專利名稱：通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法
技術領域：
本發明涉及納米技術領域，特別涉及ー種利用SU-8膠實現多種材料間全限制量子點的自對準制備方法。本發明提出了ー種采用納米量級SU-8膠條作干法刻蝕和濕法腐蝕的掩模和犧牲材料層腐蝕剝離相結合，制備多種材料間全限制量子點器件結構的方法。該方法選用的抗刻蝕、抗腐蝕性能優良的SU-8膠可作多種材料的干法刻蝕和濕法腐蝕的掩模，拓展了該方法的應用范圍。本方法選用的犧牲材料層的制備方法應該滿足エ藝溫度不能過高、腐蝕速率快的特點，這樣可以保證在對犧牲材料層操作過程中對功能材料層Q和E的影響足夠小，而且不同材料間的拓展過程中，SU-8膠的電子束曝光過程都是在同一種犧牲材料層襯底上進行的，這樣就避免了更換功能材料Q后，電子束曝光エ藝參數的重新優化過程。因此，該方法在制備精度、制備難度、制備良品率、定位精度、兼容性等方面具有很大的優越性。
背景技術：
隨著固態器件向著小尺度、低維方向發展，研究量子點/納米線的相關制備技術以及機理，對于微納電子技術、光電子信息技術、生物納米技術提供了新的發展機遇和挑戰。由于量子點/納米線結構中的受限電子、光子、分子呈現出許多物理內涵十分豐富的新現象和效應，將開辟出新一代的量子/納米電子技術，如單電子晶體管、共振隧穿ニ極管(RTD)、太陽能電池、激光器、LED、生物化學檢測等。因此，如何高線寬精度、定位精確、簡單、經濟高效地制備出不同材料間的量子點/納米線的全限制結構，對于低維度器件新機理的研究、不同領域檢測精度的提高有著意味深遠的推動作用。目前，量子點/納米線的制備方法主要集中在材料生長和電化學エ藝方面，由于此類方法制備的量子點/納米線的定位精度不高、可靠性差，制備良品率低，研發成本高、可移植性差的限制，可能導致與現有的CMOSエ藝不兼容。為了實現多種材料間量子點/納米線全限制結構的經濟高效地自對準制備，我們提出本發明構思。
發明內容
本發明的主要目的在于提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其是利用SU-8膠實現多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，該制備方法線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發成本低、可移植性好、經濟高效。本發明提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，該方法包括步驟I :在襯底上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層，在該電熱絕緣材料層上依次淀積第一功能材料層和犧牲材料層；步驟2 :在犧牲材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成縱向的條形納米量級SU-8膠掩模；
步驟3 :通過該SU-8膠掩模，干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面；步驟4 :在電熱絕緣材料層、條形的第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模結構的裸露表面，淀積第二功能材料層；步驟5 :在第二功能材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模疊成的縱向條形結構；步驟6 :通過SU-8膠條掩模，干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；步驟7 :腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟8 :通過第二功能材料層上部的SU-8膠條掩模，干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟9 :超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結構，完成制備。本發明提供的這種利用SU-8膠實現多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，采用薄膜エ藝、電子束曝光エ藝、干法刻蝕エ藝、濕法腐蝕エ藝制備的功能材料量子點的全限制結構器件。這種制備方法的特點在于線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發成本低、可移植性好、經濟高效。
為進一歩描述本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖I是本發明提供的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法的流程圖；圖2(a_b)_圖10(a-b)是多種材料間自對準制備全限制量子點的器件結構的示意圖，其中各圖b為各圖a的俯視圖。
具體實施例方式請參閱圖I結合參閱圖2至圖10所示，本發明提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，該方法包括步驟1 :在襯底100上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層101，在該電熱絕緣材料層101上淀積第一功能材料層102。其中襯底100的材料為硅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、神化鎵或玻璃等現有的以及以后出現的襯底材料。所述電熱絕緣材料層101的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是這幾種化合物構成的混合物，所述電熱絕緣材料層101是通過濺射法、蒸鍍法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法或金屬有機物熱分解法中的一種或者幾種制備；所述第一功能材料層102的材料是相變材料、神化鎵、氮化鎵、多晶硅或石墨烯，所述第一功能材料層102是通過濺射法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法或原子層淀積法中的一種或者幾種制備；所述犧牲材料層103可以是光刻膠、多晶硅、硅的氧化物、氮化物或者是其它容易腐蝕的材料，所述犧牲材料層103濺射法、蒸發法、化學氣相淀積、等離子體輔助淀積法、金屬有機物熱分解法或激光輔助淀積法中的一種或幾種制備；
