專利名稱：一種制備周期性v形納米硅槽的倍頻方法
技術領域：
本發明涉及納米結構制備和應用技術領域，尤其涉及一種制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法。
背景技術：
納米加工技術是納米技術中最重要的基礎技術，半導體納米器件技術的發展很大程度上依賴于微納米加工技術的不斷進步。納米加工技術的主要研究內容是制備加工特征尺寸為O. f IOOnm范圍的納米結構，以期獲得一定的小尺寸效應。在現有的納米制造技術中，光學光刻技術仍然是當前光刻的主流技術，其性能穩 定、技術成熟、成本低廉，但由于存在光刻板衍射等限制，最小線寬很難繼續做小。納米光刻技術中，電子束曝光、聚焦離子束曝光、納米壓印以及激光干渉曝光均可以制作納米尺度的圖形或微結構，但是它們受各自設備的技術限制，很難進一歩提升圖形制備的精度。因此為了適應小尺寸納米器件的制作，迫切需要尋找ー種簡單實用、高效率、低成本的提升納米制備精度的技術。

發明內容
本發明針對現有技術的缺陷，提出一種制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法，以得到線寬精度更高的倍頻V形納米硅槽襯底。為了解決上述問題，本發明提供一種制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法，包括如下步驟步驟I，在硅(Si)襯底上沉積ニ氧化硅(SiO2)掩膜層；步驟2，在所述SiO2掩膜層之上旋涂光刻膠，制備周期性納米光刻膠光柵圖形；步驟3，采用干法刻蝕技術將該光刻膠光柵圖形轉移至SiO2掩膜層，同時在刻蝕過后的Si層上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物層；步驟4，將步驟3得到的襯底放入腐蝕液進行腐蝕，將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至Si層上；步驟5，利用氫氟酸溶液去除SiO2掩膜層，采用干法刻蝕技術去除氟碳基有機聚合物層，得到清潔的倍頻V形納米硅槽襯底。優選地，上述方法還具有以下特點在所述步驟I中，采用如下方式之一在Si襯底上沉積SiO2掩膜層化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺射法、電子束沉積、氫化物氣相沉積、熱氧化法。優選地，上述方法還具有以下特點在所述步驟2中，采用如下方式之ー制備周期性納米光刻膠光柵圖形電子束曝光、聚焦離子束曝光、納米壓印、激光干渉曝光等。優選地，上述方法還具有以下特點在所述步驟3中，所采用的干法刻蝕技術為反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕，刻蝕氣體為三氟化碳(CF3)和氬(Ar)的混合氣體。優選地，上述方法還具有以下特點 所述腐蝕液為氫氧化鉀溶液。優選地，上述方法還具有以下特點在所述步驟4中，腐蝕的溫度為3(T70°C，腐蝕的時間為f 10分鐘，所述腐蝕液為質量分數為13%的氫氧化鉀溶液。優選地，上述方法還具有以下特點在所述步驟5中，所采用的干法刻蝕技術為反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕，刻蝕氣體為氧氣(O2)或氯氣(Cl2)。
優選地，上述方法還具有以下特點所述硅襯底為N型硅(100)襯底。本發明具有如下優點I、本發明所制備的V形納米硅槽的周期可以通過干濕法刻蝕的倍頻技術減小一倍，使得V形納米硅槽的線寬降低一倍，提升納米光刻技術的圖形制備精度。2、所制成的V形納米硅槽，尺寸均一，與各種納米光刻技術兼容。3、本發明的周期倍頻方法簡單實用，成本低廉，兼顧科研和生產的需求。4、本發明制備的V形納米硅槽適用于硅基量子線，硅基光纖陣列等器件的制備，可應用于硅基光電子技術領域。


圖I是本發明實施例的旋涂完光刻膠后的襯底剖面示意圖；圖2是本發明實施例的襯底經納米光刻后形成光刻膠光柵圖形后的剖面示意圖；圖3是本發明實施例的以光刻膠為掩膜，利用干法刻蝕技術將圖形轉移至SiO2掩膜層上，并在刻蝕過后的Si層上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物層的剖面示意圖；圖4是本發明實施例的利用SiO2層和氟碳基有機聚合物層共同為掩膜，采用氫氧化鉀溶液腐蝕液優先在SiO2和氟碳基有機聚合物層接觸的縫隙處刻蝕襯底，將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至Si (100)襯底上的剖面示意圖；圖5是本發明實施例的利用氫氟酸去掉SiO2掩膜層，并將襯底清洗干凈；圖6是本發明實施例的利用O2或Cl2常規干法刻蝕技術去除氟碳基有機聚合物層，得到清潔的V形納米硅槽的剖面示意圖；圖7是本發明應用示例制備的V形納米硅槽的掃描電子顯微鏡(SEM)平面圖；圖8是本發明應用示例制備的V形納米硅槽的掃描電子顯微鏡(SEM)剖面圖；其中，I—Si (100)層，2—SiO2掩膜層，3—增附劑和光刻膠層，4一氟碳基有機聚合物層。
