专利名称：奈米结构微型化的方法
技术领域：
本发明一种奈米结构微型化的方法，它与制备更微型化
奈米尺度的奈米结构有关，特别是为现有各种奈米结构和器
件的奈米尺度提供了更进一步微型化的方法，尤其可直接利
用现行制造设备所能达到的最小奈米尺度极限下，而制备出
尺度更为较小的奈米结构量子占 "、、或尺度更细的奈米线结构与
尺度更窄的奈米环结构
背景技术：
:
奈米科学发展至今，己被广泛地应用于各种领域上，尤其
在半导体工业中己不断地制造出许多奈米器(元)件，例如:在
电子学上，单电子电晶体(SET)及自旋阀(spin-valve)因奈米结
构化，使得其可仅通过数个电子，而非以成千上万的电子来
运作，不仅导致超低的能量消耗，且在功率消耗上也显著减
弱，并带来更快的开关速度；在光电子学上，则可由奈米结
构的小尺寸效应，而具有调制量子点矽光学雷射特性的功》女；
在感测器件应用上，奈米感测器和奈米探测器均能够测量极
其微量的化学和生物分子，而具有探测细胞内的功能将促
使生物医学上可发展出迷你型的侵入诊断技术；其它奈米尺
寸量子点的器件应用，有铁磁量子点磁记忆媒体、量子点白
旋过滤器及自旋记忆器等也均是朝向蓬勃的发展中。
然而上述各种奈米器(元)件的尺寸在縮小到 一 定程度 时，基础物理极限就会限制更小尺寸奈米结构的制备能力，
使得无法再朝向更微小化去突破，如图1至图3所示，为习
知以奈米微影制程(nano-lithography)所得的奈米结构，其施 作步骤为(A).先将预期的奈米图形Q设计于光罩(mask)M 上，再将该光罩M置放于表面涂布有阻剂(resist)2的基材1 上方(如图1所示)；(B).以光束e穿过光罩M上的各奈米图形 Q后形成曝光，再经过显影之后，即会在基材l表面的阻剂2 上成型出与原设计于光罩M上相同图形Q的奈米孔3的结构 (如图2所示)；(C).以镀源装置40将气体分子或原子型态的 镀源材料B直接镀着在该奈米孔3的周围与底部位置上(如图 3中的X和Y两视图所示)；(D).最后再以溶剂将阻剂2消除 后，即可在基材1表面上得到所需奈米结构的奈米点4 (如图 3中的Z视图所示)。
前述的习知制程因受限于有光刻技术的精度极限，使得 目前最精密的奈米尺寸只能达到60~65奈米(nm)，因此转印 曝光来自光罩M的奈米孔3，其奈米尺寸均在60奈米(nm)
以上，相对地其制备所得到的奈米点4的奈米尺寸也是在60
奈米(nm)以上，故前述习知奈米尺寸量子点器件的物理极限
尺寸至今仍是停留在60奈米(nm)以上，因此如何突破使得该
奈米孔3的奈米尺度再为更小，乃是至今各个领域产业专家
们所急欲解决的技术难题，同时在解决过程中又得遵守成本
花费不可太高的原则，致使选择技术突破的方式相当困难，
了解奈米科技的科学家或奈米技术的制备专家们，都知道要
做出小于50奈米或小至1 2奈米的元件的好处，但至今仍见
不到有任何特别好的方法被提出或发表或应用
发明内容
本发明一种奈米结构微型化的方法，其主要百的在利用
现有生产制造奈米尺度结构的设备下，不必改变或重新设计
其原有制备奈米尺寸设备的精准度，即可制备出具有较现行
所有奈米尺度更为微小的奈米尺度的结构，并具有提升及突
破现有制备奈米结构设备的物理极限，进而能达成各种奈米
应用组件、奈米线路及奈米接线等的再微型化。
本发明的另一目的是在于提供一种奈米结构微型化的方
法，其步骤包含在既定成长(型)于基材(substrate)上的奈米
结构筒状细孔(pore)的顶部开口上，以原子或分子态的材料堆
积黏着于该顶部开口，使其顶部开口的口径逐渐縮小而形成
一较原有顶部开口 口径为小的奈米縮小口 (reduced nano-aperture);再将气体分子或原子型态的镀源材料直接穿 透该奈米縮小口，即可直接在奈米结构筒状细孔的底部基材 上，形成小于60奈米(nm)以下的量子点或奈米线或奈米环等 的奈米结构，使其可直接立即地被应用于半导体工业中所需 更微型化的器件，或对生物及化学探测器等提供持续微型化 之应用。
本发明的技术方案再详细叙述如下
本发明一种奈米结构微型化的方法，包含以下步骤
(a)提供—基材及包括一层成型于该基材上的奈米筒状细孔；
(b)缩小奈米筒状细孔的顶部开口的尺寸；
(c)以一奈米结构成型材料来穿透过缩小尺寸的顶部开口，在
基材的表面上形成一奈米结构，该奈米结构的大小尺寸与该
縮小尺寸的顶部开口的大小尺寸相同；及
(d)去除基材上至少成型有奈米筒状细孔一层的部分，也包
括该奈米筒状细孔的部分。
其中步骤(b)包含将 一 沉积材料堆积于该奈米筒状细
孔的顶上山 顺边缘，以形成该縮小开口结构，该縮小开口的堆积
方式是从该顶端边缘以径向朝内延伸。
其中，步骤(b)更进一步包含将该基材放置于一与该顶
端边缘的沉积材料的入射角成一非零倾斜角度的可移动式平
台上，当堆积该沉积材料时，将该可移动式平台旋转至少一
