CN104637790A - 一种大面积制作纳米图形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大面积制作纳米图形的方法包括以下步骤：取一模板;制作掩膜层：在模板上生长一层保护的掩膜层，掩膜层包括SiO2或SiNx;制作纳米图形层：利用电子束蒸发或离子束蒸发，在设有一层掩膜层的模板上镀上一层Ag、Ni或ITO纳米图形层;制作纳米掩膜层：利用纳米图形层保护对掩膜层进行湿法腐蚀或干法刻蚀，在掩膜层上制得纳米掩膜图形;制作纳米图形：利用纳米图形层和纳米掩膜层保护对模板进行干法或湿法刻蚀，在模板上制作纳米图形;清洗：除去多余的纳米图形层和纳米掩膜层，得到表面具有纳米图形结构和纳米结构图层的模板。采用本发明的方法，可以实现大面积、低成本和工业化的纳米图形制作。
Description
技术领域
本发明涉及于微纳米电子制造技术领域，尤其涉及半导体材料，具体涉及一种纳米图形的制作方法。
背景技术
具有大面积的功能性表面纳米图形结构和纳米图形结构图层能够极大的提高产品性能并改进产品品质，具有非常广泛和巨大的商业化应用前景。在玻璃表面或其上的透明图层上制作出蛾眼结构或者纳米锥结构，玻璃则具有优良的抗反射、自洁净、抗眩光、抗雾、高透明等性能，这些高性能玻璃可以广泛应用于高层建筑玻璃幕墙和汽车前挡风玻璃、太阳能电池板、平面显示、光学器件等众多行业；例如在触屏设备，在玻璃上采用这种纳米结构不仅可以有效消除反射，增加对比度，得到清晰的画面，而且其具有的自洁功能还能有效抵挡汗渍沾污。同样在LED行业中的衬底和LED芯片结构中增加制作纳米图形结构和纳米图形结构图层可以极大提高LED的出光效率；例如在蓝宝石衬底上制作纳米锥图形结构的衬底，在其上面制作氮化镓基的LED可以增加40%以上的出光效率。
然而，现有的各种微纳米制作技术（如光学光刻、激光干涉光刻、全息光刻、纳米压印技术等），对晶圆的尺寸和平整度要求苛刻，同时还面临设备成本高，生产效率低，生产工艺不稳定等挑战性的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米图形的制作方法，可以实现大面积、低成本和工业化的纳米图形制作。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大面积制作纳米图形的方法，包括以下步骤：
S10：取一模板;
S20：制作掩膜层：在模板上生长一层保护的掩膜层，掩膜层包括SiO2或SiNx;
S30：制作纳米图形层：利用电子束蒸发或离子束蒸发，在设有一层掩膜层的模板上镀上一层Ag、Ni或ITO纳米图形层;
S40：制作纳米掩膜层：利用纳米图形层保护对掩膜层进行湿法腐蚀或干法刻蚀，在掩膜层上制得纳米掩膜图形;
S50：制作纳米图形：利用纳米图形层和纳米掩膜层保护对模板进行干法或湿法刻蚀，在模板上制作纳米图形;
S60：清洗：除去多余的纳米图形层和纳米掩膜层，得到表面具有纳米图形结构和纳米结构图层的模板。
优选方式为，在上述步骤30和上步骤40之间还包括步骤S35，利用高温退火炉对模板上的纳米图形层进行退火处理，使纳米图形层的图形的尺寸和形状均匀。
优选方式为，上述步骤S40中，对所述纳米图形层进行退火处理是在空气环境中进行，退火高温范围为300～550℃。
优选方式为，所述模板选用蓝宝石平片，在所述蓝宝石平片上大面积制作纳米图形的方法，对应的步骤为：
上述步骤S20中，在蓝宝石平片上使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N2O气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层2000-5000nm的SiO2掩膜层；
上述步骤S30中，利用电子束蒸发一层纳米Ag结构图层，纳米结构图层尺寸为300-800nm的纳米Ag颗粒；
上述步骤S40中，在空气气氛下退火温度为300-450℃的条件下，对纳米Ag颗粒进行退火，使得纳米Ag颗粒大小均匀；
上述步骤S40中，利用BOE溶液，BOE溶液为浓度比为1：6的HF/NH4F混合溶液；在纳米Ag结构图层的保护下对SiO2掩膜层进行湿法腐蚀，得到具有纳米结构的SiO2掩膜层；
