超晶格的制造和使用的制作方法

專利名稱：超晶格的制造和使用的制作方法
技術領域：
本發明涉及超晶格的制造和使用。
背景技術：
細線陣列已在大量的器件中得到使用，并且，已發現它們特別適于在小的或結構緊湊的計算機器件(如傳感器、存儲器件和邏輯芯片)中使用。
為滿足對細線陣列的需求，已利用光刻法來創建細線陣列。但是，隨著計算機器件變得越來越小，這些陣列中的線需要變得更細，且它們之間的間隔需要變得更小。迄今為止，尚未證明光刻法足以建立非常細的和間隔小的線陣列。
為滿足對線更細的細線陣列的需求，已使用兩種方法來創建這些陣列。這些方法中的一種方法使用蝕刻的、線性分層(linear layered)的超晶格作為壓印光刻的模。而另一種方法使用蝕刻的、線性分層的超晶格和物理汽相淀積來制造直線式的細線陣列。
在美國專利6407443中描述了蝕刻的、線性分層的超晶格壓印光刻的一個實例。該壓印光刻的實例包括連續的剝離(lift-off)加工，而這可能會最終限制其加工能力。它也使用了納米壓印步驟，迄今為止，該步驟尚未在生產環境中得到持續的和成功的使用。
當前的物理汽相淀積使用原子束來將材料直接淀積在蝕刻的、線性分層的超晶格的表面上。然后，將該淀積材料物理地轉移到襯底上。但是，該方法往往產生具有不規則截面的導線，這可能會形成各種結構和使用方面的困難。當前的物理汽相淀積也要求在超高真空(″UHV″)中進行加工，而這樣做成本較高，且可能限制與UHV加工不兼容的材料的使用。
這些當前的超晶格既具有線性的材料層，又用來創建直線式的細線陣列。這便進一步限制了用當前這些超晶格創建的陣列的有用性，因為許多小的或結構緊湊的計算機器件更適于非直線的線陣列。
因此，需要找到一種用于制造線條更細的線陣列的技術，該技術允許生產非直線、成本更低、更容易進行再生產，且對生產而言更為友好。

發明內容
一種用于形成超晶格的方法，包括將襯底上的表面層整形成沿長軸延伸的細長脊，所述脊沿所述長軸是非直線的，并包括具有傾斜側壁和頂部的橫截面；在脊上設置厚度處于1和100納米之間的、由兩種或更多種材料構成的交替層；和從所述脊的所述頂部除去所述交替層，以暴露出所述交替層的邊緣。
一種超晶格包括多個交替層，包括由第一材料形成的第一交替層和由第二材料形成的第二交替層，所述多個交替層具有暴露所述多個交替層的邊緣的表面；所述第一材料層的各個邊緣中的至少兩個邊緣的寬度處于1和100納米之間，并沿它們的長度彎曲，同時彼此平行。


圖1的框圖示出了一種能執行用于形成和使用超晶格的方法的示范性系統；圖2的流程圖示出了一種在襯底上形成一個或多個脊的示范性方法；圖3示出了一種示范性襯底和表面層的截面圖以及厚度和寬度尺寸；圖4示出了一種示范性襯底、表面層和可形成圖案的層的截面圖；圖5示出了一種示范性襯底、表面層、可形成圖案的層、光刻掩模的和輻射的截面圖；圖6示出了一種示范性襯底、表面層和可形成圖案的層中的圖案的截面圖；圖7示出了一種示范性襯底、表面層和可形成圖案的層(具有經過改變的側壁)中的圖案的截面圖；圖8示出了一種示范性襯底、蝕刻劑和經過部分蝕刻的表面層以及可形成圖案的層(具有經過改變的側壁)中的圖案的截面圖；圖9示出了一種示范性襯底以及具有側壁和頂部的脊的截面圖；圖10示出了一種示范性襯底以及具有側壁和頂部的脊的三維視圖；圖11示出了一種示范性襯底、脊、圓形脊和Z字形脊的俯視圖；圖12是一種用于在具有脊的襯底上制造超晶格的示范性方法的流程圖；圖13示出了一種示范性襯底、具有側壁和頂部的脊以及兩種交替的材料層的截面圖；圖14示出了一種示范性襯底、具有側壁和頂部的脊、兩個交替材料層、填充層和停止層的截面圖；圖15示出了一種示例性襯底、具有側壁的脊、兩個交替材料層和交替材料層的暴露的邊緣的截面圖；圖16示出了一種示范性襯底、脊、圓形脊、Z字形脊以及交替材料層的暴露的邊緣的俯視圖；圖17的三維視圖示出了超晶格(具有偏移的暴露邊緣)的示范性小片與示范性的具有帶電物體的帶電浴(charged bath)；圖18的三維視圖示出了超晶格(具有偏移的暴露邊緣)的示范性小片和在這些偏移的暴露邊緣內收集的線陣列的示范性部分；圖19的三維視圖示出了超晶格(不具有偏移的邊緣)的示范性小片和某些暴露的邊緣上的線陣列的示范性部分；圖20示出了管芯上的彎曲的或非直線的示范性納米線陣列的俯視圖；圖21示出了超晶格上的示范性的線陣列以及陣列襯底；和圖22示出了陣列襯底上的示范性的線陣列。
