离子体轰击聚合物层201，以形成纳米掩模结构2011，如图6D所示。在本实施例中，可以采用半导体工艺中的等离子体清洗设备进行该等离子体轰击的工艺，等离子体可以为氩等离子体、氧等离子体或氮等离子体等，还可以为其他任何能够对聚合物层201进行轰击的等离子体。在一个具体的实施例中，在氩等离子体轰击工艺中，等离子体气源的流量为50-400sccm，腔体压力为0.2Pa，射频功率为150-350W，处理时间为10_180min。
[0068]在本实施例中，所述纳米掩模结构的材料为聚合物，通过对在衬底表面之上形成的聚合物层进行轰击，以形成纳米掩模结构。本发明提供的制备纳米掩模结构的步骤简单且可控性强，可以批量、并行加工纳米结构，适用于大规模的商业化生产。
[0069]当然，在实际应用中，通过调整聚合物层201的材料种类、厚度、粘度特性和/或等离子体轰击工艺条件，获取形状为独立的、两两相连的和/或半连接的直立柱状的纳米掩模结构2011。其中，所述等离子体轰击工艺条件包括:等离子体功率、源的种类、源的流量等。所述半连接指的是至少两个纳米掩模结构2011的纳米结构的部分连接在一起而形成的不规则的直立柱状结构，参考图7F所示。
[0070]在一个具体的实施例中，如图6C所示，可以在衬底100上旋涂一层聚合物材料，来形成聚合物层201，在一个具体的实施例中，所述聚合物层201的材料可以为聚酰亚胺，通过旋涂工艺形成，在旋涂时，转速可以为2500rpm，旋涂时间可以为40s，在旋涂后进行烘烤工艺，可以将上述形成有聚合物层201的衬底100放置于热板上进行烘烤，烘烤的温度为120°C，烘烤的时间为lOmin，得到厚度为0.9um的聚合物层201。接着以等离子体清洗设备对所述聚合物层201进行等离子体轰击，形成纳米掩模结构2011，如图6D所示，等离子体的气源为氩气，等离子体工艺的腔体的射频功率为270W，腔体压力为0.2Pa，氩气的流量为200sccm，处理的时间为30min。
[0071]需要说明的是，由于所述纳米掩模结构2011能完全覆盖所述开口 1011区域，后续进行各向异性刻蚀后形成的内嵌式纳米森林结构1001的边缘部分不会存在空缺，且由于形成内嵌式纳米森林结构1001，可以不用对准直接进行键合，能有效解决现有技术中因微流道尺寸偏差、对位不准或键合过程发生相对位移导致的上述间隙B和/或间隙A过大，使得DNA分子从间隙B和/或间隙A中流走的问题。
[0072]步骤S04，进行各向异性刻蚀，在所述衬底100的开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，参考图6E所示。
[0073]在本实施例中，以所述纳米掩模结构2011为掩模进行各向异性刻蚀，在所述衬底100的开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，由于有纳米掩模结构2011作掩模，所述开口 1011处形成的内嵌式纳米森林结构1001的顶部高度基本不变，而非开口 1011区域的衬底100表面有刻蚀阻挡层101保护，所述衬底100表面未受影响，所述纳米森林结构1001顶部与所述衬底100的表面齐平，这可以保证在后续进行键合时，纳米森林结构1001的顶部可以与另一衬底的平整表面无缝贴合，避免DNA分子从纳米森林结构1001与微流道上表面间隙C流过；进一步地，由于形成的纳米森林结构1001为内嵌式，无需对准过程，只需将具有平整表面的另一衬底和具有所述内嵌式纳米森林结构1001的衬底100直接进行键合即可，能有效减小制造类似DNA分子分离器等需要键合工艺的制造复杂度和对对位精度的要求等，更适合于大规模生产应用。
[0074]在实际应用中，采用反应离子刻蚀(RIE)等各向异性刻蚀，对衬底100进行刻蚀，受聚合物的自身特性以及各向异性刻蚀并不能完全实现仅在一个方向进行刻蚀(侧向也存在一定刻蚀速率)，使得刻蚀后形成的图形的上部较下部被刻蚀掉更多材料，因此形成了类似锥状的纳米结构。所述纳米结构的底部直径可以为10-200nm，锥高可以为50_1500nm。
[0075]在优选的实施例中，所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构的形状为锥状，且呈现大面积的分布，每平方微米的面积内有锥状纳米结构约为3-40根，每个纳米结构底部可以两两相连或两两不相连。采用本发明实施例提供的内嵌式纳米结构的制备方法进行各向异性刻蚀衬底100后的扫描电镜照片如图6G所示，可以看到，在刻蚀后，纳米结构形成锥状纳米森林结构1001，在该实施例中，纳米结构的高度大约为0.9um，且较均匀的分布在所述衬底100的表面。
[0076]在本发明的实施例中，可以采用RIE法对衬底100进行各向异性刻蚀，刻蚀气体可以为 Cl2、Br2、CF3Br 等，或者 SF6/02/CHF3、SF6/C12、Cl2/He/02、SF6/02、SF6/Cl2/02等的按照一定比例进行混合的混合气体。在一个具体的实施例中，采用012和He的混合气体，气体流量分别为100、400sCCm，在反应离子刻蚀的腔体中，射频功率为350W，腔体内的压力为400mTorr，刻蚀的时间为240s。
