一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底与流程

1.本发明涉及蓝宝石衬底技术领域，尤其涉及一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底。


背景技术：

2.近年来，半导体光电发展迅速，深紫外led在杀菌消毒、水净化等领域的关注度也越来越高，深紫外led通常以algan作为发光材料，而由于同质衬底的缺失，algan材料通常是外延在异质衬底蓝宝石上的，为了降低algan材料的位错密度，提高晶体质量，在生长algan材料之前往往要先在衬底上外延aln层，虽然aln层能够提高algan材料的晶体质量，但aln与蓝宝石存在较大的晶格失配和热失配问题，在生长过程中，aln薄膜很容易出现表面裂纹，进而影响外延质量。
3.目前使用蓝宝石衬底表面纳米图形化技术可以有效的减少因aln横向和纵向生长的速率问题造成的位错，申请号为cn202111637650.3的专利公开一种纳米图形化蓝宝石衬底结构，以光刻胶和sio2作为掩模，能够做出周期不超过1μm的图形化蓝宝石衬底，虽然可以减少位错，但是其工艺流程复杂，需要沉积sio2层，成本较高，同时无法解决生长过程中边缘裂纹问题，尤其是随着外延aln层厚度的增加，边缘裂纹会向中心延伸，极大的影响了产品的良率。
4.此外，申请号为cn202011398693.6的专利公开了一种防裂纹的aln外延层制造方法，在外延aln之前，通过刻蚀技术将衬底片距离边缘2~5mm的中心区域做成下凹，与边缘形成台阶，之后，在该下凹结构内生长缓冲层，之后，在缓冲层上生长aln外延层，以此来阻止边缘裂纹向内扩展，解决裂纹问题，但是没有从衬底的角度提高外延晶体的质量。
5.因此，开发一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力。


