一種在（111）型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法技術

本發明專利技術提供一種在（111）型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，包括：于硅片表面制作至少具有3個兩兩相鄰的刻蝕窗口的掩膜圖形；將各該刻蝕窗口下方的硅片用ICP干法刻蝕至一預設深度；各向異性濕法腐蝕，使兩兩相鄰的3個腐蝕槽的交界處形成由上錐部、下錐部及連接部組成的沙漏結構；采用自限制氧化工藝，形成氧化硅及藉由硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；去除氧化硅及上硅錐體結構，形成單晶硅納米長針尖。本發明專利技術可用于制作納米探針陣列，只需要常規的MEMS工藝，通過ICP干法刻蝕、各向異性濕法腐蝕和氧化工藝即可制作出針尖直徑在10~100nm，長度在0.1~100μm，集成度高，可規模化生產的納米探針，其成本低廉，制作方便，可應用于納米探針領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種半導體結構的制作方法，特別是涉及一種在(111)型硅片上制作單晶硅納米針尖的方法。
技術介紹
1959年諾貝爾得主Richard Feynman在加州理工學院美國物理年會作了“There's Plenty of Room at the Bottom”的演講,其中闡述了其關于納米技術的理論和原則，提出了這些技術將如何改變世界，標志著納米技術的產生。與大尺度材料相比，納米尺度(0.Γ ΟΟηπι)的器件和材料有著特別而仙豬的區別。從1990在IBM實驗室中產生的第一個納米制造試驗至今，納米技術得到了急速的發展，已然成為近20年來突破發展最快的技術之一。納米探針作為納米技術的其中一種應用模型，已經在物理、化學和生物等領域得到了廣泛的應用和研究，可用于制造多種納米傳感器，尤其在生物領域，納米尺度的探針被極其廣泛的應用于提取和轉移細胞內物質如DNA或用于探測細胞電信號的電極，其尺度上的優勢是傳統技術無法比擬的。目前制備納米探針的技術多種多樣，其中多以碳納米管(CNT)沉積為主，即利用FIB沉積一層Pt作探針后在其上通過電沉積形成CNT做針尖，這類方法制作的納米探針在尺寸上可以達到10納米左右的尺寸，尖銳度高，但是在集成化和規模化生產方面有著難以逾越的障礙。本專利技術提出的硅納米探針制備方法則只需要常規的MEMS工藝，通過ICP干法刻蝕、各向異性濕法腐蝕和自限制氧化工藝即可制作出針尖直徑為1(Γ100納米，長度為ο.Γιοο微米，集成度高， 可規模化生產的納米探針，其成本低廉，制作方便，在納米探針領域。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供，用于解決現有技術中納米探針難以實現集成化和規模化生產的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供，所述方法至少包括以下步驟:I)提供一(111)型娃片，于該娃片表面制作至少具有3個兩兩相鄰的刻蝕窗口的掩膜圖形；2)采用ICP干法刻蝕工藝，將各該刻蝕窗口下方的硅片用ICP干法刻蝕至一預設深度；3)對各該刻蝕窗口下方的硅片進行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個腐蝕槽，且相鄰的3個腐蝕槽的交界處形成由上錐部、下錐部及連接部組成的沙漏結構；4)采用自限制氧化工藝對上述所得結構進行熱氧化，使所述沙漏結構的連接部逐漸氧化以于其內部形成硅納米線結構，且使所述上錐部、下錐部表面逐漸氧化以分別于所述上錐部及下錐部內部形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；5)去除所述連接部、上錐部及下錐部表面的氧化硅，形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；6)去除所述上硅錐體結構，形成下硅錐體結構及硅納米線結構相連的單晶硅納米長針尖。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟3)中相鄰的兩個腐蝕槽之間具有與所述沙漏結構相連的薄壁結構；步驟4)在進行自限制氧化工藝時還同時將所述薄壁結構氧化成氧化硅；步驟5)中在去除氧化硅時還同時將所述薄壁結構去除。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，所述薄壁結構與所述硅片上表面的夾角為69.5° 71.5°。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，相鄰的兩個刻蝕窗口之間的最小距離為I μ πΓ ΟΟ μ m。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，所述預設深度為IOOnnTlOO μ m。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟4)中，各向異性濕法腐蝕的時間為10分鐘 100小時。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，所述六邊形的每個內角均為120°，各邊均沿〈110〉晶向，各該腐蝕槽的側壁均在{111}晶面族內。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟4)所述的硅納米線結構的直徑為l(Tl00nm，長度為0.Γ Ο μ m。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟6)采用聚焦離子束切割工藝以預設角度將所述硅納米線結構截斷后將所述上硅錐體結構去除。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟6)采用超聲波截斷所述硅納米線結構后將所述上硅錐體結構去除。作為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法的一種優選方案，步驟6)先將所述上錐體結構表面粘附于一貼膜，然后揭去貼膜使所述硅納米線結構截斷，并同時去除所述上硅錐體結構。