納米尺寸圖形化襯底的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別是涉及一種納米尺寸圖形化襯底的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石是目前廣泛用作II1- V族LED器件GaN外延材料的襯底，但是由于GaN與藍(lán)寶石的晶格失配及膨脹系數(shù)的差別，使得在藍(lán)寶石襯底上生長的GaN薄膜位錯密度較大，影響了 LED器件的發(fā)光效率和壽命。PSS (Patterned Sapphire Substrates)即圖形化襯底技術(shù)，是目前普遍采用的一種提高GaN基LED器件出光效率的方法，該方法可以有效減少GaN外延材料的位錯密度，從而減小了有源區(qū)的非輻射復(fù)合，減小了反向漏電流，提高了LED的壽命。有源區(qū)發(fā)出的光，經(jīng)由GaN和藍(lán)寶石襯底界面多次散射，改變了全反射光的出射角，增加了倒裝LED的光從藍(lán)寶石襯底出射的幾率，從而提高了光的提取效率。綜合這兩方面的原因，使PSS上生長的LED的出射光亮度比傳統(tǒng)的LED提高了 63%，同時反向漏電流減小，LED的壽命也得到了延長。
[0003]隨著PSS技術(shù)的逐步發(fā)展，PSS越來越趨向于采用更小的尺寸，現(xiàn)在已達(dá)到了納米尺寸圖形化襯底，即NPSS。
[0004]NPSS的制備，大都采用納米壓印技術(shù)制備光刻膠圖形，圖1為其基本的流程圖，100'為藍(lán)寶石襯底，200'為光刻膠，500'為納米壓印版。納米壓印技術(shù)具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但如圖1所示，采用納米壓印技術(shù)，藍(lán)寶石襯底表面不可避免的存在光刻膠殘留的現(xiàn)象，導(dǎo)致在后續(xù)的刻蝕過程中需要將殘留的光刻膠刻蝕后，再進(jìn)行藍(lán)寶石的刻蝕，不利于后續(xù)襯底的形貌控制。且通常的納米壓印的光刻膠較薄，不利于形成較高尺寸的襯底圖形。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，對于NPSS的制備，還存在以下方法:在藍(lán)寶石襯底上生長一層高度約為8微米的GaN薄膜；在此GaN薄膜表面涂覆光刻膠(采用常規(guī)的負(fù)膠或反轉(zhuǎn)膠);利用光刻機(jī)和掩膜版，對光刻膠進(jìn)行曝光，曝光的地方保留；對已曝光的光刻膠進(jìn)行顯影，在光刻膠上形成圖形；利用電子束蒸發(fā)設(shè)備在光刻膠表面蒸鍍至少一層ITO (Indium Tin Oxide氧化銦錫)透明導(dǎo)電薄膜；在ITO透明導(dǎo)電薄膜表面蒸鍍一層Ni或Cr等金屬材料；采用剝離工藝，將光刻膠及蒸鍍在光刻膠表面的ITO透明導(dǎo)電膜和Ni或Cr金屬材料層剝離，保留GaN層上的ITO透明導(dǎo)電膜和Ni或Cr等金屬材料層作為刻蝕用硬掩膜；采用刻蝕工藝，將ITO透明導(dǎo)電膜和Ni或Cr等金屬材料層的硬掩膜圖形傳遞到GaN層中，作為藍(lán)寶石襯底的掩膜。該工藝中硬掩膜對藍(lán)寶石的選擇比太高，無法形成三角錐形的圖形化襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于上述問題，本發(fā)明提出了一種納米尺寸圖形化襯底的制備方法，可以獲得較高尺寸的襯底圖形，減少了底部殘留膠對襯底形貌的影響，同時解決了由于掩膜的選擇比過高而造成的無法形成三角錐形的襯底圖形的問題。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種納米尺寸圖形化襯底的制備方法，包括以下步驟:
[0009]在藍(lán)寶石襯底上涂覆一層光刻膠，作為第一光刻膠層；
[0010]在所述第一光刻膠層上制備一層介質(zhì)層或金屬層，作為硬掩膜；
[0011]在所述硬掩膜上涂覆一層光刻膠，作為第二光刻膠層；
[0012]采用納米壓印技術(shù)，在所述第二光刻膠層上壓印出圖形，將所述第二光刻膠層圖形化；
