专利名称：采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体器件技术领域，特别是指一种采用纳米光镊技术将ZnO 纳米线定位到场效应管衬底的方法.
背景技术：
纳米线(包括纳米管)是目前纳米科技和凝聚态物理研究中最为前沿的课题之
一。它们具有优越的物理性能，是构造纳米尺度元器件如激光器、传感器、场效应晶体管、发
光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机等的结构单元。尤其是半导体纳米线，
它不仅能用于基本构件，还可以用来连接各种纳米器件。通过对半导体纳米线的深入研究，
可望在单一纳米线上制备具有复杂功能的电子、光子和自旋信息处理器件。 另外，从纳米线和纳米颗粒出发可合成丰富多彩的各种复合纳米材料。通过原子
尺度上的性能设计和结构控制，这些复合纳米材料将具有优异的物理和化学性能，在电子
材料、磁性材料、光学材料、催化剂材料等方面有广阔的应用前景。 在这其中，Zn0丽FET由于其独特的性能，近几年来受到了国际上广泛的关注。 Zn0丽FET是一种利用ZnO纳米线作为沟道来实现的场效应管，在压电效应，光学效应，电 磁，化学传感等反面均有潜在的广泛应用。 目前来说，ZnO纳米线场效应晶体管制作的难点主要集中在纳米线的沉积与固定。 在器件制作过程中，出现了纳米线沉积到P型Si片衬底后无法精确定位，从而无法实现后 续场效应晶体管制备中的版图套准的问题，进而无法确保源漏金属能够与Zn0纳米线沟道 形成欧姆接触。
发明内容
( — )要解决的技术问题 本发明的主要目的在于提供一种通过纳米光镊技术实现Zn0纳米线到场效应管
衬底的定位方法，用于解决纳米线沉积到P型Si片衬底后无法精确定位，从而无法实现后
续场效应晶体管制备中的版图套准的问题，确保源漏Ti/Au金属能够与Zn0纳米线沟道形
成欧姆接触。
( 二 )技术方案 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 —种采用纳米光镊技术将Zn0纳米线定位到场效应管衬底的方法，该方法包括
在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的源漏电极 (PAD); 将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微操作ZnO纳米线，移 动Zn0纳米线的位置，将Zn0纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD的两端形成欧姆接 触；
再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD,实现将ZnO纳米线定位到场效应管的衬底。
上述方案中，所述在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律 排列的源漏PAD的步骤之前，进一步包括制备衬底，对制备的衬底背面进行湿法腐蚀，并 采用背金工艺形成背栅电极。 上述方案中，所述制备衬底，对制备的衬底背面进行湿法腐蚀，并采用背金工艺形 成背栅电极，具体包括 对P型Si衬底进行丙酮浸泡，乙醇清洗，水冲，N2吹干；12(TC烘箱烘10分钟， PECVD生长一层4000埃的Si02介质； 在衬底表面用AZ5214光刻胶覆盖，采用HF去掉衬底背面Si02氧化物，丙酮水清 晰，N2吹干;采用电子束蒸发，压力小于2X10—6Torr，蒸发背栅金属Ti(100 A)/Au(2000 A)
形成背栅电极。 上述方案中，所述在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律 排列的源漏PAD，具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/分，涂1 分，用1号源漏阳版，曝光2. 8秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完整；采 用RIE 02 60sccm，20W，60秒，采用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水冲干净，^吹干，立即 送蒸发，Ti (300 A)/Au (IOOOA);在丙酮溶液中浸泡1天后取出，若仍然有残胶，超声4档 五分钟去掉残胶。 上述方案中，所述将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微 操作ZnO纳米线，移动ZnO纳米线的位置，将ZnO纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD 的两端形成欧姆接触，具体包括将原生长ZnO纳米线与衬底放在异丙醇中经过超声波降 解，降解后ZnO纳米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在异丙醇溶液中，采用激光光镊技 术，放入场效应晶体管衬底，改变光量大小和方向，移动纳米线到压住一次源漏PAD，实现沟 道与源漏电极的接触；再加上滴管实现纳米线到场效应晶体管衬底的沉积，反复多次滴入， 使纳米线进入源漏中心，纳米线两端与一次源漏形成良好接触。 