在整個公開和附圖中，相同的附圖標記表示類似的部件和特征。
具體實施例方式
以下公開描述了制造和使用超晶格的不同方法。所公開的系統和方法能形成具有若干個層的超晶格，且這些層具有幾乎任意長度和曲率的暴露邊緣。可以用這些邊緣來制造寬度和間隔為納米量級、微米量級和中間量級及這些量級的組合的彎曲的和非直線的線陣列。所述的系統和方法也允許超晶格具有若干邊緣和相應的線陣列，這些線非常窄，且間隔較小，但同時長度也非常長。
所公開的系統和方法在相當大的程度上提供了優于許多現有技術解決方案的優點。這些優點可以包括精確控制超晶格中的各層和線陣列的尺寸(如層或線的長度、寬度、間隔、曲線或圖案)以及層和線的數目。采用所公開的系統和方法，可以創建幾乎任意圖案的納米寬度的線陣列，這樣，便有可能使得采用這些線陣列的器件性能更好、速度更快和尺寸更小。
在闡述用于形成和使用超晶格的各種方法之前，描述了一種能實現遵循這些方法的動作的系統。
示范性平臺圖1示出了平臺100的一個實施例，可以用該平臺來執行以下闡述的用于形成和使用超晶格的方法。平臺100包括計算機/控制器102和加工部分104。
計算機/控制器102包括中央處理單元(CPU)106、存儲器108、輸入/輸出(I/O)電路110和支持電路112。CPU 106是通用計算機，當通過執行包含在存儲器108(未示出)中的軟件對其進行編程時，該CPU變成了控制加工部分104的硬件部件的專用計算機。存儲器108可包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、可拆卸存貯器、硬盤驅動器或任何形式的數字存儲器件。I/O電路110包括眾所周知的用于輸出信息的顯示器、鍵盤、鼠標、跟蹤球或其他允許對計算機/控制器102進行編程的輸入器件。上述顯示器允許用戶確定由加工部分104完成的加工(包括由該加工部分104中的相關機器人行為)。支持電路112在業內是眾所周知的，并包括諸如高速緩存、時鐘、電源等類似電路。
存儲器108包含控制軟件，當由CPU 106執行時，該軟件使得計算機/控制器102能以數字方式控制加工部分104的各種部件。結合圖2和圖12詳細描述了由該控制軟件實施的加工。
在另一個實施例中，計算機/控制器102可以是模擬的。例如，可以使用能控制那些由加工部分104執行的加工的專用集成電路。
加工部分104可包括各種加工室114，通常，使用機器人機構116，可以將各種襯底和/或超晶格在這些加工室之間進行轉移。該加工的細節隨以下描述的不同方法而不同。
用于形成脊的示范性方法圖2示出了用于在襯底上形成一個或多個脊的示范性方法的流程圖200。可以用這些脊和襯底來協助創建超晶格(下面將對此作更詳細描述)。將該圖和以下的圖示出為一系列表示由平臺100執行的操作或行為的框。然而，可以通過任何合適的機器人、人、硬件、軟件、固件或它們的組合來實現由這些圖表示的方法。在軟件和固件的情況下，它們表示實施成可以由一個或多個處理器執行的、存儲在存儲器中的計算機可執行指令的若干組操作。
在框202處，平臺100在襯底上設置表面層。可以用該表面層形成若干個脊，且可以用這些脊來協助形成超晶格。平臺100可以設置各種不同材料和厚度的表面層。
圖3示出了襯底302和表面層304的實例的截面圖。襯底302可以很小，小至納米量級，也可以相當大，大至若干厘米。在該截面圖中，示出了襯底302和表面層304的寬度和厚度尺寸。
在一種實施方式中，表面層304是可以蝕刻的。在另一種實施方式中，它是可塑的。表面層304可包括氧化物(如等離子體增強的化學氣相淀積(PECVD)氧化物)、氮化物、正硅酸乙酯(TEOS)或低應力TEOS。當選定采用適當的蝕刻速率時，可以蝕刻表面層304，以創建以下所述的不同形狀的脊。
在框202的另一種實施方式中，平臺100設置了厚度為約0.5至5微米的表面層304。表面層304的厚度可以影響脊從表面層304中形成的方式(如以下所述)。當表面層304的厚度較淺時，除脊以外，表面層304的所有部分均可被除去。
在框204處，平臺100在襯底302的表面層304上設置了一個層。如以下所述，可以在該層上形成圖案，以便在該圖案形成之后形成脊。
圖4示出了襯底302、表面層304和可形成圖案的層402的實例的截面圖。可以用可區分的各種類型的材料來形成可形成圖案的層402。可根據可形成圖案的層402的蝕刻速率、表面層304的蝕刻速率和所希望的脊尺寸選擇可形成圖案的層402的厚度。在一個實施例中，可形成圖案的層402約為0.5至5微米厚。
