本發(fā)明屬于半導(dǎo)體芯片或納米微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維自限制精確制造硅納米線柱的方法。
背景技術(shù)：
集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“ic”表示。集成電路發(fā)明者為杰克?基爾比（基于鍺（ge）的集成電路）和羅伯特?諾伊思（基于硅（si）的集成電路）。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，晶體管的特征尺寸不斷縮小，目前正在由5nm向更小的技術(shù)邁進(jìn)，溝道也由平面發(fā)展到鰭形（finfet）再到納米線（nanowire），所以對(duì)其制造技術(shù)提出了更高的要求，尤其是三維加工能力。
原子層刻蝕技術(shù)（atomiclayeretching）是一項(xiàng)新興的刻蝕技術(shù)，目前有設(shè)備廠商及研究機(jī)構(gòu)推出一種刻蝕硅的原子層刻蝕技術(shù)，基本原理及過程如下：
1）采用cl2去改性（modification）硅表面：將si-si懸掛鍵改性成si-cl鍵cl2(氣)+si(固)→siclx(固)；由于形成的物質(zhì)在常溫下為固體，所以該步具有自我限制特性，只影響約一個(gè)原子層；
2）去除多余cl2；
3）采用合適能量的ar離子去除siclx(固)且不能傷到si，si-si鍵能為si-si3.4ev，si-cl鍵能為4.2ev。
cl的引入會(huì)將si與下層si之間的鍵能降低到2.3ev，所以ar離子能量要精確敲擊掉si-cl物質(zhì)而不夠敲擊si-si的閾值即可自我限制地刻蝕掉siclx；然后重復(fù)以上過程完成刻蝕。
目前有機(jī)構(gòu)報(bào)道該技術(shù)可用于鰭形柵刻蝕的過刻刻蝕中，較傳統(tǒng)刻蝕，可以用更小的過刻量（25%）達(dá)到去除硅殘留的目的。
這些現(xiàn)有技術(shù)，存在以下缺點(diǎn)：
1)對(duì)設(shè)備控制提出了極高的要求：需要對(duì)離子能量提出了極高的要求，只有當(dāng)離子能量適當(dāng)才能實(shí)現(xiàn)，離子能量低了達(dá)不到去除改性層目的，離子能量高了將會(huì)造成si表面損傷或者刻蝕掉硅達(dá)不到原子層自我限制刻蝕的目的(selflimitedetching)。
2）該方法因去除離子具有方向性，無法實(shí)現(xiàn)三維（橫向加工），在未來需要三維加工領(lǐng)域如納米線加工領(lǐng)域?qū)?huì)受到局限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，既具有原子層級(jí)的自我限制能力，又可以實(shí)現(xiàn)三維（橫向與縱向加工）加工，還對(duì)設(shè)備本身控制能力不需要現(xiàn)有技術(shù)方案那么高。
技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，包括以下步驟：
1）si表面自我限制氧化層的形成；
2）多余o氣氛去除；
3）選擇性化學(xué)刻蝕掉sio層；
4）重復(fù)步驟1）~3），實(shí)現(xiàn)精確控制刻蝕量。
步驟1）中，si在常溫下與o2反應(yīng)形成sio2，厚度為1至幾個(gè)原子厚度。
步驟3）中，使用氣態(tài)hf刻蝕sio2，選擇性化學(xué)刻蝕掉sio層。
所述的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，制備之前：用長膜和光刻及刻蝕技術(shù)，生長出阻擋層hfo2，si厚度50~100nm，硬掩蔽層al2o3；光刻出90nm~45nm尺寸的線或柱出來，去除光刻膠。阻擋層hfo2厚度1~10nm。硬掩蔽層al2o3厚度1~10nm。
所述的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，在真空反應(yīng)腔內(nèi)，控制襯底溫度0~200℃，用o2處理1~10s，sio2厚度3a；然后抽空腔體殘余o2。
所述的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，通入hf氣體，處理1~10s，使用hf選擇性腐蝕掉sio2。
