[發(fā)明專利]一種帶有大面積納米圖形的藍寶石模板制作方法

無效

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• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103545173A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 杜成孝;魏同波;吳奎;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/027
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，特別是指一種新的利用自然光刻技術制作尺寸可控的大面積納米圖形藍寶石模板的方法。

背景技術

近年來，GaN基LED因為其高亮度、低消耗以及無污染等優(yōu)良特性而得到人們的廣泛關注。隨著LED性能的不斷提高，取代傳統(tǒng)照明光源的趨勢日漸明顯。傳統(tǒng)GaN基LED的GaN基材料外延基底有藍寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)。其中，sapphire因為其自身結構和GaN基材料相近以及造價相對較低的原因，成為人們在制作GaN基LED中使用最多的襯底。起初人們在平面sapphire上外延LED結構取得成功，但是該結構光提取效率很低(～10％)。為了解決該問題，人們開發(fā)了很多改善光提取效率的方法，比如LED表面粗化、sapphire圖形襯底(PSS)以及光子晶體LED。其中，圖形襯底因為其工藝方便簡潔而且效果顯著而得到最廣泛的使用，目前商用的sapphire襯底的LED幾乎都是PSS的LED。另外，人們開發(fā)的倒裝結構的LED背面sapphire也是一個平面，波導效應嚴重，為改善其出光效率而在sapphire上進行粗化或者制作周期結構，也是一個重要的課題。另一方面，傳統(tǒng)的PSS都是指微米級的圖形，為了進一步提高LED的出光效率并改善LED材料外延質量，人們開始關注納米圖形sapphire襯底(NPSS)。一些初期的實驗表明，部分NPSS確實可以獲得更好的外延材料質量和更高的光提取效率。NPSS可以外延出應力釋放較多的GaN材料，這可以減少材料的位錯密度，提高LED的內量子效率；另一方面，規(guī)整的NPSS相當于光子晶體結構，而對藍光而言，一些光子晶體的實驗表明，光子晶體尺寸和藍光波長相當的時候，可能更容易獲得更高的光逃逸概率。但是，以上NPSS的優(yōu)勢并非是確鑿可信的，并不是所有的實驗都獲得了同樣的結論。因此，制備NPSS既有學術研究價值，也很可能具有商業(yè)應用價值。因為sapphire的抗刻蝕能力很強，低沉本、高質量制作大面積NPSS，尤其是規(guī)則的NPSS光子晶體結構，具有一定的挑戰(zhàn)性。

自然光刻是上世紀90年代初出現(xiàn)的一種利用自然形成的周期的或者非周期的掩蔽層來實現(xiàn)周期或者非周期的微納級圖形轉移的技術。相比傳統(tǒng)的圖形轉移技術，自然光刻技術工藝簡單、成本低廉。隨著近些年化學領域自組裝技術的快速發(fā)展和進步，利用自組裝納米球做光刻轉移(NSL)的文章和專利紛紛出現(xiàn)，不僅在圖形轉移質量上有很大的改善，而且在圖形轉移的創(chuàng)新應用上取得很多可喜的成果。利用NSL技術可以實現(xiàn)亞微米甚至納米級圖形轉移，也可是實現(xiàn)三維圖形的制作和轉移。

發(fā)明內容

有鑒于此。本發(fā)明提供了一種利用自然光刻技術制作尺寸可控的大面積納米圖形藍寶石模板的方法，其包括：

步驟1：選擇藍寶石襯底模板；

步驟2：在所述藍寶石襯底模板上旋涂光刻膠，并在所述光刻膠上鋪單層密排自組裝納米球；

步驟3：對單層密排自組裝納米球進行曝光，然后去除單層密排自組裝納米球并顯影，最終獲得帶有孔洞圖形光刻膠的藍寶石模板；

步驟4：在帶有孔洞圖形光刻膠的藍寶石模板上覆蓋掩蔽層；然后剝離所述光刻膠上的掩蔽層并清洗掉光刻膠，獲得帶有掩蔽柱圖形的藍寶石模板；

步驟5：將所述掩蔽柱圖形轉移至所述藍寶石襯底，最終獲得帶有納米圖形的藍寶石模板。

本發(fā)明利用NSL技術制作了高質量、大面積尺寸可控的納米圖形藍寶石，為NPSS制備以及圖案化藍寶石模板提供了一種可靠的方法。而通過本發(fā)明提出的上述方法制作出的帶有大面積納米圖形的藍寶石模板應用廣泛。比如可以用作氮化鎵基發(fā)光二級管外延材料生長的襯底，該襯底外延出來的氮化鎵基材料應力有釋放，缺陷有一定程度的減少。更為重要的是，該帶有納米圖形的藍寶石襯底對發(fā)光二級管光提取效率的改善是顯著的，比使用普通平面襯底的藍寶石模板制作的發(fā)光二級管的出光效率提高一倍左右。除了作為外延襯底使用以外，所述帶有納米圖形的藍寶石模板的制作方法，還可以用在倒裝發(fā)光二級管藍寶石背面粗化以提高倒裝芯片光提取效率上面。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中在平面藍寶石模板上旋涂光刻膠并鋪單層密排自組裝納米球后的示意圖；

圖2是本發(fā)明中利用單層秘排自組裝納米球對紫外光的匯聚作用，在光刻膠上制作納米孔洞圖形后的示意圖；

圖3是本發(fā)明中在帶有孔洞圖形的光刻膠藍寶石模板上面覆蓋掩蔽層的示意圖；

圖4是本發(fā)明中剝離光刻膠上掩蔽層并清洗掉光刻膠后，制作成帶有掩蔽柱的模板的示意圖；