矽納米線器件的製作方法
2023-06-07 19:33:41
專利名稱：矽納米線器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物晶片，特別涉及一種矽納米線器件的製作方法。
背景技術：
近年來，伴隨著人們對納米技術領域的不斷探索和研究，具有一維納米結構的材料，如矽納米線(SiNW，Silicon Nanowire)，吸引了越來越多人的眼球。矽納米線具有顯著的量子效應、超大面容比等特性，在MOS器件、傳感器等領域有著良好的應用前景。矽納米線器件，作為一種生物晶片基本單元，正被越來越廣泛地應用於生物探測領域。如圖la、圖Ib所示，現有技術中的矽納米線器件，通常是在多晶矽或單晶矽表面2021 上覆蓋一層氧化層2022而形成矽納米線202以及兩端的器件區B，其主要的工作原理類似於M0SFET，利用多晶矽或者單晶矽上的氧化層作為柵氧，由於吸附其上的生物分子集團通常都帶有電荷，該電荷會對矽納米線進行類似於MOSFET的電勢調節，進而影響矽納米線的導電特性，通過對這種導電特性的監控可識別特定的生物分子集團。現有技術的矽納米線器件的結構，如圖2所示，極細的多晶矽線外包覆均勻厚度的氧化膜裸露在外界環境下，而其器件區B則必須覆蓋絕緣層。目前在常規的半導體工藝中，形成上述結構通常選擇光刻、刻蝕工藝，但由於各向異性刻蝕的特點，會在器件區B以外的矽納米線上形成小側牆211 (mini spacer)，同時等離子體刻蝕會造成矽納米線的損傷。
發明內容
本發明的目的是提供一種矽納米線器件的製作方法，以消除矽納米線器件中器件區以外的矽納米線的側牆，降低成本。本發明的技術解決方案是一種矽納米線器件的製作方法，包括以下步驟在襯底上形成矽納米線；沉積無定形碳層以覆蓋所述矽納米線，在無定形碳層上沉積絕緣抗反射塗層；幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露出矽納米線器件區；在上述結構表面沉積氧化膜；在矽納米線器件區內形成連通至矽納米線的金屬焊墊；在上述結構表面沉積鈍化層；採用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除矽納米線器件區以外的矽納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射塗層，停留在無定形碳層上；採用灰化工藝，去除矽納米線器件區以外的矽納米線上方的無定形碳層，暴露出矽納米線。作為優選所述在襯底上形成矽納米線的步驟具體包括採用熱氧化方法，在襯底上形成二氧化矽層，在二氧化矽層上沉積多晶矽層，對所
4述多晶矽層進行輕摻雜；對所述多晶矽層採用光刻、刻蝕工藝，形成多晶矽線；採用熱氧化方法，在多晶矽線表面上生長氧化層以形成矽納米線。作為優選所述幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露矽納米線器件區的步驟包括在絕緣抗反射塗層上塗敷光刻膠並通過光刻定義出對應於矽納米線器件區的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內幹法刻蝕去除絕緣抗反射塗層和無定形碳層，暴露出矽納米線器件區；接著，去除光刻膠。作為優選所述在矽納米線器件區內形成連通至矽納米線的金屬焊墊的步驟包括採用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜並連通多晶矽線頂部的通孔，在通孔內和氧化膜表面上沉積金屬形成金屬層，對氧化膜表面上的金屬層進行光刻、刻蝕形成金屬焊墊。作為優選所述採用光刻、刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除矽納米線器件區區域外的矽納米線上方的鈍化層、絕緣抗反射塗層和氧化膜，停留在無定形碳層上的步驟包括在鈍化層上塗覆光刻膠，並光刻形成第一刻蝕窗口和第二刻蝕窗口 ；刻蝕第一刻蝕窗口內的鈍化層，停留在金屬焊墊上，形成接觸孔，刻蝕第二刻蝕窗口內的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射塗層，停留在無定形碳層上。作為優選所述採用灰化工藝，去除矽納米線器件區區域外的矽納米線上方的無定形碳層，暴露出矽納米線步驟中，同時去除矽納米線器件區的光刻膠。作為優選所述絕緣抗反射塗層的厚度為200-600埃。作為優選所述金屬焊墊為鋁焊墊。作為優選所述鈍化層的材料為氮化矽和二氧化矽。與現有技術相比，本發明採用無定形碳層來製作矽納米線器件，由於無定形碳層具有各向同性刻蝕和各向異性刻蝕的特性，先利用無定形碳層各向異性刻蝕的特性做阻擋層，在完成後續低溫圖形化(如金屬連線)工程後，再各向同性刻蝕剝離無定形碳層，來暴露矽納米線，所述無定形碳層具有高刻蝕比且低等離子體破壞性的優點，使得矽納米線器件的矽納米線沒有小側牆，同時製造成本低。
