CN102602880B - 通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，该方法包括：在衬底上生长电热绝缘材料层及再淀积第一功能材料层；旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻，形成条形的光刻胶掩模；通过干法刻蚀第一功能材料层至电热绝缘材料层的上表面，使第一功能材料层形成条形结构；淀积第二功能材料层；旋涂SU-8胶并电子束曝光，在条形的光刻胶掩模结构上部，制备出纳米量级的条形胶条，该条形胶条垂直并跨越条形光刻胶掩模；用该条形胶条做掩模，干法刻蚀第二功能材料层至电热绝缘材料层的表面；去除光刻胶掩模，暴露出第二功能材料层下方以外的第一功能材料层，使第二功能材料层下方形成一个悬空结构；干法刻蚀去除条形胶条下方以外的第一功能材料层；超声-剥离，完成制备。

Description

通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法
技术领域
本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法。本发明提出了一种采用光学光刻制备的微纳量级光刻胶胶条和电子束曝光制备的纳米量级SU-8胶条做干法刻蚀和湿法腐蚀的掩模和光刻胶作牺牲材料层湿法腐蚀剥离相结合，制备纳米线水平全限制器件结构的方法。该方法选用的抗刻蚀性能优良的SU-8胶可用作多种材料的干法刻蚀和湿法腐蚀的掩模，拓展了该方法的应用范围。本方法选用光刻胶作牺牲材料层，用丙酮等有机溶剂湿法腐蚀去除牺牲材料层时对功能材料的影响要足够小，因此，该方法在制备精度、制备难度、制备良品率、定位精度、兼容性等方面具有很大的优越性。
背景技术
随着固态器件向着小尺度、低维方向发展，研究量子点/纳米线的相关制备技术以及机理，对于微纳电子技术、光电子信息技术、生物纳米技术提供了新的发展机遇和挑战。由于量子点/纳米线结构中的受限电子、光子、分子呈现出许多物理内涵十分丰富的新现象和效应，将开辟出新一代的量子/纳米电子技术，如单电子晶体管、共振隧穿二极管(RTD)、太阳能电池、激光器、LED、生物化学检测等。因此，如何高线宽精度、定位精确、简单、经济高效地制备出不同材料间的量子点/纳米线的全限制结构，对于低维度器件新机理的研究、不同领域检测精度的提高有着意味深远的推动作用。目前，量子点/纳米线的制备方法主要集中在材料生长和电化学工艺方面，由于此类方法制备的量子点/纳米线的定位精度不高、可靠性差，制备良品率低，研发成本高、可移植性差的限制，可能导致与现有的CMOS工艺不兼容。为了实现多种材料间量子点/纳米线全限制结构的经济高效的自对准制备，我们提出本发明构思。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，该制备方法线宽控制精度高、定位精确、可拓展性好、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、可移植性好、经济高效。
为达到上述目的，本发明提供一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，该方法包括：
步骤1：在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层，在该电热绝缘材料层上淀积第一功能材料层；
步骤2：在第一功能材料层上旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻，形成条形的光刻胶掩模；
步骤3：通过光刻胶掩模，干法刻蚀第一功能材料层至电热绝缘材料层的上表面，使第一功能材料层形成条形结构；
步骤4：在条形的第一功能材料层和光刻胶掩模结构的裸露表面及电热绝缘材料层暴露的上表面，淀积第二功能材料层；
步骤5：在第二功能材料层上，旋涂SU-8胶并电子束曝光，在条形的光刻胶掩模结构上部，制备出纳米量级的条形胶条，该条形胶条垂直并跨越条形光刻胶掩模；
步骤6：用该条形胶条做掩模，干法刻蚀第二功能材料层至电热绝缘材料层的表面；
步骤7：用丙酮湿法腐蚀去除光刻胶掩模，暴露出第二功能材料层下方以外的第一功能材料层，使第二功能材料层下方形成一个悬空结构；
步骤8：干法刻蚀去除条形胶条下方以外的第一功能材料层；
步骤9：超声-剥离，制备出第一功能材料层全限制在第二功能材料层间的水平器件结构，完成制备。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，采用旋涂工艺、薄膜工艺、电子束曝光工艺、干法刻蚀工艺、湿法腐蚀剥离工艺，制备出了功能材料纳米线的全限制器件结构。这种器件结构的制备方法的特点在于：线宽控制精度高、定位精确、可拓展性好、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、可移植性好、经济高效。
附图说明
为进一步描述本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明制备方法的流程图；
图2-图10是自对准制备全限制纳米线的器件的结构示意图，其中图2-图10的右侧均为左侧图的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1至图10所示，本发明提供一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，该方法包括：
