CN103151245B - 薄膜图形化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜图形化方法，该方法至少包括以下步骤：提供一非金属衬底，并在该非金属衬底上形成光刻胶；进行光学曝光，将预设图形转移至该光刻胶上；在步骤2）之后获得的结构上沉积金属层；然后去除光刻胶并剥离，获得所需金属图形结构；在上述金属图形结构表面沉积薄膜材料，形成薄膜；最后去除剩余金属层得到图形化薄膜。本发明利用通常的图形化技术，实现金属的图形化，再以金属为掩膜板，在衬底上直接沉积高温生长的薄膜材料，该发明即沿用了传统的图形化技术，又克服了光刻胶在高温下无法做掩膜板使用的弊端；与离子束刻蚀方法相比，本发明工艺简单，易于操作，且花费较低。

Description

薄膜图形化方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种非金属衬底上的薄膜图形化方法。

背景技术

纳米器件包括纳米电子器件和纳米光电器件，可广泛应用于电子学、光学、微机械装置、新型计算机等，是当今新材料与新器件研究领域中最富有活力的研究领域。目前，纳米器件的设计与制造正处于一个飞速发展时期，由于石墨烯、BN等薄膜材料具有许多的优良特性而在纳米电子器件中拥有广大的应用前景，然而，这类薄膜材料的生长过程是非选择性生长，因此如何实现该类材料的图形化仍是一个亟待解决的技术难题。

通常的图形化技术是通过标准半导体工艺实现薄膜材料的图形化。其步骤是通过光线或电子束曝光光刻胶将图形转移至光刻胶，然后将薄膜材料沉积在整个衬底上，再通过剥离光刻胶方法将薄膜图形留置于衬底表面。但是由于通常的工艺流程中掩模步骤需要用到光刻胶，而光刻胶的最高耐受温度一般不会超过300°C。因此，对于生长温度超过300°C的薄膜材料，无法通过直接在留有光刻胶的衬底表面直接沉积并剥离来达到图形化的目的。通常的做法是通过在衬底表面直接生长薄膜，然后旋涂光刻胶进行图形化，利用已图形化的光刻胶为掩模版对薄膜进行离子刻蚀。但这种工艺方法需要用到昂贵的离子刻蚀设备，该技术中获得稳定可靠的离子源是目前亟待解决的关键技术难题，且整个工艺较为复杂，费用较高，这对于在非金属衬底上制备出图形化新型薄膜提出了严峻的挑战。

因此，如何通过用标准的半导体工艺实现薄膜材料的图形化是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种BN薄膜图形化方法，用于解决现有技术中在非金属衬底上制备出图形化新型薄膜工艺较为复杂，费用较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种薄膜图形化方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：

1）提供一非金属衬底，并在该非金属衬底上形成光刻胶；

2）进行光学曝光，将预设图形转移至该光刻胶上；

3）在步骤2）之后获得的结构上沉积金属层；

4）然后去除光刻胶并剥离，获得所需金属图形结构；

5）在上述金属图形结构表面沉积薄膜材料，形成所需薄膜；

6）最后去除剩余金属层得到图形化薄膜。

优选地，所述非金属衬底为任意不被酸溶液液腐蚀的衬底，尤其是指半导体材料。

优选地，所述非金属衬底的厚度为10-20μm。

优选地，所述步骤1）中的光刻胶厚度为1-2μm。

优选地，所述步骤1）还包括在形成光刻胶之前清洗该非金属衬底的步骤。

优选地，所述步骤3）中的金属为高熔点的易于酸溶液腐蚀的金属。

优选地，所述高熔点的易于酸液腐蚀的金属包括Ni、Cu、Ti。

优选地，所述步骤4）中剥离在温度为50-70摄氏度，最好是60°的热丙酮中进行。

优选地，所述步骤5）中的薄膜材料为石墨烯或BN，其厚度为25-35nm。

优选地，所述步骤6）中去除剩余金属层在浓度为23%～36%的酸液中腐蚀形成。

如上所述，本发明提供的一种薄膜图形化方法，具有以下有益效果：利用通常的图形化技术，实现金属的图形化，再以金属为掩膜板，在衬底上直接沉积高温生长的薄膜材料，该发明即沿用了传统的图形化技术，又克服了光刻胶在高温下无法做掩膜板使用的弊端；与离子束刻蚀方法相比，本发且工艺简单，易于操作，且花费较低。

