CN102079504A - 一种高密度的硅基纳米孔的制作方法 - Google Patents

一种高密度的硅基纳米孔的制作方法 Download PDF

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刘泽文
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Abstract

一种高密度的硅基纳米孔的制作方法，先在硅衬底的正面覆盖第二保护材料，在硅衬底的背面覆盖第一保护材料，将需要在硅衬底上刻蚀出的图形加工到第一保护材料、第二保护材料上，图形的深度到达硅衬底的表面，然后在硅衬底的背面运用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法刻蚀出垂直的柱状孔，再采用湿法腐蚀，对硅的正面进行湿法腐蚀，腐蚀出的斜面与水平面有一个夹角，得到硅纳米孔，最后采用磷酸溶液除去第一保护材料，然后用硝酸铈铵溶液除去第二保护材料，得到高密度的硅基纳米孔，本发明能够生产具有良好支撑的大面积阵列纳米通孔结构，设备成本低，批量生产容易，能够在生物分子领域、半导体、集成电路工业和纳米加工等领域得到广泛的应用。

Description

一种高密度的硅基纳米孔的制作方法
技术领域
本发明涉及硅表面加工技术领域，特别涉及一种高密度的硅基纳米孔的制作方法。
背景技术
纳米孔在现代生物分子领域、半导体和集成电路工业、光学测量、科学研究等领域有很广泛的应用。如哈佛大学Branton实验室和剑桥大学的Bayley实验室提出利用单链DNA在电场作用下通过纳米孔通道对DNA进行测序。已经提出了很多纳米孔的制作方法，比如利用氧化铝阳极腐蚀在金属上获得大面积纳米孔；电子束以及聚焦离子束(FIB)纳米孔制作法；非串行光学曝光制作纳米孔阵列法；更先进的两光子光刻技术。但是上述方法均存在以下缺点：很难生产具有良好支撑的大面积阵列纳米通孔结构，设备成本高，批量生产困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高密度的硅基纳米孔的制作方法，能够生产具有良好支撑的大面积阵列纳米通孔结构，设备成本低，批量生产容易，能够在生物分子领域、半导体、集成电路工业和纳米加工等领域得到广泛的应用。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高密度的硅基纳米孔的制作方法，包括以下步骤：
第一步，在硅衬底2的正面覆盖第二保护材料3，在硅衬底2的背面覆盖第一保护材料1，第二保护材料3采用溅射的铬层，厚度范围为50nm-500nm，第一保护材料1采用溅射的铝层，厚度范围为200nm-900nm，用微细加工技术将需要在硅衬底2上刻蚀出的图形加工到第一保护材料1、第二保护材料3上，图形的深度到达硅衬底2的表面；
第二步，在硅衬底2的背面运用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法刻蚀出垂直的柱状孔，深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀的深度为硅片的厚度减去湿法腐蚀的深度，根据所要制作的两个硅纳米孔之间的距离即硅纳米孔的密度和保护层3上两孔边缘之间的距离，依据公式能够得到湿法腐蚀的深度，其中：L为两个硅纳米孔之间的距离，L1为保护层3上两孔边缘之间的距离，H为湿法腐蚀的深度，α为湿法腐蚀出的斜面4和水平面的夹角；
第三步，采用湿法腐蚀，利用浓度为10％-60％碱性溶液，对硅的正面进行湿法腐蚀，腐蚀出的斜面4与水平面有一个夹角α，这个角度α为52°-55°，得到硅纳米孔5；
第四步，先采用磷酸溶液除去第一保护材料1，然后用硝酸铈铵溶液除去第二保护材料3，最后得到高密度的硅基纳米孔。
由于本发明采用深反应离子刻蚀(DRIE)干法刻蚀和湿法刻蚀相结合的特点，在普通硅片上制作硅纳米孔，第二保护材料3可以避免在湿法刻蚀中溶液对保护层下硅衬底2的刻蚀，第一保护材料1可以避免在干法刻蚀中对保护层下的硅衬底2的刻蚀，能够生产具有良好支撑的大面积阵列纳米通孔结构，设备成本低，批量生产容易，能够在生物分子领域、半导体、集成电路工业和纳米加工等领域得到广泛的应用。
附图说明
图1为本发明制作过程的剖面图。
图2为本发明制作过程的正面图。
图3为本发明制作过程的俯视图。
图4为本发明制作过程的仰视图
图5为本发明制作出的硅基纳米孔结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
一种高密度的硅基纳米孔的制作方法，包括以下步骤：
第一步，参见图1-图4，在硅衬底2的正面覆盖第二保护材料3，在硅衬底2的背面覆盖第一保护材料1，目的是形成带有保护层的硅腐蚀窗口，在干法刻蚀和湿法刻蚀过程中，使被保护的部分不被腐蚀，第二保护材料3采用溅射的铬层，厚度范围为50nm-500nm，第一保护材料1采用溅射的铝层，厚度为200nm-900nm，用微细加工技术将需要在硅衬底2上刻蚀出的图形加工到第一保护材料1、第二保护材料3上，图形的深度到达硅衬底2的表面；
第二步，参见图1-图4，在硅衬底2的背面运用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法刻蚀出垂直的柱状孔，深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀的深度为硅片的厚度减去湿法腐蚀的深度，根据所要制作的两个硅纳米孔之间的距离即硅纳米孔的密度和保护层3上两孔边缘之间的距离，依据公式
Figure BSA00000379141300031
能够得到湿法腐蚀的深度，其中：L为两个硅纳米孔之间的距离，L1为保护层3上两孔边缘之间的距离，H为湿法腐蚀的深度，α为湿法腐蚀出的斜面4和水平面的夹角；
第三步，参见图1-图4，采用湿法腐蚀，利用浓度为10％-60％碱性溶液，对硅的正面进行湿法腐蚀，腐蚀出的斜面4与水平面有一个夹角α，这个角度α为52°-55°，得到硅纳米孔5；
第四步，参见图5，先采用磷酸溶液除去第一保护材料1，然后用硝酸铈铵溶液除去第二保护材料3，最后得到高密度的硅基纳米孔结构。
附图中：1为第一保护材料；2为硅衬底；3为第二保护材料；4为斜面；5为硅纳米孔。

