JP5864276B2

JP5864276B2 - ナノ微細構造の製造方法

Info

Publication number: JP5864276B2
Application number: JP2012002870A
Authority: JP
Inventors: 昇儒李
Original assignee: 和椿科技股▲フン▼有限公司
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP2013143469A

Description

本発明は、ナノ微細構造の製造方法、特にナノ球を利用してナノ微細構造を製造する方法に関する。

発光ダイオードは、体積が小さく、質量が軽く、発光効率が高いなどの利点を有するため、現在では照明やメッセージ表示の用途に広く使用されている。しかしながら、前記発光ダイオードの発光素子がキャリアとの結合により発射する光は放射状に散乱して、光源を集中させ発射することができないため、光源の均一化、最適化デザイン及び処理方式の技術が非常に重要となっている。現在の業界では、パターン化基板を使用することにより、エピタキシーの欠陥を低減する効果と光取出を向上させる効果を得ているが、エピタキシャル構造の良し悪しは製造工程の歩留及び半導体発光ダイオードの効能に影響を及ぼしている。

図１Ａ〜図１Ｆは、従来のナノ微細構造の製造方法を示す図である。図１Ａに示すように、基板１０を用意し、真空環境下で前記基板１０に酸化シリコン層１１を形成する。図１Ｂに示すように、前記基板１０及び酸化シリコン層１１にフォトレジスト層１２を塗布し、フォトリソグラフィ工程を行って、前記フォトレジスト層１２に複数のパターニングされた開孔１２０を形成することにより、前記酸化シリコン層１１の表面を各前記開孔１２０に露出させる。図１Ｃに示すように、各前記開孔１２０における酸化シリコン層１１をエッチングして除去することにより、前記基板１０の表面を各前記開孔１２０に露出させる。図１Ｄに示すように、前記フォトレジスト層１２を除去する。図１Ｅに示すように、湿式エッチングを行って、前記基板１０に露出した材料を部分的に除去することにより、前記基板１０に複数の凹溝１００を形成する。図１Ｆ及び図１Ｇに示すように、前記酸化シリコン層１１を除去することにより、ナノ微細構造１を製造する。

あるいは、図１Ｅ'に示すように、湿式エッチングを行って、前記基板１０に露出した材料を部分的に除去することにより、前記基板１０に複数の凹み１００'を形成する。図１Ｆ'及び図１Ｇ'に示すように、前記酸化シリコン層１１を除去することにより、ナノ微細構造１を製造する。こうした先行技術は、例えば、非特許文献１に提案されている。

林瑞明、Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｔ-ｅｔｃｈｅｄｐａｔｔｅｒｎｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｎｉｔｒｉｄｅ-ｂａｓｅｄＬＥＤｓ、長庚大学、修士論文、２００９年７月。

ただし、上記の従来の製造方法では、真空条件で操作し且つフォトリソグラフィ工程を採用する必要があるため、製造工程が繁雑であり、設備や工場の投資コストが高いという問題があった。

従って、新たなナノ微細構造の製造方法を開発することは現在極めて重要な課題となっている。

上記のような従来技術の種々の不具合に鑑み、本発明は、基板を用意する工程と、前記基板に複数のナノ球を形成する工程と、前記基板及び各前記ナノ球間に被エッチング膜を形成する工程と、各前記ナノ球を除去する工程と、前記被エッチング膜にレジスト層を形成する工程と、湿式エッチングを行って前記被エッチング膜及びその下の基板材料の一部を除去することで、前記基板の表面に複数のバンプを形成する工程と、前記レジスト層を除去し各前記バンプを露出させる工程と、を含むナノ微細構造の製造方法を提供する。

前記の製造方法において、前記基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）基板又はシリコン基板である。

