CN101920931A

CN101920931A - 制作纳米管道的方法

Info

Publication number: CN101920931A
Application number: CN2009100871270A
Authority: CN
Inventors: 张加勇; 王晓峰; 杨富华; 王晓东
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-22

Abstract

一种制作纳米管道的方法，包括如下步骤：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一层基底材料层并用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；在该电热绝缘材料层的上面和去除基底材料层的上面及侧壁淀积侧墙材料层；采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层及电热绝缘材料层表面的侧墙材料层，形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；用湿法腐蚀的方法去除基底材料层，只保留纳米尺寸的侧墙；采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层的相对两侧边上搭上一条制作纳米管道的抗腐蚀材料层；用湿法腐蚀方法去除侧墙同时留下抗腐蚀材料层，形成纳米尺寸的管道。

Description

制作纳米管道的方法

技术领域

本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种制作纳米管道的方法。本发明提出了一种采用侧墙工艺和湿法腐蚀方法制备纳米管道的方法。该方法避免了使用电子束曝光的成本高、周期长的不足，在突破光刻分辨率限制及提高纳米管道制备效率等方面具有很大的优越性。

背景技术

微流管道在微纳米技术领域尤其是在微纳米生物领域有着广泛的应用。应用微流管道制作的微流体芯片可以对DNA/RNA、蛋白质及多肤、药物、毒品和氨基酸等进行分析，应用在基因测序、药物筛选、蛋白组学、临床诊断等领域。将多个功能互补的微流体控制单元集成在一块微流体芯片上，组成阵列，可实现样品的并行处理，极大地提高样品的处理速度。并且随着微细加工技术的发展，更高性能的微流控芯片将对以上领域引发一场新的革命。因此，制备出纳米尺寸的微流通道，对于推动微流芯片的集成化、提高芯片性能具有重要的意义。

目前，纳米结构的制备方法主要有：光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、微接触印刷、电化学方法和电迁移方法等。但是，光学光刻方法受到光波波长限制，刻蚀的点击在微米量级，难以达到纳米量级；微接触印刷、电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法周期长成本高；电化学和电迁移方法工艺可靠性较低，可能导致与CMOS工艺的不兼容。为了突破光刻分辨率限制及提高器件与CMOS工艺的兼容性，寻找简单而低成本的制备纳米尺寸的管道的方法，我们提出本发明构思。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种制作纳米管道的方法，以寻找到一种纳米尺寸的管道的制作方法，并且制备方法简单且成本低廉，能够突破光刻分辨率限制，并提高纳米管道制备效率。

为达到上述目的，本发明提供一种制作纳米管道的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层；

步骤2：在该电热绝缘材料层上淀积一层基底材料层并用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；

步骤3：在该电热绝缘材料层的上面和去除基底材料层的上面及侧壁淀积侧墙材料层；

步骤4：采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层及电热绝缘材料层表面的侧墙材料层，形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；

步骤5：用湿法腐蚀的方法去除基底材料层，只保留纳米尺寸的侧墙；

步骤6：采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层的相对两侧边上搭上一条制作纳米管道的抗腐蚀材料层；

步骤7、用湿法腐蚀方法去除侧墙同时留下抗腐蚀材料层，形成纳米尺寸的管道。

其中所述电热绝缘材料层是氮化硅或SiO₂；所述基底材料层是SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述侧墙材料层是SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述抗腐蚀材料层是钨、SiO₂、氮化硅或多晶硅。

其中所述的衬底是半导体材料衬底或绝缘材料衬底。

其中所述半导体材料衬底是硅片或SOI片，所述绝缘材料衬底是SiO₂或玻璃。

其中所述基底材料层的厚度为20～2000nm。

其中所述侧墙材料层形成的侧墙的宽度为5～200nm。

其中所述抗腐蚀材料层形成的纳米管道的宽度为5～200nm，高度为5～2000nm，长度为毫米量级。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种制作纳米管道的方法，采用薄膜工艺、光刻剥离工艺、光刻干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺和侧墙工艺制备了纳米尺寸的管道。这种纳米管道制备方法的特点在于：结构简单，制备方便，管道尺寸小，避免了使用电子束曝光(EBL)，聚焦离子束曝光(FIB)等技术，大大降低了成本，集成度大幅度的提高，同时突破光刻分辨率限制及提高了制备纳米管道效等。

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是本发明提供的制作纳米管道的方法流程图；

图2-图7是制作纳米管道结构的流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2-图7，本发明一种制作纳米管道的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：在衬底101上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层102；其中所述衬底101是半导体材料衬底或绝缘材料衬底；所述半导体材料衬底101是硅片或SOI片，所述绝缘材料衬底是SiO₂或玻璃；所述的电热绝缘材料102，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种；所述在衬底上生长一层电热绝缘材料102，可以是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的；所述电热绝缘材料102，对于步骤4中湿法去除基底材料层103和步骤6中湿法去除侧墙材料层104时使用的腐蚀液均具抗腐蚀性(参阅图2)。

步骤2：在该电热绝缘材料层102上淀积一层基底材料层103并用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层103的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；其中所述的基底材料层103，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种，如SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述淀积一层基底材料层103，可以是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的(参阅图2)；

步骤3：在该电热绝缘材料层102的上面和去除基底材料层103的上面及侧壁淀积侧墙材料层104；

步骤4：采用干法回刻，去除基底材料层103上表面的侧墙材料层104及电热绝缘材料层102表面的侧墙材料层104，将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；其中所述的侧墙材料层104，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种，如SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述淀积一层侧墙材料层104，可以是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的；所述的侧墙材料层104，对于下一步中去除基底材料层103时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性(参阅图3、图4)；

