採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法
2023-06-12 13:27:21
專利名稱：採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法
技術領域：
本發明涉及化合物半導體器件技術領域，特別是指一種採用納米光鑷技術將ZnO 納米線定位到場效應管襯底的方法.
背景技術：
納米線(包括納米管)是目前納米科技和凝聚態物理研究中最為前沿的課題之
一。它們具有優越的物理性能，是構造納米尺度元器件如雷射器、傳感器、場效應電晶體、發
光二極體、邏輯線路、自旋電子器件以及量子計算機等的結構單元。尤其是半導體納米線，
它不僅能用於基本構件，還可以用來連接各種納米器件。通過對半導體納米線的深入研究，
可望在單一納米線上製備具有複雜功能的電子、光子和自旋信息處理器件。 另外，從納米線和納米顆粒出發可合成豐富多彩的各種複合納米材料。通過原子
尺度上的性能設計和結構控制，這些複合納米材料將具有優異的物理和化學性能，在電子
材料、磁性材料、光學材料、催化劑材料等方面有廣闊的應用前景。 在這其中，Zn0麗FET由於其獨特的性能，近幾年來受到了國際上廣泛的關注。 Zn0麗FET是一種利用ZnO納米線作為溝道來實現的場效應管，在壓電效應，光學效應，電 磁，化學傳感等反面均有潛在的廣泛應用。 目前來說，ZnO納米線場效應電晶體製作的難點主要集中在納米線的沉積與固定。 在器件製作過程中，出現了納米線沉積到P型Si片襯底後無法精確定位，從而無法實現後 續場效應電晶體製備中的版圖套準的問題，進而無法確保源漏金屬能夠與Zn0納米線溝道 形成歐姆接觸。
發明內容
( — )要解決的技術問題 本發明的主要目的在於提供一種通過納米光鑷技術實現Zn0納米線到場效應管
襯底的定位方法，用於解決納米線沉積到P型Si片襯底後無法精確定位，從而無法實現後
續場效應電晶體製備中的版圖套準的問題，確保源漏Ti/Au金屬能夠與Zn0納米線溝道形
成歐姆接觸。
( 二 )技術方案 為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的 —種採用納米光鑷技術將Zn0納米線定位到場效應管襯底的方法，該方法包括
在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的源漏電極 (PAD); 將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微操作ZnO納米線，移 動Zn0納米線的位置，將Zn0納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD的兩端形成歐姆接 觸；
再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD,實現將ZnO納米線定位到場效應管的襯底。
上述方案中，所述在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律 排列的源漏PAD的步驟之前，進一步包括製備襯底，對製備的襯底背面進行溼法腐蝕，並 採用背金工藝形成背柵電極。 上述方案中，所述製備襯底，對製備的襯底背面進行溼法腐蝕，並採用背金工藝形 成背柵電極，具體包括 對P型Si襯底進行丙酮浸泡，乙醇清洗，水衝，N2吹乾；12(TC烘箱烘10分鐘， PECVD生長一層4000埃的Si02介質； 在襯底表面用AZ5214光刻膠覆蓋，採用HF去掉襯底背面Si02氧化物，丙酮水清 晰，N2吹乾;採用電子束蒸發，壓力小於2X10—6Torr，蒸發背柵金屬Ti(100 A)/Au(2000 A)
形成背柵電極。 上述方案中，所述在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律 排列的源漏PAD，具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/分，塗1 分，用1號源漏陽版，曝光2. 8秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完整；採 用RIE 02 60sccm，20W，60秒，採用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水衝乾淨，^吹乾，立即 送蒸發，Ti (300 A)/Au (IOOOA);在丙酮溶液中浸泡1天後取出，若仍然有殘膠，超聲4檔 五分鐘去掉殘膠。 上述方案中，所述將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微 操作ZnO納米線，移動ZnO納米線的位置，將ZnO納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD 的兩端形成歐姆接觸，具體包括將原生長ZnO納米線與襯底放在異丙醇中經過超聲波降 解，降解後ZnO納米線大部分從原玻璃襯底脫離並分散在異丙醇溶液中，採用雷射光鑷技 術，放入場效應電晶體襯底，改變光量大小和方向，移動納米線到壓住一次源漏PAD，實現溝 道與源漏電極的接觸；再加上滴管實現納米線到場效應電晶體襯底的沉積，反覆多次滴入， 使納米線進入源漏中心，納米線兩端與一次源漏形成良好接觸。 