[0077]步骤S05，去除所述纳米掩模结构2011及所述刻蚀阻挡层101，参考图6F所示。
[0078]在具体的实施例中，采用湿法或干法刻蚀去除所述纳米掩模结构2011，；接着，采用湿法腐蚀去除所述刻蚀阻挡层101，湿法腐蚀的溶液为Β0Ε溶液或者稀释氢氟酸，稀释氢氟酸为HF:NH4F = 1:7的溶液，湿法腐蚀的时间为60s。在腐蚀之后，在衬底100上只留下内嵌式纳米森林结构1001。
[0079]至此，形成了本发明实施例的内嵌式纳米森林结构1001，该纳米结构为锥状纳米结构，可以应用于新能源器件、生物医学检测器件如DNA分子分离器件、微流控器件、光电子器件以及其他新型微纳结构、器件和系统中。
[0080]在一个具体应用中，可以将该具有内嵌式纳米森林结构1001的衬底100与另一个具有平整表面的衬底进行键合，形成一个纳米级的过滤腔室。
[0081]在本发明实施例中，由于在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101，然后在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，并通过各向异性刻蚀在衬底100的该开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，使得该内嵌式纳米森林结构1001顶部与衬底100表面齐平，且该纳米森林结构1001的周围没有空缺，能有效解决现有技术制备的纳米森林结构无法满足DNA分子分离器件要求的问题。
[0082]实施例二
[0083]内嵌式纳米森林结构1001的制造方法，如实施例一所述，所不同的是，在本实施例中，所述衬底100为绝缘体上硅(SOI)衬底；所述刻蚀阻挡层101为氮化硅薄膜；所述方法还包括:在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层501，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之后，进行各向异性刻蚀在所述硬掩模层501中形成纳米硬掩模结构5011，以该纳米硬掩模结构5011作为掩模；所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构形状为柱状、台状及其平面组合；所述纳米掩模结构2011的材料为二氧化硅，通过旋涂法在所述衬底100上形成分布均匀有序的纳米颗粒阵列作为纳米掩模结构2011，如图7A至图7F所示。
[0084]步骤SI 1，提供衬底100。
[0085]在本发明的实施例中，该衬底100为SOI衬底，该SOI衬底中的掩埋氧化物层与硅的选择刻蚀比较大，可以作为刻蚀停止层；在实际应用中，可以通过控制绝缘体上硅层的厚度，配合上述刻蚀停止层精确控制最终形成纳米森林结构1001的高度。当然，当所需的纳米森林结构1001的高度较小时，可以通过化学机械平坦化CMP法调整绝缘体上硅层的厚度，以实现对纳米森林结构1001高度的精确控制。
[0086]步骤S12，在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101 ;所述刻蚀阻挡层101为厚度为100-300nm的氮化硅薄膜，其它同实施例一所述，在此不再详述，如图7A所示。
[0087]步骤S13，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，如图7B所示。
[0088]如实施例一所述，所不同的是:在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层501 ;在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之后，进行刻蚀在所述硬掩模层501中形成纳米硬掩模结构5011，以该纳米硬掩模结构5011作为掩模。
[0089]需要说明的是，当以聚合物为掩模时，受聚合物的自身特性以及各向异性刻蚀并不能完全实现仅在一个方向进行刻蚀(侧向也存在一定刻蚀速率)，使得刻蚀后形成的图形的上部较下部被刻蚀掉更多材料，因此形成了类似锥状的纳米结构，本实施例在形成所述纳米掩模结构2011之前先沉积了一个薄层硬掩模层501，然后在其上形成纳米掩模结构2011，并进行刻蚀形成纳米硬掩模结构5011，以纳米硬掩模结构5011作为掩模，在后续各向异性刻蚀时，可以有效减缓上述侧向刻蚀的问题，使得后续各向异性刻蚀后形成纳米森林结构1001的纳米结构侧壁更加陡直，以最终形成柱体或类似柱体的纳米森林结构1001。
[0090]在一个具体实施例中，在所述刻蚀阻挡层101之上通过PECVD法沉积厚度为50-100nm的二氧化硅薄膜，然后通过旋涂法将分散有二氧化硅纳米颗粒的溶剂覆盖在所述衬底100表面上，在所述衬底100上形成分布均勾有序的二氧化娃纳米颗粒阵列作为纳米掩模结构2011，接着进行各向异性刻蚀在所述二氧化娃薄膜中形成纳米硬掩模结构5011。
