DE112013000281B4 - Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer konkav-konvexen Struktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bilden eines organischen Resistfilms auf einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur, in der eine konkav-konvexe Struktur gebildet werden soll; – Bilden eines siliziumhaltigen Resistfilms auf dem organischen Resistfilm; – Mustern des siliziumhaltigen Resistfilms durch Nanoprägen; – Oxidieren des siliziumhaltigen Resistfilms mit einem sauerstoffhaltigen Plasma, um einen Siliziumoxidfilm zu bilden; – Trockenätzen des organischen Resistfilms unter Verwendung des Siliziumoxidfilms als Ätzmaske, – Trockenätzen der Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur unter Verwendung des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms als Ätzmasken; und – Entfernen des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer feinen konkav-konvexen Struktur.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist ein Verfahren zur Bildung eines sogenannten photonischen Kristalls bekannt, der eine feine konkav-konvexe Struktur in Nanogrößenordnung ist, in einer Leuchtvorrichtung wie etwa einer Leuchtdiode oder einer Laserdiode, um die Lichtauskopplungseffizienz der Vorrichtung zu verbessern (siehe zum Beispiel Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2011-35078 A ). Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Schichtens einer aus Siliziumoxid gebildeten Ätzmaske auf eine erste Nitrid-Halbleiterschicht und das Bilden von Poren durch Photolithographie über die Ätzmaske in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht, wodurch in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht eine feine konkav-konvexe Struktur gebildet wird.
  • Aus der JP 2010-284970 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer konkav-konvexen Struktur bekannt, bei dem eine Ätzmaske durch Nanoprägen einer Polyurethan-Oligomerschicht erzeugt wird.
  • Die US 2011/0306185 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer konkav-konvexen Struktur. Zur Ausbildung der Struktur in einer Basisschicht wird auf diese zunächst eine nicht-Silizium-haltige Schicht aufgebracht und in dieser mittels Nanoprägen eine konkav-konvexen Struktur erzeugt. Anschließend wird auf die nicht-Silizium-haltige Schicht eine siliziumhaltige Schicht aufgebracht. Weiterhin wird zunächst die siliziumhaltige Schicht zur Bildung einer Maske mit einem Ätzgas und anschließend die nicht-Silizium-haltige Schicht durch die siliziumhaltige Schicht hindurch geätzt. Zum Ätzen der nicht-Silizium-haltigen Schicht wird ein Ätzgas mit einem gegenüber dem Ätzgas zum Ätzen der siliziumhaltigen Schicht erhöhten Sauerstoffgehalt verwendet.
  • Bei einer photonischen kristallinen Struktur kann zum Beispiel dann, wenn der Innendurchmesser eines konkaven Abschnitts klein wird, das Wellenlängenband, das die Lichtauskopplungseffizienz verbessert, klein gestaltet werden. Doch wenn die photonische kristalline Struktur durch Lithographie gebildet wird, ist die Auflösung aufgrund der Belichtungswellenlänge beschränkt. Daher war es schwierig, zu dem Zweck der Verbesserung der Lichtauskopplungseffizienz den Innendurchmesser eines konkaven Abschnitts und den Durchmesser eines konvexen Abschnitts zu optimieren und das Aspektverhältnis zu erhöhen. Als Ergebnis war es schwierig, die konkav-konvexe Struktur durch Lithographie zu bilden.
  • Angesichts dessen wurde auch ein Verfahren vorgeschlagen, das das Nanoprägen verwendet. Bei dem Verfahren, das das Nanoprägen verwendet, wird eine Mutterform verwendet, um eine feine konkav-konvexe Struktur zu einem Resistfilm zu übertragen, und wird unter Verwendung des Resistfilms ein Trockenätzen vorgenommen. Bei diesem Verfahren kann auch eine feine konkav-konvexe Struktur mit einer Größe von, zum Beispiel, einigen zehn Nanometern oder weniger gebildet werden. Da die feine konkav-konvexe Struktur ferner durch einen einfachen Prozess des Pressens der Mutterform gegen den Resistfilm gebildet wird, kann verglichen mit ihrer Bildung durch Photolithographie auch die Wirkung einer Verringerung der Herstellungskosten erhalten werden.
