[发明专利]纳米线制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造方法，特别是涉及一种纳米线制造方法。

背景技术

随着IC集成度持续提高，对于器件的尺寸精细度要求越来越高，由此引入了纳米线的新型结构，也即器件尺寸在纳米量级，例如1至100nm左右。当前制造硅纳米线(nanowire，NW)的方法通常为传统的由上至下(top-down)的工艺，也即采用与现有工艺兼容的CMOS技术，包括光学光刻和电子束光刻(EBL)。

纳米线的光学光刻一般采用超紫外(EUV)或X射线，因此需要昂贵的设备，制造成本较高。对于超紫外的193nm光刻而言，采用ArF准分子激光器的光学光刻设备必须与沉浸式光刻、图案缩影技术或相移掩模(PSM)技术相结合以实现小尺寸的硅NW，因此工艺复杂度提高。对于沉浸式光刻而言，如果期望得到非常小的硅NW，则光刻胶必须重新设计或替换为灵敏度更高、对比度更大、抗蚀刻能力和热稳定性更高的材料，因此制造成本大幅度上升。此外，由于硅NW过于精细，其均匀性通常难以控制，因此器件的可靠性难以提升。

另一方面，对于EBL而言，其同步加速器设备成本比EUV更高，且工业生产实际中往往难以忍受其低下的产能，而图形畸变带来较差的硅NW均匀性。综上，EBL制造硅NW的成本高昂，且非常难以制造小尺寸特别是30nm以下的硅NW。

总而言之，当前的硅纳米线制造成本高昂、难以制作精细小尺寸且均匀性差，因此亟需一种新型的高效低成本的纳米线制造方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种新型的高效低成本的纳米线制造方法。

本发明提供了一种纳米线制造方法，包括：在衬底上依次形成第一垫氧层、硅层、第二垫氧层、牺牲层和盖层的堆叠；刻蚀所述盖层和牺牲层以形成牺牲层开口，直至露出所述第二垫氧层；在所述牺牲层开口中以及所述牺牲层上形成第二盖层；各向异性刻蚀所述第二盖层以形成纳米侧墙图形；以及以所述纳米侧墙图形为掩模，各向异性刻蚀所述硅层以形成硅纳米线。

其中，所述硅层为多晶硅或单晶硅，所述牺牲层为非晶硅或多晶SiGe，所述盖层为氮化硅。

其中，所述第一垫氧层为热氧化法形成的氧化物，所述第二垫氧层为低密度二氧化硅。其中，所述第二垫氧层为PECVD法形成的氧化物、低温氧化物或多孔氧化物。

其中，形成牺牲层开口的步骤包括：在所述盖层上形成光刻胶并曝光显影；以所述光刻胶为掩模各向异性刻蚀所述盖层以形成盖层开口，直至露出所述牺牲层；完全去除所述光刻胶后以所述盖层为掩模各向异性刻蚀所述牺牲层以形成牺牲层开口，直至露出所述第二垫氧层；湿法去除所述盖层。其中，采用365nm或193nm光刻设备和工艺来曝光所述光刻胶。其中，采用热磷酸湿法去除所述盖层。

其中，所述第二盖层的厚度等于所述硅纳米线的宽度。其中，所述第二盖层的厚度为5至200nm。

其中，形成所述纳米侧墙图形之后，采用不与或者很难与所述第二垫氧层反应的溶液湿法去除所述牺牲层。其中，所述溶液为TMAH，或者为NH₄OH与HCl。

其中，所述形成硅纳米线的步骤包括：以所述纳米侧墙图形为掩模，各向异性刻蚀所述第二垫氧层，直至露出所述硅层；以所述纳米侧墙图形以及余下的所述第二垫氧层为掩模，各向异性刻蚀所述硅层，直至露出所述第一垫氧层；湿法去除所述纳米侧墙图形、第二垫氧层以及部分硅层，在所述第一垫氧层上留下所述硅纳米线。

其中，所述各向异性刻蚀采用等离子体干法刻蚀。

依照本发明的纳米线制造方法，由于采取了独特的侧墙转移光刻(STL)技术，无需昂贵的光刻设备且与主流CMOS技术兼容因而大幅度降低了制造成本，此外能很好地控制硅纳米线的尺寸和均匀性，从而可以制造得到10nm以下小尺寸的硅纳米线。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1至图8依次显示了依照本发明的纳米线制造方法各步骤的示意图。

其中，某图a显示为剖面示意图，某图b显示为顶视图。

具体实施方式