CN108550521A - 一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法。一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其中,包括如下步骤:S1.在待加工样品表面覆盖一层预铺膜层,预铺膜层的厚度为5~200nm;S2.在预铺膜层上制作一层金属薄层,金属薄层的厚度为3~20nm;S3.快速高温热处理使金属薄层转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜。本发明的方法可以有效地控制金属纳米岛的大小与间隔,降低工艺难度要求,提高产品的一致性。

Description

一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,更具体地,涉及一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法。
背景技术
纳米柱阵列LED器件是指发光体为纳米级别的柱体阵列组成的LED器件。由于发光体纳米级别的效应,纳米柱阵列LED器件有更高的内量子效率,更高的光萃取率和更高的调制带宽,这使得纳米柱阵列LED器件对比传统的LED器件有明显的优势。
纳米柱GaN发光体的制备,主要可以分为直接生长和刻蚀成型两种方向。其中刻蚀成型方法需要制作纳米阵列图形的掩膜,用于GaN纳米柱刻蚀。制作纳米阵列图形的掩膜的常用方法,有电子束曝光、自组装纳米岛、纳米压印、激光全息相干曝光等方法。其中自组装纳米岛掩膜是当中成本最低的方法。其工作原理是,覆盖在样品表面的金属薄层在高温退火处理后,自发团聚收缩成相互间隔的纳米级的金属小岛,可以作为掩膜使用。但是由于退火自发成型的金属纳米岛的间隔和大小的随机性很强,要得到效果较好的阵列掩膜,其工艺要求十分高,不适合大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,本发明的方法可以有效地控制金属纳米岛的大小与间隔,降低工艺难度要求,提高产品的一致性。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其中,包括如下步骤:
S1. 在待加工样品表面覆盖一层预铺膜层,预铺膜层的厚度为5~200nm;
S2. 在预铺膜层上制作一层金属薄层,金属薄层的厚度为3~20nm;
S3. 快速高温热处理使金属薄层转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜。
由于受到预铺膜层的表面形貌,晶格排列,以及分子力的影响,经快速高温热处理后的纳米级的金属岛尺寸与间隔会因此而不同。可以通过控制预铺膜层的材料、生长环境,改变预铺膜层的形貌特征,从而改变纳米级金属岛状掩膜的效果。
进一步的,所述步骤S1中,预铺膜层为SiO2、SiNx、ITO或ZnO的透明薄膜。
进一步的,所述步骤S1中,待加工样品为Si、GaN、GaAs、GaP或Al2O3半导体材料。
进一步的,所述步骤S2中,金属薄层由Ni、Ag、Al和Au的单金属材料或合金材料制成。
进一步的,所述步骤S1中,预铺膜层的制作方法采用的是金属化学气相沉积(MOCVD)或 等离子体增强化学气相沉积(PECVD),且预铺膜层在高温环境下其表面形貌不会受到破坏。
进一步的,采用金属化学气相沉积(MOCVD)制作的预铺膜层为多晶薄膜,表面形貌成多晶纳米结构形貌。
进一步的,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制作的预铺膜层为非晶薄膜,表面形貌平坦。
进一步的,所述步骤S2中,金属薄层的制作方法采用的是电子束蒸发、热蒸发或者磁控溅射。
进一步的,所述步骤S3中,快速高温热处理的工艺条件是:温度600~1000℃,时间0.5~5min,气氛:氮气或氩气等惰性气体。
本发明中,使用PECVD的方法沉积10~200nm的SiO2薄膜作为预铺膜层时,由于SiO2的非晶结构,可制作出尺寸300~700纳米的纳米级金属岛。使用MOCVD的方法沉积10~200nm的ITO薄膜作为预铺膜层时,控制ITO多晶体的晶粒大小,可制作出尺寸小于300nm的纳米级金属岛。使用MOCVD的方法沉积10~200nm的ZnO薄膜作为预铺膜层时,控制ZnO多晶体的晶粒大小,可制作出尺寸小于100nm的金属纳米岛。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明的方法可以有效地控制纳米级金属岛的大小与间隔,降低工艺难度要求,提高产品的一致性。
附图说明
图1是本发明的制备方法中步骤2得到的待加工样品表面结构示意图。
图2是本发明的制备方法中步骤3得到的待加工样品表面结构示意图。
图3是本发明实施例1中形成纳米级金属岛状掩膜的效果图。
图4是本发明实施例1中使用形成的纳米级金属岛状掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻的蚀刻效果图。
图5是本发明实施例2中形成纳米级金属岛状掩膜的效果图。
图6是本发明实施例2中使用形成的纳米级金属岛状掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻的蚀刻效果图。
图7是本发明实施例3中形成纳米级金属岛状掩膜的效果图。
图8是本发明实施例3中使用形成的纳米级金属岛状掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻的蚀刻效果图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1和图2所示,一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其中,包括如下步骤:
S1. 在待加工样品1表面覆盖一层预铺膜层2,预铺膜层2的厚度为5~200nm;具体的,用PECVD在GaN半导体材料上沉积SiO2预铺膜层,SiO2预铺膜层的厚度为5~200nm;
S2. 在预铺膜层上制作一层金属薄层3,金属薄层3的厚度为3~20nm;具体的,用电子束蒸镀在SiO2预铺膜层上蒸镀Ni金属薄层,Ni金属薄层的厚度为3~20nm;
S3. 快速高温热处理使金属薄层转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜4;具体的,氮气氛围下,GaN半导体材料上的Ni金属薄层在800℃下快速高温热处理60s,形成纳米级金属岛状掩膜。
本实施例中,形成纳米级金属岛状掩膜的效果如图3所示。使用该掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻,可得到图4的蚀刻效果。
实施例2
如图1和图2所示,一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其中,包括如下步骤:
S1. 在待加工样品1表面覆盖一层预铺膜层2,预铺膜层2的厚度为5~200nm;具体的,用MOCVD在GaN半导体材料上沉积ITO预铺膜层,ITO预铺膜层的厚度为5~200nm;
S2. 在预铺膜层上制作一层金属薄层3,金属薄层3的厚度为3~20nm;具体的,用电子束蒸镀在ITO预铺膜层上蒸镀Ni金属薄层,Ni金属薄层的厚度为3~20nm;
S3. 快速高温热处理使金属薄层转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜4;具体的,氮气氛围下,GaN半导体材料上的Ni金属薄层在800℃下快速高温热处理60s,形成纳米级金属岛状掩膜。
本实施例中,形成纳米级金属岛状掩膜的效果如图5所示。使用该掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻,可得到图6的蚀刻效果。
实施例3
如图1和图2所示,一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其中,包括如下步骤:
S1. 在待加工样品1表面覆盖一层预铺膜层2,预铺膜层2的厚度为5~200nm;具体的,用MOCVD在GaN半导体材料上沉积ZnO预铺膜层,ZnO预铺膜层的厚度为5~200nm;
S2. 在预铺膜层上制作一层金属薄层3,金属薄层3的厚度为3~20nm;具体的,用电子束蒸镀在ZnO预铺膜层上蒸镀Ni金属薄层,Ni金属薄层的厚度为3~20nm;
S3. 快速高温热处理使金属薄层转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜4;具体的,氮气氛围下,GaN半导体材料上的Ni金属薄层在800℃下快速高温热处理60s,形成纳米级金属岛状掩膜。
本实施例中,形成纳米级金属岛状掩膜的效果如图7所示。使用该掩膜对GaN进行Cl2的ICP蚀刻,可得到图8的蚀刻效果。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1. 在待加工样品(1)表面覆盖一层预铺膜层(2),预铺膜层(2)的厚度为5~200nm;
S2. 在预铺膜层(2)上制作一层金属薄层(3),金属薄层(3)的厚度为3~20nm;
S3. 快速高温热处理使金属薄层(3)转化为纳米级的金属岛状分布,成为掩膜(4)。
2.根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,预铺膜层(2)为SiO2、SiNx、ITO或ZnO的透明薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,待加工样品(1)为Si、GaN、GaAs、GaP或Al2O3半导体材料。
4.根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,金属薄层(3)由Ni、Ag、Al和Au的单金属材料或合金材料制成。
5. 根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,预铺膜层(2)的制作方法采用的是金属化学气相沉积(MOCVD)或 等离子体增强化学气相沉积(PECVD),且预铺膜层(2)在高温环境下其表面形貌不会受到破坏。
6.根据权利要求5所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,采用金属化学气相沉积(MOCVD)制作的预铺膜层(2)为多晶薄膜,表面形貌成多晶纳米结构形貌。
7.根据权利要求5所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制作的预铺膜层(2)为非晶薄膜,表面形貌平坦。
8.根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,金属薄层(3)的制作方法采用的是电子束蒸发、热蒸发或者磁控溅射。
9.根据权利要求1所述的一种自组装纳米级金属岛状掩膜的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,快速高温热处理的工艺条件是:温度600~1000℃,时间0.5~5min,气氛:惰性气体。
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