具體實施例方式下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
本發明實施例的制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法包括如下步驟I)沉積SiO2掩膜層采用常規技術在N型Si (100)襯底上沉積SiO2掩膜層；所述的常規沉積SiO2技術包括化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、濺射法(Sputtering)、電 子束沉積(EBV)、氫化物氣相沉積(HVPE)、熱氧化法。其中CVD方法包括常壓、低壓(LPCVD)和等離子體增強(PECVD)方法。2)在I)中所述的SiO2掩膜層上旋涂光刻膠，如圖I所示，襯底上由上到下具有Si(100)層1，SiO2掩膜層2，增附劑和光刻膠層3 ;利用納米光刻技術在襯底上制備周期性納米光刻膠光柵圖形，如圖2所示；所述的納米光刻技術包括電子束曝光(EBL)、聚焦離子束曝光(FIB)、納米壓印(NI)、激光干涉曝光(LIL)等。3)采用常規干法刻蝕技術將該光刻膠光柵圖形轉移至SiO2掩膜層2，同時在刻蝕過后的Si層I上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物層4，如圖3所示；所述干法刻蝕技術包括反應離子刻蝕(RIE)和感應耦合等離子體刻蝕(ICP)，刻蝕氣體為CF3和Ar的混合氣體。4)濕法腐蝕將步驟3)得到的襯底放入腐蝕液進行腐蝕，將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至Si層I上；具體地，在步驟4)中可進行如下操作將步驟3)得到的襯底放入腐蝕液中，在3(T70°C腐蝕f 10分鐘，腐蝕液優先在SiO2層2和氟碳基有機聚合物層4接觸的縫隙處刻蝕Si (100)層1，最終將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至Si (100)層I上，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，得到刻蝕深度為l(T500nm的倍頻V形納米硅槽襯底,如圖4所示；所述的腐蝕液通常為氫氧化鉀溶液，其最優的濃度為質量分數13%。5)掩膜層去除利用氫氟酸溶液去除SiO2掩膜層2，如圖5所示；采用干法刻蝕技術去除氟碳基有機聚合物層4，如圖6所示，得到清潔的倍頻V形納米硅槽襯底；具體地，在步驟5)中可進行如下操作將步驟4)得到的襯底放入氫氟酸溶液中去除SiO2掩膜層2，超聲清洗O. 5飛分鐘，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，烘干；然后再采用常規干法刻蝕技術去除氟碳基有機聚合物層4，即可得到清潔的圖形襯底。所述干法刻蝕技術包括反應離子刻蝕(RIE)和感應耦合等離子體刻蝕(ICP)，刻蝕氣體為O2或Cl2氣體。下面以一具體應用示例對本發明的實施以實例方式作進ー步描述(I)采用等離子體增強化學氣相沉積技術(PECVD)，在N型Si (100)襯底上沉積厚度為50nm的SiO2掩膜層；(2)在步驟(I)中所述的沉積了 SiO2掩膜層的N型Si (100)襯底上旋涂光刻膠，利用激光干渉曝光技術制備周期為450nm的光刻膠光柵圖形；(3)采用反應離子刻蝕技術將該ー維光刻膠光柵圖形轉移至SiO2掩膜層，并在刻蝕過后的Si層上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物掩膜層；(4)將步驟3)得到的襯底放入質量分數13%的氫氧化鉀腐蝕液，在50°C腐蝕5分鐘，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，得到刻蝕深度為120nm的倍頻V形納米硅槽襯底；(5)將步驟4)得到的經腐蝕的襯底放入氫氟酸和去離子水以體積比1:1配制而成的氫氟酸溶液中，超聲清洗3分鐘，去除SiO2掩膜層，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，烘干；然后再采用O2干法刻蝕30min去除氟碳基有機聚合物掩膜層，即可得到清潔的V形納米硅槽襯底。如圖7和圖8所示，可看出采用本發明的方法所制備的周期性V形納米硅槽尺寸
