凹坑型PSS的重复利用方法、复合衬底及LED外延片与流程

凹坑型pss的重复利用方法、复合衬底及led外延片
技术领域
1.本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种凹坑型pss的重复利用方法、复合衬底及led外延片。


背景技术：

2.蓝宝石衬底具有熔点高、硬度大、透光率高、工艺成熟、成本低等特点，是led市场最主要的衬底材料，目前95％以上蓝绿gan基led外延片使用图形化蓝宝石衬底(patterned sapphire substrates，pss)做基板材料。
3.而在刻蚀过程中，因胶柱不合规、工艺配方调整不恰当、刻蚀机台报警等异常，pss图形底部会产生凹坑，凹坑型pss将增加外延客户端的使用风险，降低了产品有效出货率、提高了制造成本。


技术实现要素：

4.本发明提供一种凹坑型pss的重复利用方法、复合衬底及led外延片，将产生凹坑的pss进行再加工成可以重新使用的衬底，提高产品有效出货率，降低制造成本。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种凹坑型pss的重复利用方法，包括：
6.提供图形化衬底，图形化衬底包括基板以及形成在基板表面上的多个凸起微结构和多个凹坑，凹坑围绕凸起微结构；
7.在图形化衬底上形成一层异质层；
8.图案化异质层，形成多个异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑。
9.可选地，在图形化衬底上形成一层异质层，包括：
10.采用化学气相沉积工艺，以小于10nm/min的沉积速率和小于1.2mt的腔室压力，沉积异质层。
11.可选地，在图形化衬底上形成一层异质层之后，还包括：
12.涂覆光刻胶，在异质层上涂覆形成光刻胶层；
13.图案化异质层，形成多个异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑，包括：
14.对光刻胶层进行曝光显影，形成多个光刻胶胶柱，光刻胶胶柱在基板所在平面的垂直投影，一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑在基板所在平面的垂直投影；
15.以光刻胶胶柱为掩膜，对异质层进行刻蚀，直至凸起微结构之间的区域裸露出基板表面。
16.可选地，以光刻胶胶柱为掩膜，对异质层进行刻蚀，直至凸起微结构之间的区域裸露出基板表面之后，还包括：
17.采用有机清除残余光刻胶柱。
18.可选地，提供图形化衬底之前，包括：
19.对图形化衬底进行检测，筛选出凹坑的宽度大于35nm，深度大于15nm的图形化衬底。
20.第二方面，本发明实施例还提供了一种图形化复合衬底，包括：
21.基板，基板表面形成有多个凸起微结构和多个凹坑，凹坑围绕凸起微结构；
22.异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑。
23.可选地，异质图案结构包括侧壁部和平面部，侧壁部覆盖于凸起微结构的侧壁上，平面部覆盖于凹坑以及基板表面中位于凸起微结构之间的至少部分区域；
24.侧壁部的厚度大于平面部在基板表面上的高度。
25.可选地，侧壁部的厚度范围为50～300nm，平面部在基板表面上的高度范围为20～100nm。
26.可选地，相邻的异质图案结构的间距为w1与相邻的凹坑的间距为w2满足：w1：w2＞50％。
27.可选地，凸起微结构的底宽范围为1.5～4.5μm，高度范围为1.0～3.0μm。
28.可选地，凸起微结构具有侧壁弧度，且侧壁凸起高度范围为80～200nm。
29.可选地，凸起微结构在基板表面的占空比大于80％。
30.第三方面，本发明实施例还提供了一种led外延片，包括第二方面的图形化复合衬底。
