CN108190830A - 一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，先对金刚石进行光刻图形化；再对金刚石进行真空镀膜处理，在金刚石表面及光刻胶表面沉积金属层；通过Lift‑off工艺剥离光刻胶及光刻胶表面的金属层，留下直接沉积在金刚石表面的金属层；对留下的金属层进行化学电镀处理，在该金属层的基础上获得电镀加厚层，其中，所述电镀加厚层相对于金刚石具有良好的刻蚀选择性；对金属层周侧的金刚石表面进行等离子体刻蚀，然后去除电镀加厚层和金属层，获得金刚石微纳米结构。本发明通过增加金属掩膜厚度，并通过对金属镀层材质的合理选择、设计，提升金属层与金刚石表面的结合强度，可制备出高深宽比的金刚石微纳米结构；整个工艺步骤简单、制备成本低、可批量生产。

Description

一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法
技术领域
本发明涉及一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，属于光学器件制作领域。
背景技术
金刚石在宽光谱带具有高折射率、低吸收率，其极高的硬度、热导率和抗腐蚀性使得金刚石器件在极端环境中有广阔的应用空间。金刚石的微纳加工工艺是金刚石器件研发、生产的一个主要瓶颈。目前国内的微纳加工工艺，主要针对的是硅、锗、砷化镓等半导体生产光学器件，因此，突破金刚石的微纳加工工艺技术，对推动金刚石器件在各个领域的应用，具有十分重要的意义和良好的产业化前景。
一种现有的金刚石微纳加工工艺，包括如下步骤：
a.在金刚石表面陆续溅射沉积铝层、硅层、铝层，它们的厚度依次为1.7um、400nm、130nm；
b.在铝层表面旋涂一层纳米压印胶，通过纳米压印、固化、脱模，得到纳米压印胶微纳米结构；
c.分别使用Cl2/BCl3等离子体、Ar/SF6等离子体、Cl2/BCL3和O2等离子体刻蚀上层铝层、中层硅层、下层铝层；
d.使用Ar/O2等离子体刻蚀金刚石；
e.使用有机溶剂和强酸去除残留的纳米压印胶和掩膜层，得到金刚石微纳米结构。.
虽然上述工艺能够实现相对较大的宽深比的金刚石微纳米结构器件，但是上述工艺步骤繁复，制备成本高，难以实现批量生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于，解决目前金刚石微纳米加工方法难以制备高深宽比微纳米结构的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，包括如下步骤：
1）在金刚石表面第一介质层上形成凹凸图案；
2）在步骤1）中的凹凸图案表面沉积金属层；
3）剥离第一介质层凸起部分及凸起部分表面的金属层，留下直接沉积在凹槽中的金属层；
4）对步骤3）中留下的金属层进行化学电镀处理，在该金属层的基础上获得电镀加厚层；
5）对金属层周侧的金刚石表面进行反应等离子体刻蚀，然后去除电镀加厚层和金属层，获得金刚石微纳米结构。
步骤1）中，所述的在第一介质层上形成凹凸图案的方法包括紫外压印、热压印、电子束曝光、自组装等方法中的一种或多种。
第一介质优选为紫外压印胶、热压印胶。
在步骤1）中，采用例如紫外压抑、热压印方法形成凹凸图案时，在凹槽部位会残余少量的第一介质残留层。可选的，在步骤1）和步骤2）之间，还包括去除金刚石表面的第一介质残留层的步骤，以露出干净的金刚石表面。
步骤2）中，沉积金属层的方法可选为磁控溅射、电子束蒸镀、热蒸发蒸镀中的一种或多种。
步骤2）中，所述金属层包括过渡金属，优选地，所述过渡金属为Ti。所述的金属层可以为一层或多层，过渡金属层与金刚石接触。
步骤2）中，还包括热处理步骤，即待沉积完毕后，将金刚石置于450-550℃条件下，保温0.5-5h。经过热处理，金属层中的过渡金属，如Ti，可以与金刚石表层反应形成良好的纳米级金属碳化物，使得金属层与金刚石衬底结合良好。
步骤3）中，优选的，所述的剥离步骤采用Lift-off工艺。
步骤4）中，所述电镀加厚层包含Ni和/或Al，或其他刻蚀选择比高的金属。
本发明中，对金刚石表面的金属掩膜（金属层）进行电镀增厚，使金属掩膜能够耐受更长时间的等离子体刻蚀，能够更好地制备得到高深宽比微纳米结构。
步骤4）中获得的电镀加厚层，对金刚石的刻蚀有良好的选择性，可确保能够进行更长时间的等离子体刻蚀，从而得到更高深宽比的金刚石微纳米结构。
