[发明专利]一种垂直纳米线阵列的制备方法

说明书

本发明涉及一种垂直纳米线阵列的制备方法，采用两次自对准的侧墙转移技术工艺形成纳米尺度两层侧墙交叉阵列，利用氧化硅与氮化硅的选择比及二次侧墙阵列交叉位置的高度差的反应离子刻蚀(RIE)刻蚀，形成氮化硅纳米点阵列，再以氮化硅点阵列为掩膜刻蚀衬底硅，形成垂直纳米线阵列，最后通过酸性溶液腐蚀残留的氮化硅和氧化硅，制备出高纯度、无损伤、有序垂直排列的硅纳米线。

技术领域

本发明涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种垂直纳米线阵列的制备方法。

背景技术

垂直纳米线(V-SiNW)是制造和发展晶体管、微型机电系统、光学传感器、和硅基电池的关键结构。垂直硅纳米线阵列是一种特别的硅纳米结构，在下一代光伏、光催化、传感器件等方面表现出了巨大的潜力。

但是目前，V-SiNW阵列的制备方法有电子束光刻与刻蚀、气-液-固(VLS)合成、溶液-液体-固体(SLS)合成、反应离子刻蚀和金属辅助化学蚀刻法来制备硅纳米线。电子束曝光和刻蚀方案制备效率低、成本高，不能用于大规模制备和应用；VLS合成能制备出单晶硅纳纳米线在合成过程中金属催化剂金会扩散到纳米线内，影响纳米线的电性能且与cmos不兼容；通过溶液-液体-固体(SLS)法制备分散硅纳米线具有成本低、具有大规模生产潜力的优点，但是难以制备高度有序的VA-SiNW阵列；金属辅助化学刻蚀(MACE)可以制备具有高结构保真度和纯度的硅纳米结构，然而金属辅助化学刻蚀的制备方法难以控制纳米阵列的尺寸和均匀性。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提出一种垂直纳米线阵列制备的方法，采用两次侧墙转移技术，首先形成氮化硅点阵列，并以氮化硅纳米点阵列为掩膜图像，向硅衬底刻蚀形成V-SiNW阵列。

一种垂直纳米线阵列的制备方法，其特征在于：

提供衬底；

依次生长第一牺牲层、第二牺牲层，使得第二牺牲层形成多个第一长条图案；

形成第一掩膜层；

刻蚀所述多个第一长条图案上表面的第一掩膜层，使得所述多个第一长条图案两侧的第一掩膜层形成第一侧墙；

刻蚀掉第二牺牲层形成多个第一长条图案；

依次生长第三牺牲层、第四牺牲层，使得第四牺牲层形成多个第二长条图案，所述第二长条图案与所示第一长条图案垂直；

形成第二掩膜层；

刻蚀所述多个第二长条图案上表面的第二掩膜层，使得所述多个第二长条图案两侧的第二掩膜层形成第二侧墙；

刻蚀掉第四牺牲层形成多个第二长条图案；

刻蚀掉暴露出的第三牺牲层；

刻蚀掉第一侧墙和第二侧墙，暴露出第一侧墙和第二侧墙交叉处残留的第三牺牲层；

刻蚀掉残留的第三牺牲层，暴露出第一侧墙形成的纳米线掩膜；

以所述纳米线掩膜为掩膜继续刻蚀第一牺牲层和衬底，形成纳米线阵列。

本发明主要采用两次自对准的侧墙转移技术工艺形成纳米尺度两层侧墙交叉阵列，利用氧化硅与氮化硅的选择比及二次侧墙阵列交叉位置的高度差的反应离子刻蚀(RIE)刻蚀，形成氮化硅纳米点阵列，再以氮化硅点阵列为掩膜刻蚀衬底硅，形成垂直纳米线阵列，最后通过酸性溶液腐蚀残留的氮化硅和氧化硅，制备出高纯度、无损伤、有序垂直排列的硅纳米线。

与现有技术相比，本发明有益的技术效果为：本发明提供的垂直纳米线的制备方法可以得到纳米线阵列位置，尺寸和距离可控，能实现大规模的均匀的纳米线制备，可以控制硅纳米线阵列的有序分布，可获得较高、较纯的纳米线结构，对阵列几何形状的精确控制，制备效率高。

附图说明