專利名稱：硅納米線器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片，特別涉及一種硅納米線器件的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著人們對(duì)納米技術(shù)領(lǐng)域的不斷探索和研究，具有一維納米結(jié)構(gòu)的材料，如硅納米線(SiNW，Silicon Nanowire)，吸引了越來越多人的眼球。硅納米線具有顯著的量子效應(yīng)、超大面容比等特性，在MOS器件、傳感器等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。硅納米線器件，作為一種生物芯片基本單元，正被越來越廣泛地應(yīng)用于生物探測(cè)領(lǐng)域。如圖la、圖Ib所示，現(xiàn)有技術(shù)中的硅納米線器件，通常是在多晶硅或單晶硅表面2021 上覆蓋一層氧化層2022而形成硅納米線202以及兩端的器件區(qū)B，其主要的工作原理類似于M0SFET，利用多晶硅或者單晶硅上的氧化層作為柵氧，由于吸附其上的生物分子集團(tuán)通常都帶有電荷，該電荷會(huì)對(duì)硅納米線進(jìn)行類似于MOSFET的電勢(shì)調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響硅納米線的導(dǎo)電特性，通過對(duì)這種導(dǎo)電特性的監(jiān)控可識(shí)別特定的生物分子集團(tuán)?，F(xiàn)有技術(shù)的硅納米線器件的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，極細(xì)的多晶硅線外包覆均勻厚度的氧化膜裸露在外界環(huán)境下，而其器件區(qū)B則必須覆蓋絕緣層。目前在常規(guī)的半導(dǎo)體工藝中，形成上述結(jié)構(gòu)通常選擇光刻、刻蝕工藝，但由于各向異性刻蝕的特點(diǎn)，會(huì)在器件區(qū)B以外的硅納米線上形成小側(cè)墻211 (mini spacer)，同時(shí)等離子體刻蝕會(huì)造成硅納米線的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅納米線器件的制作方法，以消除硅納米線器件中器件區(qū)以外的硅納米線的側(cè)墻，降低成本。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種硅納米線器件的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成硅納米線；沉積無定形碳層以覆蓋所述硅納米線，在無定形碳層上沉積絕緣抗反射涂層；干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露出硅納米線器件區(qū)；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積氧化膜；在硅納米線器件區(qū)內(nèi)形成連通至硅納米線的金屬焊墊；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積鈍化層；采用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除硅納米線器件區(qū)以外的硅納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射涂層，停留在無定形碳層上；采用灰化工藝，去除硅納米線器件區(qū)以外的硅納米線上方的無定形碳層，暴露出硅納米線。作為優(yōu)選所述在襯底上形成硅納米線的步驟具體包括采用熱氧化方法，在襯底上形成二氧化硅層，在二氧化硅層上沉積多晶硅層，對(duì)所
4述多晶硅層進(jìn)行輕摻雜；對(duì)所述多晶硅層采用光刻、刻蝕工藝，形成多晶硅線；采用熱氧化方法，在多晶硅線表面上生長(zhǎng)氧化層以形成硅納米線。作為優(yōu)選所述干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露硅納米線器件區(qū)的步驟包括在絕緣抗反射涂層上涂敷光刻膠并通過光刻定義出對(duì)應(yīng)于硅納米線器件區(qū)的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內(nèi)干法刻蝕去除絕緣抗反射涂層和無定形碳層，暴露出硅納米線器件區(qū)；接著，去除光刻膠。作為優(yōu)選所述在硅納米線器件區(qū)內(nèi)形成連通至硅納米線的金屬焊墊的步驟包括采用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜并連通多晶硅線頂部的通孔，在通孔內(nèi)和氧化膜表面上沉積金屬形成金屬層，對(duì)氧化膜表面上的金屬層進(jìn)行光刻、刻蝕形成金屬焊墊。作為優(yōu)選所述采用光刻、刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除硅納米線器件區(qū)區(qū)域外的硅納米線上方的鈍化層、絕緣抗反射涂層和氧化膜，停留在無定形碳層上的步驟包括在鈍化層上涂覆光刻膠，并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(nèi)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(nèi)的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射涂層，停留在無定形碳層上。作為優(yōu)選所述采用灰化工藝，去除硅納米線器件區(qū)區(qū)域外的硅納米線上方的無定形碳層，暴露出硅納米線步驟中，同時(shí)去除硅納米線器件區(qū)的光刻膠。作為優(yōu)選所述絕緣抗反射涂層的厚度為200-600埃。作為優(yōu)選所述金屬焊墊為鋁焊墊。作為優(yōu)選所述鈍化層的材料為氮化硅和二氧化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用無定形碳層來制作硅納米線器件，由于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，在完成后續(xù)低溫圖形化(如金屬連線)工程后，再各向同性刻蝕剝離無定形碳層，來暴露硅納米線，所述無定形碳層具有高刻蝕比且低等離子體破壞性的優(yōu)點(diǎn)，使得硅納米線器件的硅納米線沒有小側(cè)墻，同時(shí)制造成本低。