31.本发明实施例提供的图形化衬底包括基板以及形成在基板表面上的多个凸起微结构和多个凹坑，凹坑围绕凸起微结构；在图形化衬底上形成一层异质层；图案化异质层，形成多个异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑。本发明实施例解决了在生产作业中产生凹坑的pss无法继续使用，提高制备成本的问题，能够将产生凹坑的pss进行再加工成可以重新使用的衬底，提高产品有效出货率，降低制造成本。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的一种凹坑型pss的重复利用方法流程图；
33.图2是图1所示凹坑型pss重复利用方法的结构流程图；
34.图3是图2的a)图所示图形化衬底的俯视图；
35.图4是本发明实施例提供的另一种凹坑型pss的重复利用方法流程图；
36.图5是图4所示凹坑型pss重复利用方法的结构流程图；
37.图6是本发明实施例提供的一种图形化复合衬底的结构示意图；
38.图7是本发明实施例提供的一种led外延片的结构示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
40.图1是本发明实施例提供的一种凹坑型pss的重复利用方法流程图，图2是图1所示凹坑型pss重复利用方法的结构流程图，参考图1和图2，该凹坑型pss的重复利用方法包括：
41.s110、提供图形化衬底，图形化衬底包括基板10以及形成在基板10表面上的多个凸起微结构11和多个凹坑12，凹坑12围绕凸起微结构11；
42.参考图2的a)图，该图形化衬底为蓝宝石衬底，也可以是硅、碳化硅、氮化镓等材料形成的图形化衬底，该图形化衬底上有多个凸起微结构11和多个凹坑12，图3是图2的a)图所示图形化衬底的俯视图，参考图2的a)图和图3，凹坑12由刻蚀衬底形成凸起微结构11时形成，其围绕凸起微结构11分布。此外，示例性地，该图2和图3所示实施例中凸起微结构11实质为圆锥形，而实际应用过程中，图形化衬底上的凸起微结构11也可以是圆台、棱锥、棱台等，在此不作限定。还需要说明的是，此图形化衬底中，凸起微结构11之间除围绕凸起微结构11的凹坑12外，还存在平整面即c面，用于在制备外延层时形成晶核生长外延。
43.s120、在图形化衬底上形成一层异质层13；
44.参考图2的b)图，异质层13实质是不同于图形化衬底的材料，具有透光、高介电性的性能，其可以是氧化物、氮化物、碳化物或单质，示例性地，氧化物可以是siox、zno、tiox、taox、hfo2、zrox、alox、gaox、mgox、baox、inox、sno2、liox、caox、cuox、irox、rhox、cdgeo、ingazno、znrho、gain2o4、lao、lacuo等，氮化物可以是sinx、tin、wn、cn、bn、lin、tion、sion、crn、crno等，碳化物可以是sic、hfc、zrc、wc、tic、crc等，单质则可以是金刚石、si、mo、cu、fe、ag、wu、ni、al等。
45.可选地，在图形化衬底上形成一层异质层13，包括：采用化学气相沉积工艺，以小于10nm/min的沉积速率和小于1.2mt的腔室压力，沉积异质层。采用以上沉积速率和腔室压力，能够使异质层材料对凹坑12进行有效填充。
46.s130、图案化异质层13，形成多个异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构11以及与凸起微结构11相邻的凹坑12。
47.参考图2的c)图，通过气相沉积法(pecvd)在凹坑型pss表面镀一层厚度50～300nm的异质薄膜，形成多个异质图案结构后的异质层13将凸起微结构11及凹坑12覆盖，覆盖图形并仍保持凸起图形形貌，而不是将间隙完全填满使表面趋向于平面。同样地，此处图案化后的相邻的异质图案结构，分别覆盖各自的凸起微结构11和凹坑12，而中间区域会裸露出图形化衬底上两个凸起微结构11之间的c面，以保证在利用该图形化复合衬底生长外延时，通过两个覆盖有异质图案结构的凸起微结构11之间的c面形成晶核生长外延。
