专利名称：用于制备led芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底的利记博彩app
技术领域：
本实用型新属于LED制造工艺技术领域，尤其涉及一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底。
背景技术：
LED的结构已趋于成熟和完善，但可用于GaN(氮化镓)基LED的衬底材料却寥寥无几，可用于商业化的衬底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用蓝宝石和碳化硅两种衬底材料，其中蓝宝石材料由于具有化学稳定性好、生产技术相对成熟等优势而应用最为广泛，但用蓝宝石材料作为GaN基LED的衬底也存在很多问题，首先蓝宝石材料存在晶格失配和热应力失配，所述的晶格失配和热应力失配不仅会在外延材料中产生大量的缺陷，而且还会给后续器件的加工增加额外的困难；其次蓝宝石材料的导热性能也不太好，而为了将LED芯片产生的热量通过蓝宝石衬底导出，通常需要将蓝宝石衬底的厚度由400-500um减薄到IOOum以内(当然，对蓝宝石衬底材料减薄的另一个目的是为了后续切割的方便)，·由于蓝宝石衬底的硬度却仅次于金刚石，这一缺点无疑大大增加了减薄工艺的时间成本和金钱成本；再有，近年来为了迎接LED发光亮度的挑战，将LED的应用领域扩大到通用照明领域，需要制作出各种各样的图形化的蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate,PSS)或光子晶体，而要在较高硬度的蓝宝石衬底上制作所述的PSS衬底或光子晶体，需要昂贵的设备，无疑增加了困难和成本，不仅如此，由于外延材料生长的要求，衬底图形之间的间距不能太小，这就减少了散射或漫反射界面的面积，进而限制了图形化的蓝宝石衬底彻底提高LED发光亮度作用的发挥。虽可以通过在PSS衬底的图形表面增加纳米粗化结构来进一步增加散射或漫反射界面的面积，从而更有效地提高LED的发光亮度，然而再做纳米粗化结构的工艺较为复杂，且不够成熟。银酸锂(Lithium Niobate,LiNb03)晶体是一种通用型人工合成晶体,银酸锂晶体之所以受到广泛的关注是因为它是目前人们所发现的光子学性能最多、综合指标最好的晶体。与蓝宝石相比，铌酸锂晶体的晶格结构和热膨胀系数与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更匹配，且其硬度既能满足芯片加工过程中的工艺窗口，又没有蓝宝石衬底的硬度那么高。因此，铌酸锂晶体作为LED的衬底，将会降低外延材料中的各种缺陷，也会降低后续器件加工的难度，同时还会降低减薄工艺的时间成本和金钱成本。但是，铌酸锂晶体被用于制作集成电路中某些器件时，刻蚀速率比较低，且不易形成光滑的表面，其原因是人们通常采用氟基等离子体对铌酸锂晶体进行刻蚀，在刻蚀过程中铌酸锂晶体的表面会形成一层氟化锂颗粒，氟化锂颗粒不但会阻碍氟基等离子体对铌酸锂晶体的进一步刻蚀，而且还会在铌酸锂晶体表面形成一层粗糙的颗粒。因此，铌酸锂晶体被氟基等离子体刻蚀而在铌酸锂晶体的表面形成氟化锂颗粒成为集成电路中的一个缺陷。而在LED领域中，常常用粗化技术来提高LED的出光率。如果能克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，并且能利用被氟基等离子体刻蚀而不易形成光滑的铌酸锂晶体表面的现象制造铌酸锂衬底，将所述的不光滑的铌酸锂衬底作为LED的衬底用于LED领域却是一个优点。但是，在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的同时，合理的利用被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。
实用型新内容本实用型新的目的是提供一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，即可以克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，又可以解决被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。为了解决上述问题，本实用型新提出一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。 进一步的，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何一种或几种的阵列排列形成。