CN103035788A - 一种纳米级图形化衬底的制造方法 - Google Patents

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毕少强
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Abstract

本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，包括：提供衬底，在所述衬底上形成金属层；对所述金属层进行退火工艺，自组装成图形化的金属层；以图形化的金属层为掩膜，刻蚀所述衬底；去除所述图形化的金属层，形成纳米级图形化衬底。该方法利用退火工艺使形成在衬底上的金属层自组装成图形化的金属层，再利用图形化的金属层对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。该方法具有工艺简单、工艺成本低的优点。

Description

一种纳米级图形化衬底的制造方法
技术领域
本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种纳米级图形化衬底的制造方法。
背景技术
在LED制造技术工艺中，由于蓝宝石衬底材料与外延材料从晶格常数、热涨系数到折射率都相差很大。这些物理性质差异直接导致衬底上生长的外延材料质量不高，致使LED内量子效率（IQE）受到限制，进而影响外量子效率（EQE）以及光效的提高。
为了提高LED效率，业界引入了图形化的低温缓冲层，所述图形化的低温缓冲层可以提高内量子效率，具体地说，先在衬底上外延生长低温缓冲层，然后对所述低温缓冲层进行图形化，之后再生长其它外延层。如此，即需要外延生长-图形化-再次外延生长三个步骤，使得工艺复杂、费时。
因此，图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate，PSS）技术被引入，其与之前的方法不同点在于，PSS技术将原来低温缓冲层上的图形做到了衬底上，也就是说图形化衬底而非图形化低温缓冲层，这样就克服了上述缺点。PSS技术能提高LED效率的原理在于能够有效的减少差排密度，减少外延生长缺陷，提升外延片品质，减少非辐射复合中心，提高了内量子效应；另外，PSS结构增加了光子在蓝宝石界面处的反射次数，使光子逸出LED有源区的几率增加，从而使出光效率得以提高。PSS主要制作流程包括：掩膜层制作、掩膜层图形化、掩膜图形向衬底的转移和掩膜层去除四个步骤。在微米级上常规的光刻技术就能满足掩膜层图形化工艺需求，但是，随着PSS技术的图案由微米级向着纳米级进发，常规的图形化衬底的工艺方法的成本和难度已无法适用于大规模生产。
目前纳米级PSS(NPSS:nano-PSS)技术掩膜层图形化的方法主要为纳米压印。纳米压印的基本思想是通过在模具上形成纳米级的图案，将模具压印在形成于衬底上的媒介上，媒介通常是一层很薄的聚合物膜，通过模具对媒介的热压或者透过模具的辐照等方法使媒介结构硬化，从而保留下图形。纳米压印对模具的分辨率、平坦化、均匀性、表面等有很高的要求，并且，压印过程中，模具与压印材料之间的对准、平行度、压力均匀性、温度均匀性、脱模技术等都存在着较多的问题。
发明内容
本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，利用退火工艺使形成在衬底上的金属层自组装成图形化的金属层，再利用图形化的金属层对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。该方法具有工艺简单、工艺成本低的优点。
本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成金属层；
对所述金属层进行退火工艺，自组装成图形化的金属层；
以图形化的金属层为掩膜，刻蚀所述衬底；
去除所述图形化的金属层，形成纳米级图形化衬底。
可选的，所述金属层的材质为Ag、Au或Cu。
可选的，所述金属层的厚度为50nm~300nm。
可选的，所述退火工艺的温度为500℃~1000℃。
可选的，用湿法刻蚀工艺刻蚀所述衬底。
可选的，用等离子体刻蚀工艺刻蚀所述衬底。
可选的，用湿法刻蚀工艺去除所述形化的金属层。
本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，所述纳米级图形化衬底的制造方法在衬底上形成金属层，通过退火工艺使金属层自组装形成图形化的金属层，再以图形化的金属层为掩膜对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。该方法无须用到高精度的光刻机台，也不用模具进行压印，具有工艺简单、工艺成本低的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的纳米级图形化衬底的制造方法的流程图；
图2A~2D为本发明实施例的纳米级图形化衬底的制造方法的各步骤的剖面示意图。
