一種納米圖形底襯的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米圖形底襯的制作方法包括以下步驟在襯底上沉積一層SiO2膜；在SiO2膜上涂布一層光刻膠；采用晶格光柵相干光刻的方法，光刻膠在激光照射下得到均勻分布的光掩膜圖形陣列；采用濕法腐蝕將所述光掩膜圖形陣列陣轉(zhuǎn)移到SiO2膜上，所述濕法腐蝕使所述光掩膜圖形的棱角平滑；采用濕法腐蝕在Al2O3層腐蝕所述光掩膜圖形，在濕法腐蝕過(guò)程中延晶相進(jìn)行刻蝕，所述光掩膜圖形表面的Al2O3結(jié)構(gòu)保持原晶格結(jié)構(gòu)；去除SiO2膜，再進(jìn)行濕法腐蝕，經(jīng)過(guò)2-5次濕法腐蝕后得到多層面Al2O3錐形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明減少了外延的缺陷，提高內(nèi)量子效率；同時(shí)有效的提高光萃取效率。
【專利說(shuō)明】一種納米圖形底襯的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用激光、擴(kuò)束鏡、光柵的原理在襯底上成像的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種納米圖形底襯的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]提高器件的內(nèi)量子效率和光萃取效率是一直困擾著本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)問(wèn)題，而影響內(nèi)量子效率和光萃取效率的主要因素是襯底和外延層的晶格失配。
[0003]而現(xiàn)有的圖形化襯底PSS制作方式中，采用分布投影光刻機(jī)和縮小光刻板圖形轉(zhuǎn)換制作光刻板圖形，再使用5:1的縮小比例將光刻板圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。上述轉(zhuǎn)移過(guò)程因涉及到拼接和Defocus (散焦現(xiàn)象)，因此對(duì)光刻機(jī)的要求極高，導(dǎo)致成本高產(chǎn)能低，而且使圖形的大小受到限制，圖形的周期不小、圖形不一致性。接著再通過(guò)ICP干法刻蝕或濕法刻蝕得到微米級(jí)圖形襯底，其中干法刻蝕為使用物理化學(xué)方法得到圖形，本身晶格在土星表面為非晶格結(jié)構(gòu)，使外延生長(zhǎng)后表面的缺陷較多；其中濕法腐蝕技術(shù)只能得到微米級(jí)圖形襯底，而且邊緣圖形與內(nèi)部圖形差異較大，襯底表面積利用率低，器件的內(nèi)量子效率和光提取效率尚有開發(fā)空間。但是現(xiàn)有濕法腐蝕技術(shù)只能得到微米級(jí)圖形襯底，而且邊緣圖形與內(nèi)部圖形差異較大，襯底表面積利用率低，器件的內(nèi)量子效率和光提取效率尚有開發(fā)空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種納米圖形底襯的制作方法，該方法制作的納米級(jí)圖形具有周期小、圖形一致性好的優(yōu)點(diǎn)，從而提高器件內(nèi)量子效率，有效的提高光萃取效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種納米圖形底襯的制作方法包括以下步驟:
S10、在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Si02膜；
S20、在所述Si02膜上涂布一層光刻膠；
S30、采用晶格光柵相干光刻的方法，讓激光照射在所述光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形陣列；
S40、利用濕法腐蝕，將所述光掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜上，濕法腐蝕使所述光掩膜圖形陣列的棱角平滑，得到Si02圖形陣列；
S50、去除Si02膜，采用濕法腐蝕，將所述Si02圖形陣列轉(zhuǎn)移到所述藍(lán)寶石襯底上面；所述Si02圖形陣列在腐蝕過(guò)程中延晶相進(jìn)行刻蝕，得到A1203圖形陣列，所述A1203圖形表面的A1203結(jié)構(gòu)保持原晶格結(jié)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選方式為，還包括步驟S55、在所述藍(lán)寶石襯底上面再次進(jìn)行濕法腐蝕，經(jīng)過(guò)1-5次濕法腐蝕后得到多層面A1203錐形結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選方式為，所述步驟S55中，濕法腐蝕的腐蝕溶液，使用98%以上的濃H2S04和85%以上的濃H3P04，質(zhì)量混合比例為H2S04:H3P04在4:1到1:4范圍內(nèi)，相鄰兩次的腐蝕溫度差為±30°C，腐蝕時(shí)間為10-500S。
