小尺寸硅化物纳米线的制备方法及小尺寸硅化物纳米线技术

本发明专利技术公开了一种小尺寸硅化物纳米线的制备方法及小尺寸硅化物纳米线，该方法包含：步骤1，在衬底上涂覆嵌段共聚物，经第一次退火处理，制备原始图案；步骤2，采用金属盐溶液浸泡，使金属盐被吸附至极性嵌段上；步骤3，通入氧等离子体将金属盐还原成金属，并除去有机物，使金属原位沉积形成硬掩膜；步骤4，通入CHF

Preparation of small size silicide nanowires and small size silicide nanowires

【技术实现步骤摘要】
小尺寸硅化物纳米线的制备方法及小尺寸硅化物纳米线
本专利技术属于集成电路互连
，具体涉及一种小尺寸硅化物纳米线的制备方法及该方法制备的小尺寸硅化物纳米线。
技术介绍
互连线的RC延迟早在0.13微米技术节点超过器件门电路的RC延迟成为制约集成电路响应速度不容忽视的重要问题。现有的铜/阻挡层互连线组合体系在走向14纳米节点以后，面临了金属线电阻显著升高，层间及线间电容增大等诸多问题。首先在现有的互连线体系结构中，铜被镶嵌在由金属黏附层阻挡层包裹的沟槽内，随着工艺尺寸的需求互连线的尺寸不断减小，铜在整个互连线体系中所占体积比越来越小，即有效导电成分越来越少；另外又由于增加的表面、界面散射和晶界散射所带来的尺寸效应导致的铜电阻率升高，因此最终使得铜/阻挡层这种互连线体系的电阻率急剧增加。硅化物作为下一代新型互连线材料的候选者之一，具有：电阻率无尺寸效应；无需黏附层阻挡层辅助的结构特点；以及，制备方法和目前硅基集成电路工艺相兼容等优点。其制备方法主要包括：硅纳米线的制备，和温度控制金属硅化物物相的固相反应两步。其中，硅纳米线的制备方法可以通过电子束光刻、极紫外光刻和嵌段共聚物自组装等方法实现。极紫外光刻和电子束光刻都具有设备昂贵、光刻时间长等缺点而未被采用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法简单可行、成本低廉的小尺寸(特征尺寸不大于10nm)硅化物纳米线的制备方法，采用嵌段共聚物材料在衬底上自组装或者导向自组装(导向自组装工艺需要电子束光刻或极紫外光刻提前在衬底材料上制备出引导图案)制备原始图案，嵌段共聚物原始图案经过金属盐溶液浸泡，氧等离子体还原转化成金属图案，金属图案作为硬掩模板图形转移生成硅纳米线。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种小尺寸硅化物纳米线的制备方法，其包含以下步骤：步骤1，在衬底上涂覆嵌段共聚物，经第一次退火处理，制备原始图案，得到具有嵌段共聚物图案的衬底；其中，衬底为硅或绝缘层上硅(SOI)；该嵌段共聚物为导向自组装材料，由两种或两种以上不同单体聚合形成，该嵌段共聚物满足χN≥10，N为嵌段共聚物的总聚合度，χ为各嵌段之间的弗洛里-哈金斯(Flory-Huggins)相互作用参数；步骤2，将具有嵌段共聚物图案的衬底采用金属盐溶液浸泡，使得金属盐被吸附至极性嵌段上；步骤3，通入氧等离子体将金属盐还原成金属，并同时除去衬底上的有机物，使得所述原位沉积在极性嵌段处形成对衬底的硬掩膜；步骤4，通入CHF3及SF6的等离子体气体混合物，对未经上述硬掩膜的衬底进行等离子体刻蚀，形成硅纳米线，完成图形转移；步骤5，根据所述硅纳米线高度以及形成硅化物的金属材料的化学计量比，决定是否需要金属淀积以及金属淀积的厚度；步骤6，进行第二次退火处理，形成小尺寸硅化物纳米线，该小尺寸是指线宽特征尺寸不大于10nm。较佳地，步骤1中，所述的第一次退火处理是指：采用真空或惰性气体环境加热退火法或者溶剂蒸汽退火法；当采用真空或惰性气体环境加热退火处理时，控制退火温度为100℃～250℃，退火时间为1min～30min；当采用溶剂蒸汽退火处理时，在常温下进行，退火时间为1min～48h。较佳地，所述的步骤1还包含：步骤1.1，在清洁衬底上涂覆含有交联剂的有机物层，形成化学衬垫；步骤1.2，在化学衬垫上涂覆光刻胶，经曝光、显影形成预设的光刻胶图形；步骤1.3，通过氧等离子刻蚀，光刻胶图形转移到化学衬垫上并去除光刻胶掩模板，得到引导图案；其中，所述的光刻胶图形转移到化学衬垫上是指：氧等离子刻蚀光刻胶图形暴露的化学衬垫，露出该部分化学衬垫下的衬底；步骤1.4，涂覆另一有机物层，形成中性刷。较佳地，步骤1.2中，采用电子束光刻技术或193i光刻技术，制备进行图形结构外延或化学衬底外延处理的光刻胶引导图案。较佳地，所述嵌段共聚物具有AB、ABA或ABC的结构形式，其中，A、B、C分别代表不同的嵌段组分，控制极性嵌段组分的质量含量为15％～50％。较佳地，所述的嵌段共聚物为三嵌段共聚物，其弗洛里-哈金斯相互作用参数χ范围在0.1～0.6；嵌段共聚物的周期L0为5nm～30nm。较佳地，步骤1中，涂覆嵌段共聚物的方法为旋涂，旋涂的转速对膜厚有一定影响，优选转速为2000～6000rpm，时间为10～80s。较佳地，所述的金属是指铂、镍、铁、铜、钨、钴、钼中的任意一种。更优选地，是指镍、钴或钼。较佳地，步骤5中，所述的第二次退火工艺包含：退火温度为400℃～550℃，以控制物相反应。本专利技术还提供了一种采用上述的方法制备的小尺寸硅化物纳米线，该纳米线的线宽特征尺寸不大于10nm，该硅化物包含硅化铂、硅化镍、硅化铁、硅化铜、硅化钨、硅化钴或硅化钼。本专利技术通过嵌段共聚物的自组装或导向自组装技术先形成原始图案，然后通过金属盐溶液浸泡和等离子刻蚀将图案转移到衬底的顶层硅，快速热退火形成小尺寸、高密度硅化物纳米线，应用于集成电路互连，可望在10纳米技术节点进入生产实践。嵌段共聚物导向自组装光刻技术(DirectedSelf-Assembly，或简称DSA；或称为BlockCopolymerLithography)通过对微相结构的裁剪、表面修饰和尺寸控制，进而得到特征尺寸更小、密度更高、有序性更好的纳米图形。该技术是一种“自下而上”的嵌段共聚物薄膜自组装技术，因为无需光源和掩膜版，具有低成本、高分辨率、高产率的本质优势。盐溶液浸泡纳米结构金属化工艺更是兼具图形转移的硬掩模板充当者和固相反应金属源提供者双重功能。本专利技术提出的基于嵌段共聚物自组装或导向自组装光刻技术，制备得到10纳米及以下特征尺寸的硅化物纳米线，该光刻技术借助嵌段共聚物微相分离的本质特征，得到特征尺寸小、密度高、有序性可控的纳米图形，与传统的光学光刻技术相比，具有过程简单、成本低廉、特征尺寸更小的优点。附图说明图1a为本专利技术的一种制备小尺寸硅化物纳米线的工艺流程图，制备的硅化物纳米线为有序的，如平行间隔分布。图1b为本专利技术的另一种制备小尺寸硅化物纳米线的工艺流程图，制备的硅化物纳米线为无序的，如呈指纹状或螺纹状。图2在硅衬底上嵌段共聚物自组装盐溶液浸泡后生成的金属纳米线的SEM平面图。图3在硅衬底上嵌段共聚物导向自组装盐溶液浸泡后生成的金属纳米线的SEM平面图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小尺寸硅化物纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：/n步骤1，在衬底上涂覆嵌段共聚物，经第一次退火处理，制备原始图案，得到具有嵌段共聚物图案的衬底；所述的衬底选择硅或绝缘层上硅；该嵌段共聚物为导向自组装材料，由两种或两种以上不同单体聚合形成，该嵌段共聚物满足χN≥10，N为嵌段共聚物的总聚合度，χ为各嵌段之间的弗洛里-哈金斯相互作用参数；/n步骤2，将具有嵌段共聚物图案的衬底采用金属盐溶液浸泡，使得金属盐被吸附至嵌段共聚物的极性嵌段上；/n步骤3，通入氧等离子体将金属盐还原成金属，并同时除去衬底上的有机物，使得所述金属原位沉积在嵌段共聚物的极性嵌段处，形成对衬底的硬掩膜；/n步骤4，通入CHF

