[发明专利]一种具有密贴悬空栅极的硅纳米线场效应管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS技术领域，特别是涉及一种硅纳米线场效应管的制备方法。 

背景技术

近年来，纳米技术的研究和新纳米材料的开发都取得了长足的发展，并且在生物、医疗、环境等行业得到了应用。当物质的特征尺寸减小到纳米尺度时，相关力学、热学、光学和电学等性能会发生明显变化，出现了表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等新颖的物理现象。 

由于传感器领域对灵敏度要求的不断提高，人们纷纷将目光投向纳米技术领域，硅纳米线作为一种新型一维纳米材料，具有优异力、热、光、电等性能，其比表面积大，外界环境能够引起材料本身性质发生很大改变，所以该材料具有极大的潜力提升传感器灵敏度，具有广阔的应用前景。 

基于硅纳米线的场效应管既能保留硅纳米线的优异性能，同时还能通过控制外设电路让器件工作在稳定的工作点，得到更加准确的反馈，所以基于硅纳米线的场效应管在传感器领域具有巨大的应用优势。IC工艺在制备线宽在纳米尺度的场效应管时所采用的方法包括电子束直写、深紫外光刻，纳米压印等技术，其工艺原理简单，但设备十分昂贵。同时目前IC工艺正处在22nm节点，14nm工艺尚处于研发阶段，直接通过图形转移制备出10nm以下线宽的硅纳米线，在技术上存在比较大的难度。 

因此，发展可控精度高、成本低廉的硅纳米线场效应管的制备方法具有重要的价值。 

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具有密贴悬空栅极的硅纳米线场效应管的制备方法，有助于解决现有技术中硅纳米线场效应管的制备方法可控精度低且成本高昂的问题。 

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅纳米线场效应管的制备方法，包括以下步骤： 

1)提供一(111)型的硅片，于硅片表面形成介质掩膜层，通过光刻工艺于所述介质掩膜层中形成间隔排列的倾斜的矩形窗口； 

2)通过所述矩形窗口对所述硅片进行刻蚀，形成预设深度的凹槽； 

3)通过所述凹槽对硅片进行各向异性腐蚀，形成六边形腐蚀槽，且相邻两个六边形腐蚀槽之间形成预设宽度的单晶硅薄壁结构； 

4)基于自限制热氧化工艺对硅片进行氧化，于单晶硅薄壁的顶部中央位置形成单晶硅纳米线； 

5)于所述介质掩膜层中形成第一窗口，并通过该第一窗口于硅片中形成重掺杂的欧姆接触区域； 

6)于所述单晶硅纳米线两端的介质掩膜层中分别形成第二窗口，并通过该第二窗口于硅片中形成源区和漏区； 

7)以所述单晶硅纳米线表面的介质掩膜层作为栅介质层，于所述栅介质层表面制作栅电极； 

8)去除被氧化的单晶硅薄壁，释放出所述单晶硅纳米线。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤1)所述介质掩膜层为氮化硅薄膜，采用低压化学气相沉积法于所述硅片表面形成所述氮化硅薄膜。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤1)所述矩形窗口的一边与所述硅片的晶向呈20度～40度倾斜。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤2)采用反应离子刻蚀法于所述硅片中形成凹槽，所述凹槽的深度为1um～3um。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤3)采用KOH溶液对所述硅片进行各向异性腐蚀。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤3)所述单晶硅薄壁结构的宽度为300nm～500nm。 

作为本发明的硅纳米线场效应管的制备方法一种优选方案，步骤4)所述的单晶硅纳米线的截面为倒三角形。 

如上所述，本发明提供一种硅纳米线场效应管的制备方法，包括步骤：1)提供一(111)型的硅片，于硅片表面形成介质掩膜层，通过光刻工艺于所述介质掩膜层中形成间隔排列的倾斜的矩形窗口；2)通过所述矩形窗口对所述硅片进行刻蚀，形成预设深度的凹槽；3)通过所述凹槽对硅片进行各向异性腐蚀，形成六边形腐蚀槽，且相邻两个六边形腐蚀槽之间形成预设宽度的单晶硅薄壁结构；4)基于自限制热氧化工艺对硅片进行氧化，于单晶硅薄壁的顶部中央位置形成单晶硅纳米线；5)于所述介质掩膜层中形成第一窗口，并通过该第一窗口于硅片中形成重掺杂的欧姆接触区域；6)于所述单晶硅纳米线两端的介质掩膜层中分别形成第二窗口，并通过该第二窗口于硅片中形成源区和漏区；7)以所述单晶硅纳米线表面的介质 掩膜层作为栅介质层，于所述栅介质层表面制作栅电极；8)去除被氧化的单晶硅薄壁，释放出所述单晶硅纳米线。本发明具有以下优点：