上述方案中，所述再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD,實現將ZnO納米線定位到 場效應管的襯底，具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214, 3500轉/分，塗1 分，用1號源漏陽版，曝光3秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完整；採用 RIE 02 60sccm，20W，60秒，採用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水衝乾淨，N2吹乾，立即送 蒸發，Ti (300 A)/Au (3000A)，丙酮浸泡剝離。 上述方案中，所述ZnO納米線長大於30iim，寬小於liim，長寬比大於30 : 1。
上述方案中，該方法採用背柵工藝進行製作，形成背柵場效應電晶體。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果 1、利用本發明，實現了 ZnO納米線從原玻璃襯底到場效應管襯底的沉積和定位， 解決了 ZnO納米線上沉積到器件襯底後的雜亂排列的問題，實現了納米線的精確定位。
2、利用本發明，為後續的源漏及柵極製備提供了一種對準依據，實現了整個場效 應電晶體的製備工藝流程。 3、本發明提供的方法工藝簡單易於施行，有效地節省了製作成本。
4、利用本發明，為納米線ZnO背柵場效應電晶體製備提供了一種有效的對準辦 法，為準一維場效應電晶體實現功能奠定了基礎。
圖1為本發明的光鑷技術工藝中所用ZnO納米線圖片； 圖2為本發明的光鑷技術工藝中所使用的光鑷系統的示意圖； 圖3為本發明的光鑷技術工藝中所用到的光鑷作業系統的照片； 圖4為本發明的光鑷技術工藝中場效應電晶體製備版圖； 圖5為本發明採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法流程 圖； 圖6為本發明實施例採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法 流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照
附圖，對本發明進一步詳細說明。 下面首先介紹本發明的實現原理。 光鑷原理1986年，美國科學家A. Ashkin等成功地利用一束強會聚雷射束實現了 對生物微粒的三維捕獲，自此基於雷射的光鑷技術誕生了。 二十年來光鑷技術發展迅速，特別是在生命科學領域，光鑷已成為研究單個細胞 和生物大分子行為不可或缺的有效工具。 光鑷(Optical tweezers)，又稱為單光束梯度力光阱(single-beam opticalgradient force trap)，是利用光與物質間動量傳遞的力學效應而形成的三維勢 阱來捕獲和操縱微粒的技術。 在物體上的力等於光引起的單位時間內物體動量的改變，並由此引起物體的位移 和速度的變化，稱之為光的力學效應。由於光輻射對物體產生的力通常稱之為光的輻射壓 力，簡稱光壓。這種光形成的光學勢阱就像是一把鑷子，可以把微粒牢牢"鉗住"，因此被形 象地稱為"光鑷"。 光鑷系統通常由雷射光源、雷射擴束濾波光路、光鑷移動控制環節、位移檢測部分 和傳統的光學顯微鏡組成，工作原理如附圖2所示，本發明採用光鑷技術進行納米線的微 操作，使納米線可以精確定位於固定位置。 本發明在製作過程中，採用在高摻雜？++矽襯底上塗一層負性光刻膠，用源漏陽 版光刻顯影，形成按一定規律排列的一次源漏PAD。將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液 中，運用納米光鑷技術雷射微操作納米線，移動納米線的位置，使納米線作為場效應電晶體 溝道與一次源漏PAD兩端形成良好的接觸。再蒸發Ti/Au金屬形成二次源漏金屬PAD,使納 米線與源漏金屬形成良好的歐姆接觸，為下一步進行ZnO納米線場效應電晶體的製備奠定 如圖5所示，圖5為本發明採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底 的方法流程圖，該方法包括以下步驟
