[發明專利]一種納米尺寸空氣槽的制作方法

無效

• 申請號: 200710176600.3
• 申請日: 2007-10-31
• 公開（公告）號: CN101423188A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 屠曉光;陳少武
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及空氣槽制作方法，具體涉及一種在頂層為硅材料，底層為任意材料的襯底上的納米尺寸空氣槽制作方法。該方法可以利用標準的微電子工藝，制作出橫截面為等腰三角形或等腰梯形的空氣槽或三維空氣錐，并可以通過對填充條件的控制，實現微掩膜的制作，進而形成一種新的納米線的制作方法。

背景技術

微電子技術不斷向小型化和多功能集成方向發展，各種先進的微加工技術不斷涌現。其中，納米尺寸曝光技術和刻蝕技術的發展水平對器件性能的改善起著決定性的作用。硅材料是微電子領域廣泛研究和使用的材料，具有成本低，制作工藝成熟的特點。而且，由于硅對光通訊所用波段的光吸收系數非常小，使之成為光通訊和光電集成的優良材料。硅材料在光通訊領域的研究和應用已經發展成為一個稱為硅光子學的專門學科。

利用微加工技術在硅材料上制作納米器件是微電子技術發展的必然趨勢。利用這種技術不僅可以將MOS器件的柵寬做得更窄，而且可以將硅波導的尺寸做得更小。利用微加工技術，結合具有高折射率差特性的絕緣體上的硅(SOI)材料，新一代的硅基單模光波導的橫截面已經做到了250納米×250納米。

Cornell大學的研究者提出了slot波導的概念。即將納米尺寸的低折射率材料夾在高折射率材料的中間，由電位移連續性方程可知，光場在低折射率的材料中的分布將遠大于高折射率材料，從而實現了光在低折射率材料中的傳播。利用此原理，將增益介質摻入中間的低折射率層，困擾研究者多年的硅激光器將有望實現。如果將中間材料用折射率更低的空氣代替，將會實現更大的光強集中。而且，在現有技術中，中間低折射率材料的形狀普遍是長方形。

在現已提出的slot波導中，由于波導橫截面由刻蝕方法形成，因此，不可避免地引入了側壁粗糙度問題。既使改用濕法制作懸浮結構，也很難控制空氣槽橫截面的形狀。特別是當尺寸到達亞微米量級，傳統方法制作空氣槽的難度更大。其具體細節請見參考文獻1(Vilson.R.Almeida，Qianfan?Xu，Carlos?A.Barrios?and?Michal?Lipson，“Guiding?and?confining?lightin?void?nanostructure”，Optics?Letters，Vol.29，1209(2004))和參考文獻2(Tom.Baehr-Jones，Micael.Hochberg，Chris.Walker?and?Axel.Scherer，“High-Q?optical?resonators?in?silicon-on-insulator-based?slot?waveguides”，Appl.Phys.Lett，Vol.86，081101(2005))。另外，使用傳統的刻蝕方法制作的刻蝕端面形貌單一，并不能形成完整的三角形截面的空氣槽，大多數形成的是梯形截面的空氣槽。盡管可以采用熱氧化的方法實現三角形截面空氣槽，但這種方法會改變原來硅材料邊界的尺寸和厚度，增加了結果的不可控性。

另一方面，為了制作10納米以下寬度的納米線，需要制作10納米以下的刻蝕掩膜，而電子束曝光等微小尺寸圖形的曝光方法已經達到了曝光極限，制作小于10納米寬度的微細線條顯得尤為困難。

發明內容

本發明的目的是提出了一種納米尺寸空氣槽的制作方法。采用本方法能夠制作納米尺寸的三角形空氣槽，將空氣作為slot波導的中間低折射率材料，解決了使用現有技術，slot波導中間的低折射率材料截面難以制作成三角形和波導側壁粗糙的問題。同時，本發明通過對填充條件的控制，也可以實現微掩膜的制作，進而形成一種新的納米線的制作方法。

本發明提出的納米尺寸空氣槽的制作方法。包括：

光刻步驟，在頂層為硅材料，底層為任意材料的襯底表面，利用光刻技術將曝光圖形轉移到光刻膠上；

刻蝕步驟，采用光刻膠作掩模，利用干法刻蝕技術對頂層硅材料進行刻蝕，形成縱向刻蝕槽；

氧化步驟，利用熱氧化技術在頂層硅材料表面形成一層氧化層；

沉積步驟，利用化學氣相沉積技術，采用沉積源材料向刻蝕槽中填充氧化硅，最終形成納米尺寸的空氣槽。

進一步，所述光刻技術為電子束光刻技術、深紫外線光刻技術或X射線光刻技術；

所述光刻膠為電子束光刻膠、深紫外線光刻膠或X射線光刻膠；

所述干法刻蝕技術為電感耦合等離子體刻蝕技術(ICP)或反應離子刻蝕(RIE)干法刻蝕技術；

所述頂層為硅材料，底層為任意材料的襯底為絕緣體上的硅；

所述氧化層的厚度在7納米到15納米之間；