一種硅納米線陣列的制備方法技術

本發明專利技術提供一種硅納米線陣列的制備方法，包括：提供一個輕摻雜的硅襯底；依次外延生長一層第一摻雜濃度的硅層和一層第二摻雜濃度的硅層，并重復上述步驟2遍；光刻定義硅納米線以及硅納米線支撐區域的圖形；刻蝕所述單晶硅襯底上第一和第二摻雜濃度的硅層；經選擇性腐蝕，形成懸空的硅納米線陣列。本發明專利技術的制備方法，采用自頂向下的方法制備出縱向排列的硅納米線陣列，與傳統集成電路加工工藝相兼容，提高了硅納米線的密度，從而有效提高硅片的利用效率，降低了制造成本，有利于大批量生產開發，可廣泛應用于納米傳感器或電子器件中。

【技術實現步驟摘要】
一種硅納米線陣列的制備方法
本專利技術涉及集成電路制造
，特別涉及一種硅納米線陣列的制備方法。
技術介紹
隨著納米科技領域的不斷發展，納米科技越來越受到人們的重視，同時一維納米材料，特別是硅納米線，引起了人們越來越多的關注。由于具有顯著的量子效應、超大的比表面積等特性，硅納米線在電子器件、生物傳感器等領域有著良好的應用前景。如何能夠找到一種簡單、可控和低成本的方法制備硅納米線已經成為一項重要的課題。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，人們已經公布了多種采用自頂向下的方式制備硅納米線。譬如，基于單晶硅襯底，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(YuTianetal.,NewSelf-AlignedSiliconNanowireTransistorsonBulkSubstrateFabricatedbyEpi-FreeCompatibleCMOSTechnology:ProcessIntegration,ExperimentalCharacterizationofCarrierTransportandLowFrequencyNoise,IEEEInternationalElectronDevicesMeeting,2007）。基于SOI襯底，N.Singh小組采用交替式移相掩模光刻(alternatingphaseshiftmasklithography）、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.Singhetal.,Ultra-NarrowSiliconNanowireGate-All-AroundCMOSDevices:ImpactofDiameter,Channel-OrientationandLowTemperatureonDevicePerformance,IEEEInternationalElectronDevicesMeeting,2006）。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（中國專利，授權公告號：CN1215530C）。但是，上述方法只能在平面內形成一組硅納米線的陣列結構，而不能縱向形成硅納米線陣列結構。正是由于只能在平面內分布，硅納米線的密度受到空間的限制而達不到更高的要求。如果能夠進一步增加硅納米線的密度，則能有效提高硅片利用率，降低成本。從硅納米線的實際應用角度來說，進一步提高納米尺度領域的電子器件或生物傳感器的集成密度，對于生產應用有著重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于解決現有的硅納米線制備技術中硅納米線密度較低的問題，為了提高硅納米線的集成密度，提供一種成本低廉的、工藝簡單的硅納米線制備方法。本專利技術的一種硅納米線陣列的制備方法，包括如下步驟：步驟S01：提供一個輕摻雜的硅襯底；步驟S02：依次在硅襯底表面外延生長一層第一摻雜濃度的硅層和一層第二摻雜濃度的硅層；步驟S03：在第二摻雜濃度的硅層上重復步驟S02；步驟S04：在第二摻雜濃度的硅層上涂覆一層光刻膠，利用光刻版在光刻膠上光刻定義硅納米線以及硅納米線支撐區域的圖形；步驟S05：采用各向異性刻蝕法刻蝕第一和二摻雜濃度的硅層，在第一和二摻雜濃度的硅層中均形成硅納米線結構和硅納米線的支撐區域；步驟S06：采用濕法腐蝕的方法，選擇性去除第一摻雜濃度的硅層中的硅納米線結構，使得第二摻雜濃度的硅層的硅納米線結構懸空，硅納米線兩端受支撐區域固定支撐。優選地，輕摻雜的硅襯底的摻雜濃度不大于1×1016cm-3。優選地，第一摻雜濃度的硅層的摻雜濃度至少為1×1017cm-3，厚度為20～50nm，第二摻雜濃度的硅層的摻雜濃度不大于1×1015cm-3，厚度為20～50nm。優選地，第一摻雜濃度的硅層的摻雜濃度至少為1×1018cm-3，第二摻雜濃度的硅層的摻雜濃度為0～1×1014cm-3。優選地，步驟S03中，重復步驟S02的次數為1～3次。優選地，光刻定義采用的方法是浸沒式光刻或電子束曝光的方法。優選地，在光刻版版圖中，硅納米線圖形的寬度為20～50nm，長度為100nm～5μm。優選地，在光刻版版圖中，硅納米線支撐區域的圖形為矩形并位于硅納米線圖形的兩端，與硅納米線圖形相接，矩形的每一邊的長度不小于300nm。優選地，步驟S05中，刻蝕后的第一和第二摻雜濃度的硅層的側壁與硅襯底形成的夾角為87～93度。優選地，采用濕法腐蝕的溶液是40%HF、70%HNO3和100%CH3COOH的混合溶液。優選地，40%HF、70%HNO3和100%CH3COOH的體積比為1:(2.5～3.5):(7～10)。優選地，40%HF、70%HNO3和100%CH3COOH的體積比為1:3:8。優選地，利用所述硅納米線陣列可以制備納米傳感器或納米電子器件。本專利技術提供的一種硅納米線陣列的制備方法中，首先，采用自頂向下的方法，可以與傳統CMOS集成電路加工工藝相兼容，并且通過多層硅層的制備、光刻與刻蝕等技術制備硅納米線，可以定義納米線的位置，有利于后續的工藝比如連線和接觸電極引出時的對準，方便進一步制備電子器件或生物傳感器等；其次，利用40%HF、70%HNO3、100%CH3COOH的混合腐蝕溶液對于第一摻雜濃度和第二摻雜濃度的硅層的腐蝕選擇比較高，在去除第一摻雜濃度的硅層的同時能夠保留第二摻雜濃度的硅層的硅納米線陣列，得到懸空的縱向排列的硅納米線陣列，從而提高硅納米線的密度，有效提高硅片的利用效率，極大程度上降低了制造成本，有利于大批量生產開發。再次，在本專利技術制備的硅納米線的基礎上，可以進一步制備出納米線傳感器或硅納米線電子器件等，有著廣泛的應用前景。附圖說明圖1是本專利技術的硅納米線陣列的制備方法的一個較佳實施例的流程示意圖圖2～5是本專利技術的上述較佳實施例的制備硅納米線陣列的方法的各制備步驟示意圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本專利技術提供的硅納米線陣列的制備方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本專利技術的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本專利技術實施例的目的。現結合附圖1-5，通過一個具體實施例對本專利技術的一種硅納米線陣列的制備方法進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本專利技術實施例的目的。圖1是本專利技術的硅納米線陣列的制備方法的一個較佳實施例的流程示意圖。圖2-5是本專利技術的上述實施例的硅納米線陣列的制備方法的各制備步驟示意圖。請參閱圖1，如圖所示，本實施例中的硅納米陣列的制備方法包括如本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括：步驟S01：提供一個輕摻雜的硅襯底；步驟S02：依次在所述硅襯底表面外延生長一層第一摻雜濃度的硅層和一層第二摻雜濃度的硅層；步驟S03：在所述第二摻雜濃度的硅層上重復步驟S02；步驟S04：在所述第二摻雜濃度的硅層上涂覆一層光刻膠，利用光刻版在所述光刻膠上光刻定義硅納米線以及硅納米線支撐區域的圖形；步驟S05：采用各向異性刻蝕法刻蝕所述第一和二摻雜濃度的硅層，在所述第一和二摻雜濃度的硅層中均形成硅納米線結構和硅納米線的支撐區域；步驟S06：采用濕法腐蝕的方法，選擇性去除所述第一摻雜濃度的硅層中的所述硅納米線結構，使得所述第二摻雜濃度的硅層中的所述硅納米線結構懸空，所述硅納米線兩端受所述支撐區域固定支撐。

