CN104760926B - 基于soi的超高深宽比纳米结构阵列的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微机电系统(MEMS)工艺领域，尤其涉及一种MEMS工艺中的超高深宽比纳米阵列的制备工艺。该方法通过多晶硅和氮化硅交替沉积和刻蚀的方法实现不同阵列数目的超高深宽比纳米结构阵列的制作，同时高深宽比纳米结构阵列的间距可以通过改变二氧化硅层的厚度实现，本发明工艺流程简单易实现，降低制作成本，解决了MEMS工艺中超高深宽比纳米结构阵列的制作难题。通过该方法，在结构材料强度一定的情况下，使纳米结构阵列深宽比达到最大。
Description
技术领域
本发明属于微机电系统(MEMS)工艺领域，尤其涉及一种MEMS工艺中的超高深宽比纳米阵列的制备工艺。
背景技术
纳米制造是国际先进制造技术的发展前沿，而超高深宽比纳米结构的制造技术是目前纳米制造的重要发展方向。超高深宽比纳米结构以其独特的机械、物理性能优势，被广泛认为是实现器件高性能的重要基础，在能源储备、细胞培育、航行器减阻、海洋信号探测等方面展现出广阔的应用前景。然而，随着纳米结构应用领域的不断扩展，对纳米结构深宽比的要求越来越高，国际上期望能够达到100:1以上以满足新的科学技术发展需要，这对超高深宽比纳米结构的制造提出了前所未有的挑战。
希腊Zeniou等人2014年报道采用高密度等离子体刻蚀技术加工硅基高深宽比纳米柱阵列，深宽比达到100:1(UltrahighaspectratioSinanowiresfabricatedwithplasmaetching:plasmaprocessing,mechanicalstabilityanalysisagainstadhesionandcapillaryforcesandoleophobicity.Nanotechnology25(2014)035302)。然而，由于刻蚀工艺的影响，很难实现超高深宽比的结构阵列制造，同时，纳米结构的间距最小为1微米，在一定程度上限制了纳米结构阵列的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现超高深宽比纳米结构阵列的制作方法，通过该方法，在结构材料强度一定的情况下，使纳米结构阵列深宽比达到最大。同时，该方法可实现纳米结构阵列的任意改变，克服现有工艺复杂，成本较高的不足。
本发明提出的基于SOI的高深宽比纳米结构阵列的制作方法，包括以下步骤：
1)清洗SOI(Silicon-On-Insulator)硅片1，去除硅片表面的灰尘及有机物。将SOI硅片器件层的单晶硅刻蚀掉，直至SOI硅片1的二氧化硅层2暴露出来，如图1所示。
2)在二氧化硅层2的表面沉积第一多晶硅3，如图2所示。
3)在第一多晶硅3的表面涂第一光刻胶4，光刻以及显影，形成一定线宽和间距的纳米结构阵列，如图3所示。
4)以第一光刻胶4为掩膜刻蚀第一多晶硅3，直至二氧化硅层2，并去除第一光刻胶4，如图4所示。
5)在第一多晶硅3表面沉积二氧化硅5，如图5所示。
6)在二氧化硅5表面沉积第二多晶硅6，如图6所示。
7)在第二多晶硅6表面涂第二光刻胶7，光刻以及显影，如图7所示。
8)以第二光刻胶7为掩膜，刻蚀第二多晶硅6，直至二氧化硅5。去除第二光刻胶7，如图8所示。
9)硅基底背面刻蚀，直至二氧化硅层2，如图9所示。
10)去除二氧化硅层2和5，释放纳米结构阵列，如图10所示。
本发明的有益效果是：通过多晶硅和氮化硅交替沉积和刻蚀的方法实现不同阵列数目的超高深宽比纳米结构阵列的制作，同时高深宽比纳米结构阵列的间距可以通过改变二氧化硅层的厚度实现，本发明工艺流程简单易实现，降低制作成本，解决了MEMS工艺中超高深宽比纳米结构阵列的制作难题。
附图说明
