專利名稱：制造納米線器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造納米線器件的方法，尤其涉及用于在通過(guò)利用單晶半導(dǎo)體襯底制造半導(dǎo)體納米線之后轉(zhuǎn)移另一個(gè)襯底上的納米線并形成電極結(jié)構(gòu)的納米線器件制造方法。
背景技術(shù)：
納米線器件可用作作為各種電子器件的核心組件的晶體管并可用作各種化學(xué)傳感器及生物傳感器。如果納米線器件與各應(yīng)用匹配地工作，則需要納米線和用于測(cè)量和利用納米線的電特性的電極結(jié)構(gòu)。
這種納米線器件的制造方法主要分為兩種類型，一種是通過(guò)利用諸如超細(xì)光刻工藝等常規(guī)半導(dǎo)體工藝蝕刻諸如硅等材料在期望的位置上直接制造納米線器件的“自頂向下”方法，而另一種是在通過(guò)利用諸如VLS(氣相-液相-固相)生長(zhǎng)方法等方法合成納米線之后通過(guò)使納米線向特定位置對(duì)準(zhǔn)來(lái)制造納米器件的“自底向上”方法。
VLS生長(zhǎng)方法用于生長(zhǎng)由大部分半導(dǎo)體和諸如Si、ZnO、GaN、InP、金屬等金屬材料組成的納米線。然而，在納米線僅在期望的位置上選擇性地生長(zhǎng)以通過(guò)自底向上方法制造納米線器件或者所制造的納米線向期望的位置對(duì)準(zhǔn)之后，必需制造諸如電極等附加結(jié)構(gòu)。已進(jìn)行了關(guān)于選擇性生長(zhǎng)方法的研究以克服技術(shù)問(wèn)題。用于對(duì)準(zhǔn)的納米線位置控制可利用一種通過(guò)諸如用于納米線器件應(yīng)用的電泳等方法向期望的位置對(duì)準(zhǔn)納米線的方法，或者是通過(guò)利用Langmuir-Blodgett技術(shù)的液流或流道來(lái)對(duì)準(zhǔn)納米線的方法。
然而，雖然采用了這些方法，但以將納米線精確地定位在期望位置處的方式來(lái)控制納米線是很困難的。并且，問(wèn)題是即使進(jìn)行了對(duì)準(zhǔn)處理，成品率也會(huì)很低。同樣，用于對(duì)準(zhǔn)的納米線的電接觸的附加電極結(jié)構(gòu)在提高納米器件生產(chǎn)率方面有阻礙作用，因?yàn)楦郊与姌O結(jié)構(gòu)是通過(guò)昂貴的e-束平板印刷工藝來(lái)制造的。
同時(shí)，根據(jù)利用自頂向下方法的納米線器件制造方法，如果形成直徑為幾nm的納米線作為通過(guò)蝕刻硅直接制造的納米線，則使用諸如e-束平板印刷等超細(xì)圖案形成工藝，因?yàn)樾枰?xì)圖案形成。自頂向下方法具有能以期望尺寸在期望的位置上制造納米線的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)樗褂弥T如e-束平板印刷等昂貴的設(shè)備，由于非常低的生產(chǎn)速度而使其難以商品化。同樣，與通過(guò)VLS方法形成的納米線相比，所形成的納米線是不均勻的；并且，因?yàn)榧{米線是在絕緣材料上制造的以起到電器件的作用，所以存在采用SOI襯底的缺點(diǎn)。雖然公開了一種在不使用超細(xì)圖案的情況下通過(guò)利用由重復(fù)硅襯底的干法蝕刻檢驗(yàn)并熱氧化納米線而獲得的微紋結(jié)構(gòu)來(lái)制造納米線的方法，但難以獲得具有良好質(zhì)量的納米線，因?yàn)閺母煞ㄎg刻工藝獲得的微紋的表面粗糙度不易控制，并且很難可靠地再生產(chǎn)該直徑的納米線。此外，在通過(guò)熱氧化微紋結(jié)構(gòu)來(lái)獲得納米線的情況下，在應(yīng)用納米線方面有限制，因?yàn)榧{米線被氧化物包圍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過(guò)以簡(jiǎn)單方法形成具有期望直徑的納米線來(lái)代替使用電子束形成超細(xì)圖案，來(lái)制造能以低成本批量生產(chǎn)的納米線器件制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過(guò)將與襯底分離的硅納米線轉(zhuǎn)移到另一氧化層或絕緣襯底，從而在沒(méi)有附加的復(fù)雜納米線對(duì)準(zhǔn)工藝或SOI襯底的情況下制造納米線器件方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種在制造納米線器件的方法中不損失納米線的情況下將納米線精確地轉(zhuǎn)移到其它襯底上的預(yù)期位置的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種通過(guò)在將納米線轉(zhuǎn)移到其它襯底的轉(zhuǎn)移過(guò)程中使施加于納米線的應(yīng)力最小化來(lái)防止納米線的彎曲現(xiàn)象的方法。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供一種能夠?qū)⒓{米線僅轉(zhuǎn)移到其它襯底上的期望位置，并通過(guò)重復(fù)執(zhí)行此方法來(lái)提高納米線器件的集成度的制造方法。
本發(fā)明的再有一個(gè)目的是提供一種能夠在制造納米線期間不被限制于硅襯底的晶向的情況下不同地制造各種形狀的納米線的納米線器件制造方法。
