专利名称：于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法
技术领域：
本发明涉及蚀刻掩膜制作领域，特别是在蓝宝石衬底表面利用金属薄层制作出纳米级金属球以形成蚀刻掩膜的制作方法。
背景技术：
目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最为常用的衬底之一。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多晶体缺陷，影响了材料的晶体质量，限制了器件光电性能的进一步提高。同时GaN和空气间存在较大的折射率的差异，光的出射角很小，绝大部分被全反射又回到LED器件内部，这既降低了光的提取效率又增加了散热难度，影响了 LED器件的稳定性。采用图形化蓝宝石衬底技术可以缓解异质外延生长中蓝宝石衬底和氮化物外延层由于晶格失配引起的应力，降低了氮化物材料中的位错密度，提高器件的内量子效率。例如中国专利CN101345274揭示一种利用图形化衬底提高GaN基LED发光效率的方法，包括在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅膜；光刻出光刻胶图形阵列；以光刻胶图形阵列作掩膜，刻蚀出具有图形结构的二氧化硅膜；以具有图形结构的二氧化硅膜作为掩膜， 刻蚀蓝宝石衬底，将图形刻蚀到蓝宝石衬底上；将蓝宝石衬底清洗干净；形成横截面为三角形的金字塔结构；在图形蓝宝石衬底上生长低温成核层；在低温成核层上继续升高温度生长η型掺杂的GaN层，生长出低位错密度且表面具有V形坑阵列结构；继续生长LED结构材料所需的多量子井层和P型材料层，并使最终的表面仍具有V形坑阵列结构。然而传统的图形构图方法是光刻工艺。但是图形的宽度范围是由照射到图形掩模上的光的波长所决定，所以要形成小于100纳米的结构非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其主要能够制作出纳米尺寸的金属球，并以金属纳米球的分布作为掩膜(mask)，进而搭配蚀刻手段而在蓝宝石衬底表面形成纳米尺寸的凹凸图形。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，包含取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个金属薄层；将蓝宝石衬底与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球，且分布于蓝宝石衬底上形成金属掩膜。在本发明的实施措施中还包含利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将蓝宝石衬底表面蚀刻成具有纳米尺寸的凹凸图形。所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。
所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。又本发明也可以采用以下的技术方案一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，包含取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个二氧化硅薄层；又在蓝宝石衬底与二氧化硅薄层的组合，配置一个金属薄层位于二氧化硅薄层上；将蓝宝石衬底、二氧化硅薄层与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球，且分布于二氧化硅薄层上形成金属掩膜。还包含利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将二氧化硅薄层制作成具有纳米尺寸图形的二氧化硅掩膜，并再藉二氧化硅掩膜的屏蔽作用及搭配蚀刻手段，可将蓝宝石衬底表面制作出具有纳米尺寸的凹凸图形。所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。所述二氧化硅薄层的厚度为Inm至2nm。本发明的优点在于1.由于金属薄层自身厚度仅为2至5纳米Onm至5nm)，所以金属薄层在接近熔化的状态下破裂且收缩成球体状，各球体的尺寸也为纳米尺寸，同时也使相邻金属纳米球之间的间距也符合纳米尺寸，因此各纳米金属球所构成的金属掩膜不论是作为蓝宝石衬底的蚀刻掩膜，还是二氧化硅的蚀刻掩膜，均可获致纳米尺寸的图形。2.由于金属薄膜是以加热至接近自身熔点，以及搭配表面张力的作用，进而自动破裂并形成纳米金属球，所以制作成本低，可以符合生产制造的需求。
图1为本发明第一实施例的制作步骤示意图一；图2为本发明第一实施例的制作步骤示意图二 ；图3为本发明第二实施例的制作步骤示意图一；图4为本发明第二实施例的制作步骤示意图二 ；图5为本发明第二实施例的制作步骤示意图三。
具体实施例方式以下即依本发明的目的、功效及结构组态，举出较佳实施例并配合附图详细说明。请参阅图1，图中显示为本发明的第一实施例。其中图(a)部份显示一个蓝宝石衬底10 —侧配置有一金属薄层20。该金属薄层20可藉由蒸镀、溅镀、化学沉积、贴合或其他的附着方式，附着在蓝宝石衬底10表面。上述的金属薄层20的厚度可以是2nm至5nm，且金属薄层20可以是镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)，或其合金。图1的(b)部份显示，可对蓝宝石衬底10与金属薄层20的组合加热。具体而言， 可将蓝宝石衬底10与金属薄层20的组合置于一个具有快速热处理程序的加热系统中加热，且使得金属薄层20的温度接近自身的熔点。换言之，金属薄层20已接近呈现液化状态。图1的(c)部份显示，金属薄层20在自身温度接近熔点的状态下，搭配自身的表面张力作用，可使得金属薄层20破裂，进而每一个小裂块可以收缩成球状。