專利名稱：一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體納米陣列結(jié)構(gòu)器件(如太陽(yáng)能電池、LED、光電探測(cè)器、激光器等)的制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝加工水平的不斷提高，納米尺度的器件受到普 遍的重視，包括以納米陣列結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池、LED、光電探測(cè)器、激光器等。與薄膜器件相比，納米陣列結(jié)構(gòu)的器件有許多優(yōu)點(diǎn)。采用納米陣列結(jié)構(gòu)，能增大器 件的表面積，釋放應(yīng)力，減少晶格失配、終止位錯(cuò)。此外，對(duì)于LED，采用納米陣列結(jié)構(gòu)，能有 效提高出光效率，從而提高光輸出功率；而對(duì)于太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器等，利用納米陣列 結(jié)構(gòu)能減少反射，增強(qiáng)光吸收，提高效率或響應(yīng)度。半導(dǎo)體表面常見的納米陣列結(jié)構(gòu)包括納米點(diǎn)、納米柱、納米孔陣列等，可通過(guò)自下 而上(如直接生長(zhǎng))或者自上而下(如光刻、刻蝕)的方式形成。有多種方法可形成刻蝕 所需的微結(jié)構(gòu)掩模，如在半導(dǎo)體薄膜表面旋涂納米球、金屬退火、光刻、陽(yáng)極氧化、化學(xué)腐蝕 等?；谝陨闲纬傻募{米陣列結(jié)構(gòu)，可制作納米陣列結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件。目前傳統(tǒng)的垂直排列納米陣列結(jié)構(gòu)器件的制作工藝包括(a)制作微結(jié)構(gòu)掩模 層，刻蝕形成絕緣襯底204之上的納米陣列結(jié)構(gòu)205，其中該納米陣列結(jié)構(gòu)205包括頂層的 ρ型(n型)半導(dǎo)體201、中間的有源層202及底層的η型(ρ型)半導(dǎo)體203 ； (b)對(duì)納米陣 列結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，使其平面化；(c)淀積及刻蝕電流擴(kuò)展層；(d)臺(tái)面刻蝕，暴露出η區(qū)(或 P區(qū))；(e)淀積金屬，制作η/ρ電極。按此工藝，在樣品的整個(gè)表面刻蝕了納米陣列結(jié)構(gòu)，然 后通過(guò)臺(tái)面刻蝕刻出η(或P)電極區(qū)。由于表面納米陣列結(jié)構(gòu)的存在，干法刻蝕后η(或P) 電極區(qū)表面存在尖峰狀凸起(如圖1、圖2a至圖2c所示)。這些凸起一方面不利于后續(xù)的 金屬電極的淀積，降低了附著力；另一方面，若器件的制作工藝流程中還有晶片鍵合、鍍Ag 鏡等后續(xù)工藝，表面凸起的存在將不利于這些工藝的進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，消 除傳統(tǒng)工藝在臺(tái)面刻蝕后下臺(tái)面電極區(qū)的表面粗糙。本發(fā)明的上述目的，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征在于包括步驟(1)、 對(duì)絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件光刻并進(jìn)行第一次臺(tái)面刻蝕，形成一階梯狀的樣品結(jié)構(gòu)；(2)、 在階梯上方的臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu)掩模層；(3)、進(jìn)行第二次臺(tái)面刻蝕，同時(shí)刻蝕形成納米陣列 結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，前述一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其中步驟(1) 為在絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件樣品表面旋涂光刻膠，光刻，得到臺(tái)面刻蝕的掩模；并以光刻 膠為掩模進(jìn)行第一次臺(tái)面刻蝕。根據(jù)具體的半導(dǎo)體器件材料，可以采用干法或者濕法刻蝕。
進(jìn)一步地，前述一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其中微結(jié)構(gòu) 掩模層僅制于上臺(tái)面，其可選的形式至少包括納米球、納米柱或納米孔陣列之一。進(jìn)一步地，前述一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其中第二次 臺(tái)面刻蝕的深度與納米陣列結(jié)構(gòu)的深度相一致，而兩次臺(tái)面刻蝕深度之和大于半導(dǎo)體器件 表面P型層或n型層和有源層的厚度之和，以使半導(dǎo)體器件露出n型層或p型層。進(jìn)一步地，前述一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其中絕緣襯 底至少包括玻璃、藍(lán)寶石和S0I硅片；而且絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件至少包括可選的太陽(yáng) 能電池、發(fā)光二極管、光電探測(cè)器和激光器之一。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，相較于傳統(tǒng)工藝其顯著的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明通過(guò)兩步刻蝕來(lái)形成n區(qū)(或p區(qū))的臺(tái)面，由于僅在上臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu) 掩模，可以避免刻蝕過(guò)程中下臺(tái)面的電極區(qū)產(chǎn)生粗糙的尖峰狀凸起，方法簡(jiǎn)單快捷，普適性 強(qiáng)。通過(guò)電極區(qū)粗糙度的改善，可以增強(qiáng)后續(xù)淀積的金屬電極的附著，使之不易剝落，提高 器件的可靠性，同時(shí)也便于后續(xù)其它工藝(如鍵合等)的進(jìn)行。


圖1是傳統(tǒng)工藝制作的納米陣列結(jié)構(gòu)器件的臺(tái)面示意圖；圖2a是絕緣襯底上外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是典型的納米陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖2c為納米陣列結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖3是由本發(fā)明方法制得的納米陣列結(jié)構(gòu)器件的臺(tái)面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法更易于理解其實(shí) 質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明若干具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō) 明。但以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說(shuō)明對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。