专利名称：一种矩阵式蓝宝石衬底及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种蓝宝石衬底，特别涉及ー种矩阵式蓝宝石衬底及其制备方法，属于蓝宝石领域。
背景技术：
对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底。单晶的蓝宝石衬底材料可用来制作蓝光/白光/紫外光发光二极管和激光二极管，还有高频的微波以及高压大功率器件。事实上，单晶蓝宝石衬底材料的作用是作为模板来制作单晶的氮化镓薄膜(氮化镓材料的能隙为3. 4伏)。单晶的蓝宝石晶体材料具有较高熔点及硬度较高的特点。并且，它的化学性质不活泼，能抵抗各种化学物的腐蚀。正因为如此，生产单晶的蓝宝石晶体材料需要消耗很大的电能。而且，晶体生长周期长达数十天，成品率亦偏低。这样，生产单晶的蓝宝石晶棒材料的成本很高。另外，从蓝宝石晶棒加工成晶片的エ艺也比较复杂。因此，生产单晶的蓝宝石衬底材料的成本相当高。单晶的蓝宝石衬底材料经过外延生长(MOCVD)以及芯片エ艺加工后，可以使用激光剥离(LLO)エ艺。但是,带有衬底的芯片,必须切割成小块(通常尺寸小于1_ X Imm),然后进行激光剥离。到目前为止，在国际上只有JPSA公司拥有最新的激光剥离技术，可以从蓝宝石衬底材料上将氮化镓薄膜有效分离。利用这种技术产生的激光如果要保证均匀的能量密度分布，可以达到的最大面积为5 X 5毫米，还是无法进行大面积的激光剥离。剥离下来的小块的蓝宝石材料，即使再大一点的尺寸，如2mm X 2mm, 3mm x 3mm,甚至更大的尺寸，都无法回收使用。这样，产品的制作成本就相应提高了，还造成资源的严重浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了ー种容易从芯片上激光剥离，可以重复利用的矩阵式蓝宝石衬底及其制备方法。本发明的目的是这样实现的
ー种矩阵式蓝宝石衬底，包括衬底本体，所述衬底本体的表面设有纵横交错布置的刻槽。所述衬底本体的厚度为200unTl200um，所述刻槽的深度为lnnT500um，所述刻槽的宽度为0. lnnT5. 0mm,所述纵横交错布置的刻槽之间的距离为lmnT50mm。所述矩阵式蓝宝石衬底制备方法的エ艺步骤如下
步骤一、抛光蓝宝石衬底
对研磨过的蓝宝石衬底进行抛光；
步骤ニ、上光阻将蓝宝石衬底置于自动匀胶机上进行上光阻；
步骤三、软烤
将蓝宝石衬底置于加热板上进行软烤；
步骤四、曝光对蓝宝石衬底进行曝光；
步骤五、预烤将蓝宝石衬底进行预烤；
步骤六、显影
将蓝宝石衬底放在自动显影机中进行显影；
步骤七、ICP蚀刻蓝宝石衬底
将蓝宝石衬底放入ICP刻蚀机台，完成蓝宝石衬底表面的刻蚀；
步骤八、清洗光阻步骤九、CMP
对蓝宝石衬底进行CMP ；
步骤十、清洗蓝宝石衬底将蓝宝石衬底进行清洗。步骤一、抛光时的抛光液为二氧化娃抛光液,抛光压力为I. 8 ^2. 2kg/cm2,转速为45 55rpm，温度为28 30°C，抛光至表面粗糙度为9 10埃；
步骤二、上光阻时，自动匀胶机先以30(T500rpm的转速旋转5s-10s后，再以 200(T3000rpm的转速旋转30s 35s，涂胶厚度为O. 5 I. 5um ；
步骤三、软烤的软烤温度为8(TllO°C，软烤时间为30 120s ；
步骤四、曝光的波长为35(T480nm，曝光光强为300-400mw/cm2，曝光时间为 150_600msec ；
步骤五、预烤的预烤温度为110-120°C，预烤时间4(T90s ；
步骤六、显影的显影时间为l(T30s ；
步骤七、ICP的蚀刻时间为f 50min ；
步骤八、清洗光阻分为以下几个步骤
8. I、使用加热到105 110° C的NMP清洗5 6min ；
8. 2、使用常温的NMP清洗5飞min ；
8. 3、使用常温的丙酮清洗2. 5^3 min ；
8. 4、使用常温的IPA清洗2. 5 3min ；
8. 5、使用常温的去离子水清洗2. 5 3min ；
步骤九、CMP使用混合液对蓝宝石进行CMP，压力为O. 45、. 5kg/cm2,转速为 45飞Orpm，温度为18 20°C，抛光至表面粗糙度为小于3埃，所述混合液为pH值10. Γ Ο. 5 的二氧化硅抛光液；