本發(fā)明的另有一個(gè)目的是提供一種不需要用于將納米線轉(zhuǎn)移到SOI晶片的附加襯底的納米線器件制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于從襯底制造半導(dǎo)體納米線的方法，該方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一熱氧化物層并使該第一熱氧化物層形成圖案以保護(hù)納米線區(qū)和用于支撐納米線的支撐結(jié)構(gòu)區(qū)；干法蝕刻硅襯底；通過(guò)利用硅各向異性蝕刻溶液濕法蝕刻硅襯底；在硅襯底上形成第二熱氧化物層；以及去除所有的熱氧化物層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體納米線的方法，該方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一熱氧化物層并使該第一熱氧化物層形成圖案以保護(hù)納米線區(qū)；干法蝕刻半導(dǎo)體襯底；通過(guò)利用硅各向異性蝕刻溶液濕法蝕刻半導(dǎo)體襯底；在硅襯底上形成第二熱氧化物層；利用干法蝕刻去除置于半導(dǎo)體襯底和納米線結(jié)構(gòu)頂面上的氧化物層；以及在半導(dǎo)體襯底上形成第三熱氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該方面通過(guò)一種納米線器件制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟形成與單晶半導(dǎo)體第一襯底分離的半導(dǎo)體納米線；以及將納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，該方法包括以下步驟通過(guò)利用反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體第一襯底來(lái)形成支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)；通過(guò)利用深反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體第一襯底以在支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)之下形成底切(undercut)形狀；通過(guò)熱氧化半導(dǎo)體第一襯底來(lái)形成半導(dǎo)體納米線；去除半導(dǎo)體第一襯底上形成的熱氧化層以將半導(dǎo)體納米線與半導(dǎo)體第一襯底分離；將半導(dǎo)體第一襯底上形成的半導(dǎo)體納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底；以及在第二襯底上形成電極。
根據(jù)本發(fā)明的還有一個(gè)方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，該方法包括以下步驟利用光刻膠對(duì)半導(dǎo)體襯底形成圖案；通過(guò)利用反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體襯底來(lái)形成支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)；通過(guò)利用深反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體襯底以在支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)之下形成底切形狀；通過(guò)熱氧化半導(dǎo)體襯底來(lái)形成熱氧化物層；蝕刻熱氧化物層以不完全去除半導(dǎo)體納米線和半導(dǎo)體襯底之間的熱氧化物層，并曝露半導(dǎo)體納米線的頂層部分；以及在半導(dǎo)體襯底上形成電極。
本發(fā)明的目的通過(guò)一種納米線器件制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟通過(guò)干法蝕刻和濕法蝕刻單晶硅襯底來(lái)形成具有用于支撐寬寬度的頂部結(jié)構(gòu)乘窄寬度的底部結(jié)構(gòu)的橫截面結(jié)構(gòu)的柱；氧化襯底；去除氧化的部分；以及在納米線支撐結(jié)構(gòu)上沉積電極材料。


從以下結(jié)合附圖給出的較佳實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的上述和其它目的和特征將變得更加明顯，附圖中圖1至3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制造硅納米線的方法和用于制造硅納米線器件的方法的圖示；圖4和5是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用于硅納米線的方法和用于制造納米線器件的方法的圖示；圖6和7是描述根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于硅納米線的方法和用于制造納米線器件的方法的圖示；圖8是描述通過(guò)利用根據(jù)本發(fā)明的納米線器件的納米線生物傳感器器件的一個(gè)例子的圖示。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的用于制造納米線器件的方法在利用半導(dǎo)體單晶襯底在晶片級(jí)上制造納米線后，通過(guò)將納米線轉(zhuǎn)移到另一襯底并用光刻技術(shù)對(duì)金屬電極形成圖案來(lái)制造納米線器件。
