一种陷光结构的制备方法及陷光结构与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种陷光结构的制备方法及陷光结构。


背景技术：

2.陷光结构是一种在位于发光器件表面的微纳结构，其作用是通过多次反射和折射，将入射光线分散至发光器件中的各个位置，从而增加光在发光器件里的光程，提高光在发光器件里的吸收。陷光结构主要分为倒金字塔型陷光结构，光栅型陷光结构等，其中倒金字塔型陷光结构因制作方法简单，表面缺陷少被广泛应用。目前湿法腐蚀制作被应用于倒金字塔型陷光结构，如使用四甲基氢氧化铵刻蚀晶向硅。
3.但是要得的倒金字塔型陷光结构，首先要使用光刻得到陷光窗口，之后再通过使用湿法刻蚀制备得到。由于两个陷光结构之间间隔小，只有50-100nm宽，因此对光刻精度要求高。当前国内大部分实验室使用的光刻机精度在0.5-1微米之间，远达不到陷光结构间距的精度。如果使用更高精度的电子束曝光，则时间成本与工艺成本大大增加。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种陷光结构的制备方法及陷光结构，在制作陷光结构的过程中不需要使用光刻技术，制作成本低，可以满足多种精度要求，可实现陷光结构大规模可重复性制备。
5.第一方面，本公开提供一种陷光结构的制备方法，包括：在基底上形成陷光结构窗口限定层；在所述陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球层掩膜；通过所述聚合物微球层掩膜刻蚀所述陷光结构窗口限定层形成陷光结构窗口掩膜；去除所述聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有所述陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜；去除所述陷光结构窗口掩膜后，通过所述氧化层掩膜刻蚀所述基底形成陷光结构；去除所述氧化层掩膜。
6.可选地，所述在所述陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球层掩膜包括：在所述陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球单层膜；刻蚀所述聚合物微球单层膜，以使所述聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜。
7.可选地，所述刻蚀所述聚合物微球单层膜，以使所述聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜包括：采用氧气等离子体各向同性刻蚀所述聚合物微球单层膜，以使所述聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜。
8.可选地，在基底上形成陷光结构窗口限定层之后，还包括：对所述陷光结构窗口限定层进行亲水性处理。
9.可选地，所述去除所述聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有所述陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜包括：去除所述聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有所述陷光结构窗口掩膜的区域通过热氧化法形成氧化层掩膜。
10.可选地，在通过所述氧化层掩膜刻蚀所述基底形成陷光结构之前，包括：去除基底表面的氧化层。
11.可选地，所述聚合物微球层掩膜为聚苯乙烯微球掩膜。
12.可选地，所述基底为硅基底；所述陷光结构窗口限定层为氮化硅层；所述氧化层掩膜为二氧化硅掩膜。
13.可选地，所述去除所述陷光结构窗口限定层后，通过所述氧化层掩膜刻蚀所述基底形成陷光结构包括：通过所述氧化层掩膜采用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀所述基底形成陷光结构。