[0013]以圖形化的第二光刻膠層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜，將所述硬掩膜圖形化；
[0014]以圖形化的第二光刻膠層和圖形化的硬掩膜作為第一復(fù)合掩膜，刻蝕所述第一光刻膠層，將所述第一光刻膠層圖形化；
[0015]以圖形化的硬掩膜和圖形化的第一光刻膠層作為第二復(fù)合掩膜，進(jìn)行所述藍(lán)寶石襯底的刻蝕，將所述藍(lán)寶石襯底圖形化。
[0016]優(yōu)選地，所述介質(zhì)層為S12層或Si3N4層。
[0017]較優(yōu)地，所述S12層或Si3N4層通過化學(xué)氣相沉積工藝制備。
[0018]優(yōu)選地，所述金屬層為Al、Ni或Cr。
[0019]較優(yōu)地，所述金屬層的制備方法為離子束蒸鍍法。
[0020]優(yōu)選地，所述第一光刻膠層的厚度為100?300nm，所述第二光刻膠層的厚度為200 ?700nm。
[0021]較優(yōu)地，所述硬掩膜的厚度為50?300nm。
[0022]作為一種可實(shí)施方式，所述藍(lán)寶石襯底采用感應(yīng)耦合等離子體工藝進(jìn)行刻蝕，且所述感應(yīng)耦合等離子體工藝包括主刻蝕工序和過刻蝕工序。
[0023]較優(yōu)地，所述主刻蝕的工藝條件為:工藝氣體為BCl3,氣體流量為50?150SCCm，氣體壓力為2?15mT，上電極功率為1400?2400W，下電極功率為150?500W，刻蝕時間為5 ?1min ；
[0024]所述過刻蝕的工藝條件為:工藝氣體為BCl3,氣體流量為50?150SCCm，氣體壓力為1.5?15mT，上電極功率為1400?2400W，下電極功率為500?700W，刻蝕時間為2?5min。
[0025]本發(fā)明提供的納米尺寸圖形化襯底的制備方法，采用光刻膠+金屬/介質(zhì)+光刻膠逐層遞進(jìn)作為掩膜，進(jìn)行了多次圖形的轉(zhuǎn)移，有效降低了底部殘留膠對藍(lán)寶石襯底形貌的影響；且在進(jìn)行藍(lán)寶石襯底的刻蝕中，掩膜為金屬/介質(zhì)+光刻膠的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，可獲得較高尺寸的襯底圖形；同時，相對于純金屬的掩膜，金屬/介質(zhì)+光刻膠的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)具有相對較低的選擇比，可形成三角錐形的藍(lán)寶石襯底圖形。
【附圖說明】
[0026]圖1為采用納米壓印技術(shù)制作光刻膠圖形的流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明納米尺寸圖形化襯底的制備方法的一實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0029]參見圖2，本發(fā)明提供了一種納米尺寸圖形化襯底的制備方法，包括以下步驟:
[0030]首先在藍(lán)寶石襯底100上涂覆一層光刻膠,作為第一光刻膠層200。一般地,第一光刻膠層200為正膠，且多采用旋涂法涂覆在藍(lán)寶石襯底上，涂膠的關(guān)鍵是控制膠的厚度與均勻性，膠的厚度取決于膠的粘度和旋轉(zhuǎn)速度，為了獲得較高尺寸的襯底圖形，第一光刻膠200的厚度優(yōu)選為100?300nm。
[0031]然后在第一光刻膠層200上制備一層介質(zhì)層或金屬層，作為硬掩膜300。硬掩膜300將第一光刻膠層200與第二光刻膠層400隔開，使得后續(xù)進(jìn)行圖形化時，圖形能夠進(jìn)行多次轉(zhuǎn)移。硬掩膜300具有較高的選擇比，一般為3?7。在其中一個實(shí)施例中，硬掩膜300的厚度為50?300nm。優(yōu)選地，作為硬掩膜300的介質(zhì)層可以為S12層或Si3N4層。S12或Si3N4的后續(xù)刻蝕可直接酸洗，降低了成本，提高了效率。較佳地，S12層或Si3N4層可以通過化學(xué)氣相沉積工藝制備。此外，作為硬掩膜300的金屬層可