周以上用以将该沉积材料堆积于该边缘的 一 周边上等步骤。
其中，当堆积该沉积材料时，更进 一 步包含将该可移动 式平台旋转复数次以更进一步縮小该顶部开口的大小尺寸 的步骤。
其中，当堆 来做监测该缩小 式平台旋转速度
其中，步骤 筒状细孔，并且
其中，该縮
其中，该縮 上来达成。
其中，该縮小开口是用喷溅蚀刻方式在该封闭顶部上来达成。
其中，该奈米结构成型材料是被直接沉积于该基材上而形成该奈米结构
其中，该奈米结构成型材料包括一蚀刻剂，且该奈米结构包括该基材上的一蚀刻区。
其中， 更进一步包含将一第二奈米结构成型材料直接沉
积在该基材上一蚀刻区的步骤。
其中，该奈米结构的直径是与该縮小开口的直径相同以
形成—量子点。
其中，步骤(c)包含在该奈米结构成型材料的源头与縮
小开之间加装一准直器的步骤。
其中，步骤(c)包含将该基材放置于一可移动式平台上，
以及当该奈米结构成型材料穿透该縮小开口，并将该奈米结
构成型材料直接沉积于该基材上形成一具有宽度比该奈米筒
状细孔直径更小的奈米线时，该可移动式平台作线性移动等
的步骤
其中，步骤(c)包含将该基材放置于一可移动式平台上，
积该沉积材料时，更进 一 步包含利用膜厚计 顶部开口的直径大小，以作为控制该可移动 快慢依据的步骤。
(b)包含对于一种具有封闭顶部形态的奈米 在其封闭顶部上形成缩小开口的步骤。 小开口是透过蚀刻该封闭顶部而来达成。 小开口是以使用 一 种蚀刻材料在该封闭顶部
以及当在该基材上形成一具有大小尺寸比该奈米筒状细孔直 径更小的奈米环时，将该可移动式平台作三度空间移动等的步骤。
其中，步骤 (d)包含以湿式蚀刻法将包括该奈米筒状 细孔在内的该层除去的步骤。
其中，步骤(d)包含以干式蚀刻法将包括该奈米筒状细 孔在内的该层除去的步骤。 其中，该基材上的 一 层是为光阻剂。
其中，更进一步包含将该基材放置于一可移动式平台上， 以及当形成第一奈米结构之后，将该可移动式平台移动以再 继续形成至少一个以上的该奈米结构等的步骤。
其中，该奈米结构是为一具有直径比该奈米筒状细孔直 径更小的量子点。 其中，该奈米结构是为一具有宽度比该奈米筒状细孔直径更 小的线条。
其中，该奈米结构是为一具有大小尺寸比该奈米筒状细 孔直径更小的环形。
其中，该奈米结构是为一单电子晶体中的一电极。
其中在一奈米筒状细孔的顶部开上形成奈米缩小
口的方法，是包括将一沉积材料堆积于该奈米筒状细孔的顶
端边缘以形成—结构的步骤，而该堆积方式是从该奈米筒状
细孔 门的顶端边缘以径向朝内延伸的方式来形成该奈米缩小
其中，该奈米筒状细孔是被包括在—基材上形成的一层
里，更进一步包含将该基材放置在一与该顶端边缘的沉积材
料的入射角成一非零倾斜角度的可移动式平台上，以及当堆
积该沉积材料时将该可移动式平台旋转至少一周以上以将
该沉积材料堆积于该环形边缘之—周边上，以缩小该顶部开
口得大小尺寸等的步骤
其中，更进一步包含将该可移动式平台旋转复数次以更
进一步縮小该顶部开之大小尺寸的步骤
其中，当堆积一部份的该沉积材料时将该可移动式平
台旋转并停留于第一位置而当堆积进一步的部份该沉积材
料时，则将该可移动式平台旋转并停留于至少一个以上的第
一位置
中，当堆积该沉积材料时该可移动式平台是为被连
续旋转。
其中，当沉积该沉积材料时，更进—步包含利用膜厚计
来做监测该縮小顶部开p的直径大小以作为控制该可移动
式平台旋转速度快慢依据的步骤
其中，其在—奈米筒状细孔的顶部开口上形成—奈米缩
小□的方法，更包含对具有封闭顶部形态的奈米筒状细孔，
并且在该封闭顶部形成该奈米縮小等的步骤
其中，该奈米縮小□是透过蚀刻该封闭顶部来达成
其中，该奈米縮小是以使用—蚀刻材料在该封闭顶部
上来达成。
其中，该奈米縮小□是以喷溅蚀刻该封闭顶部来达成
其中其在一基材上形成一奈米结构的方法，所包括的步骤
为提供一具有顶部开的奈米筒状细孔而该顶部开口的直
径是小于该奈米筒状细孔的直径，以及将一奈米结构成型材
料穿过该顶部开以在该基材上的表面上直接形成一奈米
结构，而该奈米结构的大小尺寸相当于该縮小顶部开的大
小尺寸
其中，其在一基材上形成一奈米结构的方法，所包括的
步骤为提供一員有顶部开□的槽孔，而该顶部开p的宽度是
小于该槽孔的宽度以及将一奈米结构成型材料穿过该顶部
开□以在该基材上的表面上直接形成—奈米结构，而该奈米
结构的宽度相当于该顶部开的宽度
其中，该奈米结构是为一奈米连结导电线。
本发明优点及功效在于利用现有生产制造奈米尺度结 构的设备下，不必改变或重新设计其原有制备奈米尺寸设备 的精准度，即可制备出具有较现行所有奈米尺度更为微小的 奈米尺度的结构，并具有提升及突破现有制备奈米结构设备 的物理极限，进而能达成各种奈米应用组件、奈米线路及奈 米接线等的再微型化。
图1:为习用奈米转印技术微影制程中光罩与基材的立体示
