專利名稱：制造自排序納米管道陣列及納米點的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造垂直納米管道(nanochannel)的陣列的方法和使用該陣列制造納米點(nanodot)的方法，更具體地涉及一種通過兩步陽極氧化形成自排序納米管道陣列(self-ordered nanochannel-array)的方法和使用該納米管道陣列制造納米點的方法。
背景技術：
近年來，積極地進行了研究，以在存儲器、激光二極管(LD)、光電二極管(PD)、晶體管、遠紅外探測器、太陽能電池、光學調制器等中形成納米尺度的圖案或結構。例如，結合電子控制的納米點對應于其尺寸改變了束縛電子的數(shù)目。由于同傳統(tǒng)電子器件相比，可用較小數(shù)量的電子來驅動使用納米點的電子器件，所以降低了閾值電流電平從而允許低壓驅動。使用納米點的器件還具有用低電壓提供高輸出的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)納米點制作方法利用包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)的常規(guī)沉積工序來形成Si/Si3N4核或噴灑納米顆粒到襯底上。然而，傳統(tǒng)方法很難控制納米顆粒的尺寸。此外，噴灑相等尺寸的納米顆粒不能保證均勻的納米點分布。
另一種傳統(tǒng)方法是使用電子束光刻或激光束光刻。這種方法不僅因工藝的局限很難獲得所需尺寸的納米點，而且在減小其尺寸方面受到限制。此外，眾所周知，光刻是復雜而昂貴的工藝。
同時，Stephen Y.Chou等人提出了一種在硅襯底上形成金屬納米點的方法。該方法包括用模具壓印(imprint)形成在硅襯底上的PMMA層；形成管道陣列到預定深度；從管道底部除去殘留的PMMA并在所得的結構上形成金屬層；以及把襯底浸泡在蝕刻溶液中，并剝離其上的PMMA層和殘留金屬(Appl.Phys.Lett.，Vol.67.No.21，1995年11月20日)。根據(jù)該技術，模具確定了納米點的尺寸和間隔。即，納米點尺寸受限于模具的微尺度構圖，諸如光刻。從而，其尺寸不能降低到比光刻工藝中所允許的極限小。
Hideki Masuda等人提出了一種制造能有效用于開發(fā)各種納米尺度器件的納米管道陣列的方法(Appl.Phys.Lett.，71(19)，1997年11月10日)。該方法包括在淺凹面上進行壓模成型、執(zhí)行陽極氧化工藝、以及形成自排序管道陣列。然而，該方法的問題在于每個管道或陣列的尺寸受限于該模具。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于使用自對準技術容易地形成更小和高度有序的納米管道陣列的方法。
本發(fā)明還提供一種使用該高度有序的納米管道陣列制造納米點的方法，其被設計成允許簡化和更快的工藝、以及低制造成本。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造自排序納米管道陣列的方法，其包括步驟進行第一陽極氧化，從而在鋁襯底上形成具有管道陣列的第一鋁層，該管道陣列由多個孔穴(cavity)形成；蝕刻該第一鋁層到預定深度；且在該鋁襯底上形成多個凹入部分(concave portion)，其中每個凹入部分對應于該第一鋁層的每個管道的底部；以及進行第二陽極氧化，從而在鋁襯底上形成具有對應于該多個凹入部分的多個管道的陣列的第二鋁層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造納米點的方法，包括步驟進行第一陽極氧化，以在含有鋁層的模板(template)上形成具有多個管道的陣列的第一鋁層；蝕刻第一鋁層到預定厚度并在該鋁層上形成多個凹入部分，每個該凹入部分對應于第一鋁層的每個管道的底部；進行第二陽極氧化，以在該鋁層上形成具有對應于該多個凹入部分的多個管道的陣列的第二鋁層；在形成有處理目標層的襯底上形成覆蓋處理目標層的掩模層；使用模板中的第二鋁層在該掩模層上進行壓模成型，并把第二鋁層中管道陣列的輪廓(profile)轉移到該掩模層；以及蝕刻該掩模層和下方的處理目標層，并且把掩模層的壓模成型的輪廓轉移到處理目標層上。
