[發(fā)明專利]一種在（100）型SOI硅片表面自上而下制備納米結(jié)構(gòu)的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110298598.3
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102398889A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金欽華;俞驍;李鐵;王躍林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自上而下制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)的方法，更確切地說(shuō)本發(fā)明涉及一種在(100)型SOI硅片表面自上而下制備納米結(jié)構(gòu)的方法，屬于納米技術(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(lái)越受到研究者重視，人們希望通過(guò)對(duì)納米結(jié)構(gòu)展開(kāi)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。?

目前制備納米線的方法有兩類，第一類是自下而上的方法(bottom-up)[1](Xia?Y.，Yang?P.，Sun?Y.，W，Y.，Mayers?B.，Gates?B.，Yin?Y.，Kim?F.，Yan?H.，One-Dimensional?Nanostructures：Synthesis，Characterization，and?Applications，Adv.Mater.，2003，15，353-389.)，即通過(guò)聚集原子、原子團(tuán)，定位(或者隨機(jī))生長(zhǎng)出所需材料的納米結(jié)構(gòu)，包括各種化學(xué)催化生長(zhǎng)技術(shù)。第二類是自上而下的方法(top-down)[2](Juhasz?R.，Elfstrom?N.and?Linnros?J.，Controlled?fabrication?of?SiNWs?by?electron?beam?lithography?and?electrochemical?size?reduction，Nano?Lett.，2005，5，275-80.)，即通過(guò)定位去除材料上不需要的部分，留下符合設(shè)計(jì)要求的納米結(jié)構(gòu)，包括電子束直寫、深紫外光刻等納米刻蝕技術(shù)。自下而上制備工藝原理簡(jiǎn)單，但需要專用的生長(zhǎng)設(shè)備與技術(shù)條件，而且往往生長(zhǎng)形狀隨機(jī)性較大，在與功能器件的集成方面也有很大的局限性；自上而下制備納米結(jié)構(gòu)對(duì)于功能器件結(jié)構(gòu)具有很高的定位性以及尺寸形狀可控性，但常規(guī)的制備工藝往往昂貴費(fèi)時(shí)，也不甚適用于微納集成工藝。?

近年來(lái)，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)量硅納米線的技術(shù)[3](劉文平，李鐵，楊恒，焦繼偉，李昕欣，王躍林，基于MEMS工藝制作的硅納米線及其電學(xué)性質(zhì)，半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，2006，27，1645-1649)[4](Hien?Duy?Tong，Songyue?Chen，Wilfred?G.van?der?Wiel，Edwin?T.Carlen，and?Albert?van?den?Berg，Novel?top-down?wafer-scale?fabrication?of?single?crystal?silicon?nanowires，Nano?Lett.，2009，9，1015-1022)。這些方法都是通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)工藝實(shí)現(xiàn)用普通光刻掩模板及低成本工藝實(shí)現(xiàn)納米線寬掩膜的制作，從而克服直接制備納米結(jié)構(gòu)掩膜線寬太小，普通光刻掩模板受最小線寬的制約不能達(dá)到的缺點(diǎn)，以及電子束直寫、深紫外光刻等工藝昂貴費(fèi)時(shí)等困難。然而，這些方法都需要多層掩膜材料，進(jìn)行多次氧化、腐蝕或刻蝕工藝，過(guò)程較為繁瑣。本發(fā)明從另一角度提出一種制備納米結(jié)構(gòu)的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在(100)型SOI硅片表面自上而下制備納米結(jié)構(gòu)的方法，也即在(100)型SOI硅片表面制作最小線寬在0.5μm以上的兩個(gè)或多個(gè)任意形狀的腐蝕窗口，由于對(duì)于(100)型SOI硅片，經(jīng)過(guò)單晶硅各向異性濕法腐蝕后，會(huì)在原腐蝕窗口位置上形成兩個(gè)或多個(gè)并列的矩形腐蝕槽，矩形腐蝕槽槽口的上表面為原腐蝕窗口的外接矩形，相鄰腐蝕槽之間的位置形成一段特征尺寸的單晶硅納米結(jié)構(gòu)。槽口上表面的四條邊均沿<110>晶向族，槽的側(cè)壁均為{111}晶向面，因此，我們只要通過(guò)確定腐蝕窗口幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置，利用硅材料的各向異性腐蝕特性在硅片表面腐蝕形成兩個(gè)或多個(gè)并列的上表面為矩形的腐蝕槽結(jié)構(gòu)，相鄰槽之間位置將留下一段特征尺寸在5nm至0.999μm的單晶硅納米結(jié)構(gòu)，厚度通過(guò)控制SOI表層硅厚度確定。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，僅涉及一次光刻、一次各向異性腐蝕掩膜制作及一次腐蝕工藝，能用最小線寬在0.5μm以上的普通光刻掩模板制備特征尺寸在5nm至0.999μm的單晶硅納米結(jié)構(gòu)，是一種方便低廉的微納集成工藝技術(shù)。?

1.本發(fā)明的目的是通過(guò)以下工藝步驟達(dá)到的(圖1)：?