[发明专利]一种循环交替刻蚀同质多级坡面台阶引导生长纳米线阵列的方法

权利要求书

1.一种循环交替刻蚀同质多级坡面台阶引导生长纳米线阵列的方法，其特征在于：

1）首先，准备好包括晶硅、玻璃、聚合物的介质层覆盖的金属薄膜作为衬底，或者利用薄膜淀积技术淀积非晶薄膜作为衬底；所述介质层包括晶硅、玻璃或聚合物；

2）其次，利用光刻或者电子束刻蚀技术，定义引导台阶预定的坡面位置即将台阶边缘图案转移到衬底上；再用ICP或者RIE交替循环刻蚀方法刻蚀出坡面多级台阶结构直到衬底表面；刻蚀过程中先使用C₄F₈、CF₄、SF₆或其混合气体具有不同陡直特性和表面钝化特性的反应气体进行刻蚀或者交替循环使用上述C₄F₈、CF₄、SF₆不同刻蚀气氛；再用包括O₂、Cl₂在横向和纵向具有不同刻蚀速率的反应气体刻蚀掩模层，如此交替循环刻蚀，直至掩模层被刻完，形成坡面多级台阶；

3）随后，利用光刻工艺和蒸发或者溅射金属淀积工艺，在坡面台阶之一端，制备包括铟或锡金属的催化层，厚度在1~500nm范围内，此端点作为纳米线的生长起点位置；随后在还原性气体的等离子体作用下，在高于金属熔点的温度进行处理，使覆盖在侧壁坡面引导沟道上的催化金属层转变成为分离的铟或锡金属纳米颗粒；

4）通过PECVD，CVD或者PVD沉积技术在样品表面覆盖与所需生长纳米线相应的非晶半导体前驱体薄膜层；

5）生长纳米线：当温度提高到适当温度以上，以使得纳米金属颗粒重新融化，并开始在前端吸收非晶层前驱体，而在后端生长淀积出晶态的纳米线结构；借助坡面侧壁上形成的多级纳米台阶的引导沟道作用，获得平行排布于三维坡面侧壁之上的高密度纳米线阵列；

6）最后，剩余非晶前驱体层通过ICP、RIE刻蚀工艺清除；

步骤2）中所获得多层坡面台阶结构，每级台阶高度在1~1000纳米范围，台阶级数范围为2~100；

步骤3）中通过控制其处理时间、温度、功率和气压参数，将坡面上的金属颗粒的直径控制在10~1000nm范围内。

2.根据权利要求1所述的生长纳米线阵列的方法，其特征在于，步骤4）中通过PECVD，CVD或者PVD沉积技术，在表面覆盖一层或多层、与所需要生长纳米线成分相对应的非晶半导体层作为前驱体；前驱体层为非晶硅a-Si、非晶锗a-Ge、非晶碳a-C或者其中的非晶合金层，以及a-Ge/a-Si异质叠层结构。

3.根据权利要求1所述的生长纳米线阵列的方法，其特征在于，步骤2）中根据不同的反应气体配比和交替工艺，能够获得不同倾斜程度的倾斜坡面；即同质多级坡面台阶结构。

4.根据权利要求1所述的生长纳米线阵列的方法，其特征在于，形成多级台阶的衬底为氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、玻璃、聚合物、铝箔、本征或具有掺杂成分的硅片、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶氮化硅半导体材料；衬底制备工艺由化学气相沉积CVD，等离子体增强PECVD，原子层淀积ALD、热蒸发和各种溅射物理气相沉积PVD技术的一种或者多种来完成；衬底的厚度范围大于5nm，循环周期为1~100范围之内。

5.根据权利要求1所述的生长纳米线阵列的方法，其特征在于，利用含有C₄F₈、CF₄、SF₆或其混合气体或者与衬底对应的刻蚀成分的湿法或气相干法刻蚀技术，对所暴露形成的坡面结构进行处理；利用O₂ 、Cl₂或与掩模层相对应刻蚀成分的湿法或气相干法刻蚀技术对光刻胶进行处理，使其产生由于掩模层与衬底之间对刻蚀氛围的不同刻蚀响应，在坡面上形成多级倾斜坡面台阶结构；利用C₄F₈刻蚀硅衬底，利用O₂刻蚀光刻胶；同时，根据台阶数目的需求，调节光刻胶的厚度，以便提高循环交替刻蚀的周期数，从而获得更多的坡面台阶。