由上述技术方案可见，本实用型新与传统制备图形化的蓝宝石衬底的工艺相比，本实用型新公开的用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，具有以下方面的优势首先，在铌酸锂晶体材料选择上，一是铌酸锂晶体材料的晶格结构和热膨胀系数与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更为匹配，能够降低外延材料中的缺陷密度，二是铌酸锂晶体的硬度比蓝宝石低，可以降低减薄工序的时间成本和金钱成本，三是采用铌酸锂晶体作为LED的衬底，可通过简单的工艺得到蓝宝石衬底不容易得到的图形表面粗化的图形化衬底，在不给外延生长增加额外的困难的前提下，更有效地提高LED的发光亮度。其次，在制造方法上，容易使用氟基等离子体和氧等离子体交替循环刻蚀，解决了铌酸锂刻蚀速率低的问题，提高了生产效率，最后氟基等离子体刻蚀可自然地在铌酸锂衬底表面形成纳米颗粒，而对铌酸锂衬底进行表面粗化，无需特殊工艺，节约了制作纳米粗糙结构所用的成本。并且，掩膜图形可在刻蚀过程中逐渐消失，无需特殊的工艺去除，也节约了大量的成本。最后，在提高LED发光亮度的效果上，当将图形化结构的表面具有纳米粗糙结构的铌酸锂衬底用于LED制造领域时，由于用于散射或漫反射的界面面积的增加，可提高其出光率，因此，在提高LED的发光亮度方面有更大的发展空间。
图I为本实用型新一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法流程；图2A至图2H为本实用型新一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法的剖面结构示意图；图3为实施例一不规则图形的结构示意图；图4为实施例二不规则图形的结构示意图；图5为实施例三不规则图形的结构示意图；[0017]图6为实施例四不规则图形的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用型新的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本实用型新的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用型新。但是本实用型新能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用型新内涵的情况下做类似推广，因此本实用型新不受下面公开的具体实施的限制。其次，本实用型新利用示意图进行详细描述，在详述本实用型新实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用型新保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。参见图1，本实用型新所提供的一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法流程为步骤I :提供一表面平坦的铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面制作一掩膜图形；步骤2 :以所述掩膜图形为掩膜，采用氟基等离子体对掩膜图形及所述铌酸锂衬底进行同步刻蚀；步骤3 :采用氧等离子体对所述铌酸锂衬底进行刻蚀，以清除形成在所述铌酸锂衬底上的氟化锂颗粒；步骤4 :多次重复步骤2至步骤3，直至所述掩膜图形全部消失；步骤5 :继续采用氟基等离子体刻蚀所述铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒，以形成具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。下面以图I所示的方法流程为例，结合附图2A至2H，对一种具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法的制作工艺进行详细描述。步骤I :提供一表面平坦的铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面制作一掩膜图形。参见图2A，首先，提供一表面平坦的铌酸锂衬底1，所述铌酸锂衬底I采用铌酸锂晶体制作而成。其次，在所述铌酸锂衬底I表面制作一掩膜图形2。在所述铌酸锂衬底I表面制作所述掩膜图形2的步骤包括采用蒸发或溅射或等离子体增强化学气象沉积(PECVD)的方式，在所述铌酸锂衬底表面形成一掩膜层；利用光刻工艺在所述掩膜层表面形成图案化的光刻胶；以所述图案化的光刻胶为掩膜，采用等离子刻蚀工艺刻蚀所述掩膜层，以形成所述掩模图形；去除所述图案化的光刻胶。所述掩膜图形2使用的材料可以为金属，也可以为非金属，所述金属可以为镍或铬中的任何一种，而所述非金属可以为二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或光刻胶。所述掩模图形2为周期性图形的阵列，所述掩模图形2的周期性图形4的俯视截面可以为圆形、扇形、多边形或不规则图形中的任何一种。优选的，本实用型新实施例中所述掩膜图形2使用的材料为光刻胶，所述的光刻胶的厚度为3um，通过光刻工艺制作出所述掩膜图形2，所述掩膜图形2的俯视截面为圆形，其中，所述掩膜图形2的底面直径为lum-5um，优选的，所述掩膜图形2的底面直径为