圖Ia是一種矽納米線器件的俯視示意圖。圖Ib是圖Ia的A-A剖視示意圖。圖2是現有技術的矽納米線器件的剖面圖。圖3是本發明矽納米線器件製作工藝的流程圖。圖4a_4h是本發明矽納米線器件製作中各工藝步驟的剖面圖。
具體實施例方式本發明下面將結合附圖作進一步詳述在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸，本發明中矽納米線器件剖面圖以簡化的方式只畫出了部分矽納米線和一個器件區，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。請參閱圖3所示，在本實施例中，本發明矽納米線器件的製作方法包括以下步驟在步驟101中，如圖如所示，在襯底上形成矽納米線；所述步驟包括以下步驟 採用熱氧化方法，在襯底200上形成二氧化矽層201，在二氧化矽層201上沉積多晶矽層 2021，對所述多晶矽層2021進行輕摻雜；對所述多晶矽層採用光刻、刻蝕工藝，形成多晶矽線2021 ；採用熱氧化方法，在多晶矽線2021表面上生長氧化層2022，形成矽納米線202。在步驟102中，如圖4b所示，沉積無定形碳層203以覆蓋所述矽納米線202，在無定形碳層 203 上沉積絕緣抗反射塗層 204 (DARC，dielectric anti-reflective coating)， 所述無定形碳層203可採用應用材料公司的APF薄膜(Advanced Pattening Film)，所述絕緣抗反射塗層204的厚度為200-600埃；在步驟103中，如圖如所示，幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露矽納米線器件區，該步驟包括在絕緣抗反射塗層204上塗敷光刻膠205 並通過光刻定義出對應於矽納米線器件區的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內幹法刻蝕去除絕緣抗反射塗層204和無定形碳層203，暴露出矽納米線器件區B。矽納米線器件區B以外的矽納米線202上依舊覆蓋著無定形碳層203、絕緣抗反射塗層204和光刻膠205。接著，去除光刻膠205。在步驟104中，如圖4d所示，在上述結構表面沉積氧化膜206 ；在步驟105中，如圖如所示，在矽納米線器件區B形成連通至矽納米線的金屬焊墊207，該步驟包括採用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜206連通多晶矽線2021頂部的通孔，在通孔內和氧化膜206表面上沉積金屬形成金屬層，對氧化膜206表面上的金屬層進行光刻、 刻蝕形成金屬焊墊207，所述金屬焊墊207為鋁焊墊；在步驟106中，如圖4f所示，在上述結構表面沉積鈍化層208，所述鈍化層208為
氮化矽和二氧化矽；在步驟107中，如圖4g所示，採用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊207上形成接觸孔 210，去除矽納米線器件區B區域外的矽納米線上方的鈍化層208、氧化膜206和絕緣抗反射塗層204，停留在無定形碳層203上，該步驟具體包括在鈍化層上塗覆光刻膠209，並光刻形成第一刻蝕窗口(圖中未示)和第二刻蝕窗口(圖中未示)；刻蝕第一刻蝕窗口內的鈍化層208，停留在金屬焊墊207上，形成接觸孔210，刻蝕第二刻蝕窗口內的鈍化層208、氧化膜206和絕緣抗反射塗層204，停留在無定形碳層203上；在步驟108中，如圖4h所示，採用灰化工藝，去除矽納米線器件區B區域外矽納米線202上方的無定形碳層203，暴露出矽納米線202，同時除去矽納米線器件區B上的光刻膠209，由於灰化工藝對於無定形碳層的去除是各項同性的，可避免在矽納米線202上形成側牆，所述無定形碳層203相對氧化膜、多晶矽、氮化矽有較高的刻蝕選擇比，無定形碳層 氧化膜為10 1，無定形碳層多晶矽為6 1，無定形碳層氮化矽為4 1，由於無定形碳層具有各向同性刻蝕和各向異性刻蝕的特性，先利用無定形碳層各向異性刻蝕的特性做阻擋層，在完成後續低溫圖形化(如金屬連線)工藝後，再各向同性刻蝕剝離無定形碳層， 來暴露矽納米線，所述無定形碳層具有高刻蝕比且低等離子體破壞性的優點，使得矽納米線器件的矽納米線沒有小側牆，同時製造成本低。