蓝宝石基底图案化方法及蓝宝石基底与流程

本发明涉及显示器制造技术领域，特别涉及一种蓝宝石基底图案化方法，以及由该蓝宝石基底图案化方法制备而成的蓝宝石基底。

背景技术：

经图案化的蓝宝石基底生长出的发光二极管器件(lightemittingdiode，led)具备更高的寿命和出光率。这是因为在蓝宝石基底上制作出周期性的图案后，可以使得蓝宝石基底有效减少氮化镓外延层材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，提高内量子效率，减小反向漏电流，提高led的寿命；同时图案化的蓝宝石基底还可以改变光在氮化镓和蓝宝石界面间的传播方式，增加led光出射的几率，从而提高光的提取效率。

目前蓝宝石基底的图案化工艺通常需要预先在蓝宝石基底上形成一层图案化的掩蔽层，材料为氧化硅(sio2)或铬(cr)。然后采用刻蚀技术对掩蔽层未遮蔽的蓝宝石区域进行刻蚀，进而将掩蔽层的图形转移到蓝宝石基底上，最后再去除掩蔽层得到图案化的蓝宝石基底。该图案化工艺需要进行一次光刻工艺及两次刻蚀工艺，程序相对复杂，生产成本较高。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺相对简单且成本更低的蓝宝石基底图案化方法，具体包括如下技术方案：

一种蓝宝石基底图案化方法，包括如下步骤：

将有机硅溶液涂覆于印章的图案化表面上；

利用压印技术将所述有机硅溶液转印至蓝宝石基底的外表面，以在所述外表面上形成与所述图案化表面的图案相匹配的有机硅层；

对所述有机硅层进行分解处理，以使得所述有机硅层转化为氧化硅层；

刻蚀所述外表面上未被所述氧化硅层遮蔽的区域，以将所述氧化硅层的图案转移至所述蓝宝石基底的所述外表面上；

去除所述氧化硅层，得到图案化后的所述蓝宝石基底。

本申请蓝宝石基底图案化方法通过压印技术将所述有机硅溶液按预设的图案形状印制于所述蓝宝石基底的所述外表面上，形成预设图案的有机硅层。然后通过对所述有机硅层进行分解处理，使得所述有机硅层转化为氧化硅层。再利用所述氧化硅层的遮蔽作用，对所述外表面进行刻蚀，使得预设的图案被转移到所述外表面上。最后在去除所述氧化硅层之后完成了对所述蓝宝石基底的图案化。本申请方法通过压印技术与分解处理的结合，在所述外表面上形成预设图案的氧化硅层作为刻蚀过程中的掩蔽层，省去了采用图案化制备掩蔽层的工艺，本方法相对简单且成本更低。