  • Bei dem Nano-Prägeprozess ist es wichtig, die Formtrennung der Mutterform von einem Resistfilm, zu dem die konkav-konvexe Struktur übertragen wird, sicherzustellen. Doch eine Erhöhung der Tiefe des konkaven Abschnitts in der Mutterform, um eine feine konkav-konvexe Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis zu erhalten, verursacht ein Anhaften des Resistfilms an der Mutterform und schadhafte Formen des konkaven Abschnitts und des konvexen Abschnitts nach dem Lösen der Mutterform. Daher unterliegen die Tiefe des konkaven Abschnitts und die Höhe des konvexen Abschnitts in der Mutterform Beschränkungen. Somit war es schwierig, eine feine konkav-konvexe Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis unter Verwendung nur des Nano-Prägeprozesses zu bilden.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die eine feine konkav-konvexe Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis umfasst, bereitzustellen.
  • Ein erster Gesichtspunkt ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer konkav-konvexen Struktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines organischen Resistfilms auf einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur, in der eine konkav-konvexe Struktur gebildet werden soll; Bilden eines siliziumhaltigen Resistfilms auf dem organischen Resistfilm; Mustern des siliziumhaltigen Resistfilms durch Nanoprägen; Oxidieren des siliziumhaltigen Resistfilms mit einem sauerstoffhaltigen Plasma, um einen Siliziumoxidfilm zu bilden; Trockenätzen des organischen Resistfilms unter Verwendung des Siliziumoxidfilms als Ätzmaske, Trockenätzen der Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur unter Verwendung des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms als Ätzmasken; und Entfernen des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms.
  • Nach dem ersten Gesichtspunkt wird eine konkav-konvexe Struktur durch Schichten eines siliziumhaltigen Resistfilms auf einem organischen Resistfilm, Muster des siliziumhaltigen Resistfilms durch Nanoprägen, und Bilden eines zweischichtigen Resists durch Trockenätzen des organischen Resistfilms gebildet. Wenn unter Verwendung des Nano-Prägeprozesses ein einschichtiges Resist gebildet wird, ist die Filmdicke zu dem Zweck der Sicherstellung der Formtrennung beschränkt. Doch durch Bilden eines zweischichtigen Resists unter Verwendung eines Trockenätzens kann die Filmdicke des Resists erhöht werden. Daher können durch Verwenden des zweischichtigen Resists konkave Abschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis in der Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur gebildet werden. Ferner wird der aus Siliziumoxid gebildete Resistfilm als die obere Schicht des zweischichtigen Resists ausgeführt. Dadurch kann die Selektivität der Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur in Bezug auf den Resistfilm verbessert werden.
  • Nach einem zweiten Gesichtspunkt umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt ferner den Schritt des Entfernens der verbliebenen Schicht, die in dem durch das Nanoprägen gebildeten konkaven Abschnitt zurückgeblieben ist, mit Plasma, das Sauerstoff und Fluor enthält, vor dem Schritt des Trockenätzens des organischen Resistfilms.
  • Nach dem zweiten Gesichtspunkt wird die verbliebene Schicht des siliziumhaltigen Resistfilms vor dem Trockenätzen des organischen Resistfilms entfernt. Daher wird die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur durch den organischen Resistfilm vor dem Plasma geschützt. Insbesondere wird die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur bei einer Bildung eines einschichtigen Resists durch das Nanoprägen während des Schritts des Entfernens der verbliebenen Schicht einem Plasma ausgesetzt. Doch die Gelegenheiten, bei denen die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur einem Plasma ausgesetzt wird, können durch Bilden eines zweischichtigen Resists verringert werden. Daher können Veränderungen der Eigenschaften, die verursacht werden, indem die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur einem Plasma ausgesetzt wird, unterdrückt werden.
  • Nach einem dritten Gesichtspunkt ist die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur bei dem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter gebildet und wird sie mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt.
  • Da nach dem dritten Gesichtspunkt eine aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter gebildete Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt wird, kann die Selektivität in Bezug auf den Siliziumoxidfilm verbessert werden.
  • Nach einem vierten Gesichtspunkt ist die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur bei dem Verfahren zur Herstellung einer. Vorrichtung nach dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt aus Saphir gebildet und wird sie mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt.
  • Da nach dem vierten Gesichtspunkt eine aus Saphir gebildete Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt wird, kann die Selektivität in Bezug auf den Siliziumoxidfilm verbessert werden.
  • Nach einem fünften Gesichtspunkt ist die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur bei dem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt durch mehrere Schichten gebildet und wird sie mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt.
