專利名稱：用于制備氮化物外延生長(zhǎng)的納米圖形襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備用于氮化物外延生長(zhǎng)的納米級(jí)圖形襯底的方法。
背景技術(shù)：
以II1-V族氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料，由于其性質(zhì)穩(wěn)定且波長(zhǎng)位于藍(lán)紫光的直接帶系，因此在發(fā)光二極管、激光器、紫外光電探測(cè)器以及高溫、高頻大功率電子器件等諸多方面有著重要而廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樗{(lán)寶石襯底與GaN材料的晶格失配率為14%，所以長(zhǎng)成的GaN材料缺陷較多。GaN基LED亮度的提升，根源在于內(nèi)量子效率和光提取效率的提高，從而增加外量子效率。通過(guò)在藍(lán)寶石圖形襯底上制備二維結(jié)構(gòu)、然后生長(zhǎng)的GaN材料以制作成LED器件，能夠同時(shí)提高內(nèi)量子效率和光提取效率。傳統(tǒng)光刻技術(shù)制成的圖形襯底尺度通常在微米級(jí)PSS(MPSS:micr0-PSS)，很難一次做到100nm以下的小尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于氮化物外延生長(zhǎng)的納米級(jí)圖形襯底的制備方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制備氮化物外延生長(zhǎng)的納米圖形襯底的制備方法，包括以下步驟I)在氮化物外延生長(zhǎng)的襯底上制備微米PSS襯底；2 )在所述微米PSS襯底上沉積二氧化硅膜；3)在所述二氧化硅膜上，蒸鍍金屬Ni層；4)通過(guò)退火處理，在所述的二氧化硅膜的表面上形成均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒；5)利用所形成的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜，刻蝕所述二氧化硅膜，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；6)以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到微米PSS襯底；7)通過(guò)腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級(jí)圖形襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟1)所述氮化物外延生長(zhǎng)的襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵的襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟1)中，在所述襯底的表面上均勻涂覆一層厚度在1.5nm至4. Oiim的正性光刻膠。在一個(gè)實(shí)施例中，所述微米PSS襯底的圖形高度為0.5 iim至1.8 iim。在一個(gè)實(shí)施例中，所述二氧化硅膜的厚度為50nm至400nm。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬Ni層的厚度為2nm至30nm。在一個(gè)實(shí)施例中，所述退火處理?xiàng)l件為在流動(dòng)的高純N2氣氛下，溫度為400至800°C，時(shí)間為 20S 至 1400S。在一個(gè)實(shí)施例中，所述刻蝕是采用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)或感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)進(jìn)行干法刻蝕，所使用的刻蝕氣體為BC13、Cl2或Ar，并且所形成的所述納米圖形結(jié)構(gòu)的尺度為 Inm 至 lOOnm。在一個(gè)實(shí)施例中，所述腐蝕采用硫酸雙氧水進(jìn)行，且所述硫酸雙氧水比例為1:1至 4. 5:1。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中在微米PSS上沉積二氧化硅膜，進(jìn)而制備納米PSS。這樣就可以降低氮化物外延層的位錯(cuò)密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，進(jìn)而改善器件的性能。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)納米圖形化襯底的制備，可操作性強(qiáng)。此外，本發(fā)明的方法不涉及昂貴精密的光刻設(shè)備，有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。
以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明提供的制作納米氮化鎵圖形襯底的方法流程圖；圖2為本發(fā)明使用現(xiàn) 有方法所制備微米圖形襯底的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明在微米圖形襯底上沉積二氧化硅膜并蒸鍍金屬Ni層后的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明提供的高溫退火處理形成的納米級(jí)金屬Ni顆粒后的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的采用納米金屬Ni顆粒做掩膜，刻蝕二氧化硅膜后的示意圖；圖6為本發(fā)明提供的利用納米級(jí)圖形襯底化的二氧化硅膜為掩膜，刻蝕襯底后的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明提供的硫酸雙氧水清洗后腐蝕去除殘留二氧化硅膜，清洗甩干后，制備得到納米圖形襯底的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟步驟S1:在Wafer表面涂覆一層光刻膠，然后采用紫外光，照射特定圖形的光刻版遮擋的光刻膠，使其感光；步驟S2 :采用顯影液去除未照到紫外光的光刻膠；步驟S3 :通過(guò)刻蝕所述處理顯影完的Wafer表面，形成表面規(guī)則排列的微米PSS ；步驟S4 :在所述微米PSS上沉積二氧化硅膜，其上沉積金屬Ni層；步驟S5 :通過(guò)退火處理后，以表面均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜刻蝕襯底，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；步驟S6 :以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)復(fù)制到微米PSS襯底；步驟S7 :通過(guò)腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級(jí)圖形襯底。