技术实现要素：

6.为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明提供一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底，既解决了外延生长边缘裂纹的问题，又提高了外延晶体的质量。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：s1：在表面洁净的蓝宝石衬底上通过旋涂法设置压印胶层；s2：通过纳米压印技术在步骤s1的所述压印胶层表面形成周期排布的凹坑结构；s3：通过旋涂法，利用边缘处理液对步骤s2的压印胶层进行边缘处理，使所述压印胶层的边缘减薄并形成第一台阶结构；s4：通过等离子体干法刻蚀技术，使步骤s3的压印胶层上的凹坑结构及第一台阶结构转移到所述蓝宝石衬底上，并在所述蓝宝石衬底表面形成周期排布的倒锥形凹坑，且
所述蓝宝石衬底边缘处的所述倒锥形凹坑靠近所述蓝宝石衬底中心的一侧形成第二台阶结构；s5：通过酸洗技术，对步骤s4得到的所述蓝宝石衬底进行清洗，得到所需的图形化蓝宝石衬底。
8.作为一种改进的方案，在步骤s1中，旋涂法旋涂时，所述蓝宝石衬底的转速为2000-4000rpm。
9.作为一种改进的方案，在步骤s2中，周期排布的所述凹坑结构的深度为300-800nm，直径为200-700nm。
10.作为一种改进的方案，在步骤s3中，利用边缘处理液对所述压印胶层进行边缘处理的具体步骤包括：s31：将步骤s2制得的所述蓝宝石衬底放置于可旋转的晶片载台上，并通过所述晶片载台调整所述蓝宝石衬底的转速；s32：在所述晶片载台的上部设置有喷头，所述喷头内设有边缘处理液，将所述喷头移动至所述蓝宝石衬底的边缘位置；s33：将所述喷头打开，通过所述喷头控制所述边缘处理液的出液流量，并对所述蓝宝石衬底上的压印胶层进行边缘处理，使所述压印胶层的边缘减薄，并形成所述的第一台阶结构；s34：将所述喷头关闭，通过所述晶片载台控制所述蓝宝石衬底继续旋转，并将所述压印胶层边缘处残余的边缘处理液甩干；s35：通过晶片载台控制所述蓝宝石衬底停止旋转，并将压印胶层边缘处理完成的蓝宝石衬底取下。
11.作为一种改进的方案，在步骤s31中，所述蓝宝石衬底的转速为500-5000rpm。
12.作为一种改进的方案，在步骤s32中，所述喷头的喷嘴内径为0.5-1.0mm。
13.作为一种改进的方案，在步骤s33中，所述喷头控制所述边缘处理液的出液流量为0.5-5ml/min；形成的所述第一台阶结构的宽度为0.5-1.0mm，深度为500-1000nm。
14.作为一种改进的方案，所述边缘处理液采用的是10%的四甲基氢氧化铵水溶液与98%的乙氧基乙酸乙酯的混合溶液，混合溶液按照体积的配比为10:1-1:1。
15.作为一种改进的方案，在步骤s4中，形成的所述倒锥形凹坑的开口处宽度为300-800nm，所述倒锥形凹坑的深度为500-800nm。
16.一种防裂纹蓝宝石衬底，所述防裂纹蓝宝石衬底通过所述的一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法加工而成，所述防裂纹蓝宝石衬底包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底表面周期排布有倒锥形凹坑，所述倒锥形凹坑的开口处宽度为300-800nm，所述倒锥形凹坑的深度为500-800nm；所述蓝宝石衬底边缘处的所述倒锥形凹坑靠近所述蓝宝石衬底中心的一侧设置有第二台阶结构，所述第二台阶结构的宽度为0.5-1.0mm，所述台阶结构的深度为500-1000nm。
17.采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过在蓝宝石衬底上设置压印胶层，压印胶层表面通过纳米压印技术周期排布凹
坑结构，之后，通过边缘处理液对压印胶层的边缘进行处理，使压印胶层的边缘减薄，并形成第一台阶结构，之后，在等离子体干法刻蚀技术的作用下，压印胶层的凹坑结构及第一台阶结构转移到蓝宝石衬底上，使蓝宝石衬底的表面形成周期排布的倒锥形凹坑，且在蓝宝石衬底边缘处的倒锥形凹坑靠近蓝宝石衬底中心的一侧形成第二台阶结构，通过倒锥形结构的凹坑便于外延aln层厚度的增加，提高了外延生长的质量，同时，通过在蓝宝石衬底边缘处的倒锥形凹坑靠近蓝宝石衬底中心的一侧形成的第二台阶结构，第二台阶结构处的外延生长与蓝宝石衬底的外延生长分开，避免了外延生长裂纹的出现，同时，整个工艺结构简单，无需沉积sio2层，制作成本低。
18.综上，本发明解决了外延生长边缘裂纹的问题，同时，提高了外延晶体的质量。
附图说明
19.图1是防裂纹蓝宝石衬底的制备方法步骤s1的结构示意图；图2是防裂纹蓝宝石衬底的制备方法步骤s2的结构示意图；图3是防裂纹蓝宝石衬底的制备方法步骤s3的剖视结构示意图；图4是防裂纹蓝宝石衬底的制备方法步骤s4-s5的结构示意图；其中，在图中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。
20.图中：1、蓝宝石衬底，2、压印胶层，3、凹坑结构，4、第一台阶结构，5、倒锥形凹坑，6、第二台阶结构。
具体实施方式
21.下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
22.如图1-图4所示，一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法，制备方法包括以下步骤：s1：在表面洁净的蓝宝石衬底1上通过旋涂法设置压印胶层2；其中，旋涂法为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人员公知常识，在此不再赘述，此外，在步骤s1中，旋涂法旋涂时，蓝宝石衬底1的转速为2000-4000rpm，并且设置的压印胶层2的厚度为300-800nm。
