制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：設(shè)置硅襯底；在硅襯底上沉積阻擋層，在阻擋層上沉積鋁膜；利用第一酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜的遠(yuǎn)離硅襯底一側(cè)的表面形成為第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用第二酸溶液去除第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用第三酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜形成為氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)作為掩膜來(lái)刻蝕阻擋層和硅襯底，以將硅襯底和阻擋層形成為具有與氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用緩沖氧化刻蝕劑將硅襯底上的氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)和形成為納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的阻擋層去除，從而得到硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】
制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種制備圖形化襯底的方法，具體地講，本發(fā)明涉及一種制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著硅基半導(dǎo)體器件尺寸的縮小，傳統(tǒng)的體硅材料正在接近其物理極限。鍺以及II1-V主族材料由于其與硅材料相比在應(yīng)用中有著優(yōu)越的性能，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。但是，鍺以及II1-V主族材料價(jià)格昂貴，并且其無(wú)法與硅基工藝兼容。此外，當(dāng)硅基外延時(shí)，鍺以及II1- V主族材料無(wú)法與硅形成很好的晶格匹配，導(dǎo)致位錯(cuò)缺陷較高。為了解決上述問(wèn)題，已經(jīng)提出和發(fā)展了一系列的圖形化襯底技術(shù)，特別是砷化鎵外延對(duì)于圖形襯底的尺寸要求達(dá)到了百納米以內(nèi)。然而，由于需要使用光刻或者是納米壓印的方法來(lái)制備這種尺寸的圖形化襯底，這便提高了制作成本，且對(duì)工藝要求嚴(yán)格。鑒于此，如何提供一種能夠替代原有的光刻或者納米壓印的方法來(lái)制備小尺寸圖形化襯底就顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供一種制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:設(shè)置硅襯底；在硅襯底上沉積阻擋層，在阻擋層上沉積鋁膜；利用第一酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜的遠(yuǎn)離硅襯底一側(cè)的表面形成為第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用第二酸溶液去除第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用第三酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜形成為氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)作為掩膜來(lái)刻蝕阻擋層和硅襯底，以將硅襯底和阻擋層形成為具有與氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的納米圖形陣列結(jié)構(gòu)；利用緩沖氧化刻蝕劑(BOE)將硅襯底上的氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)和形成為納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的阻擋層去除，從而得到硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，阻擋層可以為鈦層或鉑層并且具有1nm?30nm的厚度，招膜厚度可以在500nm?lOOOnm。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理的步驟中，處理溫度可以為0°C?5°C，氧化電壓可以為40v?200v，處理時(shí)間可以為Imin?30min，處理過(guò)程中可以恒溫恒壓攪拌，處理后可以利用去離子水將殘余的第一酸溶液酸和副產(chǎn)物清洗干凈，其中，第一酸溶液可以為濃度是0.lmol/L-lmol/L的草酸溶液，第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)納米圖形的孔徑可以不小于40nm。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在去除第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的步驟中，處理時(shí)間可以為Imin?180min，處理后可以利用去離子水將殘余的第二酸溶液和副產(chǎn)物清洗干凈，其中，第二酸溶液可以為2wt% -1Owt%的磷酸與Iwt% -4?七％的鉻酸的混合酸，其中，被去除了第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的招膜的厚度可以為50nm?200nmo