首先，在襯底被各向異性地蝕刻和熱氧化后，通過(guò)轉(zhuǎn)移方法，按需將從通過(guò)去除氧化層制造的半導(dǎo)體襯底上浮起的納米線和從襯底分離的納米線從制造該納米線的襯底轉(zhuǎn)移到氧化物或絕緣層襯底。此處，可根據(jù)應(yīng)用將納米線轉(zhuǎn)移到聚合物或塑料襯底。納米線向其它襯底的轉(zhuǎn)移可在聚合物或諸如光刻膠等對(duì)于要轉(zhuǎn)移的晶片襯底具有極好粘合特性粘合劑的幫助下實(shí)現(xiàn)，并能通過(guò)鍵合工藝直接將納米線固定到襯底上。在進(jìn)行了納米線的轉(zhuǎn)移之后，通過(guò)使用氧等離子體的干法蝕刻來(lái)去除粘合劑；然后，在去除粘合劑后，由于粘合劑而使納米線照原樣保留在襯底的表面。如果用于電接觸的電極結(jié)構(gòu)是通過(guò)以下工藝在納米線轉(zhuǎn)移襯底上制造的，則可以低成本批量生產(chǎn)制造納米線器件，因?yàn)榧{米線器件能在晶片級(jí)制造。
同樣，在本發(fā)明中，提出了一種通過(guò)利用其上形成納米線的襯底，而不是將納米線從納米線形成襯底轉(zhuǎn)移到其上形成絕緣層等的另一襯底來(lái)制造納米線器件的方法。
在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖1根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例順序地示出制造硅納米線的過(guò)程。
如圖1a所示，第一熱氧化層110形成于晶體結(jié)構(gòu)具有(100)方向的硅第一襯底100上，并且通過(guò)光刻工藝去除形成于沒(méi)有形成硅納米線及其支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域上的氧化物層。此處，在對(duì)光刻工藝使用步進(jìn)器(stepper)的情況下，可實(shí)現(xiàn)幾百納米的線寬。另一方面，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的硅納米線150可以是懸浮在空氣中的結(jié)構(gòu)(釋放結(jié)構(gòu))，所以需要通過(guò)支撐硅納米線的兩端或一端來(lái)使納米線150不被丟失或損壞。因此，要求在其上形成硅納米線150的區(qū)域的一側(cè)端點(diǎn)或兩側(cè)端點(diǎn)上形成支撐結(jié)構(gòu)140的圖案。通過(guò)使支撐結(jié)構(gòu)140的區(qū)域具有大于硅納米線150的線寬的寬度，支撐結(jié)構(gòu)140的區(qū)域在隨后的熱氧化去除處理之后不會(huì)從硅第一襯底100上釋放。
較佳的僅是控制支撐結(jié)構(gòu)140的區(qū)域的寬度不足以寬到平穩(wěn)地進(jìn)行隨后的納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程。另一方面，支撐結(jié)構(gòu)140的區(qū)域和納米線結(jié)構(gòu)150的區(qū)域之間的連接件寬度可被形成為比納米線區(qū)域的寬度窄。這允許在隨后的納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程中折斷納米線的部分成為連接件。
柱結(jié)構(gòu)120通過(guò)利用諸如深RIE(反應(yīng)離子蝕刻)工藝等各向異性干法蝕刻形成于硅第一襯底100上，如圖1b所示。柱結(jié)構(gòu)120的蝕刻深度被控制為能容易地實(shí)現(xiàn)隨后的硅納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程的深度。通過(guò)使用諸如KOH等硅各向異性蝕刻溶液來(lái)濕法蝕刻硅第一襯底100，如圖1c所示。在濕法蝕刻中，因?yàn)楣璧谝灰r底100具有(100)晶向的蝕刻特性，所以柱結(jié)構(gòu)的橫截面在濕法蝕刻后具有橫截面中心部分的寬度變得比頂部或底部的寬度窄的形狀。
第二熱氧化層130通過(guò)第二次氧化硅第一襯底100來(lái)形成，如圖1d所示。此時(shí)，柱結(jié)構(gòu)的凹形橫截面的頂部形成納米線，并且可通過(guò)控制第二次熱氧化處理的時(shí)間將硅納米線150的直徑控制在幾百納米的程度。同樣，硅納米線150可通過(guò)使柱結(jié)構(gòu)160的凹部變窄或完全地氧化而從襯底釋放。雖然支撐結(jié)構(gòu)140在橫截面上具有凹部，但因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)140具有適當(dāng)寬的寬度，因此凹部沒(méi)有被完全氧化；并且，即使進(jìn)行了隨后的熱氧化層蝕刻處理，釋放的納米線也被支撐。同時(shí)，在形成第二熱氧化層130前，可蝕刻第一熱氧化層。
其后，通過(guò)利用BOE(緩沖氧化物蝕刻劑)的濕法蝕刻或等離子體干法蝕刻去除熱氧化層，如圖1e所示。如果去除了熱氧化層，則獲得了直徑范圍從幾納米到幾百納米且長(zhǎng)度范圍從幾微米到幾百微米的硅納米線，其中硅納米線150的兩端都由支撐結(jié)構(gòu)支撐。另一方面，在熱氧化層去除過(guò)程中，可利用HF蒸氣。這通過(guò)使施加于納米線的應(yīng)力最小化而使氧化層去除過(guò)程或納米線的轉(zhuǎn)移過(guò)程期間的納米線丟失最小化，并且通過(guò)減少?gòu)澢F(xiàn)象和位置改變而使隨后的納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程能容易地進(jìn)行。另一方面，較佳的是硅第一襯底100和位于襯底頂部的硅納米線150之間的距離在從幾十納米到幾十微米的范圍內(nèi)，當(dāng)形成干法蝕刻的柱結(jié)構(gòu)120和在其中心具有窄橫截面的柱結(jié)構(gòu)160的深度時(shí)，這一距離由硅第一襯底100的濕法蝕刻程度來(lái)確定。
較佳的是硅納米線150具有預(yù)期的半導(dǎo)體特性，以將如此制造的納米線應(yīng)用于器件。可通過(guò)經(jīng)由諸如擴(kuò)散或離子注入等方法將雜質(zhì)注入到硅第一襯底100的全部或部分中來(lái)將半導(dǎo)體特性引入硅納米線中?？筛鶕?jù)注入的雜質(zhì)的類型和摻雜濃度來(lái)控制這種硅納米線150的半導(dǎo)體特性。
