸或4英寸。
11.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述光刻膠是厚度為1.6 3.0微米的正性光刻膠。
12.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述曝光時間為150 300毫秒。
13.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述烘烤溫度為120-150°C，烘烤時間為5-10分鐘。
14.如權利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述干法主刻蝕進行的刻蝕次數(shù)隨所述光刻膠厚度的增加而增多。
15.如權利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述干法主刻蝕的刻蝕參數(shù)為:每次刻蝕時間為360 1080秒，間隔時間為20秒，腔體氣壓為2.7毫托 4.7毫托，上電極功率為1200瓦 3600瓦，內(nèi)外圈電流比為5 15。
16.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述干法過刻蝕分兩步進行，第一步刻蝕的參數(shù)為:三氯化硼氣體和氬氣體的流量比為100: 10，刻蝕時間為360 1080秒，下電極功率為40瓦 120瓦，第二步刻蝕的參數(shù)為:三氯化硼氣體和氬氣體的流量比為10: 100，刻蝕時間為O 360秒，下電極功率為140 420瓦。
17.如權利要求9所述的圖 形化襯底，其特征在于，所述皇冠型結構等距離排列分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種同心圓掩膜版，包括一光刻板，所述光刻板上具有同心圓陣列，每個所述同心圓由內(nèi)向外依次具有內(nèi)圓、中間環(huán)和外圓環(huán)，每個所述同心圓的內(nèi)圓和外圓環(huán)對應的部分不透光。本發(fā)明還提供一種利用所述的同心圓掩膜版制造的圖形化襯底，所述圖形化襯底具有陣列分布的皇冠型結構，所述皇冠型結構的中心頂部為三角圓錐形。以及本發(fā)明還提供一種圖形化襯底的制造方法。本發(fā)明利用同心圓掩膜版可以簡化皇冠型結構的圖形化襯底的制造流程，降低成本的同時，避免量產(chǎn)時由于光刻圖形套刻無法準確控制所造成的刻蝕后皇冠形貌差異、甚至變形所帶來的片間重復性問題。
文檔編號G03F1/54GK103197502SQ20131006861
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權日2013年3月4日
發(fā)明者繆炳有, 黃宏嘉, 張汝京 申請人:西安神光安瑞光電科技有限公司, 西安神光皓瑞光電科技有限公司