[发明专利]一种基于聚苯乙烯小球的超短沟道及制备方法

说明书

一种基于聚苯乙烯小球的超短沟道及制备方法，纳米科技领域和半导体技术领域。本发明利用单层自组装的聚苯乙烯小球,原子层沉积可控制生长厚度的氧化铝，可获得亚十纳米长度的超短沟道。工艺步骤简单、成本低廉、易于大面积制备超短沟道，具有较好的实用价值。

技术领域

本发明涉及纳米科技领域和半导体技术领域，尤其涉及一种基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道及制备方法，可以实现具有亚十纳米的沟道长度。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体构件的临界尺寸或最小特征尺寸也变得比以前更小。英特尔的创始人中戈登.摩尔曾经对半导体行业的发展做出预测，集成电路上可容纳的微器件越来越多，性能也会提升。而摩尔定律能够生效的前提就是器件能够持续小型化，即器件的沟道长度不断缩小。

对于目前光刻是半导体器件制造工艺中的一个重要技术，该技术利用曝光和显影在光刻胶上转移图形，然后通过刻蚀工艺将掩模版上的图形转移到单晶表面或介质层上，形成有效图形。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级(从毫米级到亚微米级)，但是图形尺寸和形状受到自然掩蔽层的限制，可重复性不好，图形转移需要重新铺设自然掩蔽层，会对衬底带来污染，因此远远满足不了芯片行业发展的趋势，难以达到现在超短沟道晶体管的需求。随着一系列新材料、新技术的迅速发展，尤其是纳米技术和微纳加工技术的发展，解决短沟道效应的办法越来越多，快速制备出超短沟道已经成为当今基础科学与应用科学的热门研究方向，同时也避免光刻铺设自然掩蔽层的不便。克服上述不足，提供一种简单易行的、可重复使用大面积制备超短沟道就成了本领域技术研究人员的研究重点。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提出一种基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道制备方法。利用单层自组装的聚苯乙烯小球,原子层沉积可控制生长厚度的氧化铝，可获得亚十纳米长度的超短沟道。

一种基于聚苯乙烯小球的超短沟道，其特征在于，包括基底，基底上表面为一图案化Ti/Au金属层，在图案化Ti/Au金属层的上表面为Al₂O₃形成的超短沟道，Al₂O₃超短沟道的上面为Ti/Au金属电极层，超短沟道之间的沟道宽度为聚苯乙烯小球竖直预留宽度进行刻蚀的宽度，为纳微米级。参见图4。优选超短沟道的沟道宽度大于沟道高度。

上述一种基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道制备方法，其特征在于，按下述步骤进行：

(1)表面洁净带有氧化层的单晶硅片衬底上，采用机械掩膜版和电子束蒸镀沉积法蒸镀一层Ti/Au金属层图案；

(2)在Ti/Au金属层图案上表面，采用原子层沉积(ALD)氧化铝层；

(3)氧化铝层的上表面，铺上单层自组装聚苯乙烯(PS)密排小球层；然后将单层自组装聚苯乙烯小球刻蚀拉开，形成具有间隙的非密排小球；

(4)在聚苯乙烯小球的上面继续采用与步骤(1)相同的机械掩膜版进行电子束蒸镀沉积Ti/Au金属电极层，步骤(1)的机械掩膜版和步骤(4)的机械掩膜版的图像上下正相对，然后去除聚苯乙烯小球及其球上Ti/Au金属电极层；

(5)继续刻蚀掉步骤(2)Ti/Au金属层图案之间的氧化铝和步骤(4)去掉聚苯乙烯小球后竖直预留的氧化铝，制备出超短沟道。

前述的基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道制备方法中，所述步骤(1)中单晶硅片衬底采用的是氧化层厚度在285～300nm，厚度400μm的P型高掺杂硅片。

前述的基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道制备方法中，所述步骤(1)中采用电子束蒸镀沉积10nm厚度的金属Ti和80nm金属Au。

前述的基于聚苯乙烯小球的新型超短沟道制备方法中，所述步骤(2)中采用原子层沉积5nm～30nm厚度的氧化铝。