[發明專利]一種多樣性納米結構的加工方法

有效

• 申請號: 200910083938.3
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101554991A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 毛海央;吳文剛;張煜龍;郝一龍;王陽元
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關 暢

技術領域

本發明涉及一種納米材料的加工方法，特別是關于一種多樣性納米結構的加 工方法。

背景技術

納米結構是指在任一維度或多個維度上，尺寸或控制精度達到納米量級的任 何材料的幾何結構。目前研究較多的納米結構包括納米線、納米梁、納米柱、納 米孔和納米針尖等，其材質多為半導體材料，如單晶硅、多晶硅等。這些納米結 構在生物、醫學、化學、材料學、電子學和國防等多學科領域都有著廣泛的應用。 例如，由半封閉連續納米線組成的納米流道可作為微流道的連接器，實現微流體 的控制，還可作為生物分子、化學物質及DNA的傳輸通道應用于生物分子和病毒 的病變檢測、化學成分分析以及DNA的分離等；由半導體納米線構成的納米溝道 可作為電子器件的載流子傳輸通道；半導體納米針尖陣列可作為電子發射針尖應 用于場發射器件；懸浮納米梁可作為基礎功能結構應用于納米諧振器件；懸浮納 米梁與MOSFET相結合可用于制備高靈敏度的慣性器件和生物分子檢測器件，等等。 因此，如何加工制造這些納米結構逐漸成為人們極感興趣、持續關注的重要事情， 也是納米科技的研究熱點之一。

傳統上，受光學光刻最小線寬的限制，采用常規光學光刻技術很難制備納米 尺度的結構。近年來，納米結構的加工很大程度上依賴于先進、昂貴、低效的光 刻或刻蝕技術，如電子束光刻(E-Beam?Lithography)和聚焦離子束(Focused?Ion Beam，簡稱FIB)刻蝕等方法。

電子束光刻技術是指在計算機的控制下，利用聚焦后的電子束對樣品表面上 的電子抗蝕劑進行曝光，從而制造圖形的工藝。電子束光刻是常規光學光刻技術 的延伸應用，根據德布羅意的物質波理論，電子是一種波長極短的波。因此，電 子束光刻的精度可以達到納米量級，從而為制作納米結構提供了很有效的工具。 聚焦離子束刻蝕技術是一種可在微米或納米尺度上，進行結構加工和原位成像的 先進技術。其基本工作原理為：液態金屬離子源(通常是Ga+)在高壓電場(如 30KeV)作用下發射出高能離子束；高能離子束經過聚焦系統在樣品表面形成納 米量級的離子束斑，利用納米量級的離子束斑在樣品表面進行掃描，在一定能量 和劑量下，被掃描區域的樣品材料將被濺射出來，從而實現納米尺度的結構刻蝕 功能。由于電子束光刻和聚焦離子束刻蝕都需要依賴于尖端曝光或刻蝕設備，而 這類尖端設備的價格昂貴，且多是串行加工模式；因此使得納米結構的加工備受 限制，極大地影響了其在研究、開發和生產等各方面的推廣應用。

近年來還提出了采用化學生長技術制備納米結構的方法，如自催化 VLS(Vapor-Liquid-Solid)生長機制。然而，利用自催化VLS生長機制制備納米結 構時，金屬催化劑的隨機分布使得納米結構難以在確定位置生長。并且采用這種 生長機制制備的納米結構很難控制其在各個維度上的一致性，尤其是水平方向上 的控制更加困難。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種可有效克服電子束光刻和聚焦離子 束刻蝕技術在批量加工方面的限制，并可很好地控制平面位置和尺度一致性的多 樣性納米結構的加工方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種多樣性納米結構的加工方 法，其步驟包括：1)準備并清洗襯底；2)在所述襯底的表面上依次沉積薄膜一 和薄膜二；3)在所述薄膜二上旋涂光刻膠，并對所述光刻膠進行前烘和曝光，之 后對所述光刻膠進行顯影，在所述薄膜二上形成光刻膠圖形一；4)采用氧等離子 體去膠機對所述光刻膠圖形一進行氧等離子體干法刻蝕，在所述薄膜二上得到光 刻膠圖形二；5)用所述光刻膠圖形二作為掩模，各向異性刻蝕所述薄膜二，形成 薄膜二的納米結構；6)在所述薄膜二的納米結構表面保形沉積薄膜三；7)各向 異性刻蝕所述薄膜三，在所述薄膜二的納米結構四周形成薄膜三的納米側墻；8) 各向異性刻蝕所述薄膜二的納米結構，在所述襯底表面上留下薄膜三的納米側墻； 9)以所述薄膜三的納米側墻為掩模，各向異性刻蝕所述襯底，在襯底上得到最終 納米結構；10)腐蝕掉所述最終納米結構上殘留的薄膜三的納米側墻，在襯底表 面上留下所述最終納米結構。

所述步驟3)中，可通過紫外光刻設備得到所述光刻膠圖形一。

所述步驟8)中，所述薄膜二的材料的刻蝕速率高于所述薄膜三的材料。

所述步驟9)中，所述襯底的材料的刻蝕速率高于所述薄膜三的材料。