14.第二方面，本公开还提供一种陷光结构，采用如第一方面所述的陷光结构的制备方法形成。
15.本公开提供的陷光结构的制备方法包括：在基底上形成陷光结构窗口限定层；在陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球层掩膜；通过聚合物微球层掩膜刻蚀陷光结构窗口限定层形成陷光结构窗口掩膜；去除聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜；去除陷光结构窗口掩膜后，通过氧化层掩膜刻蚀基底形成陷光结构；去除氧化层掩膜。通过使用聚合微球层作为掩膜，将聚合物微球层掩膜的形状刻蚀至下方陷光结构窗口限定层上，从而形成陷光结构窗口掩膜，陷光结构窗口掩膜的形状大小与聚合物微球层掩膜的形状大小相同，之后在未形成陷光结构窗口掩膜的地方形成氧化层掩膜，去除陷光结构窗口掩膜，得到的凹陷处即为陷光结构最终的位置，陷光结构的形状大小与凹陷处相同，即与被去除的陷光结构窗口掩膜形状大小相同。因此，不需要光刻就可以得到需要的陷光结构的尺寸。本公开在制作陷光结构的过程中不需要使用光刻技术，制作成本低，可以满足多种精度要求，可实现陷光结构大规模可重复性制备。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
17.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本公开实施例提供的一种陷光结构的制备方法的流程示意图；图2为本公开实施例提供的一种形成陷光结构窗口限定层后的基底结构示意图；图3为本公开实施例提供的一种形成聚合物微球层掩膜后的基底结构示意图；图4为本公开实施例提供的一种形成陷光结构窗口掩膜的基底结构示意图；图5为本公开实施例提供的一种形成氧化层掩膜的基底结构示意图；
图6为本公开实施例提供的一种形成陷光结构的基底结构示意图；图7为本公开实施例提供的一种陷光结构的结构示意图；图8为本公开实施例提供的一种形成聚合物微球层掩膜的结构示意图。
具体实施方式
19.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
20.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.本公开实施例提供一种陷光结构的制备方法，图1为本公开实施例提供的一种陷光结构的制备方法的流程示意图，如图1所示，陷光结构的制备方法，包括s100-s600：s100、在基底上形成陷光结构窗口限定层。
22.要得到陷光结构，需要对基底进行刻蚀，在这之前，首先要在基底上形成陷光结构窗口限定层，其中，陷光结构窗口的大小为陷光结构的尺寸大小，相邻陷光结构窗口之间的距离为相邻陷光结构之间的间距。陷光结构窗口限定层需要耐高温，化学稳定性高，防止在制备陷光结构的过程中因存在高温操作，对陷光结构窗口限定层的形状造成损坏，影响陷光结构的尺寸。例如，图2为本公开实施例提供的一种形成陷光结构窗口限定层后的基底结构示意图，如图2所示，基底1可以选择硅基底，硅基底为当前制备陷光结构常用的材料，陷光结构窗口限定层2的材料选择氮化硅，在硅基底上生长氮化硅膜层。氮化硅耐高温，化学性质稳定，符合陷光结构窗口限定层的要求。
23.需要说明的是，本公开实施例对于构成基底的材料不做限制，对于构成陷光结构窗口限定层的材料也不做限制，实施例中仅做举例说明，也可以选择其他能够满足制备需求的材料。
24.s200、在陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球层掩膜。
25.聚合物微球层掩膜通常由有机高分子聚合而成，例如聚苯乙烯微球或者基丙烯酸微球，也可以选择其他聚合物微球完成制备。图3为本公开实施例提供的一种形成聚合物微球层掩膜后的基底结构示意图，如图3所示，聚合物微球层掩膜3位于陷光结构窗口限定层2的上方，聚合物微球层掩膜3为多个单独的颗粒构成，形成有序排列的掩膜，其中，相邻的聚合物微球之间存在间距，聚合物微球层掩膜3能够覆盖部分陷光结构窗口限定层2。