[0008]優(yōu)選方式為，所述步驟S50中，濕法腐蝕的腐蝕溶液使用95%以上的濃硫酸和80%以上的濃磷酸混合液，質(zhì)量比為H2S04:H3P04在5:1到1:5范圍內(nèi)，溫度控制在200—300°C，腐蝕時(shí)間在2-50min。
[0009]優(yōu)選方式為，另一種納米圖形底襯的制作方法，包括以下步驟:
S10、在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Si02膜；
S20、在所述Si02膜上涂布一層光刻膠；
S30、采用晶格光柵相干光刻的方法，讓激光照射在所述光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形陣列；
S40、利用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述光掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜上，得到Si02圖形陣列；
S50、去除Si02膜，采用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述Si02圖形陣列轉(zhuǎn)移到所述藍(lán)寶石襯底上面，得到A1203圖形陣列。
[0010]優(yōu)選方式為，所述激光射線的波長(zhǎng)在l-190nm或191-2000nm內(nèi)。
[0011]優(yōu)選方式為，所述Si02膜的厚度為10-10000nm。
[0012]優(yōu)選方式為，所述光刻膠為正膠，所述光刻膠的厚度范圍為50nm-4000nm。
[0013]優(yōu)選方式為，所述步驟S30中的，所述光掩膜圖形陣列為方形納米陣列或圓形納米陣列。
[0014]優(yōu)選方式為，所述步驟S30中的所述光掩膜圖形陣列為正六邊行分布或正三角型分布。
[0015]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明所采用的納米圖形底襯的制作方法包括步驟:先采用晶格光柵相干光刻的方法，即讓激光照射在光刻膠上，得到均勻分布的光刻膠掩膜圖形陣列；然后通過(guò)濕法腐蝕或ICP等離子干法蝕刻的方法，將光刻膠掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜上，得到Si02圖形陣列，除去Si02膜，再然后通過(guò)濕法腐蝕或ICP等離子干法蝕刻的方法，將Si02圖形陣列轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上面，得到A1203圖形陣列；再接著在藍(lán)寶石襯底上面進(jìn)行ICP等離子干法蝕刻，得到納米級(jí)A1203圖形陣列。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)有的圖形化襯底PSS-圖形化藍(lán)寶石襯底進(jìn)行研究，得知采用本發(fā)明的方法制作的圖形化藍(lán)寶石襯底的均勻分布的圖形，有利于GaN外延層中的應(yīng)力弛豫，并且能抑制外延材料生長(zhǎng)過(guò)程中向上延升的位錯(cuò)密度，從而使器件的內(nèi)量子效率能夠得到提高。同時(shí)圖形化襯底PSS能使原本在臨界角范圍外的光線通過(guò)圖形的反射重新進(jìn)入到臨界角內(nèi)出射，從而使器件的光萃取效率得到提高。同時(shí)本發(fā)明制作出納米級(jí)圖形陣列，并且圖形陣列尺寸小、周期Inm到10 μ m,因此表面積大使外延后出光效率增加。
[0016]由于采用濕法腐蝕的制作方法還包括步驟S55、在所述藍(lán)寶石襯底上面再次進(jìn)行濕法腐蝕，經(jīng)過(guò)1-5次濕法腐蝕后得到多層面A1203錐形結(jié)構(gòu)，使A1203圖形陣列得多面都能夠被利用，使光萃取效率得到進(jìn)一步的提聞。
[0017]由于所述激光射線的波長(zhǎng)在l-190nm或191_2000nm內(nèi)，可以得到周期Inm到1ym的光刻掩膜圖形。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的光刻膠掩膜圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的Si02腐蝕后的圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的A1203腐蝕后的錐形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的納米圖形底襯的制作方法中光柵光刻的流程圖；
圖中:1 一A1203層、10—A1203圖形、2 — Si02膜、20 — Si02圖形、3—光刻膠掩膜圖形、L1—激光器、L20—倍頻器、L30—物鏡、L40—光柵、L45—時(shí)間控制器、L50—遮光器、L60—反光鏡、L70—光刻膠。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例一:
一種納米圖形底襯的制作方法包括以下步驟:
如圖1所示，在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Si02膜2，并且Si02膜2的厚度為lO-lOOOOnm，優(yōu)選厚度為:100-2000 nm，本實(shí)施例的藍(lán)寶石襯底再圖1中為A1203層I。
