CN102623307A

CN102623307A - 通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法

Info

Publication number: CN102623307A
Application number: CN2012100885966A
Authority: CN
Inventors: 付英春; 王晓峰; 张加勇; 白云霞; 梁秀琴; 马慧莉; 季安; 杨富华
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102623307B

Abstract

一种通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，包括：在衬底上依次淀积生长电热绝缘材料层、第一功能材料层和牺牲材料层；旋涂SU-8胶并电子束曝光；干法刻蚀至电热绝缘材料层的上表面；淀积第二功能材料层；经电子束曝光形成横向的条形纳米量级的SU-8胶条，并跨越由第一功能材料层；干法刻蚀第二功能材料层至电热绝缘材料层的上表面；腐蚀去除牺牲材料层，暴露出第二功能材料层下方以外的第一功能材料层；干法刻蚀去除第二功能材料层下方以外的第一功能材料层；超声-剥离，制备出第一功能材料层全限制在第二功能材料层间的水平器件结构。本发明藉由线宽控制精度高、定位精确、可拓展性好、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、可移植性好、经济高效的优点。

Description

通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，特别涉及一种利用SU-8胶实现多种材料间全限制量子点的自对准制备方法。本发明提出了一种采用纳米量级SU-8胶条作干法刻蚀和湿法腐蚀的掩模和牺牲材料层腐蚀剥离相结合，制备多种材料间全限制量子点器件结构的方法。该方法选用的抗刻蚀、抗腐蚀性能优良的SU-8胶可作多种材料的干法刻蚀和湿法腐蚀的掩模，拓展了该方法的应用范围。本方法选用的牺牲材料层的制备方法应该满足工艺温度不能过高、腐蚀速率快的特点，这样可以保证在对牺牲材料层操作过程中对功能材料层Q和E的影响足够小，而且不同材料间的拓展过程中，SU-8胶的电子束曝光过程都是在同一种牺牲材料层衬底上进行的，这样就避免了更换功能材料Q后，电子束曝光工艺参数的重新优化过程。因此，该方法在制备精度、制备难度、制备良品率、定位精度、兼容性等方面具有很大的优越性。

背景技术

随着固态器件向着小尺度、低维方向发展，研究量子点/纳米线的相关制备技术以及机理，对于微纳电子技术、光电子信息技术、生物纳米技术提供了新的发展机遇和挑战。由于量子点/纳米线结构中的受限电子、光子、分子呈现出许多物理内涵十分丰富的新现象和效应，将开辟出新一代的量子/纳米电子技术，如单电子晶体管、共振隧穿二极管(RTD)、太阳能电池、激光器、LED、生物化学检测等。因此，如何高线宽精度、定位精确、简单、经济高效地制备出不同材料间的量子点/纳米线的全限制结构，对于低维度器件新机理的研究、不同领域检测精度的提高有着意味深远的推动作用。目前，量子点/纳米线的制备方法主要集中在材料生长和电化学工艺方面，由于此类方法制备的量子点/纳米线的定位精度不高、可靠性差，制备良品率低，研发成本高、可移植性差的限制，可能导致与现有的CMOS工艺不兼容。为了实现多种材料间量子点/纳米线全限制结构的经济高效地自对准制备，我们提出本发明构思。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其是利用SU-8胶实现多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，该制备方法线宽控制精度高、定位精确、可拓展性好、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、可移植性好、经济高效。

本发明提供一种通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，该方法包括：

步骤1：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依次淀积第一功能材料层和牺牲材料层；

步骤2：在牺牲材料层上旋涂SU-8胶并电子束曝光，形成纵向的条形纳米量级SU-8胶掩模；

步骤3：通过该SU-8胶掩模，干法刻蚀至电热绝缘材料层的上表面；

步骤4：在电热绝缘材料层、条形的第一功能材料层、牺牲材料层和SU-8胶掩模结构的裸露表面，淀积第二功能材料层；

步骤5：在第二功能材料层上旋涂SU-8胶并电子束曝光，形成横向的条形纳米量级的SU-8胶条，并跨越由第一功能材料层、牺牲材料层和SU-8胶掩模叠成的纵向条形结构；

步骤6：通过SU-8胶条掩模，干法刻蚀第二功能材料层至电热绝缘材料层的上表面；

步骤7：腐蚀去除牺牲材料层，暴露出第二功能材料层下方以外的第一功能材料层；

步骤8：通过第二功能材料层上部的SU-8胶条掩模，干法刻蚀去除第二功能材料层下方以外的第一功能材料层；

步骤9：超声-剥离，制备出第一功能材料层全限制在第二功能材料层间的水平器件结构，完成制备。

本发明提供的这种利用SU-8胶实现多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，采用薄膜工艺、电子束曝光工艺、干法刻蚀工艺、湿法腐蚀工艺制备的功能材料量子点的全限制结构器件。这种制备方法的特点在于：线宽控制精度高、定位精确、可拓展性好、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、可移植性好、经济高效。

