[發(fā)明專利]一種二氧化硅圖形加工的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210113193.2
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102646575A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李佩朔;趙華波;魏子鈞;任黎明;傅云義;黃如;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化硅新型表面加工技術(shù)，具體是一種在室溫下利用圖形化石墨烯形成二氧化硅圖形的方法。?

背景技術(shù)

由于二氧化硅具有良好的絕緣性質(zhì)、化學(xué)穩(wěn)定性和與硅的良好兼容性，在硅半導(dǎo)體工業(yè)中用途廣泛?，F(xiàn)行二氧化硅的圖形加工通過使用PMA、SU-8等有機高聚物作為光刻膠，經(jīng)光刻、刻蝕等傳統(tǒng)集成電路工藝實現(xiàn)，但為保證圖形轉(zhuǎn)移后完全除去光刻膠，需使用發(fā)煙硝酸等較危險化學(xué)物質(zhì)，增加工藝復(fù)雜性和成本。因此關(guān)于尋找新型氧化硅表面加工技術(shù)的工作近年來一直在進行。?

1995年，J?Allgair等人發(fā)現(xiàn)無定形碳可以增強氫氟酸蒸氣對二氧化硅的腐蝕(J?Allgair，J?M?Ryan，H?J?Song，M?N?Kozicki，T?K?Whidden?and?D?K?Ferry，Nanotechnology?7351-355(1996))，為二氧化硅加工技術(shù)的探索提供了新思路，但這一方法在形成無定形碳的過程中需要使用STM，且反應(yīng)不在室溫下進行，增加了大規(guī)模推廣的難度。?

2007年，Y?H?Cho等人結(jié)合LOCOS和RIE工藝，在不經(jīng)過高精度光刻的條件下實現(xiàn)了二氧化硅微結(jié)構(gòu)的加工(Y?H?Cho，SW?Lee，B?J?Kim?and?T?Fujii，Nanotechnology?18，465303(2007))，但這一方法不能精確控制微結(jié)構(gòu)的尺寸。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用石墨烯增強刻蝕特性、在室溫下形成二氧化硅圖形的方法。?

本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：?

一種二氧化硅圖形加工的方法，包括如下步驟：?

1)在SiO₂襯底上直接生長石墨烯或?qū)⑹钠渌r底上轉(zhuǎn)移至SiO₂襯底表面；?

2)按所需形狀，將石墨烯薄膜圖形化；?

3)在上述石墨烯層上沉積一層二氧化硅薄膜；?

4)用腐蝕溶液刻蝕掉上述二氧化硅薄膜后，石墨烯的圖形轉(zhuǎn)移到二氧化硅襯底上。?

所述二氧化硅襯底為表面有熱氧化層的單晶硅片、石英、玻璃或沉積有二氧化硅薄層的?PET塑料、PDMS等柔軟基底。?

所述石墨烯可為單層、雙層或多層。?

在絕緣襯底上直接形成石墨烯的方法可為機械解理或從CVD制備石墨烯所用襯底上轉(zhuǎn)移。?

在石墨烯上沉積二氧化硅薄膜可用磁控濺射法和等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)；厚度以完全蓋住石墨烯為最小值，一般為20nm-00nm。?

刻蝕二氧化硅的腐蝕溶液為氫氟酸溶液或堿性溶液，例如TMAH((CH₃)₄N⁺OH^-)，其中氫氟酸溶液的水和氫氟酸的體積比在10∶1-3∶1范圍，刻蝕時間取決于覆蓋在石墨烯上二氧化硅薄膜厚度。?

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點和效果：?

本發(fā)明利用石墨烯增強刻蝕特性、在室溫下對二氧化硅表面進行圖形加工。其原理為：在石墨烯上沉積二氧化硅薄膜，石墨烯表面的缺陷會增加，隨后用腐蝕溶液刻蝕二氧化硅薄膜，石墨烯表面的缺陷會增加腐蝕溶液中包裹在石墨烯周圍的雙電層中離子的局域濃度。以氫氟酸溶液為例，氫氟酸刻蝕氧化硅的反應(yīng)方程式為：?3HF₂^-+SiO₂+3H₃O⁺→H₂SiF₆+5H₂O.。可以看出上述H₃O⁺離子的局域濃度增加會加快氫氟酸刻蝕襯底二氧化硅的速率，從而導(dǎo)致了在石墨烯原來存在位置的二氧化硅圖形的形成。?

本發(fā)明工藝簡單、效率高。且二氧化硅圖形形狀取決于石墨烯的形狀，刻蝕時不受表面形貌變化的影響，圖形的位置可通過預(yù)先調(diào)整石墨烯的位置來控制，圖形的邊界展寬和深度可通過控制刻蝕時間和石墨烯的層數(shù)等控制。?

本發(fā)明技術(shù)與現(xiàn)有硅基工藝兼容，可實現(xiàn)大規(guī)模、低成本的二氧化硅表面圖形加工。?

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細(xì)地說明：?

圖1為圖形化石墨烯材料層；?

圖2為使用上述方法形成的二氧化硅圖形的原子力顯微鏡示意圖。?

具體實施方式

下面參照本發(fā)明的附圖，更詳細(xì)的描述出本發(fā)明的最佳實施例。?

實施例一?