专利名称：制作纳米尺寸间距的电极的方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种制作纳米尺寸间距的电极的方法。本 发明提出了一种采用侧墙工艺和恒温TMAH溶液湿法腐蚀多晶硅的方法制备纳米尺寸间距 的电极的方法。该方法避免了使用电子束曝光的成本高、周期长的不足，在突破光刻分辨率 限制及提高器件与CMOS兼容性等方面具有很大的优越性。
背景技术：
随着微电子工艺的迅速发展，器件的集成度急剧提高，器件单元的微型化甚至纳 米化，使得制备具有良好的导电性能、工艺可靠和间距尺寸纳米化的电极变得越来越重要。 纳米电极在微器件如分子器件、量子器件、集成电路、微传感器等领域都有重要的应用。随 着微电子器件的集成密度随着摩尔定律提高，要想获得更好的集成密度，制备间距小尺寸 的尤其是纳米尺寸间距的电极，成为当前研究的重要内容。目前，纳米尺寸间距的电极的制备方法主要有光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻 蚀、微接触印刷、电化学方法和电迁移方法等。但是，光学光刻方法受到光波波长限制，刻蚀 的电极在微米量级，难以达到纳米量级；微接触印刷、电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法 周期长成本高；电化学和电迁移方法工艺可靠性较低，可能导致与CMOS工艺的不兼容。为 了突破光刻分辨率限制及提高器件与CMOS工艺的兼容性，寻找简单而低成本的制备纳米 尺寸间距的电极的方法，我们提出本发明构思。
发明内容
要解决的技术问题本发明的主要目的在于提供一种制作纳米尺寸间距的电极的方法，以寻找到一种 纳米尺寸间距的电极的制作方法，并且制备方法简单且成本低廉，能够突破光刻分辨率限 制，并提高与COMS器件的兼容性。本发明提高一种制作纳米尺寸间距的电极的方法，该方法包括步骤1 在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层；步骤2 在该电热绝缘材料层上淀积一层基底材料层并用光刻和干法刻蚀的方法 去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；步骤3 在该电热绝缘材料层的上面和去除基底材料层的上面及侧壁淀积侧墙材 料层；步骤4:采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层及电热绝缘材料层 表面的侧墙材料层，将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；步骤5、用恒温TMAH溶液去除基底材料层，从而只保留下纳米尺寸的侧墙；步骤6 最后采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层的相 对两侧边上搭上一条制作纳米尺寸间距的电极的金属层；步骤7、用湿法腐蚀方法去除侧墙同时剥离掉附着在侧墙材料层上的金属层，形成纳米尺寸间距的电极。其中所述电热绝缘材料层是氮化硅或SiO2 ；所述基底材料层是多晶硅；所述侧墙 材料层是SiO2或氮化硅；所述金属层是钨、铝、铜、金或银中的一种。其中所述衬底是半导体材料衬底或是绝缘材料衬底。其中所述半导体材料衬底是硅片或SOI片。其中所述绝缘材料衬底是SiO2或玻璃。其中所述去除基底材料层采用的腐蚀液是恒温TMAH溶液，温度恒定在50-90°C之 间。其中所述去除侧墙材料层采用的腐蚀液是氢氟酸或热浓磷酸中的一种。其中所述基底材料层的厚度为20-2000nm。其中所述侧墙材料层形成的侧墙的宽度为5-200nm。其中所述金属层形成的纳米尺寸间距的电极的间距宽度为5-200nm，长度为 IOOnm-毫米量级。从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果本发明提供的这种制作纳米尺寸间距的电极的方法，采用薄膜工艺、光刻剥离工 艺、湿法刻蚀工艺和侧墙工艺制备了纳米尺寸间距的金属电极。这种电极制备方法的特 点在于结构简单，制备方便，电极尺寸小，避免了使用电子束曝光(EBL)，聚焦离子束曝光 (FIB)等技术，大大降低了成本，集成度大幅度的提高，同时突破光刻分辨率限制及提高了 与CMOS工艺的兼容性等。
为进一步描述本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其 中图1是本发明提供的制作纳米尺寸间距的电极的方法流程图；图2-图7是制作纳米尺寸间距的电极的结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1、图2-图7，本发明一种制作纳米管道的方法，其特征在于，该方法包 括步骤1 在衬底101上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层102 ；所述的电热绝缘材 料102，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成 的混合物中的任一种；所述在衬底上生长一层电热绝缘材料102，可以是采用溅射法、蒸发 法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧 化方法中的一种实现的；所述电热绝缘材料102，对于步骤4中湿法去除基底材料层103和 步骤6中湿法去除侧墙材料层104时使用的腐蚀液均具抗腐蚀性(图2)；其中所述电热绝 缘材料层102是氮化硅或SiO2 ；所述衬底101是半导体材料衬底或是绝缘材料衬底；所述 半导体材料衬底101是硅片或SOI片，所述绝缘材料衬底是SiO2或玻璃；步骤2 在该电热绝缘材料层102上淀积一层基底材料层103并用光刻和干法刻 蚀的方法去除基底材料层103的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；其中所述的基底材
