專利名稱：制作納米管道的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微納技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制作納米管道的方法。本發(fā)明提出了一 種采用側(cè)墻工藝和濕法腐蝕方法制備納米管道的方法。該方法避免了使用電子束曝光的成 本高、周期長(zhǎng)的不足，在突破光刻分辨率限制及提高納米管道制備效率等方面具有很大的 優(yōu)越性。
背景技術(shù)：
微流管道在微納米技術(shù)領(lǐng)域尤其是在微納米生物領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用微 流管道制作的微流體芯片可以對(duì)DNA/RNA、蛋白質(zhì)及多膚、藥物、毒品和氨基酸等進(jìn)行分析， 應(yīng)用在基因測(cè)序、藥物篩選、蛋白組學(xué)、臨床診斷等領(lǐng)域。將多個(gè)功能互補(bǔ)的微流體控制單 元集成在一塊微流體芯片上，組成陣列，可實(shí)現(xiàn)樣品的并行處理，極大地提高樣品的處理速 度。并且隨著微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，更高性能的微流控芯片將對(duì)以上領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)新的革 命。因此，制備出納米尺寸的微流通道，對(duì)于推動(dòng)微流芯片的集成化、提高芯片性能具有重 要的意義。目前，納米結(jié)構(gòu)的制備方法主要有光刻、電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕、微接觸印 刷、電化學(xué)方法和電遷移方法等。但是，光學(xué)光刻方法受到光波波長(zhǎng)限制，刻蝕的點(diǎn)擊在微 米量級(jí)，難以達(dá)到納米量級(jí)；微接觸印刷、電子束刻蝕和聚焦離子束刻蝕的方法周期長(zhǎng)成本 高；電化學(xué)和電遷移方法工藝可靠性較低，可能導(dǎo)致與CMOS工藝的不兼容。為了突破光刻 分辨率限制及提高器件與CMOS工藝的兼容性，尋找簡(jiǎn)單而低成本的制備納米尺寸的管道 的方法，我們提出本發(fā)明構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作納米管道的方法，以尋找到一種納米尺寸的 管道的制作方法，并且制備方法簡(jiǎn)單且成本低廉，能夠突破光刻分辨率限制，并提高納米管 道制備效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種制作納米管道的方法，該方法包括如下步驟步驟1 在襯底上生長(zhǎng)一層抗腐蝕的電熱絕緣材料層；步驟2 在該電熱絕緣材料層上淀積一層基底材料層并用光刻和干法刻蝕的方法 去除基底材料層的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻的基底；步驟3 在該電熱絕緣材料層的上面和去除基底材料層的上面及側(cè)壁淀積側(cè)墻材 料層；步驟4:采用干法回刻，去除基底材料層上表面的側(cè)墻材料層及電熱絕緣材料層 表面的側(cè)墻材料層，形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；步驟5 用濕法腐蝕的方法去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；步驟6 采用光刻+剝離工藝或者光刻+干法刻蝕工藝在該側(cè)墻材料層的相對(duì)兩側(cè)邊上搭上一條制作納米管道的抗腐蝕材料層；步驟7、用濕法腐蝕方法去除側(cè)墻同時(shí)留下抗腐蝕材料層，形成納米尺寸的管道。其中所述電熱絕緣材料層是氮化硅或SiO2 ；所述基底材料層是SiO2、氮化硅或多 晶硅；所述側(cè)墻材料層是SiO2、氮化硅或多晶硅；所述抗腐蝕材料層是鎢、SiO2、氮化硅或多晶娃。其中所述的襯底是半導(dǎo)體材料襯底或絕緣材料襯底。其中所述半導(dǎo)體材料襯底是硅片或SOI片，所述絕緣材料襯底是SiO2或玻璃。其中所述基底材料層的厚度為20 2000nm。其中所述側(cè)墻材料層形成的側(cè)墻的寬度為5 200nm。其中所述抗腐蝕材料層形成的納米管道的寬度為5 200nm，高度為5 2000nm，
長(zhǎng)度為毫米量級(jí)。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種制作納米管道的方法，采用薄膜工藝、光刻剝離工藝、光刻干法 刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝和側(cè)墻工藝制備了納米尺寸的管道。這種納米管道制備方法的特 點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方便，管道尺寸小，避免了使用電子束曝光(EBL)，聚焦離子束曝光 (FIB)等技術(shù)，大大降低了成本，集成度大幅度的提高，同時(shí)突破光刻分辨率限制及提高了 制備納米管道效等。