步驟101 :在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的 源漏PAD ; 步驟102 :將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微操作ZnO 納米線，移動ZnO納米線的位置，將ZnO納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD的兩端形 成歐姆接觸； 步驟103 :再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD,實現將ZnO納米線定位到場效應 管的襯底。 上述步驟101之前，進一步包括製備襯底，對製備的襯底背面進行溼法腐蝕，並 採用背金工藝形成背柵電極；該步驟具體包括對P型Si襯底進行丙酮浸泡，乙醇清洗， 水衝，N2吹乾；12(TC烘箱烘10分鐘，PECVD生長一層4000埃的Si02介質；在襯底表面用 AZ5214光刻膠覆蓋，採用HF去掉襯底背面Si02氧化物，丙酮水清晰，N2吹乾；採用電子束 蒸發，壓力小於2X 10—6T0rr，蒸發背柵金屬Ti ( 100 A) /Au (2000 A)形成背柵電極。
上述步驟101具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/ 分，塗l分，用1號源漏陽版，曝光2.8秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰 完整；採用RIE 02 60sccm，20W，60秒，採用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水衝乾淨，N2吹 幹，立即送蒸發，Ti(300A)/Au(1000A);在丙酮溶液中浸泡l天后取出，若仍然有殘膠， 超聲4檔五分鐘去掉殘膠。 上述步驟102具體包括將原生長ZnO納米線與襯底放在異丙醇中經過超聲波降 解，降解後ZnO納米線大部分從原玻璃襯底脫離並分散在異丙醇溶液中，採用雷射光鑷技 術，放入場效應電晶體襯底，改變光量大小和方向，移動納米線到壓住一次源漏PAD，實現溝 道與源漏電極的接觸；再加上滴管實現納米線到場效應電晶體襯底的沉積，反覆多次滴入， 使納米線進入源漏中心，納米線兩端與一次源漏形成良好接觸。 上述步驟103具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/ 分，塗1分，用1號源漏陽版，曝光3秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完 整；採用RIE 02 60sccm，20W，60秒，採用H3P04 : H20 = 1 : 15漂30秒，水衝乾淨，N2吹乾，
立即送蒸發，Ti goo A)/au poooA)，丙酮浸泡剝離。 上述ZnO納米線採用中科大的ZnO納米線，長大於30 y m，寬小於1 y m，長寬比大 於30 : 1。 該方法採用背柵工藝進行製作，形成背柵場效應電晶體。 下面結合附圖來對本發明的方法進行說明。如圖6所示，為這種方法的工藝流程 圖，納米線光鑷定位工藝步驟如下 步驟1、襯底製備，對P型Si襯底進行丙酮浸泡，乙醇清洗，水衝，N2吹乾。120°C 烘箱烘10分鐘，PECVD生長一層4000埃的Si02介質。臺階儀測厚大約3800A，基本滿足要求。 步驟2、 HF溼法腐蝕，襯底表面用AZ5214光刻膠覆蓋，採用HF去掉襯底背面Si02 氧化物，丙酮水清晰，N2吹乾，直接送蒸發背柵金屬。 步驟3、背金工藝，採用電子束蒸發，壓力小於2X10—6T0rr，蒸發背柵金屬 Ti ( 100 A) /Au (2000 A)形成背柵電極。 步驟4、一次源漏電極製備，13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/分，塗1分，用1號源漏陽版，曝光2. 8秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰 完整。RIE 02 60sccm，20W，60秒，H3P04 : H20 = 1 : 15，漂30秒，水衝乾淨(6遍)，N2吹
幹，立即送蒸發，Ti (300 A)/Au (1000A)。丙酮浸泡1天後取出，仍然有殘膠，超聲4檔五
分鐘去掉殘膠，臺階儀測厚大約394人，基本吻合。 步驟5、把原生長ZnO納米線與襯底放在異丙醇中經過超聲波降解，降解後ZnO納
米線大部分從原玻璃襯底脫離並分散在異丙醇溶液中，採用雷射光鑷技術，放入場效應晶
體管襯底，改變光量大小和方向，移動納米線到壓住一次源漏PAD，實現溝道與源漏電極的
接觸。再加上滴管實現納米線到場效應電晶體襯底的沉積，反覆多次滴入，使納米線進入源
漏中心，納米線兩端與一次源漏形成良好接觸，光鑷原理圖如圖2所示。 步驟6、二次源漏電極製備，13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/
分，塗1分，用1號源漏陽版，曝光3秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完
整。RIE 02 60sccm，20W，60秒，1^04 : H20 = 1 : 15，漂30秒，水衝乾淨(6遍)，N2吹乾，
立即送蒸發，Ti (300 A) /Au 。000A)，丙酮浸泡剝離。 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