其中，所述将有机硅溶液涂覆于印章的图案化表面上包括：

将有机硅溶液涂覆于聚二甲基硅氧烷印章的图案化表面上；

然后，所述利用压印技术将所述有机硅溶液转印至蓝宝石基底的外表面，还包括：

利用聚二甲基硅氧烷压印技术将所述有机硅溶液转印至蓝宝石基底的外表面。

采用聚二甲基硅氧烷制备的印章具有良好的化学惰性，且对含硅溶液具备较高的粘附能力，易于有机硅溶液的涂覆和转印。

其中，所述利用压印技术将所述有机硅溶液转印至蓝宝石基底的外表面，包括：

将所述印章的所述图案化表面贴合于所述蓝宝石基底的所述外表面；

保持所述印章对所述外表面的压力介于2-5mpa之间，且压力作用时间介于0.5min-2min之间。

控制印章的压力和作用时间可以保证有机硅溶液顺利转移至所述外表面上。

其中，所述利用压印技术将所述有机硅溶液转印至蓝宝石基底的外表面，以在所述外表面上形成与所述图案化表面的图案相匹配的有机硅层，还包括：

利用压印技术将所述有机硅溶液转印至所述蓝宝石基底的所述外表面至少两个不同区域上，以在所述外表面上形成至少两个与所述图案化表面的图案相匹配的有机硅层。

印章作用于所述外表面的多个区域，可以对所述外表面的更大范围进行图案化，提高所述蓝宝石基底的利用率。

其中，所述利用压印技术将所述有机硅溶液转印至所述蓝宝石基底的所述外表面至少两个不同区域上时，还包括：

利用光刻对位技术将所述有机硅溶液转印至所述蓝宝石基底的所述外表面至少两个不同区域上，以对齐所述至少两个不同区域。

通过光刻对位技术对齐印章每次的作用区域，可以使得所述外表面上的多个区域相互对齐，保持所述外表面上图案化的整体尺寸规范。

其中，所述对所述有机硅层进行分解处理，以使得所述有机硅层转化为氧化硅层，包括：

利用高温氧化或等离子氧化工艺对所述有机硅层进行分解处理，以使得所述有机硅层转化为氧化硅层。

高温氧化和等离子氧化工艺都能有效的实现有机硅层的分解，将其转化为氧化硅层。

其中，所述利用高温氧化工艺对所述有机硅层进行分解处理，包括：

控制氧气流量处于10sccm-1000sccm之间，并控制温度维持在200℃-1000℃之间；

控制高温氧化处理的作用时间在10min-120min之间。

控制高温氧化的氧气流量、温度以及作用时间可以保证分解处理的效果。

其中，所述利用等离子氧化工艺对所述有机硅层进行分解处理，包括：

控制氧气流量处于10sccm-1000sccm之间；

控制等离子氧化处理的作用时间在10min-120min之间。

控制等离子氧化的氧气流量和作用时间也可以保证分解处理的效果。

其中，所述去除所述氧化硅层，包括：

利用含氟酸性溶液清洗以去除所述氧化硅层。

含氟酸性溶液可以有效去除氧化硅层，避免所述蓝宝石基底上的杂质残留。

本申请还提供一种蓝宝石基底，所述蓝宝石基底采用上述的蓝宝石基底图案化方法制备而成。

可以理解的，本申请蓝宝石基底因为采用了上述方法制备，其在实现图案化的同时，制造工艺更简单，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法的流程图；

图2是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s10的示意图；

图3是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s20的示意图；

图4是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s30的示意图；

图5是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s40的示意图；

图6是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s50的示意图；

图7是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法另一实施例的流程图；

图8是图1提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s20的子步骤流程图；

图9是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法再一实施例的流程图；

图10是图9提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s20b的示意图；

图11是本发明提供的蓝宝石基底图案化方法又一实施例的流程图；

图12是图7提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s30a的子步骤流程图；

图13是图12提供的蓝宝石基底图案化方法中步骤s30a另一实施例的子步骤流程图。

附图标记说明：

10-有机硅溶液；11-有机硅层；11a-氧化硅层；20-印章；21-图案化外表面；211-凸起部分；30-蓝宝石基底；31-外表面；301-区域；302-标记。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1所示的本发明提供的一种蓝宝石基底图案化方法流程图，具体包括如下步骤：

s10、将有机硅溶液10涂覆于印章20的图案化表面21上；

具体的，请配合参见图2。在使用本方法之前，需要在印章20的一个外表面上预设图案，形成图案化外表面21。具体可以通过刻蚀、激光雕刻等技术在印章20上进行图案化，并使得该图案化外表面21所形成的图案对应到蓝宝石基底30(参见图3)所期望图案化形成的结构。而因为要通过转印将图案化外表面21上的图案印制在蓝宝石基底30上，因此印章20的图案化外表面21上的图案实际与蓝宝石基底30上期望得到的图案互为镜像。

有机硅溶液10可以为正硅酸乙酯(teos)或双(二乙基氨基)硅烷(sam-24)等溶液。有机硅溶液10在图案化表面21上的涂覆，则需要至少完全覆盖图案化表面21上的图案形成的所有凸起部分211，以保证后续转印时能依据图案化表面21上的图案形状在蓝宝石基底30上形成对应的有机硅层11(参见图3)。

s20、利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31，以在外表面31上形成与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11；

具体的，请参见图3，蓝宝石基底30具有外表面31。该外表面31即为蓝宝石基底30所需要进行图案化的表面。利用压印技术将印章20的图案化表面21对齐蓝宝石基底30的外表面31，然后控制图案化表面21与外表面31之间接触并形成一定的压力，可以将涂覆于图案化表面21上的有机硅溶液10转印至外表面31上，并形成有机硅层11。

可以理解的，因为有机硅层11基于图案化表面21上的凸起部分211涂覆，且完全覆盖该图案的凸起部分211，因此当印章20与蓝宝石基底30贴合时，图案化表面21上的凸起部分211与外表面31之间发生贴合，且因为有机硅溶液10在凸起部分211上的涂覆，在图案化表面21的凸起部分211与外表面31之间，还存在有机硅溶液10。而外表面31上形成的有机硅层11则对应图案化表面21上的凸起部分211的图案形成镜像的有机硅层11，在移开印章20后能在蓝宝石基底30上得到期望的图案的有机硅层11。

s30、对有机硅层11进行分解处理，以使得有机硅层11转化为氧化硅层11a；

具体的，请参见图4，在蓝宝石基底30的外表面31上形成期望的图案有机硅层11之后，需要对有机硅层11进行分解处理，使得有机硅层内的硅元素得到充分氧化，形成以氧化硅(sio2)为主的氧化硅层11a。可以理解的，对有机硅层11的分解不会对有机硅层11的图案形成影响，即有机硅层11在分解处理过程中依然能保留其期望的图案，维持自身结构的稳定。