上述步骤S50中，利用BCl3气体在纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层的保护下，采用等离子刻蚀设备对蓝宝石进行刻蚀；
上述步骤S60中，利用BOE溶液除去多余的纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层即可得到具有纳米结构和纳米结构图层的蓝宝石衬底。
优选方式为，上述步骤S10中，所述模板的材料可为蓝宝石衬底、芯片、单晶硅或玻璃。
优选方式为，上述步骤S20中，采用等离子增强气相化学沉积或电子束蒸镀的方法制备所述掩膜层。
优选方式为，所述步骤S40中，所述掩膜层的腐蚀使用BOE溶液湿法腐蚀或使用CF4气体干法刻蚀。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明的大面积制作纳米图形的方法，该方法是在模板上生长一层保护的掩膜层，并且本发明的掩膜层为金属及金属氧化物。得到掩膜层后再利用电子束蒸发或离子束蒸发，在设有一层掩膜层的模板上镀上一层Ag、Ni或ITO纳米图形层。接着利用纳米图形层保护对掩膜层进行湿法腐蚀或干法刻蚀，在掩膜层上制得纳米掩膜图形。最重要是利用纳米图形层和纳米掩膜层保护对模板进行干法或湿法刻蚀，在模板上制作纳米图形。除去多余的纳米图形层和纳米掩膜层，得到表面具有纳米图形结构和纳米结构图层的模板。本发明利用金属及金属氧化物的物理性能进行纳米图形的转移，再利用相应的溶液进行湿法腐蚀或相应的气体进行干法刻蚀制备纳米图形结构和纳米图形结构图层。采用本发明的方法，可以实现大面积、低成本和工业化的纳米图形制作，提高了产品性能并改进产品品质，具有非常广泛和巨大的商业化应用前景。
附图说明
图1是本发明的大面积制作纳米图形的方法的制作流程图；
图中：1—模板、2—掩膜层、3—纳米图形层、4—纳米掩膜图形、5—纳米图形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种大面积制作纳米图形的方法，包括以下步骤：
先选取一个模板1，模板1的材料可为蓝宝石衬底、芯片、单晶硅或玻璃等。
然后在模板1上生长一层保护的掩膜层2，掩膜层2包括SiO2或SiNx;优选采用等离子增强气相化学沉积或电子束蒸镀的方法制备掩膜层2。
接着利用电子束蒸发或离子束蒸发，在设有一层掩膜层2的模板1上镀上一层Ag、Ni或ITO纳米图形层3。
还可以利用高温退火炉对模板1上的纳米图形层3进行退火处理，使纳米图形层3的图形的尺寸和形状均匀。优选对纳米图形层3进行退火处理是在空气环境中进行，退火高温范围为300～550℃。
完成上述后，利用纳米图形层3保护对掩膜层2进行湿法腐蚀或干法刻蚀，在掩膜层2上制得纳米掩膜图形4;优选对掩膜层2的腐蚀使用BOE溶液湿法腐蚀或使用CF4气体干法刻蚀。
得到纳米掩膜图形4后，利用纳米图形层3和纳米掩膜层保护对模板1进行干法或湿法刻蚀，在模板1上制作纳米图形5；
最后除去多余的纳米图形层3和纳米掩膜层4，得到表面具有纳米图形结构和纳米结构图层的模板1。
本实施例的模板1选用蓝宝石平片，在蓝宝石平片上大面积制作纳米图形的方法，具体步骤为：
在蓝宝石平片上使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N2O气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层2000-5000nm的SiO2掩膜层2。
模板1上得到掩膜层2后，先利用电子束蒸发一层纳米Ag结构图层，纳米结构图层尺寸为300-800nm的纳米Ag颗粒；然后在空气气氛下退火温度为300-450℃的条件下，对纳米Ag颗粒进行退火，使得纳米Ag颗粒大小均匀；
得到纳米掩膜层后，利用BOE溶液，BOE溶液为浓度比为1：6的HF/NH4F混合溶液；在纳米Ag结构图层的保护下对SiO2掩膜层进行湿法腐蚀，得到具有纳米结构的SiO2掩膜层2；
利用BCl3气体在纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层2的保护下，采用等离子刻蚀设备对蓝宝石进行刻蚀；
最后利用BOE溶液除去多余的纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层2，得到具有纳米结构和纳米结构图层5的蓝宝石衬底。
