[发明专利]一种采用激光直写的原子层刻蚀方法

说明书

本发明揭示了一种采用激光直写的原子层刻蚀方法，具体包括以下步骤：步骤a：选取GaAs基底；步骤b：对所述GaAs基底进行去除氧化层处理以及生长缓冲层处理；步骤c：在所述步骤b所得基底上沉积InAs薄膜或InGaAs薄膜；步骤d：采用激光直写在所述步骤c所得的InAs薄膜或InGaAs薄膜上进行图形化的刻写。该制备方法可在GaAs基材料表面实现原子层精度的刻蚀，并且制备简便，结构具有可设计性。

技术领域

本发明涉及一种采用激光直写技术，特别涉及一种采用激光直写的原子层刻蚀方法。

背景技术

纳米结构在集成电路，光电子器件和生物医药等领域有广泛的应用。器件的性能与纳米结构的尺寸密不可分。随着器件集成度的不断提升，其结构的尺寸不断缩小。以芯片的制造为例，目前主流的手机处理器已采用14/16nm蚀刻工艺。随着纳米结构的特征尺寸不断减小，对刻蚀的深度的控制也有了更高的要求。此外，传统的反应离子刻蚀，即通过高能的等离子体轰击样品表面来去除材料，不可避免的引入杂质(轰击使用的离子)和对衬底造成结构损伤，由此导致器件性能下降。为解决这些问题，目前一般采用原子层刻蚀技术。所谓原子层刻蚀，是一种能够精确控制被移除材料量的技术。通过对样品表面改性，仅使表面的原子层在刻蚀中能够被移除。多次重复循环，获得期望的刻蚀深度。以硅片的原子层刻蚀为例，单原子层的移除包含以下步骤：(1)在刻蚀腔中通入氯气，氯气分子则物理吸附在硅材料表面；(2)排空刻蚀腔内过量的氯气；(3)用氩离子轰击样品表面，去除样品表面的硅-氯层，移除过程具有自限制性，当氯化层被移除后，该过程即终止；(4)将移除产物排空。多次重复以上步骤，可以实现期望的刻蚀深度。综上所述，目前的原子层刻蚀技术，过程复杂，需要专用设备，加工成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光直写技术的原子层刻蚀方法，该方法可在GaAs基材料表面实现原子层精度的刻蚀，并且制备方法简便，结构具有可设计性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：一种采用激光直写的原子层刻蚀方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤a：选取GaAs基底；

步骤b：对所述GaAs基底进行去除氧化层处理以及生长缓冲层处理；

步骤c：在所述步骤b所得基底上沉积InAs薄膜或InGaAs薄膜；

步骤d：采用激光直写在所述步骤c所得的InAs薄膜或InGaAs薄膜上进行图形化的刻写。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述步骤a中的GaAs基底包括GaAs(001)、GaAs(111)或其他特定晶面取向的GaAs基底中的一种。

所述步骤b中对基底的处理使用分子束外延设备或气相外延生长设备中的一种。

所述步骤b中缓冲层的生长厚度为10nm-10μm之间。

所述步骤c中InAs的厚度为0.1ML-1.5ML之间(ML，mono-layer，原子单层)。

所述步骤c中InGaAs的厚度为1nm-50nm之间。

所述步骤d中，照射到样品表面的激光参数，脉宽为1ns-1000ns之间，能量密度为1mJ/cm²-1J/cm²之间。

所述步骤d的执行氛围包括空气氛围、真空氛围或惰性气体氛围中的一种。

优选地，所述步骤d的执行氛围包括真空氛围或惰性气体氛围中的一种。

优选地，所述步骤d中，基片的温度为10℃-550℃之间。

所述步骤d中，激光单次刻写的深度为0.3nm-3nm之间；