上述方案中，所述再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD,实现将ZnO纳米线定位到 场效应管的衬底，具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214, 3500转/分，涂1 分，用1号源漏阳版，曝光3秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完整；采用 RIE 02 60sccm，20W，60秒，采用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水冲干净，N2吹干，立即送 蒸发，Ti (300 A)/Au (3000A)，丙酮浸泡剥离。 上述方案中，所述ZnO纳米线长大于30iim，宽小于liim，长宽比大于30 : 1。
上述方案中，该方法采用背栅工艺进行制作，形成背栅场效应晶体管。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 1、利用本发明，实现了 ZnO纳米线从原玻璃衬底到场效应管衬底的沉积和定位， 解决了 ZnO纳米线上沉积到器件衬底后的杂乱排列的问题，实现了纳米线的精确定位。
2、利用本发明，为后续的源漏及栅极制备提供了一种对准依据，实现了整个场效 应晶体管的制备工艺流程。 3、本发明提供的方法工艺简单易于施行，有效地节省了制作成本。
4、利用本发明，为纳米线ZnO背栅场效应晶体管制备提供了一种有效的对准办 法，为准一维场效应晶体管实现功能奠定了基础。
图1为本发明的光镊技术工艺中所用ZnO纳米线图片； 图2为本发明的光镊技术工艺中所使用的光镊系统的示意图； 图3为本发明的光镊技术工艺中所用到的光镊操作系统的照片； 图4为本发明的光镊技术工艺中场效应晶体管制备版图； 图5为本发明采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法流程 图； 图6为本发明实施例采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法 流程图。
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。 下面首先介绍本发明的实现原理。 光镊原理1986年，美国科学家A. Ashkin等成功地利用一束强会聚激光束实现了 对生物微粒的三维捕获，自此基于激光的光镊技术诞生了。 二十年来光镊技术发展迅速，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞 和生物大分子行为不可或缺的有效工具。 光镊(Optical tweezers)，又称为单光束梯度力光阱(single-beam opticalgradient force trap)，是利用光与物质间动量传递的力学效应而形成的三维势 阱来捕获和操纵微粒的技术。 在物体上的力等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此引起物体的位移 和速度的变化，称之为光的力学效应。由于光辐射对物体产生的力通常称之为光的辐射压 力，简称光压。这种光形成的光学势阱就像是一把镊子，可以把微粒牢牢"钳住"，因此被形 象地称为"光镊"。 光镊系统通常由激光光源、激光扩束滤波光路、光镊移动控制环节、位移检测部分 和传统的光学显微镜组成，工作原理如附图2所示，本发明采用光镊技术进行纳米线的微 操作，使纳米线可以精确定位于固定位置。 本发明在制作过程中，采用在高掺杂？++硅衬底上涂一层负性光刻胶，用源漏阳 版光刻显影，形成按一定规律排列的一次源漏PAD。将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液 中，运用纳米光镊技术激光微操作纳米线，移动纳米线的位置，使纳米线作为场效应晶体管 沟道与一次源漏PAD两端形成良好的接触。再蒸发Ti/Au金属形成二次源漏金属PAD,使纳 米线与源漏金属形成良好的欧姆接触，为下一步进行ZnO纳米线场效应晶体管的制备奠定 如图5所示，图5为本发明采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底 的方法流程图，该方法包括以下步骤
步骤101 :在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的 源漏PAD ; 步骤102 :将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微操作ZnO 纳米线，移动ZnO纳米线的位置，将ZnO纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD的两端形 成欧姆接触； 步骤103 :再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD,实现将ZnO纳米线定位到场效应 管的衬底。 上述步骤101之前，进一步包括制备衬底，对制备的衬底背面进行湿法腐蚀，并 采用背金工艺形成背栅电极；该步骤具体包括对P型Si衬底进行丙酮浸泡，乙醇清洗， 水冲，N2吹干；12(TC烘箱烘10分钟，PECVD生长一层4000埃的Si02介质；在衬底表面用 AZ5214光刻胶覆盖，采用HF去掉衬底背面Si02氧化物，丙酮水清晰，N2吹干；采用电子束 蒸发，压力小于2X 10—6T0rr，蒸发背栅金属Ti ( 100 A) /Au (2000 A)形成背栅电极。