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種矽納米線器件的製作方法，包括以下步驟在襯底上形成矽納米線；沉積無定形碳層以覆蓋所述矽納米線，在無定形碳層上沉積絕緣抗反射塗層；幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露出矽納米線器件區；在上述結構表面沉積氧化膜；在矽納米線器件區內形成連通至矽納米線的金屬焊墊；在上述結構表面沉積鈍化層；採用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除矽納米線器件區以外的矽納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射塗層，停留在無定形碳層上；採用灰化工藝，去除矽納米線器件區以外的矽納米線上方的無定形碳層，暴露出矽納米線。
2.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述在襯底上形成矽納米線的步驟具體包括採用熱氧化方法，在襯底上形成二氧化矽層，在二氧化矽層上沉積多晶矽層，對所述多晶矽層進行輕摻雜；對所述多晶矽層採用光刻、刻蝕工藝，形成多晶矽線；採用熱氧化方法，在多晶矽線表面上生長氧化層形成以矽納米線。
3.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露出矽納米線器件區的步驟包括在絕緣抗反射塗層上塗敷光刻膠並通過光刻定義出對應於矽納米線器件區的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內幹法刻蝕去除絕緣抗反射塗層和無定形碳層，暴露出矽納米線器件區；接著， 去除光刻膠。
4.根據權利要求2所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述在矽納米線器件區內形成連通至矽納米線的金屬焊墊的步驟包括採用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜並連通多晶矽線頂部的通孔，在通孔內和氧化膜表面上沉積金屬形成金屬層，對氧化膜表面上的金屬層進行光刻、刻蝕形成金屬焊墊。
5.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述採用光刻、刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除矽納米線器件區區域外的矽納米線上方的鈍化層、 絕緣抗反射塗層和氧化膜，停留在無定形碳層上的步驟包括在鈍化層上塗覆光刻膠，並光刻形成第一刻蝕窗口和第二刻蝕窗口 ；刻蝕第一刻蝕窗口內的鈍化層，停留在金屬焊墊上， 形成接觸孔，刻蝕第二刻蝕窗口內的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射塗層，停留在無定形碳層上。
6.根據權利要求5所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述採用灰化工藝， 去除矽納米線器件區區域外的矽納米線上方的無定形碳層，暴露出矽納米線步驟中，同時去除矽納米線器件區的光刻膠。
7.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述絕緣抗反射塗層的厚度為200-600埃。
8.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述金屬焊墊為鋁焊墊。
9.根據權利要求1所述的矽納米線器件的製作方法，其特徵在於所述鈍化層的材料為氮化矽和二氧化矽。
全文摘要
本發明涉及一種矽納米線器件的製作方法，包括以下步驟在襯底上形成矽納米線；依次沉積無定形碳層和絕緣抗反射塗層；幹法刻蝕去除部分矽納米線上方的絕緣抗反射塗層和無定形碳層暴露矽納米線器件區；在上述結構表面沉積氧化膜；在矽納米線器件區內形成連通至矽納米線的金屬焊墊；在上述結構表面沉積鈍化層；採用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除矽納米線器件區外的矽納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射塗層，停留在無定形碳層上；採用灰化工藝，去除矽納米線器件區外的矽納米線上方的無定形碳層，暴露出矽納米線。本發明利用無定形碳層的各向同性刻蝕和各向異性刻蝕的特性，消除了矽納米線器件中器件區以外的矽納米線的側牆。
文檔編號H01L21/336GK102354669SQ20111032816
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者景旭斌, 楊斌, 郭明升 申請人:上海華力微電子有限公司