  • Nach dem fünften Gesichtspunkt kann eine feine konkav-konvexe Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis über mehrere Schichten gebildet werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
  • 1 ist eine Querschnittansicht, die einen geschichteten Körper zur Bildung einer Leuchtvorrichtung veranschaulicht, die eine Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung veranschaulicht, wobei 2A den Schritt des Bildens eines organischen Resistfilms veranschaulicht; 2B den Schritt des Bildens eines siliziumhaltigen Resistfilms veranschaulicht; und 2C den Nano-Prägeprozess veranschaulicht.
  • 3A veranschaulicht den Schritt des Entfernens einer verbliebenen Schicht; 3B veranschaulicht den Schritt des Oxidierens des siliziumhaltigen Resistfilms; 3C veranschaulicht den Schritt des Musterns des organischen Resistfilms; 3D veranschaulicht den Schritt des Trockenätzens einer GaN-Schicht, die eine Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur ist; und 3E veranschaulicht den Resistentfernungsprozess.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Leuchtvorrichtung veranschaulicht, die den geschichteten Körper aufweist.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung veranschaulicht, wobei 5A den Schritt des Bildens eines organischen Resistfilms veranschaulicht; 5B den Schritt des Bildens eines siliziumhaltigen Resistfilms veranschaulicht; und 5C den Nano-Prägeprozess veranschaulicht.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die Leuchtvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Vorrichtung veranschaulicht, die durch den Herstellungsprozess nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, das auf ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung angewendet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Leuchtvorrichtung als LED ausgeführt.
  • Wie in 1 veranschaulicht weist ein geschichteter Körper 10 zur Bildung einer LED ein Substrat 11, eine Pufferschicht 12, eine n-Typ-Halbleiterschicht 13, eine MQW-Schicht 14 mit einer Vielfachquantenmuldenstruktur (MQW), und eine p-Typ-Halbleiterschicht 15 auf.
  • Für das Substrat 11 kann jedes beliebige Substrat verwendet werden, sofern die Pufferschicht 12, die n-Typ-Halbleiterschicht 13 und dergleichen darauf epitaktisch wachsen können. Zum Beispiel kann das Substrat 11 ein Saphirsubstrat sein. Ferner können Siliziumcarbid, Silizium und dergleichen als Material des Substrats 11 verwendet werden.
  • Die n-Typ-Halbleiterschicht 13, die MQW-Schicht 14 und die p-Typ-Halbleiterschicht 15 ist aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter gebildet, der wenigstens ein Element der Gruppe III umfasst, wie etwa AlN, GaN, AlGaN, AlInN, GaInN oder AlGaInN. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die n-Typ-Halbleiterschicht 13 aus n-Typ-GaN, das mit Si oder Ge dotiert ist, gebildet.
  • Auf einer Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 13 wird eine feine konkav-konvexe Struktur AS gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die n-Typ-Halbleiterschicht 13 einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur. Die feine konkav-konvexe Struktur weist eine periodische Struktur auf, die ungefähr eine Länge aufweist, welche durch Dividieren der Wellenlänge, die die Auskopplungseffizienz der Leuchtvorrichtung verbessert, durch den Brechungsindex des Materials der n-Typ-Halbleiterschicht 15 erhalten wird. Wenn die feine konkav-konvexe Struktur AS als die periodische Struktur von photonischen Kristallen optimiert wird, liegen der Radius R eines konkaven Abschnitts oder konvexen Abschnitts und die strukturelle Periode a insbesondere in einem Verhältnis von ”0,3 < R/a < 0,4” und übersteigt das Aspektverhältnis 1. Die feine konkav-konvexe Struktur AS unterdrückt die Lichtausbreitung in einer Hauptflächenrichtung der n-Typ-Halbleiterschicht 13, damit Licht in einer Richtung ausgestrahlt wird, die senkrecht zu einer Hauptfläche der n-Typ-Halbleiterschicht 13 liegt, wodurch die Lichtauskopplungseffizienz verbessert wird.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung gemäß 2 beschrieben werden. Wie in 2A veranschaulicht wird zuerst ein organisches Resistmaterial wie etwa ein Novolak-Harz durch einen Rotationsbeschichter oder dergleichen auf die n-Typ-Halbleiterschicht 13 aufgetragen, um einen organischen Resistfilm 20 zu bilden.