[0021]在Si02膜2上涂布一層光刻膠，該光刻膠為正膠，該光刻膠的厚度范圍為50nm-4000nm,優(yōu)選厚度為:500-4000 nm。涂布的方式可選用旋涂、噴淋、揮發(fā)、低溫蒸發(fā)等方法。
[0022]如圖1和圖4所示，本發(fā)明的制作方法包括晶格光柵相干光刻的方法，該方法讓激光照射在光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形3陣列。本實(shí)施例的激光射線的波長(zhǎng)在
l-190nm內(nèi)，或者激光射線的波長(zhǎng)在191_500nm內(nèi)。本發(fā)明晶格光柵相干光刻的方法得到的光掩膜圖形3陣列為方形納米陣列或圓形納米陣列，該陣列形狀可根據(jù)藍(lán)寶石襯底的形狀來(lái)形成不同形狀的陣列。因本發(fā)明用具有特殊結(jié)構(gòu)的材料作為光柵，在激光照射(包括電子束和射線)射線波長(zhǎng)在lnm-500nm，激光照射在光刻膠上后，光刻膠性質(zhì)發(fā)生變化。具體為:相干加強(qiáng)的部分光刻膠能夠被顯影掉，相干抵消的部分不能被顯影液去掉，從而能夠得到均勻分布的方形納米點(diǎn)陣或圓形納米點(diǎn)陣。
[0023]本發(fā)明的光柵光刻流程:激光器LlO發(fā)出的射線先由倍頻器L20放大其頻率，即縮小了射線的波長(zhǎng)將其調(diào)整在lnm-2000nm內(nèi)；然后激光射線透過(guò)物鏡L30得到校正后，進(jìn)入光柵L40進(jìn)行周期性的空間調(diào)制；接著激光射線在時(shí)間控制器L45的控制下經(jīng)過(guò)遮光器L50來(lái)調(diào)節(jié)射線的強(qiáng)弱，最后一部分射線直接照射在光刻膠上，另一部分射線被反光鏡L60反射到光刻膠L70上，該反射的射線與直接照射的射線進(jìn)行相干加強(qiáng)或相干抵消，最終得到均勻分布的方形納米點(diǎn)陣或圓形納米點(diǎn)陣。根據(jù)光柵的不同結(jié)構(gòu)可制作周期和分布不同的襯底，襯底可為正六邊行分布，正三角型分布，本實(shí)施例為正方形分布。
[0024]如圖2所示，利用濕法腐蝕，將光刻膠掩膜圖形3陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜2上，Si02濕法腐蝕的特性，尖角處腐蝕速率比平滑處腐蝕速率快，致使光掩膜圖形3棱角會(huì)被腐蝕平滑，得到尖角平滑的Si02圖形20陣列。
[0025]如圖3所示，去除Si02膜，采用濕法腐蝕，將Si02圖形20陣列轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上面；Si02圖形20陣列在濕法腐蝕過(guò)程中延晶相進(jìn)行刻蝕得到A1203圖形10陣列，A1203圖形10表面的A1203結(jié)構(gòu)保持原晶格結(jié)構(gòu)；本步驟中濕法腐蝕的腐蝕溶液，使用95%以上的濃硫酸和80%以上的濃磷酸混合液，質(zhì)量比為H2S04:H3P04在5:1到1:5范圍內(nèi)，溫度控制在200—300°C，腐蝕時(shí)間在10-50min。本發(fā)明得到的A1203圖形10周期在1nm到10 μ m之間,表面積大,使外延后出光效率增加。
[0026]采用一次濕法腐蝕后，得到的A1203圖形10面少；那么再在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行
2-5次的濕法腐蝕，得到多層面A1203錐形結(jié)構(gòu)，該多層面A1203錐形結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的提高了光萃取效率。并且再次進(jìn)行的濕法腐蝕的腐蝕溶液，使用98%以上的濃H2S04和85%以上的濃H3P04，質(zhì)量混合比例為H2S04:H3P04在4:1到1:4范圍內(nèi)，相鄰兩次的腐蝕溫度差為±30°C，腐蝕時(shí)間為10-500S。
[0027]綜上所述，本發(fā)明所使用的光柵光刻的方法得到納米級(jí)圖形，具有周期小、圖形一致性好的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)濕法腐蝕的得到納米級(jí)圖形，該方法得到的濕法圖形襯底，具有成本低，光型一致性高，襯底利用率高，良率高的特點(diǎn)將會(huì)成為未來(lái)的趨勢(shì)。相對(duì)于現(xiàn)有的圖形技術(shù)，同尺寸襯底的面積利用率可提高30%，光效率提高10%以上。而且本發(fā)明的納米級(jí)的圖形化界面改變了 GaN材料的生長(zhǎng)過(guò)程，能抑制缺陷向外延表面的延伸，減少外延的各種缺陷，提高內(nèi)量子效率；同時(shí)納米級(jí)的圖形在GaN和藍(lán)寶石界面能反射從GaN有源區(qū)發(fā)射出的光子，使得原本全反射的光子有機(jī)會(huì)發(fā)射到器件外部，有效的提高光萃取效率。