圖Ia是一種硅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(xiàn)有技術(shù)的硅納米線器件的剖面圖。圖3是本發(fā)明硅納米線器件制作工藝的流程圖。圖4a_4h是本發(fā)明硅納米線器件制作中各工藝步驟的剖面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明下面將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸，本發(fā)明中硅納米線器件剖面圖以簡(jiǎn)化的方式只畫出了部分硅納米線和一個(gè)器件區(qū)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。請(qǐng)參閱圖3所示，在本實(shí)施例中，本發(fā)明硅納米線器件的制作方法包括以下步驟在步驟101中，如圖如所示，在襯底上形成硅納米線；所述步驟包括以下步驟 采用熱氧化方法，在襯底200上形成二氧化硅層201，在二氧化硅層201上沉積多晶硅層 2021，對(duì)所述多晶硅層2021進(jìn)行輕摻雜；對(duì)所述多晶硅層采用光刻、刻蝕工藝，形成多晶硅線2021 ；采用熱氧化方法，在多晶硅線2021表面上生長(zhǎng)氧化層2022，形成硅納米線202。在步驟102中，如圖4b所示，沉積無定形碳層203以覆蓋所述硅納米線202，在無定形碳層 203 上沉積絕緣抗反射涂層 204 (DARC，dielectric anti-reflective coating)， 所述無定形碳層203可采用應(yīng)用材料公司的APF薄膜(Advanced Pattening Film)，所述絕緣抗反射涂層204的厚度為200-600埃；在步驟103中，如圖如所示，干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露硅納米線器件區(qū)，該步驟包括在絕緣抗反射涂層204上涂敷光刻膠205 并通過光刻定義出對(duì)應(yīng)于硅納米線器件區(qū)的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內(nèi)干法刻蝕去除絕緣抗反射涂層204和無定形碳層203，暴露出硅納米線器件區(qū)B。硅納米線器件區(qū)B以外的硅納米線202上依舊覆蓋著無定形碳層203、絕緣抗反射涂層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(jié)構(gòu)表面沉積氧化膜206 ；在步驟105中，如圖如所示，在硅納米線器件區(qū)B形成連通至硅納米線的金屬焊墊207，該步驟包括采用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜206連通多晶硅線2021頂部的通孔，在通孔內(nèi)和氧化膜206表面上沉積金屬形成金屬層，對(duì)氧化膜206表面上的金屬層進(jìn)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(jié)構(gòu)表面沉積鈍化層208，所述鈍化層208為
氮化硅和二氧化硅；在步驟107中，如圖4g所示，采用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊207上形成接觸孔 210，去除硅納米線器件區(qū)B區(qū)域外的硅納米線上方的鈍化層208、氧化膜206和絕緣抗反射涂層204，停留在無定形碳層203上，該步驟具體包括在鈍化層上涂覆光刻膠209，并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(nèi)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(nèi)的鈍化層208、氧化膜206和絕緣抗反射涂層204，停留在無定形碳層203上；在步驟108中，如圖4h所示，采用灰化工藝，去除硅納米線器件區(qū)B區(qū)域外硅納米線202上方的無定形碳層203，暴露出硅納米線202，同時(shí)除去硅納米線器件區(qū)B上的光刻膠209，由于灰化工藝對(duì)于無定形碳層的去除是各項(xiàng)同性的，可避免在硅納米線202上形成側(cè)墻，所述無定形碳層203相對(duì)氧化膜、多晶硅、氮化硅有較高的刻蝕選擇比，無定形碳層 氧化膜為10 1，無定形碳層多晶硅為6 1，無定形碳層氮化硅為4 1，由于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，在完成后續(xù)低溫圖形化(如金屬連線)工藝后，再各向同性刻蝕剝離無定形碳層， 來暴露硅納米線，所述無定形碳層具有高刻蝕比且低等離子體破壞性的優(yōu)點(diǎn)，使得硅納米線器件的硅納米線沒有小側(cè)墻，同時(shí)制造成本低。