一种硅基纳米真空计及其制备方法

本发明涉及真空传感器，尤其涉及一种硅基纳米真空计及其制备方法。

背景技术：

1、真空传感器是真空科学研究与真空测试技术中的重要器件。皮拉尼传感器广泛用于10-1～105pa的粗真空的测量。它包含暴露于被测气体环境之中的加热体，它被流经的电流所加热，被周围的气体散热所冷却。如果气压降低，气体散热减少，因此在加热电流恒定的情况下，加热体的温度就会上升，反之亦然。通常加热体的电阻是温度的函数，通过测量加热体两端的电压及流经的电流，就可以计算得到加热体的电阻，继而求得其温度以及对应的气压。皮拉尼传感器的研究经历小型化，微型化的趋势，目前的微型化皮拉尼传感器的发展趋势集中在基于cmos工艺的硅基mems皮拉尼传感器上。

2、硅纳米线因为具有纳米尺度效应，会表现出量子约束、声子局限效应和表面散射特性，影响声子的输运方式从而为热传导创造有利的条件等特点，采用其作为加热体时，可以有效减少固体热传导从而提升器件性能。同时由于硅纳米线的电阻率较低，因而器件的功耗也比较小，利于集成化应用。然而，目前的硅纳米线的皮拉尼真空计器件都是基于soi基底制备而成的单根硅纳米线器件，soi基底价格昂贵，同时因为采用单根纳米线作为加热器，其机械稳定性和可靠性相对较差，限制了硅纳米线的皮拉尼真空计的发展和应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅基纳米真空计及其制备方法，用于提供一种成本低廉、工艺简单，与cmos工艺相兼容且易于实现的多晶硅纳米线真空计的技术方案。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种硅基纳米真空计的制备方法，所述硅基纳米真空计的制备方法包括以下步骤：

3、提供一硅衬底，在所述硅衬底上依次形成氧化物层以及多晶硅层；

4、对所述多晶硅层进行掺杂处理和退火处理；

5、采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构；

6、对所述多晶硅类纳米线结构进行热处理，得到多晶硅纳米线结构，其中，所述多晶硅纳米线结构包括至少两根纳米线，所述至少两根纳米线沿水平方向或者垂直方向并联设置；

7、在所述多晶硅纳米线结构上形成电极结构。

8、采用上述技术方案的情况下，本发明在硅衬底上依次形成氧化物层以及多晶硅层。对所述多晶硅层进行掺杂处理和退火处理，采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构。基于此，本发明通过增加纳米线的根数，从而提高硅基纳米真空计的可靠性，由于本发明采用硅衬底，故本发明真空计的成本低廉。

9、再者，本发明对所述多晶硅层进行掺杂处理，以及退火处理，应理解，退火处理可以激活多晶硅层掺入的杂质，从而使硅基纳米真空计具有更好的电学性能。

10、作为一种可能的实现方案，对所述多晶硅层进行掺杂处理和退火处理包括：

11、对所述多晶硅层进行掺杂处理，其中，掺杂的元素包括b，p或as；

12、采用炉管退火方式或采用快速热退火方式对掺杂后的多晶硅层进行退火处理。

13、作为一种可能的实现方案，所述采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构包括：

14、采用各向异性刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行第一刻蚀处理，得到第一多晶硅结构；

15、采用各向同性刻蚀技术对所述第一多晶硅结构进行第二刻蚀处理，得到第二多晶硅结构；

16、采用自限制氧化工艺对所述第二多晶硅结构进行氧化处理；

17、交替重复上述步骤，得到所述多晶硅类纳米线结构。

18、作为一种可能的实现方案，所述各向异性刻蚀技术的刻蚀气体包括cf类气体；

19、所述各向同性刻蚀技术的刻蚀气体包括f基气体；

20、所述自限制氧化工艺的工艺气体包括氧气。

21、作为一种可能的实现方案，在所述采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构前，所述硅基纳米真空计的制备方法还包括：

