[發(fā)明專利]一種在（111）型硅片表面制備納米結(jié)構(gòu)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110297803.4
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102437017A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金欽華;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;C30B33/08;B82Y40/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種在(111)型硅片表面制備納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于通過在(111)型硅片表面制作設(shè)計并列排布的兩個或更多的腐蝕窗口，其最小線寬在0.5um以上，由單晶硅的各向異性濕法腐蝕形成相應(yīng)數(shù)量的上表面為多邊形的腐蝕槽結(jié)構(gòu)，進而在相鄰槽間得到特征尺寸在5nm至0.999um的單晶硅納米結(jié)構(gòu)。

2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于多邊形的每條邊沿<110>晶向，腐蝕槽壁均為{111}晶面族。

3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于腐蝕槽上表面為六邊形。

4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的單晶硅納米結(jié)構(gòu)為納米墻式納米角結(jié)構(gòu)，其中：

①納米墻結(jié)構(gòu)的特征是墻壁厚度d為5nm至0.999um，兩壁平行且與表面呈70.5°角，都為{111}晶面族，納米墻長度為100nm至10mm，高度為10nm至450μm；

②單晶硅納米角特征是沿同一個<110>晶向的兩個上表面為角形的結(jié)構(gòu)，彼此間兩條對角邊在該<110>晶向上的投影間距應(yīng)大于等于0，對角間的最窄寬度w為5nm至0.999μm。

5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于利用自限制氧化工藝對納米墻或納米角進行氧化，通過控制氧化時間，使在所述納米結(jié)構(gòu)中形成單晶硅納米線。

6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：

①所制備得到的單晶硅納米線，沿<112>晶向，截面為倒三角形，長度為100nm至10mm，特征尺寸為5nm至0.999μm；

②去掉納米線周圍的各向異性濕法腐蝕掩膜和氧化硅，則得到懸空的雙端固支單晶硅納米線結(jié)構(gòu)。

7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于兩個并列排布的傾斜矩形，寬度為a＞1um，長度為b＞1um，a邊沿<110>晶向，兩個矩形的間距c＞1um，兩矩形窗口一對頂角A、B位置x方向間距為Δx，y方向間距為a，經(jīng)硅各向異性濕法腐蝕后，A、B間形成<110>晶向的單晶硅條狀結(jié)構(gòu)，上表面寬度為Δx，長度為a。

8.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于當納米墻的上表面有氧化硅或者氮化硅薄膜時，在進行氧化的過程中，靠近薄膜部分在進行氧化的過程中，結(jié)構(gòu)體積膨脹引入的高應(yīng)力減緩了內(nèi)部硅的氧化進程，隨著氧化的進行，納米墻垂直方向上中間部分的硅逐漸被消耗掉，形成氧化硅，而靠近上表面部硅原子在高應(yīng)力的作用下氧化速率低于中間部分，仍然保持未被氧化的狀態(tài)，當納米墻垂直方向的中間部分的單晶硅全部被氧化為氧化硅后，在其上表面中部形成了一條截面為倒三角形，長度為100nm至10mm，特征尺寸為5nm至0.999um的納米線，在去除其周圍包覆的氧化硅層后，將形成懸空的單晶硅納米線，長度即為納米墻的長度。

9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于單硅納米線的制作工藝步驟是：

a.取用(111)硅片，清洗后，高溫干氧氧化形成氧化層，作為腐蝕保護層；

b.依單晶硅納米墻設(shè)計腐蝕窗口的尺寸和腐蝕窗口尺寸關(guān)系d＝(c-a/2)cos30°(1)和l＝a(2)，關(guān)系式中a為矩形短邊長度，b為長邊長度，兩個矩形的間距為c，α為短邊與x軸的夾角；然后涂膠光刻，BOE去除窗口內(nèi)的氧化硅；

c.RIE刻蝕單晶硅層，去膠；

d.KOH腐蝕，依(111)硅片的各向異性濕法腐蝕特性，原來兩個傾斜的矩形窗口成為兩個六邊形的腐蝕槽，兩腐蝕槽中間形成一條<110>晶向的單晶硅墻結(jié)構(gòu)，橫截面為傾角為70.5°的平行四邊形，長度和寬度可由腐蝕窗口尺寸和位置確定，將其寬度控制在100nm；

e.高溫氧化使單晶硅納米墻中間部分全部被氧化，而靠近頂部銳角處，部分硅原子由于應(yīng)力作用仍然保持未被氧化的狀態(tài)，形成單晶硅納米線，線寬～10nm，長度為納米墻長度；

f.BOE腐蝕氧化硅，超臨界干燥，單晶硅納米線被懸空。

10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于適用于在(111)型SOI硅片上制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)。