下面對(duì)照附圖并通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。首先，使用SVS勻膠機(jī)，在2英寸藍(lán)寶石襯底的表面上，均勻涂覆一層2. 0 ii m厚的正性光刻膠。然后，在Nikon步進(jìn)光刻機(jī)上，采用有特定圖形的光刻版遮擋紫外光，并照射光刻膠使其感光。接著使用SVS顯影機(jī)，未照到紫外光的光刻膠被顯影液除去，留下與光刻版上相同的圖形，其圖形高度為1.5i!m。然后，采用硫酸雙氧水(2:1)去除表面殘留物質(zhì)，清洗甩干得到微米級(jí)圖形襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。接著在微米圖形襯底上，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積一層厚度為0. 7 y m的二氧化硅膜，然后利用電子束蒸，在其上蒸鍍一層30nm的金屬Ni薄層，結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示。在流動(dòng)的高純N2下，在溫度700°C下退火處理500S，使之表面形成納米尺寸的金屬Ni顆粒,結(jié)構(gòu)剖面如圖4所示。利用退火處理形成的納米金屬Ni顆粒作為掩膜，采用corial ICP刻蝕設(shè)備，干法刻蝕二氧化娃膜，使之成為納米圖形結(jié)構(gòu)，圖形尺度在Inm至IOOnm,結(jié)構(gòu)剖面如圖5所示。然后以納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅膜為掩膜，采用corial ICP刻蝕設(shè)備，干法刻蝕納米圖形結(jié)構(gòu)復(fù)制到襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖6所示。最后，利用硫酸雙氧水(2. 5:1)，將二氧化硅膜去除，即可制成具有納米尺度圖形的藍(lán)寶石襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖7所示。該納米圖形藍(lán)寶石襯底可用于氮化物異質(zhì)外延生長(zhǎng)。采用納米圖形襯底，可以降低襯底和氮化物間異質(zhì)外延生長(zhǎng)過(guò)程中，由于晶格失配引起的應(yīng)力，降低氮化物外延生長(zhǎng)的缺陷密度，提高晶體的質(zhì)量，進(jìn)而改善器件的性能。該技術(shù)不涉及昂貴的光刻設(shè)備，支撐技術(shù)成熟，且易于規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。 以上所述具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改，等同替換、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
1.一種用于制備氮化物外延生長(zhǎng)的納米圖形襯底的方法，其特征在于，包括以下步驟1)在氮化物外延生長(zhǎng)的襯底上制備微米PSS襯底；2)在所述微米PSS襯底上沉積二氧化硅膜；3)在所述二氧化硅膜上蒸鍍金屬Ni層；4)通過(guò)退火處理，在所述二氧化硅膜的表面上形成均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒;5)利用所形成的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜，刻蝕所述二氧化硅膜，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；6)以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到微米PSS襯底上；7 )通過(guò)腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級(jí)圖形襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中的所述氮化物外延生長(zhǎng)的襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵的襯底。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟I)中，在所述襯底的表面上均勻涂覆一層厚度在1. 5 μ m至4. O μ m的正性光刻膠。
4.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微米PSS襯底的圖形高度為O.5 μ m 至1. 8 μ m。
5.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅膜的厚度為50nm至400nm。
6.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述金屬Ni層的厚度為2nm至30nmo
7.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述退火處理的條件為在流動(dòng)的高純N2氣氛下，溫度為400至800°C，時(shí)間為20S至1400S。
8.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述刻蝕是采用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)或感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)進(jìn)行的干法刻蝕，所使用的刻蝕氣體為BC13、Cl2或Ar，并且所形成的所述納米圖形結(jié)構(gòu)的尺度為Inm至lOOnm。
9.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述腐蝕采用硫酸雙氧水進(jìn)行，且所述硫酸雙氧水比例為1:1至4. 5:1。
全文摘要
本發(fā)明在氮化物外延生長(zhǎng)的襯底上制備微米PSS，其上沉積二氧化硅膜，在該膜上，沉積金屬Ni層，通過(guò)退火處理后，以表面均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜刻蝕襯底，形成納米圖形結(jié)構(gòu)。然后，以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅作為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)復(fù)制到微米PSS襯底上，通過(guò)腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級(jí)PSS。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)納米圖形化襯底的制備，可操作性強(qiáng)，并且不涉及昂貴精密的光刻設(shè)備，有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)H01L21/20GK103035806SQ201210580748
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者牛鳳娟, 苗振林, 趙勝能, 胡棄疾 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司