本專利技術提供，包括:于硅片表面制作至少具有3個兩兩相鄰的刻蝕窗口的掩膜圖形；將各該刻蝕窗口下方的硅片用ICP干法刻蝕至一預設深度；3 )對各該刻蝕窗口下方的硅片進行各向異性濕法腐蝕，使相鄰的3個腐蝕槽的交界處形成由上錐部、下錐部及連接部組成的沙漏結構；采用自限制氧化工藝進行熱氧化，形成氧化硅及藉由硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；去除氧化硅，形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；去除所述上硅錐體結構，形成單晶硅納米長針尖。本專利技術的方法可以用于制作納米探針陣列，只需要常規的MEMS工藝，通過ICP干法刻蝕、各向異性濕法腐蝕和氧化工藝即可制作出長針尖直徑在l(TlOOnm，長度在0.f 100 μ m，集成度高，可規模化生產的納米探針，其成本低廉，制作方便，在納米探針領域。附圖說明圖1顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，在(111)型硅片一定深度、任意形狀的槽形腐蝕窗口下，硅片各向異性濕法腐蝕形成的腐蝕槽平面示意圖。 圖2顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法中的設計原理示意圖。圖:T圖5顯示為不同的排列的正三角形刻蝕窗口所獲得的三個腐蝕槽交界處各種不同情況的結構示意圖。圖6 7顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟I)所呈現的結構示意圖。圖8顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟2)所呈現的結構示意圖。圖9顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟3)所呈現的結構示意圖。圖10顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟4)所呈現的結構示意圖。圖11顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟5)所呈現的結構示意圖。圖12顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法步驟6)所呈現的結構示意圖。圖13顯示為本專利技術的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法形成的藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構的掃面電鏡SEM圖。元件標號說明 101硅片102掩膜圖形103刻蝕窗口104腐蝕槽105上錐部106連接部107下錐部108下硅錐體結構109上硅錐體結構110硅納米線結構111氧化硅具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在（111）型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步驟：1）提供一（111）型硅片，于該硅片表面制作至少具有3個兩兩相鄰的刻蝕窗口的掩膜圖形；2）采用ICP干法刻蝕工藝，將各該刻蝕窗口下方的硅片刻蝕至一預設深度；3）對各該刻蝕窗口下方的硅片進行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個腐蝕槽，且相鄰的3個腐蝕槽的交界處形成由上錐部、下錐部及連接部組成的沙漏結構；4）采用自限制氧化工藝對上述所得結構進行熱氧化，使所述沙漏結構的連接部逐漸氧化以于其內部形成硅納米線結構，且使所述上錐部、下錐部表面逐漸氧化以分別于所述上錐部及下錐部內部形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；5）去除所述連接部、上錐部及下錐部表面的氧化硅，形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構；6）去除所述上硅錐體結構，形成下硅錐體結構及硅納米線結構相連的單晶硅納米長針尖。

【技術特征摘要】
1.一種在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步驟: 1)提供一(111)型硅片，于該硅片表面制作至少具有3個兩兩相鄰的刻蝕窗口的掩膜圖形； 2)采用ICP干法刻蝕工藝，將各該刻蝕窗口下方的硅片刻蝕至一預設深度； 3)對各該刻蝕窗口下方的硅片進行各向異性濕法腐蝕，形成上下表面為六邊形的多個腐蝕槽，且相鄰的3個腐蝕槽的交界處形成由上錐部、下錐部及連接部組成的沙漏結構； 4)采用自限制氧化工藝對上述所得結構進行熱氧化，使所述沙漏結構的連接部逐漸氧化以于其內部形成硅納米線結構，且使所述上錐部、下錐部表面逐漸氧化以分別于所述上錐部及下錐部內部形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構； 5)去除所述連接部、上錐部及下錐部表面的氧化硅，形成藉由所述硅納米線結構連接的上硅錐體結構及下硅錐體結構； 6)去除所述上硅錐體結構，形成下硅錐體結構及硅納米線結構相連的單晶硅納米長針尖。2.根據權利要求1所述的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，其特征在于: 步驟3)中相鄰的兩個腐蝕槽之間具有與所述沙漏結構相連的薄壁結構；步驟4)在進行自限制氧化工藝時還同時將所述薄壁結構氧化成氧化硅；步驟5)中在去除氧化硅時還同時將所述薄壁結構去除 。3.根據權利要求2所述的在(111)型硅片上制作單晶硅納米長針尖的方法，其特征在于:所述薄壁結構與所述娃片上表面的夾角為69.5° 71.5°。4.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鐵，俞驍，張嘯，王躍林，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：