[发明专利]一种在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体结构的制作方法，特别是涉及一种在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法。

背景技术

1959年诺贝尔得主Richard Feynman在加州理工学院美国物理年会作了“There`s Plenty of Room at the Bottom”的演讲，其中阐述了其关于纳米技术的理论和原则，提出了这些技术将如何改变世界，标志着纳米技术的产生。与大尺度材料相比，纳米尺度（0.1~100nm）的器件和材料有着特别而仙猪的区别。从1990在IBM实验室中产生的第一个纳米制造试验至今，纳米技术得到了急速的发展，已然成为近20年来突破发展最快的技术之一。

纳米探针作为纳米技术的其中一种应用模型，已经在物理、化学和生物等领域得到了广泛的应用和研究，可用于制造多种纳米传感器，尤其在生物领域，纳米尺度的探针被极其广泛的应用于提取和转移细胞内物质如DNA或用于探测细胞电信号的电极，其尺度上的优势是传统技术无法比拟的。

目前制备纳米探针的技术多种多样，其中多以碳纳米管（CNT）沉积为主，即利用FIB沉积一层Pt作探针后在其上通过电沉积形成CNT做针尖，这类方法制作的纳米探针在尺寸上可以达到10纳米左右的尺寸，尖锐度高，但是在集成化和规模化生产方面有着难以逾越的障碍。

本发明提出的硅锥体结构制备方法则只需要常规的MEMS工艺，通过ICP干法刻蚀、各向异性湿法腐蚀和氧化工艺即可制作出顶端直径为10~100纳米，集成度高，可规模化生产的硅锥体结构，其成本低廉，制作方便，在纳米探针领域具有应用前景。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法，用于解决现有技术中纳米探针难以实现集成化和规模化生产的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法，所述方法至少包括以下步骤：

1）提供一（111）型硅片，于该硅片表面制作至少具有3个两两相邻的刻蚀窗口的掩膜图形；

2）采用ICP干法刻蚀工艺，将各该刻蚀窗口下方的硅片ICP干法刻蚀至一预设深度；

3）对各该刻蚀窗口下方的硅片进行各向异性湿法腐蚀，形成上下表面为六边形的多个腐蚀槽，且相邻的3个腐蚀槽的交界处形成由上锥部、下锥部及连接部组成的沙漏结构；

4）采用自限制氧化工艺对上述所得结构进行热氧化，使所述沙漏结构的连接部完全氧化成氧化硅，且使所述下锥部表面逐渐氧化以于所述下锥部内部形成硅锥体结构；

5）去除所述连接部的氧化硅以使所述上锥部和下锥部分离，同时去除所述下锥部表面的氧化硅，形成连接在硅片上的硅锥体结构。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，步骤3）中相邻的两个腐蚀槽之间具有与所述沙漏结构相连的薄壁结构；步骤4）在进行自限制氧化工艺时还同时将所述薄壁结构氧化成氧化硅；步骤5）中在去除氧化硅时还同时将所述薄壁结构去除。

进一步地，所述薄壁结构与所述硅片上表面的夹角为69.5°~71.5°。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，采用ICP干法刻蚀法对所述硅片进行刻蚀

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，相邻的两个刻蚀窗口之间的最小距离为1μm~100μm。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，所述预设深度为100nm~100μm。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，步骤4）中，各向异性湿法腐蚀的时间为10分钟~100小时。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，所述六边形的每个内角均为120°，各边均沿<110>晶向，各该腐蚀槽的侧壁均在{111}晶面族内。

作为本发明的在（111）型硅片上制作硅锥体结构的方法的一种优选方案，所述下锥部及所述硅锥体结构均为三棱锥结构。