真空環境中器件圖形化制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微納米器件制備工藝技術領域，尤其涉及在真空環境中器件圖形化制備方法。
【背景技術】
[0002]在微納米尺度器件的研究中，各類異質材料接觸界面結構、狀態和性質越來越吸引人們的目光，成為納米器件領域的關注焦點和熱點，特別是金屬與材料的接觸直接關系到載流子的電學輸運性能，對器件整體性能起到了至關重要影響作用。
[0003]納米器件中精細微電極的加工和電極間的絕緣層的制備，不僅僅只是獲得尺寸微細的金屬電極的導電連通和絕緣保護，更加關注的是制備出重復性好、穩定可靠性高、性能優異的器件，因而對加工工藝有著極為苛刻的要求。
[0004]傳統的光刻工藝制備圖形化器件不僅工藝復雜，而且容易引入材料表面污染和結構損傷，造成材料的本征物理與化學性質的改變，在一定程度上影響了產品的性能和成品率。如何在不影響樣品表面成分、結構能級和物性的原始狀態情況下制備出圖形化的高質量微電極和相應的絕緣保護層，成為提升研究創新性和突破核心技術的關鍵問題。
【發明內容】
[0005]本發明提供真空環境中器件圖形化制備方法，在真空環境中，利用物理氣相沉積方式，與圖形化系統互鎖聯動實現器件圖形化制備，其
【發明內容】
如下:
[0006]真空環境中器件圖形化制備方法，其中，包括以下步驟:
[0007](I)將襯底置于真空環境中；
[0008](2)在所述襯底上設有用于制備器件圖形的掩膜板；
[0009](3)所述掩膜板或所述襯底連接用于移動操作的移動平臺；
[0010](4)所述移動平臺將掩膜板定位在襯底上；
[0011](5)采用物理氣相沉積方式在襯底上沉積器件所需薄膜材料。
[0012]進一步地，步驟(5)中所述物理氣相沉積方式為濺射、熱蒸發、分子束外延、電子束蒸發、離子鍍以及激光脈沖沉積中的一種。
[0013]進一步地，步驟(4)中所述移動平臺連接計算機輔助控制系統，所述計算機輔助控制系統用于通過控制移動平臺實現掩膜板在襯底上的定位。
[0014]更進一步地，所述掩膜板的定位精度為小于50nm。
[0015]優選地，所述掩膜板呈平整狀，掩膜板材料為硅片、玻璃片、石英片、金屬片、陶瓷片和有機塑料片中的一種。
[0016]優選地，步驟(5)中所述器件所需薄膜材料為金屬或介質。
[0017]更優選地，金屬材料為金、銀、鈦、銅、鎳、鎢、鋅中的一種或多種的復合材料?’絕緣介質材料為氮化硅、氧化硅、氧化鉿、氧化鋁中的一種或多種。
[0018]優選地，應用所述掩膜板制備出器件圖形的最小特征尺寸在亞微米范圍。
[0019]本發明還提供復雜器件圖形化制備方法，其中采用以上方法制備器件圖形，包括以下步驟:
[0020](I)在襯底區域沉積形成第I類器件圖形；
[0021](2)在襯底區域沉積形成第2類器件圖形；
[0022]......
[0023](η)在襯底區域沉積形成第η類器件圖形；
[0024]以上所述第I類、第2類、…、第η類器件圖形之間組合、疊加形成復雜器件圖形。
[0025]進一步地，所述第η類器件圖形，η為大于I的自然數。
[0026]本發明的有益效果:
[0027](I)工藝簡單，提高器件制備的性能。
[0028]本發明的真空環境中器件圖形化制備方法，避免采用現有復雜的光刻工藝和技術，在真空環境下直接實現器件圖形化的制備，保證了器件本征的物理與化學性質，不影響器件表面成分、結構能級和物性的原始狀態，提高了器件制備的性能。
[0029](2)避免器件表面污染和防止結構損傷。
[0030]在本發明的真空環境中器件圖形化制備方法中，采用計算機輔助控制系統，在真空環境下實現對掩膜板的精確控制和移動，保證了器件在制備過程中的清潔性，從而免除使用現有技術中光刻工藝光敏材料的涂覆和去除所帶來的器件表面污染和結構損傷的問題。
[0031](3)制備復雜器件圖形，提升器件功能。
[0032]在本發明的真空環境中器件圖形化制備方法中，通過不斷改變掩膜板上制備圖案的形狀、尺寸和襯底的相對位置，通過多次沉積，可實現復雜器件圖形的制備，比如環形的圖案、立體結構圖案，器件的復雜程度越大，器件的功能越多。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明實施例器件圖形制備過程的示意圖；其中，圖1a為所述襯底示意圖，圖1b為掩膜板定位示意圖，圖1c為物理氣相沉積示意圖，圖1d為器件圖形制備完成示意圖。
[0034]圖2為本發明實施例復雜器件圖形制備過程的示意圖；其中，圖2a為復雜器件圖形制備過程一示意圖，圖2b為復雜器件圖形制備過程二示意圖，圖2。為復雜器件圖形制備完成不意圖。
【具體實施方式】
[0035]為了更好地闡述本發明的技術特點和結構，以下結合本發明的優選實施例及其附圖進行詳細描述。
[0036]實施例1
[0037]參閱圖1a至圖ld，本實施例提供的真空環境中器件圖形化制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)將襯底110置于真空環境中，襯底110表面為用于制備器件圖形122的區域；
[0039](2)在襯底110上設有用于制備器件圖形122的掩膜板120，掩膜板120呈平整狀，掩膜板120的材料為硅片、玻璃片、石英片、金屬片、陶瓷片和有機塑料片中的一種。掩膜板120上還包括用于形成器件圖形的制備圖案121，所制備的器件圖形122可以隨制備圖案121的改變而改變；
[0040](3)掩膜板120連接用于操作掩膜板120的移動平臺(圖未示)，或襯底110連接用于操作襯底110的移動平臺，使得掩膜板120與襯底110可相對移動，調節掩膜板與襯底的距離。該移動平臺由本體、夾具、滑座、工作臺、主軸、進給機構等結構組成的三維移動平臺或多維移動平臺。