均一，分辨率高。綜上所述，本發明的方法利用納米光刻技術，可以簡單有效的獲得納米周期的光刻膠光柵，再通過干濕法相結合的刻蝕技術，最終得到倍頻的V形納米硅槽，該圖形結構尺寸均一，分辨率高，且簡單實用，與半導體硅エ藝兼容，易于滿足科學研究和エ業生產的要求。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，比如，對實例中的エ藝參數進行了簡單的改變，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法，包括如下步驟 步驟I，在硅襯底上沉積ニ氧化硅掩膜層； 步驟2，在所述ニ氧化硅掩膜層之上旋涂光刻膠，制備周期性納米光刻膠光柵圖形；步驟3，采用干法刻蝕技術將該光刻膠光柵圖形轉移至ニ氧化硅掩膜層，同時在刻蝕過后的硅層上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物層； 步驟4，將步驟3得到的襯底放入腐蝕液進行腐蝕，將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至硅層上； 步驟5，利用氫氟酸溶液去除ニ氧化硅掩膜層，采用干法刻蝕技術去除氟碳基有機聚合 物層，得到清潔的倍頻V形納米硅槽襯底。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 在所述步驟I中，采用如下方式之一在硅襯底上沉積ニ氧化硅掩膜層 化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺射法、電子束沉積、氫化物氣相沉積、熱氧化法。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 在所述步驟2中，采用如下方式之ー制備周期性納米光刻膠光柵圖形 電子束曝光、聚焦離子束曝光、納米壓印、激光干渉曝光等。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 在所述步驟3中，所采用的干法刻蝕技術為反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕，刻蝕氣體為三氟化碳和IS的混合氣體。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 所述腐蝕液為氫氧化鉀溶液。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在干， 在所述步驟4中，腐蝕的溫度為3(T70°C，腐蝕的時間為f 10分鐘，所述腐蝕液為質量分數為13%的氫氧化鉀溶液。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 在所述步驟5中，所采用的干法刻蝕技術為反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕，刻蝕氣體為氧氣或氯氣。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在干， 所述硅襯底為N型硅(100)襯底。
全文摘要
本發明公開一種制備周期性V形納米硅槽的倍頻方法，包括在硅襯底上沉積二氧化硅掩膜層，在其上旋涂光刻膠，制備周期性納米光刻膠光柵圖形，采用干法刻蝕技術將該光刻膠光柵圖形轉移至二氧化硅掩膜層，同時在硅層上留下可充當刻蝕掩膜作用的氟碳基有機聚合物層，將襯底放入腐蝕液進行腐蝕，將光刻膠光柵圖形倍頻轉移至硅層上，去除二氧化硅掩膜層和氟碳基有機聚合物層，得到清潔的倍頻V形納米硅槽襯底。本發明采用納米光刻技術簡單有效的獲得了納米尺度的周期性光柵結構，并結合干濕法刻蝕技術，將圖形周期減少一倍，圖形密度增加一倍，得到線寬精度更高的倍頻V形納米硅槽襯底，適用于硅基量子線，硅基光纖陣列等器件的制備。
文檔編號H01L21/033GK102856166SQ20121033233
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者戴隆貴, 丁芃, 陳弘, 賈海強, 王文新 申請人:中國科學院物理研究所