[0091]步骤S14及步骤
[0068]在本实施例中，所述纳米掩模结构的材料为聚合物，通过对在衬底表面之上形成的聚合物层进行轰击，以形成纳米掩模结构。本发明提供的制备纳米掩模结构的步骤简单且可控性强，可以批量、并行加工纳米结构，适用于大规模的商业化生产。
[0069]当然，在实际应用中，通过调整聚合物层201的材料种类、厚度、粘度特性和/或等离子体轰击工艺条件，获取形状为独立的、两两相连的和/或半连接的直立柱状的纳米掩模结构2011。其中，所述等离子体轰击工艺条件包括:等离子体功率、源的种类、源的流量等。所述半连接指的是至少两个纳米掩模结构2011的纳米结构的部分连接在一起而形成的不规则的直立柱状结构，参考图7F所示。
[0070]在一个具体的实施例中，如图6C所示，可以在衬底100上旋涂一层聚合物材料，来形成聚合物层201，在一个具体的实施例中，所述聚合物层201的材料可以为聚酰亚胺，通过旋涂工艺形成，在旋涂时，转速可以为2500rpm，旋涂时间可以为40s，在旋涂后进行烘烤工艺，可以将上述形成有聚合物层201的衬底100放置于热板上进行烘烤，烘烤的温度为120°C，烘烤的时间为lOmin，得到厚度为0.9um的聚合物层201。接着以等离子体清洗设备对所述聚合物层201进行等离子体轰击，形成纳米掩模结构2011，如图6D所示，等离子体的气源为氩气，等离子体工艺的腔体的射频功率为270W，腔体压力为0.2Pa，氩气的流量为200sccm，处理的时间为30min。
[0071]需要说明的是，由于所述纳米掩模结构2011能完全覆盖所述开口 1011区域，后续进行各向异性刻蚀后形成的内嵌式纳米森林结构1001的边缘部分不会存在空缺，且由于形成内嵌式纳米森林结构1001，可以不用对准直接进行键合，能有效解决现有技术中因微流道尺寸偏差、对位不准或键合过程发生相对位移导致的上述间隙B和/或间隙A过大，使得DNA分子从间隙B和/或间隙A中流走的问题。
[0072]步骤S04，进行各向异性刻蚀，在所述衬底100的开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，参考图6E所示。
[0073]在本实施例中，以所述纳米掩模结构2011为掩模进行各向异性刻蚀，在所述衬底100的开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，由于有纳米掩模结构2011作掩模，所述开口 1011处形成的内嵌式纳米森林结构1001的顶部高度基本不变，而非开口 1011区域的衬底100表面有刻蚀阻挡层101保护，所述衬底100表面未受影响，所述纳米森林结构1001顶部与所述衬底100的表面齐平，这可以保证在后续进行键合时，纳米森林结构1001的顶部可以与另一衬底的平整表面无缝贴合，避免DNA分子从纳米森林结构1001与微流道上表面间隙C流过；进一步地，由于形成的纳米森林结构1001为内嵌式，无需对准过程，只需将具有平整表面的另一衬底和具有所述内嵌式纳米森林结构1001的衬底100直接进行键合即可，能有效减小制造类似DNA分子分离器等需要键合工艺的制造复杂度和对对位精度的要求等，更适合于大规模生产应用。
[0074]在实际应用中，采用反应离子刻蚀(RIE)等各向异性刻蚀，对衬底100进行刻蚀，受聚合物的自身特性以及各向异性刻蚀并不能完全实现仅在一个方向进行刻蚀(侧向也存在一定刻蚀速率)，使得刻蚀后形成的图形的上部较下部被刻蚀掉更多材料，因此形成了类似锥状的纳米结构。所述纳米结构的底部直径可以为10-200nm，锥高可以为50_1500nm。
[0075]在优选的实施例中，所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构的形状为锥状，且呈现大面积的分布，每平方微米的面积内有锥状纳米结构约为3-40根，每个纳米结构底部可以两两相连或两两不相连。采用本发明实施例提供的内嵌式纳米结构的制备方法进行各向异性刻蚀衬底100后的扫描电镜照片如图6G所示，可以看到，在刻蚀后，纳米结构形成锥状纳米森林结构1001，在该实施例中，纳米结构的高度大约为0.9um，且较均匀的分布在所述衬底100的表面。
[0076]在本发明的实施例中，可以采用RIE法对衬底100进行各向异性刻蚀，刻蚀气体可以为 Cl2、Br2、CF3Br 等，或者 SF6/02/CHF3、SF6/C12、Cl2/He/02、SF6/02、SF6/Cl2/02等的按照一定比例进行混合的混合气体。在一个具体的实施例中，采用012和He的混合气体，气体流量分别为100、400sCCm，在反应离子刻蚀的腔体中，射频功率为350W，腔体内的压力为400mTorr，刻蚀的时间为240s。
[0077]步骤S05，去除所述纳米掩模结构2011及所述刻蚀阻挡层101，参考图6F所示。