Claims (1)

1.一种高密度的硅基纳米孔的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，在硅衬底(2)的正面覆盖第二保护材料(3)，在硅衬底(2)的背面覆盖第一保护材料(1)，第二保护材料(3)采用溅射的铬层，厚度范围为50nm-500nm，第一保护材料(1)采用溅射的铝层，厚度范围为200nm-900nm，用微细加工技术将需要在硅衬底(2)上刻蚀出的图形加工到第一保护材料(1)、第二保护材料(3)上，图形的深度到达硅衬底(2)的表面；
第二步，在硅衬底(2)的背面运用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法刻蚀出垂直的柱状孔，深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀的深度为硅片的厚度减去湿法腐蚀的深度，根据所要制作的两个硅纳米孔之间的距离即硅纳米孔的密度和保护层(3)上两孔边缘之间的距离，依据公式
Figure FSA00000379141200011
能够得到湿法腐蚀的深度，其中：L为两个硅纳米孔之间的距离，L1为保护层3上两孔边缘之间的距离，H为湿法腐蚀的深度，α为湿法腐蚀出的斜面(4)和水平面的夹角；
第三步，采用湿法腐蚀，利用浓度为10％-60％碱性溶液，对硅的正面进行湿法腐蚀，腐蚀出的斜面(4)与水平面有一个夹角α，这个角度α为52°-55°，得到硅纳米孔(5)；
第四步，先采用磷酸溶液除去第一保护材料(1)，然后用硝酸铈铵溶液除去第二保护材料(3)，最后得到高密度的硅基纳米孔。
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