【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路中半导体制造领域，具体涉及的是反应离子刻蚀制备垂直型全栅晶体管沟道用的硅纳米柱的方法。
技术介绍
1、全栅型(gate all around，也称环栅型)金属氧化物半导体场效应晶体管(以下简称晶体管或者mosfet)将栅极对沟道的控制能力发挥到最强，是下一代集成电路的主流核心器件。单晶硅纳米柱(以下简称硅纳米柱)具有高的载流子迁移速率，可作为优异的全栅晶体管沟道。目前适合于集成电路中的硅纳米柱的制备方法是反应离子刻蚀，常用的工艺气体为刻蚀气体与钝化气体的混合气体，其中刻蚀气体用于刻蚀硅材料，钝化气体用于形成钝化层，在刻蚀与钝化共同作用下形成硅纳米柱。然而刻蚀过程中复杂的等离子体反应导致难以制备高纵横比且陡直的(柱与衬底夹角为90°)硅纳米柱，而高纵横比且陡直的纳米柱是保证垂直型全栅晶体管源极与漏极对称从而获得优异的电学性能与高集成度潜力的关键。此外，刻蚀过程中易出现长草问题，即由于杂质溅射或钝化物残留导致的微掩膜，而在衬底上形成类似草形状的硅微结构(硅草)，这种硅草的存在降低表面的平整度，不利于后续工艺开展。因此制备高纵横比、陡直、且衬底表面干净的硅纳米柱是实现垂直型全栅晶体管及下一代集成电路的关键。
技术实现思路
1、鉴于上述背景，本专利技术提出了一种基于简单的垫高样品的反应离子刻蚀方法，制备出高纵横比、陡直、且衬底表面干净，垂直型全栅晶体管用硅纳米柱，该硅纳米柱适用于集成电路制备。
2、本专利技术提案了以下垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，
3、(1.1)对晶圆表面进行清洗；
4、(1.2)在所述晶圆表面制备出刻蚀用的掩膜图案；
5、(1.3)在反应离子刻蚀设备极板上放入金属垫片，将晶圆放在垫片上；
6、(1.4)设置反应离子刻蚀参数，通入刻蚀气体与钝化气体的混合气体，通入射频功率，对晶圆进行刻蚀；
7、(1.5)将刻蚀后的晶圆在氢氟酸中浸泡除去侧壁钝化层，得到具有高纵横比、陡直、衬底表面干净的硅纳米柱。
8、对以上特征补充说明以下：
9、在晶圆表面制备出刻蚀用的掩膜图案，可采用首先在晶圆上旋涂正性电子束胶，经过曝光显影，接着采用物理沉积方法沉积金属掩膜，最后剥离多余电子束胶来形成掩膜图案，其中物理沉积可采用热蒸发、电子束蒸发与磁控溅射，金属掩膜为ag、cu、al、cr、au、pt中的任一种；或可采用在晶圆上旋涂负性电子束胶，曝光掩膜图案，显影除去多余电子束胶，从而形成掩膜图案。
10、在晶圆表面制备出刻蚀用的掩膜图案，图案尺寸越小，形成的硅纳米柱的尺寸越小，通过改变图案尺寸控制硅纳米柱的直径。
11、对上述制造方法，进一步限制特征如下：
12、所述金属垫片高度为4mm-10mm。
13、对以上特征补充说明以下：
14、当没有金属垫片时，衬底表面易出现长草现象，且当金属垫片低于4mm时，硅纳米柱的陡直性差，当金属垫片高于10mm时，硅纳米柱会被刻蚀导致高度剧减。刻蚀过程中金属垫片的作用为(1)改变鞘层形状，促进各向异性刻蚀，从而形成陡直硅纳米柱；(2)消除由于极板溅射导致的硅草，从而形成干净的衬底表面。
15、对上述制造方法，进一步限制特征如下：
16、所述刻蚀气体与钝化气体的混合气体组合为sf6与o2、cl2与o2、cf4与o2、chf3与o2、sf6与c4f8、cf4与c4f8、与chf3与c4f8的任一种；所述钝化气体所占比例需要保证其在所述硅纳米柱侧壁形成钝化层。
17、对以上特征补充说明以下：
18、上述混合气体中，钝化气体占比可以根据实际进行调整，需要高钝化气体占比来保证产生过钝化刻蚀(在硅纳米柱侧壁形成钝化层)，具体作用为：一是在硅纳米柱侧壁产生钝化层，防止横向刻蚀导致的硅纳米柱坍塌，保证侧壁陡直，二是钝化层在金属掩膜被刻蚀掉后充当掩膜层，提高了硅纳米柱的纵横比。
19、sf6与o2是制备硅纳米柱的常用气体，且价格相比于c4f8的组合低，当采用大于70％的o2占比，样品垫高高度为8mm时，可制备纵横比大于10、陡直、衬底表面干净、直径小于150nm的硅纳米柱。
20、硅纳米柱的刻蚀前期是由金属掩膜保护，刻蚀后期当金属掩膜被侵蚀后，由钝化层保护，刻蚀时间越长，硅纳米柱的高度越高，可通过改变刻蚀时间控制硅纳米柱的高度。
21、本专利技术的有益效果是：
22、1)本专利技术采用简单的垫高样品的反应离子刻蚀方法，制备出垂直型全栅晶体管用硅纳米柱；
23、2)所制备的硅纳米柱纵横比高、陡直、衬底表面光滑、尺寸(直径与高度)可控、位置精确，可以应用于集成电路领域。
24、3)本专利技术方法成本低廉、操作简单。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，其特征在于：所述金属垫片高度为4mm-10mm。
3.如权利要求1所述的一种垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，其特征在于：所述刻蚀气体与钝化气体的混合气体组合为SF6与O2、Cl2与O2、CF4与O2、CHF3与O2、SF6与C4F8、CF4与C4F8、与CHF3与C4F8的任一种；所述钝化气体所占比例需要保证其在所述硅纳米柱侧壁形成钝化层。
【技术特征摘要】
1.一种垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种垂直型全栅晶体管用硅纳米柱的制备方法，其特征在于：所述金属垫片高度为4mm-10mm。
3.如权利要求1所述的一种垂直型全栅晶体...
【专利技术属性】
技术研发人员：张静静，叶术军，赵秋彤，郭景全，于黎辉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。