s40、刻蚀外表面31上未被氧化硅层11a遮蔽的区域，以将氧化硅层11a的图案转移至蓝宝石基底30的外表面31上；

具体的，请参见图5，氧化硅层11a可以作为刻蚀蓝宝石基底30时的遮蔽层。因此在采用湿法刻蚀或干法刻蚀对蓝宝石基底30进行图案化时，遮蔽于氧化硅层11a下部的蓝宝石30的部分不会于刻蚀药剂产生作用，因而该部分材料得以保留。而对于氧化硅层11a未遮蔽的部分，则在刻蚀药剂的作用下被去除，进而在外表面31上形成与氧化硅层11a相同图案的结构。也即，通过刻蚀工艺将氧化硅层11a的图案转移至蓝宝石基底30的外表面31上。

s50、去除氧化硅层11a，得到图案化后的蓝宝石基底30。

具体的，请参见图6，在蓝宝石基底30的外表面31上转移得到期望的图案结构之后，再将氧化硅层11a去除，则得到了图案化后的蓝宝石基底30。该蓝宝石基底30的外表面31上形成的图案即为期望得到的图案。可以理解的，后续在图案化后的蓝宝石基底30上生长出的led具备更高的寿命和出光率。

本申请蓝宝石基底图案化方法通过压印技术将有机硅溶液10按预设的图案形状印制于蓝宝石基底30的外表面31上，形成预设所期望图案的有机硅层11。然后通过对有机硅层11进行分解处理使其转化为氧化硅层11a。后续利用氧化硅层11a的遮蔽作用对外表面31进行刻蚀，最后在去除氧化硅层11a之后完成蓝宝石基底30的图案化。本方法通过压印技术与分解处理的结合，在蓝宝石基底30的外表面上印制形成了氧化硅层11a作为刻蚀过程中的屏蔽层，省去了采用传统刻蚀工艺制备遮蔽层的步骤，因而获得了更简单的制作方法，并降低了蓝宝石基底30的制作成本。

一种实施例请参见图7，在本申请蓝宝石基底图案化方法的步骤s10“将有机硅溶液10涂覆于印章20的图案化表面21上”，包括：

s10a、将有机硅溶液10涂覆于聚二甲基硅氧烷印章20的图案化表面21上；

然后，在步骤s20“利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31，以在外表面31上形成与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11”还包括：

s20a、利用聚二甲基硅氧烷压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31上，以在外表面31上形成与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11。

具体的，在本实施例中，确定了制备印章20的材料，即采用聚二甲基硅氧烷(pdms)来制备印章20。聚二甲基硅氧烷具有良好的化学惰性，且对含硅溶液10具备较高的粘附能力，因此采用聚二甲基硅氧烷制备的印章20易于实现有机硅溶液10的涂覆，并通过对应的聚二甲基硅氧烷压印技术(pdmsstamp)实现有机硅溶液10向蓝宝石基底30的外表面31上的转印。

一种实施例请参见图8，本方法步骤s20“利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31”，还包括如下子步骤：

s21、将印章20的图案化表面21贴合于蓝宝石基底30的外表面31；

s22、保持印章20对外表面31的压力介于2-5mpa之间，且压力作用时间介于0.5min-2min之间。

具体的，为了保证涂覆于图案化表面21上的有机硅溶液10能被完整的转印到蓝宝石基底30的外表面31上，在确保有机硅溶液10完全覆盖于图案化表面21的基础上，本实施例还对印章20作用于外表面31上的压力以及作用时间进行了控制。

印章20作用于外表面31上的压力需要介于2-5mpa之间，在此压力作用下印章20能对外表面31施以足够的压力以保证有机硅溶液10与外表面31的有效贴合。而压力超过5mpa则可能造成印章20的压缩量过大，印章20发生形变进而造成图案化表面21的形变，导致外表面31上形成的有机硅层11也出现形变，影响图案化的精度。

二压力作用时间介于0.5min-2min之间则可以确保有机硅溶液10能被顺利转移到外表面31上。

一种实施例请参见图9，对于步骤s20“利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31，以在外表面31上形成与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11”，还包括：

s20b、利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31至少两个不同区域301上，以在外表面31上形成至少两个与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11。

具体的，请结合图10的示意。印章20由于工艺限制等原因，其形成的图案化表面21面积通常小于蓝宝石基底30的外表面31的面积。因此，要对蓝宝石基底30的外表面31进行全面的图案化，提升外表面31的利用率，可能需要印章20多次转印并在外表面31上形成多个匹配图案化表面21的区域301，才能达到对外表面31的更大范围甚至外表面31整体进行图案化的效果。