  • Nach der Bildung des organischen Resistfilms 20 wird wie in 2B veranschaulicht ein siliziumhaltiges Resistmaterial durch einen Rotationsbeschichter oder dergleichen auf den organischen Resistfilm 20 aufgetragen, um einen siliziumhaltigen Resistfilm 30 zu bilden. Der siliziumhaltige Resistfilm 30 wird unter Berücksichtigung von, zum Beispiel, der Viskosität des siliziumhaltigen Resistmaterials so eingerichtet, dass er eine Dicke aufweist, die die Formtrennung einer Mutterform gut sicherstellen kann. Der siliziumhaltige Resistfilm 30 weist eine geringere Filmdicke als jene des organischen Resistfilms 20 auf.
  • Dann wird wie in 2C veranschaulicht das Muster der feinen konkav-konvexen Struktur AS durch Nanoprägen zu dem siliziumhaltigen Resistfilm 30 übertragen. Eine Mutterform N ist aus einem Substrat aus Quarz oder dergleichen gebildet und umfasst eine Fläche mit einer feinen Struktur, die durch Elektronenstrahlen oder dergleichen gebildet wurde. Wenn die Mutterform N senkrecht gegen den siliziumhaltigen Resistfilm 30 gepresst wird, wird das Muster der Mutterform N zu dem siliziumhaltigen Resistfilm 30 übertragen, um einen Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, zu bilden. Hier sind die Tiefe des konkaven Abschnitts und die Höhe des konvexen Abschnitts in der Mutterform N so eingerichtet, dass fehlerhafte Formen von konkaven Abschnitten 30H und konvexen Abschnitten in dem Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, unterdrückt werden. Dadurch wird die Vertikalität der konkaven Abschnitte 30H in dem Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, verbessert. In diesem Zustand ist an dem Boden jedes konkaven Abschnitts 30A des Films 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, eine verbliebene Schicht 30d vorhanden.
  • Dann wird ein Vorprodukt, das mit dem Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, ausgeführt ist, in eine Trockenätzvorrichtung befördert. Für die Trockenätzvorrichtung können bekannte Vorrichtungen wie etwa eine Vorrichtung, die eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle aufweist, und eine Vorrichtung, die eine kapazitiv gekoppelte Plasmaquelle aufweist, passend verwendet werden. Die Trockenätzvorrichtung umfasst ein Gaszufuhrsystem, das ein sauerstoffhaltiges Gas und ein fluorhaltiges Gas liefert. Wenn das Vorprodukt in die Trockenätzvorrichtung befördert ist und die Plasmaquelle auf Basis vorherbestimmter Bedingungen betrieben wird, wird ein Plasma des sauerstoffhaltigen Gases und des fluorhaltigen Gases erzeugt, um die verbliebene Schicht 30d zu entfernen. Das heißt, wie in 3A veranschaulicht werden die Oberflächen der konvexen Abschnitte des Films 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, geätzt und wird auch die verbliebene Schicht 30d geätzt, wodurch der organische Resistfilm 20 zwischen den konvexen Abschnitten freigelegt wird.
  • Wenn das Resist nun einen einschichtigen Aufbau aufweisen würde, würde die unter der verbliebenen Schicht 30d angeordnete n-Typ-Halbleiterschicht 13 bei der Entfernung der verbliebenen Schicht 30d dem Plasma, das Sauerstoff und Fluor enthält, ausgesetzt werden. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Ausführungsform der siliziumhaltige Resistfilm 30 auf den organischen Resistfilm 20 geschichtet. Dadurch wird die n-Typ-Halbleiterschicht 13 bei der Entfernung der verbliebenen Schicht 30d dem Plasma nicht ausgesetzt. Dies unterdrückt Veränderungen der Eigenschaften der n-Typ-Halbleiterschicht 13.
  • Als nächstes wird das Vorprodukt, von dem die verbliebene Schicht 30d entfernt wurde, in eine Trockenätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem umfasst, das ein sauerstoffhaltiges Gas liefert. Dann wird wie in 3B veranschaulicht der Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde und von dem die verbliebene Schicht 30d entfernt wurde, einem sauerstoffhaltigen Plasma ausgesetzt, um einen Siliziumoxidfilm 30c zu bilden.
