[發明專利]一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810316910.9
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108550521A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 劉立林;羅宏泰;滕東東;操琴;劉攀
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L21/033
• 分類號: H01L21/033;H01L33/00;H01L33/22;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提供一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法。一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法，其中，包括如下步驟：S1.在待加工樣品表面覆蓋一層預鋪膜層，預鋪膜層的厚度為5~200nm；S2.在預鋪膜層上制作一層金屬薄層，金屬薄層的厚度為3~20nm；S3.快速高溫熱處理使金屬薄層轉化為納米級的金屬島狀分布，成為掩膜。本發明的方法可以有效地控制金屬納米島的大小與間隔，降低工藝難度要求，提高產品的一致性。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地，涉及一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法。

背景技術

納米柱陣列LED器件是指發光體為納米級別的柱體陣列組成的LED器件。由于發光體納米級別的效應，納米柱陣列LED器件有更高的內量子效率，更高的光萃取率和更高的調制帶寬,這使得納米柱陣列LED器件對比傳統的LED器件有明顯的優勢。

納米柱GaN發光體的制備，主要可以分為直接生長和刻蝕成型兩種方向。其中刻蝕成型方法需要制作納米陣列圖形的掩膜，用于GaN納米柱刻蝕。制作納米陣列圖形的掩膜的常用方法，有電子束曝光、自組裝納米島、納米壓印、激光全息相干曝光等方法。其中自組裝納米島掩膜是當中成本最低的方法。其工作原理是，覆蓋在樣品表面的金屬薄層在高溫退火處理后，自發團聚收縮成相互間隔的納米級的金屬小島，可以作為掩膜使用。但是由于退火自發成型的金屬納米島的間隔和大小的隨機性很強，要得到效果較好的陣列掩膜，其工藝要求十分高，不適合大規模生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法，本發明的方法可以有效地控制金屬納米島的大小與間隔，降低工藝難度要求，提高產品的一致性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種自組裝納米級金屬島狀掩膜的制備方法，其中，包括如下步驟：

S1. 在待加工樣品表面覆蓋一層預鋪膜層，預鋪膜層的厚度為5~200nm；

S2. 在預鋪膜層上制作一層金屬薄層，金屬薄層的厚度為3~20nm；

S3. 快速高溫熱處理使金屬薄層轉化為納米級的金屬島狀分布，成為掩膜。

由于受到預鋪膜層的表面形貌，晶格排列，以及分子力的影響，經快速高溫熱處理后的納米級的金屬島尺寸與間隔會因此而不同?？梢酝ㄟ^控制預鋪膜層的材料、生長環境，改變預鋪膜層的形貌特征，從而改變納米級金屬島狀掩膜的效果。

進一步的，所述步驟S1中，預鋪膜層為SiO₂、SiNx、ITO或ZnO的透明薄膜。

進一步的，所述步驟S1中，待加工樣品為Si、GaN、GaAs、GaP或Al₂O₃半導體材料。

進一步的，所述步驟S2中，金屬薄層由Ni、Ag、Al和Au的單金屬材料或合金材料制成。

進一步的，所述步驟S1中，預鋪膜層的制作方法采用的是金屬化學氣相沉積（MOCVD）或 等離子體增強化學氣相沉積（PECVD），且預鋪膜層在高溫環境下其表面形貌不會受到破壞。

進一步的，采用金屬化學氣相沉積（MOCVD）制作的預鋪膜層為多晶薄膜，表面形貌成多晶納米結構形貌。

進一步的，采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）制作的預鋪膜層為非晶薄膜，表面形貌平坦。

進一步的，所述步驟S2中，金屬薄層的制作方法采用的是電子束蒸發、熱蒸發或者磁控濺射。

進一步的，所述步驟S3中，快速高溫熱處理的工藝條件是：溫度600~1000℃，時間0.5~5min，氣氛：氮氣或氬氣等惰性氣體。