[发明专利]利用无电极电化学腐蚀自停止制作的纳米梁结构与方法

权利要求书

1.利用无电极电化学腐蚀自停止制作纳米梁的结构，其特征在于所制 作的纳米梁的结构是在(100)硅片上，所述的纳米梁由金引线提供力学支 撑，它是通过两端面上的引线孔与金引线连接的，金引线与硅衬底间有氧化 层存在，金引线与硅衬底间为电学绝缘，从而实现纳米梁与硅衬底间的电学 隔离。

2.按权利要求1所述的利用无电极电化学腐蚀自停止制作纳米梁的结 构，其特征在于所述的纳米梁为可动结构，可上下自由振动。

3.按权利要求1所述的利用无电极电化学腐蚀自停止制作纳米梁的结 构，其特征在于所述的纳米梁的厚度等于正面浅腐蚀制作的梁区台阶的深 度。

4.按权利要求1、2或3所述的利用无电极电化学腐蚀自停止制作纳米 梁的结构，其特征在于纳米梁的周围与下方为各向异性湿法腐蚀形成的腐蚀 区。

5.按权利要求1、2或3所述的利用无电极电化学腐蚀自停止制作纳米 梁的结构，其特征在于所述的纳米梁的厚度控制在100纳米以内。

6.制作如权利要求1、2或3所述的利用无电极电化学腐蚀自停止制作 纳米梁的结构的方法，其特征在于所述的纳米梁是通过各向异性湿法腐蚀结 合无电极电化学腐蚀自停止技术制作的；在梁区制作纳米厚度的台阶，在台 阶两侧制作腐蚀槽，然后在硅衬底表面制作第二层掩模层，并去除腐蚀槽底 部的第二层掩模层，接着制作金引线，使金引线与梁区台阶通过引线孔连接； 用各向异性湿法腐蚀液腐蚀结构；使在纳米梁形成以前梁区与硅衬底连接， 金引线与所有硅暴露面积之比小于腐蚀自停止临界面积比，各向异性湿法腐 蚀液会腐蚀结构直至形成纳米梁；当纳米梁形成后，纳米梁与硅衬底间的连 接部被腐蚀掉，金引线只与纳米梁连接而与硅衬底绝缘，金引线与纳米梁下 表面硅的暴露面积之比大于腐蚀自停止临界面积比，对纳米梁的腐蚀即自动 停止；

具体的制作工艺过程包括：

(1)梁区台阶制作

采用单面抛光或双面抛光的(100)硅片，梁区台阶图形沿<100>晶向， 台阶的深度等于纳米梁的厚度；

(2)腐蚀槽制作

在硅衬底表面制作第一层掩模层

a)所述的第一层掩模层为采用热生长的二氧化硅，或为采用低压化学 气相淀积制作的氮化硅；

b)在梁区制作的纳米厚度台阶两侧光刻腐蚀槽图形，然后用干法腐蚀 技术制作深度为h_T的腐蚀槽；两腐蚀槽间的距离为d_T；假设各向异性腐蚀 液沿x方向的腐蚀速率为R_x，沿y方向的腐蚀速率为R_y，则h_T与d_T必须满 足

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当纳米梁形成后金引线与纳米梁下表面硅的暴露面积比大于腐蚀自停 止临界面积比，两腐蚀槽底面积之和应大于纳米台阶的下表面面积；

c)接着去除表面的光刻胶，在硅衬底表面制作第二层掩模层，第二层 掩模层与第一层掩模层的材料相同或不相同，但第二掩模层厚度应显著低于 第一层掩模层；接着利用反应离子刻蚀方法腐蚀掩模层，去除腐蚀槽底部的 第二层掩模层；

(3)电学连接与力学支撑结构制作

在梁区光刻/腐蚀制作引线孔，去除引线孔表面的掩模层，然后去除光刻 胶，接着制作金引线；具体工艺是采用溅射制作Cr/Au种子层，然后光刻制 作光刻胶铸模，再电镀加厚金层，去胶后腐蚀去除不需要的种子层；

(4)纳米梁的释放

将步骤3制成的样品放入碱性各向异性湿法腐蚀液中腐蚀；腐蚀从腐蚀 槽底部开始，向两侧与上表面腐蚀；腐蚀后，梁区底部的硅被腐蚀掉，两腐 蚀槽连为一体；梁区仅通过两端与衬底连接；继续腐蚀，当纳米梁完全与衬 底断开时，金引线与硅衬底绝缘，金引线与纳米梁下表面硅的暴露面积比大 于腐蚀自停止临界面积比，纳米梁实现腐蚀自停止，衬底仍会继续腐蚀；释 放纳米梁，完成整个纳米梁结构的制作。