26.s300、通过聚合物微球层掩膜刻蚀陷光结构窗口限定层形成陷光结构窗口掩膜。
27.聚合物微球层掩膜位于陷光结构窗口限定层上方，刻蚀陷光结构窗口限定层中未被聚合物微球层掩膜覆盖的部分，直至露出基底，由于刻蚀的过程是以聚合物微球层掩膜为模板，刻蚀完成后，陷光结构窗口限定层形成陷光结构窗口掩膜，聚合物微球层掩膜的形状与聚合物微球层掩膜相同。图4为本公开实施例提供的一种形成陷光结构窗口掩膜的基底结构示意图，如图4所示，聚合物微球层掩膜3位于陷光结构窗口掩膜21的上方，陷光结构窗口掩膜21为多个单独的掩膜，相邻的陷光结构窗口掩膜之间的距离与相邻的聚合物微球层掩膜之间的距离相同，而陷光结构窗口掩膜21的尺寸大小与陷光结构的上表面开口的尺
寸大小相同。
28.s400、去除聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜。
29.刻蚀得到陷光结构窗口掩膜后，将聚合物微球层掩膜去除，此时只存在基底，以及基底上方的陷光结构窗口掩膜，聚合物微球的尺寸大小也已经转移到陷光结构窗口掩膜上，由于陷光结构窗口掩膜的化学性质稳定，便于后续刻蚀得到陷光结构。
30.而为了刻蚀得到陷光结构需要在未覆盖有陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化膜，避免在后续刻蚀陷光结构时损坏基底的其他部分，氧化膜的厚度与陷光结构窗口掩膜的厚度基本相同，氧化膜过厚浪费材料，氧化膜过薄无法起到防护作用，因此氧化膜厚度可以为80~100nm，而陷光结构窗口掩膜的厚度可以为80~120nm。图5为本公开实施例提供的一种形成氧化层掩膜的基底结构示意图，图5中的氧化层掩膜4选择氧化硅，首先去除陷光结构窗口掩膜21上的聚合物微球层掩膜，图中已经将其去除，因此未示出，基底1上只存在陷光结构窗口掩膜21，而有序排列的陷光结构窗口掩膜21之间存在间距，在基底1上未覆盖陷光结构窗口掩膜21的区域形成氧化层掩膜4。
31.s500、去除陷光结构窗口掩膜后，通过氧化层掩膜刻蚀基底形成陷光结构。
32.在形成氧化层掩膜后，将陷光结构窗口掩膜去除，露出陷光结构窗口掩膜下方的基底，在此基础上通过氧化膜掩膜刻蚀基底，露出基底的部分即为最终陷光结构的位置，而覆盖有氧化层掩膜的位置保持原样，不需要刻蚀，氧化膜掩膜下方的基底也不会受到损害。陷光结构的尺寸大小为去掉氧化层掩膜的位置的尺寸大小，向下刻蚀形成陷光结构。图6为本公开实施例提供的一种形成陷光结构的基底结构示意图，如图6所示，将原有的陷光结构窗口掩膜去除，部分基底会因此露出，通过形成的氧化层掩膜4刻蚀基底1，形成倒金字塔形状的陷光结构5。
33.s600、去除氧化层掩膜。
34.刻蚀完成后的基底上方还存在氧化层掩膜，将其去除。可以通过稀释氧化物刻蚀液，对氧化层掩膜进行刻蚀。图7为本公开实施例提供的一种陷光结构的结构示意图，如图7所示，去除氧化膜掩膜后，只剩基底1，基底1上包括多个倒金字塔结构的陷光结构5，而陷光结构5的尺寸也能够满足所需要求。
35.本公开实施例通过使用聚合微球层作为掩膜，将聚合物微球层掩膜的形状刻蚀至下方陷光结构窗口限定层上，从而形成陷光结构窗口掩膜，陷光结构窗口掩膜的形状大小与聚合物微球层掩膜的形状大小相同，之后在未形成陷光结构窗口掩膜的地方形成氧化层掩膜，去除陷光结构窗口掩膜，得到的凹陷处即为陷光结构最终的位置，陷光结构的形状大小与凹陷处相同，即与被去除的陷光结构窗口掩膜形状大小相同。因此，不需要光刻就可以得到需要的陷光结构的尺寸。本公开在制作陷光结构的过程中不需要使用光刻技术，制作成本低，可以满足多种精度要求，可实现陷光结构大规模可重复性制备。
36.需要说明的是，本公开实施例中制备的陷光结构并不局限于倒金字塔形状，也可以为其他形状，但是相邻陷光结构的间距以及陷光结构的尺寸形成过程都可以采用上述制备方法。