步驟2 :在犧牲材料層103上旋涂Su-8膠并電子束曝光，形成縱向納米量級的SU-8膠掩模104，所述SU-8膠掩模104的材料是SU-8膠全系列，厚度和水平尺寸在l-102nm，所述SU-8膠掩模104是通過旋涂SU-8膠后，電子束曝光、X射線曝光、365nm汞燈曝光中的一種或者幾種搭配制備；步驟3 :通過SU-8膠掩模104，干法刻蝕第一功能材料層102和犧牲材料層103，使其中間形成條形結構，刻蝕深度到達電熱絕緣材料層101的表面；步驟4 :在條形結構的表面及電熱絕緣材料層101暴露部分，淀積第二功能材料層105。所述第二功能材料層105的材料可以與第一功能材料層102相同，也可以采用鎢、氮化鈦、鎳、鋁、鈦、金、銀、銅、鉬、氮化鎢，或它們的組合，所述第二功能材料層105是通過濺射法、蒸發法、化學氣相淀積、等離子體輔助淀積法、金屬有機物熱分解法或激光輔助淀積法中的一種或幾種制備；步驟5 :在第二功能材料層105上，旋涂SU-8膠并電子束曝光，制備出納米量級的條形SU-8膠掩模104，該條形SU-8膠掩模104，垂直并跨越由第一功能材料層102和犧牲材料層103疊構的條形結構；步驟6 :用該條形SU-8膠掩模104做掩模，干法刻蝕第二功能材料層105至電熱絕緣材料層101的表面；步驟7 :濕法腐蝕去除犧牲材料層103，暴露出第二功能材料層105下方以外的第一功能材料層102,使第二功能材料層105下方形成ー個懸空結構；步驟8 :干法刻蝕去除條形SU-8膠掩模104下方以外的第一功能材料層102 ；步驟9 :剝離，制備出第一功能材料層102全限制在第二功能材料層105間的水平器件結構，完成制備。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，該方法包括 步驟I:在襯底上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層，在該電熱絕緣材料層上依次淀積第一功能材料層和犧牲材料層； 步驟2 :在犧牲材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成縱向的條形納米量級SU-8膠掩模； 步驟3 :通過該SU-8膠掩模，干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面； 步驟4 :在電熱絕緣材料層、條形的第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模結構的裸露表面，淀積第二功能材料層；步驟5 :在第二功能材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模疊成的縱向條形結構；步驟6 :通過SU-8膠條掩模，干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；步驟7 :腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟8 :通過第二功能材料層上部的SU-8膠條掩模，干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層； 步驟9 :超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結構，完成制備。
2.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中襯底的材料為硅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、神化鎵或者玻璃。
3.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中電熱絕緣材料層是氮氧化合物、氮化物、氧化物，或者是這幾種化合物構成的混合物。
4.根據權利要求3所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中電熱絕緣材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
5.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中第一功能材料層是相變材料、神化鎵、氮化鎵、石墨烯、超導材料、鐵磁材料。
6.根據權利要求5所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中第一功能材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
7.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中犧牲材料層是金屬、硅的氧化物、氮化物、氮氧化物、多晶硅。
8.根據權利要求7所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中犧牲材料層是通過濺射法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
9.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中SU-8膠掩模是SU-8膠全系列。
10.根據權利要求8所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中SU-8膠掩模是通過旋涂SU-8膠后，電子束曝光、X射線曝光、365nm汞燈曝光中的一種或者幾種搭配制備。
11.根據權利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中第二功能材料層與第一功能材料相同，或是硅、多晶硅、鎢、氮化鈦、鎳、鋁、鈦、金、銀、銅、鉬、氮化鎢，或者它們的合金；
12.根據權利要求11所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，其中第二功能材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
全文摘要
一種通用的多種材料間全限制量子點的自對準制備方法，包括在襯底上依次淀積生長電熱絕緣材料層、第一功能材料層和犧牲材料層；旋涂SU-8膠并電子束曝光；干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面；淀積第二功能材料層；經電子束曝光形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層；干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結構。本發明藉由線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發成本低、可移植性好、經濟高效的優點。
文檔編號B82Y40/00GK102623307SQ20121008859
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者付英春, 季安, 張加勇, 楊富華, 梁秀琴, 王曉峰, 白云霞, 馬慧莉 申請人:中國科學院半導體研究所