專利名稱：一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅納米線的制作方法，特別是涉及一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法。
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。作為CMOS工藝及MEMS技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)材料，對單晶硅納米結(jié)構(gòu)及納米器件的研究尤其受到人們的 青睞。研究表明，在(準(zhǔn))一維的納米線結(jié)構(gòu)下，單晶硅呈現(xiàn)出多種有價(jià)值的物理特性。例如，硅納米線的壓阻系數(shù)比體硅材料提高了 50%以上，；熱電優(yōu)值系數(shù)ZT隨著硅納米線直徑的減小，在室溫下甚至超過了 I ;經(jīng)過鉺摻雜的硅納米線實(shí)現(xiàn)室溫下波長為I. 54um的光致發(fā)光特性等等。另外，隨著比表面積的增大，單晶硅納米線電學(xué)特性對表面狀態(tài)如電荷、質(zhì)量等變化變得非常敏感，從而使其非常適合作為多種高靈敏傳感器的傳感部件。正是由于這些新的物理特性，硅納米線被認(rèn)為是未來納米電子器件、納米光子器件及納米能量轉(zhuǎn)換器件中必不可少的組成部分。目前通過自上而下制作單晶娃納米結(jié)構(gòu)線的方法(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)，雖然工藝原理較為簡單，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，人們發(fā)現(xiàn)對單晶硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化時(shí)，納米結(jié)構(gòu)的外層由于氧化后體積膨脹對內(nèi)層未氧化的區(qū)域進(jìn)行擠壓，從而在納米結(jié)構(gòu)的內(nèi)層產(chǎn)生較大的應(yīng)力，而由于該應(yīng)力的存在，內(nèi)層硅原子的氧化速率明顯低于外層硅原子，該現(xiàn)象被稱為“自限制氧化”，并常常作為一種低成本的尺寸縮小技術(shù)用于單晶硅納米線結(jié)構(gòu)制備上。由此，目前一部分研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在(100)晶面型、(110)晶面型、(111)晶面型的單層硅片或SOI結(jié)構(gòu)的多層硅片上，根據(jù)相應(yīng)單晶硅片的晶面分布特點(diǎn)，用基于各項(xiàng)異性濕法腐蝕和自限制氧化的方法對單晶硅圖形進(jìn)行尺寸縮小，從而制備單根或多跟沿特定晶向的單晶硅納米線。這類基于各向異性濕法腐蝕和氧化過程制備單晶硅納米線的方法具有較低的制作成本，適合進(jìn)行大批量制備。然而，這些方法制備的單晶硅納米線往往是互相平行的分立結(jié)構(gòu)，沒有形成復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)，因此限制了其在納米技術(shù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

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單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中單晶硅納米線往往是互相平行的分立結(jié)構(gòu)，難以形成復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟I)提供一(111)晶面的單晶硅基底，于該單晶硅基底表面制作抗氧化掩膜；2)采用光刻工藝于所述抗氧化掩膜中形成具有預(yù)設(shè)形狀的預(yù)設(shè)排列規(guī)則的多個(gè)掩膜窗口 ；3)采用ICP刻蝕法，將各該掩膜窗口下方的單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度；4)對各該掩膜窗口下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽，相鄰兩腐蝕槽的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁；5)采用自限制氧化工藝對上述所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱氧化，使所述單晶硅薄壁逐漸氧化，最后于所述單晶硅薄壁頂部中央?yún)^(qū)域形成沿單晶硅薄壁長度方向延伸的單晶硅納米 線.6)去除所述抗氧化掩膜及氧化過程中形成的氧化硅，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，所述抗氧化掩膜為厚度為10ηπΓ2 μ m的氮化硅薄膜或厚度為100ηπΓ5 μ m的氧化硅。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，相鄰的兩個(gè)掩膜窗口之間的最小距離為I μ πΓ Ο μ m。