[發明專利]一種硅納米線的制備方法

有效

• 申請號: 201110401641.4
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102427023A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 范春暉;王全
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及集成電路制造技術領域，特別涉及一種硅納米線的制備方法。

背景技術

近年來，伴隨著人們對納米技術領域的不斷探索和研究，具有一維納米結構的材料，如硅納米線，引起了越來越多的人的眼球。硅納米線具有顯著的量子效應、超大的比表面積等特性，在MOS器件、傳感器等領域有著良好的應用前景。如何用一種簡單、可控、低成本的方式制備出硅納米線，成為了一項重要的課題。

硅納米線的制備方法主要可以分為“自底向上”(bottom-up)和“自頂向下”(top-down)兩大類。自底向上的方法主要是依靠納米技術，利用催化劑催化生長納米線。該方法雖然可以一次性大批量生產出硅納米線，但是很難實現納米線的定位生長，并且和傳統的自頂向下的CMOS集成電路加工工藝方式有著本質的區別，兼容性可能會成為阻礙其應用的一塊絆腳石。而隨著半導體工藝技術水平的不斷進步，依靠薄膜制備、光刻與刻蝕等技術制備硅納米線的自頂向下的方法越來越成熟。

目前已有多個研究小組報導了他們制備硅納米線的方法。基于體硅襯底，田豫小組通過電子束曝光定義硅納米線寬度，采用干法和濕法刻蝕硅襯底，得到了懸空的硅納米線，并進一步制備出了晶體管(Yu?Tian?et?al.，New?Self-Aligned?Silicon?Nanowire?Transistors?on?Bulk?Substrate?Fabricated?by?Epi-Free?Compatible?CMOS?Technology：Process?Integration，Experimental?Characterization?of?Carrier?Transport?and?Low?Frequency?Noise，IEEE?International?Electron?Devices?Meeting，2007)。Sung?Dae?Suk等人在體硅襯底上外延SiGe/Si，并腐蝕SiGe犧牲層釋放懸空納米線(Sung?Dae?Suk?et?al.，High?Performance?5nm?Radius?Twin?Silicon?Nanowire?MOSFET(TSNWFET)：Fabrication?on?Bulk?Si?Wafer，Characteristics，and?Reliability，IEEE?International?Electron?Devices?Meeting，2005)。然而，基于體硅襯底形成懸空納米線的工藝比較復雜，需要使用效率很低的電子束曝光結合干法和濕法刻蝕，或者外延鍺硅犧牲層等工藝技術，難度大且步驟多。

相比之下，基于SOI襯底的制備硅納米線的工藝則要簡單得多。N.Singh小組采用交替式移相掩模光刻(alternating?phase?shift?mask?lithography)、裁剪技術和干法刻蝕得到了長度不同、寬度在40nm至50nm之間的硅納米線條，完成后續工藝后得到了硅納米線圍柵器件(N.Singh?et?al.，Ultra-Narrow?Silicon?Nanowire?Gate-All-Around?CMOS?Devices：Impact?of?Diameter，Channel-Orientation?and?Low?Temperature?on?Device?Performance，IEEE?International?Electron?Devices?Meeting，2006)，但是這種方法對光刻步驟的要求仍然很高。另外，也可以利用TMAH溶液在硅的不同晶面的高腐蝕選擇比在SOI襯底上加工制備硅納米線，然而該方法限定了襯底的晶向，存在一定的局限性(中國專利，授權公告號：CN1215530C)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅納米線的制備方法，以解決現有的硅納米線的制備方法中工藝要求較高，特別是光刻工藝要求高的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種硅納米線的制備方法，包括：

提供SOI襯底，所述SOI襯底包括底硅襯底、位于所述底硅襯底上的埋氧化層以及位于所述埋氧化層上的頂硅膜；

在所述頂硅膜上形成氮化硅層；

利用第一掩模板光刻定義有源區，刻蝕去除所述有源區以外的氮化硅層；

以所述有源區的氮化硅層為掩模，刻蝕去除所述有源區以外的頂硅膜，同時，使得所述有源區的頂硅膜的側壁呈斜坡狀；

對所述有源區的頂硅膜進行氧化工藝，在所述有源區的頂硅膜的側壁形成側壁氧化層；

刻蝕去除所述有源區的氮化硅層；