另一方面，在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，在形成第一熱氧化層之前，先將雜質(zhì)(較佳地為硼)以高濃度摻雜到其上形成納米線的區(qū)域的兩端或一端。在高摻雜區(qū)中，與在如圖1b所示的濕法蝕刻過(guò)程中的另一區(qū)相比，蝕刻被延遲。結(jié)果，因?yàn)檫B接到支撐結(jié)構(gòu)140的部分的納米線的厚度隨著遠(yuǎn)離支撐結(jié)構(gòu)140而變得更窄，所以可實(shí)現(xiàn)納米線的平滑厚度變化，如圖2a所示。當(dāng)制造從襯底釋放的納米線時(shí)，應(yīng)力被集中在納米線的兩端。因此，如果納米線以薄的厚度制造，則因?yàn)槠鋬啥俗兊帽?，由于?yīng)力變高而丟失納米線的可能性變高。結(jié)果，難以制造更薄的納米線。然而，如果采用以高濃度摻雜雜質(zhì)的方法，則即使納米線150被形成得很薄，在納米線形成得較厚的區(qū)域的任一端或一端處的應(yīng)力變強(qiáng)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于具有幾納米或低于幾納米的厚度的硅線。同樣，因?yàn)樵陔S后的納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程中通過(guò)粘合劑施加于納米線的力集中在納米線的兩端，所以納米線的斷裂主要在納米線的兩端處發(fā)生。
然而，如果納米線的兩端或一端以適當(dāng)?shù)暮穸戎圃烨液穸冗m當(dāng)變化，則可在轉(zhuǎn)移期間控制納米線的斷裂部分。同樣，納米線中通過(guò)將雜質(zhì)注入到納米線區(qū)域的兩端或一端來(lái)注入雜質(zhì)的部分以及其上形成納米線的區(qū)域的中心部分變得比其它部分厚，如圖2b所示。這種應(yīng)用能進(jìn)一步拓寬通過(guò)本發(fā)明形成的納米線的應(yīng)用范圍。
圖3示出用于將硅第一襯底100上形成的硅納米線150轉(zhuǎn)移到第二襯底300的過(guò)程。納米線的轉(zhuǎn)移包括以下步驟在第二襯底300上涂粘合劑310；將其上形成納米線的硅第一襯底100與第二襯底互相面對(duì)地底接觸(如圖3a所示)；將硅第一襯底100與第二襯底300分離(如圖3b所示)；以及去除粘合劑310(如圖3c所示)?？紤]到在第二襯底300上制造電器件，因此其上轉(zhuǎn)移了納米線的第二襯底300使用其上沉積了氧化物層或氮化物層的硅晶片，除此之外，可使用由晶體、陶瓷、玻璃和聚合物等形成的襯底。此時(shí)，在第二襯底300中，電極結(jié)構(gòu)的一部分可事先在轉(zhuǎn)移之前形成。
在第二襯底沒(méi)有粘合特性的情況下，粘合劑310被均一地涂到第二襯底300上以進(jìn)行納米線轉(zhuǎn)移。
粘合劑310起粘附納米線150的作用，并且在納米線150被轉(zhuǎn)移后，粘合劑310可通過(guò)進(jìn)行等離子體灰化處理來(lái)去除。粘合劑聚合物和熱回流聚合物可用于粘合劑310。在這些當(dāng)中，當(dāng)在使用光刻膠期間施加熱時(shí)，通過(guò)利用回流的光刻膠的特性能容易地轉(zhuǎn)移納米線。因此，在其上形成納米線150的硅第一襯底100與第二襯底300互相面對(duì)地接觸的狀態(tài)下，可通過(guò)施加熱和壓力將納米線150粘附到第二襯底300上。
可通過(guò)利用諸如光刻膠等基于聚合物的粘合劑310來(lái)以納米為尺度轉(zhuǎn)移納米線150。其后，雖然去除了粘合劑310，但由于轉(zhuǎn)移的納米線150保持通過(guò)粘合劑粘附于第二襯底的狀態(tài)，所以轉(zhuǎn)移的納米線150相對(duì)第二襯底300的位置在去除光粘合劑310后沒(méi)有非常大的變化。同樣，可通過(guò)在第二襯底300上進(jìn)行光刻處理或注入處理在粘合劑310上形成圖案。
通過(guò)轉(zhuǎn)移粘合劑圖案上的納米線150，可僅在要轉(zhuǎn)移的第二襯底300的預(yù)期的位置上轉(zhuǎn)移納米線150。通過(guò)重復(fù)地執(zhí)行這些步驟，僅在預(yù)期的位置處提高了納米線150的集成度。同樣，用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記圖案可事先形成于要轉(zhuǎn)移的第二襯底300上。用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記圖案允許通過(guò)在諸如粘合劑形成、納米線轉(zhuǎn)移和電極形成過(guò)程等之前的過(guò)程中起對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的作用來(lái)使各過(guò)程能容易地進(jìn)行，并且當(dāng)重復(fù)進(jìn)行納米線轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)可提高納米線器件的集成度。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用于轉(zhuǎn)移硅納米線150的方法，可通過(guò)在不用粘合劑310的情況下經(jīng)由各種鍵合工藝直接支撐硅納米線150來(lái)將硅納米線150轉(zhuǎn)移到第二襯底300。更具體地，它包括以下步驟將其上形成納米線150的硅第一襯底100與第二襯底300互相面對(duì)地接觸；通過(guò)施加熱和壓力將納米線150粘附到第二襯底300；以及將硅第一襯底100與第二襯底300分離。在這種情況下，自身具有粘性的柔性襯底或粘性襯底等可用作第二襯底300，具體地，可使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)等。
