使用纳米压印和接触式光刻制备硅纳米线晶体管的方法

摘要

本发明属于纳米压印技术领域，具体为一种使用纳米压印和接触式光刻制作硅纳米线晶体管的方法。其步骤包括：在原始SOI模板上用纳米压印结合定向淀积的方法制作宽度小于100纳米的镍线条阵列，作为硅纳米线的刻蚀掩蔽层，再次使用纳米压印，定义与先前的镍线条阵列垂直相交的100纳米级线宽的线条阵列，并结合干法刻蚀法制作出纳米线晶体管的沟道区，并在刻蚀出的硅纳米线上生长栅氧，然后自对准地形成多晶硅栅，最后使用接触式光刻定义源漏区域并淀积形成金属电极。本发明所需的图形化工艺条件简单，仅需要十微米级精度的接触式光刻机，以及简单的压印工具，即可实现极小尺寸器件的图形化，并制作出顶栅硅纳米线场效应晶体管。

主权项

一种使用纳米压印和接触式光刻制作硅纳米线晶体管的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）选用合适顶层硅厚度，和初始掺杂浓度小于5×10¹⁵/cm³的SOI片作为样品衬底，在衬底上旋涂PMMA和SU‑8光刻胶；（2）使用线条阵列图形的模板对SU‑8光刻胶进行压印，在SU‑8光刻胶上形成周期性凹凸的线条图形；（3）在经上述步骤的样品表面用PVD方法定向淀积一层镍，淀积方向垂直于压印线条，并与衬底法线方向成一定角度，角度的选取要使淀积的镍能覆盖光刻胶表面大部分地方，但没有覆盖压印线条边缘造成的阴影区域；（4）以上述镍为掩蔽层，用RIE刻蚀光刻胶，掏空上述阴影区域下的光刻胶；（5）用PVD方法垂直于样品表面淀积一层镍，在硅片上产生镍线条图形，该图形为阴影区域在SOI硅表面上的投影；（6）用丙酮和超声波清洗机对样品进行剥离，在样品表面仅留下镍线条；（7）在样品表面用PECVD生长一层氮化硅；（8）在氮化硅上旋涂一层SU‑8光刻胶；（9）对SU‑8光刻胶进行压印，所用模板上的图形为凸起的沟道和栅电极图案；（10）用RIE刻蚀样品，先去除SU‑8光刻胶压印剩余层，再刻蚀暴露出的氮化硅，最后以镍线条为掩蔽图形刻蚀硅，形成硅纳米线；（11）将样品在浓硫酸双氧水混合液中煮沸，去除SU‑8光刻胶以及硅纳米线上的镍层；（12）对样品进行快速热氧化，温度950℃‑1050℃，时间200秒至800秒，并用氢氟酸腐蚀去除氧化层，以减小硅纳米线的线宽；（13）再次进行快速热氧化，温度950℃‑1050℃，时间50秒至300秒，在硅纳米线表面生长栅氧； （14）在样品表面用PECVD低温生长重掺杂的非晶硅，非晶硅将填充氮化硅上的沟槽结构；（15）用RIE刻蚀非晶硅，去除氮化硅表面的非晶硅，但在氮化硅沟槽内仍然保留部分非晶硅；（16）用热磷酸去除氮化硅；（17）将样品在浓硫酸双氧水混合液中煮沸，以去除SOI表面剩余的镍线条；（18）用快速热处理样品，温度800℃‑1000℃，时间10分钟至60分钟，使非晶硅晶化成多晶硅；（19）对样品进行离子注入，作为源漏掺杂； （20）高温快速热处理样品，温度800℃‑1000℃，时间10秒至60秒激活杂质；（21）在样品表面旋涂一层SU‑8光刻胶；（22）用接触式光刻定义器件区域；（23）腐蚀去除器件区域之外的硅层；（24）将样品在浓硫酸双氧水混合液中煮沸，以去除SU‑8光刻胶；（25）在样品表面旋涂一层光刻正胶；（26）用接触式光刻定义器件的源、漏、栅的金属电极区域；（27）用PVD淀积电极金属；（28）用丙酮和超声波清洗机对样品进行剥离，去除光刻正胶及其上的金属；（29）对样品退火，温度为300℃‑400℃，时间30分钟‑100分钟，使源漏栅的硅和金属间形成欧姆接触； （30）用PECVD在样品表面低温生长氮化硅，作为器件封装；（31）在氮化硅上旋涂光刻正胶；（32）光刻定义源、漏、栅的电极区域；（33）用RIE刻蚀氮化硅，暴露电极区域的金属； （34）用丙酮和超声波清洗机去除光刻正胶。