22、对所述掺杂和退火后的所述多晶硅层进行光刻，其中，光刻图形为工字形。

23、作为一种可能的实现方案，对所述多晶硅类纳米线结构进行热处理，得到多晶硅纳米线结构包括：

24、采用热氧化工艺对所述多晶硅类纳米线结构进行热处理，以断开所述多晶硅类纳米线结构中多晶硅最薄处的连接，形成多晶硅纳米线；其中，所述热氧化工艺包括干氧工艺，热氧化温度为800℃～1000℃；

25、所述硅基纳米真空计的制备方法还包括：

26、采用湿法工艺去除包裹所述多晶硅纳米线的多余氧化硅。

27、所述湿法工艺采用的湿法液包括氢氟酸液。

28、作为一种可能的实现方案，在所述多晶硅纳米线结构上形成电极结构包括：

29、采用光刻工艺在所述多晶硅纳米线结构上光刻形成电极图形，其中，光刻胶填满所述晶硅纳米线结构中的纳米线之间的空隙；

30、在具有所述电极图形的所述多晶硅纳米线结构上淀积金属层；

31、采用剥离工艺，去除光刻胶，在所述多晶硅纳米线结构上形成所述电极结构。

32、第二方面，本发明还提供了一种硅基纳米真空计，其特征在于，采用所述的硅基纳米真空计的制备方法制备，所述硅基纳米真空计包括：

33、层叠设置的硅衬底和氧化物层；

34、形成在所述氧化物层上的多晶硅纳米线结构，其中，所述多晶硅纳米线结构包括至少两根纳米线；

35、形成在所述多晶硅纳米线结构上的电极结构。

36、进一步的，所述多晶硅纳米线结构中掺杂有b，p或as元素，所述多晶硅纳米线结构采用炉管退火方式或快速热退火方式进行了退火处理。

37、本发明中第二方面及其各种实现方式中的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析，此处不再赘述。

技术特征：

1.一种硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，所述硅基纳米真空计的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，对所述多晶硅层进行掺杂处理和退火处理包括：

3.根据权利要求1所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，所述采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构包括：

4.根据权利要求3所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，所述各向异性刻蚀技术的刻蚀气体包括cf类气体；

5.根据权利要求3所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，在所述采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构前，所述硅基纳米真空计的制备方法还包括：

6.根据权利要求1所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，对所述多晶硅类纳米线结构进行热处理，得到多晶硅纳米线结构包括：

7.根据权利要求6所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，所述湿法工艺采用的湿法液包括氢氟酸液。

8.根据权利要求1所述的硅基纳米真空计的制备方法，其特征在于，在所述多晶硅纳米线结构上形成电极结构包括：

9.一种硅基纳米真空计，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的硅基纳米真空计的制备方法制备，所述硅基纳米真空计包括：

10.根据权利要求9所述的硅基纳米真空计，其特征在于，所述多晶硅纳米线结构中掺杂有b，p或as元素，所述多晶硅纳米线结构采用炉管退火方式或快速热退火方式进行了退火处理。

技术总结本发明公开了一种硅基纳米真空计及其制备方法，涉及真空度检测技术领域，用于提供一种成本低廉、工艺简单，与CMOS工艺相兼容且易于实现的多晶硅纳米线真空计的技术方案。所述硅基纳米真空计的制备方法包括以下步骤：提供一硅衬底，在所述硅衬底上依次形成氧化物层以及多晶硅层；对所述多晶硅层进行掺杂处理和退火处理；采用类原子层刻蚀技术对掺杂和退火后的所述多晶硅层进行刻蚀处理，得到多晶硅类纳米线结构；对所述多晶硅类纳米线结构进行热处理，得到多晶硅纳米线结构，其中，所述多晶硅纳米线结构包括至少两根纳米线，所述至少两根纳米线沿水平方向或者垂直方向并联设置；在所述多晶硅纳米线结构上形成电极结构。技术研发人员：周娜,施一直,毛海央,李俊峰,罗军受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2