施加于襯底的熱和壓力由提高納米線150的轉(zhuǎn)移效率的條件來(lái)確定，并且它們根據(jù)要轉(zhuǎn)移的襯底的材料來(lái)改變。同樣，在這種情況下，粘合劑圖案可通過(guò)在第二襯底300上進(jìn)行光刻處理或熱壓處理來(lái)形成。同樣，用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記圖案可形成于第二襯底300上。
同時(shí)，納米線150的轉(zhuǎn)移可迭代地進(jìn)行；具體地，具有高密度的納米線陣列或具有諸如納米線陣列的層疊結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米線組件可通過(guò)將在不同襯底上形成的納米線150轉(zhuǎn)移到同一第二襯底上來(lái)形成。此時(shí)，當(dāng)形成納米線陣列的層疊結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)時(shí)，不論先前所轉(zhuǎn)移的第二襯底300的粘合特性如何，第二次轉(zhuǎn)移之后的轉(zhuǎn)移都在涂覆了比轉(zhuǎn)移到第二襯底300的納米線的厚度厚的粘合劑之后利用類似于其它實(shí)施例的粘合劑來(lái)進(jìn)行納米線轉(zhuǎn)移方法。
當(dāng)用于電接觸的電極結(jié)構(gòu)320形成于轉(zhuǎn)移納米線的襯底上時(shí)，完成了納米線器件制造過(guò)程，如圖3d所示。如果沉積了用作電極320的材料的金屬薄膜，則因?yàn)榧{米線被永久地固定到襯底的表面，所以盡管增加了另一個(gè)過(guò)程，也不存在納米線丟失的問(wèn)題。另外進(jìn)行的用于在其上轉(zhuǎn)移了納米線的襯底上形成電極320的過(guò)程可以晶片為單位進(jìn)行，并且圖案對(duì)準(zhǔn)可通過(guò)利用掩模的對(duì)準(zhǔn)圖案或在需要的情況下在轉(zhuǎn)移過(guò)程中使用的用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記圖案來(lái)進(jìn)一步容易地進(jìn)行。
將根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例描述用于制造硅納米線器件的方法。首先，在根據(jù)圖1所示的過(guò)程在襯底上形成納米線后，通過(guò)在納米線支撐結(jié)構(gòu)上形成電極材料來(lái)制造納米線器件。在本實(shí)施例中，不同于轉(zhuǎn)移納米線的實(shí)施例，可在不將納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底情況下在其上形成納米線的襯底上直接形成納米線器件。
在根據(jù)本實(shí)施例的納米線器件中，納米線不存在于諸如氧化物層等絕緣層上。因此，在本實(shí)施例中，較佳的是采用了本征半導(dǎo)體襯底，并當(dāng)事先將雜質(zhì)摻雜到要在其上形成納米線的區(qū)域時(shí)，較佳的是通過(guò)不將雜質(zhì)摻雜到納米線以下的襯底區(qū)域同時(shí)使摻雜深度變淺來(lái)最小化納米線器件的漏電流。如上所述形成的納米線器件可用于常規(guī)的納米線器件應(yīng)用，也可用于用作RFC(射頻電路)中十分精確的調(diào)諧振蕩器的納米線諧振器。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的納米線與常規(guī)的方法相比具有更小的線寬；并且，因?yàn)樗梢杂煤艿偷某杀緛?lái)制造，所以它的應(yīng)用范圍十分廣泛。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于制造硅納米線的過(guò)程。通過(guò)使用為具有(100)方向的晶體結(jié)構(gòu)的硅第一襯底而形成圖案的第一熱氧化層圖案作為掩模進(jìn)行各向異性干法蝕刻，在硅第一襯底上形成柱結(jié)構(gòu)420，如圖4a所示。此時(shí)，不需要形成用于納米線的支撐結(jié)構(gòu)。
通過(guò)利用諸如KOH等硅各向異性蝕刻溶液來(lái)濕法蝕刻硅第一襯底400，如圖4b所示。因此，形成了具有預(yù)定的傾斜角度的納米線結(jié)構(gòu)460。此外，通過(guò)第二次熱氧化硅第一襯底形成第二熱氧化層430，如圖4c所示。在形成了第一和第二熱氧化層410和430的狀態(tài)中，通過(guò)干法蝕刻硅第一襯底400，通過(guò)去除硅第一襯底400頂部的氧化物層露出納米線結(jié)構(gòu)460上的硅的頂部，如圖4d所示。
其后，通過(guò)第三次熱氧化硅第一襯底400來(lái)形成第三熱氧化層，如圖4e所示。通過(guò)控制第二熱氧化層和第三氧化層470的沉積時(shí)間，硅納米線450的直徑可被控制在幾十納米內(nèi)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于制造硅納米線的方法。利用其上通過(guò)圖4的過(guò)程形成硅納米線的硅第一襯底400，將納米線450轉(zhuǎn)移到第二襯底500，如圖5a到5c所示。此時(shí)，雖然完成了納米線的轉(zhuǎn)移，但氧化層510保留在第二襯底500的硅納米線450的頂部。因此，硅納米線450的轉(zhuǎn)移由保留的氧化層510完成，如圖5d所示。
