[发明专利]一种在（100）型SOI硅片表面自上而下制备纳米结构的方法

权利要求书

1.一种在(100)型SOI硅片表面自上而下制备纳米结构的方法，其特征在于在(100)型SOI硅片表面制作最小线宽在0.5μm以上普通掩模板制作两个或多个任意形状的腐蚀窗口，经过单晶硅各向异性湿法腐蚀后，在原腐蚀窗口位置上形成两个或多个并列的矩形腐蚀槽结构，矩形腐蚀槽槽口的上表面为原腐蚀窗口的外接矩形，相邻槽之间位置形成一段特征尺寸的单晶硅纳米结构。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于具体步骤是：

a.取用(100)SOI硅片，清洗后，制作各向异性腐蚀掩膜，用热氧化生长的氧化硅或者低压化学气相沉积工艺沉积的氮化硅作为腐蚀保护层；

b.光刻腐蚀窗口，湿法或干法刻蚀窗口内各向异性腐蚀掩膜材料；

c.单晶硅的各向异性腐蚀，硅片表面腐蚀形成两个或多个并列的矩形腐蚀槽结构；

d.去除各向异性腐蚀掩膜。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于槽口上表面的四条边均沿<100>晶向族，槽的侧壁均为{111}晶向面。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于一次光刻、一次各向异性腐蚀掩膜制作及一次腐蚀工艺，用最小线宽在0.5μm以上的普通光刻掩模板制备特征尺寸在5nm～0.999μm的单晶硅纳米结构。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的单晶硅纳米结构为单晶硅纳米线或纳米角结构；其中：

①单晶硅纳米线特征在于，坐标轴沿<110>晶向取向，腐蚀窗口的形状任意，纳米线在两个坐标轴上投影的间距分别为Δx＞0和Δy＜0纳米线上表面宽度为Δx在5nm至0.999μm，长度为|Δy|在100nm至10mm，厚度由SOI片顶层硅尺寸以及氧化工艺条件决定；

②单晶硅纳米角特征在于，坐标轴沿<110>晶向取向，腐蚀窗口形状任意，纳米角在两个坐标轴上投影的间距分别为Δx≥0和Δy≥0。Δx与Δy不同时为0，取值范围为0≤Δx＜1μm，0≤Δy＜1μm。

6.按权利要求4所述的方法，其特征在于以相互垂直的<110>晶向线为x轴、<110>晶向为y轴坐标轴，则决定纳米结构尺寸的因素是两个腐蚀窗口在x轴上或在y轴上的投影的间距Δx或Δy，腐蚀窗口上的关键点即为投影在线段Δx及Δy的四个端点的4个点。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于腐蚀窗口图形为两个并列排布尺寸相同的倾斜矩形时，宽度为a，长度为b，x轴与y轴分别沿两个垂直的<110>晶向，它们四个顶点的y轴坐标两两相同，a边与x轴夹角为α，0＜α＜90°；窗口图形的尺寸a、b及窗口间距d受普通光刻制版精度及光刻最小线宽Δl的限制，a＞Δl，b＞Δl，d＞Δl；

设并列的两个倾斜矩形窗口的中间形成的条形结构上表面x方向宽度为Δx，上表面y方向长度为Δy，则

Δx＝(a+d)/cosα-a·cosα-bsinα    (1)

Δy＝bcosα+asinα                  (2)

通过在制版精度范围内不同的a、b、d、α数值组合，能够得到任意尺寸的Δx和Δy。在(100)型SOI片上，若将顶层硅厚度减小至纳米量级，且设计Δx也小至纳米量级，就得到了纳米线结构。

8.按权利要求2所述的方法，其特征在于在各向异性腐蚀步骤之后，再一次进行热氧化工艺，使形成的纳米线的宽度进一步减少。