步骤5：用湿法腐蚀的方法去除基底材料层103，只保留纳米尺寸的侧墙；其中的腐蚀液可以是HF酸、TMAH溶液、热浓磷酸等中的一种(参阅图5)。

步骤6：最后采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层104的相对两侧边上搭上一条制作纳米管道的抗腐蚀材料层105；所述的抗腐蚀材料层105，对于步骤6中去除侧墙材料层104时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性；所述抗腐蚀材料层105，可以是金属或氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种，如钨、SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述淀积抗腐蚀材料层105，可以是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的(参阅图6)。

步骤7：用湿法腐蚀方法去除侧墙材料层104同时留下抗腐蚀材料层105，形成纳米尺寸的管道；其中的腐蚀液可以是HF酸、TMAH溶液、热浓磷酸等中的一种(参阅图7)。

本发明提供的制作纳米管道的方法，基于侧墙方法和湿法腐蚀方法，从而突破光刻分辨率限制并提高制备纳米管道效率。以下为具体实施例。

实施例1

1、采用单晶硅片、SOI片等半导体或者绝缘材料作为衬底101；

2、采用薄膜制备工艺，在衬底上制备电热绝缘层氮化硅102；

3、在电热绝缘层氮化硅上LPCVD淀积多晶硅作为制作侧墙基底103，然后通过光学光刻和干法刻蚀形成侧墙基底图形，如图2所示。

4、PECVD淀积牺牲侧墙材料二氧化硅104，如图3所示；然后干法回刻形成牺牲侧墙，如图4所示。

5、用恒温TMAH溶液漂去侧墙基底(恒温TMAH溶液对衬底氮化硅和侧墙二氧化硅的刻蚀选择比很高)，TMAH溶液的温度恒定在50～90℃中的某一值，如图5所示。

6、采用光学光刻和剥离工艺在牺牲侧墙的一条边上形成钨的金属条105，如图6所示。然后再用稀释的氢氟酸将侧墙漂去，与此同时，留下金属钨，从而形成金属钨的纳米管道，如图7所示。

实施例2

具体步骤和条件同实施例1，不同之处在于采用SiO₂作为电热绝缘材料，氮化硅作为侧墙材料，采用热浓磷酸作为腐蚀侧墙的腐蚀液。

实施例3

1、采用单晶硅片、SOI片等半导体或者绝缘材料作为衬底101；

2、采用薄膜制备工艺，在衬底上制备电热绝缘层氮化硅102；

3、在电热绝缘层氮化硅上PECVD淀积二氧化硅作为制作侧墙基底103，然后通过光学光刻和干法刻蚀形成侧墙基底图形。如图2所示。

4、LPCVD淀积牺牲侧墙材料多晶硅104，如图3所示；然后干法回刻形成牺牲侧墙。如图4所示。

5、用氢氟酸溶液漂去侧墙基底，如图5所示。

6、采用光学光刻和剥离工艺在牺牲侧墙的一条边上形成钨的金属条105，如图6所示。然后再恒温TMAH溶液漂去侧墙(恒温TMAH溶液对衬底氮化硅和金属W的刻蚀选择比很高)，TMAH溶液的温度恒定在50～90℃中的某一值，与此同时，留下金属钨，从而形成金属钨的纳米管道，如图7所示。

实施例4

具体步骤和条件同实施例3，不同之处在于采用SiO₂电热绝缘材料，氮化硅作为侧墙基底材料，采用热浓磷酸作为腐蚀侧墙基底的腐蚀液。

实施例5

具体步骤和条件同实施例1，不同之处在于采用氮化硅作为管道材料。

实施例6

具体步骤和条件同实施例2，不同之处在于采用SiO₂作为管道材料。

实施例7

具体步骤和条件同实施例3，不同之处在于采用氮化硅作为管道材料。

实施例8

具体步骤和条件同实施例3，不同之处在于采用SiO₂作为管道材料。

实施例9

具体步骤和条件同实施例4，不同之处在于采用氮化硅作为管道材料。

实施例10

具体步骤和条件同实施例4，不同之处在于采用SiO₂作为管道材料。

实施例11

具体步骤和条件同实施例1，不同之处在于采用多晶硅作为管道材料。

实施例12

具体步骤和条件同实施例2，不同之处在于采用多晶硅作为管道材料。

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，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种制作纳米管道的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层；

2.根据权利要求1所述的制作纳米管道的方法，其中所述电热绝缘材料层是氮化硅或SiO₂；所述基底材料层是SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述侧墙材料层是SiO₂、氮化硅或多晶硅；所述抗腐蚀材料层是钨、SiO₂、氮化硅或多晶硅。

3.根据权利要求1所述的制作纳米管道的方法，其中所述的衬底是半导体材料衬底或绝缘材料衬底。

4.根据权利要求3所述的制作纳米管道的方法，其中所述半导体材料衬底是硅片或SOI片，所述绝缘材料衬底是SiO₂或玻璃。

5.根据权利要求1所述的制作纳米管道的方法，其中所述基底材料层的厚度为20～2000nm。

6.根据权利要求1所述的制作纳米管道的方法，其中所述侧墙材料层形成的侧墙的宽度为5～200nm。

7.根据权利要求1所述的制作纳米管道的方法，其中所述抗腐蚀材料层形成的纳米管道的宽度为5～200nm，高度为5～2000nm，长度为毫米量级。