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理的步驟中，處理溫度可以為0°C?5 °C，氧化電壓可以為40v?200v，處理時(shí)間可以為3min?60min，處理過(guò)程中可以恒溫恒壓攪拌，氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)納米圖形可以為圓形或六方孔形，孔徑可以為30nm?200nm，孔間距可以為150nm?500nm，其中，第三酸溶液可以為5wt% -15界1:%的磷酸或0.lmol/L-lmol/L的草酸，其中，在執(zhí)行二次陽(yáng)極氧化處理步驟之后，可以利用去離子水將殘余的第三酸溶液和副產(chǎn)物清洗干凈。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以利用干法刻蝕來(lái)執(zhí)行刻蝕阻擋層和硅襯底的步驟。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，刻蝕方法可以包括電感耦合等離子體或離子束刻蝕。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在執(zhí)行刻蝕步驟之前，可以利用惰性氣體將硅襯底、阻擋層和氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)吹干。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在硅襯底上沉積阻擋層之前，可以利用丙酮或異丙醇清洗硅襯底表面的有機(jī)物，并且可以利用氫氟酸去除硅襯底表面的氧化層。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，通過(guò)使用兩次陽(yáng)極氧化來(lái)制備掩膜，替代了傳統(tǒng)制備圖形陣列的方法中使用納米壓印或涂膠制作掩膜的步驟，從而簡(jiǎn)化了操作步驟和降低了制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1至圖4為順序地示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的過(guò)程的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明提供了一種制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，該方法通過(guò)兩次陽(yáng)極氧化來(lái)制備掩膜，從而在根本上降低了生產(chǎn)成本。此外，由于采用陽(yáng)極氧化的電化學(xué)方法比納米壓印和涂膠的方法更簡(jiǎn)便易行，因此，能夠極大地滿足生產(chǎn)需要。
[0015]以下將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，然而，附圖只是示意性地示出了本發(fā)明的具體示例，且不具有限制作用。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種修改和變形。
[0016]圖1至圖4順序地示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的過(guò)程的剖面示意圖，其中，圖4示意性地示出了利用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法得到的硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的示意圖。以下將參照?qǐng)D1至圖4來(lái)詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，但本發(fā)明并不限于此。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，首先，提供硅襯底I。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例所使用的硅襯底I沒(méi)有特別的限制，可以為普通制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)所使用的硅襯底I ο根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以使用丙酮或異丙醇等有機(jī)溶劑來(lái)對(duì)硅襯底I進(jìn)行清洗，并可以使用氫氟酸等無(wú)機(jī)酸來(lái)去除硅襯底I上的氧化層。
[0018]接著，在硅襯底I上沉積阻擋層2，然后在阻擋層2上沉積鋁膜3，如圖1所示。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，沉積阻擋層2的目的在于避免在制備掩膜的過(guò)程中對(duì)硅襯底I的污染。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以使用鍍膜設(shè)備在硅襯底I上沉積厚度可以為1nm?30nm的諸如鉑或鈦的金屬層作為阻擋層2，然后在阻擋層2上沉積一層厚度可以為500nm?100nm的招膜3作為掩膜供體，但本發(fā)明并不限于此。
[0019]然后，利用第一酸溶液對(duì)沉積在硅襯底I上的鋁膜3進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理，以在阻擋層2上將鋁膜3的遠(yuǎn)離硅襯底一側(cè)的表面形成為第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)。具體地講，由于沉積在阻擋層2上的鋁膜3的晶界處的氧化速度較晶粒表面的氧化速度慢，因此，在受到相同時(shí)間的陽(yáng)極氧化處理后，在鋁膜(未示出)的表面會(huì)形成以陣列的形式排列的多個(gè)凹坑，即第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)(未示出)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，凹坑可以為諸如碗型的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于此。例如，凹坑也可以為圓柱形。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可利用能夠作為電解液的第一酸溶液對(duì)鋁膜3進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理，執(zhí)行一次陽(yáng)極氧化的處理溫度可以為0°c?5°C，氧化電壓可以為40v?200v，處理時(shí)間可以為Imin?30min，在執(zhí)行一次陽(yáng)極氧化的處理過(guò)程中可以保持恒溫恒壓并不斷攪拌。經(jīng)過(guò)一次陽(yáng)極氧化處理后，可以在鋁膜(未示出)的遠(yuǎn)離硅襯底I的一側(cè)的表面得到孔徑不小于40nm的多個(gè)凹坑從而形成第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)(未示出)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)凹坑為諸如碗型的非圓柱形時(shí)，該凹坑的口徑可以不小于40nm。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，第一酸溶液可以為濃度是0.lmol/L-lmol/L的草酸溶液，但本發(fā)明并不限于此。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，經(jīng)一次陽(yáng)極氧化處理后，可利用去離子水將殘余在硅襯底1、阻擋層2和具有第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的鋁膜(未示出)上的第一酸溶液以及由第一酸溶液氧化鋁膜(未示出)而生成的副產(chǎn)物去除干凈。