37.在一些实施例中，在陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球层掩膜包括：s210、在陷光结构窗口限定层上形成聚合物微球单层膜。
38.s220、刻蚀聚合物微球单层膜，以使聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜。
39.具体地，要在陷光结构窗口限定层形成聚合物微球层掩膜之前，要先制备聚合物微球溶液，由于制作的陷光结构属于微纳结构，因此，聚合物微球溶液中的微球为纳米微球或者微米微球，从而实现微纳结构的加工，聚合物微球一般由有机高分子聚合而成，例如聚苯乙烯微球或者基丙烯酸微球，也可以选择其他聚合物微球完成制备。
40.制备得到聚合物微球溶液后，需要将其转移至陷光结构窗口限定层上方，聚合物微球溶液在水面上会漂浮形成聚合物微球层，可以直接将聚合物微球层转移至陷光结构窗口限定层，形成聚合物微球单层膜；或者，也可以采用旋转涂抹法，将聚合物微球溶液直接涂覆至陷光结构窗口限定层上方，在涂覆过程中使聚合物微球成膜，形成聚合物微球单层膜。
41.聚合物微球单层膜由多个有序排列的聚合物微球形成，聚合物微球的尺寸容易改变，改变聚合物微球的尺寸可以得到不同尺寸的聚合物微球层掩膜，而陷光结构的尺寸与聚合物微球尺寸相同，到得到所需的陷光结构的尺寸，只需要调整聚合物微球的尺寸。不需要光刻就可以得到需要的陷光结构的尺寸，制作成本低，可以满足多种精度要求，可实现陷光结构大规模可重复性制备。示例性地，图8为本公开实施例提供的一种形成聚合物微球层掩膜的结构示意图，如图8所示，图8中的上图包括基底1、陷光结构窗口限定层2，以及聚合物微球单层膜31，刻蚀聚合物微球单层膜31，得到缩小尺寸的聚合物微球层掩膜3，通过这种方法可以选择所需的陷光结构的精度。
42.在一些实施例中，刻蚀聚合物微球单层膜，以使聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜包括：采用氧气等离子体各向同性刻蚀聚合物微球单层膜，以使聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜。
43.聚合物微球单层膜的形状容易改变，如通过氧气反等离子体对聚合物微球进行刻蚀，可以改变聚合物微球的尺寸大小。选择氧气等离子体对聚合物微球进行刻蚀，聚合物微球是高分子氧化物，与氧气发生反应，会缩小尺寸，因此可以调整聚合物微球的尺寸，使聚合物微球单层膜中的聚合物微球至目标尺寸，形成聚合物微球层掩膜。在使用氧气等离子体对聚合物微球进行刻蚀时，可以通过氧气等离子体完成，在装置内通入氧气后，施加电压，使氧气变为氧气等离子体进行刻蚀，其中，刻蚀时间、气体流量以及刻蚀时的工作功率都会影响刻蚀速度，因此，可以通过控制上述参数调整聚合物微球的尺寸，如将气体流量控制在20~200sccm，刻蚀功率控制在50~150w，这时，就可以通过改变刻蚀时间，使聚合物微球达到所需的尺寸。
44.在一些实施例中，在基底上形成陷光结构窗口限定层之后，还包括：s110、对陷光结构窗口限定层进行亲水性处理。
45.对基底上方的陷光结构窗口限定层进行亲水性处理，能够保证陷光结构窗口限定层上方若存在水性溶液可以及时形成膜。亲水性处理可以通过氧气等离子体完成，在装置内通入氧气后，施加电压，使氧气变为氧气等离子体轰击陷光结构窗口限定层的表面，以完成亲水性处理。也可以采用溶液对其进行亲水性处理，如将硫酸与双氧水混合，清洗陷光结构窗口限定层，完成亲水性处理。
46.需要说明的是，本公开实施例对于亲水性处理的具体操作不做限制，而进行亲水性处理过程中的涉及的相关参数以及溶液配比均可根据实际需求选择，不再赘述。
47.在一些实施例中，去除聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜包括：去除聚合物微球层掩膜后，在未覆盖有陷光结构窗口掩膜的区域通过热氧化法形成氧化层掩膜。