在至少一種實施方式(其中，可形成圖案的層由光刻膠形成)中，在方框206處，平臺100使可形成圖案的層402的一部分暴露在輻射之中。這樣，平臺100便在可形成圖案的層402中創建了圖案。
在框206的一種實施方式中，可形成圖案的層402為液體，且平臺100使液體的可形成圖案的層402中的圖案曝光，以固化該經過曝光的圖案。這樣平臺便可以將經過曝光的圖案與可形成圖案的層402的未曝光部分區分開來。
在框206的第二種實施方式中，可形成圖案的層402為固體，平臺100使固體的可形成圖案的層402的一部分曝光，以便液化除特定的圖案以外的所有部分。這樣，便在固體的可形成圖案的層402中留下了所述圖案。平臺100也可以以其它方式(如通過改變可形成圖案的層402的曝光部分的蝕刻或汽化速率，然后優先除去該經過曝光或未經過曝光的部分)將可形成圖案的層402的曝光部分與未曝光部分區分開來。
在框206的這兩種實施方式中，平臺100均可以使用光刻掩模來優先使可形成圖案的層402的一部分曝光，以創建圖案。平臺100也可使用激光或其它業內已知的方式來使材料暴露在輻射之中，以創建某個圖案。
圖5示出了襯底302、表面層304、可形成圖案的層402、光刻掩模502和輻射504的實例的截面圖。在框206的第二種實施方式的某一實例中，平臺100使用掩模502來使可形成圖案的層402的一部分曝光，以在未曝光部分中留下圖案。此處，該掩模防止了可形成圖案的層402的一些部分發生曝光的情形。這些部分可以是可形成圖案的層402中希望的圖案。在曝光后，平臺100撤除該掩模。
在第二種實施方式的另一個實例中，可形成圖案的層402包括光刻膠(如SPR 3625(Shipley正性光刻膠3625)，它在受到紫外(UV)線輻射后將發生液化)，該輻射504包括UV輻射，而掩模502是耐UV輻射的。在該實例中，表面層304包括低應力TEOS。
在框208處，平臺100除去可形成圖案的層402中的未形成圖案的部分。這樣，平臺100便區分了可形成圖案的層402中的已形成圖案和未形成圖案的部分，以便在表面層304上留下可形成圖案的層402中的已形成圖案的部分。如上所述，平臺100可根據在框206中執行的曝光類型和在框204中設置的材料類型用不同的方法來除去未形成圖案的部分。平臺100可以使用蝕刻、汽化、重力(例如，把可形成圖案的層402中的液化部分倒掉)等方式達到上述目的。
圖6示出了襯底302、表面層304和可形成圖案的層402中的圖案602的實例的截面圖。圖6示出了平臺100除去可形成圖案的層402中的未形成圖案部分和留下圖案602之后的可形成圖案的層402。
以上提出的用于形成圖案602的技術是示范性的，并以實例的方式給出。也可以使用其它方法來形成圖案602。例如，也可以采用壓印光刻和電子束成形方法來形成圖案602。
在當前的實例中，平臺100將由光刻膠SPR3625制成的(或之前制成的)可形成圖案的層402的一部分暴露在UV輻射之中，并除去這些部分，以留下圖案602。
在框210中，平臺100改變了可形成圖案的層402的圖案602的側壁的坡度。
在一種實施方式中，改變了圖案602的側壁604的角度，以使其與圖案602之下的表面層304成約10與90度之間的角。在另一種實施方式中，將側壁604的角度改變為約30度至90度。如以下所述，30度以上的中等角度有助于之后對薄材料層進行加工，其中，這些薄材料層用于構建超晶格。而非常大的角度(超過90度)可以導致這些薄材料層中的結構方面的不穩定性。非常小的角度(小于10度)可導致超晶格上構建的最終導線變得更寬，且間距變得更大，而這有時是人們不希望的。
在當前的實例中，圖案602包括光刻膠SPR 3625，可以通過加熱來改變光刻膠的截面形狀。因而，通過用較高溫度(亦稱″硬烘焙″)來烘焙光刻膠，可以將圖案602的側壁604的尖角(sharp angle)改變成銳角。如圖6所示，該示范性圖案602具有(未改變的)側壁604，該側壁相對于表面層304的角度約為90度。通過烘焙，圖案602變得更加類似于拱頂，從而改變了側壁604的角度。在這種情況下，可以通過烘焙的時間和溫度來選定上述角度，包括30度或更大的角度。
圖7示出了襯底302、表面層304和側壁702改變后的圖案602的一個實例的剖面視圖。圖7示出了側壁604已經被平臺100改變之后的圖案602。