值得注意的是每一个收缩后的金属球的体积很小，其可以形成金属纳米球22。而金属纳米球22分布在蓝宝石衬底10表面可以形成一金属掩膜对。请参阅图2，取金属掩膜M位于蓝宝石衬底10表面的结构体，可利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球22所构成的金属掩膜对，进而将蓝宝石衬底10表面蚀刻成具有纳米尺寸的凹凸图形12。请参阅图3，图中显示为本发明第二实施例。其中图(a)部份显示取一个蓝宝石衬底10并在表面配置一个二氧化硅薄层30 ；又再蓝宝石衬底10与二氧化硅薄层30的组合上配置一个金属薄层20，该金属薄层20位于二氧化硅薄层30上。该金属薄层20与二氧化硅薄层30可藉由蒸镀、溅镀、化学沉积、贴合或其他的附着方式附着于相应的表面。又上述的金属薄层20的厚度可以是2nm至5nm，且金属薄层20 可以是镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)，或其合金。而二氧化硅薄层30的厚度为Inm至 2nm0图3的(b)部份显示，将蓝宝石衬底10、二氧化硅薄层30与金属薄层20的组合加热，使得金属薄层20的温度接近自身的熔点。图3的(c)部份显示，藉表面张力的作用，使金属薄层20得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球22，且分布于二氧化硅薄层30上形成金属掩膜对。图4显示，取一个金属掩膜对、二氧化硅薄层30及蓝宝石衬底10的组合，进而利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球22所构成的金属掩膜M，将二氧化硅薄层30制作成具有纳米尺寸图形的二氧化硅掩膜32。图5显示，可以将位在二氧化硅掩膜32上的金属掩膜(未显示)移除，接着再藉二氧化硅掩膜32的屏蔽作用以及搭配蚀刻手段，可在蓝宝石衬底10表面制作出具有纳米尺寸的凹凸图形12。第一实施例与第二实施例的差异在于金属薄层20在二氧化硅薄层30及在蓝宝石衬底10表面，虽然都形成金属纳米球22，但金属薄层20和蓝宝石衬底10间的表面张力， 不同于金属薄层20与二氧化硅薄层30的表面张力，所以形成的金属纳米球22大小会不相同。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于，包含取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个金属薄层；将蓝宝石衬底与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球， 且分布于蓝宝石衬底上形成金属掩膜。
2.如权利要求1所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于还包含再利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将蓝宝石衬底表面蚀刻成具有纳米尺寸的凹凸图形。
3.如权利要求1所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。
4.如权利要求1所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。
5.一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于，包含取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个二氧化硅薄层；又在蓝宝石衬底与二氧化硅薄层的组合，配置一个金属薄层位于二氧化硅薄层上；将蓝宝石衬底、二氧化硅薄层与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球， 且分布于二氧化硅薄层上形成金属掩膜。
6.如权利要求5所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于还包含利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将二氧化硅薄层制作成具有纳米尺寸图形的二氧化硅掩膜，并再藉二氧化硅掩膜的屏蔽作用及搭配蚀刻手段，可在蓝宝石衬底表面制作出具有纳米尺寸的凹凸图形。
7.如权利要求5所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。
8.如权利要求5所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。
9.如权利要求5所述的于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其特征在于所述二氧化硅薄层的厚度为Inm至2nm。
全文摘要
本发明公开了一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，是取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个金属薄层；将蓝宝石衬底与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球，且分布于蓝宝石衬底上形成金属掩膜。其次也可以在金属薄层与蓝宝石衬底之间再配置一个二氧化硅薄层。由于金属掩膜的形成是利用加热及自身的表面张力作用，因此制作成本低，此外金属掩膜上具有微小的图形，有助将蓝宝石衬底表面蚀刻成具有纳米尺寸的凹凸图形。
文档编号H01L33/00GK102299055SQ20111015741
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者陈达军 申请人:协鑫光电科技(张家港)有限公司