在图10的示意中，蓝宝石基底30的外表面31上形成了六个匹配图案化表面21的区域301，每个区域301的图案均为通过印章20转印的有机硅层11形成。因此外表面31上也形成了六个与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11。需要提出的是，该六个有机硅层11并不是相互层叠的有机硅层11，而是位于同一厚度上，且平面依次排列的六个有机硅层11。

一种实施例请参见图11，对于上述步骤s20b“利用压印技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31至少两个不同区域301上，以在外表面31上形成至少两个与图案化表面21的图案相匹配的有机硅层11”时，还可以实现为：

s20c、利用光刻对位技术将有机硅溶液10转印至蓝宝石基底30的外表面31至少两个不同区域301上，以对齐至少两个不同区域301，从而在外表面31上形成至少两个与图案化表面21的图案相匹配的且对其的有机硅层11。

具体的，为了保证对蓝宝石基底30的图案化形状规则，需要确保各个不同区域301之间形成有序排列、对位的效果，进而保证有机硅层11的整体一致性，以便于后续在蓝宝石基底30上生长出led后的巨量转移工作。因此，在将有机硅溶液10转印至外表面31上时，可以利用光刻对位技术来限定每次转印的位置，进而使得转印形成的多个区域301规则排列于外表面31上，由此形成的多个有机硅层11也相互对齐，保持外表面31上的图案化的整体尺寸规范，且图案化的精度可控。在图10的示意中，六个区域301通过标记302实现相互对位。在其余实施例中，也可以采用其它的光刻对位技术来进行各个区域301之间的对位。

一种实施例请看回图7，对于步骤s30“对有机硅层11进行分解处理，以使得有机硅层11转化为氧化硅层11a”，还可以包括：

s30a、利用高温氧化或等离子氧化工艺对有机硅层11进行分解处理，以使得有机硅层11转化为氧化硅层11a。

具体的，通过高温氧化和等离子氧化工艺都能有效的实现有机硅层11的分解处理，进而将有机硅层11转化为氧化硅层11a。

在一种具体的实施例中，请参见图12，步骤s30a中“利用高温氧化工艺对有机硅层11进行分解处理”，可以包括如下子步骤：

s31a、控制氧气流量处于10sccm-1000sccm之间，并控制温度维持在200℃-1000℃之间；

s32a、控制高温氧化处理的作用时间在10min-120min之间。

具体的，氧气流量控制在10sccm-1000sccm(标准毫升/分)，能够对有机硅层11持续提供分解所需的氧气。而温度维持在200℃-1000℃之间的高温，则可以催化有机硅层11的氧化速度。在维持10min-120min的作用时间之后，能够保证有机硅层11得到完全分解，其分解后形成的氧化硅层11a可以对后续的图案化工序提供足够的遮蔽作用。具体的氧气流量、温度以及高温氧化处理时间，可以在上述范围内根据实际场景需要匹配调整。

另一种具体的实施例请参见图13，步骤s30a中“利用等离子氧化工艺对有机硅层11进行分解处理”，可以包括如下子步骤：

s33a、控制氧气流量处于10sccm-1000sccm之间；

s34a、控制等离子氧化处理的作用时间在10min-120min之间。

具体的，等离子氧化处理相较于高温氧化处理，其喷射处的氧气初速更快，气流具备更大的动能，使得有机硅层11在高速氧气的作用下也能催化其氧化的速度。在维持10min-120min的作用时间之后，能够保证有机硅层11得到完全分解，其分解后形成的氧化硅层11a可以对后续的图案化工序提供足够的遮蔽作用。具体的氧气流量以及高温氧化处理时间，也可以在上述范围内根据实际场景需要匹配调整。

一种实施例请再次看回图7，对于步骤s50“去除氧化硅层11a，得到图案化后的蓝宝石基底30”，可以包括：

s50a、利用含氟酸性溶液清洗以去除氧化硅层11a，得到图案化后的蓝宝石基底30。

具体的，本方法因为采用了氧化硅层11a作为遮蔽层，因此在完成蓝宝石基底30的图案化之后，可以针对性采用含氟酸性溶液(如boe溶液)浸泡蓝宝石基底30，以有效去除氧化硅层11a。含氟酸性溶液对氧化硅层11a具有较好的清洗效果，可以避免蓝宝石基底30上出现氧化硅的杂质残留。

本申请还提供一种蓝宝石基底30，该蓝宝石基底30采用上述的蓝宝石基底图案化方法制备而成。可以理解的，本申请蓝宝石基底30因为采用了上述方法制备，其在实现图案化的同时，具备了制造工艺更简单，成本更低的优点。

以上是本发明实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。