在當前的實例中，對圖案602進行烘焙，直到圖案602的截面形狀具有呈所希望的角度的側壁為止。在該實例中，改變后的側壁702的角度約為45度，如圖7所示。
在框212處，平臺100蝕刻可形成圖案的層402的圖案602和表面層304，以創建脊。可以通過用蝕刻劑蝕刻和除去圖案602與表面層304而從表面層304構建這些脊，但是，在進行上述過程時，圖案602保護了表面層304的一部分，使其免受蝕刻劑的作用，從而留下了由表面層304的材料形成的脊。
圖8示出了襯底302的實例、經過部分蝕刻的表面層304的實例、經過部分蝕刻的圖案602的實例和改變后的側壁702、加工中的表面層側壁802和蝕刻劑804的截面圖。圖8示出了框212的正在進行的蝕刻的一個實例。如該實例所示，加工中的表面層側壁802在幾何上類似于圖7中的改變后的側壁702。
在一種實施方式中，圖案602和表面層304的材料具有不同的蝕刻速率。通過控制蝕刻速率(或通過選擇圖案602、表面層304、蝕刻劑的成分，或通過選擇蝕刻條件)，可以將通過蝕刻形成的脊制作成在幾何上類似于圖案602和改變后的側壁702。例如，可以用干蝕刻來復制表面層304中的圖案602的形狀。該干蝕刻可實現對圖案602和表面層304的材料的蝕刻均勻性。
這些不同的蝕刻速率可以是相當大的，其中，對于所使用的特定蝕刻劑，圖案602的蝕刻速率比表面層304的蝕刻速率快50％至150％。圖案602可具有較快的蝕刻速率，以協助構建脊，其中，該脊的傾斜側壁類似于改變后的側壁。也可以選擇其它的蝕刻速率差異，其中，某些選定的蝕刻速率差異允許脊的側壁角度大于或小于改變后的側壁702的角度，或者，甚至允許形成凹陷形狀。
同樣，在當前的實例中，圖案602的材料的蝕刻速率比表面層304的蝕刻速率快約50％。蝕刻并除去圖案602和表面層304，直到圖案602基本消失，且除剩余的脊以外表面層304也基本消失為止。
圖9示出了襯底302和具有脊側壁904和脊頂部906的脊902(表面層304的)的一個實例的截面圖。如該實例所示，脊側壁904在幾何上類似于圖7的改變后的側壁702。
在當前的實例中，施加蝕刻劑804，直到剩下脊902為止，如圖9所示。在該實例中，脊側壁904的角度約為45度，如圖9所示。
圖10示出了襯底302以及具有脊側壁904和脊頂部906的脊902的一個實例的三維視圖。該實例示出了脊902的一個較短切片。圖10也示出了厚度、寬度和長度尺寸。
圖11示出了襯底302、脊902、圓形脊1102和Z字形脊1104的一個實例的俯視圖。該圖示出了構建具有幾乎任意長度和曲率的脊的方式。在該實例中，脊902具有橢圓曲率，脊1102具有圓曲率，且脊1104呈Z字形。而且，用襯底302形成了管芯1106。在橫向上，管芯110可以小至厘米量級。這些脊是作為實例而給出的；也可利用加工200來形成其它形狀和曲率。
上述用于形成脊902的技術是示范性的，并作為實例隨本文給出。也可以使用其它方法來形成脊902。例如，也可以利用壓印光刻和電子束成形方法來形成脊902。在一種實施方式中，用基本垂直于表面層304的脊側壁904形成了脊902。
可以用脊902來協助建立超晶格，下面對此進行了更為詳細的描述。
在帶有脊的襯底上制造超晶格圖12示出了一種在帶有脊的襯底上制造超晶格的示范性方法的過程1200的流程圖。根據該示范性過程，平臺100可構建具有若干個層(具有幾乎任意長度和曲率的暴露邊緣)的超晶格。可以用這些邊緣來制造彎曲的、非直線的和間隔緊密的納米線陣列。在進行該討論之后，也將討論如何使用這些超晶格來創建納米線陣列。
在框1202處，平臺100提供了帶有脊的襯底。所提供的帶有脊的襯底可屬于許多種不同的類型。
該襯底可大可小，可厚可薄。可以將其制作成與電路板或管芯的尺寸相匹配，其中，在所述電路板或管芯上將設置構建在襯底上的納米線陣列。過程1200允許形成許多種不同尺寸的超晶格和納米線陣列。這樣，便可以將上述陣列制作成近似于所希望的尺寸和形狀。而形狀和尺寸的這種靈活性又使得納米線陣列能滿足其應用方面的要求，并允許為一種應用制造少至一個陣列，而非為其制造連接在一起的多個陣列。
該襯底上的脊也可以屬于不同類型。這些脊可以非常細(由圖10中的厚度尺寸表示)，這便使得脊兩側的各材料層的暴露邊緣相互之間距離很近。這些脊也可以較厚，這便使得若干組平行的暴露邊緣相互之間距離較遠。這些脊也可具有幾乎任意的形狀和長度。如下圖所示，可以在暴露的材料邊緣的形狀中反映這些脊的形狀，其中，使用上述邊緣可構建納米線。另外，這些脊的側壁可具有各種坡度，從而，便形成了一種改變超晶格的暴露邊緣的厚度的方法。