上述步骤101具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/ 分，涂l分，用1号源漏阳版，曝光2.8秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰 完整；采用RIE 02 60sccm，20W，60秒，采用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水冲干净，N2吹 干，立即送蒸发，Ti(300A)/Au(1000A);在丙酮溶液中浸泡l天后取出，若仍然有残胶， 超声4档五分钟去掉残胶。 上述步骤102具体包括将原生长ZnO纳米线与衬底放在异丙醇中经过超声波降 解，降解后ZnO纳米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在异丙醇溶液中，采用激光光镊技 术，放入场效应晶体管衬底，改变光量大小和方向，移动纳米线到压住一次源漏PAD，实现沟 道与源漏电极的接触；再加上滴管实现纳米线到场效应晶体管衬底的沉积，反复多次滴入， 使纳米线进入源漏中心，纳米线两端与一次源漏形成良好接触。 上述步骤103具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/ 分，涂1分，用1号源漏阳版，曝光3秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完 整；采用RIE 02 60sccm，20W，60秒，采用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水冲干净，N2吹干，
立即送蒸发，Ti goo A)/au poooA)，丙酮浸泡剥离。 上述ZnO纳米线采用中科大的ZnO纳米线，长大于30 y m，宽小于1 y m，长宽比大 于30 : 1。 该方法采用背栅工艺进行制作，形成背栅场效应晶体管。 下面结合附图来对本发明的方法进行说明。如图6所示，为这种方法的工艺流程 图，纳米线光镊定位工艺步骤如下 步骤1、衬底制备，对P型Si衬底进行丙酮浸泡，乙醇清洗，水冲，N2吹干。120°C 烘箱烘10分钟，PECVD生长一层4000埃的Si02介质。台阶仪测厚大约3800A，基本满足要求。 步骤2、 HF湿法腐蚀，衬底表面用AZ5214光刻胶覆盖，采用HF去掉衬底背面Si02 氧化物，丙酮水清晰，N2吹干，直接送蒸发背栅金属。 步骤3、背金工艺，采用电子束蒸发，压力小于2X10—6T0rr，蒸发背栅金属 Ti ( 100 A) /Au (2000 A)形成背栅电极。 步骤4、一次源漏电极制备，13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/分，涂1分，用1号源漏阳版，曝光2. 8秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰 完整。RIE 02 60sccm，20W，60秒，H3P04 : H20 = 1 : 15，漂30秒，水冲干净(6遍)，N2吹
干，立即送蒸发，Ti (300 A)/Au (1000A)。丙酮浸泡1天后取出，仍然有残胶，超声4档五
分钟去掉残胶，台阶仪测厚大约394人，基本吻合。 步骤5、把原生长ZnO纳米线与衬底放在异丙醇中经过超声波降解，降解后ZnO纳
米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在异丙醇溶液中，采用激光光镊技术，放入场效应晶
体管衬底，改变光量大小和方向，移动纳米线到压住一次源漏PAD，实现沟道与源漏电极的
接触。再加上滴管实现纳米线到场效应晶体管衬底的沉积，反复多次滴入，使纳米线进入源
漏中心，纳米线两端与一次源漏形成良好接触，光镊原理图如图2所示。 步骤6、二次源漏电极制备，13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/
分，涂1分，用1号源漏阳版，曝光3秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完
整。RIE 02 60sccm，20W，60秒，1^04 : H20 = 1 : 15，漂30秒，水冲干净(6遍)，N2吹干，
立即送蒸发，Ti (300 A) /Au 。000A)，丙酮浸泡剥离。 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