意图。
图2 :为图1中A-A线的剖面视图。
图3 :为习用制备奈米点结构的流程图。
图4 :为习知利用build-up或build-down等方法制程中所得
出奈米结构圆筒状细孔的立体图。
图5 (a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)、 (f)、 (g):为本发明在奈米
结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小口的流程示意图。
图6 :为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部完成奈米縮小
口的剖面示意图。
图为本发明中在奈米縮小口施作奈米量子点的作动示意
图。
图8 (a)、(b)、(c)、(d)、(e):为本发明在基材表面上长成
奈米量子点的作动示意图。
图9 :为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之一。
图1 0 ::为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之二。
图11:为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之三。
图12:为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之四。
图1 3 :为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之五。
图14:为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另一实施例的示意图之六。
图1 5 :为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另 一实施例的示意图之七。
图16:为本发明在奈米结构圆筒状细孔的顶部施作奈米縮小
口的另 一实施例的示意图之八。
图17:为本发明在基材表面上长成奈米线的流程示意图
图18 (m)、 ( n)、 (o)、 ( p)、 ( q)、 ( r)、(s):为本发明在基
材表面上长成奈米环的流程示意图
图19:为具有封闭顶部的奈米结构圆筒状细孔的示思图
图20:为本发明另一实施例的示意图之一
图21 :为本发明另 一 实施例的流程示意图之—
图22 :为本发明另 一 实施例的流程示意图之二
图23 :为单电子电晶体的基本电路图。
图24 :为本发明在基材表面上制备单电子电晶体之源极、汲
极、浮闸与门极等奈米量子点的流:程示:意图1 o
图25 :为本发明施作奈米接线流程的立体示意图。
图26 :为本发明施作奈米接线的剖面示意图之一
图27:为本发明施作奈米接线的剖面示意图之一
图28 :为本发明施作奈米接线的剖面示意图之二
图29:为本发明施作奈米接线的剖面示意图之四图30:为本发明在奈米縮小口施作腐蚀材料的示意图。 图31:为本发明在基材表面上蚀刻奈米凹陷点的示意图。 图32:为本发明在基材表面上蚀刻奈米凹陷线条的示意图。
图33 (k)、 (1)、 (m)、 (n)、 (o)、 (p)、 (q):为本发明在基 材表面上蚀刻奈米凹陷环的示意图。
图中标号说明如下
I- 基材 3-奈米孔
10、 80-奈米结构筒状细孔
II- 顶部开口 40-镀源装置 60-奈米线 8 1 -奈米缺口 101-顶部条状开口 300-奈米线路 601-奈米凹陷线条 A-封口材料 D-汲极 I-浮闸 Q-奈米图形
①、Oi、 02 9、 0i、 92、 63、 64、 65、 96、
2-阻剂
4、 30、 90-奈米量子点
20-奈米縮小口 50-准直器 70-奈米环 100-奈米结构条状细槽 200-奈米縮小条状口 301-奈米凹陷点 701-奈米凹陷环 料 C-腐蚀材料 G-闸极 P-转台 斜台 S-源极
07-倾斜角度
B -镀源材 e-光束 M-光罩 R-旋转倾 03、 0)4-旋转角度
具体实施例方式
请参阅图4所示，为习知利用build-up或build-down等 方法制程中所得出的既有奈米结构筒状细孔10，该习知奈米 结构筒状细孔10的最小尺寸只能达到60奈米(nm)或60奈米
(nm)以上，其制备方式可选择包括光刻微影技术、奈米转印 技术(nano imprinting)、分子束磊晶技术(MBE)、化学气相沉 积技术(MOVCD)等的任一种方式来达成。
如图4至图8所示，本发明奈米结构微型化的方法，其 步骤包含