在對過程1200的以下描述中，襯底302和脊將被用作實例。不希望這些實例對1200的適用性形成限制；在過程1200中，也可以使用其它襯底以及其他形狀和類型的脊來創建具有幾乎任意形狀的暴露邊緣的超晶格。
在框1204處，平臺100在脊902上設置了交替的材料層，如用于物理汽相淀積(PVD)的材料層。這些層中的材料交替變化，使得當這些層的邊緣隨后暴露時，暴露的各層具有與其相鄰層不同的特性。
圖13示出了襯底302、具有脊側壁904和脊頂部906的脊902和兩種交替的材料層(第一材料層1302和第二材料層1304)的截面圖。如該實例所示，設置了3個第一材料層1302和3個第二材料層1304。
各個層1302和1304可具有不同的厚度，這些厚度包括從納米量級直至微米量級和更大量級的厚度，其中，這些層中的至少一個層厚度為納米級(約1至100納米)，使得當該層暴露時，它的寬度大約處于納米級。例如，可以創建厚度為小于10納米、10-15納米、15-20納米與20至50納米(或更多)或這些量值范圍的組合的各個層1302和1304。可以用最小的層厚來形成密度最高的線陣列，且各條線呈現出與尺寸相關的極端特性(如量子效應)。而較大的層厚度則使得各條線呈現出經典的非量子特性，并使得線陣列更易于制造、電導性更好、表面積更大和分布更不緊密。在該實例中，以約30納米的厚度設置了層1302和1304。
另外，某些層1302和1304的厚度可以影響形成各條線之間的間隔(或″間距″)的過程。線間距/間隔是很重要的，因為它影響了各條線的特性以及利用該超晶格制造的陣列的特性。
可以以各種方式設置層1302和1304。例如，可以用化學汽相淀積、噴鍍以及物理汽相淀積、原子層淀積、電鍍、Langmuir-Blodgett技術等方法來設置這些層。
在一種實施方式中，可以用某種對方向不太敏感的物理汽相淀積、化學氣相淀積或原子層淀積來在脊902上設置材料層。在該實施方式(未示出)中，脊側壁904可具有約90度的角，并均勻地設有層1302和1304。
層1302和1304也可以包含許多種不同類型的材料。它們可以由導電材料和非導電材料制成。當由導電材料制成時，層1302和1304可包括一種或多種金屬(如鉑、鈹、鋁、鈀、鉭、鎳、金)、金屬合金、陶瓷(如氧化銦錫、氧化釩或釔鋇銅氧化物)、半導體材料(如硅、金剛石、鍺、砷化鎵、碲化鎘、氧化鋅、碳化硅、氧化錫、氧化銦錫)和/或其它元素的、二元的以及多組分的材料。當用非導電材料制成時，層1302和1304可包括氧化鋁、各種其它氧化物以及其他可淀積成厚度較小的層的絕緣材料。對材料組合的選擇取決于具體的應用，且上述過程可使用任何能淀積成厚度較小的層的固體材料，包括諸如聚合物之類的“軟”材料。同樣，層1302和1304也可以是單晶體和/或相互間處于取向附生關系。取向附生是指一種材料對另一種材料(前者淀積在后者上)的完美的或接近完美的晶格注冊(latticeregistry)。
兩個層1302和1304可以同為導體、半導體、絕緣體，或者，它們中的一方是導體，而另一方是絕緣體。在兩者都是導體的情況下，可以將它們的暴露邊緣(下面討論)的其中之一加工成非導體或除去。為協助達到上述目的，平臺100可設置具有不同的氮化、氧化或蝕刻速率的材料。
層1302和1304均可包含一種以上的材料。例如，若干第一材料層1302可包含金，若干第一材料層可包含鉭，若干第一材料層可包含鎳，等等。
在框1204的一種實施方式中，平臺100設置附加的層，以協助平臺100除去層1302和1304的一部分。這些附加層可包括停止層和填充層，其中，每種上述附加層均用于協助某些類型的除去過程。
圖14示出了襯底302、具有脊側壁904和脊頂部906的脊902、第一材料層1302與第二材料層1304以及停止層1402與填充層1404的截面圖。
在框1206處，平臺100從脊902的脊頂部906除去層1302和1304。通過除去暴露在脊頂部906的層1302和1304的一部分，暴露了層1302和1304的邊緣。
在一種實施方式中，平臺100從脊頂部906將層1302和1304整平。可以用機械方法、化學方法或兩者的結合來進行這一過程。