在該納米點制造方法中，掩模層可以由光致抗蝕劑或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethyacrylate，PMMA)構成。處理目標層(processing object layer)可以由硅構成。


通過參考附圖詳細地說明其優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和有益效果將變得更清楚，其中圖1A-1E示出了根據(jù)本發(fā)明使用兩步陽極氧化制造自排序納米管道陣列的方法的步驟；圖2示出了顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例制造的納米管道陣列的納米孔陣列的截面圖(左)和頂視圖(右)；以及圖3A-3H示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例使用圖2的納米管道陣列作為模板制造納米點的方法的步驟。
具體實施例方式
以下，將參考附圖介紹根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的自排序納米管道陣列的制造方法和使用該納米管道陣列作為模板制造納米點的方法。
首先，將介紹在鋁襯底上制造納米管道陣列的方法。
根據(jù)本發(fā)明的納米管道陣列制造方法包括兩步陽極氧化工藝。
如圖1A所示，準備鋁襯底11。這里，鋁襯底11可以由純鋁板構成，或是在分離的支撐襯底上形成有鋁層的結構。
參照圖1B，通過第一陽極氧化來氧化鋁襯底11到預定深度，從而形成多孔鋁層13。在通過第一陽極氧化使鋁層13自原始鋁表面11的表面延伸期間，由于開始被氧化的鋁襯底11的形態(tài)(morphology)的不一致，不規(guī)則地歪曲了管道13a的垂直形狀。
在圖1C中，用蝕刻溶液清除鋁層13。在這種情況下，留下相等納米尺寸的凹入部分11a，以在蝕刻后暴露的鋁襯底11上形成陣列。
參照圖1D，在與用于第一陽極氧化的條件相同的條件下進行第二陽極氧化，從而形成具有多個管道14a的多孔鋁層14至預定深度。
如圖1E所示，僅在必要時，通過適合地調整溶液的溫度和濃度以及外加電壓的值來加寬管道14a。
圖2示出了通過兩步陽極氧化工藝形成的納米管道陣列的橫截面(左)，以及展現(xiàn)納米管道的排列的納米管道陣列的頂視圖(右)。
上述納米管道陣列可在根據(jù)本發(fā)明的形成納米點的方法中作為模板。
參照圖3A，準備襯底5，其上形成有由晶態(tài)或非晶硅制成的處理目標層4。這里，襯底5可以是硅襯底，并且在處理目標層4和硅襯底5之間夾有氧化硅5a。由于氧化硅僅是可以存在于處理目標層4下方的材料的一個例子，所以可以使用除氧化硅之外的材料。此外，處理目標層4可以用不同于硅的材料構造。即，根據(jù)本發(fā)明的納米點制造方法不受形成處理目標層4的材料所限制，并且一種采用此材料的方法提供了本發(fā)明的另一實施例。
參照圖3B，在處理目標層4上形成由光致抗蝕劑或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)構成的掩模層6至預定厚度。這里，考慮壓模成型的因素來設定掩模層6的厚度。
如圖3C所示，使用模板10在掩模層6上進行壓模成型(compressionmolding)，在模板10中在鋁襯底11上形成有具有多個管道的陣列的鋁層14。此時，鋁層14面對掩模層6，使得鋁層14中的管道陣列的輪廓能轉移到掩模層6。
在圖3D中，從掩模層6上分離模板10，并且如圖3G所示，在掩模層6的整個表面上進行蝕刻。在這種情況下，進行RIE(反應離子蝕刻)或離子銑削(ion milling)以將掩模層6蝕刻掉一均勻厚度。在這些條件下進行充分的蝕刻，使得轉移到掩模層6上的模板輪廓能轉移到處理目標層4上。在轉移工藝之后，處理目標層4以納米點的形式保留。