在這種情況下，在去除熱氧化層期間可使用HF蒸氣。此處，如以上其它實(shí)施例中所描述的，對(duì)第二襯底500使用粘合劑520，或者可通過(guò)將自身具有粘合特性的柔性襯底或粘性襯底等用作第二襯底500來(lái)轉(zhuǎn)移納米線，并且形成粘合劑圖案或用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記圖案并將硅納米線450轉(zhuǎn)移到第二襯底500上。在該較佳實(shí)施例中，因?yàn)榕c轉(zhuǎn)移從襯底釋放的納米線的實(shí)施例相比需要更強(qiáng)的粘合力，所以較佳的是使用利用塑料襯底等的熱壓方法。其后，通過(guò)形成電極結(jié)構(gòu)530完成納米線器件制造過(guò)程，如圖5e所示。
因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例制造的硅納米線450在轉(zhuǎn)移了保留在襯底400上的氧化層和硅納米線450之后被去除，所以不存在丟失或損壞硅納米線450的問(wèn)題。
圖6示出了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的用于制造硅納米線的方法。首先，在準(zhǔn)備硅第一襯底610之后，通過(guò)光刻蝕刻處理形成光刻膠620的圖案，如圖6a和6b所示。形成圖案的區(qū)域包括硅納米線和用于硅納米線的支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域。此時(shí)，不同于以上示出的實(shí)施例，硅第一襯底610不需要有(100)方向的表面。通過(guò)利用諸如RIE(反應(yīng)離子蝕刻)等干法蝕刻工藝蝕刻硅第一襯底610來(lái)形成垂直溝結(jié)構(gòu)，如圖6c所示。然后，通過(guò)導(dǎo)致深RIE的扇形的硅干法蝕刻來(lái)蝕刻硅第一襯底610，在垂直溝結(jié)構(gòu)之下形成底切630的形狀，如圖6d所示。
在這種情況下，深RIE可采用Bosch工藝。其后，通過(guò)熱氧化處理在硅第一襯底610上形成熱氧化層640，如圖6e所示。硅納米線可通過(guò)經(jīng)由熱氧化形成處理在硅納米線結(jié)構(gòu)的底部區(qū)域的窄部分上完全氧化由熱氧化層640從襯底分離。同樣，通過(guò)這種熱處理，可制造直徑范圍從幾納米到幾十納米的硅納米線670，并且硅納米線670的直徑可通過(guò)對(duì)熱氧化處理的控制來(lái)控制。
如果氧化層640由HF蒸氣或BOE(緩沖氧化物蝕刻劑)去除，則獲得了形成為尺寸范圍從幾納米到幾十納米的納米線670，如圖6f所示。即使如果去除了氧化物640而使納米線變成懸浮在空氣中的結(jié)構(gòu)，納米線670也可由在為納米線670形成圖案期間一起形成圖案的支撐結(jié)構(gòu)支撐。
另一方面，因?yàn)槿绱酥圃斓墓杓{米線670是通過(guò)利用干法蝕刻處理、熱氧化處理和氧化層蝕刻處理來(lái)制造的，所以可通過(guò)允許在不依靠硅襯底610的晶向的前提下制造納米線來(lái)制造具有諸如直線或曲線等各種形狀的納米線。如此形成的納米線通過(guò)利用以上所述的納米線轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移到第二襯底，并且可制造硅納米線器件。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的硅納米線器件制造方法，在通過(guò)圖6a到6d所示的過(guò)程在硅襯底上形成納米線后，覆蓋納米線670的頂層部分的氧化層通過(guò)RIE的干法蝕刻或濕法蝕刻去除，如圖7a所示。其后，形成用于電接觸的電極結(jié)構(gòu)710，如圖7b所示。
因此，在本實(shí)施例中，可在不利用另外的第二襯底的情況下在硅第一襯底上進(jìn)行納米線器件制造過(guò)程。另一方面，在形成電極710后，可通過(guò)去除納米線以下的氧化層來(lái)制造納米線從硅襯底釋放的結(jié)構(gòu)的納米線器件。這種納米線器件可用于常規(guī)的納米線器件應(yīng)用，也可用于用作RFC(射頻電路)中十分精確的調(diào)諧振蕩器的納米線諧振器。
圖8示出通過(guò)利用根據(jù)本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施例制造的硅納米線器件來(lái)制造生物傳感器的例子。
因?yàn)樯飩鞲衅骼秒娊馊芤鹤鳛闄z查樣本，因此通過(guò)在納米線器件的電極的頂部形成絕緣層830來(lái)防止電極820與電解溶液接觸，以減小噪聲和提高生物傳感器的靈敏度。為了將納米線810的表面用作傳感器，納米線810的表面通過(guò)利用硫酸或氧等離子體來(lái)激活。同樣，氧化層840形成于納米線810的表面，并且通過(guò)在氧化層上形成有機(jī)硅烷層850和受體860來(lái)捕捉和檢測(cè)注入蛋白質(zhì)等包含在電解溶液中的檢測(cè)靶粒子870。
本申請(qǐng)包含與分別在2003年9月22日、2006年3月20日和2006年5月2日提交于韓國(guó)專利局的韓國(guó)專利申請(qǐng)第2005-0088325號(hào)、2006-0025126號(hào)和2006-0039593號(hào)有關(guān)的主題，這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