在一個有關的實施方式中，平臺100用化學方法和機械方法從脊頂部906和脊頂部902(在脊頂部906處)的一部分將層1302和1304整平。這樣，平臺100便除去了填充層1404，并繼續從填充層1404等處除去平面，直到停止層1402完全被除去為止。一旦除去了停止層1402，則留下了第二材料層1304的頂部(非脊部)和各個層1302和1304的暴露的邊緣。
圖15示出了襯底302、具有脊側壁904的脊902、第一材料層1302與第二材料層1304以及暴露的第一材料層邊緣1504與第二材料層邊緣1506的截面圖。
如圖15所示，層1302和1304的厚度以及脊側壁904的角度影響了這些暴露的邊緣1504和1506的寬度。當以較小的厚度設置層1302和1304或脊側壁904的坡度處于較高角度時，邊緣1504和1506的厚度減少，反之亦然。
例如，若以約30納米的厚度設置層1302，以約60納米的厚度設置層1304，且脊側壁904的角度約為45度，則暴露的邊緣1504和1506的厚度將分別約為42和84納米。若在層1302而非層1304上構建各條線，則所得陣列將具有厚度約為42納米、間距約為128納米的線。
繼續這個實例，如果脊902沿其長度彎曲，則暴露的邊緣1504和1506在它們的長度上遵循同樣的曲線，并彼此相互平行，且分別約為42和84納米厚。
當完成框1202至1206后，便可完成可用來構建納米線陣列的超晶格。此時，該超晶格具有第一和第二材料層1302與1304的暴露的邊緣1504和1506。可以進一步對該超晶格進行加工，以協助形成線陣列，或準備好在不進行進一步處理的情況下在暴露的邊緣1504或1506上構建各條線。
圖16示出了襯底302(隱藏在一個第二材料層1304之下)、脊902、圓形脊1102、Z字形脊1104和第一暴露邊緣1504與第二暴露邊緣1506的一個實例的俯視圖。該圖示出了脊是如何使得暴露的邊緣1504和1506具有幾乎任意的長度和曲率的。在該實例中，也示出邊緣1504和1506是使用脊1102和1104形成的，盡管這些脊和邊緣是任選的。
繼續當前的實例，沿脊902設置的暴露邊緣1504和1506是彎曲的，并相互平行。沿圓形脊1102設置的暴露邊緣1504和1506也是彎曲的，并相互平行。Z字形脊1104的暴露邊緣1504和1506呈鋸齒形；它們沿Z字形脊1104的Z字形長度設置，并相互平行。在圖16所示的實例中，各個不同脊的暴露邊緣與屬于同一個脊的其他邊緣平行，但不與屬于其他脊的邊緣平行。這便示出了一種以幾乎隨意的和靈活的方式來構建暴露邊緣1504和1506的例子。
使用超晶格創建納米線陣列的示范性方法在框1208處，平臺100使用超晶格1600來構建納米寬度的線陣列。該陣列中的各條線可以是彎曲的、非直線的或具有幾乎任意的形狀和曲率。在一種實施方式中，平臺100進一步對暴露邊緣1504或1506進行加工，以偏移第一邊緣1504或第二邊緣1506來使它們形成褶皺。然后，平臺100可以使用這些經過偏移的邊緣來收集納米尺寸的物體，構建各條線，或壓印可塑表面。然后，可以將以這種方式壓印的表面用于其它目的。在一種實施方式中，可以用經過壓印的表面來制造納米壓印模。在另一種實施方式中，可以將經過壓印的表面用作脊和凹槽來構建另一個超晶格或構建納米線陣列。該經過壓印的表面本身可以是，或可以形成納米線陣列。在另一種實施方式中，平臺100直接在第一暴露邊緣1504或第二暴露邊緣1506上創建納米線。
圖17示出了具有暴露邊緣1504與暴露邊緣1506(前者相對于后者發生偏移)的超晶格1600的小片的一個實例的三維視圖。示出該小片是為了協助描述以下用于制造納米寬度的線陣列的實施方式。通過圖17中所示的厚度、寬度和長度尺寸示出了超晶格1600的所述小片的設置方式。超晶格1600包括脊902和脊902的脊側壁904。在該實施方式中，脊側壁904與脊902下方的襯底302(未示出)成約45度角。
在一種實施方式中，平臺100對第一邊緣1504進行充電。平臺100可以用電源對第一邊緣1504進行充電。對于該實例而言，第一邊緣1504和第一材料層1302是導電的，而第二邊緣1506是不導電的。同樣在該實施方式中，平臺100將第一邊緣1504放置在具有帶電納米物體1702和電源1704的帶電浴1700中。
在第一邊緣1504帶電的情況下，其相對于帶電物體1702的電壓差有助于帶電物體向第一邊緣1504的電化學轉移(通過電化學淀積、電泳淀積或電解淀積)。這樣，平臺100便可在超晶格1600上制造納米物體陣列。