2.5um，所述掩模图形2的周期性图形4的间距Dl为2um_10um，优选的，间距Dl为3um，形成如图2A所示的具有掩膜图形的铌酸锂衬底示意图。由于铌酸锂晶体材料的晶格结构和热膨胀系数与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更为匹配，能够降低外延材料中的缺陷密度，且铌酸锂晶体的硬度比蓝宝石低，可以降低减薄工序的时间成本和金钱成本；还有可通过简单的工艺得到蓝宝石衬底不容易得到的图形表面粗化的图形化衬底，在不给外延生长增加额外的困难的前提下，选择铌酸锂晶体材料作为制造LED衬底的材料，能更有效地提高LED的发光亮度。步骤2 :以所述掩膜图形为掩膜，采用氟基等离子体对掩膜图形及所述铌酸锂衬底进行同步刻蚀。参见图2B，以所述掩膜图形2为掩膜，采用氟基等离子体刻蚀所述铌酸锂衬底1，同步刻蚀所述掩膜图形2，经过一次氟基等离子体刻蚀后，会在所述铌酸锂衬底I的表面上 形成一层氟化锂颗粒3，并且所述铌酸锂衬底I被部分刻蚀出一圆柱形6，所述氟化锂颗粒3阻碍氟基等离子体对所述铌酸锂衬底I的进一步刻蚀，从而降低了所述铌酸锂衬底I的刻蚀速率。所述氟基等离子体是由含氟元素的气体辉光放电产生的高密度等离子体，所述含氟元素的气体可以是SF6(六氟化硫)、CHF3(三氟甲烷)和CF4(四氟化碳)中的任何一种或多种。所述氟基等离子体刻蚀采用的含氟元素的气体为CF4，CF4的流量为40sccm-80sccm, ICP-Power (电感稱合等离子体源功率)为 3OOw-6OOw (瓦),RF-Power (射频功率)为250w-300w,腔室压力为15mtorr-30mtorr (豪托)，衬底温度设定为O0C -200C (度)，刻蚀时间为3min-5min (分钟)，优选地，CF4的流量为60sccm, ICP-Power为500w，RF-Power为280w，腔室压力为15mtorr，衬底温度设定为20°C，刻蚀时间为3min，形成如图2B所示的经氟基等离子体刻蚀后的铌酸锂衬底示意图。步骤3 :采用氧等离子体对所述铌酸锂衬底进行刻蚀，以清除形成在所述铌酸锂衬底上的氟化锂颗粒。参见图2C，采用氧等离子体对形成有所述氟化锂颗粒3的铌酸锂衬底I进行刻蚀，可以清除所述铌酸锂衬底I表面沉积的氟化锂颗粒3。所述氧等离子体是由氧气辉光放电产生的高密度等离子体。所述氧等离子体刻蚀采用的含氧元素的气体为氧气(O2)，O2的流量为20sccm-40sccm，ICP-Power为300w_600w，RF-Power为Ow-lOOw，腔室压力为10mtorr-20mtorr，衬底温度设定为(TC _20°C，刻蚀时间为 30sec_50sec(秒)，优选的，O2 的流量为 30sccm, ICP-Power 为 500w, RF-Power 为 Ow,腔室压力为15mton■，衬底温度设定为20°C，刻蚀时间为30sec，形成如图2C所示的经氧等离子体处理后的铌酸锂衬底示意图。步骤4 :多次重复步骤2至步骤3，直至所述掩膜图形全部消失。重复步骤2采用氟基等离子体刻蚀铌酸锂衬底1，并在被刻蚀的铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒3，所述的氟基等离子体刻蚀工艺参数请参见步骤2，在此不再一一赘述；重复步骤3采用氧等离子体对形成有氟化锂颗粒3的铌酸锂衬底进行刻蚀，清除氟化锂颗粒3，所述的氧等离子体刻蚀工艺参数请参见步骤3，在此不再一一赘述。然后，继续重复步骤2和步骤3对所述铌酸锂衬底进行多次循环刻蚀，直至所述铌酸锂衬底I表面上的所述掩膜图形2全部消失，形成如图2F所示的铌酸锂衬底。其中，在步骤2至步骤4的整个刻蚀过程中，从剖面示意图来看，所述掩膜图形2的变化过程是所述掩膜图形2由柱形变为上部分4有倒角结构而下部分5仍为柱形结构(由图2A变到图2B、图2C);所述掩膜图形2再由上部分4为有倒角结构变为锥形结构而下部分5仍为柱形(由图2C变到图2D);所述掩膜图形2的上部分4为锥形结构的底面直径逐渐变小而导致所述掩膜图形2的下部分5为柱形变为有倒角结构(由图2D变到图2E)，随后所述掩膜图形2的上部分4为锥形结构完全消失而下部分由倒角结构变为锥形结构(由图2E变到图2F，图2E为柱形掩膜图形完全变成具有锥形掩膜图形时的铌酸锂衬底示意图)；所述掩膜图形2的下部分5为锥形结构的底面直径逐渐变小，直至最后，所述掩膜图形2完全消失(由图2F变到图2G)。随着所述掩膜图形2消失过程，所述铌酸锂衬底的图形的变化过程和所述掩膜图形的变化过程相似，由圆柱形6变成上部分有倒角图形和下部分为圆柱形两部分构成的结构，经过中间变化过程，形成如图2G所示的图形。如图2G所示的具有图形化结构的铌酸锂衬底I。