一種採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，該方法包括在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的源漏PAD；將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微操作ZnO納米線，移動ZnO納米線的位置，將ZnO納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD的兩端形成歐姆接觸；再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD，實現將ZnO納米線定位到場效應管的襯底。
2. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的源漏PAD的步驟之前，進一步包括製備襯底，對製備的襯底背面進行溼法腐蝕，並採用背金工藝形成背柵電極。
3. 根據權利要求2所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述製備襯底，對製備的襯底背面進行溼法腐蝕，並採用背金工藝形成背柵電極，具體包括對P型Si襯底進行丙酮浸泡，乙醇清洗，水衝，K吹乾；12(TC烘箱烘10分鐘，PECVD生長一層4000埃的Si02介質；在襯底表面用AZ5214光刻膠覆蓋，採用HF去掉襯底背面Si02氧化物，丙酮水清晰，N2吹乾；採用電子束蒸發，壓力小於2 X 10—6T0rr，蒸發背柵金屬Ti (100 A ) /Au (2000 A )形成背柵電極。
4. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的源漏PAD，具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214, 3500轉/分，塗1分，用1號源漏陽版，曝光2.8秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完整；採用RIE 02 60sccm，20W，60秒，採用H3P04 : H20=1 : 15漂30秒，水衝乾淨，N2吹乾，立即送蒸發，Ti(300 A)/Au(1000A);在丙酮溶液中浸泡l天后取出，若仍然有殘膠，超聲4檔五分鐘去掉殘膠。
5. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微操作ZnO納米線，移動ZnO納米線的位置，將ZnO納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD的兩端形成歐姆接觸，具體包括將原生長ZnO納米線與襯底放在異丙醇中經過超聲波降解，降解後ZnO納米線大部分從原玻璃襯底脫離並分散在異丙醇溶液中，採用雷射光鑷技術，放入場效應電晶體襯底，改變光量大小和方向，移動納米線到壓住一次源漏PAD，實現溝道與源漏電極的接觸；再加上滴管實現納米線到場效應電晶體襯底的沉積，反覆多次滴入，使納米線進入源漏中心，納米線兩端與一次源漏形成良好接觸。
6. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD,實現將ZnO納米線定位到場效應管的襯底，具體包括13(TC烘箱走程序一次；帶樣片，塗膠AZ5214，3500轉/分，塗1分，用1號源漏陽版，曝光3秒，反轉90s，泛曝，顯影60s，顯微鏡觀察，線條清晰完整；採用RIE 02 60sccm， 20W，60秒，採用H3P04 : H20=1 : 15漂30秒，水衝乾淨，N2吹乾，立即送蒸發，Ti(300 A)/Au(3000A)，丙酮浸泡剝離。
7. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，所述ZnO納米線長大於30iim，寬小於liim，長寬比大於30 : 1。
8. 根據權利要求1所述的採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，其特徵在於，該方法採用背柵工藝進行製作，形成背柵場效應電晶體。
全文摘要
本發明公開了一種採用納米光鑷技術將ZnO納米線定位到場效應管襯底的方法，該方法包括在襯底上塗一層光刻膠，用源漏陽版光刻顯影，形成按一定規律排列的源漏PAD；將ZnO納米線超聲降解於異丙醇溶液中，採用納米光鑷技術微操作ZnO納米線，移動ZnO納米線的位置，將ZnO納米線作為場效應管的溝道與該源漏PAD的兩端形成歐姆接觸；再蒸發Ti/Au金屬形成源漏金屬PAD，實現將ZnO納米線定位到場效應管的襯底。本發明具有成效明顯，工藝簡單易行，經濟適用和可靠性強的優點，易於在半導體器件製作中採用和推廣。
文檔編號H01L21/335GK101752249SQ20081023887
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優先權日2008年12月3日
發明者黎明 申請人:中國科學院微電子研究所