[发明专利]一种垂直方向纳米网格结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直方向纳米网格结构的制备方法。

背景技术

现有的微纳结构加工方法中，对于深刻蚀的加工，往往采用Deep Reactive-Ion-Etching（DRIE）技术。DRIE刻蚀方法，首先进行化学性刻蚀，化学刻蚀气体离子轰击衬底，并与衬底反应生成挥发性气体。由于刻蚀物质为气体，会形成向衬底内部的横向侧掏现象。然后，施放保护性气体，这种气体会在刚才的刻蚀工艺面（包括底面与横向侧掏的侧面）上形成一层保护膜，阻止刻蚀气体再次与衬底发生化学反应。之后，再次进行化学性刻蚀。由于刻蚀气体离子的轰击效果，底面上的保护膜会被轰击掉，而侧壁上的保护膜不会被轰击掉，这样一来，底面的衬底就再次暴露在刻蚀气体中，从而会形成下一个类椭圆的刻蚀工艺面。如果继续按照工艺进行，则侧壁上会一直存在惰性保护膜，而底面的保护膜会一直被离子轰击掉而进行下一步的刻蚀。现有的集成电路加工方法很难直接加工出垂直结构的纳米网格结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直方向纳米网格结构的制备方法，本发明用电子束光刻定义纳米级线条并通过DRIE刻蚀实现垂直方向纳米网格结构，解决了现有技术无法制备宽度50～800nm的垂直结构纳米网格的问题。

本发明所提供的一种垂直方向纳米网格结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）通过化学气相沉积法，在Si衬底表面上生长SiO₂薄膜；

（2）在所述SiO₂薄膜上旋涂光刻胶，并对所述光刻胶依次进行前烘、曝光、后烘和显影，即在所述SiO₂薄膜上得到电子束光刻对准标记图形；

（3）根据电子束光刻对准标记图形进行电子束曝光，得到纳米量级的线条；

（4）刻蚀所述SiO₂薄膜，则在所述SiO₂薄膜上得到所述纳米量级的线条；

（5）通过深反应离子刻蚀（该方法的原理如图1所示）所述Si衬底，即获得垂直方向上的纳米网格结构。

上述的制备方法中，所述SiO₂薄膜的厚度可为20nm～142nm。

上述的制备方法中，所述光刻胶为苏州瑞红AZ601。

上述的制备方法中，步骤（2）中，具体可在90℃～100℃的条件下前烘10～20min，然后曝光10～15s，再在75℃～85℃的条件下后烘20～25min，再进行显影1min。

上述的制备方法中，步骤（3）中，所述电子束曝光的条件可为：加速电压可为60～80kV，电子束流可为1.0nA～3.0nA，光阑可为15～50μm，束斑大小可为1～5，曝光剂量可为160～400μC/cm²，具体可在加速电压为80kV，电子束流为2.0nA，光阑为30μm，束斑大小为3，曝光剂量为250μC/cm²的条件下进行。

上述的制备方法中，所述纳米量级的线条的宽度可为50nm～800nm。

上述的制备方法中，所述深反应离子刻蚀的条件可为：在气压为100mTorr和刻蚀速率为2μm/min的条件下，SF₆和C₄F₈交替进行刻蚀。

上述的制备方法中，所述纳米网格结构的垂直深度可为0nm～1000nm，但不为零。

本发明的制备方法中，垂直方向指的是与沿衬底表面垂直的方向，本发明方法可制备得到栅栏状排列和晶格状排列的纳米网格结构。

本发明采用电子束光刻和DRIE刻蚀的方法，首次通过传统集成电路加工方法实现了垂直方向的纳米网格结构的制备。本发明采用的加工方法具有操作简单、可控性强的特点；可以通过控制线条宽度，DRIE刻蚀气体的气压和时间控制垂直纳米网格的周期、大小和宽度。

附图说明

图1为DRIE刻蚀的原理示意图。

图2为本发明实施例1中得到的垂直方向的纳米网格结构的示意图。

图3为本发明实施例1中得到的垂直方向的纳米网格结构的SEM图。

图4为本发明实施例1中得到垂直方向的纳米网格结构的电子束光刻版图。

图5为本发明实施例2中得到的垂直方向的纳米网格结构的电子束光刻版图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、垂直方向的纳米网格结构（栅栏状）的制备