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，所述預(yù)設(shè)深度為IOOnnTlOO μ m。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)中,各向異性濕法腐蝕的時(shí)間為10分鐘 100小時(shí)。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，所述六邊形的每個(gè)內(nèi)角均為120°，各邊均沿〈110〉晶向，各該腐蝕槽的側(cè)壁均在{111}晶面族內(nèi)。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，各該單晶硅薄壁與所述單晶硅基底上表面的夾角為69. 5° 71.5°。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，各該單晶娃薄壁的寬度為lnnT999nm,長度為IOOnnTlmm,且任意兩單晶娃薄壁的寬度相差不超過 500nm。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，多個(gè)單晶硅薄壁形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列，多個(gè)單晶硅納米線形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列。作為本實(shí)施例中的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)選方案，相鄰的三根單晶硅納米線的端點(diǎn)連接于一單晶硅支撐結(jié)構(gòu)，且任意兩端點(diǎn)間的距離為10nm 20 μ m。 如上所述，本發(fā)明提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，先于一(111)晶面型硅片上制作抗氧化掩膜并形成掩膜窗口 ；然后采用ICP刻蝕法，將單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度；接著對各該掩膜窗口下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽，相鄰兩腐蝕槽的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁；然后利用自限制氧化工藝進(jìn)行熱氧化，于所述單晶硅薄壁頂部中央?yún)^(qū)域形成單晶硅納米線；最后去除抗氧化掩膜及氧化硅，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明工藝簡單高效，核心步驟僅涉及常規(guī)光亥IJ、腐蝕工藝，抗氧化掩膜和各向異性腐蝕，在常規(guī)的掩膜版制備條件和光刻條件下，利用(111)晶面型硅片內(nèi)的晶面分布特點(diǎn)，可在硅片上制作大規(guī)模的單晶硅納米線組合圖形。


圖I顯示為本發(fā)明的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，在(111)晶面型單晶硅基底一定深度、任意形狀的槽形腐蝕窗口下，單晶硅各向異性腐蝕形成的腐蝕槽平面示意圖，腐蝕槽的上下表面均為內(nèi)角120°的六邊形，六邊形的每條邊均沿〈110〉晶向族，六邊形的側(cè)壁均在{111}晶面族內(nèi)。圖2顯示為本發(fā)明的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，(111)晶面型單晶硅基底上相互靠近的多個(gè)各向異性腐蝕槽平面示意圖，相鄰的腐蝕槽側(cè)壁形成單晶硅單晶硅薄壁，每個(gè)腐蝕槽至少有兩個(gè)相鄰的側(cè)壁分別與相鄰的腐蝕槽的側(cè)壁形成單晶硅薄壁。
圖3a 圖3b顯示為本發(fā)明的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，上表面覆蓋抗氧化掩膜的單晶硅薄壁氧化過程示意圖。當(dāng)單晶硅薄壁上表面有抗氧化掩膜時(shí)，經(jīng)過一定程度的氧化后，在這些單晶硅薄壁上由于氧化過程中發(fā)生體積膨脹導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生大小不均勻的應(yīng)力，在應(yīng)力最大處(位于薄壁頂部中央靠近抗氧化掩膜的區(qū)域)由于氧化速率最慢，在薄壁其它部位完全氧化為氧化硅時(shí)，該區(qū)域仍留下截面較小的單晶硅結(jié)構(gòu)。圖4顯示為本發(fā)明的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，多個(gè)單晶硅薄壁經(jīng)氧化后，去除抗氧化掩膜和氧化過程中生長的氧化硅后得到的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)平面示意圖，圖中僅畫出了最小的網(wǎng)狀陣列單元，即三條單晶硅納米線相連的結(jié)構(gòu)。