(a) 在既定成长(型)于基材(substrate)l阻剂(resist)2上的 奈米结构筒状细孔(pore) 10的顶部开口 11上(如图4中的B-B 视图所示)，先以原子或分子态的封口材料A堆积黏着于该顶 部开口 ll，使该顶部开口 ll的口径逐渐縮小而形成一较原顶 部开 口 11 的 口 径为小的奈米縮小 口 (reduced nano-aperture)20(如图5的g视图和图6所示)；
(b) 将气体分子或原子型态的镀源材料B直接穿透该奈米 縮小口 20后(如图7和图8的a视图所示)，即直接在该奈米 结构筒状细孔IO的底部基材l表面上形成与奈米縮小口 20 的口径相同尺度的奈米量子点(quantum dot)30(如图8中的a、 b 、 c及d视图所示)；及
(c) 以溶剂洗涤(即湿式蚀刻 wet etching)或气体腐蚀(即 千式蚀刻dry etching)等方式将基材1阻剂2上的奈米结构筒 状细孔1 0消除，即可在基材1上得到所需长成较小奈米尺度 的量子点30的结构(如图8的e视图及其相对应视图所示)。
其中，该步骤(a)中在奈米结构筒状细孔10的顶部开口 11所形成奈米縮小口 20的施作方式如图5所示，其步骤包含
(l).先将基材1置放固定于具有三维空间倾斜角度及旋 转功能的旋转倾斜台R上，并调整该旋转倾斜台R成 一 倾斜 角度e(如图5中的a视图所示，即该奈米结构筒状细孔10的 顶部开口 11中心轴线与镀源装置40的输出方向的夹角度值 为90° — 9)，使得原子或分子态的封口材料A能在奈米结构筒 状细孔IO的顶部开口 ll的最底端口缘位置(如图5中a视图 所对应侧视图的图号A所标示处)上，产生局部堆积封口的结
果(如图5中a视图及其所对应的侧视图所示)；及
(2).令该旋转倾斜台R固定在该倾斜角度e的倾斜位置
上再经逐渐旋转该旋转倾斜台R —圈后(如5图中b、 c、d、
c 、f等视图及其各自所对应的各侧视图所示)，则该原子或分
子态的封口材料A即可在奈米结构筒状细孔IO的顶部开
11上堆积出较顶部开口 1 1的口径为小的奈米縮小口 20(如图
中g视图及其对应的侧视图所示)。
在前述步骤(2).中，另可对该旋转倾斜台R增加旋转的圈
数，以获得更小口径的奈米縮小口 20 ，且该奈米缩小口20
的径大小可利用市售的膜厚计来做实时的度量监测，以作
为控制旋转倾斜台R旋转速度快慢的依据，因而能达成所预
期□径大小的奈米縮小口 20 ，符合其后续预期所需各种奈米
尺寸规格的量子点30的奈米结构。
此外，该上述步骤(a)中在奈米结构筒状细孔IO的顶部开
i1所形成奈米縮小口 20的施作方式亦可更换成将基材1
固定不动，而令镀源装置40进行绕着该基材l移转一圈仍能
达成，如图9至图1 6所示，其步骤包含
(l).把基材1固定在水平方向，使该成型于阻剂2上的奈
米结构筒状细孔IO的顶部开口 ll方向朝垂直向上，并将镀
源装置40朝向该顶部开口 11的顶缘且彼此相互倾斜形成—
倾斜角度6(如图9中a-a视图所示)的夹角后，则原子或分
子态的封口材料A即可在该顶部开口 ll相对于镀源装置40
较远的顶缘口位置(如图9中a-a视图的图号A所标示)上，产
生局部堆积封口的结果(如图9中a-a视图及其所对应的视图
所示);及
(2).令该镀源装置40固定在该倾斜角度e的倾斜位置上， 再以该基材l为中心而逐渐进行绕转一圈后(如IO图至图16 及其各自所对应之b-b、 c-c、 d-d、 e-e、 f-f、 g-g、 h-h等剖 视图所示)，则该原子或分子态的封口材料A即可在奈米结构
筒状细孔IO的顶部开口 ll上堆积出较顶部开口 ll的口径为 小的奈米縮小口 20(如图16及其h-h剖面视图所示)。
又，在前述步骤(a)中的气体分子或原子型态镀源材料B 由镀源装置40所提供输出，为使得气体分子或原子型态的镀 源材料B能以直线路径方式穿透过奈米縮小口 20，可于该镀 源装置40与奈米縮小口 20之间加装 一 准直器50(如图7所 示)，其能有助于导引该气体分子或原子型态镀源材料B的行 进方向更为一致性，进而增加底部基材l表面上所形成奈米 量子点30的可靠度。
因此，依前述步骤(a)、(b)及(c)所完成的奈米量子点30(如 图8中e视图所示)的结构，由气体分子或原子型态的镀源材 料B穿透成型于基材(substrate)顶面阻剂2上的奈米结构筒状 细孔IO的顶部奈米缩小口 20后，再于该基材l表面上附着 所形成的奈米凸出点，其最外周边缘的形状是由非规则曲线 连接圈围而成，且尺寸大小与奈米縮小口 20的口径尺寸大小 相同，因该奈米縮小口 20的口径小于奈米结构筒状细孔10 的口径，故最后于基材l表面上所长成奈米量子点30的奈米 尺寸绝对会小于原有奈米结构筒状细孔10的奈米尺寸；例 如，假如原有奈米结构筒状细孔10的奈米尺度为60奈米 (nm),而其顶部开口 11经过被封小后的奈米縮小口 20的口 径为1 0奈米(nm)，则最后在基材1表面上所长成奈米量子点 30的奈米尺寸即为10奈米(nm)，因而确实可达成让现存奈米