前記の製造方法において、前記被エッチング膜は、金属酸化物又は金属窒化物であり、例えば、酸化アルミニウムである。

前記の製造方法において、前記レジスト層は、金属酸化物又は金属窒化物であり、前記レジスト層の材料は前記被エッチング膜とは異なる。

前記の製造方法において、前記バンプの高さと幅の比の範囲は、０．２５〜０．５であり、前記バンプは結晶格子面を有する。

前記の製造方法には、湿式エッチングを行う前に、予め焼結工程を行うことを含む。

上記のように、本発明は真空工程とフォトリソグラフィ工程を必要としないため、製造工程を簡素化できるだけでなく、製造コストも大幅に削減することができる。

１Ａは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｂは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｃは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｄは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｅは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｅ'１Ｅの他の実施例を示す図である。１Ｆは、従来のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。１Ｆ'は１Ｆの他の実施例を示す図である。１Ｇは、１Ｆの部分的な立体模式図である。１Ｇ'は、１Ｆ'の部分的な俯瞰模式図である。２Ａは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｂは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｃは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｄは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｅは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｆは、本発明のナノ微細構造の製造方法の断面模式図である。２Ｇは、２Ｆの部分的な俯瞰模式図である。２Ｇ'は、２Ｇの他の実施例を示す図である。

以下、特定の具体的な実施例により本発明の実施形態を説明する。本技術分野に習熟した者は、本願明細書に開示された内容によって簡単に本発明の利点や効果を理解することができる。

ただし、本願明細書に添付された図面に示された構造、比率、サイズなどは、本願明細書の開示内容と合わせることで、本技術分野に習熟した者による理解と閲覧に資するようにするためのものであって、本発明の実施可能な条件を限定するものではないため、技術上の実質的な意味を有するものではなく、任意の構造の修正、比率関係の変化やサイズの調整は、本発明の効果と目的に影響を及ぼさない範囲内において、いずれも本発明で開示された技術的範囲に入るものである。なお、本願の明細書に引用された「上、下」、「前、後」、「底部」、及び「表面」などの用語は、いずれも説明内容を明確化するためのものであり、本発明の実施可能な範囲を限定するものではないため、それらの対応関係の変更や調整は、実質的に技術内容を変更するものでない以上は、本発明の実施可能な範囲に該当するものとして理解すべきである。

図２Ａ〜図２Ｆは、本発明のナノ微細構造の製造方法を示す図であり、特に発光ダイオードエピタキシャル基板におけるナノ微細構造の製造に適用される。

図２Ａに示すように、基板２０を用意し、前記基板２０に複数のナノ球２１を形成する。前記ナノ球は公知のマイクロエマルション重合により得られるものであって、例えば、ポリスチレン球であってよい。前記基板２０は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）基板又はシリコン基板であってよい。

図２Ｂに示すように、前記基板２０及び各前記ナノ球２１間に（即ち、ナノ球２１が設けられた基板２０上に）被エッチング膜２２を形成する。また、前記被エッチング膜２２は金属酸化物又は金属窒化物であり、例えば、シリコン、亜鉛、アルミニウム、クロム、チタン、インジウム、鉛、スズ、ジルコニウム、ハフニウム、鉄、バナジウム、マグネシウム、タングステンなどの酸化物又は窒化物が挙げられ、本実施例では酸化アルミニウムである。さらに具体的には、前記被エッチング膜は、酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化マグネシウム、酸化タングステン、チタン酸ジルコニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムからなる群から選ばれた一種又は複数種を含む。また、前記被エッチング膜は、窒素、リン及びホウ素からなる群から選ばれた一種又は複数種のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）をさらに含んでもよい。

図２Ｃに示すように、各前記ナノ球２１を除去する。また、形成された被エッチング膜２２がナノ球２１を覆っている場合、ナノ球２１を除去する時に上部の被エッチング膜２２ａも併せて除去する。

図２Ｄに示すように、前記被エッチング膜２２にレジスト層２３を形成する。前記レジスト層２３を形成する材料は金属酸化物又は金属窒化物であり、例えば、シリコン、亜鉛、アルミニウム、クロム、チタン、インジウム、鉛、スズ、ジルコニウム、ハフニウム、鉄、バナジウム、マグネシウム、タングステンなどの酸化物又は窒化物が挙げられ、具体的には、前記レジスト層２３は、酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化マグネシウム、酸化タングステン、チタン酸ジルコニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムからなる群から選ばれた一種又は複数種を含む。また、前記被エッチング膜は、窒素、リン及びホウ素からなる群から選ばれた一種又は複数種のドーパントをさらに含んでもよい。なお、前記レジスト層２３を形成する材料は前記被エッチング膜２２とは異なり、本実施例では、前記レジスト層２３を形成する材料は酸化シリコンである。