  • Nachdem der Siliziumoxidfilm 30c auf diese Weise auf dem Vorprodukt gebildet wurde, wird das Vorprodukt in eine Trockenätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem umfasst, das ein Sauerstoffgas und ein Verdünnungsgas wie etwa Argon liefert. In der Trockenätzvorrichtung wird eine Plasmaquelle betrieben, um ein sauerstoffhaltiges Plasma zu erzeugen, und der organische Resistfilm 20 wird über den Film 30a, zu dem das Muster übertragen wurde, trockengeätzt. Als Ergebnis wird der organische Resistfilm 20 wie in 3C veranschaulicht so gemustert, dass ein Musterbildungsfilm 20b gemäß dem Siliziumoxidfilm 30c gebildet wird. Der Siliziumoxidfilm 30c und der Musterbildungsfilm 20a bilden ein zweischichtiges Resist 40. Aufgrund der hohen Vertikalität der konkaven Abschnitte des Siliziumoxidfilms 30c weisen auch die konkaven Abschnitte, die in den organischen Resistfilm 20 gebildet sind, eine hohe Vertikalität auf.
  • Nachdem das zweischichtige Resist 40 auf dem Vorprodukt gebildet wurde, wird das Vorprodukt in eine Trockenätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem umfasst, das ein chlorhaltiges Gas liefert. Eine Plasmaquelle wird betrieben, um ein chlorhaltiges Plasma zu erzeugen, und die n-Typ-Halbleiterschicht 13 wird wie in 3D veranschaulicht geätzt, um konkave Abschnitte H1 zu bilden. Das chlorhaltige Gas enthält Cl2, BCl3 oder dergleichen.
  • Das zweischichtige Resist 40 ist verglichen mit einem nur als Siliziumoxid gebildeten Resist dick. Die Tiefe des konkaven Abschnitts, der durch Trockenätzen gebildet wird, unterscheidet sich zusätzlich zu der Selektivität in Bezug auf den Resistfilm auch abhängig von der Dicke des Resistfilms. Daher kann ein konkaver Abschnitt mit einem hohen Aspektverhältnis selbst dann gebildet werden, wenn die n-Typ-Halbleiterschicht 143 aus einem Material gebildet ist, das eine geringe Selektivität in Bezug auf den Resistfilm aufweist. Ferner kann aufgrund der hohen Vertikalität der konkaven Abschnitte des zweischichtigen Resists 40 die Vertikalität der in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 gebildeten konkaven Abschnitte verbessert werden.
  • Ferner kann die Selektivität von GaN in Bezug auf die Maske erhöht werden, wenn ein chlorhaltiges Gas als Ätzgas verwendet wird. Daher kann durch Verwenden eines Ätzgases, das eine hohe Selektivität bereitstellt, während das zweischichtige Resist 40 mit einer großen Filmdicke verwendet wird, das Aspektverhältnis der konkaven Abschnitte H1 erhöht werden.
  • Nachdem die n-Typ-Halbleiterschicht 13 gemustert wurde, wird das Vorprodukt wie in 3E veranschaulicht in eine Trockenätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem aufweist, das ein sauerstoffhaltiges Gas und ein fluorhaltiges Gas liefert, um den Musterbildungsfilm 20a und den Siliziumoxidfilm 30c zu beseitigen. Als Ergebnis wird in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 eine feine konkav-konvexe Struktur AS gebildet, die konkave Abschnitte H1 und konvexe Abschnitte umfasst, welche im Wesentlichen mit den gleichen Abständen gebildet sind.
  • Nachdem die feine konkav-konvexe Struktur AS in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 gebildet wurde, werden die MQW-Schicht 14 und die p-Typ-Halbleiterschicht 15 epitaktisch auf der n-Typ-Halbleiterschicht 13 gezüchtet, zum Beispiel durch ein MOCVD-Verfahren, wodurch ein geschichteter Körper 10 gebildet wird.
  • Nun wird ein Beispiel für die Leuchtvorrichtung, die den geschichteten Körper umfasst, beschrieben werden. Wie in 4 veranschaulicht umfasst eine Leuchtvorrichtung 50 den oben beschriebenen geschichteten Körper 10, eine transparente Elektrodenschicht 16, eine Anschlusselektrode 17 vom p-Typ, eine Anschlusselektrode 18 vom n-Typ und eine Isolierschicht 19, die auf die Lichtausstrahlungsseite geschichtet ist. Diese Schichten werden zum Beispiel durch das MOCVD-Verfahren gebildet.
  • Die Anschlusselektrode 18 vom n-Typ ist auf einer oberen Fläche der n-Typ-Halbleiterschicht 13, die durch Entfernen der MQW-Schicht 14, der p-Typ-Halbleiterschicht 15 und der durchsichtigen Elektrodenschicht 16 freigelegt wurde, gebildet. Die Anschlusselektrode 17 vom p-Typ ist auf einer oberen Fläche der durchsichtigen Elektrodenschicht 16 gebildet. Die Isolierschicht 19 ist aus Siliziumoxid oder dergleichen gebildet und ist auf einem Teil der durchsichtigen Elektrodenschicht 16 und einem Teil der n-Typ-Halbleiterschicht 13 gebildet.