48.去除聚合物微球层掩膜可以在超声环境下，依次通过水溶液、丙酮溶液、乙醇溶液对聚合物微球层掩膜进行清洗，最后再用水溶液洗净剩余残留物。而为了保护基底，在未覆盖陷光结构窗口掩膜的区域形成氧化层掩膜，避免刻蚀过程中不需要刻蚀陷光结构的区域造成损坏，而形成氧化层掩膜可以使用热氧化法，通过加热氧化形成氧化层掩膜，操作便捷。例如，基底为硅基底，那么加热氧化就会形成二氧化硅掩膜，覆盖住其余硅基底，也可以采用其他材料完成。
49.在一些实施例中，在通过氧化层掩膜刻蚀基底形成陷光结构之前，包括：去除基底表面的氧化层。
50.由于基底在自然环境下会与氧气发生反应，生成相应的氧化层，刻蚀掉陷光结构窗口掩膜的位置会露出基底，而此处的基底遇到氧气就会生成氧化层，氧化层的存在会对刻蚀陷光结构的过程造成影响，增大刻蚀难度，因此，需要将自然形成的这部分氧化层去除，便于直接刻蚀基底，减小刻蚀难度。在去除基底表面的氧化层时，可以使用稀释氧化物刻蚀液进行刻蚀，也可以使用其他方法完成此步骤，本公开对此不做限定。
51.在一些实施例中，聚合物微球层掩膜为聚苯乙烯微球掩膜。
52.聚合物微球层掩膜可以为聚苯乙烯掩膜，聚苯乙烯微球为高分子氧化物，聚苯乙烯微球相对稳定性好、疏水性强、粘附性低，生产成本低廉，制备方便。并且聚苯乙烯微球单分散性强，刻蚀聚苯乙烯微球很容易得到多个单独排列的聚苯乙烯微球掩膜，而陷光结构也为单独排列的结构，通过调整聚苯乙烯微球掩膜可以对应得到所需的陷光结构。
53.在一些实施例中，基底为硅基底，陷光结构窗口限定层为氮化硅层，氧化层掩膜为二氧化硅掩膜。
54.基底可以选择硅基底，硅基底主要用于制作半导体材料，使用硅作为基底，陷光结构窗口限定层可以为氮化硅层，使氮气与硅发生反应则可以制得，而硅加热则可以形成二氧化硅绝缘层，氧化硅层可以采用二氧化硅掩膜。选择硅基底，制作工艺较为成熟，储量丰富，也是绝缘体，有利于当前半导体材料的制备，可以应用在多种光电领域。需要说明的是，本公开实施例对于基底、陷光结构窗口限定层以及氧化层掩膜的具体种类不设限制，基底能够制备陷光结构，陷光结构窗口限定层化学性质稳定即可。
55.在一些实施例中，去除陷光结构窗口限定层后，通过氧化层掩膜刻蚀基底形成陷光结构包括：通过氧化层掩膜采用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀基底形成陷光结构。
56.陷光结构的尺寸已经选定，基底上未覆盖氧化层掩膜的位置，也就是陷光结构所处位置，继续在陷光结构所处位置向下刻蚀得到完整的陷光结构，刻蚀时可以采用四甲基氢氧化铵溶液，四甲基氢氧化铵溶液的质量分数为25%，形成倒金字塔形状的陷光结构。
57.本公开实施例还提供一种陷光结构，采用如上述任意实施例所述的陷光结构的制
备方法形成。通过本公开实施例提供的陷光结构的制备方法形成的陷光结构，不需要光刻就可以得到需要的陷光结构的尺寸，制作成本低，可以满足多种精度要求，可实现陷光结构大规模可重复性制备。
58.示例性地，在硅片上生长氮化硅，然后使用氧气等离子体对氮化硅做亲水性处理；将聚苯乙烯微球单层膜转移至氮化硅上；使用氧气等离子体各向同性刻蚀聚苯乙烯微球至陷光大小尺寸；使用缩小后的聚苯乙烯微球做掩膜，各向异性刻蚀氮化硅；除去聚苯乙烯微球；使用热氧法在被刻蚀掉氮化硅处生长一层二氧化硅；使用热磷酸除去剩余的氮化硅；使用稀释氧化物刻蚀液刻蚀硅表面的自然氧化层，之后用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀硅，得到刻蚀陷光结构；使用稀释氧化物刻蚀液刻蚀热氧法生长的二氧化硅掩膜。通过控制刻蚀聚苯乙烯微球时间，改变刻蚀后聚苯乙烯微球的尺寸，进而控制陷光结构的大小。陷光结构之间的间隔可以通过改变聚苯乙烯微球原来尺寸进行控制。例如600nm陷光结构和100nm间距可用700nm聚苯乙烯微球刻蚀至600nm得到，因此，可以得到所需精度的陷光结构。
59.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
60.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。