[发明专利]一种批量生长高均一性晶硅纳米线的方法

说明书

本发明公开批量生长高均一性晶硅纳米线的方法，包括：第一步，在设有引导沟槽的目标衬底上旋涂光刻胶，利用光刻定义出图形，暴露出催化剂金属待沉积区域，利用等离子体向下刻蚀，形成阴影台阶；第二步，利用氧气等离子将光刻胶水平向内缩蚀，形成沉积台阶；第三步，将目标衬底样品旋转固定，以光刻胶作为阴影，在目标衬底上蒸镀沉积得到目标宽度的催化金属条；第四步，蒸镀完毕后将目标样品置于丙酮溶液超声清洗，除去多余的光刻胶，并利用氢等离子体处理催化金属得到直径均一的金属球；第五步，对整个目标衬底结构覆盖一层非晶硅前驱体并进行退火处理，使催化金属球沿着引导沟槽移动并吸收非晶硅前驱体，形成目标直径均一的纳米线。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种批量生长高均一性晶硅纳米线的方法。

背景技术

晶硅半导体纳米线由于其具有较高的载流子迁移率，且可以实现高效稳定、可靠的掺杂工艺等优势，成为现代微电子技术的核心材料。相比于传统的硅片刻蚀工艺，以面内引导硅纳米线（IPSLS）生长方式制备可引导的硅纳米线材料对衬底的选择性低，在后端器件制备方面具有极大的应用前景。

随着器件的尺寸不断缩小，对纳米线的尺寸要求也越来越高，本申请发明人发现上述技术至少存在如下技术问题：

在纳米线的生长制备过程中，催化剂的颗粒大小直接影响了后期纳米线的直径大小及涨落，由于生长制备过程中存在大量多余的非必要催化剂，导致纳米线生长过程中催化剂过度融合成直径较大的颗粒，生长出直径差异很大的纳米线，对纳米线沟道的质量及器件性能极为不利。

目前，虽通过高精度光刻技术（如电子束曝光和极深紫外曝光），可实现对催化剂金属尺寸进行限定，但成本高且难以实现大面积制备，限制了其在电子器件领域的应用。因此精确调控催化剂的尺寸显得尤为重要。

发明内容

本申请通过提供一种批量生长高均一性晶硅纳米线的方法，降低了制备成本，进一步完善了半导体结构制备的工艺。

本申请实施例提供了一种批量生长高均一性晶硅纳米线的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，在设有引导沟槽的目标衬底上旋涂光刻胶，利用光刻定义出图形，暴露出催化剂金属待沉积区域，利用等离子体向下刻蚀，形成阴影台阶；

第二步，利用氧气等离子将光刻胶水平向内缩蚀，形成沉积台阶；

第三步，将目标衬底样品旋转固定，以所述光刻胶作为阴影，在目标衬底上蒸镀沉积得到目标宽度的催化金属条；

第四步，蒸镀完毕后将目标样品置于丙酮溶液超声清洗，除去多余的光刻胶，并利用氢等离子体处理催化金属得到直径均一的金属球；

第五步，对整个目标衬底结构覆盖一层非晶硅前驱体并进行退火处理，使催化金属球沿着引导沟槽移动并吸收非晶硅前驱体，形成目标直径均一的多根纳米线。

本发明进一步限定的技术方案为：在第二步中，形成沉积台阶的方法包括：利用氧气等离子体缩蚀方式，沿边缘水平向内缩蚀目标的宽度，暴露出目标宽度的衬底。

进一步的，在第三步中，沉积催化金属的方法包括：调整不同的角度α将样品固定在样品台上，沉积目标催化金属。

进一步的，所述催化金属为铟、锡、铋、镓、金中的一种或多种合金。

进一步的，所述目标衬底层为硅、硅/氮的氧化物、有机衬底或玻璃衬底，所述光刻胶层为AZ5214或PMMA。

进一步的，在第一步中，对所述衬底层进行图形化处理，暴露出需要刻蚀部分的过程包括：采用SF₆或者C₄F₈或CF₄等含氟等离子体刻蚀方式，沿图形的边缘进行向下刻蚀，刻蚀除图形覆盖区域外的区域。