為進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其 中圖1是本發(fā)明提供的制作納米管道的方法流程圖；圖2-圖7是制作納米管道結(jié)構(gòu)的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1、圖2-圖7，本發(fā)明一種制作納米管道的方法，其特征在于，該方法包 括步驟1 在襯底101上生長(zhǎng)一層抗腐蝕的電熱絕緣材料層102 ；其中所述襯底101 是半導(dǎo)體材料襯底或絕緣材料襯底；所述半導(dǎo)體材料襯底101是硅片或SOI片，所述絕緣材 料襯底是SiO2或玻璃；所述的電熱絕緣材料102，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由 氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任一種；所述在襯底上生長(zhǎng)一層電 熱絕緣材料102，可以是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬 有機(jī)物熱分解法、激光輔助淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的；所述電熱絕緣材料102， 對(duì)于步驟4中濕法去除基底材料層103和步驟6中濕法去除側(cè)墻材料層104時(shí)使用的腐蝕 液均具抗腐蝕性(參閱圖2)。步驟2 在該電熱絕緣材料層102上淀積一層基底材料層103并用光刻和干法刻 蝕的方法去除基底材料層103的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻的基底；其中所述的基底材 料層103，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu) 成的混合物中的任一種，如SiO2、氮化硅或多晶硅；所述淀積一層基底材料層103，可以是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助 淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的(參閱圖2)；步驟3 在該電熱絕緣材料層102的上面和去除基底材料層103的上面及側(cè)壁淀 積側(cè)墻材料層104 ；步驟4 采用干法回刻，去除基底材料層103上表面的側(cè)墻材料層104及電熱絕緣 材料層102表面的側(cè)墻材料層104，將形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；其中所述的側(cè)墻材 料層104，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu) 成的混合物中的任一種，如SiO2、氮化硅或多晶硅；所述淀積一層側(cè)墻材料層104，可以是采 用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助 淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的；所述的側(cè)墻材料層104，對(duì)于下一步中去除基底材 料層103時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性(參閱圖3、圖4)；步驟5 用濕法腐蝕的方法去除基底材料層103，只保留納米尺寸的側(cè)墻；其中的 腐蝕液可以是HF酸、TMAH溶液、熱濃磷酸等中的一種(參閱圖5)。步驟6 最后采用光刻+剝離工藝或者光刻+干法刻蝕工藝在該側(cè)墻材料層104的 相對(duì)兩側(cè)邊上搭上一條制作納米管道的抗腐蝕材料層105 ；所述的抗腐蝕材料層105，對(duì)于 步驟6中去除側(cè)墻材料層104時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所述抗腐蝕材料層105，可以 是金屬或氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混 合物中的任一種，如鎢、SiO2、氮化硅或多晶硅；所述淀積抗腐蝕材料層105，可以是采用濺 射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助淀積 法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的(參閱圖6)。步驟7 用濕法腐蝕方法去除側(cè)墻材料層104同時(shí)留下抗腐蝕材料層105，形成納 米尺寸的管道；其中的腐蝕液可以是HF酸、TMAH溶液、熱濃磷酸等中的一種(參閱圖7)。本發(fā)明提供的制作納米管道的方法，基于側(cè)墻方法和濕法腐蝕方法，從而突破光 刻分辨率限制并提高制備納米管道效率。以下為具體實(shí)施例。實(shí)施例11、采用單晶硅片、SOI片等半導(dǎo)體或者絕緣材料作為襯底101 ；2、采用薄膜制備工藝，在襯底上制備電熱絕緣層氮化硅102 ；3、在電熱絕緣層氮化硅上LPCVD淀積多晶硅作為制作側(cè)墻基底103，然后通過光 學(xué)光刻和干法刻蝕形成側(cè)墻基底圖形，如圖2所示。4、PECVD淀積犧牲側(cè)墻材料二氧化硅104，如圖3所示；然后干法回刻形成犧牲側(cè) 墻，如圖4所示。5、用恒溫TMAH溶液漂去側(cè)墻基底(恒溫TMAH溶液對(duì)襯底氮化硅和側(cè)墻二氧化硅 的刻蝕選擇比很高)，TMAH溶液的溫度恒定在50 90°C中的某一值，如圖5所示。6、采用光學(xué)光刻和剝離工藝在犧牲側(cè)墻的一條邊上形成鎢的金屬條105，如圖6 所示。然后再用稀釋的氫氟酸將側(cè)墻漂去，與此同時(shí)，留下金屬鎢，從而形成金屬鎢的納米 管道，如圖7所示。實(shí)施例2具體步驟和條件同實(shí)施例1，不同之處在于采用SiO2作為電熱絕緣材料，氮化硅作 為側(cè)墻材料，采用熱濃磷酸作為腐蝕側(cè)墻的腐蝕液。
