硅应力非均匀氧化影响因素及其在纳米孔制作中的应用

编号：NMJS01596

篇名：硅应力非均匀氧化影响因素及其在纳米孔制作中的应用

作者：向伟玮； 文莉； 刘勇； 张秋萍； 何利文； 褚家如；

关键词：硅； 应力； 非均匀氧化； 纳米孔；

机构： 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系；

摘要： 在微等离子体无掩模加工研究中,单晶硅在分布应力作用下的非均匀氧化现象决定了采用各向同性刻蚀得到氧化硅空心针尖纳米孔的可行性和可靠性.以V型槽为对象,研究了单晶硅在槽尖端的非均匀氧化现象.利用高温下氧化硅的黏弹性特性,建立了硅在几何约束导致的分布应力作用下的热氧化模型.该模型表明,应力通过抑制氧元素在氧化硅层中的扩散和氧化反应速率来抑制氧化进行,从而非均匀的应力分布造成了非均匀的氧化层厚度.实验证明,硅在应力作用和几何约束下的热氧化,当氧化层厚度仅为160 nm时,不同温度下的厚度非均匀性基本一致,为72%左右;而当氧化厚度增长为1.1μm时,低温与高温下的厚度非均匀性差距显著增大,分别为42%和100%.分析表明,氧化层厚度非均匀性是应力生成与应力释放过程的综合作用结果,受到氧化温度和氧化时间两个可控因素的共同影响.在此基础上,利用硅在950℃下10 h的应力非均匀氧化及后续稀释氢氟酸的各向同性刻蚀成功制作出空心针尖阵列尖端直径为50 nm~200 nm的纳米孔.