[发明专利]选择性刻蚀方法及纳米针尖结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种选择性刻蚀方法及纳米针尖结构的制备方法。该选择性刻蚀方法包括以下步骤：在衬底上顺序形成第一材料层和第二材料层，其中第一材料层对第二材料层的各向同性刻蚀选择比大于10，第一材料层含有掺杂元素，沿第一材料层的厚度方向掺杂元素的浓度呈线性递增；对第一材料层进行选择性各向同性刻蚀，选择性各向同性刻蚀的刻蚀速率与掺杂元素的浓度具有正线性关系，以完成对第一材料层的外壁的刻蚀。本申请利用刻蚀工艺中刻蚀速率与待刻蚀材料中掺杂元素浓度之间的正线性关系，得到与浓度递增的方向相反的倾斜侧壁，从而采用上述选择性刻蚀方法，能够得到锐利度较高的纳米针尖结构，还能够灵活调节针尖结构的尺寸、形貌以及角度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种选择性刻蚀方法及纳米针尖结构的制备方法。

背景技术

纳米尺度针尖应用非常广泛，例如扫描隧道显微镜中的隧道扫描电镜的STM探针、医学中的细胞微操作、特种制造业中的微加工等领域，另外纳米针尖阵列可以增加某些光学探测器的比表面积，增加敏感度。纳米针尖的制备常采用电化学刻蚀、机械剪切、场致蒸发、聚焦离子铣削等方法，方法复杂，制作成本高，很难批量生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种选择性刻蚀方法及纳米针尖结构的制备方法，以解决现有技术中制备纳米针尖结构的方法工艺复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种选择性刻蚀方法，包括以下步骤：S1，在衬底上顺序形成第一材料层和第二材料层，其中第一材料层对第二材料层的各向同性刻蚀选择比大于10，第一材料层含有掺杂元素，沿第一材料层的厚度方向掺杂元素的浓度呈线性递增；S2，对第一材料层进行选择性各向同性刻蚀，选择性各向同性刻蚀的刻蚀速率与掺杂元素的浓度具有正线性关系，以完成对第一材料层的外壁的刻蚀。

进一步地，第一材料层由两种IV族元素组成，掺杂元素为其中一种IV族元素；或形成第一材料层的材料为III-V族化合物，掺杂元素为III族或V族元素。

进一步地，掺杂元素为Ge，形成第一材料层的材料为SiGe或SnGe，优选形成第二材料层的材料为Si，优选衬底为Si衬底。

进一步地，在步骤S2中，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺对第一材料层进行选择性各向同性刻蚀，优选气压控制在3～80mT，优选反应温度为0～90℃，优选上射频功率为100～2000W，下射频功率为0～30W。

进一步地，电感耦合等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF₄、O₂和He，优选刻蚀气体的总流量为100～1000sccm，优选刻蚀气体中CF₄体积比为50～90％，O₂的体积比为5～90％，He的体积比为10～50％。

根据本发明的另一方面，提供了一种纳米针尖结构的制备方法，包括以下步骤：采用上述的选择性刻蚀方法，将第一材料层形成纳米针尖结构；去除第二材料层，以将纳米针尖结构的顶部裸露。

进一步地，在选择性刻蚀方法的步骤S1中，沿第一材料层的厚度方向掺杂元素的浓度的递增范围为5～50％，第一材料层的厚度方向为远离衬底的方向。

进一步地，在选择性刻蚀方法的步骤S1与步骤S2之间，选择性刻蚀方法还包括以下步骤：刻蚀第一材料层和第二材料层，以在衬底表面形成圆形凸台。

进一步地，选择性刻蚀方法的步骤S2包括：采用电感耦合等离子体刻蚀工艺对第一材料层进行选择性各向同性刻蚀，以形成纳米针尖结构。