4料层103，是多晶硅；所述的基底材料层103，是采用低压化学气相淀积法制备的(图2)；所 述基底材料层103是多晶硅；所述基底材料层103的厚度为20-2000nm ；步骤3 在该电热绝缘材料层102的上面和去除基底材料层103的上面及侧壁淀 积侧墙材料层104 ；采用干法回刻，去除基底材料层103上表面的侧墙材料层104及电热绝 缘材料层102表面的侧墙材料层104，将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；所述侧墙材料层 104形成的侧墙的宽度为5-200nm ；其中所述的侧墙材料层104，可以是氧化物、氮化物、硫 化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种(氢氟酸或 热浓磷酸中的一种)；所述淀积一层侧墙材料层104，可以是采用溅射法、蒸发法、等离子体 辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一 种实现的；所述的侧墙材料层104，对于步骤4中去除基底材料层103时使用的腐蚀液具有 抗腐蚀性(图3、图4)；所述侧墙材料层104是SiO2或氮化硅；步骤4、用恒温TMAH溶液去除基底材料层103，从而只保留下纳米尺寸的侧墙；恒 温TMAH溶液的温度可以恒定在50-90°C中的某一值(图5)；步骤5 最后采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层104 的相对两侧边上搭上一条制作纳米尺寸间距的电极的金属层105 ；所述的金属层105，对于 步骤6中去除侧墙材料层104时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性；所述金属层105，可以是钨、 铝、铜、金、银等中的一种；所述金属层105，可以是用电子束蒸发、热蒸发、或磁控溅射等中 的一种制备的(图6)；所述金属层105是钨、铝、铜、金或银中的一种；所述金属层105形成 的纳米尺寸间距的电极的间距宽度为5-200nm，长度为IOOnm-毫米量级；步骤6、用湿法腐蚀方法去除侧墙同时剥离掉附着在侧墙材料层104上的金属层 105，形成纳米尺寸间距的电极；其中的腐蚀液可以是HF酸、或热浓磷酸等中的一种(图 7)。本发明提供的制作纳米尺寸间距的电极的方法，基于侧墙方法和恒温TMAH湿法 腐蚀方法，从而突破光刻分辨率限制并提高与COMS工艺兼容性。以下为具体实施例。实施例11、采用单晶硅片、SOI片等半导体或者绝缘材料作为衬底101 ；2、采用薄膜制备工艺，在衬底上制备电热绝缘层氮化硅102 ；3、在电热绝缘层氮化硅上LPCVD淀积多晶硅作为制作侧墙基底103，然后通过光 学光刻和干法刻蚀形成侧墙基底图形，如图2所示。4、PECVD淀积牺牲侧墙材料二氧化硅104，如图3所示；然后干法回刻形成牺牲侧 墙，如图4所示。 5、用恒温TMAH溶液漂去侧墙基底(恒温TMAH溶液对衬底氮化硅和侧墙二氧化硅 的刻蚀选择比很高)，如图5所示。6、采用光学光刻和剥离工艺在牺牲侧墙的相对两侧边上形成钨的金属层105，如 图6所示。然后再用氢氟酸将侧墙漂去，与此同时，附着在侧墙上的金属也被漂掉，从而形 成金属电极，如图7所示。实施例2具体步骤和条件同实施例1，不同之处在于采用SiO2作为电热绝缘材料，氮化硅作 为侧墙材料，采用热浓磷酸作为腐蚀侧墙的腐蚀液。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种制作纳米尺寸间距的电极的方法，该方法包括步骤1在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层；步骤2在该电热绝缘材料层上淀积一层基底材料层并用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；步骤3在该电热绝缘材料层的上面和去除基底材料层的上面及侧壁淀积侧墙材料层；步骤4采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层及电热绝缘材料层表面的侧墙材料层，将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；步骤5、用恒温TMAH溶液去除基底材料层，从而只保留下纳米尺寸的侧墙；步骤6最后采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层的相对两侧边上搭上一条制作纳米尺寸间距的电极的金属层；步骤7、用湿法腐蚀方法去除侧墙同时剥离掉附着在侧墙材料层上的金属层，形成纳米尺寸间距的电极。
2.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述电热绝缘材料层 是氮化硅或SiO2 ；所述基底材料层是多晶硅；所述侧墙材料层是SiO2或氮化硅；所述金属 层是钨、铝、铜、金或银中的一种。
3.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述衬底是半导体材 料衬底或是绝缘材料衬底。
4.根据权利要求3所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述半导体材料衬底 是硅片或SOI片。
5.根据权利要求3所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述绝缘材料衬底是 SiO2或玻璃。
6.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述去除基底材料层 采用的腐蚀液是恒温TMAH溶液，温度恒定在50-90°C之间。
7.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述去除侧墙材料层 采用的腐蚀液是氢氟酸或热浓磷酸中的一种。
8.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述基底材料层的厚 度为 20-2000nm。
9.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述侧墙材料层形成 的侧墙的宽度为5-200nm。
10.根据权利要求1所述的制作纳米尺寸间距的电极的方法，其中所述金属层形成的 纳米尺寸间距的电极的间距宽度为5-200nm，长度为IOOnm-毫米量级。
全文摘要
一种制作纳米尺寸间距的电极的方法，该方法包括在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层；在该电热绝缘材料层上淀积一层基底材料层并用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；在该电热绝缘材料层的上面和去除基底材料层的上面及侧壁淀积侧墙材料层；采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层及电热绝缘材料层表面的侧墙材料层，将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；用恒温TMAH溶液去除基底材料层，从而只保留下纳米尺寸的侧墙；最后采用光刻+剥离工艺或者光刻+干法刻蚀工艺在该侧墙材料层的相对两侧边上搭上一条制作纳米尺寸间距的电极的金属层；用湿法腐蚀方法去除侧墙同时剥离掉附着在侧墙材料层上的金属层，形成纳米尺寸间距的电极。
文档编号B82B3/00GK101920932SQ200910087128
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者张加勇, 杨富华, 王晓东, 王晓峰 申请人:中国科学院半导体研究所