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸硅化物纳米线的制备方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤1，在衬底上涂覆嵌段共聚物，经第一次退火处理，制备原始图案，得到具有嵌段共聚物图案的衬底；所述的衬底选择硅或绝缘层上硅；该嵌段共聚物为导向自组装材料，由两种或两种以上不同单体聚合形成，该嵌段共聚物满足χN≥10，N为嵌段共聚物的总聚合度，χ为各嵌段之间的弗洛里-哈金斯相互作用参数；
步骤2，将具有嵌段共聚物图案的衬底采用金属盐溶液浸泡，使得金属盐被吸附至嵌段共聚物的极性嵌段上；
步骤3，通入氧等离子体将金属盐还原成金属，并同时除去衬底上的有机物，使得所述金属原位沉积在嵌段共聚物的极性嵌段处，形成对衬底的硬掩膜；
步骤4，通入CHF3及SF6的等离子体气体混合物，对未经上述硬掩膜的衬底进行等离子体刻蚀，形成硅纳米线，完成图形转移；
步骤5，根据所述硅纳米线高度以及形成硅化物的金属材料的化学计量比，决定是否需要金属淀积以及金属淀积的厚度；
步骤6，进行第二次退火处理，形成小尺寸硅化物纳米线，该小尺寸是指线宽特征尺寸不大于10nm。


2.如权利要求1所述的小尺寸硅化物纳米线的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的第一次退火处理是指：采用真空或惰性气体环境加热退火法或者溶剂蒸汽退火法；当采用真空或惰性气体环境加热退火处理时，控制退火温度为100℃～250℃，退火时间为1min～30min；当采用溶剂蒸汽退火处理时，在常温下进行，退火时间为1min～48h。


3.如权利要求1所述的小尺寸硅化物纳米线的制备方法，其特征在于，所述的步骤1还包含：
步骤1.1，在清洁衬底上涂覆含有交联剂的有机物层，形成化学衬垫；
步骤1.2，在化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈新萍，李冬雪，熊诗圣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31