[发明专利]一种图形化蓝宝石复合衬底及其制备方法

权利要求书

1.一种图形化蓝宝石复合衬底，其特征在于：包括底层的平片蓝宝石衬底和上层的厚度为1.2um-3um的SiO₂异质薄膜；在复合衬底的异质薄膜端有高度1.2-2.2um、底径1.2-4.5um和周期1.5-4.0um的圆锥图形，该圆锥图形全部分布在异质薄膜层上或分布在异质薄膜层和平片蓝宝石衬底的上端，平片蓝宝石衬底刻蚀深度为50-300nm。

2.一种权利要求1所述的图形化蓝宝石复合衬底的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采用激光扫描底部加热的方法，纠正弯曲的平片蓝宝石衬底晶格失配：

用能量为80-280uj，剥离功率为6-22W，波长为355nm或266nm的固体激光器的激光剥离机进行激光扫描；将弯曲的平片蓝宝石衬底以底面接触加热平台的方式放置在固体激光剥离机内部的加热平台上，激光束从衬底上侧扫描整个样品，加热平台加热温度为600-1200℃；扫描3-5min后，弯曲的平片蓝宝石衬底变为平整的平片蓝宝石衬底；

（2）对激光扫描后的平整平片蓝宝石衬底进行清洗：

先将激光扫描后的平整平片蓝宝石衬底采用30-55℃的丙酮超声清洗5-20min，超声频率为1.7-4.5KHZ；然后再使用30-55℃的异丙醇超声清洗5-20min，超声频率为1.7-4.5KHZ；最后放入配比为4-15﹕1-2的盐酸与双氧水混合液内清洗3-20min；最后用DI水冲水甩干，所述DI水为18兆欧的去离子水；

（3）复合蓝宝石衬底的制备：

将清洗后的平整平片蓝宝石衬底放入PECVD设备中的载片台上，合盖后形成密闭的腔室，对腔室进行抽真空，腔体压强60-150pa，温度升至220-390℃；通入工艺气体为硅烷SiH₄、笑气N₂O和氮气N₂的混合气，混合气配比为1-7﹕3-15﹕5-35，沉积功率220-380W，生长速率30-200nm/min，沉积时间10-60min，最后用氮气N₂吹扫，在平整平片蓝宝石衬底形成厚度为0.8-3um的SiO₂异质薄膜，制得复合蓝宝石衬底；

（4）匀胶机匀胶，形成掩模层：

将制得的复合蓝宝石衬底放入匀胶机内的cup旋转平台上，匀胶机内紫外光刻胶或压印胶的滴胶量为0.8-3.5mmL，平台转速为1200-3000 r/min，胶厚为0.6-3um；将涂胶后的复合蓝宝石衬底转入至热板进行烘烤，热板温度85-140℃，烘干时间40-160S；最终形成掩模层；

（5）通过翻模机制备硅胶软膜：

主模板为直径为5英寸或6英寸、厚度为1.5mm的硅模板，在该硅模板上制作若干个阵列式的圆柱图案，该圆柱直径为1.0-3.5um，高度为0.6-3.0um，周期范围为1.5-4.5um；将制作了圆柱图案的硅模板图形面朝上吸附在翻模机工位上，工位内形成密闭的腔室，向该腔室注入液态硅胶，滴胶量为50-120克，滴胶后该腔室内进行抽真空，真空值为-50 Kpa至-100Kpa，反复抽，直至将硅胶膜内的气泡抽干净，最后将带圆柱图案的硅模板底部加热，使液态硅胶固化，加热温度为90-160℃，加热时间10-30min，最终形成硅胶软膜，将硅模板的图案转移至硅胶软膜上；

（6）采用纳米压印机将复合蓝宝石衬底的掩模层图形化：

用硅胶软膜作为压印机内使用的模板，先将硅胶软膜有图案的面朝下放入纳米压印机内的固定工位上，此时工位内部形成密闭的腔室，通入氮气加压，压力为5-80Kpa；然后将有掩模层的复合蓝宝石衬底样品正面向上放置在能升降的载片台上，载片台的温度30-85℃；载片台上升使样品与软膜完全接触即开始压印，压印时间为70-350S，曝光时间为25-90S，曝光后脱模，将复合蓝宝石衬底的掩模层图形化；

（7）用电感耦合等离子体ICP设备在掩模层图形化的复合蓝宝石衬底样品上进行等离子体刻蚀，在复合蓝宝石衬底上形成有规则的圆锥图形，形成图形化蓝宝石复合衬底：

将样品正面朝上放置并固定在载片盘中，再将载片盘放入ICP设备腔室内，腔室内抽真空至腔体压强1-10mtorr；通入工艺气体和辅助性气体，工艺气体为氯气、三氯化硼、三氟甲烷、四氟化碳和六氟化硫中一种或几种的混合气体，辅助性气体为氦气、氮气和氧气中的一种或几种的混合气体；工艺气体和辅助性气体的流量比为4-15﹕1-13；通入气体的同时加ICP设备的上下电极功率，对样品进行刻蚀，上电极功率为1000-2800W，下电极功率为350-1000w，刻蚀时间为1000-3000S；最终在样品上端面形成高度1.2-2.2um、底径1.2-4.5um、周期1.5-4.0um的圆锥图形，该圆锥图形全部分布在异质薄膜层上或分布在异质薄膜层和平片蓝宝石衬底的上端，平片蓝宝石衬底刻蚀深度为50-300nm；

（8）将图形化蓝宝石复合衬底进行清洗：

先将图形化蓝宝石衬底置入丙酮中超声清洗，加热温度30-50℃，超声频率1.5-5KHZ，时间5-25min；然后再置入异丙醇或酒精中超声清洗，加热温度30-50℃、超声频率1.5-5KHZ，时间5-25min；最后置入比例为5-7︰1的硫酸与双氧水的混合液中清洗，加热温度100-150℃，时间10-30min；最后用DI水冲水甩干，所述DI水为18兆欧的去离子水。