[發明專利]一種構筑亞10納米間隙及其陣列的方法

有效

• 申請號: 200710041612.5
• 申請日: 2007-06-04
• 公開（公告）號: CN101067719A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 孫艷;陳鑫;吳杰;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及納米材料、器件，具體是指一種通過電子束光刻來構造亞10納米間隙(Gap)及其陣列的方法。

背景技術

微、納米構造技術是當今信息技術與半導體工業中的最基本的關鍵技術。隨著技術的發展，人們迫切需要開展對單個納米結構中電子傳輸，單分子光電性能檢測以及單分子/單粒子等量子器件方面的研究。因此，納米級的Gap結構，特別是亞10納米的Gap結構的構筑能夠提供這種研究的途徑。采用光刻和電化學沉積相結合的方法，能夠制備出納米尺度的Gap結構。但是需要光刻和沉積兩個構筑步驟，從而增加了制備工藝的復雜程度。上個世紀發展的電子束光刻技術盡管在操作與時間成本等方面有需要克服的不足，但是它仍然是當前納米結構構筑技術中很有效的一個方法。它具有以下二個優點：1.不需要掩模，可以通過軟件設計任意形狀的圖形。2.可以制備納米級的圖形，可以進行多次的套刻。然而，電子束光刻技術雖然具有很高的分辨率，但直接制備10納米及低于10納米的Gap仍然存在一定困難。其原因是電子束光刻中的鄰近效應，使得很難得到10納米及低于10納米的Gap。但也有人就利用電子束光刻中的鄰近效應，在設計圖案時，將兩個圖案間隔一定的距離，然后由于電子束光刻過程中的鄰近效應形成約30納米結構，見文獻Solid?State?Communications，V130，P111，(2004)中。

發明內容

基于已有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種較簡單的構筑亞10納米Gap結構的方法，該方法是利用電子束光刻技術中的鄰近效應，將兩個圖案設計成連續，通過控制電子束的刻蝕能量與圖形轉移將兩個圖案的Gap控制在亞10納米級。

本發明的構筑亞10納米Gap方法包括四個步驟：

1.圖案的設計利用GDSII軟件設計圖案，圖案可以是兩個三角形的頂點連接，兩個矩形連接，但不能交疊，或者是一個圓環，并且列陣排列。

2.襯底的準備首先按照半導體標準工藝處理襯底，然后在襯底上用勻膠機旋涂對電子束敏感的光刻膠，并加溫固化，固化后的光刻膠厚度為20-300納米。所說的襯底材料可以為硅、鎵砷或導電玻璃。所說的對電子束敏感的光刻膠可以為正膠，如聚甲基丙烯酸甲脂類，以及聚甲基丙烯酸甲脂/聚甲基丙烯酸共聚物。也可以為負膠，如HSQ(氫倍半硅氧烷)、SU8(環氧樹脂)。

3.電子束刻蝕將計算機設計好的圖案由與計算機連接的圖形發生器控制場發射掃描電子顯微鏡對襯底上的光刻膠按預先設計好的圖案進行刻蝕。根據不同的光刻膠和不同的圖案，在設定電壓下，通過控制電子束的電流和曝光劑量，調節二個圖案連接處的納米Gap結構或反相結構的尺寸大小。然后通過常規的半導體工藝中的顯影和定影得到襯底表面具有亞10納米Gap結構圖案的陣列。本發明中的在兩個圖案連接處產生的納米Gap結構或反相結構是利用了電子束光刻過程中的鄰近效應。

4.對襯底表面的亞10納米Gap結構圖案，采用濺射、或者熱蒸發的方法，先沉積上一層過渡金屬層，如鎘或鈦，再沉積一定5-200納米厚度的金(Au)或鉑金(Pt)或銅(Cu)。最后在有機溶劑中除去光刻膠，得到具有亞10納米的Gap結構極其陣列。

本發明的優點是：構筑簡單易行。

附圖說明

圖1：兩個三角形頂點連接的亞10納米Gap結構構筑過程示意圖；

圖2：兩個三角形頂點連接的顯影后的亞10納米Gap結構示意圖；

圖3：圖形轉移后的亞10納米Gap結構示意圖；

圖4：圖形轉移后的亞10納米Gap結構陣列示意圖；

圖5：圖形轉移前環形結構的亞10納米Gap結構陣列示意圖；

圖6：圖形轉移后環形結構的亞10納米Gap結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步的闡述，而不是要以此對本發明進行限制。

實施例1：

襯底為硅，采用雙層膠工藝，先在硅襯底上旋涂一層3％的聚甲基丙烯酸甲脂一聚甲基丙烯酸共聚物的鄰二甲苯溶液光刻膠。然后放在180攝氏度熱板上加熱10分鐘，取出后在空氣中常溫下涼卻2分鐘。

再旋涂一層3％聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA，Mw＝340k)的鄰二甲苯溶液光刻膠，然后放在180攝氏度的烘箱中烘1小時，取出后在空氣中常溫下涼卻2分鐘。

再把樣品放在熱場發射掃描電子顯微鏡的裝有法拉第杯的樣品臺上的樣品室內。設定電壓30KV，進行電子束曝光，電流為0.16nA，曝光的劑量為600μC.cm^-2。圖案是兩個等邊三角形的頂點連接，邊長為600納米。