图形化装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种图形化装置及其使用方法，所述图形化装置包括：基板层；设置于所述基板层上的薄膜层；以及设置于所述薄膜层上的图形模板层，所述图形模板层包括凸出的图形结构，所述图形结构用于配合腐蚀液在衬底表面形成预设图形，其中，在腐蚀液环境中，所述图形结构与衬底表面接触后，衬底的接触部分被溶解。

【技术实现步骤摘要】
图形化装置及其使用方法
本专利技术的实施例涉及半导体加工
，特别涉及一种图形化装置及其使用方法。
技术介绍
半导体产业中，对衬底(例如硅衬底)进行图形化是一项重要的生产环节。现有技术中，图形化的方法主要包括光刻和刻蚀两大工艺过程。光刻的目的是形成所需要的图形掩模，刻蚀的目的主要是将光刻形成的光刻胶掩模图形转移到衬底中。总体加工过程较为复杂，并且对设备和环境的要求较高。因此，有必要研究一种可直接图形化、工艺简单的图形化装置及方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例提出了一种可直接进行图形化的图形化装置及其使用方法。根据本专利技术的一个方面，提出了一种图形化装置，包括：基板层；设置于所述基板层上的薄膜层；以及设置于所述薄膜层上的图形模板层，所述图形模板层包括凸出的图形结构，所述图形结构用于配合腐蚀液在衬底表面形成预设图形，其中，在腐蚀液环境中，所述图形结构与衬底表面接触后，衬底的接触部分被溶解。根据一些实施方式，所述图形结构包括间隔设置的多个条状结构。根据一些实施方式，单个条状结构的宽度为200nm，单个条状结构的高度为520nm。根据一些实施方式，所述图形结构的材料包括金(Au)、铂金(Pt)或者银(Ag)。根据一些实施方式，所述腐蚀液包括氢氟酸(HF)、双氧水(H2O2)和水(H2O)。根据一些实施方式，所述腐蚀液中氢氟酸、双氧水和水的摩尔质量比为5～7∶0.6～0.8∶45～55，进一步优选为6∶0.7∶50。根据一些实施方式，所述衬底为单晶硅衬底。根据一些实施方式，所述基板层的材料包括硅；所述薄膜层包括铬薄膜，并且所述铬薄膜的厚度为100-200nm。根据本专利技术的另一方面，提出一种利用所述的图形化装置进行图形化的方法，包括：在衬底表面滴加腐蚀液以形成腐蚀液环境；对图形化装置施加压力，使得图形模板层的图形结构在腐蚀液环境中与衬底表面接触；保持所述压力，使得所述图形结构在腐蚀液环境中与衬底表面接触一段时间。根据一些实施方式，所述图形结构在腐蚀液环境中与衬底表面接触10min。在根据本专利技术的实施例的图形化装置中，通过设置图形模板层的凸出的图形结构并配合使用腐蚀液，使得在腐蚀液环境中，图形结构接触之处，衬底即被溶解。由此，可在衬底上形成与图形结构相匹配的图案，直接完成预设图形的制备。无需前期的光学光刻或电子束光刻过程，也避免了后续将图形转移到衬底上所需的干法或湿法刻蚀过程，具有易实现可控制备、设备简单、可在常温常压下进行等诸多优点，应用前景广阔。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的图形化装置的结构示意图；图2示出了图1的图形化装置的图形模板层的扫描电子显微镜照片；图3示出了利用图1的图形化装置进行图形化的方法的示意图；以及图4示出了利用图1的图形化装置进行图形化的结果的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。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
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。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专利技术的保护范围。图1示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的图形化装置100的结构示意图。如图1所示，图形化装置100包括：基板层1；设置于基板层1上的薄膜层2；以及设置于薄膜层2上的图形模板层3，图形模板层3包括凸出的图形结构31，图形结构31用于配合腐蚀液4在衬底5表面形成预设图形，其中，在腐蚀液环境中，图形结构31与衬底5表面接触后，衬底5的接触部分被溶解。在根据本专利技术的实施例的图形化装置100中，通过没置图形模板层3的凸出的图形结构31并配合使用腐蚀液4，使得在腐蚀液环境中，图形结构31接触之处，衬底5即被溶解。