[發(fā)明專利]一種制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110296168.8
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN103035477A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞驍;李鐵;王躍林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/308;B82Y40/00;G03F1/42
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于自上而下制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)晶向?qū)?zhǔn)，屬于納米加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的納米結(jié)構(gòu)因?yàn)槌３１憩F(xiàn)出與其宏觀狀態(tài)下不同的特性而越來越受到研究者重視，人們希望通過對納米結(jié)構(gòu)展開諸如電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)以及力學(xué)等性能的研究，從而能更好的理解納米尺度下的各種效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更深層次的理解材料微觀結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)之間的關(guān)系，并且因此設(shè)計(jì)制造出具有更優(yōu)異性能的應(yīng)用器件。

目前通過自上而下制作單晶硅納米結(jié)構(gòu)的方法(top-down)，即通過定位去除材料上不需要的部分，留下符合設(shè)計(jì)的納米結(jié)構(gòu)，包括電子束直寫、深紫外光刻，納米壓印等納米刻蝕技術(shù)。其工藝原理較為簡單，但制備工藝昂貴費(fèi)時(shí)，不甚適用于一般的納米研究工作。

近年來，利用(100)SOI硅片表層硅的各向異性腐蝕形成的單晶硅傾斜表面的氧化，形成尺度小、準(zhǔn)直性好的掩模，或用傾斜刻蝕槽形結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬薄膜形成納米線寬的掩膜，從而制備出線徑僅為幾十納米的單晶硅納米線是新發(fā)展的巧妙的可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備高質(zhì)量硅納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。但這種方法需要基于昂貴的SOI硅片，而工藝流程較為繁瑣，因此，更低成本、更簡單高效的納米結(jié)構(gòu)的制備方法將具有應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種制作單晶硅納米結(jié)構(gòu)的方法，通過引入晶向偏轉(zhuǎn)角技術(shù)，用大線寬的各向異性腐蝕窗口實(shí)現(xiàn)了納米寬度的單晶硅結(jié)構(gòu)制作。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種制作單晶硅納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法應(yīng)用于光刻單晶硅各項(xiàng)異性腐蝕窗口步驟中；該方法包括計(jì)算晶向偏轉(zhuǎn)角度θ和在掩膜版上設(shè)置對準(zhǔn)標(biāo)記；在光刻對準(zhǔn)時(shí)引入該晶向偏轉(zhuǎn)角θ，使硅片特定晶向與掩膜版上的對準(zhǔn)標(biāo)記形成晶向偏轉(zhuǎn)角θ；

所述計(jì)算晶向偏轉(zhuǎn)角度采用如下公式：

d＝|d₀·cosθ-l₀·sinθ|-ρ·t

其中，ρ為單晶硅各向異性腐蝕液對{111}面的腐蝕速率，t為腐蝕時(shí)間；由于ρ值一般很小，計(jì)算時(shí)可根據(jù)所需精度代入或者舍去；d為實(shí)際相鄰的腐蝕窗口間形成的條形結(jié)構(gòu)上表面寬度，d₀為掩模版上預(yù)設(shè)相鄰的腐蝕窗口間形成的條形結(jié)構(gòu)上表面寬度，l₀為掩模版上預(yù)設(shè)相鄰的腐蝕窗口間形成的條形結(jié)構(gòu)上表面長度，規(guī)定硅片沿順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)為正方向，逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)為負(fù)方向。

優(yōu)選地，在光刻掩膜版中，至少有一塊掩膜版上設(shè)計(jì)有用于標(biāo)定晶向偏轉(zhuǎn)角度的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述掩模版上預(yù)設(shè)相鄰的腐蝕窗口間形成的條形結(jié)構(gòu)上表面的寬度為0.2μm～10μm。

優(yōu)選地，所述設(shè)置對準(zhǔn)標(biāo)記的掩模版與預(yù)設(shè)相鄰的腐蝕窗口的掩模版為相同或不同掩膜版。

優(yōu)選地，所述的標(biāo)定晶向偏轉(zhuǎn)角度θ的對準(zhǔn)標(biāo)記的角度分辨率在0.1°～5°，對準(zhǔn)對象為硅片主切邊或事先在硅片上做好的各向異性腐蝕槽的邊緣。

優(yōu)選地，所述硅片為單晶硅片或SOI片。

優(yōu)選地，所述的晶向偏轉(zhuǎn)角度θ取值范圍為-20～20度，不包含0度。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)相鄰的腐蝕窗口的間距為200nm以上。

本發(fā)明工藝簡單高效，核心步驟僅涉及常規(guī)光刻、腐蝕工藝，各項(xiàng)異性腐蝕掩膜可根據(jù)實(shí)際需要自行選擇材料及工藝，可適用于各種晶向類型的單晶硅片及SOI片，在常規(guī)的掩膜版制備條件和光刻條件下，能用特征尺寸為1μm以上的掩膜精確制備特征尺寸為納米量級的單晶硅結(jié)構(gòu)，具有應(yīng)用前景。

本方法通過引入晶向偏轉(zhuǎn)角技術(shù)，用大線寬的各向異性腐蝕窗口實(shí)現(xiàn)了納米寬度的單晶硅結(jié)構(gòu)制作，而且根據(jù)不同的偏轉(zhuǎn)角度能夠?qū)崿F(xiàn)各種寬度的納米結(jié)構(gòu)，具有很高的工藝靈活性和非常低的工藝成本。

附圖說明

圖1為(100)型硅片上并列排布的四邊均沿<110>晶向族的矩形腐蝕窗口，經(jīng)單晶硅各向異性腐蝕后形成的腐蝕槽。其中，圖1a為俯視圖，圖1b為圖1的x方向截面圖。

圖2為(110)型硅片上并列排布的四邊均沿<112>晶向族的平行四邊形腐蝕窗口，經(jīng)單晶硅各向異性腐蝕后形成的腐蝕槽。其中，圖2a為俯視圖，圖2b為A-B方向截面圖，圖2c為C-D方向截面圖。

圖3為(111)型硅片上并列排布的六條邊均沿<110>晶向族的六邊形腐蝕窗口，經(jīng)單晶硅各向異性腐蝕后形成的腐蝕槽。其中，圖3a為俯視圖，圖3b為圖1的x方向截面圖。