  • Die erste Ausführungsform weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
    • (1) Bei der ersten Ausführungsform ist die feine konkav-konvexe Struktur AS durch Schichten des siliziumhaltigen Resistfilms 30 auf den organischen Resistfilm 20, Mustern des siliziumhaltigen Resistfilms 30 durch den Nano-Prägeprozess und Bilden des zweischichtigen Resistfilms 40 durch Trockenätzen des organischen Resistfilms 20 in der n-typ-Halbleiterschicht 13 gebildet. Wenn unter Verwendung des Nano-Prägeprozesses ein einschichtiges Resist gebildet wird, ist die Filmdicke des Resistfilms beschränkt, um die Formtrennung der Mutterform sicherzustellen. Doch durch Bilden des zweischichtigen Resists 40 unter Verwendung eines Trockenätzens kann die Filmdicke des Resists erhöht werden. Daher können die konkaven Abschnitte H1 mit einem hohen Aspektverhältnis über das zweischichtige Resist 40 in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 gebildet werden. Ferner ist ein Resistfilm (30c), der aus Siliziumoxid gebildet ist, als die obere Schicht des zweischichtigen Resists 40 ausgeführt. Dies verbessert die Selektivität der n-Typ-Halbleiterschicht 13 in Bezug auf den Resistfilm.
    • (2) Bei der ersten Ausführungsform wird die durch den Nano-Prägeprozess gebildete verbliebene Schicht 30d unter Verwendung eines Plasmas, das Sauerstoff und Fluor enthält, entfernt, bevor der organische Resistfilm 20 trockengeätzt wird. Wenn ein einschichtiges Resist auf die n-Typ-Halbleiterschicht 13 geschichtet ist, ist die n-Typ-Halbleiterschicht 13 dem Plasma nach der Entfernung der verbliebenen Schicht 30d ausgesetzt. Doch bei dem obigen Verfahren wird die n-Typ-Halbleiterschicht 13 dem Plasma nicht ausgesetzt, da die n-Typ-Halbleiterschicht 13 durch den organischen Resistfilm 20 geschützt wird. Daher werden Veränderungen der Eigenschaften aufgrund einer Einwirkung des Plasmas auf die n-Typ-Halbleiterschicht 13 unterdrückt.
    • (3) Bei der ersten Ausführungsform wird die n-Typ-Halbleiterschicht 13, die durch eine Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt. Dies verbessert die Selektivität in Bezug auf das zweischichtige Resist 40 weiter.
  • Unter Bezugnahme auf 5 und 6 wird nun ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben werden, das auf das Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung angewendet wird. Bei der zweiten Ausführungsform unterscheiden sich das Element, in dem die fein konkav-konvexe Struktur AS gebildet wird, und das Herstellungsverfahren von jenen bei der ersten Ausführungsform. Auf ausführliche Beschreibungen im Hinblick auf gleiche Elemente wird verzichtet.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird eine feine konkav-konvexe Struktur AS in einem Substrat 11 gebildet, das aus Saphirgebildet ist. Im Besonderen entspricht das Substrat 11 einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen-Struktur bei der zweiten Ausführungsform. Zuerst wird wie in 5A veranschaulicht das zweischichtige Resist 40 auf einer Fläche des Substrats 11 gebildet. Die Schritte zur Bildung des zweischichtigen Substrats 40 sind jenen bei der ersten Ausführungsform ähnlich und umfassen die Schritte des Bildens des organischen Resistfilms 20 auf dem Substrat 11, des Bildens des siliziumhaltigen Resistfilms 30, des Durchführens des Nano-Prägeprozesses, des Entfernens der verbliebenen Schicht, des Oxidierens des siliziumhaltigen Resistfilms 30 und des Trockenätzens des organischen Resistfilms.