図２Ｅに示すように、湿式エッチングを行って前記被エッチング膜２２及びその下の部分の基板２０の材料の一部を除去することにより、前記基板２０の表面に結晶格子面２００ａを有する複数のバンプ２００を形成する。より詳しくは、前記レジスト層２３と基板２０とが接する部位、即ち、元の各前記ナノ球２１の底部について、エッチングを行う時に、被エッチング膜２２のエッチングされる特性により、下方向へ基板２０の一部をエッチングすることで、前記レジスト層２３と基板２０とが接する部位（必ずしも実質的に接続するとは限らない）が前記バンプ２００の頂点となり、また、前記レジスト層２３の材料が多孔性材料であるため、エッチング工程において依然として微小程度のエッチングが生じ、同時に、多孔性浸透エッチング液とレジスト層２３の厚さにより下方の基板２０のバンプ２００を形成する。なお、湿式エッチングを行う前に、前記レジスト層２３を強化するために、予め焼結工程を行ってもよい。

図２Ｆに示すように、前記レジスト層２３を除去し、各前記バンプ２００を露出させることにより、本発明のナノ微細構造２が得られる。前記バンプ２００の高さｈと幅ｗの比の範囲は、約０．２５〜０．５である。

図２Ｇ及び図２Ｇ'に示すように、異なる基板２０の材料で、異なる形状のバンプ２００を形成する。図２Ｇに示されるように、基板２０を形成する材料が酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）である場合、バンプ２００の形状は三面体の結晶格子になる。図２Ｇ'に示すように、基板２０'を形成する材料がシリコンである場合、バンプ２００'の形状は四面体の結晶格子になる。

上記のように、本発明の方法は、真空条件で行う必要もフォトリソグラフィ工程を利用する必要もないため、製造工程を簡素化できるだけでなく、製造コストも大幅に削減することができる。

上記の実施例は、本発明の原理とその効果を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本技術分野に習熟した者は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記の実施例に修正を施すことができる。従って、本発明の主張する権利範囲は、特許請求の範囲に記載されるとおりである。

１、２…ナノ微細構造
１０、２０、２０'…基板
１１…酸化シリコン層
１２…フォトレジスト層
２１…ナノ球
２２…被エッチング膜
２２ａ…上部のエッチング膜
２３…レジスト層
１００…凹溝
１００' …凹み
１２０…開孔
２００、２００' …バンプ
２００ａ…結晶格子面
ｈ…高さ
ｗ…幅

Claims

基板を用意する工程と、
前記基板に複数のナノ球を形成する工程と、
前記基板及び各前記ナノ球間に被エッチング膜を形成する工程と、
各前記ナノ球を除去する工程と、
前記被エッチング膜にレジスト層を形成する工程と、
湿式エッチングを行って前記被エッチング膜及びその下の基板材料の一部を除去することで、前記基板の表面に複数のバンプを形成する工程と、
前記レジスト層を除去し、各前記バンプを露出させる工程と、
を含むナノ微細構造の製造方法。
前記基板が、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）基板又はシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記被エッチング膜が、金属酸化物又は金属窒化物であることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記被エッチング膜が、窒素、リン及びホウ素からなる群から選ばれた一種又は複数種のドーパントをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記レジスト層が、金属酸化物又は金属窒化物であることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記レジスト層が、酸化シリコンであることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記レジスト層の材料が、前記被エッチング膜とは異なることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記バンプの高さと幅の比の範囲が、０．２５〜０．５であることを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記バンプが、結晶格子面を有することを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。
前記湿式エッチングを行う前に、予め焼結工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のナノ微細構造の製造方法。