專利名稱：納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體行業(yè)微加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法。
背景技術(shù)：
在硅表面進(jìn)行微納圖形轉(zhuǎn)移是半導(dǎo)體加工技術(shù)中的核心工藝之一。將預(yù)先定義好的圖形以一定的厚度轉(zhuǎn)移到硅片表面上，可充分利用硅的半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性能以及化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的特殊功能。一般通過干法刻蝕和濕法腐蝕兩種手段來實(shí)現(xiàn)硅表面的圖形加工。通過光刻等手段在硅片表面定義出圖形化的掩模，然后通過掩模的抗刻蝕或抗腐蝕能力實(shí)現(xiàn)在硅表面的圖形轉(zhuǎn)移。通過控制反應(yīng)的時間來控制刻蝕的深度，最終實(shí)現(xiàn)深度可控的硅上微納結(jié)構(gòu)的制備。干法刻蝕和濕法刻蝕的缺點(diǎn)在于這兩種方法都要事先定義掩模，且圖形轉(zhuǎn)移成功后，掩模需要及時去除，是一種一次性使用的圖形化結(jié)構(gòu)，使用效率低，且需要多次借助光刻，電子束曝光等手段形成掩模圖形，工藝復(fù)雜，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種納米刻蝕印章。該納米刻蝕印章包括:印章體，其底面具有待加工納米圖形的反相圖形；保護(hù)層，至少形成于印章體與腐蝕液接觸部分的表面，其材料為抗腐蝕液的材料；以及金屬催化層，至少形成于反相圖形與待刻蝕襯底接觸部分的保護(hù)層上，其材料為可催化腐蝕液與待刻蝕襯底反應(yīng)的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種利用上述的納米刻蝕印章進(jìn)行納米刻蝕的方法。該方法包括:配置待刻蝕襯底的腐蝕液；將待刻蝕襯底平浸入腐蝕液中；將納米刻蝕印章壓在待刻蝕硅片上，納米刻蝕印章的金屬催化層與待刻蝕襯底的表面相接觸；以及刻蝕待刻蝕襯底至預(yù)設(shè)深度，將納米刻蝕印章和待刻蝕襯底從腐蝕液中取出。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法具有以下有益效果:(I)在印章體上預(yù)先制備好了需要的納米結(jié)構(gòu)，通過金屬催化腐蝕的手段可以直接將圖形轉(zhuǎn)移到襯底表面，圖形化過程簡單，無需附加掩模層，簡化了納米結(jié)構(gòu)制備的工藝流程；(2)將金屬催化層固定在印章體上，腐蝕過程結(jié)束后，金屬催化層沒有損耗，仍可以繼續(xù)腐蝕其他批次的片表面，具有循環(huán)多次使用的優(yōu)勢；
(3)印章體由磁性材料構(gòu)成，可由外部磁場提供接觸壓力，保證了納米結(jié)構(gòu)制備過程中的穩(wěn)定性。


圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的納米刻蝕印章的立體圖和截面圖；圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的納米刻蝕方法的流程圖。本發(fā)明主要元件符號說明10-印章體；20-保護(hù)層；30-金屬催化層。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。本發(fā)明納米刻蝕印章將金屬催化層通過保護(hù)層固定在含有納米結(jié)構(gòu)一側(cè)的印章體上。基于金屬催化腐蝕的原理，在腐蝕液的環(huán)境中，凸出部分的金屬催化層與硅片接觸，在金屬催化層與硅接觸的界面，硅中的電子易被某些貴金屬原子獲取，并最終傳遞到腐蝕液中，對應(yīng)的硅原子被腐蝕液消耗，經(jīng)歷一段反應(yīng)時間后，可形成一定深度的硅結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例中，提供了一種用于硅片表面納米結(jié)構(gòu)制備的納米刻蝕印章。如圖1所示，該納米刻蝕印章包括:印章體10，其底面具有待加工納米圖形的反相圖形；保護(hù)層20，至少形成于所述印章體10與腐蝕液接觸部分的表面，為抗硅腐蝕液的材料；金屬催化層30，至少形成于所述反相圖形與待刻蝕硅片接觸部分的保護(hù)層上，可催化腐蝕液與待刻蝕襯底反應(yīng)的材料，例如是貴金屬材料。以下分別對本實(shí)施例硅刻蝕印章的各個組成部分進(jìn)行詳細(xì)說明。印章體10的材料為鐵、鈷、鎳等磁性材料。該磁性材料能夠結(jié)合外部環(huán)境中施加的磁場，使印章的反相圖形更加緊密、穩(wěn)定地與硅片表面接觸，促進(jìn)催化腐蝕的進(jìn)行。印章體10的底面具有待加工納米圖形的反相圖形。通過控制與硅接觸的與該反向圖形對應(yīng)的金屬催化層的圖形形貌，即可在腐蝕結(jié)束后得到互補(bǔ)形貌的硅結(jié)構(gòu)。在圖1所示的印章中，保護(hù)層20覆蓋于整個印章體10上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，其僅為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案。在本發(fā)明中，只要保證印章體與腐蝕液接觸部分有保護(hù)層即可，從而避免印章體與腐蝕液直接接觸，達(dá)到保護(hù)印章體的目的。對于硅刻蝕而言，其腐蝕液一般為氫氟酸溶液。因此，保護(hù)層20應(yīng)當(dāng)為抗氫氟酸溶液腐蝕的材料，例如聚對二甲苯、六甲基硅氧烷、聚酰亞胺等等。金屬催化層30形成于待加工納米圖形反相圖形的保護(hù)層上，其材料為金、鉬等貴金屬。金屬催化層通過保護(hù)層固定在制成的印章體上?；诮饘俅呋g的原理，在腐蝕液的環(huán)境中，凸出部分的金屬催化層與硅片接觸，在金屬催化層與硅接觸的界面，硅中的電子易被某些貴金屬原子獲取，并最終傳遞到腐蝕液中，對應(yīng)的硅原子被腐蝕液消耗，經(jīng)歷一段反應(yīng)時間后，可形成一定深度的硅結(jié)構(gòu)。通過控制腐蝕時間，可以控制圖形的深度。