48.由以上可知，本发明实施例提供的图形化衬底包括基板以及形成在基板表面上的多个凸起微结构和多个凹坑，凹坑围绕凸起微结构；在图形化衬底上形成一层异质层；图案化异质层，形成多个异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑。具体地，本发明实施例解决了在生产作业中产生凹坑的pss无法继续使用，提高制备成本的问题，能够将产生凹坑的pss进行再加工成可以重新使用的pss，提高产品有效出货率，降低制造成本。
49.图4是本发明实施例提供的另一种凹坑型pss的重复利用方法流程图，图5是图4所示凹坑型pss重复利用方法的结构流程图，参考图4和图5，该凹坑型pss的重复利用方法包括：
50.s210、对图形化衬底进行检测，筛选出凹坑的宽度大于35nm，深度大于15nm的图形
化衬底；
51.参考图5的d)图，当凹坑的宽度大于35nm，深度大于15nm时，图形化衬底10将增加外延客户端的使用风险，即判定无法出货，通过原子力显微镜(afm)进行检测，当检测到以上规格的图形化衬底时，进行图形化衬底的制备。
52.s220、提供图形化衬底，图形化衬底包括基板10以及形成在基板10表面上的多个凸起微结构11和多个凹坑12，凹坑12围绕凸起微结构11；
53.s230、在图形化衬底上形成一层异质层13；
54.s240、涂覆光刻胶，在异质层上涂覆形成光刻胶层14；
55.参考图5的f)图，在异质层13上采用正性光刻胶或负性光刻胶通过喷涂、旋涂等涂覆工艺形成光刻胶层14，厚度为2.0～4.0μm。
56.s251、对光刻胶层14进行曝光显影，形成多个光刻胶胶柱15，光刻胶胶柱15在基板30所在平面的垂直投影，一一对应覆盖凸起微结构11以及与凸起微结构11相邻的凹坑12在基板10所在平面的垂直投影；
57.参考图5的g)图，对准曝光，使得光刻胶胶柱15位于凸起微结构11以及四周凹坑12的正上方，需要强调的是，为了保证已被填充覆盖的凹坑12，不会再被二次刻蚀，光刻胶胶柱15的底膜宽度，大于等于凸起微结构11底部宽度与两侧凹坑12宽度的总和。
58.s252、以光刻胶胶柱15为掩膜，对异质层13进行刻蚀，直至凸起微结构11之间的区域裸露出基板10表面；
59.参考图5中的h)图，对异质层13的刻蚀过程可采用电感耦合等离子体(inductive coupled plasma，icp)等刻蚀工艺实现，本发明实施例针对具体地icp等离子刻蚀过程提供了具体地工艺参数。具体地，以光刻胶胶柱14作为掩膜体，采用纯三氯化硼(bcl3)气体作为刻蚀气体，气体流程为50sccm～90sccm，设置刻蚀机上电极功率为800w～1000w、下电极功率为300w～400w，腔体压强为1.5mt～4mt，刻蚀时间为5min～15min；此过程以纯物理轰击为主，以刚好刻蚀完c面的异质层13、暴露出c面为截止时间点。
60.s260、采用有机清除残余光刻胶柱14。
61.参考图5中的i)图，使用有机清洗去除残留的光刻胶，示例性的可以使用丙酮对光刻胶进行清洗，有机清洗后获得图形化复合衬底100结构。
62.由以上可知，本发明实施例中，先通过对图形化衬底进行检测，筛选出凹坑的宽度大于35nm，深度大于15nm的图形化衬底，在图形化衬底上形成一层异质层，在异质层上涂覆光刻胶形成光刻胶层，对光刻胶层进行曝光显影，形成多个光刻胶胶柱，需要注意的是，光刻胶胶柱在基板所在平面的垂直投影，一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑在基板所在平面的垂直投影，通过以上排布方式，可以使得光刻胶胶柱位于凸起微结构以及四周凹坑的正上方；以光刻胶胶柱为掩膜，对异质层进行刻蚀，直至凸起微结构之间的区域裸露出基板表面，采用有机清除残余光刻胶柱，最后获得图形化复合衬底，可实现凹坑型pss的再利用。具体地，本发明实施例可以解决pss产生凹坑后无法继续使用、降低产品的有效出货率、提高制造成本的问题，为凹坑型pss再利用提供了新的途径，可以将产生凹坑型的pss通过本发明实施例的重复利用方法得到可以重新使用的pss，提高了产品的有效出货率，降低了制造成本。