步骤十、清洗蓝宝石衬底使用混合酸进行清洗，所述混合酸由体积分数为3 4份的硫酸及体积份数为广2份的磷酸混合而成，所述混合酸的温度为11(Γ120° C，清洗时间 l(Tl2min。本发明的有益效果是I、矩阵式蓝宝石衬底带有刻槽，可显著减少氮化镓晶体生长过程中因晶格不匹配而产生的应力，由于氮化镓与蓝宝石这两种材料的晶格常数不匹配，导致磊晶エ艺所获得的氮化镓材料的应カ大。当衬底本体上有刻槽，这样有更多的空间使得部分的应カ得到释放，氮化镓材料的翘曲度可以降低，使成品率得到提高。2、该矩阵式蓝宝石衬底带有刻槽，能够有效地将剥离时激光产生的热量散去，确保激光剥离的顺利完成，所得到的氮化镓薄膜具有较高的厚度均匀性，背面损伤小，显著提高最终产品的成品率(yield)。激光剥离后可以不用减薄，可省去传统器件制造エ艺中的背面减薄过程，从而节省成本。3、剥离后的芯片背面没有蓝宝石，可选择散热好的材料，如硅片，氮化铝等附在芯片背面，芯片散热可以得到改善。4、可明显减少在器件制作过程中蓝宝石材料的成本。如果蓝宝石衬底可以反复使用100次，衬底的成本可大致计算为原来的1/100。
图I为本发明ー种矩阵式蓝宝石衬底结构示意图。其中
衬底本体I 刻槽2。
具体实施例方式參见图1，本发明涉及的ー种矩阵式蓝宝石衬底，包括衬底本体I,所述衬底本体I 的材料为蓝宝石的切割片、研磨片或者抛光片，所述衬底本体I的厚度为200unTl200um，所述衬底本体I的表面设有纵横交错布置的刻槽2，所述刻槽2的深度为lnnT500um，所述刻槽2的宽度d为0. I nnT5. 0mm，所述纵横交错布置的刻槽2将衬底本体I表面划分成矩阵式样，纵向刻槽2之间的距离a为lmnT50mm,横向刻槽2之间的距离b为lmnT50mm,所述衬底本体I可以是任何形状，作为ー种优选，所述衬底本体I的形状为圆形，所述圆形衬底本体I的直径为25 300 mm，作为ー种优选，所述衬底本体I的形状为方形，所述方形衬底本体 I的边长为25 300 mm。该蓝宝石衬底的制备方法的エ艺步骤如下
步骤一、抛光蓝宝石衬底
对研磨过的蓝宝石衬底进行抛光，抛光液为ニ氧化硅抛光液，抛光压カ为I. 8 2. 2kg/ cm2,转速为45 55rpm，温度为28 30°C，抛光至表面粗糙度为9 10埃。步骤ニ、上光阻
将蓝宝石衬底置于自动匀胶机上进行上光阻，自动匀胶机先以30(T500rpm的转速旋转5s-10s后，再以200(T3000rpm的转速旋转30s 35s，涂胶厚度为0. 5 I. 5um。步骤三、软烤
将蓝宝石衬底置于加热板上进行软烤，软烤的软烤温度为8(Tll(TC，软烤时间为30 120s，软烤可以去除光刻胶中所含溶剂及水分，增强光刻胶的粘附性，也能释放光刻胶膜内的应カ。
步骤四、曝光
对蓝宝石衬底进行曝光，曝光的波长为350 480nm,曝光光强为300-400mw/cm2,曝光时间为 150_600msec。步骤五、预烤
将曝光后的衬底放在热板或烘箱中进行预烤，预烤温度为11(T120°C，预烤时间 4(T90s，预烤可以减少驻波效应。步骤六、显影
将烘烤后的衬底放在自动显影机中对光刻胶显影，喷嘴喷洒显影液MF319在衬底表面，显影时间l(T30s,同时将衬底以100-500rpm低速旋转,显影充分后,用去离子水冲洗衬底并旋转甩干，此时在光刻胶上形成均匀的光刻图形。步骤七、ICP(inductively coupled plasma)蚀刻蓝宝石衬底
将经上述处理过的蓝宝石衬底放入ICP刻蚀机台，选择BCL3/CL2等离子体气体对衬底进行刻蚀，蚀刻时间为f50min，完成对蓝宝石衬底表面的刻蚀工艺处理。步骤八、清洗光阻
8. I、使用温度为105 110° C的NMP(N-甲基吡咯烷酮)清洗5飞min ；
8. 2、使用常温(20 25°0的NMP清洗5 6min ；
8. 3、使用常温(20 25°C)的丙酮清洗2. 5 3 min ；
8. 4、使用常温(20 25°C)的IPA (异丙醇)清洗2. 5 3min ；
8. 5、使用常温(20 25°C)的去离子水清洗2. 5 3min。步骤九、CMP (化学机械抛光)
