本发明专利技术涉及一种具有金属硅化物纳米结构的材料和制备方法，该材料包括在ＳＯＩ衬底上制作的金属硅化物纳米结构；该ＳＯＩ基片的绝缘介质层厚度为１００－１０００纳米，硅薄膜的厚度为５０－５００纳米。该制备方法包括将ＳＯＩ衬底经过清洗、干燥后，旋涂正性光刻胶，曝光，显影和定影后，在ＳＯＩ衬底的硅薄膜表面上，制作出所需纳米结构的掩模图形结构；采用反应离子刻蚀将ＳＯＩ衬底的硅薄膜刻蚀成所需的纳米结构，刻蚀的深度为硅薄膜的厚度，再在含有硅纳米结构的绝缘层上，沉积形成金属硅化物所需的金属薄膜，之后高温退火使金属与硅发生固相反应，生成金属硅化物，经化学腐蚀除去未反应的金属，即形成金属硅化物纳米结构。该方法简单，并可以控制纳米结构的位置和尺度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属硅化物纳米结构及其制作方法，特别是涉及与集成电路制造工 艺兼容，具有可控的形状和生长位置，在集成电路、微电子器件以及纳电子器件等 领域都有很好应用前景的、制作在SOI (silicon on insulator,绝缘层上薄层硅)衬 底上的金属硅化物纳米结构及其制作方法。
技术介绍
金属硅化物具有较低的电阻率、高的热稳定性、良好的抗电致迁移性能和载流 子平均自由程小等特点，在纳电子器件与集成电路中具有很好的应用前景，例如作 为互连导线、源漏和栅电极等。随着器件尺寸的减小，制作纳米尺度的金属硅化物 变得越来越重要。以纳米线为例，现有的制作金属硅化物纳米线的方法主要基于自 下而上的途径，大致有以下两种 一种方法是将化学气相沉积合成的硅纳米线转 化为金属硅化物纳米线；另一种方法是直接生长金属硅化物纳米线。现对这两种制 作金属硅化物纳米结构的技术具体描述如下1.通过化学气相沉积合成的硅纳米线反应形成金属硅化物纳米线参见对比文件1 ，单晶金属性纳米线和金属/半导体纳米线异质结(Single-crystal meta出c nanowires and metal/semiconductor nanowireheterostructures)，载于《Nature》 2004, Vol. 430: 61-65上。它是利用化学气相沉积方法合成硅纳米线，接着沉积金属镍于硅 纳米线上，通过550 t:退火处理后，用化学腐蚀方法除去表面未反应的镍，从而得 到了硅化镍纳米线。这种金属硅化物纳米线的制作方法由于受到初始硅纳米线的形 状和生长位置等因素的影响，不易控制，难以与目前的集成电路制造工艺兼容，因 而其应用受到极大限制。 2.直接生长金属硅化物纳米线参见对比文件2，硅化镍纳米线的定向生长 (Directed growth of nickel silicide nanowires)，载于《Applied Physics Letters》 2004, Vol.84: B89-B91。它是在绝缘衬底上先沉积金属镍，既作为催化剂，又作为生长 硅化物的金属源，通过催化分解硅烷直接生长出硅化镍纳米线；在电场的辅助下， 硅化镍纳米线可以在两个镍岛之间实现定向生长。这种方法虽然在一定程度上可以 控制金属硅化物纳米线的生长方向，但仍然难以实现其尺寸、形状和生长位置等方 面的可控性，无法与目前的集成电路制造工艺兼容。目前用于制作金属硅化物纳米结构的方法普遍难以实现其尺寸、形状和生长位 置较为精确的控制，无法应用于目前的集成电路制造工艺。虽然曾有人提出利用掩 模在硅衬底上沉积金属纳米结构进而反应形成金属硅化物纳米结构，但这与集成电 路制造工艺中制作互连导线以及源漏和栅电极的实际情况仍然相去甚远。