  • Nachdem das zweischichtige Resist 40 auf dem Substrat 11 gebildet wurde, wird das Substrat 11 in eine Trockenätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem umfasst, das ein chlorhaltiges Gas liefert, und werden wie in 5B veranschaulicht durch Trockenätzen des Substrats 11 konkave Abschnitte H2 gebildet. Daher kann durch Verwenden des zweischichtigen Resists 40, das eine große Filmdicke aufweist, selbst bei Verwendung von Saphir, der zu einer geringeren Selektivität in Bezug auf den Resistfilm als jener von Gruppe-III-V-Halbleiterverbindungen neigt, das Aspektverhältnis der konkaven Abschnitte H2 erhöht werden.
  • Nachdem das Substrat 11 gemustert wurde, wird das Vorprodukt wie in 5C veranschaulicht in eine Ätzvorrichtung befördert, die ein Gaszufuhrsystem umfasst, das ein sauerstoffhaltiges Gas und ein fluorhaltiges Gas liefert, um den Musterbildungsfilm 20a und den Siliziumoxidfilm 30c zu entfernen. Als Ergebnis wird in dem Substrat 11 die feine konkav-konvexe Struktur AS gebildet, die konkave Abschnitte H2 und konvexe Abschnitte umfasst, welche im Wesentlichen mit den gleichen Abständen gebildet sind.
  • Nachdem die feine konkav-konvexe Struktur AS in dem Substrat 11 gebildet wurde, werden die Pufferschicht 12, die n-Typ-Halbleiterschicht 13, die MQW-Schicht 14 und die p-Typ-Halbleiterschicht 15 auf dem Substrat 11 gebildet, zum Beispiel durch das MOCVD-Verfahren, wodurch ein geschichteter Körper 10 gebildet wird.
  • Nun wird ein Beispiel für die Leuchtvorrichtung, die den geschichteten Körper umfasst, beschrieben werden. Während der Aufbau der Leuchtvorrichtung 50 jenem bei der ersten Ausführungsform ähnlich ist, ist die feine konkav-konvexe Struktur AS wie in 6 veranschaulicht in dem aus Saphir gebildeten Substrat 11 gebildet. Daher wird eine Lichtausbreitung in der Hauptfläche des Substrats 11 unterdrückt, so dass die Lichtausstrahlungsrichtung senkrecht zu der Hauptfläche des Substrats 11 verläuft. Dies verbessert die Lichtauskopplungseffizienz.
  • Zusätzlich zu den Vorteilen der ersten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
    • (4) Bei der zweiten Ausführungsform wird das aus Saphir gebildete Substrat 11 über das zweischichtige Resist 40 mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt. Daher kann der konkave Abschnitt H2 mit einem hohen Aspektverhältnis selbst dann gebildet werden, wenn Saphir verwendet wird, der eine geringere Selektivität als jene von Gruppe-III-V-Nitrid-Halbleitern aufweist. Ferner kann durch Verwenden des chlorhaltigen Gases die Selektivität in Bezug auf den Resistfilm verbessert werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf die folgende Weise abgewandelt werden:
    Bei den obigen Ausführungsformen ist die feine konkav-konvexe Struktur AS in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 oder dem Substrat 11 gebildet. Doch die feine konkav-konvexe Struktur AS kann wie in 7 veranschaulicht auch in der transparenten Elektrodenschicht 16 gebildet werden. In diesem Fall wird das zweischichtige Resist 40 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform auf der transparenten Elektrodenschicht 16 gebildet und wird die transparente Elektrodenschicht 16 über das zweischichtige Resist 40 trockengeätzt. Bei der in 7 veranschaulichten Ausführungsform entspricht die transparente Elektrodenschicht 16 einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur.
