专利名称：一种硅纳米线的制作方法
技术领域：
本发明属于一种硅纳米线的制作方法。
背景技术：
硅纳米线由于特有的量子限制效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应等光学、电学性质以及高表面活性引起了广泛关注。硅纳米线在纳米传感器、单电子晶体管、单电子存储等纳米电子器件及合成其他纳米材料等方面得到广泛应用，它可成为纳米电子学领域的一种极有应用潜力的新材料。如果能用硅纳米线制备出实用的纳米电子器件，将使硅技术的应用从微电子学领域扩展到纳米电子学领域，对未来电子器件及整个电子领域的发展产生不可估量的影响。
因此，制作出尺寸可控，均一的硅纳米线一直是人们追求的目标。由于要制作实用的器件，工艺简单可靠、制作成本低、可批量制作是衡量制作方法的关键因素。
目前，制作硅纳米线的方法主要有“自下而上”和“自上而下”两类。“自下而上”的方法是指从原子分子出发，在材料的生长过程中对其结构、组分、大小和位置进行控制，从而直接生长出所需的纳米材料与结构。(H.F.Yan，Y.J.Xing，Feng，Growth of amorphous Siliconnanowires via solid-liquid-solid mechanism，Chemical Physics letters，2000(323)224-228；Y.H.Tang，Y.F.Zhang，J.Appl.Phys.1999(85)7981)，这种方法制作的硅纳米线是随机分布的，在形成器件时操作和定位困难，给大规模集成带来困难。“自上而下”的方法是指从体材料出发，利用薄膜生长和纳米光刻技术(电子束光刻等)制备纳米结构和器件。(I.bargatin，E.B.Myers，Sensitive detection of nanomechanical motion using piezoresistive signal downmixing，”Applied physics letters，86，133109(2005)，pp.133109-1～133109-3)，这种方法制作的硅纳米线精度高，定位准备，但是其生产成本高，且效率低下，不适于批量生产。
发明内容
本发明提供一种硅纳米线的制作方法，目的是要制作工艺简单，可控制性好，可靠性高的硅纳米线。
为实现上述目的采取技术方案主要是利用氢氟酸或含氢氟酸水溶液对掺杂形成p-n结结构中n型硅的选择性腐蚀工艺。
该方法的工艺步骤如下1、选用n型绝缘层上硅片(Silicon on insulator，SOI)为原始材料。
2、光刻并刻蚀顶层硅，形成原始硅梁结构。
3、光刻并掺杂，在原始硅梁上形成p-n-p结构。
4、开腐蚀孔，硅梁中间部分露出，其他地方保护。
5、氟化铵、氢氟酸混合液(BOE)腐蚀，原始硅梁中间n型部分硅被腐蚀形成硅纳米线。
本发明的显著优点这种方法制作的硅纳米线，其两维尺寸均可以精确控制，改变设计参数及腐蚀时间，可以制作两维尺寸10纳米左右的硅纳米线，通过图形设计，可以制作出多种以硅纳米线为基础结构的纳机电器件。
与现有的方法相比，此方法具有以下特点1、完全采用传统微机电系统(MEMS)工艺，工艺简单可靠。
2、纳米线两维尺寸可单独控制，可控性好。
3、完全采用常规工艺，制作成本低。
4、可批量生产。
使用这种方法制作的硅纳米线，可以用于研究低维半导体材料的力学、电学等特性，通过图形设计，可以制作出多种以硅纳米线为基础结构的纳机电器件，应用前景广阔。本发明工艺简单，制作成本低，并可批量生产。
具体实施例方式
本发明的实施例如下1、选用n型、(100)晶向、绝缘层上硅片(Silicon on insulator，SOI)为原始材料，该硅片顶层硅厚度为2000埃，埋层氧化硅厚度为1500埃，衬底硅厚度为420微米。
2、标准清洗后，光刻原始硅梁结构，并利用深反应离子刻蚀机(STS)刻蚀顶层硅，硅梁部分顶层硅留下，其他地方顶层硅被刻蚀。
3、热氧化2000埃，顶层硅减薄至110纳米。
4、光刻离子注入图形，梁中间部分留有光刻胶，其他地方没有光刻胶，梁中间部分不作离子注入，仍然为n型。
5、硼离子注入，梁两端为p型，在硅梁上形成p-n-p结构，高温退火，激活注入硼离子。
6、在硅片上溅射薄层铝，并光刻电极图形，腐蚀金属铝形成电极结构，合金，形成良好的欧姆接触。
7、光刻腐蚀孔，硅梁中间部分开腐蚀孔，其他地方光刻胶保护。
8、氟化铵腐蚀液(BOE)腐蚀，BOE从腐蚀孔进入，腐蚀硅梁表面的氧化硅后，进一步腐蚀p-n-p结构中间n型硅部分，得到硅纳米线。
9、利用二氧化碳超临界释放仪释放，形成悬空的硅纳米线。
权利要求
1.一种硅纳米线的制作方法，其特征是利用氢氟酸或含氢氟酸水溶液腐蚀掺杂形成p-n结结构n型硅的选择性腐蚀工艺实现硅纳米线制作。
2.按权利要求1所述的硅纳米线制作方法，其特征在于所制作的硅纳米线两维尺寸均可精确控制，通过选用合适的SOI顶层硅厚度及减薄厚度，可以控制制作的纳米线的厚度，通过控制腐蚀时间及初始硅梁的宽度，可以控制制作的硅纳米线的宽度。
3.按权利要求1所述的硅纳米线制作方法，其工艺步骤的特征如下(1)选用n型绝缘层上硅片为原始材料；(2)光刻并刻蚀顶层硅，形成原始硅梁结构；(3)减薄顶层硅；(4)光刻并掺杂，在原始硅梁上形成p-n-p结构；(5)开腐蚀孔，硅梁中间部分露出，其他地方保护；(6)氟化铵腐蚀液腐蚀原始硅梁p-n-p结构中间n型部分硅，使其腐蚀成硅纳米线。
全文摘要
本发明涉及一种硅纳米线的制作方法。主要利用氢氟酸或含氢氟酸水溶液对掺杂形成p－n结结构n型硅的选择性腐蚀实现两维尺寸可精确控制的硅纳米线的工艺简单、可靠及批量制作。利用该方法制作硅纳米线，通过改变设计参数及腐蚀时间，可以制作两维尺寸10纳米左右的硅纳米线；通过图形设计，可以制作出多种以硅纳米线为基础的纳机电器件。使用本发明制作的硅纳米线，可以研究低维半导体材料的力学、电学等特性；制作多种纳机电器件，应用前景广阔。本发明工艺简单，制作成本低，并可批量生产。
文档编号B82B3/00GK1958436SQ200610053849
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者王慧泉, 金仲和, 郑阳明, 王跃林, 李铁 申请人:浙江大学