63.基于同一发明构思，图6是本发明实施例提供的一种图形化复合衬底100的结构示
意图。参考图6，该图形化复合衬底100包括：基板10，基板10表面形成有多个凸起微结构11和多个凹坑12，凹坑12围绕凸起微结构11；异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构11以及与凸起微结构11相邻的凹坑12。
64.可选地，异质图案结构包括侧壁部和平面部，侧壁部覆盖于凸起微结构11的侧壁上，平面部覆盖于凹坑12以及基板10表面中位于凸起微结构11之间的至少部分区域。
65.侧壁部的厚度r大于平面部在基板10表面上的高度h。
66.可选地，侧壁部的厚度r的范围为50～300nm，平面部在基板10表面上的高度h的范围为20～100nm。
67.具体地，平面部在基板表面上的高度h较低可以为外延层缓冲层的生长提供足够的纵向空间，另一方面，较大厚度的侧壁部厚度r有利于光子的多层折射、反射和逃逸。
68.可选地，相邻的异质图案结构的间距为w1与相邻的凹坑12的间距为w2满足：w1：w2＞50％。
69.具体地，w1：w2＞50％一方面为对准曝光提供足够的工艺窗口，另一方面w1为外延层缓冲层的生长提供足够的横向空间。
70.可选地，凸起微结构11的底宽范围n1为1.5～4.5μm，高度范围n2为1.0～3.0μm。
71.可选地，凸起微结构11具有侧壁弧度，且侧壁凸起高度范围为80～200nm。
72.可选地，凸起微结构11在基板10表面的占空比大于80％。
73.参考图6,凸起微结构11在基板10表面的占空比大于80％，说明凸起微结构11在基板10上具有更大的表面积，底部间隙小，此时在低压、低沉积速率条件下，活性粒子倾向于附着于凸起微结构11的上部，底部则相对较少，因此侧壁部的厚度r大于平面部在基板10表面上的高度h。
74.本发明实施例提供的图形化复合衬底，包括：基板，基板表面形成有多个凸起微结构和多个凹坑，凹坑围绕凸起微结构，异质图案结构，异质图案结构一一对应覆盖凸起微结构以及与凸起微结构相邻的凹坑，异质图案结构包括侧壁部和平面部，侧壁部覆盖于凸起微结构的侧壁上，平面部覆盖于凹坑以及基板表面中位于凸起微结构之间的至少部分区域，侧壁部的厚度大于平面部在基板表面上的高度，通过合理设计以上结构可实现对图形化复合衬底质量的改善。具体地，本发明实施例可以解决pss产生凹坑后无法继续使用、降低产品的有效出货率、提高制造成本的问题，为凹坑型pss再利用提供了新的途径，可以将产生凹坑型的pss通过本发明实施例的重复利用方法得到可以重新使用的衬底，提高了产品的有效出货率，降低了制造成本。
75.基于上述实施例提供的图形化复合衬底，本发明实施例还提供了一种led外延片，图7是本发明实施例提供的一种led外延片的结构示意图，参考图7，该led外延片包括本发明实施例提供的任意一种图形化复合衬底100以及形成于图形化复合衬底100上的外延层200。
76.对于在不同材质的异质微结构上形成外延层，需要不同的led外延片生长技术，而对于本发明实施例提供的图形化复合衬底100，led外延片上的外延层200可以是gan、algan外延层等。该led外延片因采用上述实施例提供的图形化复合衬底100，因而具备图形化复合衬底100同样的有益效果。
77.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，
本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。