[发明专利]一种超高深宽比的硅纳米针阵列的制备方法

说明书

本发明公开了一种超高深宽比的硅纳米针阵列的制备方法，在硅衬底上旋涂MMA和PMMA A2双层光刻胶；对涂覆MMA和PMMA A2双层光刻胶的硅衬底进行电子束曝光，在硅衬底上制作抗蚀剂图形；对形成抗蚀剂图形的硅衬底进行电子束蒸发，在硅衬底上沉积一层Al薄膜；对沉积Al薄膜后的硅衬底进行剥离，得到沉积在硅衬底上的Al薄膜阵列，为后续ICP刻蚀工艺提供掩膜；对覆盖Al掩膜的硅衬底进行ICP硅刻蚀，制作硅纳米针阵列结构。通过本发明工艺流程能够稳定地获得超高深宽比的硅纳米针阵列结构，单个硅纳米针形态良好，侧壁光滑，最小针尖直径达到10nm，深宽比可达1450。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种综合使用电子束光刻、电子束蒸发、电感耦合等离子体(ICP)制备超高深宽比的硅纳米针尖阵列的方法。

背景技术

纳米尺度的针尖在生物医学细胞探针、单光子源、电磁波吸收器与防反射结构以及量子器件制备等领域有着十分重要且广泛的应用。例如，2015年，国外科学家(NatureMaterials,14(5)，532-539，2015)利用硅纳米针在细胞内传递核酸，相比于传统手段，这种硅纳米针注射技术具有创伤小、靶向性好等优点。2016年文岐业等(申请号为201611243901.9的中国发明专利)基于硅纳米针阵列的宽带太赫兹波吸收材料对太赫兹波的吸收率高达90％，克服了现有太赫兹波吸收器吸收带宽窄、稳定性差、制造成本高等缺点。

目前，制备硅纳米针的手段还比较有限，常用的方法为干法刻蚀。使用干法刻蚀硅时，通常采用光刻胶做刻蚀掩膜，但这种方式存在很多缺陷。如使用正性光刻胶聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)做刻蚀掩膜，存在曝光面积大，曝光时间长，抗刻蚀性差，很难做到5μm以上的刻蚀深度。使用负性光刻胶氢倍半硅氧烷(HSQ)做刻蚀掩膜，虽然抗刻蚀性好于PMMA，但其曝光显影后形成的分子聚合物不容易去掉，会给下道工艺造成污染，且HSQ价格昂贵，保质期短，工艺稳定性差，还做不到10μm以上刻蚀深度。而其他制备手段，如湿法刻蚀、热蒸发、聚焦离子铣削，同样存在工艺复杂、制备成本高昂，批量生产难等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高深宽比的硅纳米针阵列的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超高深宽比的硅纳米针阵列的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在硅衬底上旋涂MMA和PMMAA2双层光刻胶；

步骤2，对涂覆MMA和PMMAA2双层光刻胶的硅衬底进行电子束曝光，在硅衬底上制作抗蚀剂图形；

步骤3，对形成抗蚀剂图形的硅衬底进行电子束蒸发，在硅衬底上沉积一层Al薄膜；

步骤4，对沉积Al薄膜后的硅衬底进行剥离，得到沉积在硅衬底上的Al薄膜阵列，为后续ICP刻蚀工艺提供掩膜；

步骤5，对覆盖Al掩膜的硅衬底进行ICP硅刻蚀，制作硅纳米针阵列结构。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)通过本发明工艺流程能够稳定地获得超高深宽比的硅纳米针阵列结构，单个硅纳米针形态良好，侧壁光滑，最小针尖直径达到10nm，深宽比可达1450；2)本发明所用的Al做掩膜具有抗刻蚀时间长、工艺稳定等优点，能够实现批量制备超高深宽比硅纳米针阵列结构且制备成本较低；3)本发明通过改变版图设计和ICP刻蚀的参数，能够方便地获得不同高度、不同针尖大小的硅纳米针阵列结构。

附图说明

图1是本发明超高深宽比硅纳米针阵列制备的工艺流程示意图。

图2是本发明电子束曝光工艺步骤所需的设计版图。

图3是本发明经过沉积Al薄膜但尚未进行剥离的样品表面扫描电子显微镜(SEM)图。

图4是本发明经过剥离后的样品表面扫描电子显微镜(SEM)图。