由此，可在衬底上形成与图形结构31相匹配的图案，直接完成预设图形的制备。无需前期的光学光刻或电子束光刻过程，也避免了后续将图形转移到衬底上所需的干法或湿法刻蚀过程，具有易实现可控制备、设备简单、可在常温常压下进行等诸多优点，应用前景广阔。衬底是半导体器件中的基础部件，对衬底进行图形化是制备集成电路的关键。单晶硅作为典型的半导体材料，被广泛应用于二极管、三极管、晶闸管等器件的衬底制备中。在本专利技术的实施例中，衬底5可选用单晶硅衬底。基板层1用于为图形模板层3提供支撑，也可作为外部压力的施加对象。通过控制基板层1可间接控制图形模板层3的位置。基板层1的材料可包括硅。薄膜层2设置于基板层1与图形模板层3之间，薄膜层2可包括铬薄膜，并且铬薄膜2的厚度可以为100-200nm。图形模板层3用作在衬底5上形成预设图形的模板，图形结构31的图案决定了模板图形化的结果。由于图形结构31是凸出结构，因此在衬底5上形成的与之匹配的图形即为下凹形状。可根据预设图形的形状设计图形结构31，使得两者可相互配合，即凹凸相对。图形结构31可通过光刻结合电镀的方式制备；也可直接利用刻划的方式形成，例如，先在薄膜层2上沉积一层制备图形结构31的材料，然后对材料进行刻划，形成图形结构31的形状。图形化装置100可循环利用，同一个图形模板层3可重复用于多次图形化操作。因此，无需在每次图形化过程中都通过例如光刻的方式制备图形模板层3，可节省工艺。在本专利技术的实施例中，图形结构31可包括间隔设置的多个条状结构。图2示出了图1的图形化装置100的图形模板层3的扫描电子显微镜照片。如图2所示，间隔设置的多个条状结构向外凸出，单个条状结构的宽度可以为200nm，单个条状结构的高度可以为520nm。由此在衬底5上形成的预设图形为纳米级尺寸。图形结构31的材料可包括金(Au)、铂金(Pt)或者银(Ag)。图形结构31的材料的选用与腐蚀液4的组成和衬底5的材料种类紧密相关。腐蚀液4可包括氢氟酸(HF)、双氧水(H2O2)和水(H2O)。在本专利技术的实施例中，腐蚀液4中氢氟酸、双氧水和水的摩尔质量比可以为5～7∶0.6～0.8∶45～55，进一步可以优选为6∶0.7∶50。腐蚀液4的组成及各组分的比例对图形化的效果(例如图形的形貌)有较大影响。可根据实际需求，调节腐蚀液4中各组分的比例。以硅衬底为例，对本专利技术图形化装置100的作用原理进行阐述：在腐蚀液环境中，对图形化装置100施加向下的压力，使得图形模板层3的图形结构31和硅衬底表面接触。此时，图形结构31会起到微阴极的作用，促使腐蚀液4中的H2O2分解，从而产生大量的空穴(h+)。空穴进一步注入到与图形结构31接触或者接近图形结构31位置的硅衬底区域中，从而将硅氧化为硅的氧化物，硅的氧化物在HF的作用下开始溶解。由此，可在衬底5上形成与图形结构31相匹配的图案，直接完成预设图形的制备。在图形结构31表面发生的反应可表示为如下反应式：H2O2+2H+→2H2O+2h+2H+→H2↑+2h+在硅衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图形化装置，包括：基板层；设置于所述基板层上的薄膜层；以及设置于所述薄膜层上的图形模板层，所述图形模板层包括凸出的图形结构，所述图形结构用于配合腐蚀液在衬底表面形成预设图形，其中，在腐蚀液环境中，所述图形结构与衬底表面接触后，衬底的接触部分被溶解。

【技术特征摘要】
1.一种图形化装置，包括：基板层；设置于所述基板层上的薄膜层；以及设置于所述薄膜层上的图形模板层，所述图形模板层包括凸出的图形结构，所述图形结构用于配合腐蚀液在衬底表面形成预设图形，其中，在腐蚀液环境中，所述图形结构与衬底表面接触后，衬底的接触部分被溶解。2.根据权利要求1所述的图形化装置，其特征在于，所述图形结构包括间隔设置的多个条状结构。3.根据权利要求1所述的图形化装置，其特征在于，单个条状结构的宽度为200nm，单个条状结构的高度为520nm。4.根据权利要求1所述的图形化装置，其特征在于，所述图形结构的材料包括金(Au)、铂金(Pt)或者银(Ag)。5.根据权利要求1所述的图形化装置，其特征在于，所述腐蚀液包括氢氟酸(HF)、双氧水(H2O2)和水(H2O)。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海亮，牛洁斌，王冠亚，朱效立，谢常青，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11