一種垂直方向納米網格結構的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直方向納米網格結構的制備方法。該方法包括如下步驟：（1）通過化學氣相沉積法，在Si襯底表面上生長SiO2薄膜；（2）在所述SiO2薄膜上旋涂光刻膠，并對所述光刻膠依次進行前烘、曝光、后烘和顯影，即在所述SiO2薄膜上得到電子束光刻對準標記圖形；（3）根據(jù)電子束光刻對準標記圖形進行電子束曝光，得到納米量級的線條；（4）刻蝕所述SiO2薄膜，則在所述SiO2薄膜上得到所述納米量級的線條；（5）通過深反應離子刻蝕所述Si襯底，即獲得垂直方向上的納米網格結構。本發(fā)明采用電子束光刻和DRIE刻蝕的方法，首次通過傳統(tǒng)集成電路加工方法實現(xiàn)了垂直方向的納米網格結構的制備。本發(fā)明采用的加工方法具有操作簡單、可控性強的特點。
【專利說明】一種垂直方向納米網格結構的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垂直方向納米網格結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的微納結構加工方法中，對于深刻蝕的加工，往往采用DeepReactive-1on-Etching (DRIE)技術。DRIE刻蝕方法，首先進行化學性刻蝕，化學刻蝕氣體離子轟擊襯底，并與襯底反應生成揮發(fā)性氣體。由于刻蝕物質為氣體，會形成向襯底內部的橫向側掏現(xiàn)象。然后，施放保護性氣體，這種氣體會在剛才的刻蝕工藝面(包括底面與橫向側掏的側面)上形成一層保護膜，阻止刻蝕氣體再次與襯底發(fā)生化學反應。之后，再次進行化學性刻蝕。由于刻蝕氣體離子的轟擊效果，底面上的保護膜會被轟擊掉，而側壁上的保護膜不會被轟擊掉，這樣一來，底面的襯底就再次暴露在刻蝕氣體中，從而會形成下一個類橢圓的刻蝕工藝面。如果繼續(xù)按照工藝進行，則側壁上會一直存在惰性保護膜，而底面的保護膜會一直被離子轟擊掉而進行下一步的刻蝕?，F(xiàn)有的集成電路加工方法很難直接加工出垂直結構的納米網格結構。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種垂直方向納米網格結構的制備方法，本發(fā)明用電子束光刻定義納米級線條并通過DRIE刻蝕實現(xiàn)垂直方向納米網格結構，解決了現(xiàn)有技術無法制備寬度50?800nm的垂直結構納米網格的問題。
[0004]本發(fā)明所提供的一種垂直方向納米網格結構的制備方法，包括如下步驟:
[0005](I)通過化學氣相沉積法，在Si襯底表面上生長SiO2薄膜；
[0006](2)在所述SiO2薄膜上旋涂光刻膠，并對所述光刻膠依次進行前烘、曝光、后烘和顯影，即在所述SiO2薄膜上得到電子束光刻對準標記圖形；
[0007](3)根據(jù)電子束光刻對準標記圖形進行電子束曝光，得到納米量級的線條；
[0008](4)刻蝕所述SiO2薄膜，則在所述SiO2薄膜上得到所述納米量級的線條；
[0009](5)通過深反應離子刻蝕(該方法的原理如圖1所示)所述Si襯底，即獲得垂直方向上的納米網格結構。
[0010]上述的制備方法中，所述SiO2薄膜的厚度可為20nm?142nm。
[0011]上述的制備方法中，所述光刻膠為蘇州瑞紅AZ601。
[0012]上述的制備方法中，步驟(2)中，具體可在90°C?100°C的條件下前烘10?20min,然后曝光10?15s,再在75°C?85°C的條件下后烘20?25min,再進行顯影l(fā)min。
[0013]上述的制備方法中，步驟(3)中，所述電子束曝光的條件可為:加速電壓可為60?80kV，電子束流可為1.0nA?3.0nA，光闌可為15?50 y m，束斑大小可為I?5，曝光劑量可為160?400 ii C/cm2，具體可在加速電壓為80kV，電子束流為2.0nA，光闌為30iim，束斑大小為3，曝光劑量為250 u C/cm2的條件下進行。
[0014]上述的制備方法中，所述納米量級的線條的寬度可為50nm?800nm。[0015]上述的制備方法中，所述深反應離子刻蝕的條件可為:在氣壓為IOOmTorr和刻蝕速率為2 μ m/min的條件下，SF6和C4F8交替進行刻蝕。
[0016]上述的制備方法中，所述納米網格結構的垂直深度可為Onm~lOOOnm，但不為零。
[0017]本發(fā)明的制備方法中，垂直方向指的是與沿襯底表面垂直的方向，本發(fā)明方法可制備得到柵欄狀排列和晶格狀排列的納米網格結構。