[0028]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于:得到光刻膠掩膜圖形3陣列后，采用的步驟為:
采用晶格光柵相干光刻的方法，讓激光照射在所述光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形陣列；
利用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述光掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜2上，得到Si02圖形20陣列；
去除Si02膜2，采用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述Si02圖形20陣列轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上面，得到A1203圖形10陣列。
[0029]采用本實(shí)施例的ICP等離子干法蝕刻的方法也可得到A1203圖形10陣列。
[0030]以上所述本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同一種納米圖形底襯的制作方法體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Si02膜； S20、在所述Si02膜上涂布一層光刻膠； S30、采用晶格光柵相干光刻的方法，讓激光照射在所述光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形陣列； S40、利用濕法腐蝕，將所述光掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜上，濕法腐蝕使所述光掩膜圖形陣列的棱角平滑，得到Si02圖形陣列； S50、去除Si02膜，采用濕法腐蝕，將所述Si02圖形陣列轉(zhuǎn)移到所述藍(lán)寶石襯底上面；所述Si02圖形陣列在腐蝕過(guò)程中延晶相進(jìn)行刻蝕，得到A1203圖形陣列，所述A1203圖形表面的A1203結(jié)構(gòu)保持原晶格結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，還包括步驟S55、在所述藍(lán)寶石襯底上面再次進(jìn)行濕法腐蝕，經(jīng)過(guò)1-5次濕法腐蝕后得到多層面A1203錐形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述步驟S55中，濕法腐蝕的腐蝕溶液，使用98%以上的濃H2S04和85%以上的濃H3P04，質(zhì)量混合比例為H2S04:H3P04在4:1到1:4范圍內(nèi)，相鄰兩次的腐蝕溫度差為±30°C，腐蝕時(shí)間為10-500S。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述步驟S50中，濕法腐蝕的腐蝕溶液使用95%以上的濃硫酸和80%以上的濃磷酸混合液，質(zhì)量比為H2S04:H3P04在5:1到1:5范圍內(nèi)，溫度控制在200— 300°C，腐蝕時(shí)間在2_50min。
5.一種納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Si02膜； S20、在所述Si02膜上涂布一層光刻膠； S30、采用晶格光柵相干光刻的方法，讓激光照射在所述光刻膠上，得到均勻分布的光掩膜圖形陣列； S40、利用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述光掩膜圖形陣列轉(zhuǎn)移到Si02膜上，得到Si02圖形陣列； S50、去除Si02膜，采用ICP等離子干法蝕刻的方法，將所述Si02圖形陣列轉(zhuǎn)移到所述藍(lán)寶石襯底上面，得到A1203圖形陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述激光射線的波長(zhǎng)在l_190nm或191_2000nm內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述Si02膜的厚度為 1-1OOOOnmo
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述光刻膠為正膠，所述光刻膠的厚度范圍為50nm-4000nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述步驟S30中的，所述光掩膜圖形陣列為方形納米陣列或圓形納米陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的納米圖形底襯的制作方法，其特征在于，所述步驟S30中的所述光掩膜圖形陣列為正六邊行分布或正三角型分布。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK104393122SQ201410615131
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】周雅慧, 郭明燦, 郭文平, 許南發(fā) 申請(qǐng)人:山東元旭光電有限公司