在藍(lán)寶石襯底204上外延生長(zhǎng)InGaN/GaN LED結(jié)構(gòu)，其中有源層202為i-InGaN 多量子阱；當(dāng)然該藍(lán)寶石襯底204之上的半導(dǎo)體器件還可選包括太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器 和激光器等。本發(fā)明提供的改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，制作工藝包括 以下主要步驟(1)光刻，第一次臺(tái)面刻蝕；在100°C干燥20分鐘，去除樣品表面吸附的水汽；在4000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下涂膠；熱 板上100°c前烘90秒，使膠中大部分溶劑揮發(fā)；用硬接觸模式曝光3秒；在顯影液(2. 38% TMAH)中顯影20秒，得到厚度約為1.2i!m的光刻膠掩模。將樣品轉(zhuǎn)移到ICP刻蝕真空室，抽真空并通入工藝氣體，該工藝氣體包含有Cl2和 BC13，其中Cl2的流量為10 80sccm，BC13的流量為10 25sccm，氣壓保持在7 lOmTorr， 穩(wěn)定30秒鐘后采用500 1000W/150 300W的上/下電極功率進(jìn)行GaN/InGaN的刻蝕， 然后用等離子體去膠機(jī)或丙酮溶液去膠。(2)在上臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu)掩模層；將襯底放入等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)真空室，使襯底升溫至300 350°C并保持穩(wěn)定，同時(shí)去除襯底中殘留的水汽。抽真空并通入工藝氣體，該工藝氣體包含 有SiH4、N20和N2，其中，SiH4的流量為4sccm，N20的流量為710sccm，N2的流量為180sccm，氣 壓保持在2Torr，穩(wěn)定30秒鐘后采用20W的射頻功率起輝，在襯底上開始淀積厚度為300nm
的二氧化硅薄膜。光刻，用等離子體去膠機(jī)去除光刻膠底膜，然后將樣品放入電子束蒸發(fā)設(shè)備，淀積 8 15nm的Ni，剝離去膠。850°C下退火40 60秒，在GaN上臺(tái)面形成直徑約100 300nm 的Ni球。接著以Ni球?yàn)檠谀?，進(jìn)行Si02的反應(yīng)離子刻蝕。抽真空并通入工藝氣體，該工藝 氣體包含有SF6，CHF3和He，氣壓保持在1. 85Torr，穩(wěn)定30秒鐘后采用200W的射頻功率進(jìn) 行二氧化硅的刻蝕，整個(gè)刻蝕過(guò)程襯底溫度約20°C?？涛g3分鐘，在上臺(tái)面形成300nm的 Si02納米柱，下臺(tái)面的Si02被完全刻蝕。(3)第二次臺(tái)面刻蝕，同時(shí)制作納米陣列結(jié)構(gòu)。以Ni球和Si02為掩模，進(jìn)行InGaN/GaN的第二次臺(tái)面刻蝕，條件類似步驟⑴，然 后用B0E去除Si02和Ni球，得到GaN納米柱陣列。此次刻蝕后上臺(tái)面形成InGaN/GaN納 米陣列結(jié)構(gòu)，下臺(tái)面形成平整的n(p)型半導(dǎo)體203表面，如圖3所示。第二次臺(tái)面刻蝕的 深度即所需要的納米陣列結(jié)構(gòu)的深度，兩次刻蝕深度之和應(yīng)大于表面P(n)型半導(dǎo)體201層 和有源層的厚度之和，使之暴露出n(p)型半導(dǎo)體203，以制作金屬電極。以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范例中的頗具代表性的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的保 護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明 權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征在于包括步驟(1)、對(duì)絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件光刻并進(jìn)行第一次臺(tái)面刻蝕，形成一階梯狀的樣品結(jié)構(gòu)；(2)、在階梯上方的臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu)掩模層；(3)、進(jìn)行第二次臺(tái)面刻蝕，同時(shí)刻蝕形成納米陣列結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征 在于所述微結(jié)構(gòu)掩模層僅制于上臺(tái)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其 特征在于所述微結(jié)構(gòu)掩模層形式至少包括納米球、納米柱或納米孔陣列之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征 在于所述第二次臺(tái)面刻蝕的深度與納米陣列結(jié)構(gòu)的深度相一致，而兩次臺(tái)面刻蝕深度之 和大于半導(dǎo)體器件表面P型層或η型層和有源層的厚度之和，以使半導(dǎo)體器件露出η型層 或P型層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征 在于所述絕緣襯底至少包括玻璃、藍(lán)寶石和SOI硅片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征 在于所述絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件至少包括太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、光電探測(cè)器和激光器。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種改善絕緣襯底上納米陣列結(jié)構(gòu)器件制作的方法，其特征在于包括步驟先對(duì)絕緣襯底上的半導(dǎo)體器件光刻并進(jìn)行第一次臺(tái)面刻蝕，形成一階梯狀的樣品結(jié)構(gòu)；再在階梯上方的臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu)掩模層；繼而進(jìn)行第二次臺(tái)面刻蝕，同時(shí)刻蝕形成納米陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)兩步刻蝕來(lái)形成n區(qū)(或p區(qū))的臺(tái)面，由于僅在相對(duì)偏高的上臺(tái)面制作微結(jié)構(gòu)掩模，可以避免刻蝕過(guò)程中下臺(tái)面的電極區(qū)產(chǎn)生粗糙的尖峰狀凸起，方法簡(jiǎn)單快捷，普適性強(qiáng)。通過(guò)電極區(qū)粗糙度的改善，可以增強(qiáng)后續(xù)淀積的金屬電極的附著，使之不易剝落，提高器件的可靠性，同時(shí)也便于后續(xù)其它工藝(如鍵合等)的進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01S5/00GK101863452SQ201010196480
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者唐龍娟, 楊輝, 鄭新和 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所