CN118145594A - 纳米圆盘阵列的制备方法及纳米圆盘阵列、生物传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种纳米圆盘阵列的制备方法及纳米圆盘阵列、生物传感器。一种纳米圆盘阵列的制备方法，包括：在具有圆孔阵列图案的光刻胶层的衬底表面沉积金属膜时，金属也会沉积在圆孔侧壁上，在所述圆孔侧壁形成金属膜，导致所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜相连接，采用光刻胶层作掩膜，通过倾斜刻蚀去除所述圆孔阵列区域的圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，使得所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜分离，在后续剥离所述光刻胶层时，避免破坏圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜，从而获得完整的纳米圆盘阵列。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种纳米圆盘阵列的制备方法及纳米圆盘阵列、生物传感器。
背景技术
铜纳米圆盘阵列的制备方法主要有物理法和化学还原法。目前，化学还原法合成的铜纳米圆盘阵列的周期性比较差，制备的铜纳米圆盘阵列存在较多的缺陷，且需要使用较多的化学试剂，对环境造成的污染；目前铜纳米圆盘阵列的制备方法主要以物理法为主，物理法包括刻蚀法和剥离法，然而，对于较薄的铜膜采用刻蚀法制备铜纳米圆盘阵列容易破环衬底，对器件产生影响。
目前剥离法的工艺水平又会导致后续沉积铜形成铜膜的过程中，铜膜会覆盖在圆孔阵列的圆孔侧壁上，并且与圆孔内的金属膜相连接，导致剥离效果差。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种纳米圆盘阵列的制备方法及纳米圆盘阵列、生物传感器。
为实现上述目的，本发明提供一种纳米圆盘阵列的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底表面具有圆孔阵列图案的光刻胶层，其中，所述光刻胶层形成有圆孔阵列区域和掩膜区域，所述圆孔阵列区域具有圆孔底部和圆孔侧壁，所述圆孔底部不具有光刻胶；
在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜；
所述光刻胶层作掩膜，倾斜刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，保留所述圆孔底部金属膜；
去除所述掩膜区域的光刻胶，获得纳米圆盘阵列。
可选的，所述光刻胶层的厚度范围为270nm～300nm。
可选的，所述圆孔侧壁与所述衬底间的垂直度的范围为85°～88°。
可选的，所述圆孔阵列的孔径范围为240nm～260nm，所述圆孔阵列的周期范围为500nm～550nm，所述圆孔阵列的孔深为所述光刻胶层的厚度，即所述圆孔阵列的孔深范围为270nm～300nm。
可选的，所述金属膜的厚度范围为5nm～15nm。
可选的，所述金属膜的材料为铜、金或银。
可选的，所述倾斜刻蚀去除的过程中满足其中，d为所述圆孔底部的孔径，h为所述圆孔的孔深，α为所述圆孔阵列的垂直度，θ为倾斜刻蚀的角度。
本发明还提供一种纳米圆盘阵列，采用上述的一种纳米圆盘阵列的制备方法制备。
本发明还提供一种生物传感器，包括上述的一种纳米圆盘阵列。
综上所述，本发明的优点及有益效果为：
本发明提供一种纳米圆盘阵列的制备方法及纳米圆盘阵列、生物传感器。一种纳米圆盘阵列的制备方法，包括：在具有圆孔阵列图案的光刻胶层的衬底表面沉积金属膜时，金属也会沉积在圆孔侧壁上，在所述圆孔侧壁形成金属膜，导致所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜相连接，采用光刻胶层作掩膜，通过倾斜刻蚀去除所述圆孔阵列区域的圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，使得所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜分离，在后续剥离所述光刻胶层时，避免破坏圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜，从而获得完整的纳米圆盘阵列。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种纳米圆盘阵列的制备方法的流程示意图；
图2～图7为本发明实施例中的一种纳米圆盘阵列的制备方法的剖面示意图；
图8为本发明实施例中的一种纳米圆盘阵列的制备方法获得的纳米圆盘阵列的俯视示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种纳米圆盘阵列的制备方法，如图1所示，包括：
步骤S10，提供衬底，所述衬底表面具有圆孔阵列图案的光刻胶层，其中，所述光刻胶层形成有圆孔阵列区域和掩膜区域，所述圆孔阵列区域具有圆孔底部和圆孔侧壁，所述圆孔底部不具有光刻胶；
