CN103303860B - 一种在Si表面生成0‑50纳米任意高度纳米台阶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在Si表面生成0‑50纳米任意高度纳米台阶的方法，首先采用原子层沉积法在Si基底上制备Al2O3薄膜，然后采用光刻工艺将纳米台阶平面图形转移到Al2O3薄膜，通过湿法刻蚀对样品进行腐蚀，去除掩蔽层，得到纳米台阶结构；所得的纳米台阶具有表面粗糙度小，高度可控的特点，能够为纳米台阶样板的制备提供一个新的方法。
Description
技术领域
本发明属于纳米制备技术领域，涉及纳米结构的制备，具体涉及一种在Si表面生成0-50纳米任意高度纳米台阶的方法。
背景技术
纳米标准样的发展，已经进入100纳米以下的尺度。X和Y方向控制已经可以达到几纳米，但是Z方向的控制，有很大的随机性。不管采用聚焦离子束技术还是溅射沉积技术以及ICP工艺，得到的台阶结构高度都与设计偏差较大，同时表面粗糙度也较大。作为标准样，需要高度准确以及同时侧壁陡直。
原子层沉积技术是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，可以精确控制Z方向的尺寸精度。对于采用ALD制备纳米台阶的方法，现在还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在Si表面生成0-50纳米任意高度纳米台阶的方法。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种在Si表面生成0-50纳米任意高度纳米台阶的方法，包括以下步骤：
（1）制备Al2O3薄膜：在Si基底上采用原子层沉积的方法制备Al2O3薄膜；
（2）图形转移：将设计好的纳米台阶平面图形采用光刻工艺，深紫外光曝光的方式，转移到Al2O3薄膜；
（3）湿法刻蚀：用蚀刻液腐蚀掉图形以外的Al2O3薄膜，去除掩蔽层，得到纳米台阶结构。
作为本发明的进一步优化方案，采用单面抛光<100>硅片作为Si基底，步骤（1）中制备Al2O3薄膜前，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗Si基底，清洗干净后烘干。
作为本发明的进一步优化方案，步骤（1）在300℃温度下，以H2O和三甲基铝为气相前驱体，H2O和三甲基铝的脉冲时间为0.2秒，在两个脉冲间隔往反应室内通入惰性气体，对反应室进行净化，清洗净化时间为8秒，H2O的载气流量为200sccm，三甲基铝的载气流量为150sccm。
作为本发明的进一步优化方案，步骤（2）具体方法为：采用EPG533光刻胶在Si基底表面匀胶后烘干；通过深紫外光曝光后，在NaOH溶液中显影；然后烘干，将纳米台阶平面图形转移到Al2O3薄膜。
作为本发明的进一步优化方案，步骤（3）具体方法为：采用HF、NH4F和H2O的混合液对带有纳米台阶平面图形Si基底进行腐蚀，将未被光刻胶掩蔽的Al2O3薄膜腐蚀掉，Al2O3薄膜被腐蚀干净后，用丙酮溶液去除光刻胶掩蔽层。
本发明首先采用原子逐层生长在Si基底上得到厚度精确可控的Al2O3薄膜，然后采用湿法刻蚀工艺，最终在Si表面得到纳米台阶结构。所得的纳米台阶具有表面粗糙度小，高度可控的特点，能够为纳米台阶样板的制备提供一个新的方法。
附图说明
图1为本发明纳米台阶制备方法的流程图；
图2为本发明制备的纳米台阶AFM光镜图；
图3为本发明制备的纳米台阶AFM扫描结果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种在Si基底上生成Al2O3纳米台阶的方法，具体步骤如下：
硅片清洗：采用单面抛光<100>硅片作为Si基底1，溅射前，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗十五分钟，然后烘干半小时。
原子逐层生长得到Al2O3薄膜：采用芬兰PICOSUM公司生产的R200型原子层沉积系统制备Al2O3薄膜2。在腔体300℃温度条件下，气相前驱体H2O和三甲基铝的脉冲时间都为0.2秒，在两个脉冲间隔往反应室内通入惰性气体，对反应室进行净化，清洗净化时间为8秒，H2O的载气流量为200sccm，三甲基铝的载气流量为150sccm，通过控制Al2O3薄膜生长时间，制备出高度为18nmAl2O3薄膜（样品）。
光刻：采用EPG533光刻胶3在Si表面匀胶后，在小于90℃温度下烘烤10分钟；使用掩膜板4通过深紫外光曝光后，在NaOH溶液中显影，然后在大于90℃温度下烘烤10分钟，得到设计的纳米台阶的平面图形。
湿法刻蚀：采用HF、NH4F和H2O按照一定比例配成的的混合液按照工艺要求，在一定时间内对样品进行腐蚀，将未被光刻胶3掩蔽的Al2O3薄膜2腐蚀掉，在Al2O3薄膜被腐蚀干净后，用丙酮溶液去除光刻胶3掩蔽层，得到Al2O3纳米台阶。
本实施例在Si基底上制备的Al2O3纳米台阶AFM光镜图见图2。
参考图3是本发明得到的样品AFM扫描结果图，y方向是台阶高度，X方向是台阶宽度。从图3可以观察到侧壁的陡直度很好，台阶表面质量和高度都满足设计要求。
通过控制Al2O3薄膜生长时间，可以生成0-50纳米任意高度的纳米台阶，得到的纳米台阶表面光滑，高度精确。
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种在Si表面生成0-50纳米任意高度纳米台阶的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备Al2O3薄膜：在Si基底上采用原子层沉积的方法制备Al2O3薄膜；
在300℃温度下，以H2O和三甲基铝为气相前驱体，H2O和三甲基铝的脉冲时间为0.2秒，在两个脉冲间隔往反应室内通入惰性气体，对反应室进行净化，清洗净化时间为8秒，H2O的载气流量为200sccm，三甲基铝的载气流量为150sccm；
(2)图形转移：将设计好的纳米台阶平面图形采用光刻工艺，深紫外光曝光的方式，转移到Al2O3薄膜；
采用EPG533光刻胶在Si基底表面匀胶后烘干；通过深紫外光曝光后，在NaOH溶液中显影；然后烘干，将纳米台阶平面图形转移到Al2O3薄膜；
(3)湿法刻蚀：用蚀刻液腐蚀掉图形以外的Al2O3薄膜，去除掩蔽层，得到纳米台阶结构；
采用HF、NH4F和H2O的混合液对带有纳米台阶平面图形Si基底进行腐蚀，将未被光刻胶掩蔽的Al2O3薄膜腐蚀掉，Al2O3薄膜被腐蚀干净后，用丙酮溶液去除光刻胶掩蔽层；
通过控制所述步骤(1)中Al2O3薄膜生长时间，生成0-50纳米任意高度的纳米台阶。
2.根据权利要求1所述的在Si表面生成0-50纳米任意高度纳米台阶的方法，其特征在于：采用单面抛光<100>硅片作为Si基底，步骤(1)中制备Al2O3薄膜前，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗Si基底，清洗干净后烘干。
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