一種納米級圖形化襯底的製造方法
2023-05-20 15:21:26 2
專利名稱：一種納米級圖形化襯底的製造方法
技術領域：
本發明涉及LED製造技術領域，尤其涉及一種納米級圖形化襯底的製造方法。
背景技術：
在LED製造技術工藝中，由於藍寶石襯底材料與外延材料從晶格常數、熱漲係數到折射率都相差很大。這些物理性質差異直接導致襯底上生長的外延材料質量不高，致使LED內量子效率(IQE)受到限制，進而影響外量子效率(EQE)以及光效的提高。為了提高LED效率，業界引入了圖形化的低溫緩衝層，所述圖形化的低溫緩衝層可以提高內量子效率，具體地說，先在襯底上外延生長低溫緩衝層，然後對所述低溫緩衝層進行圖形化，之後再生長其它外延層。如此，即需要外延生長-圖形化-再次外延生長三個 步驟，使得工藝複雜、費時。因此，圖形化藍寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate, PSS)技術被引入,其與之前的方法不同點在於，PSS技術將原來低溫緩衝層上的圖形做到了襯底上，也就是說圖形化襯底而非圖形化低溫緩衝層，這樣就克服了上述缺點。PSS技術能提高LED效率的原理在於能夠有效的減少差排密度，減少外延生長缺陷，提升外延片品質，減少非輻射複合中心，提高了內量子效應；另外，PSS結構增加了光子在藍寶石界面處的反射次數，使光子逸出LED有源區的機率增加，從而使出光效率得以提高。PSS主要製作流程包括掩膜層製作、掩膜層圖形化、掩膜圖形向襯底的轉移和掩膜層去除四個步驟。在微米級上常規的光刻技術就能滿足掩膜層圖形化工藝需求，但是，隨著PSS技術的圖案由微米級向著納米級進發，常規的圖形化襯底的工藝方法的成本和難度已無法適用於大規模生產。目前納米級PSS(NPSS:nano-PSS)技術掩膜層圖形化的方法主要為納米壓印。納米壓印的基本思想是通過在模具上形成納米級的圖案，將模具壓印在形成於襯底上的媒介上，媒介通常是一層很薄的聚合物膜，通過模具對媒介的熱壓或者透過模具的輻照等方法使媒介結構硬化，從而保留下圖形。納米壓印對模具的解析度、平坦化、均勻性、表面等有很高的要求，並且，壓印過程中，模具與壓印材料之間的對準、平行度、壓力均勻性、溫度均勻性、脫模技術等都存在著較多的問題。
發明內容
本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，利用利用電沉積工藝在導電層上形成規則排布的標記，然後在標記處形成金屬納米顆粒，進而利用金屬納米顆粒為掩膜刻蝕導電層，然後刻蝕襯底以形成納米級圖形化襯底。該方法具有工藝簡單、工藝成本低的優點。本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成導電層；在所述導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記；在所述導電層上使用電沉積工藝在所述標記處形成金屬納米顆粒，所述金屬與導電層的材質不同；以所述金屬納米顆粒作為掩膜，刻蝕所述導電層，形成圖形化的導電層；以所述圖形化的導電層為掩膜，刻蝕所述襯底；去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒，形成納米級圖形化襯底。可選的，所述導電層為Ag、Au、Cu形成的金屬層或ITO膜層。可選的，所述導電層的厚度為 lOnnTlOOnm。可選的，所述電沉積工藝沉積的金屬材質為Ag、Au或Cu。可選的，形成金屬納米顆粒的電沉積工藝時間為5秒 15秒。可選的，所述利用溼法刻蝕工藝或等離子刻蝕所述導電層。可選的，所述溼法刻蝕工藝的刻蝕液為FeCl3。可選的，利用聚焦離子束顯微鏡形成凸起或凹陷的標記。可選的，利用溼法刻蝕工藝或等離子刻蝕工藝來刻蝕所述襯底可選的，利用化學機械研磨或刻蝕的方法來去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒。本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，所述納米級圖形化襯底的製造方法在襯底上形成導電層，然後在導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記，然後進行電沉積工藝，通過控制電沉積工藝時間在標記處形成金屬納米顆粒，之後以金屬納米顆粒作為掩膜刻蝕導電層，最後以導電層為掩膜刻蝕襯底，以形成圖納米級圖形化襯底。該方法無須用到高精度的光刻機臺，也不用模具進行壓印，具有工藝簡單，工藝成本低的優點。
圖1為本發明實施例的納米級圖形化襯底的製造方法的流程圖；圖2A 2F為本發明實施例的納米級圖形化襯底的製造方法的各步驟的剖面示意圖。