[0041](4)移動平臺連接計算機輔助控制系統(圖未示)，該計算機輔助控制系統包括輸入模塊、輸出模塊、多維坐標系等模塊。計算機輔助控制系統通過控制移動平臺實現掩膜板120的定位，將掩膜板120精確定位在襯底上，掩膜板120上的制備圖案121與襯底110上指定的制備區域相對應，其中，掩膜板120的定位精度小于50nm。
[0042](5)采用物理氣相沉積方式在襯底110上沉積器件所需薄膜材料，其中，物理氣相沉積方式為濺射、熱蒸發、分子束外延、電子束蒸發、離子鍍以及激光脈沖沉積中的一種；器件所需薄膜材料為金屬或介質，金屬材料為金、銀、鈦、銅、鎳、鎢、鋅中的一種或多種的復合材料，介質材料為氮化硅、氧化硅、氧化鉿、氧化鋁中的一種或多種。
[0043]實施例2
[0044]本實施例如實施例1中所述的制備方法，還提供復雜器件圖形化制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)在襯底區域沉積形成第I類器件圖形；
[0046](2)在襯底區域沉積形成第2類器件圖形；
[0047]......
[0048](η)在襯底區域沉積形成第η類器件圖形；
[0049]以上第I類、第2類、…、第η類器件圖形之間組合、疊加形成復雜器件圖形，其中，η為大于I的自然數。
[0050]參閱圖2a至2c，本實施例在η等于3的情況下介紹復雜器件圖形化制備方法的【具體實施方式】。通過精確移動和控制掩膜板，首先，在襯底110上制備出第I類器件圖形123，其次，再制備出第2類器件圖形124，最后，通過調整掩膜板上制備圖案的大小、形狀以及相對位置，可制備出第3類器件圖形125，第3類器件圖形125的兩端分別疊加在第I類器件圖形123和第2類器件圖形124上，在襯底110上形成復雜器件圖形。
[0051]需要說明的是，本實施例的附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0052]本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將襯底(110)置于真空環境中； (2)在所述襯底(110)上設有用于制備器件圖形(122)的掩膜板(120); (3)所述掩膜板(120)或所述襯底(110)連接用于移動操作的移動平臺； (4)所述移動平臺將掩膜板(120)定位在襯底(110)上； (5)采用物理氣相沉積方式在襯底(110)上沉積器件所需薄膜材料。2.根據權利要求1所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述物理氣相沉積方式為濺射、熱蒸發、分子束外延、電子束蒸發、離子鍍以及激光脈沖沉積中的一種。3.根據權利要求1所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述移動平臺連接計算機輔助控制系統，所述計算機輔助控制系統用于通過控制移動平臺實現掩膜板(120)在襯底(110)上的定位。4.根據權利要求3所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，所述掩膜板(120)的定位精度為小于50nm。5.根據權利要求1所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，所述掩膜板(120)呈平整狀，掩膜板(120)材料為硅片、玻璃片、石英片、金屬片、陶瓷片和有機塑料片中的一種。6.根據權利要求1所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述器件所需薄膜材料為金屬或介質。7.根據權利要求6所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于，金屬材料為金、銀、鈦、銅、鎳、鎢、鋅中的一種或多種的復合材料；絕緣介質材料為氮化硅、氧化硅、氧化鉿、氧化鋁中的一種或多種。8.根據權利要求1所述的真空環境中器件圖形化制備方法，其特征在于， 應用所述掩膜板(120)制備出器件圖形(122)的最小特征尺寸在亞微米范圍。9.如權利要求1至8所述方法的復雜器件圖形化制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在襯底區域沉積形成第I類器件圖形； (2)在襯底區域沉積形成第2類器件圖形； (η)在襯底區域沉積形成第η類器件圖形； 以上所述第I類、第2類、…、第η類器件圖形之間組合、疊加形成復雜器件圖形。10.根據權利要求9所述的復雜器件圖形制備方法，其特征在于，所述第η類器件圖形，η為大于I的自然數。
【專利摘要】真空環境中器件圖形化制備方法，包括以下步驟：將襯底置于真空環境中；在襯底上設有用于制備器件圖形的掩膜板；掩膜板連接用于操作掩膜板的移動平臺；移動平臺將掩膜板定位在襯底上；采用物理氣相沉積方式在襯底上沉積器件材料。本發明還提供復雜器件圖形化制備方法，在襯底區域分別沉積形成第1類器件圖形、第2類器件圖形、…、第n類器件圖形，以上第1類、第2類、…、第n類器件圖形之間組合、疊加形成復雜器件圖形。本發明提供的真空環境中器件圖形化制備方法，具有工藝簡單、提高器件制備的性能、避免器件表面污染和防止結構損傷的特點，而且，通過多次沉積，可制備復雜器件圖形，提升器件功能。
【IPC分類】H01L21/027
【公開號】CN105632899
【申請號】CN201410613579
【發明人】王榮新, 李智
【申請人】中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年11月4日