一种采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，该方法包括在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的源漏PAD；将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微操作ZnO纳米线，移动ZnO纳米线的位置，将ZnO纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD的两端形成欧姆接触；再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD，实现将ZnO纳米线定位到场效应管的衬底。
2. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的源漏PAD的步骤之前，进一步包括制备衬底，对制备的衬底背面进行湿法腐蚀，并采用背金工艺形成背栅电极。
3. 根据权利要求2所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述制备衬底，对制备的衬底背面进行湿法腐蚀，并采用背金工艺形成背栅电极，具体包括对P型Si衬底进行丙酮浸泡，乙醇清洗，水冲，K吹干；12(TC烘箱烘10分钟，PECVD生长一层4000埃的Si02介质；在衬底表面用AZ5214光刻胶覆盖，采用HF去掉衬底背面Si02氧化物，丙酮水清晰，N2吹干；采用电子束蒸发，压力小于2 X 10—6T0rr，蒸发背栅金属Ti (100 A ) /Au (2000 A )形成背栅电极。
4. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的源漏PAD，具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214, 3500转/分，涂1分，用1号源漏阳版，曝光2.8秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完整；采用RIE 02 60sccm，20W，60秒，采用H3P04 : H20=1 : 15漂30秒，水冲干净，N2吹干，立即送蒸发，Ti(300 A)/Au(1000A);在丙酮溶液中浸泡l天后取出，若仍然有残胶，超声4档五分钟去掉残胶。
5. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微操作ZnO纳米线，移动ZnO纳米线的位置，将ZnO纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD的两端形成欧姆接触，具体包括将原生长ZnO纳米线与衬底放在异丙醇中经过超声波降解，降解后ZnO纳米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在异丙醇溶液中，采用激光光镊技术，放入场效应晶体管衬底，改变光量大小和方向，移动纳米线到压住一次源漏PAD，实现沟道与源漏电极的接触；再加上滴管实现纳米线到场效应晶体管衬底的沉积，反复多次滴入，使纳米线进入源漏中心，纳米线两端与一次源漏形成良好接触。
6. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD,实现将ZnO纳米线定位到场效应管的衬底，具体包括13(TC烘箱走程序一次；带样片，涂胶AZ5214，3500转/分，涂1分，用1号源漏阳版，曝光3秒，反转90s，泛曝，显影60s，显微镜观察，线条清晰完整；采用RIE 02 60sccm， 20W，60秒，采用H3P04 : H20=1 : 15漂30秒，水冲干净，N2吹干，立即送蒸发，Ti(300 A)/Au(3000A)，丙酮浸泡剥离。
7. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，所述ZnO纳米线长大于30iim，宽小于liim，长宽比大于30 : 1。
8. 根据权利要求1所述的采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，其特征在于，该方法采用背栅工艺进行制作，形成背栅场效应晶体管。
全文摘要
本发明公开了一种采用纳米光镊技术将ZnO纳米线定位到场效应管衬底的方法，该方法包括在衬底上涂一层光刻胶，用源漏阳版光刻显影，形成按一定规律排列的源漏PAD；将ZnO纳米线超声降解于异丙醇溶液中，采用纳米光镊技术微操作ZnO纳米线，移动ZnO纳米线的位置，将ZnO纳米线作为场效应管的沟道与该源漏PAD的两端形成欧姆接触；再蒸发Ti/Au金属形成源漏金属PAD，实现将ZnO纳米线定位到场效应管的衬底。本发明具有成效明显，工艺简单易行，经济适用和可靠性强的优点，易于在半导体器件制作中采用和推广。
文档编号H01L21/335GK101752249SQ20081023887
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者黎明 申请人:中国科学院微电子研究所