具体实施方式
在背景技术中已经提及，现有的NPSS方法具有各自的缺陷，对工艺成本具有较高的要求。本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，所述纳米级图形化衬底的制造方法利用退火工艺使形成在衬底上的金属层自组装成图形化的金属层，再利用图形化的金属层对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。该方法无须用到高精度的光刻机台，也不用模具进行压印，具有工艺简单，工艺成本低的优点。
下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例的纳米级图形化衬底的制造方法的流程图，所述方法包括如下步骤：
步骤S021，提供衬底，在所述衬底上形成金属层；
步骤S022，对所述金属层进行退火工艺，自组装成图形化的金属层；
步骤S023，以图形化的金属层为掩膜，刻蚀所述衬底；
步骤S024，去除所述图形化的金属层，形成纳米级图形化衬底。
该方法的核心思想在于，利用退火工艺使形成在衬底上的金属层自组装成图形化的金属层，再利用图形化的金属层对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。
参照图2A，执行步骤S021，提供衬底101，在所述衬底101上形成金属层102。本实施例中，所述衬底101为蓝宝石衬底，所述金属层102的材质为Ag、Au或Cu，金属层102的厚度为50nm~300nm，可利用化学气相沉积或蒸镀的方法形成。
参考图2B，执行步骤S022，对所述金属层102进行退火工艺，自组装成图形化的金属层102’。所述退火工艺的温度为500℃~1000℃，金属层102在退火工艺的作用下结晶，并发生Oswald ripening效应（奥斯瓦尔德熟化效应），小的晶体颗粒消失，大的晶体颗粒长大，从而自组装成不连续金属层，形成图形化的金属层102’，图形化的金属层102中形成有暴露出衬底101的孔洞103。
参考图2C，执行步骤S023，以图形化的金属层102为掩膜，刻蚀所述衬底101。可以采用湿法刻蚀的工艺或等离子体刻蚀工艺来刻蚀所述衬底101，例如采用H2SO4与H3PO4混合液刻蚀所述衬底101，刻蚀时溶液温度为240℃~320℃。也可以采用BCl3/HBr的组合的工艺气体进行等离子体刻蚀工艺进行对所述衬底101的刻蚀。还可选用其他组合的工艺气体，例如BCl3/HCl的组合、BCl3/SF6的组合、Cl2或CH2Cl2/Cl2的组合进行等离子体刻蚀工艺进行对所述衬底刻蚀。衬底101上被孔洞103暴露的部分被刻蚀，实现衬底101的图形化。
参考图2D，执行步骤S024，去除所述图形化的金属层102’，形成纳米级图形化衬底101。本实施例中优选采用湿法刻蚀工艺来去除金属层，例如，可选用对所述金属层103刻蚀速率较高，而几乎不刻蚀衬底101的材质，以顺利去除所述金属层103，形成纳米级图形化衬底101。完成图形化的蓝宝石衬底即可进入后续的外延生长等生产工艺步骤。
综上所述，本发明提供一种纳米级图形化衬底的制造方法，所述纳米级图形化衬底的制造方法在衬底上形成金属层，通过退火工艺使金属层自组装形成图形化的金属层，再以图形化的金属层为掩膜对衬底进行刻蚀，形成纳米级图形化衬底。该方法无须用到高精度的光刻机台，也不用模具进行压印，具有工艺简单，工艺成本低的优点。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种纳米级图形化衬底的制造方法，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成金属层；
对所述金属层进行退火工艺，自组装成图形化的金属层；
以图形化的金属层为掩膜，刻蚀所述衬底；
去除所述图形化的金属层，形成纳米级图形化衬底。
2.如权利要求1所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述金属层的材质为Ag、Au或Cu。
3.如权利要求2所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述金属层的厚度为50nm~300nm。
4.如权利要求1所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：所述退火工艺的温度为500℃~1000℃。
5.如权利要求1所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述衬底。
6.如权利要求1所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：利用等离子体刻蚀工艺刻蚀所述衬底。
7.如权利要求1所述的纳米级图形化衬底的制造方法，其特征在于：利用湿法刻蚀工艺去除所述图形化的金属层。
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