结构更微型化的结果
再如图1 7所示，为本发明的第二实施例，当欲制备更微
型化的奈米线60时，只需将基材1置放固定于具有二维空间
倾斜角度功能的转台p上，经由逐次依序分别调整该转台P
的左、右倾斜角度、e2及e3等角度(如图17中> g、h、,i
等视图及其各自所对应的各视图所示)，即可使分子或原子型
态镀源材料B依序穿透该奈米縮小口 20后，而逐次连续地在
基材l表面长成一条较奈米结构筒状细孔io更微型化结构的
奈米线60(如图17中的j视图及其对应的视图所示)；因此， 该奈米线60的结构，是由气体分子或原子型态的镀源材料B， 经由逐次依序调整奈米縮小口 20的不同倾斜角度e后，再于 该基材l表面上逐次接续地附着所形成的奈米凸出线条，而 其线条的最大宽度会等于或小于该奈米縮小口 20的口径，且 线宽的两侧边形状是由非规则的线条(如图17中j视图的视图 所示)所接续而成。
再如图1 8所示，为本发明的第三实施例，当欲制备更 微型化的奈米环70时，只需将基材1置放固定于具有三维空 间倾斜角度及旋转功能的旋转倾斜台R上，经由对该旋转倾 斜台R做逐次依序旋转出各旋转角度Oh 、 0>2、 03、 04,以
及配合其各前、后、左、右的倾斜角度e4、 e5、 e6、 e7后(如
图18中m、 n、 o、 p、 q、 r、 s等视图及其各自所对应的各视 图所示)，即可使分子或原子型态镀源材料B依序穿透该奈米 縮小口 20后，而逐次连续地在基材l表面长成一圈较奈米结 构筒状细孔IO更微型化结构的奈米环70(如图18中的s视 图及其对应视图所示)；因此，该奈米环70的结构，是由气 体分子或原子型态的镀源材料B，经由逐次依序调整奈米縮 小口 20的倾斜角度6与旋转角度0后，再于该基材1表面 上逐次接续地附着所形成的奈米凸出环，而其凸出环的最大 外径尺寸会等于或小于该奈米縮小口 20的口径尺寸，且构成 环形线条的两侧边形状是由非规则的线条(如图1 8中s视图 所示)所接续圈围而成。
如第图19至图22所示，为本发明的第四实施例，当遇 有某些既定成长(型)于基材1阻剂2上的奈米结构筒状细孔 80的顶部是封闭的型态时(如图19所示)，其步骤包含
(a)将具有封闭顶部的奈米结构筒状细孔80，以溶剂或高 能气体粒子于其封闭顶部上先蚀刻或撞击出一奈米缺口
8 1 (如图2 0所示)；
(b) 以气体分子或原子型态的镀源材料B直接穿透该奈米 缺口 81后(如图21所示)，即直接在该奈米结构筒状细孔80 的底部基材l表面上形成与奈米缺口 81的口径相同尺度的奈 米量子点(quantum dot)90(如图22中的a、b、c及d视图所示)； 及
(c) 以溶剂洗涤(即湿式蚀刻 wet etching)或气体腐蚀(即 干式蚀刻dry etching)等方式将基材1阻剂2上的奈米结构筒 状细孔80消除，即可在基材1上得到所需长成较小奈米尺寸 的奈米量子点90的结构(如图22中的e视图所示)。
其中，依该步骤(a)、 (b)及(c)所制备的奈米量子点结构， 仍可配合前述各实施例的方式而制备出奈米线及奈米环等奈 米结构。
如图23所示，是已被发表的单电子电晶体(Single Electron Transistor, 简称S E T)的基本电路图，是具有源极 (source)S、汲极(drain)D与门极(gate)G的三极体，其基本电 路除包括源极S ，汲极D与闸极G外，尚有 一 可储存电荷的 浮闸(island)I,介于源极S与汲极D之间，且此储存电荷的 浮闸I的电容极小，相对而言其颗粒大小为奈米级尺度，进 而形成小尺寸量子点(quantum dot, QD)所特有的库仑障壁 (Coulomb Blockade)的效应，而在量子点两端则为极微小 的穿透性接合(tunnel junctions);此结构的特点是在量子点内 形成不连续能阶(discrete energy level),只有当源极S、汲极 D内的费米能阶(Fermi level)和量子点内的能阶排成一线对 准时，电子才能经由量子点从源极S流至汲极D，如此便可 控制每次流过的电子数目，甚至在理想状态下可达到每次只 有 一 个电子通过，因此该源极S 、汲极D及浮闸I三者之间 的距离及其大小尺寸，将会影响整个单电子电晶体的性能 (performance)和良率，以现行的技术要达到前述的要求，相
当困难且制备之成本极为高昂，也是至今仍尚未被大量生产
使用于半导体或电子产业的主要原因；但如果采用本发明制
备奈卑旦 木里子点的方式，即可立即进入量产并推广于半导体或
电子产业上使用，因为本发明能精确地控制其源极S 、汲极D 、
浮闸I与闸极G等量子点间的位置、大小、成份以及密度等
条件，其施作方式可交互配合本发明中各实施例所述的方式
来达成，如图24所示，其步骤包含