23.s2：通过纳米压印技术在步骤s1的压印胶层2表面形成周期排布的凹坑结构3；其中，纳米压印技术为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人员公知常识，在此不再赘述，此外，在步骤s2中，周期排布的凹坑结构3的深度为300-800nm，直径为200-700nm。
24.s3：通过旋涂法，利用边缘处理液对步骤s2的压印胶层2进行边缘处理，使压印胶层2的边缘减薄并形成第一台阶结构4；其中，在步骤s3中，利用边缘处理液对压印胶层2进行边缘处理的具体步骤包括：s31：将步骤s2制得的蓝宝石衬底1放置于可旋转的晶片载台上，并通过晶片载台调整蓝宝石衬底1的转速，蓝宝石衬底1的转速为500-5000rpm；此外，在上述s31步骤中，为达到理想的处理效果，通过对蓝宝石衬底1在不同转速状态下对压印胶层2边缘处理的效果，得到表一：
表一蓝宝石衬底旋转速度对压印胶层边缘处理效果的影响转速（rpm）50010002000300040005000处理效果一般好好好一般差由表一可知，当蓝宝石衬底1旋转速度在1000-3000rpm时，压印胶层2的边缘处理效果好；当旋转速度在500rpm时，由于转速较慢，不能很好的将边缘处理液甩出去，致使有一部分液体向压印胶层2中心方向侵蚀，导致压印胶层2的边缘出现轻微锯齿状；当旋转速度在4000rpm时，由于转速较快，蓝宝石衬底1旋转时的稳定性变差，同样导致压印胶层2边缘处理的边界处出现锯齿状；当旋转速度在5000rpm时，由于转速较快，蓝宝石衬底1旋转时的稳定性变差，同时，较高的旋转速度下，边缘处理液被甩飞出去，导致压印胶层2的边缘处理效果差；s32：在晶片载台的上部设置有喷头，喷头内设有边缘处理液，将喷头移动至蓝宝石衬底1的边缘位置，喷头的喷嘴内径为0.5-1.0mm；s33：将喷头打开，通过喷头控制边缘处理液的出液流量，并对蓝宝石衬底1上的压印胶层2进行边缘处理，使压印胶层2的边缘减薄，并形成的第一台阶结构4，喷头控制边缘处理液的出液流量为0.5-5ml/min；同时，形成的第一台阶结构4的宽度为0.5-1.0mm，深度为500-1000nm；此外，在上述s33步骤中，为达到理想的处理效果，通过调整边缘处理液的出液流量，分析出液流量对压印胶层2边缘处理效果的影响，得到表二：表二边缘处理液的出液流量对压印胶层边缘处理效果的影响由表二可知，当边缘处理液的出液流量在1-2ml/min时，边缘处理效果好，当边缘处理液的出液流量在0.5ml/min时，由于流量偏低，导致压印胶层2的边缘处理不充分，虽然压印胶层2的图形没有被破坏，但是处理与未处理的边界会出现轻微的锯齿状；当边缘处理液的出液流量在3ml/min时，由于流量偏高，导致处理过度的问题；当边缘处理液的出液流量在4ml/min及5ml/min时，由于流量高，压印胶层2的图形被边缘处理液冲击会出现图形脱落的问题；s34：将喷头关闭，通过晶片载台控制蓝宝石衬底1继续旋转，并将压印胶层2边缘处残余的边缘处理液甩干；s35：通过晶片载台控制蓝宝石衬底1停止旋转，并将压印胶层2边缘处理完成的蓝宝石衬底1取下；此外，边缘处理液采用的是10%的四甲基氢氧化铵水溶液与98%的乙氧基乙酸乙酯的混合溶液，混合溶液按照体积的配比为10:1-1:1。
25.s4：通过等离子体干法刻蚀技术，使步骤s3的压印胶层2上的凹坑结构3及第一台阶结构4转移到蓝宝石衬底1上，并在蓝宝石衬底1表面形成周期排布的倒锥形凹坑5，且蓝宝石衬底1边缘处的倒锥形凹坑5靠近蓝宝石衬底1中心的一侧形成第二台阶结构6；其中，等离子体干法刻蚀技术为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人
员公知常识，在此不再赘述；同时，在步骤s4中，形成的倒锥形凹坑5的开口处宽度为300-800nm，由于倒锥形凹坑5的开口处近似圆形，因此，此处的宽度可作为倒锥形凹坑5的直径尺寸，倒锥形凹坑5的深度为500-800nm。
26.s5：通过酸洗技术，对步骤s4得到的蓝宝石衬底1进行清洗，并清洗掉表面的杂质，得到所需的图形化蓝宝石衬底1。
27.综上，通过在蓝宝石衬底1上设置压印胶层2，压印胶层2表面通过纳米压印技术周期排布凹坑结构3，之后，通过边缘处理液对压印胶层2的边缘进行处理，使压印胶层2的边缘减薄，并形成第一台阶结构4，之后，在等离子体干法刻蚀技术的作用下，压印胶层2的凹坑结构3及第一台阶结构4转移到蓝宝石衬底1上，使蓝宝石衬底1的表面形成周期排布的倒锥形凹坑5，且在蓝宝石衬底1边缘处的倒锥形凹坑5靠近蓝宝石衬底1中心的一侧形成第二台阶结构6，通过倒锥形结构的凹坑便于外延aln层厚度的增加，提高了外延生长的质量，同时，通过在蓝宝石衬底1边缘处的倒锥形凹坑5靠近蓝宝石衬底1中心的一侧形成的第二台阶结构6，第二台阶结构6处的外延生长与蓝宝石衬底1的外延生长分开，避免了外延生长裂纹的出现，同时，整个工艺结构简单，无需沉积sio2层，制作成本低。
28.结合图4所示，一种防裂纹蓝宝石衬底，通过防裂纹蓝宝石衬底的制备方法加工而成，防裂纹蓝宝石衬底包括蓝宝石衬底1，蓝宝石衬底1表面周期排布有倒锥形凹坑5，倒锥形凹坑5的开口处宽度为300-800nm，倒锥形凹坑5的开口处近似圆形，倒锥形凹坑5的深度为500-800nm，通过倒锥形结构的凹坑便于外延aln层厚度的增加，提高了外延生长的质量；蓝宝石衬底1边缘处的倒锥形凹坑5靠近蓝宝石衬底1中心的一侧设置有第二台阶结构6，第二台阶结构6的宽度为0.5-1.0mm，台阶结构的深度为500-1000nm，通过设置第二台阶结构6，第二台阶结构6处的外延生长与蓝宝石衬底1的外延生长分开，避免了外延生长裂纹的出现。
29.综上可得，本发明解决了外延生长边缘裂纹的问题，同时，提高了外延晶体的质量。
30.应当理解，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。