[0022]然后，利用第二酸溶液將上述通過(guò)一次陽(yáng)極氧化形成的第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)(未示出)去除。具體地講，在鋁膜3的沉積過(guò)程中由于其厚度方向上的遠(yuǎn)離硅襯底I 一側(cè)的晶粒尺寸較靠近硅襯底I 一側(cè)的晶粒尺寸大，且排列不規(guī)則，為此，需要利用一次陽(yáng)極氧化處理來(lái)形成第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)(未示出)，并利用第二酸溶液在該過(guò)程中形成的納米圖形(未示出)去除(即，去除每個(gè)凹坑的側(cè)壁)，從而能夠在鋁膜3遠(yuǎn)離硅襯底I 一側(cè)的方向上將鋁膜3去除一定厚度，并能夠?qū)X膜3的在厚度方向上的晶粒尺寸相對(duì)較小的具有規(guī)則排列的部分暴露到外部。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以利用能夠腐蝕氧化鋁的第二酸溶液來(lái)腐蝕第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)，以將其去除，其中，處理時(shí)間可以為Imin?180min，但本發(fā)明并不限于此。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，經(jīng)上述處理后，可以將鋁膜(未示出)的厚度保留在50nm?200nm。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可利用去離子水將硅襯底1、阻擋層2和已去除了第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的鋁膜(未示出)上的殘余的第二酸溶液以及由第二酸溶液氧化鋁膜3后生成的副產(chǎn)物去除干凈。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二酸溶液可以為諸如2wt% -1Owt %的磷酸與Iwt % _4*1:%的絡(luò)酸的混合酸，但本發(fā)明并不限于此。
[0024]然后，利用第三酸溶液對(duì)上述處理后的鋁膜(未示出)進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜(未示出)形成為氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’作為掩膜，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可利用能夠作為電解液的第三酸溶液來(lái)對(duì)上述處理后的鋁膜(未示出)進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，其中，處理溫度可以為0°C?5°C，氧化電壓可以為40V?200V，處理時(shí)間可以為3min?60min。經(jīng)二次陽(yáng)極氧化處理后，可以得到多個(gè)具有圓形或六方孔形的孔徑為30nm?200nm且孔間距可以為150nm?200nm的氧化招納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’。此時(shí)，阻擋層2被氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’部分地暴露到外部。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可利用去離子水將硅襯底1、阻擋層2和氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’上的殘余的第三酸溶液以及由第三酸溶液氧化鋁膜3而生成的副產(chǎn)物去除干凈，并可以利用諸如氮?dú)獾鹊亩栊詺怏w將硅襯底1、阻擋層2和氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’吹干。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第三酸溶液可以為諸如5wt% _15被％的磷酸或0.lmol/L-lmol/L的草酸溶液，但本發(fā)明并不限于此。
[0025]然后，利用氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’作為掩膜來(lái)刻蝕阻擋層2和硅襯底1，以將硅襯底I和阻擋層2形成為具有與氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’相對(duì)應(yīng)的硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’和阻擋層納米圖形陣列結(jié)構(gòu)2’，如圖3所示。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以使用諸如電感耦合等離子體或離子束的干法刻蝕的方法來(lái)刻蝕硅襯底1，從而可以通過(guò)刻蝕束流4將硅襯底I和阻擋層2形成為具有與氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’和阻擋層納米圖形陣列結(jié)構(gòu)2’。
[0026]最后，利用緩沖氧化刻蝕劑(BOE)將硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’上的氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)3’和阻擋層2’納米圖形陣列結(jié)構(gòu)去除，然后可以利用諸如去離子水等將刻蝕后的硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’上的副產(chǎn)物去除，并可以利用諸如氮?dú)獾亩栊詺怏w將硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’吹干，從而得到如圖4所示的硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)I’。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的方法制備的娃基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)具有直徑在30nm?200nm的規(guī)則六方孔型或圓形的陣列結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，制作的圖形襯底可用于器件制作、GaAs, GaN等材料的外延生長(zhǎng)。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本較低，適宜批量生產(chǎn)。