(I )在既定成长(型)于基材1阻剂2上之奈米结构筒状细 孔IO的顶部开口上，先以原子或分子态的封口材料A堆积黏 着于该顶部开口，并使其顶部开口的口径逐渐縮小而形成一 较原顶部开口的口径为小的奈米縮小口 20 ;
(II )将基材1固定在水平方向，则镀源材料B在正对于 该奈米縮小口 20位置的基材1表面上会鍍着出所预期位置的 第 一 奈米量子点的浮闸I(如图24中的1-1视图所示)；
(III )令基材1以该奈米縮小口 20为中心向右倾斜 一 倾斜 角度6!，则镀源材料B在该浮闸I的右侧位置的基材1表面 上会镀着出第二奈米量子点的汲极D(如图24中的2-2视图所 示)；
(IV )再次以奈米縮小口 20为中心向左倾斜 一 倾斜角度 92 ，则镀源材料B在该浮闸I的左侧位置的基材1表面上会 镀着出第三奈米量子点的源极S (如图24中的3-3视图所示)； 及
(V )最后以奈米縮小口 20的中心线作为轴心而旋转 一 旋 转角度O ,则镀源材料B在该浮闸I的前侧位置的基材1表 面上会镀着出第四奈米量子点的闸极G (如图23中的4-4视 图所示)；
其中，当前述该倾斜角度e,与倾斜角度e2的角度为相等
时，则反应在镀着于基材1表面上该浮闸I与汲极D之间的 距离D2 ，就会等于该浮闸I与源极S之间的距离D 1 ;另该 浮闸I与闸极G之间的距离D3则是透过旋转角度O的大小来控制(如图24中的5-5视图所示)，因此，经由倾斜角度e
与旋转角度0的可调控定位下，即可使该源极S 、汲极D 、
浮闸I与闸极G之间的距离大小，或是单位面积上所需要的
密度等要求均能非常精准地达成，甚至各个量子点如被要求
各白有不同材质成份的要求时，也仅需透过选用不同的镀源
材料来搭配即可满足其要求，使得本发明的适用范围与应用
扩充性极广，且其均又都是在室温下可操作，故整体之效益
相当高但却又价廉。
至于在奈米线路或奈米元件之间所需的奈米接线，也可
使用本发明的方法来实现，如图25至图29所示，其步骤包
含-
(a)在既定成长(型)于基材(substrate)l阻剂(resist)2上的奈米结构条状细槽IOO的顶部条状开口 101上(如图25中的a
视图及图26所示)，以原子或分子态的封口材料A堆积黏着
于该顶部条状开口 101，使该顶部条状开口 101的开口宽度
逐渐縮小而形成一较原顶部条状开口 101的开口宽度为小的
奈米縮小条状口 200(如图25中的b视图及图27所示)；
(b)将气体分子或原子型态的镀源材料B直接穿透该奈米
縮小条状口 200后(如图28所示)，即直接在该奈米结构条状
细槽IOO的底部基材l表面上形成与奈米縮小条状□ 200的
开宽度相同尺寸的奈米线路300(如图25中的c视图及图
29中的a、 b、 c、 d视图所示)；及
(c)以溶剂洗涤(即湿式蚀刻 wet etching)或气体腐蚀(即 干式蚀刻dry etching)等方式将基材1阻剂2上的奈米结构条 状细槽1 00消除，即可在基材1上得到所需长成较小奈米宽 度的奈米线路300的结构(如图25中的d视图及图29中的e
视图所示)。
如图30及图3 1所示，当本发明制备奈米量子点过程中
的镀源装置40所输出为气体分子或原子型态的腐蚀材料C 时(如图30所示)，则该气体分子或原子型态的腐蚀材料C会 在穿透成型于基材(substrate)顶面阻剂2上的奈米结构筒状 细孔IO的顶部奈米縮小口 20后，再于该基材l表面上蚀刻 形成 一 奈米凹陷点301(如图31中e视图所示)，而其最外周 边缘的形状是由非规则曲线连接圈围而成，且其周围尺寸等 于或小于该奈米缩小口 20的口径。
再如图32所示，当本发明制备奈米线过程中的镀源装 置40所输出为气体分子或原子型态的腐蚀材料C时，先经 由逐次依序调整奈米縮小口 20的左、右倾斜角度9i、 e2及e3 等角度后(如图32中f、 g、 h、 i等视图及其各自所对应的各 视图所示)，则该气体分子或原子型态的腐蚀材料C会在基材 1表面上逐次接续地蚀刻形成 一 奈米凹陷线条601 (如图32中 j视图所示)，而其线条的最大宽度会等于或小于该奈米縮小 口 20的口径，且线宽的两侧边形状是由非规则的线条所接续 而成(如图32中j视图对应的视图所示)。
又如图33所示，当本发明制备奈米环过程中的镀源装 置40所输出的为气体分子或原子型态的腐蚀材料C时，先 经由逐次依序调整奈米縮小口 20的各旋转角度Oh 、 02、 0>3、
o4，以及配合其各前、后、左、右的倾斜角度e4、 e5、 e6、 e7， 则该气体分子或原子型态的腐蚀材料c会在该基材i表面上
逐次接续地蚀刻形成一奈米凹陷环701，而该奈米凹陷环701 的最大外径尺寸会等于或小于该奈米縮小口 20的口径尺寸，
且构成环形线条的两侧边形状是由非规则的线条所接续圈围
而成(如图33中q视图对应的视图所示)。
权利要求