步骤5）中，通过酸洗的方法去除电镀加厚层和金属层。
步骤5）之后还包括对金刚石微纳米结构进行反应离子刻蚀的步骤，以改善金刚石表层的粗糙度；优选地，以O2/CF4为刻蚀气体。
如上述的方法制作的金刚石微纳米结构。
本发明通过增加金属掩膜厚度，并通过对金属镀层材质的合理选择、设计，提升金属层与金刚石表面的结合强度，并通过电镀的方法制作具有足够厚度、高刻蚀选择比的金属作为刻蚀金刚石的掩膜，可制备出高深宽比的金刚石微纳米结构；整个工艺步骤简单、制备成本低、可批量生产。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的流程示意图。
图2是在金属层上制作电镀加厚层时的接线示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施方式中，如图1所示，金刚石微纳米结构的制造过程包括如下步骤：
a.依次使用丙酮、异丙醇、浓硫酸双氧水混合溶液、去离子水、异丙醇清洗金刚石，用氮气吹干；
b.在金刚石表面旋涂一层光刻胶；
c.通过纳米压印的方法在金刚石表面得到光刻胶的微纳米结构；
d.使用氧等离子体刻蚀去除金刚石表面的光刻胶残留层，露出干净的金刚石表面；
e.通过电子束蒸镀在金刚石表面及光刻胶表面沉积一层厚度为100nm的金属层；
f.通过丙酮浸泡、超声清洗去除光刻胶及光刻胶表面的金属层，留下直接沉积在金刚石表面的金属层；
g.如图2所示，在金刚石表面边缘区域的金属层上连接电镀接头，通过化学电镀的方法对金属层进行电镀加厚，电镀后金属层厚度加厚至1um；
h.使用O2/CF4等离子体刻蚀金刚石表面，在刻蚀过程中电镀加厚的金属层作为掩膜；
i.通过酸洗等方法去除残留的金属掩膜层，得到金刚石微纳米结构。
得到的金刚石微纳米结构具有高深宽比，同时与背景技术中所述的现有技术相比，整个工艺步骤更加简单，省去了多次沉积铝层、硅层以及多次分步刻蚀的步骤。同时整个工艺方案均采用较为成熟的工艺，成本大大降低，也易于批量生产。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在金刚石表面第一介质层上形成凹凸图案；
2）在步骤1）中的凹凸图案表面沉积金属层；
3）剥离第一介质层凸起部分及凸起部分表面的金属层，留下直接沉积在凹槽中的金属层；
4）对步骤3）中留下的金属层进行化学电镀处理，在该金属层的基础上获得电镀加厚层；
5）对金属层周侧的金刚石表面进行反应等离子体刻蚀，然后去除电镀加厚层和金属层，获得金刚石微纳米结构。
2.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤1）中，在第一介质层上形成凹凸图案的方法包括紫外压印、热压印、电子束曝光、自组装等方法中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，在步骤1）和步骤2）之间，还包括去除金刚石表面的第一介质层残留层的步骤。
4.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤2）中，沉积金属层的方法为磁控溅射、电子束蒸镀、热蒸发蒸镀中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤2）中，所述金属层包括过渡金属，优选地，所述过渡金属为Ti。
6.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤2）中，还包括热处理步骤，即待沉积完毕后，将金刚石置于450-550℃条件下，保温0.5-5h。
7.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤4）中，所述电镀加厚层包含Ni和/或Al。
8.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤5）中，通过酸洗的方法去除电镀加厚层和金属层。
9.根据权利要求1所述的高深宽比金刚石微纳米结构的制作方法，其特征在于，步骤5）之后还包括对金刚石微纳米结构进行反应离子刻蚀的步骤。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法制作的金刚石微纳米结构。
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