[發明專利]硅毫微結構,硅量子線陣列的形成方法,以及基于此的設備

無效

• 申請號: 00816289.1
• 申請日: 2000-10-02
• 公開（公告）號: CN1399791A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發明（設計）人: 瓦萊里·K·斯米爾諾夫;德米特里·S·奇巴羅夫
• 申請（專利權）人: 塞珀特爾電子有限公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/335;H01L29/12
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 袁炳澤,謝麗娜

技術領域

本發明涉及形成準一維固態硅毫微結構的方法。此類毫微結構可以形成毫微級電子和光電子制造技術的基礎，尤其是，除了硅量子線陣列，還能夠用于制造基于硅的光電子和毫微電子設備。

尤其是，本發明涉及通過離子輻射，更具體地講，通過向絕緣硅(silicon-on-insulator，SOI)材料的高純表面濺射氮分子離子的均勻流的工藝，形成硅量子線，從而形成提供納米級硅“量子線”陣列的波浪形突起。量子線陣列可以在光電子設備中通過陣列傳導用作光源，或者用在毫微電子設備；例如，在場效應晶體管中用作溝道。

背景技術

一種已知的形成嵌在氧化硅中具有入10×15nm²橫截面的硅量子線的方法是進行向硅中注入低能氧離子、電子束光刻和濕法化學蝕刻，然后在惰性環境中進行高溫退火處理。這在V形槽底部中央形成嵌入到氧化硅中的硅量子線(Y.Ishikawa，N.Shibata，F.Fukatsu；“Fabrication?of[100]-aligned?Si?quantum?wires?embedded?in?SiO₂?bylow-energy?oxygen?implantation”，Nuclear?Instruments?and?Method?s?inPhysics?Research，B，1999年第147卷第304-309頁，Elservier?ScienceLtd.)(參考文獻1)。

這種已知方法有幾個缺點。在硅表面形成V形槽時，使用電子束光刻和濕法化學蝕刻的方法，不僅限制了結構的元件密度，也降低了線的產出率。該工藝缺少現場控制也進一步降低了線的產出率。小的線密度使得線不能用于在鄰線中帶電粒子交互作用很重要的毫微電子設備類型中。

先前公開的工作(本發明的發明人也是合作作者之一)公開了一種在硅上，尤其是在絕緣硅上形成波序結構(WOS)的方法。該方法包括：在超高真空中，由以光柵方式掃描的氮分子離子探頭對SOI硅層進行濺射，以形成一種周期性、波浪形的毫微級突起(WOS)。毫微級突起的“波陣面”是在離子入射的方向。該方法包括檢測SOI絕緣體的二次離子發射信號，并在此信號到達預定值的時候終止濺射。該參考文獻也公開了WOS成型與離子能量E，離子入射角θ(相對于曲面法線)，以及SOI樣本的溫度T的關系。該方法也確定了突起成型工藝的一個特征，即對應于WOS強增長開始的濺射深度D_m，并且討論了D_m和E，θ，T和WOS波長λ的關系。該方法進一步指出SOI硅厚度D_B不得小于使用預定波長形成穩定WOS的濺射深度(此深度等于突起的成型深度，下文稱為D_F)(V.K.Smimov，D.S.Kibalov，S.A.Krivelevich，P.A.Lepshin，E.V.Potapov，R.A.Yankov，W.Skorupa，V.V.Makarov，A.B.Danilin；“Wave-ordered?structure?formed?on?SOIwafers?by?reactive?ion?beams”，Nuclear?Instruments?and?Method?in?PhysicsResearch?B，1999年第147卷第310-315頁，Elsevier?Science?Ltd.)(參考文獻2)。

涉及本發明人之一的其它工作還公布了在惰性環境中、在1000℃下對參考文獻2中提到的材料進行一個小時退火的工藝，以及在SOI材料的硅-絕緣體界面上的WOS的內部結構(V.K.Smirnov，A.B.Danilin；“Nanoscale?wave-ordered?structure?on?SOI”；Proceedings?of?theNATO?Advanced?Research?Workshop“Perspective，Science?andtechnologies?for?novel?silicon?on?insulator?devices”，P.I.F.Hemment編輯，1999年，Elsevier?Science?Ltd.)(參考文獻3)。