使用混合液对蓝宝石进行CMP，压力为O. 45^0. 5kg/cm2,转速为45 50rpm，温度为 18 20°C，抛光至表面粗糙度为小于3埃，所述混合液为pH值10. Γ Ο. 5的二氧化硅抛光液；
步骤十、清洗蓝宝石衬底
使用混合酸进行清洗，所述混合酸由体积分数为3 4份的硫酸及体积份数为f 2份的磷酸混合而成，所述混合酸的温度为11(T120°C，清洗时间为l(Tl2min，然后甩干。同样，在经过激光剥离处理后的衬底本体，也必须进行研磨，抛光及清洗，然后返回到外延生长工艺(MOCVD)使用。并且，可以反复使用多次，降低成本。在制作氮化镓相关的器件过程中，可使用其它许多材料，例如碳化硅、氧化锌、氧化镁、砷化镓、硅等，本发明矩阵式蓝宝石衬底同样可适用于以上这些材料。
权利要求
1.一种矩阵式蓝宝石衬底，包括衬底本体(1)，其特征在于所述衬底本体(I)的表面设有纵横交错布置的刻槽(2 )。
2.根据权利要求I所述的一种矩阵式蓝宝石衬底，其特征在于所述衬底本体(I) 的厚度为200unTl200um，所述刻槽(2)的深度为lnnT500um，所述刻槽(2)的宽度为.O.1ηπΓ5. 0mm,所述纵横交错布置的刻槽(2)之间的距离为lmnT50mm。
3.根据权利要求I或2所述的一种矩阵式蓝宝石衬底，其特征在于其制备方法的工艺步骤如下步骤一、抛光蓝宝石衬底对研磨过的蓝宝石衬底进行抛光；步骤二、上光阻将蓝宝石衬底置于自动匀胶机上进行上光阻；步骤三、软烤将蓝宝石衬底置于加热板上进行软烤；步骤四、曝光对蓝宝石衬底进行曝光；步骤五、预烤将蓝宝石衬底进行预烤；步骤六、显影将蓝宝石衬底放在自动显影机中进行显影；步骤七、ICP蚀刻蓝宝石衬底将蓝宝石衬底放入ICP刻蚀机台，完成蓝宝石衬底表面的刻蚀；步骤八、清洗光阻步骤九、CMP对蓝宝石衬底进行CMP ；步骤十、清洗蓝宝石衬底将蓝宝石衬底进行清洗。
4.根据权利要求3所述的一种矩阵式蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于步骤一、抛光时的抛光液为二氧化娃抛光液,抛光压力为I. 8 ^2. 2kg/cm2,转速为.45 55rpm，温度为28 30°C，抛光至表面粗糙度为9 10埃；步骤二、上光阻时，自动匀胶机先以30(T500rpm的转速旋转5s_10s后，再以 200(T3000rpm的转速旋转30s 35s，涂胶厚度为O. 5 I. 5um ；步骤三、软烤的软烤温度为8(TllO°C，软烤时间为30 120s ；步骤四、曝光的波长为35(T480nm，曝光光强为300-400mw/cm2，曝光时间为 150_600msec ；步骤五、预烤的预烤温度为110-120°C，预烤时间4(T90s ；步骤六、显影的显影时间为l(T30s ；步骤七、ICP的蚀刻时间为f 50min ；步骤八、清洗光阻分为以下几个步骤.8. I、使用加热到105 110° C的NMP清洗5 6min ；.8. 2、使用常温的NMP清洗5飞min ；.8. 3、使用常温的丙酮清洗2. 5^3 min ；.8. 4、使用常温的IPA清洗2. 5 3min ；.8. 5、使用常温的去离子水清洗2. 5 3min ；步骤九、CMP使用混合液对蓝宝石进行CMP，压力为O. 45^0. 5kg/cm2,转速为 45飞Orpm，温度为18 20°C，抛光至表面粗糙度为小于3埃，所述混合液为pH值10. Γ Ο. 5 的二氧化硅抛光液；步骤十、清洗蓝宝石衬底使用混合酸进行清洗，所述混合酸由体积分数为3 4份的硫酸及体积份数为广2份的磷酸混合而成，所述混合酸的温度为11(T12(TC，清洗时间 l(Tl2min。
全文摘要
本发明涉及一种矩阵式蓝宝石衬底，包括衬底本体(1)，其特征在于所述衬底本体(1)的表面设有纵横交错布置的刻槽(2)，所述矩阵式蓝宝石衬底的制备方法工艺步骤为抛光蓝宝石衬底、上光阻、软烤、曝光、预烤、显影、ICP蚀刻蓝宝石衬底、清洗光阻、CMP、清洗蓝宝石衬底。该矩阵式蓝宝石衬底容易从芯片上激光剥离，可以重复利用，节约成本。
文档编号H01L23/00GK102610578SQ201210071310
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者张保国, 林岳明 申请人:无锡纳克斯半导体材料有限公司