利用本发明制作的上述具有纳米结构和纳米结构图层的蓝宝石衬底应用广泛，可以用于氮化镓基发光二极管材料生长的衬底，该衬底能有效对氮化镓基的材料应力有效释放，减少氮化镓生长缺陷；同时该纳米结构图层对发光二极管的光提取效率的改善更为显著，可以比使用普通蓝宝石平片衬底生长的氮化镓基发光二极管的亮度提升40%以上。
综上所述，本发明利用金属及金属氧化物的物理性能进行纳米图形的转移，再利用相应的溶液进行湿法腐蚀或相应的气体进行干法刻蚀制备纳米图形结构和纳米图形结构图层。采用本发明的方法，可以实现大面积、低成本和工业化的纳米图形制作，提高了产品性能并改进产品品质，具有非常广泛和巨大的商业化应用前景。
以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种大面积制作纳米图形的方法结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：取一模板;
S20：制作掩膜层：在模板上生长一层保护的掩膜层，掩膜层包括SiO2或SiNx;
S30：制作纳米图形层：利用电子束蒸发或离子束蒸发，在设有一层掩膜层的模板上镀上一层Ag、Ni或ITO纳米图形层;
S40：制作纳米掩膜层：利用纳米图形层保护对掩膜层进行湿法腐蚀或干法刻蚀，在掩膜层上制得纳米掩膜图形;
S50：制作纳米图形：利用纳米图形层和纳米掩膜层保护对模板进行干法或湿法刻蚀，在模板上制作纳米图形;
S60：清洗：除去多余的纳米图形层和纳米掩膜层，得到表面具有纳米图形结构和纳米结构图层的模板。
2.根据权利要求1所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，在所述步骤30和所述步骤40之间还包括步骤S35，利用高温退火炉对模板上的纳米图形层进行退火处理，使纳米图形层的图形的尺寸和形状均匀。
3.根据权利要求2所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，所述步骤S35中，对所述纳米图形层进行退火处理是在空气环境中进行，退火高温范围为300～550℃。
4.根据权利要求2所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，所述模板选用蓝宝石平片，在所述蓝宝石平片上大面积制作纳米图形的方法，对应的步骤为：
所述步骤S20中，在蓝宝石平片上使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N2O气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层2000-5000nm的SiO2掩膜层；
所述步骤S30中，利用电子束蒸发一层纳米Ag结构图层，纳米结构图层尺寸为300-800nm的纳米Ag颗粒；
所述步骤S35中，在空气气氛下退火温度为300-450℃的条件下，对纳米Ag颗粒进行退火，使得纳米Ag颗粒大小均匀；
所述步骤S40中，利用BOE溶液，BOE溶液为浓度比为1：6的HF/NH4F混合溶液；在纳米Ag结构图层的保护下对SiO2掩膜层进行湿法腐蚀，得到具有纳米结构的SiO2掩膜层；
所述步骤S50中，利用BCl3气体在纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层的保护下，采用等离子刻蚀设备对蓝宝石进行刻蚀；
所述步骤S60中，利用BOE溶液除去多余的纳米Ag结构图层和SiO2掩膜层即可得到具有纳米结构和纳米结构图层的蓝宝石衬底。
5.根据权利要求1或2所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，所述步骤S10中，所述模板的材料可为蓝宝石衬底、芯片、单晶硅或玻璃。
6.根据权利要求1或2所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，所述步骤S20中，采用等离子增强气相化学沉积或电子束蒸镀的方法制备所述掩膜层。
7.根据权利要求1或2所述的大面积制作纳米图形的方法，其特征在于，所述步骤S40中，所述掩膜层的腐蚀使用BOE溶液湿法腐蚀或使用CF4气体干法刻蚀。
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