专利名称：纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法
技术领域：
本发明涉及半导体行业微加工技术领域，尤其涉及一种纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法。
背景技术：
在硅表面进行微纳图形转移是半导体加工技术中的核心工艺之一。将预先定义好的图形以一定的厚度转移到硅片表面上，可充分利用硅的半导体电学性质、机械性能以及化学特性实现微纳结构的特殊功能。一般通过干法刻蚀和湿法腐蚀两种手段来实现硅表面的图形加工。通过光刻等手段在硅片表面定义出图形化的掩模，然后通过掩模的抗刻蚀或抗腐蚀能力实现在硅表面的图形转移。通过控制反应的时间来控制刻蚀的深度，最终实现深度可控的硅上微纳结构的制备。干法刻蚀和湿法刻蚀的缺点在于这两种方法都要事先定义掩模，且图形转移成功后，掩模需要及时去除，是一种一次性使用的图形化结构，使用效率低，且需要多次借助光刻，电子束曝光等手段形成掩模图形，工艺复杂，效率低。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法。( 二 )技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种纳米刻蚀印章。该纳米刻蚀印章包括:印章体，其底面具有待加工纳米图形的反相图形；保护层，至少形成于印章体与腐蚀液接触部分的表面，其材料为抗腐蚀液的材料；以及金属催化层，至少形成于反相图形与待刻蚀衬底接触部分的保护层上，其材料为可催化腐蚀液与待刻蚀衬底反应的材料。根据本发明的另一个方面，还提供了一种利用上述的纳米刻蚀印章进行纳米刻蚀的方法。该方法包括:配置待刻蚀衬底的腐蚀液；将待刻蚀衬底平浸入腐蚀液中；将纳米刻蚀印章压在待刻蚀硅片上，纳米刻蚀印章的金属催化层与待刻蚀衬底的表面相接触；以及刻蚀待刻蚀衬底至预设深度，将纳米刻蚀印章和待刻蚀衬底从腐蚀液中取出。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法具有以下有益效果:(I)在印章体上预先制备好了需要的纳米结构，通过金属催化腐蚀的手段可以直接将图形转移到衬底表面，图形化过程简单，无需附加掩模层，简化了纳米结构制备的工艺流程；(2)将金属催化层固定在印章体上，腐蚀过程结束后，金属催化层没有损耗，仍可以继续腐蚀其他批次的片表面，具有循环多次使用的优势；
(3)印章体由磁性材料构成，可由外部磁场提供接触压力，保证了纳米结构制备过程中的稳定性。
图1为依照本发明实施例的纳米刻蚀印章的立体图和截面图；图2为依照本发明实施例的纳米刻蚀方法的流程图。本发明主要元件符号说明10-印章体；20-保护层；30-金属催化层。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。本发明纳米刻蚀印章将金属催化层通过保护层固定在含有纳米结构一侧的印章体上。基于金属催化腐蚀的原理，在腐蚀液的环境中，凸出部分的金属催化层与硅片接触，在金属催化层与硅接触的界面，硅中的电子易被某些贵金属原子获取，并最终传递到腐蚀液中，对应的硅原子被腐蚀液消耗，经历一段反应时间后，可形成一定深度的硅结构。在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于硅片表面纳米结构制备的纳米刻蚀印章。如图1所示，该纳米刻蚀印章包括:印章体10，其底面具有待加工纳米图形的反相图形；保护层20，至少形成于所述印章体10与腐蚀液接触部分的表面，为抗硅腐蚀液的材料；金属催化层30，至少形成于所述反相图形与待刻蚀硅片接触部分的保护层上，可催化腐蚀液与待刻蚀衬底反应的材料，例如是贵金属材料。以下分别对本实施例硅刻蚀印章的各个组成部分进行详细说明。印章体10的材料为铁、钴、镍等磁性材料。该磁性材料能够结合外部环境中施加的磁场，使印章的反相图形更加紧密、稳定地与硅片表面接触，促进催化腐蚀的进行。印章体10的底面具有待加工纳米图形的反相图形。通过控制与硅接触的与该反向图形对应的金属催化层的图形形貌，即可在腐蚀结束后得到互补形貌的硅结构。在图1所示的印章中，保护层20覆盖于整个印章体10上。本领域技术人员应当清楚，其仅为本发明的一个优选方案。在本发明中，只要保证印章体与腐蚀液接触部分有保护层即可，从而避免印章体与腐蚀液直接接触，达到保护印章体的目的。对于硅刻蚀而言，其腐蚀液一般为氢氟酸溶液。因此，保护层20应当为抗氢氟酸溶液腐蚀的材料，例如聚对二甲苯、六甲基硅氧烷、聚酰亚胺等等。金属催化层30形成于待加工纳米图形反相图形的保护层上，其材料为金、钼等贵金属。金属催化层通过保护层固定在制成的印章体上。基于金属催化腐蚀的原理，在腐蚀液的环境中，凸出部分的金属催化层与硅片接触，在金属催化层与硅接触的界面，硅中的电子易被某些贵金属原子获取，并最终传递到腐蚀液中，对应的硅原子被腐蚀液消耗，经历一段反应时间后，可形成一定深度的硅结构。