[发明专利]形成纳米线阵列的方法

说明书

一种形成纳米线阵列的方法，包括：步骤1、在衬底上形成多个硬掩膜图形；步骤2、各向同性刻蚀，在衬底上形成多个突出部，多个突出部与多个硬掩膜图形分离，多个硬掩膜图形下表面没有衬底材料残留；步骤3、对衬底执行多个周期性刻蚀工艺，形成多个纳米线排列成的多个行；步骤4、清洗并去除多个硬掩膜图形。依照本发明的形成纳米线阵列的方法，在同一个腔室内交替进行各向异性和各向同性刻蚀，并且用各向同性刻蚀去除了最顶部的纳米线，提高了纳米线阵列均匀性，降低了成本，节省了时间。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，更具体地，涉及一种形成纳米线阵列的方法。

背景技术

随着集成电路器件根据摩尔定律的要求持续微缩，及消费市场对更先进器件的需求，当前先进的逻辑CMOS器件技术已经达到22nm节点，并有望准时进入14/16nm节点。这对许多工艺技术提出了挑战，特别是刻蚀技术，由于它形成了器件的图形特别是有源区线条，使得集成电路的制造成为可能。其中，刻蚀形成用作源漏区和沟道区的纳米线是CMOS超大规模集成电路的关键技术。此外，使用三维堆叠“栅全围绕”(gate all around)纳米线沟道的纳米线晶体管，具有超低静态功耗和较高的驱动电流，是集成电路22纳米技术代以下极有潜力的器件结构。

此外，刻蚀形成的精细纳米线不仅可以用于新技术集成电路，而且在生物医学等方面具有广阔的应用前景。例如，纳米线晶体管传感器可以用于无标签的分子检测，如蛋白质，核酸和病毒。它相比于传统的生物检测方法，具有灵敏度更高，速度更快等优点，广受研究者的追捧。

在现有的纳米线晶体管制造中，intel等公司采用外延硅/锗硅叠层，干法刻蚀，之后再选择性腐蚀掉硅层或锗硅层从而形成纳米线阵列。这个方法可以通过多个重叠分层之间的刻蚀选择性而精确控制纳米线的宽度，但缺点主要是与传统的IC制程不兼容，因为需要沉积不同的多层材料并且采用额外不同的刻蚀工艺(例如引入不同于Si刻蚀的其他刻蚀机制)。另一种方案是瑞士洛桑理工学院等采用BOSCH工艺刻蚀出纳米级糖葫芦状硅条之后利用自限制氧化形成纳米线阵列。但自限制氧化工艺一般耗时较长，影响效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种创新性的纳米线刻蚀方法，在图形化的硅衬底上直接通过刻蚀形成纳米线，纳米线大小均匀，工艺简单，效率高。

实现本发明的上述目的，是通过提供一种形成纳米线阵列的方法，包括：步骤1、在衬底上形成多个硬掩膜图形；步骤2、各向同性刻蚀，在衬底上形成多个突出部，多个突出部与多个硬掩膜图形分离，多个硬掩膜图形下表面没有衬底材料残留；步骤3、对衬底执行多个周期性刻蚀工艺，形成多个纳米线排列成的多个行；步骤4、清洗并去除多个硬掩膜图形。

其中，步骤3中每个周期性刻蚀工艺进一步包括：a1、去除衬底顶面的氧化物或保护层；a2、各向异性刻蚀形成具有垂直侧壁的沟槽；a3、各向同性刻蚀形成凹陷部和突出部。

其中，步骤a1采用碳氟基刻蚀气体进行等离子干法刻蚀，刻蚀气体为碳氟比小、不易引起侧壁CF基聚合物堆积，优选地包括CF₄、CHF₃等及其组合。

其中，步骤a2采用氯基或溴基刻蚀气体进行等离子体干法刻蚀，刻蚀气体优选地包括HBr、Cl₂、Br₂、HCl、O₂等及其组合。

其中，步骤a3采用氟基刻蚀气体进行等离子体干法刻蚀，刻蚀气体例如NF₃、SF₆、F₂、COF₂等原子量较大和/或且含氟比较大的气体。

其中，多个周期性刻蚀工艺的每两个相邻的周期性刻蚀工艺之间进一步包括，采用氧化性气体和/或氮化性进行等离子体氧化工艺和/或等离子体氮化工艺，在衬底和纳米线上形成保护层。