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種硅納米線器件的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成硅納米線；沉積無定形碳層以覆蓋所述硅納米線，在無定形碳層上沉積絕緣抗反射涂層；干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露出硅納米線器件區(qū)；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積氧化膜；在硅納米線器件區(qū)內(nèi)形成連通至硅納米線的金屬焊墊；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積鈍化層；采用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除硅納米線器件區(qū)以外的硅納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射涂層，停留在無定形碳層上；采用灰化工藝，去除硅納米線器件區(qū)以外的硅納米線上方的無定形碳層，暴露出硅納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述在襯底上形成硅納米線的步驟具體包括采用熱氧化方法，在襯底上形成二氧化硅層，在二氧化硅層上沉積多晶硅層，對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行輕摻雜；對(duì)所述多晶硅層采用光刻、刻蝕工藝，形成多晶硅線；采用熱氧化方法，在多晶硅線表面上生長(zhǎng)氧化層形成以硅納米線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露出硅納米線器件區(qū)的步驟包括在絕緣抗反射涂層上涂敷光刻膠并通過光刻定義出對(duì)應(yīng)于硅納米線器件區(qū)的刻蝕窗口，在所述刻蝕窗口內(nèi)干法刻蝕去除絕緣抗反射涂層和無定形碳層，暴露出硅納米線器件區(qū)；接著， 去除光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述在硅納米線器件區(qū)內(nèi)形成連通至硅納米線的金屬焊墊的步驟包括采用光刻、刻蝕形成貫穿氧化膜并連通多晶硅線頂部的通孔，在通孔內(nèi)和氧化膜表面上沉積金屬形成金屬層，對(duì)氧化膜表面上的金屬層進(jìn)行光刻、刻蝕形成金屬焊墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述采用光刻、刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除硅納米線器件區(qū)區(qū)域外的硅納米線上方的鈍化層、 絕緣抗反射涂層和氧化膜，停留在無定形碳層上的步驟包括在鈍化層上涂覆光刻膠，并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(nèi)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(nèi)的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射涂層，停留在無定形碳層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述采用灰化工藝， 去除硅納米線器件區(qū)區(qū)域外的硅納米線上方的無定形碳層，暴露出硅納米線步驟中，同時(shí)去除硅納米線器件區(qū)的光刻膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述絕緣抗反射涂層的厚度為200-600埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述金屬焊墊為鋁焊墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線器件的制作方法，其特征在于所述鈍化層的材料為氮化硅和二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅納米線器件的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成硅納米線；依次沉積無定形碳層和絕緣抗反射涂層；干法刻蝕去除部分硅納米線上方的絕緣抗反射涂層和無定形碳層暴露硅納米線器件區(qū)；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積氧化膜；在硅納米線器件區(qū)內(nèi)形成連通至硅納米線的金屬焊墊；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積鈍化層；采用光刻刻蝕工藝，在金屬焊墊上形成接觸孔，去除硅納米線器件區(qū)外的硅納米線上方的鈍化層、氧化膜和絕緣抗反射涂層，停留在無定形碳層上；采用灰化工藝，去除硅納米線器件區(qū)外的硅納米線上方的無定形碳層，暴露出硅納米線。本發(fā)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，消除了硅納米線器件中器件區(qū)以外的硅納米線的側(cè)墻。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102354669SQ20111032816
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者景旭斌, 楊斌, 郭明升 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司