高精度纳米加工的自我约束技术

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究团队，利用自约束纳米加工原理，提出利用（111）SOI材料实现硅纳米线阵列的晶圆级可控制备[116-119]，利用（111）硅片上{111}晶面族的分布特点，用单晶硅各向异性腐蚀的方法先制备宽度为几百纳米的单晶硅薄壁结构，再通过自限制氧化技术将薄壁的特定区域转化为单晶硅纳米线结构，通过采用SOI材料进一步提升硅纳米线阵列晶圆级制备的可控性，如图5.1。制备了长度为5~40 μm、宽度为25 ~100 nm的悬空单晶硅纳米线阵列器件，成品率超过90%。该成果大大优于目前报道的硅纳米线阵列结构，有效地促进了硅纳米线阵列的进一步应用。用该技术批量制造的TNT传感器在气态环境下达到ppt量级，与文献报道的最高水平相当。该研究工作已被包括27篇综述文章（其中2篇Chem Rev（IF：52.61）和2篇Chem Soc Rev （IF：40.18））、9本论著等Sci他引260余次，受到国际权威学者、哈佛大学Charles M. Liber教授在Chem Rev的高度评价。

图5.1 利用（111）SOI材料实现晶圆级硅纳米线阵列的制造(www.xing528.com)

（a）加工流程示意图；（b~c）微观视图；（d）局部放大

本项目组还实现了n型和p型硅纳米线集成芯片的制造,并验证了PSA的互补检测。从关键腐蚀工艺、纳米线细化以及工艺一致性等方面出发，研究了在同一芯片上集成制造n型和p型两种硅纳米线器件的方法，利用各向异性腐蚀自停止和纳米厚度腐蚀自限制，实现了两种类型硅纳米线的可靠制造，实现硅纳米线表面光滑，尺寸均一，最小可达20 nm。利用同一芯片上集成的n型和p型硅纳米线阵列，对PSA进行互补对照检测，通过对比两种类型器件的结果，可以避免假阳性信号的产生，杜绝外界干扰的影响，保证检测的可靠性。器件本身可以进行自身对照，是一种具有创新性的新型传感策略，如图5.2[120]。