所述图形化结构的铌酸锂衬底表面所形成的结构6’可以由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何一种或几种阵列排列形成，所述结构6’为周期性图形的阵列，且相邻结构6’之间的间距D2为 2um-10um,优选的，间距D2为3um。其中，所述结构6’可以如图3所示的不规则图形的阵列，图3所示的不规则图形为成阶梯状的多棱锥形；所述结构6’也可以如图4所示的不规则图形的阵列，图4所示的不规则图形为成阶梯状的圆台形；所述结构6’还可以如图5所示的不规则图形的阵列，图5所示的不规则图形为沿竖直方向在规则的圆锥形的侧面制作一个以上的凹槽；所述结构6’也还可以如图6所示的不规则图形的阵列，图6所示的不规则图形为在沿竖直方向规则的三棱锥形的侧面制作一个以上的凹槽。本发明虽然以图3至图6所示的实施例公开如上不规则图形，但其并不是用来限定权利要求，因此，所述的不规则图形可以根据实际工艺需要进行图形的组合，以便取得较佳的结构6’。由于氟基等离子体和氧等离子体可在同一设备中产生，且比较容易实现，因此容易使用氟基等离子体和氧等离子体交替循环刻蚀，解决了铌酸锂刻蚀速率低的问题，提高了生产效率；并且，掩膜图形可在刻蚀过程中逐渐消失，无需特殊的工艺去除，也节约了大量的成本。步骤5 :继续采用氟基等离子体刻蚀所述铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒，以形成具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。参见图2H，所述掩膜图形2完全消失之后，继续采用氟基等离子体对所述具有图形化结构的铌酸锂衬底进行刻蚀，可自然地在所述具有图形化结构的铌酸锂衬底I表面形成氟化锂颗粒，而对铌酸锂衬底进行表面粗化，从而在所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。将形成具有图形化结构的铌酸锂衬底用于制作LED芯片时，可进一步增加散射或漫反射界面的面积，提高其出光率，从而更有效地提高LED的发光亮度，却无需特殊工艺，节约了制作纳米粗糙结构所用的成本。此处所述的氟基等离子体刻蚀工艺参数请参见步骤2，在此不再一一赘述。基于所述的具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的铌酸锂衬底的表面为纳米粗糙结构。相比于现有技术，本实用型新采用铌酸锂晶体制作所述铌酸锂衬底，由于铌酸锂晶体的硬度比蓝宝石低，故可以通过简单的工艺对铌酸锂衬底进行图形化，并对其表面进行粗化，可以降低减薄工序的时间成本和金钱成本。因此，本实用型新提出一种具有图形化结构的铌酸锂衬底，以掩模图形为掩膜刻蚀所述铌酸锂衬底，在全部刻蚀去除所述掩模图形后再次进行表面粗化过程后，在所述铌酸锂衬底表面形成图形化结构，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何一种或几种的阵列排列形成，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构，从而进一步增加散射或漫反射界面的面积，提高其出光率，且更有效地提高LED的发光亮度，却无需特殊工艺，节约了制作纳米粗糙结构所用的成本。当将具有图形化结构的铌酸锂衬底用于LED制造领域时，由于散射或漫反射的界面面积的增加，可提高其出光率，因此，在提高LED的发光亮度方面有更大的发展空间。本实用型新虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本·领域技术人员在不脱离本实用型新的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用型新的保护范围应当以本实用型新权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，其特征在于，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。
2.如权利要求I所述的具有图形化结构的铌酸锂衬底，其特征在于，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形中的任何一种或几种的阵列排列形成。
专利摘要本实用型新提供一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。本实用型新可降低外延材料中的缺陷密度和LED的生产成本，能更有效地提高LED的发光亮度。
文档编号H01L33/22GK202797054SQ20122032377
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者丁海生, 李东昇, 马新刚, 江忠永, 张昊翔, 王洋, 李超 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司