[0028]以上描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，該方法通過(guò)兩次陽(yáng)極氧化制備氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)以作為掩模來(lái)制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)，即，根據(jù)本發(fā)明的方法，利用電化學(xué)制作的氧化膜作為掩模，替代了傳統(tǒng)圖形陣列所用的納米壓印或者涂膠制作掩膜進(jìn)行光刻的步驟，因此，其在生產(chǎn)成本上遠(yuǎn)低于通過(guò)納米壓印的方法或涂膠的方法制備掩模的生產(chǎn)成本，且工藝簡(jiǎn)單，易于操控，因此能夠優(yōu)異地適用于市場(chǎng)需求。
[0029]以上描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限制于上述特定實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述方法包括: 設(shè)置硅襯底； 在硅襯底上沉積阻擋層，在阻擋層上沉積鋁膜； 利用第一酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜的遠(yuǎn)離硅襯底一側(cè)的表面形成為第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)； 利用第二酸溶液去除第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)； 利用第三酸溶液對(duì)鋁膜進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，以將鋁膜形成為氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)； 利用氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)作為掩膜來(lái)刻蝕阻擋層和硅襯底，以將硅襯底和阻擋層形成為具有與氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的納米圖形陣列結(jié)構(gòu)； 利用緩沖氧化刻蝕劑將硅襯底上的氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)和形成為納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的阻擋層去除，從而得到硅基納米圖形陣列結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，阻擋層為鈦層或鉑層并且具有1nm?30nm的厚度，鋁膜的厚度為500nm?lOOOnm。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化處理的步驟中，處理溫度為0°C?5°C，氧化電壓為40v?200v，處理時(shí)間為Imin?30min處理過(guò)程中恒溫恒壓攪拌，處理后利用去離子水將殘余的第一酸溶液和副產(chǎn)物清洗干凈， 其中，第一酸溶液為濃度是0.lmol/L-lmol/L的草酸溶液， 其中，第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)納米圖形的孔徑不小于40nm。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在去除第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的步驟中，處理時(shí)間為Imin?180min，處理后利用去離子水將殘余的第二酸溶液和副產(chǎn)物清洗干凈， 其中，第二酸溶液為2wt% -1Owt%的磷酸與Iwt% _4wt%的絡(luò)酸的混合酸， 其中，被去除了第一納米圖形陣列結(jié)構(gòu)的招膜的厚度為50nm?200nm。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理的步驟中，處理溫度為0°C?5°C，氧化電壓為40v?200v，處理時(shí)間為3min?60min，處理過(guò)程中恒溫恒壓攪拌，氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)納米圖形為圓形或六方孔形，孔徑為30nm?200nm，孔間距為150nm?500nm， 其中，第三酸溶液為5wt% _15被％的磷酸或0.lmol/L-lmol/L的草酸， 其中，在執(zhí)行二次陽(yáng)極氧化處理步驟之后，利用去離子水將殘余的第三酸溶液和副產(chǎn)物清洗干凈。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用干法刻蝕來(lái)執(zhí)行刻蝕阻擋層和硅襯底的步驟。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，刻蝕方法包括電感耦合等離子體或離子束刻蝕。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行刻蝕步驟之前，利用惰性氣體將硅襯底、阻擋層和氧化鋁納米圖形陣列結(jié)構(gòu)吹干。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在硅襯底上沉積阻擋層之前，利用丙酮或異丙醇清洗硅襯底表面的有機(jī)物，并且利用氫氟酸去除硅襯底表面的氧化層。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK105869990SQ201510032963
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日
【發(fā)明人】趙迎春, 熊敏, 董旭
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所