1. 一种奈米结构微型化的方法，其特征在于，包含以下步骤(a)提供一基材及包括一层成型于该基材上的奈米筒状细孔；(b)缩小奈米筒状细孔的顶部开口的尺寸；(c)以一奈米结构成型材料来穿透过缩小尺寸的顶部开口，在基材的表面上形成一奈米结构，该奈米结构的大小尺寸与该缩小尺寸的顶部开口的大小尺寸相同；及(d)去除基材上至少成型有奈米筒状细孔一层的部分，也包括该奈米筒状细孔的部分。
2. 根据权利要求l所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(b)包含将一沉积材料堆积于该奈米筒状细孔的顶端边缘，以形成该縮小幵结构，该缩小开口的堆积方式是从该顶端边缘以径向朝内延伸。
3.根据权利要求2所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(b)更进一步包含将该基材放置于一与该顶端边缘的沉积材料的入射角成一非零倾斜角度的可移动式平台上，当堆积该沉积材料时，将该可移动式平台旋转至少一周以上，用以将该沉积材料堆积于该边缘的一周边上等步骤。
4.根据权利要求3所述奈米结构微型化的方法,其特征在于当堆积该沉积材料时，更进一步包含将该可移动式平台旋转复数次以更进一步縮小该顶部开口的大小尺寸的步骤。
5.根据权利要求3所述奈米结构微型化的方法,其特征在于当堆积沉积材料时，更进一步包含利用膜厚计来做监测该縮小顶部开口的直径大小，以作为控制该可移动式平台旋转速度快慢依据的步骤。
6.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(b)包含对于一种具有封闭顶部形态的奈米筒状细孔，并且 在其封闭顶部上形成縮小开口的步骤。
7. 根据权利要求6所述奈米结构微型化的方法，其特征在于 该縮小开口是透过蚀刻该封闭顶部而来达成。
8. 根据权利要求7所述奈米结构微型化的方法，其特征在于-该縮小开口是以使用一种蚀刻材料在该封闭顶部上来达成。
9. 根据权利要求7所述奈米结构微型化的方法，其特征在于成。，其特征在于 成该奈米结 构。该縮小开口是用喷溅蚀刻方式在该封闭顶部上来达
10.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法该奈米结构成型材料是被直接沉积于该基材上而形
11.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于-该奈米结构成型材料包括■—一蚀刻剂，且该奈米结构包括该基材上的一蚀刻区。
12.根据权利要求8所述奈米结构微型化的方法，其特征在于更进一步包含将一第二奈米结构成型材料直接沉积在该基材上一蚀刻区的步骤。
13.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于-该奈米结构的直径是与该缩小开P的直径相同以形成 一 量子点。
14.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法,其特征在于步骤(c)包含在该奈米结构成型材料的源头与缩小开口之间加装—准直器的步骤。
15.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法,其特征在于步骤(c )包含将该基材放置于一可移动式平台上以及当该奈米结构成型材料穿透该缩小开口，并将该奈米结构成型材料直接沉积于该基材上形成一具有宽度比该奈米筒状细孔直径更小的奈米线时，该可移动式平台作线性移动等的步骤
16.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(c )包含将该基材放置于—可移动式平台上，以及当在该基材上形成一具有大小尺寸比该奈米筒状细孔直径更小的奈米环时，将该可移动式平台作三度空间移动等的步骤
17.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(d )包含以湿式蚀刻法将包括该奈米筒状细孔在内的该层除去的步骤。
18.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于步骤(d)包含以干式蚀刻法将包括该奈米筒状细孔在内的该层除去的步骤。
19.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该基材上的一层是为光阻剂
20.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于-更进一步包含将该基材放置于一可移动式平台上以及当形成第一奈米结构之后，将该可移动式平台移动以再继续形成至少 一 个以上的该奈米结构等的步骤