另一方面， SOI衬底是制作高可靠性集成电路的理想材料，将替代硅在大规模集成电路方面得 到广泛应用，因此在SOI衬底上制作金属硅化物纳米结构就显得非常重要，而目前 国内外还未见相关专利与文献报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:克服已有的制备金属硅化物纳米结构的方法所存在的尺寸、形状和生长位置不易控制的缺点，提供一种在SOI衬底上制作金属硅化物纳米结构的材料和制备方法，所制作的金属硅化物纳米结构与目前集成电路制造工艺兼容， 既适用于集成电路中互连导线和电极的制作，也可用于研究这些纳米结构本身的物理和化学特性；该方法具有可控的尺寸、形状和生长位置。 本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的具有金属硅化物纳米结构的材料，包括衬底，和在衬底上的制作 的金属硅化物纳米结构；其特征在于，所述的衬底为在单晶硅片1上生长的绝缘介 质夹层2和硅薄膜3组成的SOI基片，该SOI基片的绝缘介质夹层厚度为100—1000 纳米，硅薄膜3的厚度为50—500纳米，所述的硅薄膜3为单晶硅或多晶硅膜；所 述的纳米结构的尺度最小可达10纳米以下。所述的金属硅化物包括硅化钛、硅化钴或硅化镍等过渡金属硅化物。所述的绝缘介质夹层包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝、金刚石、碳氮、氮化 硼、HSQ (三氧化二硅垸)、MSQ (甲基三氧化二硅烷)以及其它绝缘介质。本专利技术提供的具有金属硅化物纳米结构的材料的制作方法，包括以下步骤-1 )选择SOI衬底，该SOI衬底经过清洗、干燥备用；2) 设计好的金属硅化物纳米结构图形存入电子束曝光机内，或聚焦离子束直写 系统；3) 利用纳米尺度的加工技术，在SOI衬底上旋涂正性光刻胶，经热板上前烘， 利用电子束曝光系统曝光，经过显影和定影后，在S01衬底的硅薄膜3表面上，制 作出所需纳米结构的掩模图形结构4;4) 采用反应离子刻蚀方法，将SOI衬底的硅薄膜3刻蚀成所需的纳米结构， 即通过反应离子刻蚀工艺将步骤2)制作的掩模图形4转移到硅薄膜3上，形成硅 纳米结构5，刻蚀的深度为硅薄膜3的厚度，使得在不需要形成金属硅化物的地方， 硅被完全刻蚀掉；5) 采用镀膜工艺在含有硅纳米结构5的绝缘介质夹层2上，沉积形成金属硅 化物所需的金属薄膜6;6) 将步骤5)制得的样品在反应室内进行高温退火，使镀膜金属与硅发生固相反应生成金属硅化物，其退火条件如下向反应室内通入氩气，流量为100—500 sccm,衬底加热温度在300—900 。C范围内，反 应压力为1 —100kPa;对于不同的金属硅化物，还需相应地优化工艺参数；7) 采用化学腐蚀方法，将经过步骤6)高温退火后的样品对未反应的金属采用 化学腐蚀方法进行去除，即在相应于硅纳米结构5的位置形成金属硅化物纳米结构在上述的技术方案中，步骤l)中所述的SOI衬底可以是市场上购买的，或者 是利用单晶硅片通过注氧隔离技术或键合工艺制备，也可以通过旋涂或沉积的方式 在基片上形成绝缘层后再溅射沉积多晶硅薄膜制得。所述的SOI衬底的选取，需要 结合集成电路中的实际情况，依据制作的金属硅化物纳米结构所要实现的功能而 定。例如，若金属硅化物是用作源漏电极，则所选择的SOI衬底上的薄层硅应为单 晶硅；若金属硅化物是用作互连导线或栅电极，则选择的SOI衬底上的薄层硅应为多晶硅膜，这样才能直接应用于器件和电路的制作。绝缘层的厚度一般为100—1000 纳米，硅薄膜的厚度一般为50—500纳米，以所要制备的金属硅化物纳米结构的厚 度而定。