一种在（111）型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法技术

本发明专利技术提供一种在（111）型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，包括：于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；将各该刻蚀窗口下方的硅片用ICP干法刻蚀至一预设深度；各向异性湿法腐蚀，使两两相邻的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；采用自限制氧化工艺，形成氧化硅及藉由硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；去除氧化硅及上硅锥体结构，形成单晶硅纳米长针尖。本发明专利技术可用于制作纳米探针阵列，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针尖直径在10~100nm，长度在0.1~100μm，集成度高，可规模化生产的纳米探针，其成本低廉，制作方便，可应用于纳米探针领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体结构的制作方法，特别是涉及一种在(111)型硅片上制作单晶硅纳米针尖的方法。
技术介绍
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.Γ ΟΟηπι)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。本专利技术提出的硅纳米探针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自限制氧化工艺即可制作出针尖直径为1(Γ100纳米，长度为ο.Γιοο微米，集成度高， 可规模化生产的纳米探针，其成本低廉，制作方便，在纳米探针领域。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，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，本专利技术提供，所述方法至少包括以下步骤:I)提供一(111)型娃片，于该娃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用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逐渐氧化以于其内部形成硅纳米线结构，且使所述上锥部、下锥部表面逐渐氧化以分别于所述上锥部及下锥部内部形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；5)去除所述连接部、上锥部及下锥部表面的氧化硅，形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；6)去除所述上硅锥体结构，形成下硅锥体结构及硅纳米线结构相连的单晶硅纳米长针尖。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖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。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，所述薄壁结构与所述硅片上表面的夹角为69.5° 71.5°。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖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I μ πΓ ΟΟ μ m。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，所述预设深度为IOOnnTlOO μ m。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖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。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖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。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，步骤4)所述的硅纳米线结构的直径为l(Tl00nm，长度为0.Γ Ο μ m。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，步骤6)采用聚焦离子束切割工艺以预设角度将所述硅纳米线结构截断后将所述上硅锥体结构去除。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，步骤6)采用超声波截断所述硅纳米线结构后将所述上硅锥体结构去除。作为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法的一种优选方案，步骤6)先将所述上锥体结构表面粘附于一贴膜，然后揭去贴膜使所述硅纳米线结构截断，并同时去除所述上硅锥体结构。本专利技术提供，包括:于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；将各该刻蚀窗口下方的硅片用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，使相邻的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；采用自限制氧化工艺进行热氧化，形成氧化硅及藉由硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；去除氧化硅，形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；去除所述上硅锥体结构，形成单晶硅纳米长针尖。本专利技术的方法可以用于制作纳米探针阵列，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长针尖直径在l(TlOOnm，长度在0.f 100 μ m，集成度高，可规模化生产的纳米探针，其成本低廉，制作方便，在纳米探针领域。附图说明图1显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，在(111)型硅片一定深度、任意形状的槽形腐蚀窗口下，硅片各向异性湿法腐蚀形成的腐蚀槽平面示意图。 图2显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法中的设计原理示意图。图:T图5显示为不同的排列的正三角形刻蚀窗口所获得的三个腐蚀槽交界处各种不同情况的结构示意图。图6 7显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤I)所呈现的结构示意图。图8显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤2)所呈现的结构示意图。图9显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤3)所呈现的结构示意图。图10显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤4)所呈现的结构示意图。图11显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤5)所呈现的结构示意图。图12显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法步骤6)所呈现的结构示意图。图13显示为本专利技术的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法形成的藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构的扫面电镜SEM图。元件标号说明 101硅片102掩膜图形103刻蚀窗口104腐蚀槽105上锥部106连接部107下锥部108下硅锥体结构109上硅锥体结构110硅纳米线结构111氧化硅具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在（111）型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，其特征在于，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逐渐氧化以于其内部形成硅纳米线结构，且使所述上锥部、下锥部表面逐渐氧化以分别于所述上锥部及下锥部内部形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；5）去除所述连接部、上锥部及下锥部表面的氧化硅，形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构；6）去除所述上硅锥体结构，形成下硅锥体结构及硅纳米线结构相连的单晶硅纳米长针尖。

【技术特征摘要】
1.一种在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，其特征在于，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逐渐氧化以于其内部形成硅纳米线结构，且使所述上锥部、下锥部表面逐渐氧化以分别于所述上锥部及下锥部内部形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构； 5)去除所述连接部、上锥部及下锥部表面的氧化硅，形成藉由所述硅纳米线结构连接的上硅锥体结构及下硅锥体结构； 6)去除所述上硅锥体结构，形成下硅锥体结构及硅纳米线结构相连的单晶硅纳米长针尖。2.根据权利要求1所述的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，其特征在于: 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 。3.根据权利要求2所述的在(111)型硅片上制作单晶硅纳米长针尖的方法，其特征在于:所述薄壁结构与所述娃片上表面的夹角为69.5° 71.5°。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，俞骁，张啸，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：