圖5 圖10顯示為本發(fā)明的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法步驟I廣步驟6)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號說明101單晶硅基底102抗氧化掩膜103掩膜窗口104槽形腐蝕窗口105腐蝕槽106單晶硅薄壁107單晶硅納米線108氧化硅109支撐結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖f圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。本實(shí)施例提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的方法制作，該方法根據(jù)目標(biāo)單晶硅納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)陣列中單晶硅納米線107的長度、與腐蝕槽105底的距離，計(jì)算預(yù)設(shè)的腐蝕掩膜窗口 103陣列的形狀參數(shù)、排列規(guī)則、以及對窗口內(nèi)單晶硅ICP刻蝕的深度，從而控制相應(yīng)的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)形狀的單晶硅納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)陣列。圖I顯示為(111)晶面的單晶硅的各向異性腐蝕原理圖，如圖所示，在(111)晶面型的單晶硅基底101表面，當(dāng)有任意形狀、一定深度的槽形腐蝕窗口 104時(shí)，經(jīng)過單晶硅各項(xiàng)異性腐蝕后將形成上下表面均為六邊形的腐蝕槽105，每個(gè)六邊形的所有內(nèi)角均為120°。其中，AB邊、BC邊、⑶邊、DE邊、EF邊、FA邊構(gòu)成腐蝕槽105的上表面六邊形，A’B’ 邊、B’ C’邊、C’ D’邊、D’ E’邊、E’ F’邊、F’ A’構(gòu)成腐蝕槽105的下表面六邊形，并且這十二條邊均沿〈110〉晶向族。其中，AB邊、B’ C’邊、⑶邊、D’ E’邊、EF邊、F’ A’邊垂直投影圍成的六邊形為預(yù)設(shè)任意形狀腐蝕槽105的內(nèi)角均為120°的最小外接六邊形。腐蝕槽105的六個(gè)側(cè)壁均在{111}晶面族內(nèi)，與上表面的夾角Θ為70.5° ±1°。AB邊與A’B’邊、BC邊與B’ C’邊、CD邊與C’ D’邊、DE邊與D’ E’邊、EF邊與E’ F’邊、FA邊與F’ A’邊之間在上表面的投影距離Cl1相同，并且可計(jì)算為Ci1 = τ · ctg Θ其中，τ為預(yù)設(shè)的腐蝕窗口深度。當(dāng)預(yù)設(shè)多個(gè)槽狀腐蝕窗口 104互相靠近時(shí)，經(jīng)過單晶硅各向異性濕法腐蝕后，相鄰的腐蝕槽105間由互相平行的側(cè)壁形成單晶硅薄壁106，如圖2所示，單晶硅薄壁106的寬度w可計(jì)算為w = (I0-Cl1其中，d0為相鄰的腐蝕窗口在平面內(nèi)垂直于該薄壁長度方向上的最小距離。所述腐蝕槽105至少兩個(gè)相鄰的側(cè)壁同時(shí)與相鄰于該腐蝕槽105的其它兩個(gè)腐蝕槽105間形成寬度相差在500nm以內(nèi)的單晶硅薄壁106。當(dāng)單晶硅薄壁106上表面有抗氧化掩膜102時(shí)，根據(jù)自限制氧化原理，在這些單晶硅薄壁106位于頂部中央靠近抗氧化掩膜102的區(qū)域由于氧化速率最慢，在薄壁其它部位完全氧化為氧化硅108時(shí)，該區(qū)域仍留下截面較小的單晶硅結(jié)構(gòu)，如圖3a 圖3b所示。沿薄壁長度方向擴(kuò)展，這些留下的單晶硅結(jié)構(gòu)則形成單晶硅納米線107，并且相鄰的納米線間沿長度方向的夾角為120°，如圖4所示。若大量的所述腐蝕槽105以相同的規(guī)律密集排布，則最終將得到單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。依據(jù)上述的設(shè)計(jì)方案，如圖f圖10所示，本實(shí)施例提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟如圖5所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一(111)晶面的單晶硅基底101，于該單晶硅基底101表面制作抗氧化掩膜102。在本實(shí)施例中，所述抗氧化掩膜102為厚度為10ηπΓ2 μ m的氮化硅薄膜或厚度為100ηπΓ5 μ m的氧化娃。在一具體的實(shí)施過程中,采用LPCVD生長的低應(yīng)力氮化娃薄膜,所述氮化硅薄膜的厚度為Ιμπι。