步骤S20，在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜；
步骤S30，所述光刻胶层作掩膜，倾斜刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，保留所述圆孔底部金属膜；
步骤S40，去除所述掩膜区域的光刻胶，获得纳米圆盘阵列。
具体的，执行步骤S10，请参考图2～图3，提供衬底10，所述衬底10表面具有圆孔阵列图案的光刻胶层30，其中，所述光刻胶层30形成有圆孔阵列区域和掩膜区域，其中，所述圆孔阵列区域具有圆孔底部和圆孔侧壁，所述圆孔底部不具有光刻胶。
在本发明实施例中，所述衬底10为4寸玻璃衬底10，在其他实施例中，所述衬底为硅衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底或者其他适合的衬底。
在本发明实施例中，提供的所述衬底10为洁净的衬底，所述衬底10的清洗的步骤包括：
将所述衬底10放入浓硫酸和双氧水的混合清洗液中浸泡，用以去除所述衬底10表面的杂质颗粒和有机物。
再将所述衬底10依次分别经过丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，用以进一步减少衬底10表面的颗粒物杂质。
在本发明实施例中，所述混合清洗液的浓度为30wt％，所述混合清洗液中浓硫酸和双氧水的比例为3:1。
在本发明实施例中，所述衬底10在所述混合清洗液中浸泡的时间范围为15分钟～20分钟，将所述衬底10进行超声清洗的时间范围为30min～40min。
在本发明实施例中，形成具有圆孔阵列图案的光刻胶层30的步骤包括：
步骤S11，利用涂胶机在所述衬底10表面旋涂一定厚度的光刻胶20；
在本发明实施例中，涂胶机旋涂光刻胶的速率范围为2000rpm～3000rpm。
步骤S12，将旋涂有光刻胶20的所述衬底10置于烘箱内，使得所述光刻胶20固化，获得表面具有光刻胶的衬底10；
在本发明实施例中，所述光刻胶20固化的温度范围为80℃～90℃，所述光刻胶20固化的时间范围为5min～10min。
步骤S13，利用具有圆孔阵列的掩膜板对所述衬底10表面的光刻胶20进行遮挡；
步骤S14，刻蚀所述光刻胶20，将所述掩膜板的圆孔阵列图案转移至所述光刻胶20，使得所述光刻胶20形成具有圆孔阵列的光刻胶层30，其中，所述光刻胶层30形成有圆孔阵列区域和掩膜区域，所述圆孔阵列区域具有圆孔底部和圆孔侧壁，所述圆孔底部不具有光刻胶。
在本发明实施例中，采用曝光显影对所述光刻胶20进行刻蚀，用以形成具有圆孔阵列的光刻胶层30，对所述光刻胶20进行所述曝光处理的光照强度的范围1.8mW/cm2～2.0mW/cm2，所述曝光处理的时间范围为20s～23s。
在本发明实施例中，所述光刻胶层30的厚度范围为270nm～300nm，具体的，所述光刻胶层30的厚度为280nm。
在本发明实施例中所述圆孔侧壁与所述圆孔底部之间的垂直度的范围为85°～88°，形成的所述圆孔的底部的孔径范围为240nm～260nm，所述圆孔阵列的周期范围为500nm～550nm，所述圆孔的孔深为所述光刻胶层的厚度，即所述圆孔的孔深范围为270nm～300nm，所述垂直度为所述圆孔侧壁与所述圆孔底部之间的夹角。
在本发明实施例中，所述圆孔侧壁与所述圆孔底部的垂直度为87°，所述圆孔底部的孔径为250nm，所述圆孔阵列的周期为500nm，所述圆孔的孔深为280mm。
所述圆孔阵列区域的圆孔侧壁的材料为光刻胶，现有工艺刻蚀所述光刻胶形成所述圆孔阵列时，形成的所述圆孔侧壁与所述圆孔底部之间并不能形成垂直的90°夹角，导致后续在所述圆孔阵列和所述光刻胶层30表面沉积金属膜时，金属也会沉积在所述圆孔侧壁的表面形成金属膜，导致所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜相连接，再进行后续剥离所述光刻胶层时，就会使所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜被破坏，导致剥离效果差。
执行步骤S20，请参考图4，在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜40。
在本发明实施例中，所述金属膜40的厚度范围为5nm～15nm。具体的，所述金属膜40的厚度为10nm。
在本发明实施例中，所述金属膜40的材料为铜，在其他实施例中，所述金属膜的材料为金、银或者其他适合的材料。
采用物理气相沉积的方法在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜40。
在本发明实施例中，采用磁控溅射方法在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜40，所述磁控溅射的溅射的速率范围为具体的，所述磁控溅射的溅射的速率为/>
执行步骤S30，请参考图5～图6，所述光刻胶层30作掩膜，倾斜刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，保留所述圆孔底部金属膜50。