附图说明

图1-图6为非金属衬底上的薄膜材料图形化工艺流程示意图。其中，

图1为任意非金属衬底上匀胶后曝光示意图。

图2为进行光学曝光并将所设计的图形转移到光刻胶上的结构示意图。

图3为衬底显影并沉积金属的结构示意图。

图4为金属剥离后的结构示意图。

图5为表面沉积BN后的结构示意图。

图6为衬底腐蚀掉金属后得到图形化BN结构的示意图。

元件标号说明

衬底1

光刻胶2

金属层3

薄膜4

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种薄膜图形化技术，该方法包括以下步骤：步骤1，清洗基片后烘干；步骤2，在烘干后的基片上旋涂光刻胶，然后再烘干；步骤3，接着进行紫外曝光；步骤4，对紫外曝光后的基片进行显影并吹干，得到所需要的光刻图形；步骤5，在得到的光刻图形上沉积金属；步骤6，然后进行金属剥离，得到所需金属图形；步骤7，在所得金属图形上沉积薄膜材料；步骤8、腐蚀金属，得到图形化薄膜。

本发明中，步骤1中用到的衬底为任意非金属衬底。步骤5中沉积的金为高熔点的易于酸液腐蚀的金属，如Ni、Cu、Ti等。步骤7中所述的薄膜材料如石墨烯、BN等是通过PECVD方法沉积而成的，该类薄膜材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀且强度较高的特点。步骤8中腐蚀金属用到的溶液通常为酸液如盐酸等，该腐蚀溶液在腐蚀金属的同时，不会对薄膜材料造成影响。

具体的，以下以BN（氮化硼）薄膜为例说明本发明，请参阅附图1-5所示的非金属衬底上的薄膜材料图形化工艺流程示意图。本实施例提供一种非金属衬底上的BN图形化方法，其具体包括如下步骤：

1）请参阅图1所示的任意非金属衬底上匀胶后曝光示意图。首先，提供一衬底1，采用自动匀胶机旋涂光刻胶，旋涂光刻胶时，自动匀胶机的转速设置为慢速500rpm，时间为10s；快速4000rpm，时间为45s。随后采用100℃左右的温度烘干该光刻胶，在该非金属衬底上形成光刻胶层2。本层光刻胶的厚度最好为1-2μm。本实施例中，所述衬底1为任意非金属衬底，其厚度可以超过10微米以上，优选10-20微米。本实施例中，选择Si为衬底。在旋涂光刻胶之前还可以包括衬底1的清洗步骤，本实施例中采用标准RCA工艺清洗所述硅衬底。

2）对所述衬底1匀胶完成后进行光学曝光，将所设计的图形转移到光刻胶上。如图2所示。

3）接着将图形化的衬底放入显影液中进行显影，N2吹干，用磁控溅射方法在该衬底表面沉积金属材料，形成金属层3。如图3所示。本实施例中，选择Ni为沉积金属，该Ni金属膜的厚度大致为50-70nm。将沉积金属层3后的衬底放入丙酮去胶并剥离，去除多余的胶及金属，获得所需图形结构。如图4所示。上述剥离可以在温度为50-70摄氏度，最好是60°C的热丙酮中进行，可获得更好的剥离效果。

4）在所得图形化金属表面沉积BN材料，形成BN薄膜4。如图5所示。所述BN是用PECVD方法生成的，BN膜的厚度为30nm左右。

5）将所述衬底放入浓度为浓度为23%～36%酸溶液中，优选为27.5%的盐酸溶液中腐蚀金属，得到图形化BN，如图6所示。

综上所述，本发明提供一种非金属衬底上的新型薄膜材料图形化技术，以金属为过渡层，首先利用通常的图形化技术，在非金属衬底表面将图形转移到光刻胶上，沉积金属并剥离，得到有图形化金属的衬底，再在留有金属图形的衬底上沉积薄膜材料，经过酸液腐蚀，去除金属，以实现薄膜材料的图形化。本发明提供的图形化技术使用于各种非金属衬底尤其是绝缘衬底上的器件加工工艺，所以，本发明有效的克服了现有技术中的种种缺点，具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种薄膜图形化方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：

1)提供一硅衬底，并在该硅衬底上形成光刻胶；

2)进行光学曝光，将预设图形转移至该光刻胶上；

3)在步骤2)之后获得的结构上沉积高熔点的易于酸溶液腐蚀的金属层；

4)然后去除光刻胶并剥离，获得所需金属图形结构；

5)在上述金属图形结构表面通过PECVD方法沉积薄膜材料，形成所需薄膜；

6)最后去除剩余金属层得到图形化薄膜。

2.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述硅衬底的厚度为10-20μm。

3.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述步骤1)中的光刻胶厚度为1-2μm。

4.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述步骤1)还包括在形成光刻胶之前清洗该硅衬底的步骤。

5.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述高熔点的易于酸液腐蚀的金属为Ni、Cu或Ti。

6.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述步骤4)中剥离在温度为50-70摄氏度的热丙酮中进行。

7.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述步骤5)中的薄膜材料为石墨烯或BN，其厚度为25-35nm。

8.根据权利要求1所述的薄膜图形化方法，其特征在于：所述步骤6)中去除剩余金属层在浓度为23％～36％的酸液中腐蚀形成。