[发明专利]一种精确引导生长高均一性直径纳米线的方法

说明书

本发明公开了一种精确引导生长高均一性直径纳米线的方法，包括以下几个步骤：通过PECVD于垂直方向交替沉积多层SiO₂和Si₃N₄，形成纵向密排堆叠结构，等离子体刻蚀和酸处理后形成纵向侧壁引导凹槽；或者，在衬底上通过电子束曝光及刻蚀获得横向平面内密排引导沟槽；将整个衬底样品沉积非晶硅前驱体，非晶硅前驱体的厚度大于所述引导凹槽或者大于密排引导沟槽的深度以形成更好的前驱体覆盖；通过等离子体刻蚀技术，将所述引导凹槽或密排引导沟槽的表面、侧壁上的非晶硅前驱体刻蚀掉，仅保留引导凹槽或引导沟槽内部的非晶硅前驱体。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种精确引导生长高均一性直径纳米线的方法。

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。随着器件的尺寸不断缩小，将硅纳米线晶体管的排列从平面向三维方向堆叠转变是半导体器件未来发展的重要方向。相比于传统的硅片刻蚀工艺，以生长集成方式制备可引导的硅纳米线沟道材料[R Hu, et al.NanoLett. 2020, 20, 7489−7497]因为反应温度低且对衬底的选择性低，在后端器件制备方面具有极大的应用前景。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：由于引导沟槽外存在大量的非必要非晶固态前驱体，导致纳米线生长过程中存在明显的交错和直径涨落，对纳米线沟道的质量及器件性能极为不利。

因此，针对上述问题，本发明提出了一种精确引导生长高均一直径纳米线的制备方法，其通过刻蚀引导沟槽表面的非晶前驱体，仅保留沟槽内部的必须非晶前驱体，进而将纳米线生长完全限定在目标引导沟槽内部。

发明内容

针对现有技术中存在的纳米线粗细不均和引导错乱等问题，本发明提供一种精确引导生长高均一直径纳米线的制备方法。

本申请实施例提供了一种精确引导生长高均一性直径纳米线的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

第一步，基材层的形成：通过PECVD于垂直方向交替沉积多层SiO₂和Si₃N₄，形成纵向密排堆叠结构，等离子体刻蚀和酸（磷酸或氢氟酸）处理后形成纵向侧壁引导凹槽；

或者，在SiO₂或者Si衬底上通过电子束曝光及刻蚀获得横向平面内密排引导沟槽；

第二步，催化金属的定义：利用电子束曝光或者光刻技术在纵向侧壁引导凹槽或者密排引导沟槽的一端定义催化剂金属的条带区域，并蒸镀催化金属；

第三步，氢气等离子体处理缩球：利用氢气等离子体刻蚀方式使催化金属颗粒缩球；

第四步，非晶前驱体的淀积：将整个衬底样品沉积非晶硅前驱体，所述非晶硅前驱体的厚度大于所述引导凹槽或者大于所述密排引导沟槽的深度以形成更好的前驱体覆盖；

第五步，非晶前驱体的处理：通过等离子体刻蚀技术，将所述引导凹槽或密排引导沟槽的表面、侧壁上的非晶硅前驱体刻蚀掉，仅保留引导凹槽或引导沟槽内部的非晶硅前驱体；

第六步，纳米线的生长：加热处理样品，驱动金属催化剂颗粒以结晶生长出精确引导的高均一性直径的晶硅纳米线。

本发明进一步限定的技术方案为：所述第一步，对基材结构或衬底进行光刻图形化处理，露出基材层或者衬底向下刻蚀形成引导沟槽的区域；对所述区域进行刻蚀，形成向内凹陷一定深度的引导凹槽或密排引导沟槽。

优选的，在第一步中，所述SiO₂厚度为：10~200 nm，Si₃N₄厚度为10~200 nm。

优选的，在第一步中，所述密排引导沟槽的深度或宽度为20~200 nm。