盡管參考某些較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以明白，可以在不背離以下權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的范圍的前提下進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于從襯底制造半導(dǎo)體納米線的方法，所述方法包括以下步驟在(100)單晶硅襯底上形成第一熱氧化物層并且形成所述第一熱氧化物層的圖案以保護(hù)用于支撐納米線區(qū)和所述納米線的支撐結(jié)構(gòu)區(qū)；干法蝕刻所述硅襯底；通過(guò)利用硅各向異性蝕刻溶液濕法蝕刻所述硅襯底；在所述硅襯底上形成第二熱氧化物層；以及去除所述熱氧化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通過(guò)利用硅各向異性蝕刻溶液濕法蝕刻硅襯底的步驟后，還包括蝕刻所述第一熱氧化物層的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱氧化物的去除是通過(guò)利用HF蒸氣來(lái)進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在硅襯底上形成第一熱氧化物層的步驟之前，還包括將高濃度的雜質(zhì)摻雜到其上形成所述支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域或其中形成所述納米線的一部分區(qū)域的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述雜質(zhì)是硼。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在硅襯底上形成第一熱氧化物層的步驟之前，還包括將雜質(zhì)摻雜到全部的硅襯底或限定所述納米線的一部分區(qū)域的步驟，其中所述半導(dǎo)體納米線的電特性是由所述雜質(zhì)的類型和濃度來(lái)控制的。
7.一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，所述方法包括以下步驟通過(guò)利用權(quán)利要求1所述的方法形成納米線的步驟；以及在納米線支撐結(jié)構(gòu)上沉積電極材料。
8.一種用于制造半導(dǎo)體納米線的方法，所述方法包括以下步驟在(100)單晶硅襯底上形成第一熱氧化物層并且形成所述第一熱氧化物層的圖案以保護(hù)用于支撐納米線區(qū)和所述納米線的支撐結(jié)構(gòu)區(qū)；干法蝕刻所述半導(dǎo)體襯底；通過(guò)利用硅各向異性蝕刻溶液濕法蝕刻所述半導(dǎo)體襯底；在所述硅襯底上形成第二熱氧化物層；通過(guò)利用干法蝕刻去除位于所述半導(dǎo)體襯底和納米線結(jié)構(gòu)的頂面上的氧化物層；以及在所述半導(dǎo)體襯底上形成第三熱氧化物層。
9.一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，所述方法包括以下步驟形成與單晶半導(dǎo)體第一襯底分離的半導(dǎo)體納米線；以及將所述納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述將納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底的步驟使用了先前形成于所述第二襯底上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記圖案。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述將所述納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底的步驟包括以下步驟將所述第二襯底與其上形成所述半導(dǎo)體納米線的單晶半導(dǎo)體第一襯底接觸；向所述單晶半導(dǎo)體第一襯底和所述第二襯底施加熱和壓力；以及將所述單晶半導(dǎo)體第一襯底與所述第二襯底分離。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二襯底是由其上形成氧化物層或氮化物層的硅襯底或晶體、陶瓷、玻璃、塑料和聚合物襯底中的一種制成的。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述從第二襯底分離單晶半導(dǎo)體第一襯底的步驟之后，還包括在所述第二襯底上形成電極的步驟。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述將在單晶第一襯底上形成的半導(dǎo)體納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底的步驟之后，還包括在所述第二襯底上均勻地涂粘合劑；以及在所述將單晶半導(dǎo)體第一襯底與第二襯底分離的步驟之后，從所述第二襯底去除所述粘合劑。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述在第二襯底上均勻地涂粘合劑的步驟后，還包括在所述粘合劑上形成圖案的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述在粘合劑上形成圖案的步驟是通過(guò)光刻處理或印刻處理來(lái)進(jìn)行的。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述將形成于單晶半導(dǎo)體第一襯底上的半導(dǎo)體納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底的步驟后，還包括通過(guò)進(jìn)行光刻處理或熱壓處理在所述第二襯底上形成所述粘合劑圖案的步驟。