通过控制腐蚀时间，可以控制图形的深度。印章上的金属催化层在反应过程中不存在消耗问题，可重复使用。至此，本实施例纳米刻蚀印章介绍完毕。本领域技术人员根据上面的描述，应当对本发明纳米刻蚀印章有了清楚的认识。基于上述纳米刻蚀印章，本发明还提供了一种利用上述纳米刻蚀印章进行纳米刻蚀的方法。请参照图2，本实施例方法包括以下步骤:步骤A，配置氢氟酸腐蚀液，该氢氟酸腐蚀液的浓度一般为40%，本领域技术人员可以根据需要进行调整；步骤B，在腐蚀液容器底面的下方放置磁体，该磁体可以为普通的磁铁或者电磁铁；步骤C，将待刻蚀硅片平放入腐蚀液容器中，浸入腐蚀液中；步骤D，将纳米刻蚀印章压在待刻蚀硅片上，金属催化层30与待刻蚀硅片的表面相接触，由于印章体10为磁性材料制成，因此，印章体上的反相图形能够紧密、稳定的压在娃片表面；步骤E，通过控制腐蚀时间，控制待加工纳米图形的深度，其中，该腐蚀时间与腐蚀液浓度、温度等因素有关，可以预先通过实验来测定。至此，本实施例纳米刻蚀方式介绍完毕。需要说明的是，虽然上述实施例均以对硅片进行刻蚀为例进行说明，但本领域技术人员应当了解，其同样适用于其他类型的衬底材料，例如:GaN材料、锗材料等等，相应的腐蚀液也会随材料的不同而改变。这些均为本领域内的通用技术，此处不再赘述。通过上述两实施例的说明，可见，本发明纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法可重复对多个硅片表面进行选择性刻蚀，一次性实现对纳米结构的图形化和深度的控制，具有可重复性、精准性以及对转移图形深度的可选择性等优点，为纳米加工领域提供了全新的图形转移手段。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种纳米刻蚀印章，其特征在于，包括: 印章体，其底面具有待加工纳米图形的反相图形； 保护层，至少形成于所述印章体与腐蚀液接触部分的表面，其材料为抗腐蚀液的材料；以及 金属催化层，至少形成于所述反相图形与待刻蚀衬底接触部分的保护层上，其材料为可催化腐蚀液与待刻蚀衬底反应的材料。
2.根据权利要求1所述的纳米刻蚀印章,其特征在于,所述印章体的材料为磁性材料。
3.根据权利要求2所述的纳米刻蚀印章，其特征在于，所述磁性材料为铁、钴或镍。
4.根据权利要求1所述的纳米刻蚀印章，其特征在于，所述保护层的材料为聚对二甲苯、六甲基硅氧烷或聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的纳米刻蚀印章，其特征在于，所述可催化腐蚀液与待刻蚀衬底反应的材料为金或钼。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米刻蚀印章，其特征在于，所述衬底为:硅衬底、锗衬底或氮化镓衬底，所述腐蚀液为对该衬底对应的腐蚀液。
7.根据权利要求6所述的纳米刻蚀印章，其特征在于，所述衬底为硅衬底，所述腐蚀液为氢氟酸溶液。
8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的纳米刻蚀印章进行纳米刻蚀的方法，其特征在于，包括: 配置待刻蚀衬底的腐蚀液； 将待刻蚀衬底平浸入所述腐蚀液中； 将所述纳米刻蚀印章压在待刻蚀硅片上，所述纳米刻蚀印章的金属催化层与待刻蚀衬底的表面相接触；以及 刻蚀所述待刻蚀衬底至预设深度，将所述纳米刻蚀印章和待刻蚀衬底从腐蚀液中取出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述印章体的材料为磁性材料； 所述将纳米刻蚀印章压在待刻蚀硅片的步骤之前还包括:在腐蚀液容器底面的下方放置磁体； 所述将纳米刻蚀印章压在待刻蚀硅片上的步骤中，磁性材料的印章体与磁体产生磁力作用，以使金属催化层与待刻蚀衬底紧密接触。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述待刻蚀衬底至预设深度的步骤中，通过控制腐蚀时间来控制腐蚀深度。
全文摘要
本发明提供了一种纳米刻蚀印章。该纳米刻蚀印章包括印章体，其底面具有待加工纳米图形的反相图形；保护层，至少形成于印章体与腐蚀液接触部分的表面，其材料为抗腐蚀液的材料；以及金属催化层，至少形成于反相图形与待刻蚀衬底接触部分的保护层上，其材料为可催化腐蚀液与待刻蚀衬底反应的材料。本发明纳米刻蚀印章及利用其进行纳米刻蚀的方法中，在印章体上预先制备好了需要的纳米结构，通过金属催化腐蚀的手段可以直接将图形转移到衬底表面，图形化过程简单，无需附加掩模层，简化了纳米结构制备的工艺流程。
文档编号B81C1/00GK103145092SQ20131006255
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者裴为华, 陈三元, 归强, 陈弘达 申请人:中国科学院半导体研究所