【技術特征摘要】
1.一種硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括：步驟S01：提供一個輕摻雜的硅襯底；步驟S02：依次在所述硅襯底表面外延生長一層第一摻雜濃度的硅層和一層第二摻雜濃度的硅層；步驟S03：在所述第二摻雜濃度的硅層上重復步驟S02；步驟S04：在所述第二摻雜濃度的硅層上涂覆一層光刻膠，利用光刻版在所述光刻膠上光刻定義硅納米線以及硅納米線支撐區域的圖形；步驟S05：采用各向異性刻蝕法刻蝕所述第一和二摻雜濃度的硅層，在所述第一和二摻雜濃度的硅層中均形成硅納米線結構和硅納米線的支撐區域；步驟S06：采用濕法腐蝕的方法，選擇性去除所述第一摻雜濃度的硅層中的所述硅納米線結構，使得所述第二摻雜濃度的硅層中的所述硅納米線結構懸空，所述硅納米線兩端受所述支撐區域固定支撐；其中，第一摻雜濃度和第二摻雜濃度的差值至少為二個數量級。2.根據權利要求1所述的硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述輕摻雜的硅襯底的摻雜濃度不大于1×1016cm-3。3.根據權利要求1所述的硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述第一摻雜濃度的硅層的摻雜濃度至少為1×1017cm-3，厚度為20～50nm，第二摻雜濃度的硅層的摻雜濃度不大于1×1015cm-3，厚度為20～50nm。4.根據權利要求1所述的硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述第一摻雜濃度的硅層的摻雜濃度至少為1×1018cm-3，所述第二摻雜濃度的硅層的摻雜濃度為0～1×1014cm-3。5.根據權利要求1所述的硅納米線陣列的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：