可以將這些帶電物體1702收集在由偏移的第一邊緣1504構成的、由第二邊緣1506作為側壁的凹槽內。
這些帶電物體1702可包括由各種不同材料(如無機分子、有機分子、生物分子、金屬、半導體或絕緣納米顆粒)構成的納米物體。它們也可具有各種形狀和結構。它們可包括各種手性的單壁和多壁碳納米管，氮化硼納米管，納米管束和納米管繩，由金屬、半導體、導電氧化物、導電聚合物或其它導電材料制成的實心或空心納米線，絕緣納米棒，以及導電或絕緣的納米針。
收集足量的帶電物體1702，以構建由這些帶電物體1702構成的納米線陣列。
圖18示出了具有暴露邊緣1504的超晶格1600的小片的一個實例的三維視圖，其中，所述暴露邊緣1504已將帶電的納米物體收集成陣列1800。如同圖17中所示的小片一樣，超晶格1600的這個示范性小片過于微小，以至于不能示出沿第一和第二邊緣1504和1506的長度的曲率，盡管該超晶格1600可包括這樣的曲率(如前所述)。
在另一種實施方式中，通過電化學淀積、電泳淀積或電解淀積在邊緣1504或1506處收集了一種或多種特定材料的微小的帶電離子(未示出)。這些離子可包括金、銀、鉭、鎳等等。在該實施方式中，平臺100以電化學方式收集這些帶電離子，以通過將這些離子吸引至超晶格1600的導電和帶電的各個邊緣來構建陣列。平臺100可繼續在第一邊緣1504或第二邊緣1506處收集這些離子，直到制造出具有希望的寬度和/或截面的納米線為止。
同樣在該實施方式中，可以通過帶電的第一或第二邊緣1504或1506的寬度來確定這些線的寬度。例如，如果第一邊緣1504帶電，且其寬度為30納米，則在這些邊緣1504上構建的線寬約30納米。類似地，如果這些由第一材料構成的邊緣1504是彎曲的，并相互平行，且長度為10厘米，則在它們之上構建的線可以是彎曲的，并相互平行，且長度為10厘米。這是超晶格1600上的幾乎為任意長度、曲率和寬度的暴露邊緣使得制造幾乎為任意長度、曲率和寬度的線成為可能的一個例子。
圖19示出了超晶格1600的小片的一個實例的三維視圖，該小片具有由納米寬度的線1900構成的陣列的一部分。在圖中，示出在第一邊緣1504上制造了該陣列1900的線1902的較短部分。在該實例中，第一邊緣1504未發生偏移。在該實例中，線1902約為15納米寬，它們之間的間距也約為15納米。3條線1902與其他3條線1902相隔一個脊902的寬度，此處，所述寬度約為80納米，。
下面描述了在過程1200之后可以構建的納米線陣列的一個更完整的實例。
圖20示出了管芯2002上的納米線陣列2000的一個實例的俯視圖。陣列2000包括許多條不同線(或線的子陣列)。這些線是細長的(例如，1厘米長，10納米厚)。這些線包括六條橢圓形的、彎曲的和相互平行的線2004。如圖所示，在這些線之間存在橢圓間距2006。某些線2004之間相距距離2008。如圖11和圖15-19所示，距離2008取決于脊902的寬度。
類似地，圖中示出了六條Z字形線2010，且它們之間用以2012標識的Z字形間距隔開。這些線2010相互平行，且它們之中的某些線相距距離2014。如圖11和16所示，距離2014取決于Z字形脊1104的寬度。同樣示出了具有圓形間距2018的圓形線2016。
如前所述，由納米線2000組成的陣列可具有由許多種不同材料制成的線。可以將陣列2000加入到其它陣列，以創建更為復雜的線陣列，或可以斷開上述陣列(如通過將Z字形線2010轉移至另一個管芯或襯底)，以創建更簡單的線陣列。可以將該陣列2000整個地或部分地轉移到另一個襯底。
用于轉移陣列的示范性方法可以用各種方式(如通過使線2004接觸另一個襯底的粘合層來物理地轉移線2004)將由線2004組成的陣列2000轉移到另一個襯底。
圖21示出了超晶格1600、由線2004組成的陣列2000的局部、粘合層2102和陣列襯底2104的實例。粘合層2102有助于將線2004從超晶格1600轉移至陣列襯底2104。粘合層2102的粘結力大于線2004與超晶格1600之間的粘結力。平臺100首先使線2004與粘合層2102接觸，然后卸下超晶格1600，以轉移導線2004。