倾斜刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜后，使得所述圆孔阵列区域的圆孔底部金属膜与所述圆孔侧壁金属膜分离，使得在后续剥离所述光刻胶层30时，不会破坏所述圆孔底部金属膜，从而获得完整的纳米圆盘阵列。
在本发明实施例中，采用氩等离子体刻蚀去除所述圆孔阵列区域的圆孔侧壁和所述掩膜区域金属膜40，所述倾斜刻蚀去除的过程中满足其中，d为所述圆孔底部的孔径，h为所述圆孔的孔深，α为所述圆孔阵列的垂直度，θ为倾斜刻蚀的角度。
在刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜时，氩等离子的作用力F，作用在所述掩膜区域的作用力F1＝Fsin(θ)，方向为垂直于所述掩膜区域，氩等离子作用在所述圆孔侧壁的作用力F2＝Fsin(θ+α)，方向为垂直于所述圆孔侧壁，又由于所述掩膜区域和所述圆孔侧壁的金属膜的厚度相同，为了使所述掩膜区域和所述圆孔侧壁的刻蚀速率相等，则F1＝F2，故，刻蚀角度θ和垂直度α需满足π-α＝2θ；同时，为了防止氩等离子体打到所述圆孔阵列区域的圆孔内，且为了使所述圆孔侧壁表面的金属膜完全被刻蚀掉，因此，刻蚀过程中满足以保证所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜被去除。
在本发明实施例中，所述倾斜刻蚀去除的角度θ的范围为45°～50°，所述倾斜刻蚀去除的时间范围为150s～200s。
在本发明实施例中，所述倾斜刻蚀去除的角度θ为46.5°，所述圆孔阵列的孔径d为250nm，所述圆孔阵列的孔深h为280nm，所述圆孔阵列的周期T为500nm，所述圆孔阵列的垂直度α为87°，所述倾斜刻蚀去除的时间为180s。
执行步骤S40，请参考图7～图8，去除所述掩膜区域的光刻胶层30，获得纳米圆盘阵列。
在本发明实施例中，采用氧等离子体去除所述掩膜区域的光刻胶层30，去除所述掩膜区域的光刻胶层30的时间范围为10min～15min，所述氧等离子体的氧气浓度范围为400sccm～500sccm，去除所述掩膜区域的光刻胶层30的功率范围为400W～500W。
所述氧等离子体的氧气浓度500sccm，去除所述掩膜区域的光刻胶层30的功率为500W。
将所述光刻胶层30去除后，在所述衬底10表面形成了所述纳米圆盘阵列。
本发明还提供一种纳米圆盘阵列，采用如上述的一种纳米圆盘阵列的制备方法制备。
本发明还提供一种生物传感器，包括上述的一种纳米圆盘阵列。
最后说明，任何依靠本发明装置结构以及所述实施例的技术方案，进行的部分或者全部技术特征的修改或者等同替换，所得到的本质不脱离本发明的相应技术方案，都属于本发明装置结构以及所述实施方案的专利范围。
Claims (9)
1.一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底表面具有圆孔阵列图案的光刻胶层，其中，所述光刻胶层形成有圆孔阵列区域和掩膜区域，所述圆孔阵列区域具有圆孔底部和圆孔侧壁，所述圆孔底部不具有光刻胶；
在所述圆孔阵列区域和所述掩膜区域的表面形成金属膜；
所述光刻胶层作掩膜，倾斜刻蚀去除所述圆孔侧壁金属膜和所述掩膜区域金属膜，保留所述圆孔底部金属膜；
去除所述掩膜区域的光刻胶，获得纳米圆盘阵列。
2.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度范围为270nm～300nm。
3.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述圆孔侧壁与所述衬底间的垂直度的范围为85°～88°。
4.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述圆孔阵列的孔径范围为240nm～260nm，所述圆孔阵列的周期范围为500nm～550nm，所述圆孔阵列的孔深为所述光刻胶层的厚度，即所述圆孔阵列的孔深范围为270nm～300nm。
5.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述金属膜的厚度范围为5nm～15nm。
6.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述金属膜的材料为铜、金或银。
7.如权利要求1所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法，其特征在于，所述倾斜刻蚀去除的过程中满足其中，d为所述圆孔底部的孔径，h为所述圆孔的孔深，α为所述圆孔阵列的垂直度，θ为倾斜刻蚀的角度。
8.一种纳米圆盘阵列，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的一种纳米圆盘阵列的制备方法制备。
9.一种生物传感器，其特征在于，包括权利要求8所述的一种纳米圆盘阵列。
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