[0078]在具体的实施例中，采用湿法或干法刻蚀去除所述纳米掩模结构2011，；接着，采用湿法腐蚀去除所述刻蚀阻挡层101，湿法腐蚀的溶液为Β0Ε溶液或者稀释氢氟酸，稀释氢氟酸为HF:NH4F = 1:7的溶液，湿法腐蚀的时间为60s。在腐蚀之后，在衬底100上只留下内嵌式纳米森林结构1001。
[0079]至此，形成了本发明实施例的内嵌式纳米森林结构1001，该纳米结构为锥状纳米结构，可以应用于新能源器件、生物医学检测器件如DNA分子分离器件、微流控器件、光电子器件以及其他新型微纳结构、器件和系统中。
[0080]在一个具体应用中，可以将该具有内嵌式纳米森林结构1001的衬底100与另一个具有平整表面的衬底进行键合，形成一个纳米级的过滤腔室。
[0081]在本发明实施例中，由于在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101，然后在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，并通过各向异性刻蚀在衬底100的该开口 1011处形成内嵌式纳米森林结构1001，使得该内嵌式纳米森林结构1001顶部与衬底100表面齐平，且该纳米森林结构1001的周围没有空缺，能有效解决现有技术制备的纳米森林结构无法满足DNA分子分离器件要求的问题。
[0082]实施例二
[0083]内嵌式纳米森林结构1001的制造方法，如实施例一所述，所不同的是，在本实施例中，所述衬底100为绝缘体上硅(SOI)衬底；所述刻蚀阻挡层101为氮化硅薄膜；所述方法还包括:在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层501，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之后，进行各向异性刻蚀在所述硬掩模层501中形成纳米硬掩模结构5011，以该纳米硬掩模结构5011作为掩模；所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构形状为柱状、台状及其平面组合；所述纳米掩模结构2011的材料为二氧化硅，通过旋涂法在所述衬底100上形成分布均匀有序的纳米颗粒阵列作为纳米掩模结构2011，如图7A至图7F所示。
[0084]步骤SI 1，提供衬底100。
[0085]在本发明的实施例中，该衬底100为SOI衬底，该SOI衬底中的掩埋氧化物层与硅的选择刻蚀比较大，可以作为刻蚀停止层；在实际应用中，可以通过控制绝缘体上硅层的厚度，配合上述刻蚀停止层精确控制最终形成纳米森林结构1001的高度。当然，当所需的纳米森林结构1001的高度较小时，可以通过化学机械平坦化CMP法调整绝缘体上硅层的厚度，以实现对纳米森林结构1001高度的精确控制。
[0086]步骤S12，在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101 ;所述刻蚀阻挡层101为厚度为100-300nm的氮化硅薄膜，其它同实施例一所述，在此不再详述，如图7A所示。
[0087]步骤S13，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，如图7B所示。
[0088]如实施例一所述，所不同的是:在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层501 ;在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011之后，进行刻蚀在所述硬掩模层501中形成纳米硬掩模结构5011，以该纳米硬掩模结构5011作为掩模。
[0089]需要说明的是，当以聚合物为掩模时，受聚合物的自身特性以及各向异性刻蚀并不能完全实现仅在一个方向进行刻蚀(侧向也存在一定刻蚀速率)，使得刻蚀后形成的图形的上部较下部被刻蚀掉更多材料，因此形成了类似锥状的纳米结构，本实施例在形成所述纳米掩模结构2011之前先沉积了一个薄层硬掩模层501，然后在其上形成纳米掩模结构2011，并进行刻蚀形成纳米硬掩模结构5011，以纳米硬掩模结构5011作为掩模，在后续各向异性刻蚀时，可以有效减缓上述侧向刻蚀的问题，使得后续各向异性刻蚀后形成纳米森林结构1001的纳米结构侧壁更加陡直，以最终形成柱体或类似柱体的纳米森林结构1001。
[0090]在一个具体实施例中，在所述刻蚀阻挡层101之上通过PECVD法沉积厚度为50-100nm的二氧化硅薄膜，然后通过旋涂法将分散有二氧化硅纳米颗粒的溶剂覆盖在所述衬底100表面上，在所述衬底100上形成分布均勾有序的二氧化娃纳米颗粒阵列作为纳米掩模结构2011，接着进行各向异性刻蚀在所述二氧化娃薄膜中形成纳米硬掩模结构5011。
[0091]步骤S14及步骤
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。