印章上的金屬催化層在反應(yīng)過程中不存在消耗問題，可重復(fù)使用。至此，本實(shí)施例納米刻蝕印章介紹完畢。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上面的描述，應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明納米刻蝕印章有了清楚的認(rèn)識?；谏鲜黾{米刻蝕印章，本發(fā)明還提供了一種利用上述納米刻蝕印章進(jìn)行納米刻蝕的方法。請參照圖2，本實(shí)施例方法包括以下步驟:步驟A，配置氫氟酸腐蝕液，該氫氟酸腐蝕液的濃度一般為40%，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；步驟B，在腐蝕液容器底面的下方放置磁體，該磁體可以為普通的磁鐵或者電磁鐵；步驟C，將待刻蝕硅片平放入腐蝕液容器中，浸入腐蝕液中；步驟D，將納米刻蝕印章壓在待刻蝕硅片上，金屬催化層30與待刻蝕硅片的表面相接觸，由于印章體10為磁性材料制成，因此，印章體上的反相圖形能夠緊密、穩(wěn)定的壓在娃片表面；步驟E，通過控制腐蝕時間，控制待加工納米圖形的深度，其中，該腐蝕時間與腐蝕液濃度、溫度等因素有關(guān)，可以預(yù)先通過實(shí)驗來測定。至此，本實(shí)施例納米刻蝕方式介紹完畢。需要說明的是，雖然上述實(shí)施例均以對硅片進(jìn)行刻蝕為例進(jìn)行說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，其同樣適用于其他類型的襯底材料，例如:GaN材料、鍺材料等等，相應(yīng)的腐蝕液也會隨材料的不同而改變。這些均為本領(lǐng)域內(nèi)的通用技術(shù)，此處不再贅述。通過上述兩實(shí)施例的說明，可見，本發(fā)明納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法可重復(fù)對多個硅片表面進(jìn)行選擇性刻蝕，一次性實(shí)現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)的圖形化和深度的控制，具有可重復(fù)性、精準(zhǔn)性以及對轉(zhuǎn)移圖形深度的可選擇性等優(yōu)點(diǎn)，為納米加工領(lǐng)域提供了全新的圖形轉(zhuǎn)移手段。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米刻蝕印章，其特征在于，包括: 印章體，其底面具有待加工納米圖形的反相圖形； 保護(hù)層，至少形成于所述印章體與腐蝕液接觸部分的表面，其材料為抗腐蝕液的材料；以及 金屬催化層，至少形成于所述反相圖形與待刻蝕襯底接觸部分的保護(hù)層上，其材料為可催化腐蝕液與待刻蝕襯底反應(yīng)的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米刻蝕印章,其特征在于,所述印章體的材料為磁性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米刻蝕印章，其特征在于，所述磁性材料為鐵、鈷或鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米刻蝕印章，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為聚對二甲苯、六甲基硅氧烷或聚酰亞胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米刻蝕印章，其特征在于，所述可催化腐蝕液與待刻蝕襯底反應(yīng)的材料為金或鉬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的納米刻蝕印章，其特征在于，所述襯底為:硅襯底、鍺襯底或氮化鎵襯底，所述腐蝕液為對該襯底對應(yīng)的腐蝕液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米刻蝕印章，其特征在于，所述襯底為硅襯底，所述腐蝕液為氫氟酸溶液。
8.一種利用權(quán)利要求1至7中任一項所述的納米刻蝕印章進(jìn)行納米刻蝕的方法，其特征在于，包括: 配置待刻蝕襯底的腐蝕液； 將待刻蝕襯底平浸入所述腐蝕液中； 將所述納米刻蝕印章壓在待刻蝕硅片上，所述納米刻蝕印章的金屬催化層與待刻蝕襯底的表面相接觸；以及 刻蝕所述待刻蝕襯底至預(yù)設(shè)深度，將所述納米刻蝕印章和待刻蝕襯底從腐蝕液中取出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述印章體的材料為磁性材料； 所述將納米刻蝕印章壓在待刻蝕硅片的步驟之前還包括:在腐蝕液容器底面的下方放置磁體； 所述將納米刻蝕印章壓在待刻蝕硅片上的步驟中，磁性材料的印章體與磁體產(chǎn)生磁力作用，以使金屬催化層與待刻蝕襯底緊密接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述刻蝕所述待刻蝕襯底至預(yù)設(shè)深度的步驟中，通過控制腐蝕時間來控制腐蝕深度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米刻蝕印章。該納米刻蝕印章包括印章體，其底面具有待加工納米圖形的反相圖形；保護(hù)層，至少形成于印章體與腐蝕液接觸部分的表面，其材料為抗腐蝕液的材料；以及金屬催化層，至少形成于反相圖形與待刻蝕襯底接觸部分的保護(hù)層上，其材料為可催化腐蝕液與待刻蝕襯底反應(yīng)的材料。本發(fā)明納米刻蝕印章及利用其進(jìn)行納米刻蝕的方法中，在印章體上預(yù)先制備好了需要的納米結(jié)構(gòu)，通過金屬催化腐蝕的手段可以直接將圖形轉(zhuǎn)移到襯底表面，圖形化過程簡單，無需附加掩模層，簡化了納米結(jié)構(gòu)制備的工藝流程。
文檔編號B81C1/00GK103145092SQ20131006255
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者裴為華, 陳三元, 歸強(qiáng), 陳弘達(dá) 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所