實(shí)施例31、采用單晶硅片、SOI片等半導(dǎo)體或者絕緣材料作為襯底101 ；2、采用薄膜制備工藝，在襯底上制備電熱絕緣層氮化硅102 ；3、在電熱絕緣層氮化硅上PECVD淀積二氧化硅作為制作側(cè)墻基底103，然后通過 光學(xué)光刻和干法刻蝕形成側(cè)墻基底圖形。如圖2所示。4、LPCVD淀積犧牲側(cè)墻材料多晶硅104，如圖3所示；然后干法回刻形成犧牲側(cè)墻。 如圖4所示。5、用氫氟酸溶液漂去側(cè)墻基底，如圖5所示。6、采用光學(xué)光刻和剝離工藝在犧牲側(cè)墻的一條邊上形成鎢的金屬條105，如圖6 所示。然后再恒溫TMAH溶液漂去側(cè)墻(恒溫TMAH溶液對(duì)襯底氮化硅和金屬W的刻蝕選擇 比很高)，TMAH溶液的溫度恒定在50 90°C中的某一值，與此同時(shí)，留下金屬鎢，從而形成 金屬鎢的納米管道，如圖7所示。實(shí)施例4具體步驟和條件同實(shí)施例3，不同之處在于采用SiO2電熱絕緣材料，氮化硅作為側(cè) 墻基底材料，采用熱濃磷酸作為腐蝕側(cè)墻基底的腐蝕液。實(shí)施例5具體步驟和條件同實(shí)施例1，不同之處在于采用氮化硅作為管道材料。實(shí)施例6具體步驟和條件同實(shí)施例2，不同之處在于采用SiO2作為管道材料。實(shí)施例7具體步驟和條件同實(shí)施例3，不同之處在于采用氮化硅作為管道材料。實(shí)施例8具體步驟和條件同實(shí)施例3，不同之處在于采用SiO2作為管道材料。實(shí)施例9具體步驟和條件同實(shí)施例4，不同之處在于采用氮化硅作為管道材料。實(shí)施例10具體步驟和條件同實(shí)施例4，不同之處在于采用SiO2作為管道材料。實(shí)施例11具體步驟和條件同實(shí)施例1，不同之處在于采用多晶硅作為管道材料。實(shí)施例12具體步驟和條件同實(shí)施例2，不同之處在于采用多晶硅作為管道材料。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)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
一種制作納米管道的方法，該方法包括如下步驟步驟1在襯底上生長(zhǎng)一層抗腐蝕的電熱絕緣材料層；步驟2在該電熱絕緣材料層上淀積一層基底材料層并用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻的基底；步驟3在該電熱絕緣材料層的上面和去除基底材料層的上面及側(cè)壁淀積側(cè)墻材料層；步驟4采用干法回刻，去除基底材料層上表面的側(cè)墻材料層及電熱絕緣材料層表面的側(cè)墻材料層，形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；步驟5用濕法腐蝕的方法去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；步驟6采用光刻+剝離工藝或者光刻+干法刻蝕工藝在該側(cè)墻材料層的相對(duì)兩側(cè)邊上搭上一條制作納米管道的抗腐蝕材料層；步驟7、用濕法腐蝕方法去除側(cè)墻同時(shí)留下抗腐蝕材料層，形成納米尺寸的管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米管道的方法，其中所述電熱絕緣材料層是氮化硅或 SiO2 ；所述基底材料層是SiO2、氮化硅或多晶硅；所述側(cè)墻材料層是SiO2、氮化硅或多晶硅； 所述抗腐蝕材料層是鎢、SiO2、氮化硅或多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米管道的方法，其中所述的襯底是半導(dǎo)體材料襯底或 絕緣材料襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米管道的方法，其中所述半導(dǎo)體材料襯底是硅片或 SOI片，所述絕緣材料襯底是SiO2或玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米管道的方法，其中所述基底材料層的厚度為20 2000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米管道的方法，其中所述側(cè)墻材料層形成的側(cè)墻的寬 度為5 200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米管道的方法，其中所述抗腐蝕材料層形成的納米管 道的寬度為5 200nm，高度為5 2000nm，長(zhǎng)度為毫米量級(jí)。
全文摘要
一種制作納米管道的方法，包括如下步驟在襯底上生長(zhǎng)一層抗腐蝕的電熱絕緣材料層；在該電熱絕緣材料層上淀積一層基底材料層并用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻的基底；在該電熱絕緣材料層的上面和去除基底材料層的上面及側(cè)壁淀積側(cè)墻材料層；采用干法回刻，去除基底材料層上表面的側(cè)墻材料層及電熱絕緣材料層表面的側(cè)墻材料層，形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；用濕法腐蝕的方法去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；采用光刻+剝離工藝或者光刻+干法刻蝕工藝在該側(cè)墻材料層的相對(duì)兩側(cè)邊上搭上一條制作納米管道的抗腐蝕材料層；用濕法腐蝕方法去除側(cè)墻同時(shí)留下抗腐蝕材料層，形成納米尺寸的管道。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101920931SQ20091008712
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者張加勇, 楊富華, 王曉東, 王曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所