在上述的技术方案中，步骤2)中所述的纳米尺度加工技术主要是指电子束光 刻、X射线光刻、聚焦离子束光刻和极紫外光刻等，它们都是利用光刻胶作为临时 介质，通过曝光显影等工序在硅薄膜上形成所需纳米结构的掩模图形。通常还可以 利用等离子体适当地对光刻胶构成的掩模图形进行灰化处理，将纳米结构的尺度进一步縮小。在上述的技术方案中，步骤3)中通过反应离子刻蚀工艺去除不需要的硅薄膜 时，通常选用六氟化硫作为反应气体，它可以比较快速的刻蚀硅，并且刻蚀的选择 性也比较好，即刻蚀硅的速率比刻蚀氧化硅等绝缘介质的速率高很多。在上述的技术方案中，步骤4)沉积金属薄膜时，可以采用金属靶溅射法，包 括磁控溅射、直流辉光溅射和离子束溅射等，也可以采用金属蒸镀法，包括热蒸 发、电子束蒸发等；沉积的金属薄膜的种类依据所要制备的金属硅化物中金属的种 类而定，可以是能够形成金属硅化物的任何金属，如钛、钴、镍等，金属膜的厚度 一般为30—50本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有金属硅化物纳米结构的材料，包括衬底，和在衬底上的制作的金属硅化物纳米结构；其特征在于，所述的衬底为在单晶硅片（１）上生长的绝缘介质夹层（２）及顶层硅薄膜（３）组成的ＳＯＩ基片，该ＳＯＩ基片的单晶硅片（１）厚度为１００－８００微米，绝缘介质夹层（２）的厚度为１００－１０００纳米，所述的硅薄膜（３）的厚度为５０－５００纳米，该硅薄膜（３）为单晶硅或多晶硅膜。
【技术特征摘要】
1. 一种具有金属硅化物纳米结构的材料，包括衬底，和在衬底上的制作的金属硅化物纳米结构；其特征在于，所述的衬底为在单晶硅片(1)上生长的绝缘介质夹层(2)及顶层硅薄膜(3)组成的SOI基片，该SOI基片的单晶硅片(1)厚度为100-800微米，绝缘介质夹层(2)的厚度为100-1000纳米，所述的硅薄膜(3)的厚度为50-500纳米，该硅薄膜(3)为单晶硅或多晶硅膜。2. 按权利要求1所述的具有金属硅化物纳米结构的材料，其特征在于，所述的 金属硅化物为过渡金属硅化物，该过渡金属硅化物包括硅化钛、硅化钴或硅化镍。3. 按权利要求1所述的具有金属硅化物纳米结构的材料，其特征在于，所述的 绝缘介质层包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝、金刚石、碳氮、氮化硼、三氧化二硅 垸或甲基三氧化二硅烷。4. 一种具有金属硅化物纳米结构的材料的制作方法，包括以下步骤 1 )选择SOI衬底，该SOI衬底经过清洗、干燥备用；2) 设计好的金属硅化物纳米结构图形存入电子束曝光机内，或聚焦离子束直写 系统；3) 利用纳米尺度的加工技术，在SOI衬底上旋涂正性光刻胶，经热板上前烘， 利用电子束曝光系统曝光，经过显影和定影后，在SOI衬底的硅薄膜(3)表面上， 制作出所需纳米结构的掩模图形结构(4);4) 采用反应离子刻蚀方法，通过反应离子刻蚀工艺将步骤2)制作的掩模图形 (4)转移到硅薄膜(3)上，将SOI衬底的硅薄膜刻蚀成所需的纳米结构(4)，刻蚀的深度为硅薄膜(3)的厚度，使得在不需要形成金属硅化物的地方，硅被完全 刻蚀掉；5) 采用镀膜工艺在含有硅纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗强，王强，顾长志，金爱子，李俊杰，杨海方，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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