[发明专利]掩膜剂及带有纳米级图形的衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种掩膜剂及带有纳米级图形的衬底的制备方法。

背景技术

以Ⅲ-Ⅳ族氮化镓为代表的宽禁带氮化物半导体，在紫外-蓝光-绿光发光二级管、激光器、太阳光盲紫外光电探测器，以及高频、高温大功率电子器件等方面有广泛的应用。氮化物为主要异质外延生长在蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、砷化镓衬底或同质外延生长在自支撑氮化镓衬底上。异质外延生长时，衬底和氮化物间存在很大的晶格常数失配合热膨胀系数差异。因此，利用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、氢化物气相外延（HVPE）或分子束外延（MBE）等外延技术生长的氮化物外延层中，因应力和晶体缺陷等因素的影响，导致材料晶体质量不佳，进而劣化了器件性能。经研究发现采用图形化衬底技术可以缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长中由于晶格失配引起的应力，使之得到有效的弛豫，避免裂纹的产生。同时，也能大大降低外延生长的氮化物材料中的位错密度，提高晶体质量。

但是，目前制备的图形化衬底大多采用传统的光刻法制备。受设备精度等条件限制，传统光刻技术制成的图形尺寸都在微米级2-3um之间。与微米级图形衬底相比，纳米级图形衬底可以更有效的弛豫异质结界面生长过程的应力，进一步降低氮化物外延层中的位错密度，提高晶体质量和相应的器件性能。

半导体纳米级图形的实现则通常采用电子束光刻技术或X射线光刻技术，但这些光刻技术都涉及昂贵的设备、复杂的工艺过程以及较高的成本，并且不能大面积、规模化制作。因此，发展低成本，易于实现规模化和大面积制作的纳米级图形化衬底技术，可以更有效的应用于氮化物异质外延生长，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种掩膜剂及带有纳米级图形的衬底的制备方法，以降低纳米级图形化基底的生成成本。

为此，在本发明中提供了一种掩膜剂，该掩膜剂按体积份包括以下原料：10~30份的具有掩膜功能的纳米级颗粒、20~60份的溶剂，以及0.06~0.2份的活化剂。

进一步地，上述纳米级颗粒为球形纳米级颗粒，优选地，纳米级颗粒为直径0.2μm～0.8μm的纳米有机颗粒、纳米二氧化硅颗粒或纳米金属颗粒。

进一步地，上述活化剂为TritonX-100表面离子活性剂、聚丙二醇的环氧乙烷加成物或高碳脂肪醇聚氧乙烯醚。

进一步地，上述溶剂为甲醇或乙醇。

同时，在本发明中，还提供了一种带有纳米级图形的衬底的制备方法，其包括如下步骤：S1、按比例配置上述的掩膜剂；S2、在衬底上涂布掩膜剂，形成纳米颗粒掩膜层；S3、依据纳米颗粒掩膜层的图案刻蚀衬底，将纳米颗粒掩膜层中纳米颗粒结构转移至衬底上；S4、清除经步骤S3刻蚀后获取的衬底的表面杂质得到具有纳米图形结构的衬底。

进一步地，上述步骤S2中涂布掩膜剂的过程采用旋转涂布的方式，旋转涂布过程中旋转转速为100rmp～5000rmp。

进一步地，上述步骤S3中刻蚀纳米颗粒掩膜层的步骤采用反应离子刻蚀机或感应耦合等离子体刻蚀机进行干法刻蚀，所使用的刻蚀气体为BCl₃、Cl₂和/或Ar；

进一步地，上述步骤S3中采用超声状态的溶液清洗衬底。

进一步地，上述步骤S1中纳米颗粒掩膜层的厚度为0.2μm～1μm；步骤S2刻蚀后在衬底上形成厚度为0.2μm～1μm的纳米图形层。

进一步地，上述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氧化锌或氮化镓中的一种或几种的复合衬底。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种掩膜剂及带有纳米级图形的衬底的制备方法，其中，掩膜剂中包括具有掩膜功能的纳米级颗粒，当这种掩膜剂被涂布形成掩膜层时，掩膜剂中的具有掩膜功能的纳米级颗粒分布在该掩膜层，对该掩膜层进行刻蚀，将纳米颗粒结构转移到基体上，即可得到纳米级图形。本发明所提供的带有纳米级图形的衬底的制备方法中通过使用上述掩膜剂在衬底上形成掩膜层，刻蚀后即可得到带有纳米级图形的衬底。

经本发明带有纳米级图形的衬底的制备方法制备的纳米级图形衬底可用于氮化物的异质外延生长。采用纳米级图形化衬底技术可以有效缓解异质外延生长过程中因晶格失配引起的应力积聚，降低氮化物外延层中的位错密度，避免裂纹的产生，提高材料的质量和均匀性，进而提高器件性能。

另外，本发明带有纳米级图形的衬底的制备方法，不涉及昂贵的光刻设备，有利于进行大规模生产。