步骤1：在衬底100上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层101，在该电热绝缘材料层101上淀积功能材料层102，其中衬底100的材料为硅、氮化镓、蓝宝石、碳化硅、砷化镓或玻璃等现有的以及以后出现的衬底材料。所述电热绝缘材料层101是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法或金属有机物热分解法中的一种或者几种制备，所述电热绝缘材料层101的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是这几种化合物构成的混合物，所述第一功能材料层102是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法或原子层淀积法中的一种或者几种制备，所述第一功能材料层102的材料是相变材料、砷化镓、氮化镓、多晶硅或石墨烯；
步骤2：在第一功能材料层102上旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻，形成光刻胶掩模103，所述光刻胶掩模103的材料是AZ系列、L300或PMMA，其是易于溶于丙酮有机溶剂的光刻胶，水平尺寸在10-1-103μm；
步骤3：通过光刻胶掩模103，干法刻蚀第一功能材料层102，使其中间形成条形结构，刻蚀深度到达电热绝缘材料层101的表面；
步骤4：在条形结构的表面及电热绝缘材料层101暴露部分，淀积第二功能材料层104，所述第二功能材料层104是通过溅射法、蒸发法、化学气相淀积、等离子体辅助淀积法、金属有机物热分解法或激光辅助淀积法中的一种或几种制备；
步骤5：在第二功能材料层104上，旋涂SU-8胶，电子束曝光，在条形结构上制备出纳米量级的条形胶条105，该条形胶条105垂直并跨越条形光刻胶掩模103，所述第二功能材料层104的材料可以与第一功能材料层102相同，也可以采用钨、氮化钛、镍、铝、钛、金、银、铜、铂、氮化钨，或它们的组合；
步骤6：用该条形胶条105做掩模，干法刻蚀第二功能材料层104至电热绝缘材料层101的表面；
步骤7：用丙酮湿法腐蚀去除光刻胶掩模103，暴露出第二功能材料层104下方以外的第一功能材料层102，使第二功能材料层104下方形成一个悬空结构；
步骤8：干法刻蚀去除条形胶条105下方以外的第一功能材料层102；
步骤9：超声-剥离，制备出第一功能材料层102全限制在第二功能材料层104间的水平器件结构，完成制备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不能限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，该方法包括：
步骤1：在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层，在该电热绝缘材料层上淀积第一功能材料层；
步骤2：在第一功能材料层上旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻，形成条形的光刻胶掩模；
步骤3：通过光刻胶掩模，干法刻蚀第一功能材料层至电热绝缘材料层的上表面，使第一功能材料层形成条形结构；
步骤4：在条形的第一功能材料层和光刻胶掩模结构的裸露表面及电热绝缘材料层暴露的上表面，淀积第二功能材料层；
步骤5：在第二功能材料层上，旋涂SU-8胶并电子束曝光，在条形的光刻胶掩模结构上部，制备出纳米量级的条形胶条，该条形胶条垂直并跨越条形光刻胶掩模；
步骤6：用该条形胶条做掩模，干法刻蚀第二功能材料层至电热绝缘材料层的表面；
步骤7：用丙酮湿法腐蚀去除光刻胶掩模，暴露出第二功能材料层下方以外的第一功能材料层，使第二功能材料层下方形成一个悬空结构；
步骤8：干法刻蚀去除条形胶条下方以外的第一功能材料层；
步骤9：超声-剥离，制备出第一功能材料层全限制在第二功能材料层间的水平器件结构，完成制备。
2.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中衬底的材料为硅、氮化镓、蓝宝石、碳化硅、砷化镓或玻璃。
3.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中电热绝缘材料层是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法或金属有机物热分解法中的一种或者几种制备。
4.根据权利要求3所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中电热绝缘材料层的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是这几种化合物构成的混合物。
5.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中第一功能材料层是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法或原子层淀积法中的一种或者几种制备。
6.根据权利要求5所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中第一功能材料层的材料是相变材料、砷化镓、氮化镓、多晶硅或石墨烯。
7.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中光刻胶掩模的材料是AZ系列、L300或PMMA，其是易于溶于丙酮有机溶剂的光刻胶，水平尺寸在10-1-103μm。
8.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中第二功能材料层是通过溅射法、蒸发法、化学气相淀积、等离子体辅助淀积法、金属有机物热分解法或激光辅助淀积法中的一种或几种制备。
9.根据权利要求7所述的通用的多种材料间全限制纳米线的自对准制备方法，其中第二功能材料层的材料与第一功能材料层相同，或是采用钨、氮化钛、镍、铝、钛、金、银、铜、铂氮化钨或它们的组合。
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