如圖3E所示，如果在以納米點形式處理了處理目標層4之后保留有掩模層6的殘余物6’，那么如圖3F所示除去殘余物6’。如果沒有留下殘余物，那么可以略去此步驟而到下一步驟。
如圖3H所示，如果處理目標層4由非晶硅構成，那么通過加熱來對處理目標層4進行退火。如果需要和特別是當使非晶硅成為晶體硅時執(zhí)行退火工藝。
這里一般地介紹了用于以處理目標層4形成納米點的上述步驟。即，這些步驟僅是制造電子器件的工藝的一部分，因此本發(fā)明不受制作具體電子器件的方法所限制。
根據(jù)本發(fā)明的納米管道陣列制作方法包括通過第一陽極氧化和蝕刻形成自排序凹入部分，以及然后通過第二陽極氧化形成自排序管道。本發(fā)明允許以此方法獲得一管道陣列以代替通過光刻形成的模具用作模板，從而消除了進行昂貴光刻工藝的需要并提供了一種能應用于大面積的較快工藝。此外，本發(fā)明能夠通過陽極氧化工藝容易地調整納米管道陣列的管道間隔和尺寸，并然后調整使用該納米管道陣列制作的納米點陣列的尺寸和間隔。
根據(jù)本發(fā)明的管道陣列制造方法和使用該管道陣列制作納米點的方法能應用于各種類型電子器件的制造，所述電子器件包括存儲器、激光二極管(LD)、光電二極管(PD)、晶體管、遠紅外線探測器、太陽能電池和光學調制器。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例具體地示出和介紹了本發(fā)明，但是本領域普通技術人員應當理解，在不背離所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對其作形式和細節(jié)上的各種改變。
權利要求
1.一種制造自排序納米管道陣列的方法，包括進行第一陽極氧化，從而在鋁襯底上形成具有管道陣列的第一鋁層，該管道陣列由多個孔穴形成；蝕刻該第一鋁層到預定深度并在該鋁襯底上形成多個凹入部分，其中每個凹入部分對應于該第一鋁層的每個管道的底部；以及進行第二陽極氧化，從而在該鋁襯底上形成具有對應于該多個凹入部分的多個管道的陣列的第二鋁層。
2.一種利用自排序模板制造納米點的方法，該方法包括進行第一陽極氧化，從而在含有鋁層的模板上形成具有多個管道的陣列的第一鋁層；蝕刻該第一鋁層到預定深度并在該鋁層上形成多個凹入部分，每個凹入部分對應于該第一鋁層的每個管道的底部；進行第二陽極氧化，從而在該鋁層上形成具有對應該多個凹入部分的多個管道的陣列的第二鋁層；在形成有處理目標層的襯底上形成覆蓋該處理目標層的掩模層；使用該模板中的該第二鋁層在該掩模層上進行壓模成型，并且把該第二鋁層中的該管道陣列的輪廓轉移到該掩模層；以及蝕刻該掩模層和下方的該處理目標層，并且把該掩模層的壓模成型的輪廓轉移到該處理目標層上。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中該掩模層由光致抗蝕劑或聚甲基丙烯酸甲酯形成。
4.根據(jù)權利要求2的方法，其中該處理目標層由硅制成。
5.根據(jù)權利要求3的方法，其中該處理目標層由硅制成。
全文摘要
本發(fā)明公開制造自排序納米管道陣列及納米點的方法。該納米管道陣列制造方法包括進行第一陽極氧化，以在鋁襯底上形成具有管道陣列的第一鋁層，管道陣列由多個孔穴形成；蝕刻第一鋁層到預定深度并在鋁襯底上形成多個凹入部分，其中每個凹入部分對應于第一鋁層的每個管道的底部；以及進行第二陽極氧化，以在鋁襯底上形成具有對應于多個凹入部分的多個管道的陣列的第二鋁層。該陣列制造方法能夠獲得精細排序的孔穴，并能使用孔穴形成納米尺度的點。
文檔編號B29C59/02GK1540714SQ20041003684
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權日2003年4月21日
發(fā)明者柳寅儆, 鄭守桓, 徐順愛, 金仁淑 申請人:三星電子株式會社