图1清洗SOI硅片，并刻蚀器件层单晶硅至中间氧化硅的示意图
图2沉积第一多晶硅3的示意图
图3光刻的示意图
图4刻蚀多晶硅2和去除光刻胶3的示意图
图5沉积二氧化硅4的示意图
图6沉积多晶硅5的示意图
图7光刻后的示意图
图8刻蚀多晶硅5和去除光刻胶的示意图
图9背面刻蚀硅基底的示意图
图10超高深宽比纳米结构阵列释放后的示意图
具体实施方法
实施例一：超高深宽比纳米柱阵列制造技术
1)清洗SOI(Silicon-On-Insulator)硅片1，去除硅片表面的灰尘及有机物。将SOI硅片器件层的单晶硅刻蚀掉，直至SOI硅片1的二氧化硅层2暴露出来，如图1所示。
2)在二氧化硅层2的表面通过低压化学气相沉积(LPCVD)的方法沉积厚度为500纳米的第一多晶硅3，如图2所示。
3)涂第一光刻胶4，光刻胶为BP212，厚度为1～3微米，对匀胶后的基片作前烘处理，真空烘箱，温度为110℃，时间为15分钟，然后电子束光刻、显影，形成间距为500纳米，线宽为500纳米的纳米结构阵列。
4)以第一光刻胶4为掩膜，高密度等离子体(ICP)刻蚀第一多晶硅3，直至中间二氧化硅层2。刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8。然后在4:1的H2SO4和H2O2的混合溶液中去除光刻胶5，溶液温度为120℃，时间为15分钟，最后用去离子水清洗干净，并用氮气枪吹干。
5)在第一多晶硅3的表面通过低压化学气相沉积(LPCVD)的方法沉积厚度为500纳米二氧化硅5。
6)在二氧化硅5的表面通过低压化学气相沉积(LPCVD)的方法沉积厚度为500纳米的第二多晶硅6。
7)在第二多晶硅6表面涂第二光刻胶7，光刻胶为BP212，厚度为1～3微米，对匀胶后的基片作前烘处理，真空烘箱，温度为110℃，时间为15分钟，然后通过对准标记进行电子束光刻、显影，形成间距为500纳米，线宽为500纳米的纳米结构阵列。
8)以第二光刻胶7为掩膜，ICP刻蚀第二多晶硅6，直至二氧化硅层5。刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8。然后在4:1的H2SO4和H2O2的混合溶液中去除光刻胶5，溶液温度为120℃，时间为15分钟，最后用去离子水清洗干净，并用氮气枪吹干。
9)通过ICP刻蚀从硅片背面刻蚀硅片衬底，直至二氧化硅层2。
最后在49％的氢氟酸中刻蚀掉二氧化硅2和5，最后用去离子水清洗干净，并用氮气枪吹干，最终实现线宽为500纳米、间距为500纳米的超高深宽比纳米结构阵列的制作。
Claims (1)
1.基于SOI的高深宽比纳米结构阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗SOI(Silicon-On-Insulator)硅片(1)，去除硅片表面的灰尘及有机物；将SOI硅片器件层的单晶硅刻蚀掉，直至SOI硅片(1)的二氧化硅层(2)暴露出来；
2)在二氧化硅层(2)的表面沉积第一多晶硅(3)；
3)在第一多晶硅(3)的表面涂第一光刻胶(4)，光刻以及显影，形成一定线宽和间距的纳米结构阵列；
4)以第一光刻胶(4)为掩膜刻蚀第一多晶硅(3)，直至二氧化硅层(2)，并去除第一光刻胶(4)；
5)在第一多晶硅(3)表面沉积二氧化硅(5)；
6)在二氧化硅(5)表面沉积第二多晶硅(6)；
7)在第二多晶硅(6)表面涂第二光刻胶(7)，光刻以及显影；
8)以第二光刻胶(7)为掩膜，刻蚀第二多晶硅(6)，直至二氧化硅(5)；去除第二光刻胶(7)；
9)硅基底背面刻蚀，直至二氧化硅层(2)；
10)去除二氧化硅层(2)和二氧化硅(5)，释放纳米结构阵列。
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