具體實施例方式在背景技術中已經提及，現有的NPSS方法具有各自的缺陷，對工藝成本具有較高的要求。本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，所述納米級圖形化襯底的製造方法在襯底上形成導電層，然後在導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記，然後進行電沉積工藝，通過控制電沉積工藝時間在標記處形成金屬納米顆粒，之後以金屬納米顆粒作為掩膜刻蝕導電層，最後以導電層為掩膜刻蝕襯底，以形成圖納米級圖形化襯底。該方法無須用到高精度的光刻機臺，也不用模具進行壓印，具有工藝簡單，工藝成本低的優點。下面將結合附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應所述理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並不作為對本發明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參考圖1，其為本發明實施例的納米級圖形化襯底的製造方法的流程圖，所述方法包括如下步驟步驟S021，提供襯底，在所述襯底上形成導電層；步驟S022，在導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記；
步驟S023,在所述導電層上使用電沉積工藝沉積金屬，形成金屬納米顆粒,所述金屬與導電層的材質不同，所述電沉積工藝時間遠小於電沉積工藝形成薄膜的時間；步驟S024，以所述金屬納米顆粒作為掩膜，刻蝕所述導電層，形成圖形化的導電層；步驟S025，以所述圖形化的導電層為掩膜，刻蝕所述襯底；步驟S026，去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒，形成納米級圖形化襯底。該方法的核心思想在於，在襯底上形成導電層，然後利用聚焦離子束顯微鏡在導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記，之後在導電層上進行電沉積工藝，通過控制電沉積工藝時間在標記處形成金屬納米顆粒，以金屬納米顆粒作為掩膜刻蝕導電層，最後以導電層為掩膜刻蝕襯底，以形成圖納米級圖形化襯底。參照圖2A，執行步驟S021，提供襯底，在所述襯底上形成導電層。本實施例中，所述襯底101為藍寶石襯底，導電層為後續的電沉積工藝提供場所，為導電材質，優選為Ag、Au、Cu或者ITO (Indium tin oxide氧化銦錫)，本實施例中，導電層為ITO薄膜層，厚度為IOnnTlOOnm0參考圖2B，執行步驟S022，在導電層102上形成規則排布的凸起或凹陷的標記106。可以利用聚焦離子束顯微鏡(FIB,Focused Ion beam)形成凸起或凹陷的標記106。凸起或凹陷的標記106處會在後續的電沉積的過程中形成金屬納米顆粒。利用聚焦離子束顯微鏡的蒸鍍功能，可以在導電層102上設計的位置形成凸起的標記，具體的，在導電層102表面提供有機金屬蒸汽，利用FIB的離子束分解有機金屬蒸汽，在導電層102表面的對應區域沉積金屬。利用聚焦離子束顯微鏡的選擇性刻蝕功能以在導電層102上設計的位置形成凹陷的標記，具體的，利用離子轟擊導電層102表面指定的部位，同時可以在導電層102表面提供腐蝕性氣體，加速導電層102材料的去除。本實施例中，利用FIB在導電層102表面形成凸起的標記106。參考圖2C，執行步驟S023，在所述導電層102上使用電沉積工藝形成金屬納米顆粒103，電沉積工藝常常用於成膜，在其開始階段，金屬離子通過電化學反應從電沉積溶液中析出在導電層102上形成晶核，在電化學作用下金屬離子一方面繼續在導電層上形成晶核，另一方面進入晶核，使晶核生長，最終在導電層上形成連續的薄膜結構。本申請的方案中電沉積工藝是為了形成金屬納米顆粒，無需形成連續的薄膜，因而對電沉積工藝的時間進行控制，使其遠小於形成連續的薄膜結構的時間，這樣在導電層102表面只形成納米級的金屬晶體，即，金屬納米顆粒103。並且，由於之前在導電層上形成了凸起或凹陷的標記106,電沉積時，凸起或凹陷處電位更高，金屬離子會優先在這些部位放電形成晶核，使金屬納米顆粒103按標記分布在導電層102上。使由於在後續步驟中需利用金屬納米顆粒103作為掩膜來刻蝕導電層102，因此金屬納米顆粒103的材質需要與導電層102材質不同，優選為Ag、Au或Cu，本實施例中金屬納米顆粒103的材質選為Ag，電沉積工藝的時間為5秒 15秒。參考圖2C，執行步驟S023，以所述金屬納米顆粒103作為掩膜，刻蝕所述導電層102，形成圖形化的導電層102』。可以利用溼法刻蝕或等離子刻蝕來刻蝕所述導電層102，本實施例中利用溼法刻蝕工藝，刻蝕液選為FeCl3溶液。本領域技術人員可以根據導電層102和金屬納米顆粒103的具體材質來選擇刻蝕方式和刻蝕液或刻蝕氣體。參考圖2D，執行步驟S024，以所述圖形化的導電層102』為掩膜，刻蝕所述襯底101。