所述的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，循環(huán)刻蝕，控制最終留下的硅線柱寬3~10nm。
所述的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，采用稀釋的hcl選擇性去除掩蔽層al2o3，獲得納米尺度的硅線柱。
該方法中沒有涉及離子定向刻蝕過程，具有明顯的各向同性的特點(diǎn)，同時(shí)每步又具有自我限制的特點(diǎn)：
（1）si-o鍵的形成是公知的非常容易而且厚度非常好控制，si在常溫下與o2就很容易形成sio2層并且具有良好的自我限制特性，厚度僅為1至幾個(gè)原子厚度。所以第一步熱反應(yīng)非常容易實(shí)現(xiàn)且具有良好的自我限制特性；
（2）氣態(tài)的氟化氫（vaporhf）可以刻蝕sio2，反應(yīng)為：sio2+4hf（氣態(tài)）=sif4（氣態(tài)）+2h2o（氣態(tài)），且不和si反應(yīng)，所以該步也有良好的自我限制特性。
所以從步驟1）到步驟3）可以實(shí)現(xiàn)自我限制的si刻蝕，重復(fù)這些步驟即可實(shí)現(xiàn)精確控制刻蝕量。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三維自限制精確制造硅納米線柱的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）既具有原子層級(jí)的自我限制能力，又可以實(shí)現(xiàn)三維加工，彌補(bǔ)了目前原子層刻蝕技術(shù)不具備橫向刻蝕能力的缺陷；
2）設(shè)備本身控制能力不需要現(xiàn)有技術(shù)方案那么高，現(xiàn)有技術(shù)需要從精確控制離子轟擊能量，本發(fā)明利用化學(xué)反應(yīng)的自限制來實(shí)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的刻蝕的精度即可。
3）因?yàn)榉磻?yīng)過程以化學(xué)為主，所以設(shè)備可以設(shè)計(jì)成批處理，比現(xiàn)有原子層刻蝕的單片處理具有更高的生產(chǎn)效率（throughput）。
附圖說明
圖1是三維自限制精確制造硅納米線柱的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1
一種三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，包括以下步驟：
1）si表面自我限制氧化層（si-o）的形成；si-o鍵的形成非常容易且厚度非常好控制，si在常溫下與o2就很容易形成sio2層并且具有良好的自我限制特性，厚度僅為1至幾個(gè)原子厚度，所以該熱反應(yīng)非常容易實(shí)現(xiàn)且具有良好的自我限制特性；
2）多余o氣氛去除；
3）選擇性化學(xué)刻蝕掉sio層；氣態(tài)的氟化氫（vaporhf）可以刻蝕sio2，反應(yīng)為：sio2+4hf（氣態(tài)）=sif4（氣態(tài)）+2h2o（氣態(tài)）且不和si反應(yīng)，所以該步也有良好的自我限制特性；
4）重復(fù)步驟1）~3），即可實(shí)現(xiàn)精確控制刻蝕量。
實(shí)施例2
一種三維自限制精確制造硅納米線柱的方法，同實(shí)施例1，如圖1所示，其中：用當(dāng)前常規(guī)的長膜和光刻及刻蝕技術(shù)，生長出阻擋層3（hfo2），厚度1~10nm，硅2（si），厚度50~100nm，硬掩蔽層1（al2o3），厚度1~10nm；采用常規(guī)光刻出90nm~45nm尺寸的線或柱出來，去除光刻膠；
1）然后在真空反應(yīng)腔內(nèi)控制襯底溫度（0~200℃），用o2處理1~10s，sio2厚度約3a；然后抽空腔體殘余o2；
2）通入hf氣體，處理1~10s，讓hf將sio2選擇性腐蝕掉，因?yàn)閔f和al的氟化物具有非常高的沸點(diǎn)，所以在其氟化物的自鈍化下，hf不會(huì)腐蝕掩蔽層和阻擋層。然后抽空腔體內(nèi)殘余hf及生成氣體。
3）循環(huán)以上步驟并根據(jù)每次循環(huán)精確的刻蝕量控制最終留下的硅柱（線）寬約3nm~10nm。
4）采用稀釋的hcl即可選擇性去除掉掩蔽al2o3獲得納米尺度的硅柱（線），且不需要先進(jìn)光刻技術(shù)。