  • Bei den obigen Ausführungsformen ist die feine konkav-konvexe Struktur AS in der n-Typ-Halbleiterschicht 13 oder dem Substrat 11 gebildet. Doch die feine konkav-konvexe Struktur AS kann auch in einer anderen Schicht gebildet werden. Zum Beispiel kann die feine konkav-konvexe Struktur AS in der MQW-Schicht 14 gebildet werden. In diesem Fall wird die MQW-Schicht 14 zuerst unter Verwendung einer Filmbildungsvorrichtung gebildet und dann aus der Vorrichtung entnommen und danach die feine konkav-konvexe Struktur AS durch das oben beschriebene Verfahren in der MQW-Schicht 14 gebildet. Alternativ kann die feine konkav-konvexe Struktur AS in der p-Typ-Halbleiterschicht 15 gebildet werden. In diesem Fall wird die p-Typ-Halbleiterschicht 15 zuerst unter Verwendung einer Filmbildungsvorrichtung gebildet und dann aus der Vorrichtung entnommen und danach die feine konkav-konvexe Struktur AS durch das oben beschriebene Verfahren in der p-Typ-Halbleiterschicht 15 gebildet. Ferner kann die feine konkav-konvexe Struktur AS nicht nur in einer einzelnen Schicht, sondern auch in mehreren Schichten gebildet werden. Zum Beispiel kann die feine konkav-konvexe Struktur AS in einer Tiefe von der p-Typ-Halbleiterschicht 15 durch die MQW-Schicht 14 zu der n-Typ-Halbleiterschicht 13 ausgeführt werden. In diesem Fall werden die n-Typ-Halbleiterschicht 13, die MQW-Schicht 14 und die p-Typ-Halbleiterschicht 15 zuerst unter Verwendung einer Filmbildungsvorrichtung gebildet, und werden dann die konkaven Abschnitte der feinen konkav-konvexen Struktur AS durch das oben beschriebene Verfahren tief in der n-Typ-Halbleiterschicht 13, der MQW-Schicht 14 und der p-Typ-Halbleiterschicht 15 gebildet. Bei diesem Aufbau ist die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur durch mehrere Schichten (13, 14 und 15) gebildet.
  • Obwohl bei den obigen Ausführungsformen unter Verwendung des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung konkave Abschnitte H1 und H2 mit einem hohen Aspektverhältnis gebildet werden, können unter Verwendung des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung konkave Abschnitte H1 und H2 mit einem verhältnismäßig kleinen Aspektverhältnis gebildet werden. Im Besonderen wird unter Verringerung der Dicke des siliziumhaltigen Resistfilms 30 bis zu einem solchen Ausmaß, dass eine gute konkav-konvexe Form des übertragenen Musters bereitgestellt wird, der organische Resistfilm 20 vermehrt, damit die Dicke des zweischichtigen Resists 40 gewährleistet wird. Auch in diesem Fall wird die Vertikalität der konkaven Abschnitte der feinen konkav-konvexen Struktur AS verbessert und wird eine konkav-konvexe Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis gebildet.
  • Bei den obigen Ausführungsformen ist eine Leuchtvorrichtung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist, als transmissive Leuchtvorrichtung ausgeführt. Doch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch als reflektive Leuchtvorrichtung ausgeführt sein. Zum Beispiel kann auch ein Aufbau eingesetzt werden, bei dem an der Rückseite des Substrats 11, bei der es sich um eine Seite handelt, die zu der Fläche, an der die Pufferschicht 12 gebildet ist, entgegengesetzt ist, eine aus Silber oder dergleichen gebildete Reflexionsschicht und eine Isolierschicht bereitgestellt sind, wobei das Licht, das von der MQW-Schicht 14 ausgestrahlt wird, durch die Reflexionsschicht zu der Seite der Isolierschicht, die eine Lichtauskopplungsfläche ist, reflektiert wird.
  • Bei den obigen Ausführungsformen wird das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung ausgeführt. Doch das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung wie etwa einer Siliziumvorrichtung, die mit einer Silizium-Durchgangselektrode versehen ist, angewendet werden, und kann insbesondere auf den Schritt der Bildung der Silizium-Durchgangselektrode angewendet werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer konkav-konvexen Struktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bilden eines organischen Resistfilms auf einer Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur, in der eine konkav-konvexe Struktur gebildet werden soll; – Bilden eines siliziumhaltigen Resistfilms auf dem organischen Resistfilm; – Mustern des siliziumhaltigen Resistfilms durch Nanoprägen; – Oxidieren des siliziumhaltigen Resistfilms mit einem sauerstoffhaltigen Plasma, um einen Siliziumoxidfilm zu bilden; – Trockenätzen des organischen Resistfilms unter Verwendung des Siliziumoxidfilms als Ätzmaske, – Trockenätzen der Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur unter Verwendung des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms als Ätzmasken; und – Entfernen des Siliziumoxidfilms und des organischen Resistfilms.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Schritt des Entfernens der verbliebenen Schicht, die in einem durch das Nanoprägen gebildeten konkaven Abschnitt zurückgeblieben ist, mit Plasma, das Sauerstoff und Fluor enthält, vor dem Schritt des Trockenätzens des organischen Resistfilms.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter gebildet ist, und – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur aus Saphir gebildet ist, und – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur durch mehrere Schichten gebildet ist, und – die Schicht zur Bildung einer konkav-konvexen Struktur mit einem chlorhaltigen Plasma geätzt wird.
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