[發(fā)明專利]基于SOI材料的復(fù)雜NEMS結(jié)構(gòu)的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910074200.0
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101525117A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅蓉;楊擁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種NEMS結(jié)構(gòu)的制作方法，尤其是一種基于SOI材料的NEMS結(jié)構(gòu)的制作方法。

背景技術(shù)

NEMS(nano-elect?ro-mechanical-system，即納米機電系統(tǒng))技術(shù)是90年代末基于MEMS(micro-electro-mechanical-system，即微米機電系統(tǒng))技術(shù)而提出的一個新概念，是指系統(tǒng)特征尺寸和效應(yīng)上具有納米技術(shù)特點的一類超小型機電一體的系統(tǒng)。一般指特征尺寸在亞納米到數(shù)百納米，以納米級結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的新效應(yīng)(量子效應(yīng)、界面效應(yīng)和納米尺度效應(yīng))為工作特征的器件和系統(tǒng)。

NEMS有許多特有的性能：(1)超小質(zhì)量：NEMS器件的有效質(zhì)量在a克(10^-18g)量級；(2)超高頻率：NEMS器件的機械諧振頻率可以高達10GHz(10¹⁰Hz)的微波范圍；(3)超低功耗：NEMS器件的功耗很小，其熱損耗也在a瓦(10^-18W)，基于NEMS技術(shù)的信號處理器或者計算機系統(tǒng)所消耗的能量只有1μW，這比當前同等計算能力的計算機系統(tǒng)消耗的能量少了6個數(shù)量級；(4)超高靈敏度：NEMS器件的力靈敏度在10-18牛頓級，質(zhì)量靈敏度達單個分子級水平；(5)高Q值：NEMS器件的機械品質(zhì)因數(shù)在數(shù)萬以上，這大大超出了電諧振器目前的水平。對信號處理器件來說，較高的Q值會直接帶來較低的插入損耗；(6)超低熱容量：NEMS器件的熱容量大大低于“幺(10^-24)卡”。這些優(yōu)越的特性決定了NEMS器件誘人的應(yīng)用前景，從宏觀到微觀，從醫(yī)藥技術(shù)到生命科學，從制造業(yè)到信息通訊等等。新的NEMS器件可以對諸如傳感器，醫(yī)療診斷，顯示和數(shù)據(jù)存儲等產(chǎn)生革命性的影響，將促使信息技術(shù)、醫(yī)療健康、環(huán)境能源、航空航天和國防等各個領(lǐng)域的技術(shù)進步取得突破性的發(fā)展。隨著對NEMS技術(shù)研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域還會逐漸擴大。由于小尺度下產(chǎn)生的一些新的物理特性將影響器件的操作方式和制造手段，因此NEMS對制備技術(shù)提出了更高的要求。可重復(fù)的、批量化的NEMS結(jié)構(gòu)加工技術(shù)是NEMS技術(shù)實用化的關(guān)鍵。

NEMS制造技術(shù)目前主要有兩種途徑。一種是由小到大(Bottom-up)的途徑，利用分子原子組裝技術(shù)，把具有某種性質(zhì)的功能分子、原子，借助內(nèi)部作用力，精密地構(gòu)成納米尺度的分子線、分子膜和其他結(jié)構(gòu)，再由納米結(jié)構(gòu)與功能單元集成為NEMS，這種加工技術(shù)可以實現(xiàn)很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的NEMS器件加工，是目前納米材料領(lǐng)域普遍采用的技術(shù)，但是這種加工技術(shù)難度較大、可重復(fù)性較差、目前較難實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

另一種是由大到小(Top-down)的途徑，這種技術(shù)與現(xiàn)在的微電子和MEMS加工技術(shù)類似，主要是利用電子束等超精密光刻技術(shù)、電子束蒸發(fā)等納米厚度薄膜生長技術(shù)以及高精密濕法腐蝕和高精密各向異性干法刻蝕等技術(shù)進行加工，這種技術(shù)與微電子、納電子電路制造技術(shù)兼容，易于實現(xiàn)系統(tǒng)集成和批量化生產(chǎn)，是目前NEMS加工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種在SOI材料上實現(xiàn)NEMS結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法工藝簡單、加工精度高，能實現(xiàn)重復(fù)、批量生產(chǎn)。

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于SOI材料的NEMS結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

1)SOI材料的頂層硅片采用熱氧化方法氧化，生成二氧化硅，減薄頂層硅片厚度，

2)利用光刻和濕法腐蝕方法將二氧化硅上焊盤、布線以及電子束對位標記對應(yīng)區(qū)域的二氧化硅腐蝕掉，

3)將步驟2)生成的區(qū)域采用磁控濺射方法生成金屬層，并剝離出焊盤、布線以及電子束對位標記，

4)采用電子束光刻和濕法腐蝕方法將NEMS結(jié)構(gòu)圖形區(qū)域的二氧化硅腐蝕掉，使NEMS結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到頂層硅片上，

5)采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕方法將NEMS結(jié)構(gòu)圖形對應(yīng)區(qū)域的頂層硅片刻蝕掉，形成NEMS結(jié)構(gòu)，

6)采用HF腐蝕NEMS結(jié)構(gòu)下SOI材料上的二氧化硅犧牲層，采用二氧化碳超臨界萃取方法釋放NEMS結(jié)構(gòu)，完成制作。

所述步驟1)熱氧化方法采用的是濕氧，將SOI材料置于1050℃下的濕氧環(huán)境中進行雙面熱氧化。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明采用由大到小(Top-down)的途徑在SOI材料上實現(xiàn)NEMS結(jié)構(gòu)，符合目前NEMS加工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，具有加工定位準確、加工精度高、可批量、重復(fù)制備的特點，對于所能加工的NEMS結(jié)構(gòu)不受晶向限制，能加工出任意形狀的NEMS結(jié)構(gòu)。

附圖說明