[发明专利]一种三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法

说明书

本发明公开了一种三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法，包括以下步骤：1）Si表面自我限制氧化层的形成；2）多余O气氛去除；3）选择性化学刻蚀掉SiO层；4）重复步骤1）~3），实现精确控制刻蚀量。本发明的三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法，既具有原子层级的自我限制能力，又可以实现三维（横向与纵向加工）加工，还对设备本身控制能力不需要现有技术方案那么高。

技术领域

本发明属于半导体芯片或纳米微结构制造技术领域，具体涉及一种三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法。

背景技术

集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

随着技术的不断发展，晶体管的特征尺寸不断缩小，目前正在由5nm向更小的技术迈进，沟道也由平面发展到鳍形(FinFet)再到纳米线(nanowire)，所以对其制造技术提出了更高的要求，尤其是三维加工能力。

原子层刻蚀技术(Atomic layer etching)是一项新兴的刻蚀技术，目前有设备厂商及研究机构推出一种刻蚀硅的原子层刻蚀技术，基本原理及过程如下：

1)采用Cl₂去改性(modification)硅表面：将Si-Si悬挂键改性成Si-Cl键Cl₂(气)+Si(固)→SiClx(固)；由于形成的物质在常温下为固体，所以该步具有自我限制特性，只影响约一个原子层；

2)去除多余Cl₂；

3)采用合适能量的Ar离子去除SiClx(固)且不能伤到Si，Si-Si键能为Si-Si3.4eV，Si-Cl键能为4.2eV。

Cl的引入会将Si与下层Si之间的键能降低到2.3eV，所以Ar离子能量要精确敲击掉Si-Cl物质而不够敲击Si-Si的阈值即可自我限制地刻蚀掉SiClx；然后重复以上过程完成刻蚀。

目前有机构报道该技术可用于鳍形栅刻蚀的过刻刻蚀中，较传统刻蚀，可以用更小的过刻量(25％)达到去除硅残留的目的。

这些现有技术，存在以下缺点：

1)对设备控制提出了极高的要求：需要对离子能量提出了极高的要求，只有当离子能量适当才能实现，离子能量低了达不到去除改性层目的，离子能量高了将会造成Si表面损伤或者刻蚀掉硅达不到原子层自我限制刻蚀的目的(self limited etching)。

2)该方法因去除离子具有方向性，无法实现三维(横向加工)，在未来需要三维加工领域如纳米线加工领域将会受到局限。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法，既具有原子层级的自我限制能力，又可以实现三维(横向与纵向加工)加工，还对设备本身控制能力不需要现有技术方案那么高。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种三维自限制精确制造硅纳米线柱的方法，包括以下步骤：

1)Si表面自我限制氧化层的形成；

2)多余O气氛去除；

3)选择性化学刻蚀掉SiO层；