21.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该 占奈米结构是为一具有直径比该奈米简状细孔直径更小的量子竊
22.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该奈米结构是为一具有宽度比该奈米筒状细孔直径更小的线条。
23.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法,其特征在于该 彬奈米结构是为一具有大小尺寸比该奈米筒状细孔直径更小的环形
24.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该奈米结构是为一单电子晶体中的一电极
25.根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于其在一奈米筒状细孔的顶部开上形成一奈米縮小口的方法，是包括将 一 沉积材料堆积于该奈米筒状细孔的顶端边缘以形成 一 结构的步骤，而该堆积方式是从该奈米筒状细孔的顶端边缘以径向朝内延伸的方式来形成该奈米缩小
26.根据权利要求25所述奈米结构微型化的方法，其特征在 于该奈米筒状细孔是被包括在一基材上形成的一层里，更进一 步包含将该基材放置在一与该顶端边缘的沉积材料的入射角成一非零倾斜角度的可移动式平台上，以及当堆积该沉积材料时，将 该可移动式平台旋转至少 一 周以上以将该沉积材料堆积于该环形 边缘之一周边上，以缩小该顶部开口得大小尺寸等的步骤。
27. 根据权利要求26所述奈米结构微型化的方法，其特征在 于更进一步包含将该可移动式平台旋转复数次以更进一步縮小 该顶部开口之大小尺寸的步骤。
28. 根据权利要求27所述奈米结构微型化的方法，其特征在 于当堆积 一 部份的该沉积材料时，将该可移动式平台旋转并停 留于第 一 位置；而当堆积进 一 步的部份该沉积材料时，则将该可移动式平台旋转并停留于至少一个以上的第二位置。
29. 根据权利要求27所述奈米结构微型化的方法，其特征在于当堆积该沉积材料时，该可移动式平台是为被连续旋转。
30. 根据权利要求25所述奈米结构微型化的方法，其特征在于当沉积该沉积材料时，更进 一 步包含利用膜厚计来做监测该缩小顶部开口的直径大小，以作为控制该可移动式平台旋转速度 快慢依据的步骤。
31. 根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于其在一奈米筒状细孔的顶部开口上形成一奈米縮小口的方法，更 包含对具有封闭顶部形态的奈米筒状细孔，并且在该封闭顶部形成该奈米縮小口等的步骤。
32. 根据权利要求31所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该奈米缩小口是透过蚀刻该封闭顶部来达成。
33. 根据权利要求32所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该奈米縮小口是以使用一蚀刻材料在该封闭顶部上来达成。
34. 根据权利要求32所述奈米结构微型化的方法，其特征在于该奈米縮小口是以喷溅蚀刻该封闭顶部来达成。
35. 根据权利要求1所述奈米结构微型化的方法，其特征在于其在一基材上形成一奈米结构的方法，所包括的步骤为提供一具 有顶部开口的奈米筒状细孔，而该顶部开口的直径是小于该奈米 筒状细孔的直径，以及将一奈米结构成型材料穿过该顶部开口以在该基材上的表面上直接形成一尺寸相当于该縮小顶部开的大
36.根据权利要求1所述奈米其在一基材上形成一奈米结构的有顶部开口的槽孔，而该顶部开以及将 一 奈米结构成型材料穿过上直接形成一奈米结构，而该奈的宽度。
37.根据权利要求36所述奈 于该奈米结构是为一奈米连结奈米结构，而该奈米结构的大小小尺寸结构微型化的方法，其特征在于方法，所包括的步骤为提供 一 具的宽度是小于该槽孔的宽度，该顶部开以在该基材上的表面米结构的宽度相当于该顶部开口长结构微型化的方法，其特征在 导电线。
全文摘要
本发明提供一种奈米结构微型化的方法，其步骤包含在既定成长(型)于基材(substrate)上的奈米结构筒状细孔(pore)的顶部开口上，以原子或分子态的材料堆积黏着于该顶部开口，使其顶部开口的口径逐渐缩小而形成一较原有顶部开口口径为小的奈米缩小口(reduced nano-aperture)；将气体分子或原子型态的镀源材料直接穿透该奈米缩小口，即可直接在奈米结构筒状细孔的底部基材上，形成更小奈米尺度的奈米点或奈米线或奈米环等的奈米结构。
文档编号H01L21/00GK101390193SQ200680050064
公开日2009年3月18日 申请日期2006年12月28日 优先权日2005年12月30日
发明者林明农 申请人:林明农;陈崇钦