[发明专利]半导体纳米线的形成方法

说明书

本发明提供了一种半导体纳米线的形成方法，通过导向自主装工艺、相应的光刻和刻蚀工艺来制备出周期性排列且尺寸均匀的岛状结构，并对所述岛状结构进行退火，以使得所述岛状结构中的催化剂层能催化所述岛状结构中的半导体衬底形成粗细均匀，排列有序的半导体纳米线。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体纳米线的形成方法。

背景技术

近年来，伴随着人们对纳米技术领域的不断探索和研究，具有一维纳米结构的材料，如半导体纳米线，吸引了越来越多的人的眼球。半导体纳米线具有显著的量子效应、超大的比表面积等特性，在MOS器件、传感器等领域有着良好的应用前景。

传统的半导体纳米线，例如硅纳米线的形成方法为催化剂生长硅纳米线，是在硅衬底上生长一层Ni，在高温下，Ni层会液化并催化衬底硅生成硅纳米线。但是由于Ni薄膜均匀性等影响，Ni液化时候的尺寸(即Ni与硅衬底上的硅互溶形成的富Ni的硅化物的尺寸)并不是完全均匀且规律排列的，因此生长的纳米线粗细不均匀且排列杂乱无章。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体纳米线的形成方法，以制备出周期性排列且尺寸均匀的岛状结构，并在退火以及催化作用下，形成粗细均匀，排列有序的半导体纳米线。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体纳米线的形成方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供一半导体衬底，并在其上依次形成催化剂层、第一硬掩模层和图形化的第一导向自组装；

步骤S2：以图形化的第一导向自组装为掩模，刻蚀所述第一硬掩模层形成图形化的第一硬掩模层，所述图形化的第一硬掩模层具有第一沟槽，并在所述第一沟槽中填充材质不同于所述第一硬掩模层的第二硬掩模层；

步骤S3：在所述第一硬掩模层和所述第二硬掩模层上方依次形成第三硬掩模层和图形化的第二导向自组装，且所述第二导向自组装的图形和所述第一导向自组装的图形相互交叠，所述第三硬掩模层的材质不同于所述第一硬掩模层和所述第二硬掩模层；

步骤S4：以图形化的第二导向自组装为掩模，刻蚀所述第三硬掩模层，形成图形化的第三硬掩模层，并以所述图形化的第三硬掩模层为掩模刻蚀所述第二硬掩模层和所述第一硬掩模层，以再次图形化所述第二硬掩模层和所述第一硬掩模层；

步骤S5：去除所述第三硬掩模层，并去除所述第二硬掩模层或第一硬掩模层，以形成掩模图形层；

步骤S6：以所述掩模图形层为掩模，刻蚀所述催化剂层和所述半导体衬底部分深度，以形成岛状结构；

步骤S7：对所述岛状结构进行退火，以使得所述岛状结构中的催化剂层能催化所述岛状结构中的半导体衬底形成纳米线。

可选的，在所述的半导体纳米线的形成方法中，在所述第一硬掩模层上形成所述图形化的第一导向自组装的步骤包括：

步骤S11：在所述第一硬掩模层上形成第一光刻胶层；

步骤S12：对所述第一光刻胶层进行光刻，以形成图形化的第一光刻胶层，所述图形化的第一光刻胶层具有第二沟槽；

步骤S13：在所述第二沟槽中填充第一嵌段共聚物，并使所述第一嵌段共聚物进行自组装，以形成至少具有两种结构的第一导向自组装；

步骤S14：除去所述第一导向自组装中的部分结构，以形成所述图形化的第一导向自组装。

可选的，在所述的半导体纳米线的形成方法中，在所述第三硬掩模层上形成所述图形化的第二导向自组装的步骤包括：

步骤S31：在所述第三硬掩模层上形成第二光刻胶层；

步骤S32：对所述第二光刻胶层进行光刻，以形成图形化的第二光刻胶层，所述图形化的第二光刻胶层具有第三沟槽；