18.一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，所述方法包括以下步驟通過(guò)利用反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體第一襯底形成支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)；通過(guò)利用深反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻半導(dǎo)體第一襯底在所述支撐柱結(jié)構(gòu)和所述垂直溝結(jié)構(gòu)之下形成底切形狀；通過(guò)熱氧化所述半導(dǎo)體第一襯底形成半導(dǎo)體納米線；去除形成于所述半導(dǎo)體第一襯底上的熱氧化物層以將所述半導(dǎo)體納米線與所述半導(dǎo)體第一襯底分離；將形成于所述半導(dǎo)體第一襯底上的半導(dǎo)體納米線轉(zhuǎn)移到第二襯底；以及在所述第二襯底上形成電極。
19.一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，所述方法包括以下步驟通過(guò)利用光刻膠形成半導(dǎo)體襯底圖案；通過(guò)利用反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻所述半導(dǎo)體襯底形成支撐柱結(jié)構(gòu)和垂直溝結(jié)構(gòu)；通過(guò)利用深反應(yīng)離子蝕刻工藝蝕刻所述半導(dǎo)體襯底在所述支撐柱結(jié)構(gòu)和所述垂直溝結(jié)構(gòu)之下形成底切形狀；通過(guò)熱氧化所述半導(dǎo)體襯底形成熱氧化物層；蝕刻所述熱氧化物層以不完全去除所半導(dǎo)體納米線和所述半導(dǎo)體襯底之間的熱氧化物層，同時(shí)曝露所述半導(dǎo)體納米線的頂層部分；以及在所述半導(dǎo)體襯底上形成電極。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述蝕刻熱氧化物層以不完全去除半導(dǎo)體納米線和半導(dǎo)體襯底之間的熱氧化物層，同時(shí)曝露半導(dǎo)體納米線的頂層部分的步驟是通過(guò)利用濕法蝕刻或干法蝕刻來(lái)進(jìn)行的。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述在半導(dǎo)體襯底上形成電極的步驟之后，還包括去除氧化物層以從所述半導(dǎo)體納米線襯底釋放納米線的步驟。
22.一種用于制造半導(dǎo)體納米線器件的方法，所述方法包括以下步驟根據(jù)用于重復(fù)地轉(zhuǎn)移形成于不同于第一襯底的襯底上的半導(dǎo)體納米器件的方法，在第二襯底上形成高密度納米線陣列、交叉的納米線陣列層疊層或多層結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米線是通過(guò)利用權(quán)利要求9所述的方法來(lái)轉(zhuǎn)移的。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述用于重復(fù)地轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體納米線的方法包括以下步驟(S1)在第二襯底上涂覆具有比先前轉(zhuǎn)移的納米線的厚度厚的厚度的粘合劑；(S2)轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體納米線；(S3)去除所述粘合劑；以及(S4)重復(fù)地進(jìn)行所述S1步驟、所述S2步驟和所述S3步驟。
24.一種納米線結(jié)構(gòu)，包括集成到半導(dǎo)體襯底中為一體并與所述半導(dǎo)體襯底分離的納米線；以及與所述納米線一起集成到所述半導(dǎo)體中為一體的支撐結(jié)構(gòu)以支撐所述納米線的一側(cè)或兩側(cè)，其中，當(dāng)所述納米線遠(yuǎn)離所述支撐結(jié)構(gòu)時(shí)其厚度變窄，而與所述支撐結(jié)構(gòu)接觸的區(qū)域具有厚的厚度。
25.一種納米線結(jié)構(gòu)，包括集成到半導(dǎo)體襯底中為一體并與所述半導(dǎo)體襯底分離的納米線；以及與所述納米線一起集成到所述半導(dǎo)體中為一體的支撐結(jié)構(gòu)以支撐所述納米線的一側(cè)或兩側(cè)，其中，所述納米線的厚度根據(jù)基于局部高濃度雜質(zhì)注入的每個(gè)區(qū)而變化。
26.一種納米線結(jié)構(gòu)，包括集成到半導(dǎo)體襯底中為一體并與所述半導(dǎo)體襯底分離的納米線；與所述納米線一起集成到所述半導(dǎo)體中為一體的支撐結(jié)構(gòu)以支撐所述納米線的一側(cè)或兩側(cè)；以及形成于所述支撐結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)上的電極材料。
27.一種利用權(quán)利要求26所述的納米線器件的納米線諧振器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于通過(guò)不利用電子束形成超細(xì)圖案的情況下以簡(jiǎn)單的工藝形成單晶硅納米線，并將與襯底分離的納米線轉(zhuǎn)移到另一氧化層或絕緣層，從而在沒(méi)有附加的復(fù)雜納米線對(duì)準(zhǔn)工藝或SOI襯底的情況下以低成本批量生產(chǎn)制造半導(dǎo)體納米線器件的方法。同樣，本發(fā)明提出了一種用于通過(guò)將納米線從其上形成該納米線的半導(dǎo)體襯底轉(zhuǎn)移到其上形成絕緣層等的另一襯底上來(lái)簡(jiǎn)單地制造納米線器件的方法。
文檔編號(hào)B82B1/00GK1935632SQ20061013988
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者李鞠寧, 成又慶, 鄭晳元, 金原孝 申請(qǐng)人:電子部品研究院