如圖I及8所示，然后進(jìn)行步驟2廣步驟4)。步驟2)，采用光刻工藝于所述抗氧化掩膜102中形成具有預(yù)設(shè)形狀的預(yù)設(shè)排列規(guī)則的多個(gè)掩膜窗口 103 ;步驟3)，采用ICP刻蝕法，將各該掩膜窗口 103下方的單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度形成槽形腐蝕窗口 104;步驟4)，對各該掩膜窗口 103下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽105，相鄰兩腐蝕槽105的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁106 ；在本實(shí)施例的步驟2)中，，相鄰的兩個(gè)掩膜窗口 103之間的最小距離為I μ m 10 μ m。在本實(shí)施例的步驟3)中，所述預(yù)設(shè)深度為IOOnnTlOO μ m。在本實(shí)施例的步驟4)中，采用KOH、TMAH等單晶硅各向異性腐蝕溶液作為腐蝕液進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，腐蝕時(shí)間為10分鐘 100小時(shí)。腐蝕后所得的六邊形各邊均沿<110>晶向，各該腐蝕槽105的側(cè)壁均在{111}晶面族內(nèi)。各該單晶硅薄壁106與所述單晶硅基底101上表面的夾角為69. 5° 71. 5°。
步驟4)所得的各該單晶娃薄壁106的寬度為lnnT999nm,長度為IOOnnTlmm,且任
意兩單晶娃薄壁106的寬度相差不超過500nm。步驟4)中，多個(gè)單晶硅薄壁106形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列。在一具體的實(shí)施過程中，首先設(shè)置目標(biāo)單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)如下所有的單晶硅納米線107長度均相等并且長度為100 μ m，單晶硅納米線107離腐蝕槽105底部的距離為10 μ m。請參閱圖I，若要滿足該目標(biāo)，每個(gè)腐蝕槽105的上表面應(yīng)為六邊形，即AB邊、BC邊、⑶邊、DE邊、EF邊、FA邊圍成六邊形，并且邊長均為100 μ m ;AB邊與A’ B’邊、BC邊與B’ C’邊、CD邊與C’ D’邊、DE邊與D’ E’邊、EF邊與E’ F’邊、FA邊與F’ A’邊之間在上表面的投影距離可計(jì)算為Cl1 = τ · ctg Θ = 10 μ m · ctg70. 5。= 3. 54 μ m,由此，可以確定腐蝕槽105下表面在平面上的投影形狀及參數(shù)。記六邊形AB⑶EF和六邊形A’ B’ C’ D’ E’ F’在平面上的投影的交集為六邊形abcdef (未予圖示)，則使預(yù)設(shè)的腐蝕掩膜窗口 103圖形滿足其內(nèi)角均為120°的最小外接六邊形為六邊形abcdef。在本實(shí)施例中，所述的多個(gè)掩膜窗口 103以同樣的形狀大小進(jìn)行陣列化排列，而掩膜窗口 103形狀和腐蝕槽105的預(yù)設(shè)深度確定后，六邊形AB⑶EF的形狀也將確定，將多個(gè)掩膜窗口 103的位置調(diào)整到滿足與任意一個(gè)掩膜窗口 103其相關(guān)的六邊形AB⑶EF的至少兩條相鄰的邊分別與另兩個(gè)相鄰六邊形ABCDEF的一條邊平行并且平面投影距離w在10nnT999nm區(qū)間內(nèi)，相應(yīng)的，可以計(jì)算出每個(gè)掩膜窗口 103在垂直于這些邊的方向上距離d0為:d0 = w+3. 45 μ m。如圖擴(kuò)圖10所示，接著進(jìn)行步驟5) 步驟6)。步驟5)，利用自限制氧化工藝對上述所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱氧化，使所述單晶硅薄壁106逐漸氧化，最后于所述單晶硅薄壁106頂部中央?yún)^(qū)域形成沿單晶硅薄壁106長度方向延伸的單晶硅納米線107 ;步驟6)，去除所述抗氧化掩膜102及氧化過程中形成的氧化硅108，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。當(dāng)單晶硅薄壁106上表面有抗氧化掩膜102時(shí)，根據(jù)自限制氧化原理，在這些單晶硅薄壁106位于頂部中央靠近抗氧化掩膜102的區(qū)域由于氧化速率最慢，在薄壁其它部位完全氧化為氧化硅108時(shí)，該區(qū)域仍留下截面較小的單晶硅結(jié)構(gòu)，該單晶硅結(jié)構(gòu)沿單晶硅薄壁106長度方向延伸成單晶硅納米線107。需要說明的是，位于各該單晶硅薄壁106的交接處的中心部位的單晶硅由于氧化速度也較慢，故在去除所述氧化硅108后，各該單晶硅納米線107的交接處會具有單晶硅支撐結(jié)構(gòu)109，如圖4所示。在本實(shí)施例中，多個(gè)單晶硅納米線107形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列，且相鄰的三根單晶硅納米線107的端點(diǎn)連接于一單晶硅支撐結(jié)構(gòu)109，且任意兩端點(diǎn)間的距離為 10ηπΓ20 μ m。綜上所述，本發(fā)明提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，先于一(111)晶面型硅片上制作抗氧化掩膜并形成掩膜窗口 ；然后采用ICP刻蝕法，將單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度；接著對各該掩膜窗口下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽，相鄰兩腐蝕槽的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁；然后利用自限制氧化工藝進(jìn)行熱氧化，于所述單晶硅薄壁頂部中央?yún)^(qū)域形成單晶硅納米線；最后去除抗氧化掩膜及氧化硅，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明工藝簡單高效，核心步驟僅涉及常規(guī)光亥IJ、腐蝕工藝，抗氧化掩膜和各向異性腐蝕，在常規(guī)的掩膜版制備條件和光刻條件下，利用(111)晶面型硅片內(nèi)的晶面分布特點(diǎn)，可在硅片上制作大規(guī)模的單晶硅納米線組合圖形。