DNA分子催化刻蚀氧化硅的研究

光刻技术是集成电路制造的核心，随着集成度的不断提高，传统光学光刻技术已经达到物理极限，新一代纳米光刻技术是研究开发的热点。DNA是天然的一维纳米材料，具有优异的自组装性能，通过DNA折纸术等可以组装成任意形状的纳米图形，是理想的纳米光刻模板，还未有将DNA作为模板直接刻蚀基底的研究。本课题组对DNA直接刻蚀氧化硅进行了开拓性的研究，发现DNA对氧化硅有催化刻蚀的作用，氧化硅表面上有DNA吸附部位的刻蚀速度明显高于无吸附部位，表明将DNA纳米图形直接转移到氧化硅基底上是可行的，对DNA催化刻蚀氧化硅宜进行深入的研究。本项目拟研究DNA催化刻蚀氧化硅的基本问题，先用单根DNA研究DNA催化刻蚀氧化硅的机理，接着用单根DNA研究实验条件对DNA催化刻蚀的速度和刻蚀线宽的影响机制，最后研究稍复杂的DNA图形催化刻蚀的规律。通过本项目研究，期望对DNA纳米光刻技术的研究发展打下基础。

DNA可以组装成任意形状的两维纳米图案，是理想的纳米光刻模板，本项目通过HF气相刻蚀将DNA图案转移至氧化硅表面，解决了DNA化学稳定性差不能适应传统光刻工艺条件、DNA直径小2nm不适合用作传统光刻模板和DNA柔软性不适合在硅等硬质衬底间的无损转移等问题。本项目以DNA为纳米模板，对DNA直接刻蚀氧化硅的基本问题进行了研究，内容包括DNA催化刻蚀氧化硅的机理，实验条件对刻蚀的影响规律，图案对比度、清晰度和保真度，通过本项目研究，对DNA纳米光刻技术的研究发展打下基础。. 研究发现，DNA对水分子的吸附是DNA催化刻蚀氧化硅的原因，刻蚀条件优化后，在高湿度下直径2nm的单链DNA加速刻蚀氧化硅，形成刻蚀宽度小于10nm，刻蚀深度2nm的刻痕，边的宽度为28nm的DNA三角形形成的刻痕宽度12nm，深度11nm；在低湿度下DNA起到保护模板的作用，刻蚀后形成凸起高度2nm的图案。DNA催化刻蚀氧化硅图形保真度较高，研究发现转移至氧化硅表面的图案保持了转移前DNA的形状，不过DNA三角形边的部位刻蚀宽度尺寸缩放了42%。此外，我们也获得了较高的刻蚀对比对和清晰度，三角形图案的单链“尾巴”刻蚀后清晰可见，刻痕深2nm宽度7nm。为了进一步提高刻蚀对比度和清晰度，本项目也研究了促进DNA刻蚀的其它方法，比如DNA表面吸附更加易于吸附水分子的氯化钠等。. 本项目基本完成了实验设备搭建、实验条件对刻蚀速度和刻蚀线宽的影响和DNA图形催化刻蚀氧化硅的规律这三个计划要点的研究，在如何提高转移图案的对比度和清晰度方面我们认为还有很多工作要做。. 过本项目的资助，发表论文5篇，授权专利2项。