可以利用溼法刻蝕或等離子刻蝕來刻蝕所述襯底101。本實施例中優選採用溼法刻蝕 工藝來圖形化所述襯底101，例如，可選用對所述襯底101刻蝕速率較高，而幾乎不刻蝕圖形化的導電層102』的刻蝕液，以順利在襯底上形成孔洞104，形成圖形化的襯底101』。當然，如選用對圖形化的導電層102和藍寶石襯底101的都能進行刻蝕的刻蝕液，對刻蝕工藝的溫度和工藝時間進行控制，即可實現在一步中完成步驟S023和步驟S024。參考圖2E，執行步驟S025，去除所述圖形化的導電層102』和金屬納米顆粒103，形成納米級圖形化襯底101』。可以通過化學機械研磨或刻蝕的方法來去除所述圖形化的導電層102』和金屬納米顆粒103。之後，完成圖形化的藍寶石襯底101』即可進入後續的外延生長等工藝。綜上所述，本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，所述納米級圖形化襯底的製造方法在襯底上形成導電層，然後在導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記，然後進行電沉積工藝，通過控制電沉積工藝時間在標記處形成金屬納米顆粒，之後以金屬納米顆粒作為掩膜刻蝕導電層，最後以導電層為掩膜刻蝕襯底，以形成圖納米級圖形化襯底。該方法無須用到高精度的光刻機臺，也不用模具進行壓印，具有工藝簡單，工藝成本低的優點。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種納米級圖形化襯底的製造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成導電層；在所述導電層上形成規則排布的凸起或凹陷的標記；在所述導電層上使用電沉積工藝在所述標記處形成金屬納米顆粒，所述金屬與導電層的材質不同；以所述金屬納米顆粒作為掩膜，刻蝕所述導電層，形成圖形化的導電層；以所述圖形化的導電層為掩膜，刻蝕所述襯底；去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒，形成納米級圖形化襯底。
2.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於所述導電層為Ag、 Au、Cu形成的金屬層或ITO膜層。
3.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於所述導電層的厚度為 10nm 100nm。
4.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於所述電沉積工藝沉積的金屬材質為Ag、Au或Cu。
5.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於形成金屬納米顆粒的電沉積工藝時間為5秒 15秒。
6.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於利用聚焦離子束顯微鏡形成凸起或凹陷的標記。
7.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於利用溼法刻蝕工藝或等離子刻蝕所述導電層。
8.如權利要求7所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於所述溼法刻蝕工藝的刻蝕液為FeCl3。
9.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於利用溼法刻蝕工藝或等離子刻蝕工藝刻蝕所述襯底。
10.如權利要求1所述的納米級圖形化襯底的製造方法，其特徵在於利用化學機械研磨或刻蝕工藝去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒。
全文摘要
本發明提供一種納米級圖形化襯底的製造方法，包括提供襯底，在所述襯底上形成導電層；在所述導電層上使用電沉積工藝沉積金屬，形成金屬納米顆粒，所述金屬與導電層的材質不同，所述電沉積工藝時間遠小於電沉積工藝形成薄膜的時間；以所述金屬納米顆粒作為掩膜，刻蝕所述導電層，形成圖形化的導電層；以所述圖形化的導電層為掩膜，刻蝕所述襯底；去除所述圖形化的導電層和金屬納米顆粒，形成納米級圖形化襯底。該方法利用電沉積工藝在導電層上形成規則排布的標記，然後在標記處形成金屬納米顆粒，進而利用金屬納米顆粒為掩膜刻蝕導電層，然後刻蝕襯底以形成納米級圖形化襯底。該方法具有工藝簡單，工藝成本低的優點。
文檔編號H01L33/00GK103022281SQ20121056431
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者畢少強 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司