[发明专利]用湿法腐蚀工艺制作截面为直角三角形的纳米梁加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用湿法腐蚀工艺制作截面为直角三角形的纳米梁加工方法，更确切地说涉及一种在(100)SOI硅片上制作单晶硅纳米梁的加工方法，梁的横截面为直角三角形，三个侧面的宽度均小于100nm。属微米/纳米加工领域。

背景技术

NEMS(Nano-Electro-Mechanical-System，纳机电系统)技术是在MEMS

(Micro-Electro-Mechanical-System，微机电系统)技术上发展起来的，其特点是关键部件的特征尺度小于100nm。它是纳米技术的重要组成部分。而纳米梁作为纳机电谐振器、谐振式传感器等多种纳机电期间的核心部分，是纳机电器件的基本结构之一。纳米梁的性能对纳机电系统的性能有着决定性的作用。

当前，纳米梁结构用普通的光刻-腐蚀技术工艺一般不能达到所需要的控制精度，而需要用电子束光刻、聚焦离子束刻蚀等先进加工技术。例如A.N.Cleland等人[A.N.Cleland，M.Pophristic and I.Ferguson.Single CrystalAluminum Nitride Nanomechanical Resonators.Applied Physical Letters，Vol.79，No.13，2001，pp.2070-2072.]与A.Erbe等人[A.Erbe，C.Weiss，W.Zwerger，and R.H.Blick，Nanomechanical Resonator Shuttling Single Electrons at RadioFrequencies.Physical Review Letters，Vol87，No.9，2001，096106.]均采用了电子束曝光来制作纳米宽度的线条。它的缺点是：价格昂贵，不适合批量化生产。

另外，通常制作的纳米梁都只在一个维度上实现纳米尺度，也就是只有在一个维度上尺寸在100nm以下。

向民等人在《基于半导体材料的纳米线制作方法》发明专利(中国申请号200410016462.9)中提出了利用半导体工艺中的“鸟嘴”效应和半导体材料的湿法腐蚀或干法刻蚀技术在SOI硅片上加工纳米线的方法。其制作过程如下：

(1)(100)晶向的SOI材料，单晶硅顶层介质1的厚度为小于300nm，清洗后淀积氮化硅形成保护膜4。光刻氮化硅保护膜4，边界线条沿<110>方向，[如图(1-a)所示]；

(2)利用硅的各向异性腐蚀液(如氢氧化钾溶液等)腐蚀硅顶层介质1至氧化硅中间介质层2，硅顶层介质1的(111)面由于腐蚀速率极低而出现自停止，形成侧壁5，侧壁5与底面夹角为54.7°。[如图(1-b)所示]；

(3)清洗后生长一层氧化硅，形成保护膜6和鸟嘴7，[如图(1-c)所示]；

(4)去除氮化硅保护膜4，露出下面的硅顶层介质1和氧化硅鸟嘴7，[如图(1-d)所示]；

(5)使用硅的各向异性腐蚀液(如氢氧化钾溶液等)腐蚀没有氧化硅侧壁5和鸟嘴7遮挡的硅顶层介质1，在硅顶层介质1的(111)面出现自停止，形成侧壁8，侧壁8与底面夹角为54.7°。硅侧壁8与硅侧壁5所夹区域(横截面为近似等腰梯形的棱柱)即为单晶硅纳米线9，[如图(1-e)所示]；

(6)清洗后利用稀释氢氟酸等溶液去除氧化硅保护膜6和硅纳米线9下方的氧化硅中间介质层2，即形成悬空的硅纳米线9，[如图(1-f)所示]。

由此可见，向民等人的发明至少需要2次光刻才能制成纳米梁。光刻次数是衡量工艺复杂性的重要标志。本发明人试图通过巧妙利用各向异性干法腐蚀特性和硅各向异性湿法腐蚀特性，只需要1块光刻版就可以实现纳米梁结构的加工，从而引导出本发明的构思。

发明内容

本发明的目的在于利用湿法腐蚀工艺制作截面为直角三角形的纳米梁加工方法，本发明特征在于一般同时形成2根纳米梁，形成的纳米梁截面为直角三角形。这是基于本发明巧妙地利用了(100)晶向硅材料的各向异性腐蚀特性，纳米梁形成后腐蚀即自动停止，从而加工精度高、一致性高、重复性好。

本发明的关键工艺：(1)梁区台阶的氧化减薄，(2)梁区台阶的侧壁保护和(3)KOH腐蚀使梁成型。

本发明所述的湿法腐蚀工艺制作截面为直角三角形的纳米梁加工方法，其主要工艺为：

(1)梁区台阶的氧化减薄