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是本发明提供的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法的流程图；

图2(a-b)-图10(a-b)是多种材料间自对准制备全限制量子点的器件结构的示意图，其中各图b为各图a的俯视图。

具体实施方式

请参阅图1结合参阅图2至图10所示，本发明提供一种通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，该方法包括：

步骤1：在衬底100上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层101，在该电热绝缘材料层101上淀积第一功能材料层102。其中衬底100的材料为硅、氮化镓、蓝宝石、碳化硅、砷化镓或玻璃等现有的以及以后出现的衬底材料。所述电热绝缘材料层101的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是这几种化合物构成的混合物，所述电热绝缘材料层101是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法或金属有机物热分解法中的一种或者几种制备；所述第一功能材料层102的材料是相变材料、砷化镓、氮化镓、多晶硅或石墨烯，所述第一功能材料层102是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法或原子层淀积法中的一种或者几种制备；所述牺牲材料层103可以是光刻胶、多晶硅、硅的氧化物、氮化物或者是其它容易腐蚀的材料，所述牺牲材料层103溅射法、蒸发法、化学气相淀积、等离子体辅助淀积法、金属有机物热分解法或激光辅助淀积法中的一种或几种制备；

步骤2：在牺牲材料层103上旋涂Su-8胶并电子束曝光，形成纵向纳米量级的SU-8胶掩模104，所述SU-8胶掩模104的材料是SU-8胶全系列，厚度和水平尺寸在1-102nm，所述SU-8胶掩模104是通过旋涂SU-8胶后，电子束曝光、X射线曝光、365nm汞灯曝光中的一种或者几种搭配制备；

步骤3：通过SU-8胶掩模104，干法刻蚀第一功能材料层102和牺牲材料层103，使其中间形成条形结构，刻蚀深度到达电热绝缘材料层101的表面；

步骤4：在条形结构的表面及电热绝缘材料层101暴露部分，淀积第二功能材料层105。所述第二功能材料层105的材料可以与第一功能材料层102相同，也可以采用钨、氮化钛、镍、铝、钛、金、银、铜、铂、氮化钨，或它们的组合，所述第二功能材料层105是通过溅射法、蒸发法、化学气相淀积、等离子体辅助淀积法、金属有机物热分解法或激光辅助淀积法中的一种或几种制备；

步骤5：在第二功能材料层105上，旋涂SU-8胶并电子束曝光，制备出纳米量级的条形SU-8胶掩模104，该条形SU-8胶掩模104，垂直并跨越由第一功能材料层102和牺牲材料层103叠构的条形结构；

步骤6：用该条形SU-8胶掩模104做掩模，干法刻蚀第二功能材料层105至电热绝缘材料层101的表面；

步骤7：湿法腐蚀去除牺牲材料层103，暴露出第二功能材料层105下方以外的第一功能材料层102，使第二功能材料层105下方形成一个悬空结构；

步骤8：干法刻蚀去除条形SU-8胶掩模104下方以外的第一功能材料层102；

步骤9：剥离，制备出第一功能材料层102全限制在第二功能材料层105间的水平器件结构，完成制备。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中衬底的材料为硅、氮化镓、蓝宝石、碳化硅、砷化镓或者玻璃。

3.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中电热绝缘材料层是氮氧化合物、氮化物、氧化物，或者是这几种化合物构成的混合物。

4.根据权利要求3所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中电热绝缘材料层是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法、金属有机物热分解法中的一种或者几种制备。

5.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中第一功能材料层是相变材料、砷化镓、氮化镓、石墨烯、超导材料、铁磁材料。

6.根据权利要求5所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中第一功能材料层是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法、金属有机物热分解法中的一种或者几种制备。

7.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中牺牲材料层是金属、硅的氧化物、氮化物、氮氧化物、多晶硅。

8.根据权利要求7所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中牺牲材料层是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法、金属有机物热分解法中的一种或者几种制备。

9.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中SU-8胶掩模是SU-8胶全系列。

10.根据权利要求8所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中SU-8胶掩模是通过旋涂SU-8胶后，电子束曝光、X射线曝光、365nm汞灯曝光中的一种或者几种搭配制备。

11.根据权利要求1所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中第二功能材料层与第一功能材料相同，或是硅、多晶硅、钨、氮化钛、镍、铝、钛、金、银、铜、铂、氮化钨，或者它们的合金；

12.根据权利要求11所述的通用的多种材料间全限制量子点的自对准制备方法，其中第二功能材料层是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法、金属有机物热分解法中的一种或者几种制备。