在另一種實施方式中，利用電暈放電來將線2004轉移到襯底2104。在該實施方式中，將攜帶均勻電荷(通過電暈放電而帶電)的電介質表面配置成與線2004相隔一定距離。絕緣襯底(如陣列襯底2104的絕緣實例)處于線2004和上述電介質表面之間。當電介質表面和線2004彼此足夠接近(盡管被襯底2104隔開)時，由電介質表面上的電荷引起的線2004上的靜電拉引將線2004拉至襯底2104。
圖22示出了線2004發生轉移之后的陣列襯底2104和線2004的一個實例。此處，陣列襯底2104包括由線2004組成的示范性陣列2200。
盡管用針對結構特征和方法步驟的語言描述了本發明，但是，仍應當懂得，在附錄的權利要求中定義的本發明不必限于所述的這些特定特征或步驟。相反，公開的這些特定特征和步驟表示了一些用于實施要求保護的本發明的優選形式。
權利要求
1.一種用于形成超晶格的方法，包括將襯底(302)上的表面層(304)整形成沿長軸延伸的細長脊(902)，所述脊(902)沿所述長軸是非直線的，并包括具有傾斜側壁(904)和頂部(906)的橫截面；在脊(902)上設置厚度處于1和100納米之間的、由兩種或更多種材料構成的交替層(1302、1304)；和從所述脊(902)的所述頂部(906)除去所述交替層(1302、1304)，以暴露出所述交替層(1302、1304)的邊緣(1504、1506)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述整形動作包括在所述襯底(302)的所述表面層(304)上設置光刻膠層(402)；使所述光刻膠層(402)的一部分暴露在輻射中，以便在所述光刻膠層(402)中創建非直線圖案(602)；除去所述光刻膠層(402)的未形成圖案的部分；改變所述非直線的、形成圖案的光刻膠層(602)的側壁(604)的坡度；和蝕刻所述傾斜的、非直線的和形成圖案的光刻膠層(602)和表面層(304)，以除去所述非直線的、傾斜的和形成圖案的光刻膠層(602)與表面層(304)的一些部分，以便創建具有一般為傾斜的側壁(904)的所述非直線脊(902)。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述整形動作包括用與所述細長脊(902)對應的模壓印所述表面層(304)，以對表面層(304)進行整形，使其包含所述細長脊(902)。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述整形動作包括將電子束施加在所述表面層(304)上，以對表面層(304)進行整形，使其包含所述細長脊(902)。
5.如權利要求1所述的方法，還包括在交替層(1302、1304)的其中之一的一個或多個所述暴露的邊緣(1504、1506)上形成非直線(1702、1902)的陣列(1800、1900)。
6.一種超晶格包括多個交替層，包括由第一材料形成的第一交替層(1302)和由第二材料形成的第二交替層(1304)，所述多個交替層(1302、1304)具有暴露所述多個交替層(1302、1304)的邊緣(1504、1506)的表面；所述第一材料層(1302)的各個邊緣(1504)中的至少兩個邊緣的寬度處于1和100納米之間，并沿它們的長度彎曲，同時彼此平行。
7.如權利要求6所述的超晶格，其中，所述第一材料層(1302)的所述至少兩個邊緣(1504)之間的間距處于1和100納米之間。
8.如權利要求6所述的超晶格，其中，所述第一材料是導電的，而所述第二材料是絕緣的。
9.如權利要求6所述的超晶格，其中，所述第一材料層(1302)的邊緣(1504)和所述第二材料層(1304)的邊緣(1506)在所述表面處是偏移的。
10.如權利要求6所述的超晶格，還包括至少兩個附加的邊緣(1504)，該兩個附加的邊緣(1504)具有彎曲的長度，并相互平行，但它們不與所述至少兩個邊緣(1504)的長度平行。
全文摘要
本公開涉及用于制造和使用超晶格1600的系統和方法。可通過在脊902上設置交替的材料層1302和1304以及除去一些交替的層來讓邊緣1504和1506曝光來制造超晶格1600。這些暴露的邊緣1504和1506的長度和曲率幾乎是任意的。可以用這些邊緣1504和1506來制造納米級寬度的彎曲線1902。
文檔編號H01L21/00GK1961259SQ200580017198
公開日2007年5月9日 申請日期2005年3月30日 優先權日2004年4月2日
發明者P·科尼洛維奇, P·馬蒂洛維奇, J·斯塔斯亞克, N·希魯科瓦魯 申請人:惠普開發有限公司