[0018]本發(fā)明采用電子束光刻和DRIE刻蝕的方法，首次通過傳統(tǒng)集成電路加工方法實現(xiàn)了垂直方向的納米網格結構的制備。本發(fā)明采用的加工方法具有操作簡單、可控性強的特點；可以通過控制線條寬度，DRIE刻蝕氣體的氣壓和時間控制垂直納米網格的周期、大小和寬度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為DRIE刻蝕的原理示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實施例1中得到的垂直方向的納米網格結構的示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實施例1中得到的垂直方向的納米網格結構的SHM圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實施例1中得到垂直方向的納米網格結構的電子束光刻版圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實施例2中得到的垂直方向的納米網格結構的電子束光刻版圖。
【具體實施方式】
[0024]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0025]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0026]實施例1、垂直方向的納米網格結構(柵欄狀)的制備
[0027](I)準備4英寸單面拋光單晶硅片，在硅片表面通過CVD (250mtorr氣壓)生長一層約IOOnm厚的SiO2薄膜。
[0028](2)在硅片(4英寸，525微米厚度)表面上甩膠1.5um，蘇州瑞紅AZ601 )，然后依次經前烘(98°C，15min)、曝光(108)、后烘(801:，201^11)和顯影(蘇州瑞紅光刻膠AZ601配套顯影液lmin)，得到所需的對準標記圖形，如圖2所示。
[0029](3)通過定義出的對準標記圖形進行電子束曝光(加速電壓為80kV，電子束流為
2.0nA，光闌為30 μ m，束斑大小為3，曝光劑量為250 μ C/cm2，光刻版圖如圖4所示，得到寬度為50~800nm量級的線條。
[0030](4)以經上述經電子束光刻的光刻膠PMMA為掩膜刻蝕(SF6、CHF3和He氣體)SiO2層，則將定義出的線條轉移到SiO2層上。
[0031] (5)除去光刻膠后以SiO2為掩膜，通過DRIE刻蝕(SF6和C4F8氣體進行交替刻蝕，氣壓為IOOmTorr,刻蝕速率為2ym/min)Si襯底I~2 μ m，獲得垂直方向的納米網格結構，其掃描電鏡照片如圖3所示，其周期為200~400nm。
[0032]實施例2、垂直方向的納米網格結構的制備
[0033]與實施例1中制備的方法和步驟相同，不同之處在于電子束光刻對準標記圖形不一樣，最終得到如圖5所示電子束光刻版圖的納米網格結構。
【權利要求】
1.一種垂直方向納米網格結構的制備方法，包括如下步驟: (1)通過化學氣相沉積法，在Si襯底表面上生長SiO2薄膜； (2)在所述SiO2薄膜上旋涂光刻膠，并對所述光刻膠依次進行前烘、曝光、后烘和顯影，即在所述SiO2薄膜上得到電子束光刻對準標記圖形； (3)根據(jù)電子束光刻對準標記圖形進行電子束曝光，得到納米量級的線條； (4)刻蝕所述SiO2薄膜，則在所述SiO2薄膜上得到所述納米量級的線條； (5)通過深反應離子刻蝕所述Si襯底，即獲得垂直方向上的納米網格結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述SiO2薄膜的厚度為20nm?142nm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述光刻膠為蘇州瑞紅AZ601。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于:步驟(3)中，所述電子束曝光的條件為:加速電壓為60?80kV,電子束流為1.0nA?3.0nA,光闌為15?50 y m,束斑大小為I?5，曝光劑量為160?400 u C/cm2。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于:所述納米量級的線條的寬度為 50nm ?800nm。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于:所述深反應離子刻蝕的條件為:在氣壓為IOOmTorr和刻蝕速率為2 u m/min的條件下，SF6和C4F8交替進行刻蝕。
7.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于:所述納米網格結構的垂直深度為Onm?IOOOnm,但不為零。
【文檔編號】H01L21/02GK103617947SQ201310561224
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】吳文剛, 張凱, 馬鵬程, 王詣斐 申請人:北京大學