[發明專利]半導體納米柱陣列結構的制作方法

無效

• 申請號: 201010183395.5
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101870453A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 白安琪;成步文;左玉華;王啟明
• 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 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及半導體納米結構的制備技術，更具體地說，本發明涉及到以多孔陽極氧化鋁膜為模板，在孔中淀積金屬點實現圖形反轉移，獲得半導體納米柱陣列結構的方法。

背景技術

隨著納米尺寸器件在微電子學、光學和生物化學等方面的應用價值日益突出，高度有序的納米點、納米柱(納米線)等低維陣列結構體系由于其量子尺寸所帶來的光、電、磁等特性越來越受到廣泛的重視。常用的制備納米陣列結構的方法有聚焦離子束和電子束曝光法、自組織生長法、模板法以及其他方法。聚焦離子束和電子束曝光法成本高、周期長且不能制備大面積納米陣列；自組織生長法產率低，且無法調控納米結構的幾何特征；而模板法具有成本低，適應面廣，易于調控納米陣列結構等特點。以多孔陽極氧化鋁(Porous?anodic?alumina，PAA)為模板進行圖形轉移是制備納米陣列結構的常用方法。PAA模板由電化學方法制備，能夠自組織生長成六度對稱的多孔結構，具有孔道豎直、孔尺寸可調、大面積有序等優點，是制備低維納米陣列結構的理想模板。

由于PAA模板的孔直徑已經達到幾十納米量級，在利用其制備納米結構時對圖形轉移工藝提出了較高的要求。目前常見的是在PAA模板底部預先淀積一層金屬作為導電層，通過電鍍工藝制備金屬納米點或納米線陣列，然而利用PAA制備半導體納米結構還比較困難。本發明提供了一種獲得半導體襯底上納米柱陣列結構的方法。利用兩步圖形轉移方法，先在PAA孔中沉積金屬點，快速熱退火使金屬點與襯底結合緊密，去除PAA模板后以金屬點陣列為掩膜刻蝕襯底，即可得到半導體納米柱陣列。此方法便于調控納米結構的幾何參數，實現簡單，效率高。

發明內容

本發明的目的是提供一種半導體納米柱陣列結構的制作方法，。

本發明提供一種半導體納米柱陣列結構的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：在一半導體襯底上生長鋁層；

步驟2：對鋁層進行陽極氧化，形成孔洞由表面直達半導體襯底，形成多孔氧化鋁膜；

步驟3：在多孔氧化鋁膜的表面淀積金屬，在多孔氧化鋁膜的孔洞內形成金屬點；

步驟4：將多孔氧化鋁膜濕法腐蝕掉，從而在半導體襯底上形成金屬點陣列；

步驟5：以金屬點陣列為掩膜對半導體襯底進行刻蝕，去掉金屬點陣列，在半導體襯底上形成半導體納米柱陣列。

其中鋁層的生長方法是采用電子束蒸發、熱蒸發或磁控濺射的方法。

其中在多孔氧化鋁膜孔中淀積金屬的方法是采用蒸發、濺射、化學氣相沉積、原子層沉積或化學鍍的方法。

其中在多孔氧化鋁膜的表面淀積的是金屬單質、合金或金屬化合物。

其中半導體襯底的材料是體材料，或是量子阱或超晶格多層結構材料。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明的結構和特征作進一步的詳細描述，其中：

圖1(A)-(F)是本發明的一個制備硅基納米柱陣列結構的工藝流程示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種半導體納米柱陣列結構的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：在一半導體襯底1上生長鋁層2，如圖1(A)，鋁層2的厚度為2μm，該鋁層2的生長是采用電子束蒸發、熱蒸發或磁控濺射的方法，半導體襯底是Ⅳ族、Ⅲ-Ⅴ族化合物或Ⅱ-Ⅵ族化合物的體材料或多層結構材料；

步驟2：對鋁層2進行陽極氧化，形成孔洞由表面直達半導體襯底1，形成多孔氧化鋁膜3；

陽極氧化的過程采用二次氧化法，具體方法為以鋁層2為陽極，鉑片為陰極，在電解液中進行第一次氧化，電解液為草酸水溶液，氧化過程在水浴10℃下進行，接通直流恒壓40V電源。第一次氧化時間為15’。陽極氧化后鋁層表面形成孔呈六方排列的多孔氧化鋁膜3，孔道與半導體襯底1表面垂直，底部阻擋層呈U型。多孔氧化鋁膜3底部仍保留一層沒有被氧化的鋁層2，厚度由第一次氧化時間控制。

將第一次陽極氧化生成的多孔氧化鋁層全部腐蝕掉。腐蝕后鋁層表面形成排列有序的凹坑。對剩下的鋁層進行第二次氧化，條件與第一次氧化相同。氧化過程進行到半導體襯底-鋁界面時立即停止，時間為9’5”，在襯底1上獲得多孔氧化鋁膜3(其底部阻擋層為反型)，多孔氧化鋁膜3的厚度為700nm。將氧化鋁底部的阻擋層濕法腐蝕掉，獲得孔底穿通的多孔氧化鋁膜3(如圖1(B))。二次氧化法的作用有二，一是提高多孔氧化鋁膜3孔排列的有序度，二是通過控制一次氧化的時間減薄膜厚度。