所 以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步驟 1)提供一(111)晶面的單晶娃基底，于該單晶娃基底表面制作抗氧化掩月吳； 2)采用光刻工藝于所述抗氧化掩膜中形成具有預(yù)設(shè)形狀的預(yù)設(shè)排列規(guī)則的多個(gè)掩膜窗口 ； 3)采用ICP刻蝕法，將各該掩膜窗口下方的單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度； 4)對各該掩膜窗口下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽，相鄰兩腐蝕槽的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁； 5)采用自限制氧化工藝對上述所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱氧化，使所述單晶硅薄壁逐漸氧化，最后于所述單晶硅薄壁頂部中央?yún)^(qū)域形成沿單晶硅薄壁長度方向延伸的單晶硅納米線； 6)去除所述抗氧化掩膜及氧化過程中形成的氧化硅，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于所述抗氧化掩膜為厚度為10ηπΓ2 μ m的氮化硅薄膜或厚度為100ηπΓ5 μ m的氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于相鄰的兩個(gè)掩膜窗口之間的最小距離為I μ πΓ Ο μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)深度為IOOnnTlOO μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于步驟4)中,各向異性濕法腐蝕的時(shí)間為10分鐘 100小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于所述六邊形的每個(gè)內(nèi)角均為120°，各邊均沿〈110〉晶向，各該腐蝕槽的側(cè)壁均在{111}晶面族內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于各該單晶硅薄壁與所述單晶硅基底上表面的夾角為69. 5° 71.5°。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于各該單晶娃薄壁的寬度為lnnT999nm,長度為IOOnnTlmm,且任意兩單晶娃薄壁的寬度相差不超過 500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于多個(gè)單晶硅薄壁形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列，多個(gè)單晶硅納米線形成兩兩夾角為120°的六邊形網(wǎng)狀陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于相鄰的三根單晶硅納米線的端點(diǎn)連接于一單晶硅支撐結(jié)構(gòu)，且任意兩端點(diǎn)間的距離為10nm 20 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，先于(111)晶面型硅片上制作抗氧化掩膜并形成掩膜窗口；采用ICP刻蝕法，將單晶硅刻蝕至一預(yù)設(shè)深度；對各該掩膜窗口下方的單晶硅進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個(gè)腐蝕槽，相鄰兩腐蝕槽的側(cè)壁間形成單晶硅薄壁；利用自限制氧化工藝進(jìn)行熱氧化，于所述單晶硅薄壁頂部中央?yún)^(qū)域形成單晶硅納米線；去除抗氧化掩膜及氧化硅，形成單晶硅納米線網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)。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，抗氧化掩膜和各向異性腐蝕，在常規(guī)的掩膜版制備條件和光刻條件下，利用(111)晶面型硅片內(nèi)的晶面分布特點(diǎn)，可在硅片上制作大規(guī)模的單晶硅納米線組合圖形。
文檔編號B81C1/00GK102963862SQ20121051473
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者俞驍, 李鐵, 王躍林 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所