专利名称：一种生物芯片中硅纳米线阵列的制造方法
技术领域：
本发明涉及生物芯片的制造领域，尤其涉及一种在制造生物芯片中硅纳米线阵列时，避免硅纳米线倒塌的工艺方法。
背景技术：
所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子(如基因片段、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,简称为DNA)片段或多肽、蛋白质)的微阵列(micro-arrays)杂交型芯片，阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是预先设定好的序列点阵。 生物芯片是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、核糖核酸(Ribonucleic Acid,简称为RNA)、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。它是一种检测工具，非常像传感器，外表则像计算机芯片，固定住不同的生物材料或生物分子，借助这些生物分子，可以对相应生物样品(血液、尿液、痰液等)中的靶标进行检测。通过用正常样品的数据与检测样品的数据比较，分析是否存在差异，医生就可以根据差异的情况判断被检测者的身体是否患有疾病。生物芯片检测的敏感系数与其阵列分布有着密切的关系，一般来说，阵列越密集其检测敏感度就越高，因此为提高其阵列密度，生物芯片就与半导体集成电路制造紧密联系在一起，通过集成电路制造技术来制作出纳米级别的阵列，其用于组成阵列的硅纳米线尺寸分布从10纳米到130纳米，这就大大的提高的生物芯片的检测敏感度。在55纳米以下CMOS集成电路制造过程中，目前业内通用的应用低温氧化层(LowTemperature Oxidization简称LTO)来做硬掩膜(Hard Mask);应用光刻胶来做软掩膜(Mask)，通过光刻和干法刻蚀的方法来制作硅线条。请参阅图1，图I为现有技术中一实施例的硅纳米线的制作方法流程图，其包括下列步骤
步骤SOl :在半导体衬底上通过湿氧氧化的方法生长二氧化硅层；
步骤S02 :在二氧化硅层上生长多晶硅层；
步骤S03 :在多晶硅层上低温生长低温氧化层(LTO)；
步骤S04 :对多晶硅层及LTO层进行光刻及干法刻蚀形成硅纳米线条(SINW)图形化，可形成不同SINW线宽的硅纳米线条。生物芯片纳米阵列制作也采用上述技术，但是，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称CMOS)的娃纳米线阵列结构和生物芯片的硅纳米线阵列稍有不同，也就是说，CMOS的制造工艺在硅纳米线形成后，其LTO层可以保留；但生物芯片需要完全的硅纳米线阵列，在生物芯片的硅纳米线阵列工艺过程中，需包括去除LTO层的工艺步骤。然而，在现有技术中，当LTO层通过应用氟化氢(HF)为反应液的湿法方法去除时，在去除硅纳米线顶部LTO层的同时，其底部的二氧化硅同样会遭到侵蚀，这就造成硅纳米线，例如110纳米硅线条因底部侵蚀，存在倒塌的风险，而尺寸较小的硅线条，例如32纳米硅线条，更容易出现因底部侵蚀而倒塌问题。请参阅图2，图2为现有技术中根据图I所示的工艺流程步骤所形成硅纳米线条(SINW)的机构不意图。在本图中，标号I表不半导体衬底，标号2表不二氧化娃层,标号3表不多晶娃层或娃纳米线，标号7表不娃纳米底部。如图2所示，在上述完成步骤S04后直接应用以氢氟酸为反应液的湿法刻蚀方法去除LTO (例如，400 A)层；在去除LTO的同时，多晶硅层3下面的二氧化硅层2同样会遭到氢氟酸的湿法刻蚀；虽然，LTO层的刻蚀速率大于二氧化硅层2的速率，其速率比例大约为3 :1 ;但是，去除400 A LTO层的同时，在多晶硅层3的底部单方向上仍然有400 A/3=133A的二氧化硅被侵蚀，即如图中标号7所示的部分，那双边就会有133*2=266 A的二氧化硅被侵蚀。这就造成硅纳米底部尺寸较小(如32 55纳米)，以使该硅纳米线很容易倒塌。在 这种情况下，即使其他尺寸较大的硅纳米线也同样存在倒塌的风险。众所周知，倒塌将直接造成硅纳米线阵列失效，且进一步地，应用该硅纳米阵列的生物芯片检测结果也会出现异常而直接影响对病情的诊断。因此，业界急需特殊的方法来避免硅纳米线倒塌的问题。
发明内容
有鉴于现有技术方法中所采用的LTO湿法去除过程，因硅纳米线条底部侵蚀而容易出现倒塌的问题，本发明的主要目的在于提供一种减少因LTO湿法去除过程对硅纳米线条底部的侵蚀而达到避免其倒塌的工艺方法。为达成上述目的，本发明提供一种生物芯片中硅纳米线阵列的制造方法，该方法包括如下步骤
步骤Sll :在半导体衬底上通过湿氧氧化的方法生长二氧化硅层；
步骤S12 :在二氧化硅层上生长多晶硅层；
步骤S13 :在多晶硅层上低温生长低温氧化层；
步骤S14:对多晶硅层及低温氧化层进行光刻及刻蚀形成硅纳米线阵列图形，其中，硅纳米线阵列图形由娃纳米线组成；
步骤S15 :在硅纳米线表面再生长一层氮化硅层；对氮化硅层进行刻蚀，以在所述硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁；
步骤S16 :通过湿法刻蚀方法去除低温氧化层；
步骤S17 :通过刻蚀方法去除氮化硅侧壁。根据所述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S15中的氮化硅层厚度为50 A^150A0根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S15中对氮化硅进行整片刻蚀是采用干法刻蚀工艺完成的。根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S16中的湿法刻蚀方法为以氢氟酸为反应液的湿法刻蚀方法。根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S17中的刻蚀方法为以热磷酸为反应液的湿法刻蚀方法。
根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，热磷酸的反应温度为15(Γ200度。根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤Sll中生长出的所述二氧化硅层的厚度为1000 A 3000 A0根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，所述二氧化硅层是采用通过湿氧氧化的方法生成。根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S12中生长的所述多晶硅层的厚度为 loo A 1000 A ；
根据上述的硅纳米线阵列的制造方法，在步骤S13中生长出的所述低温氧化层的厚度为 150 A 500 Ao从上述技术方案可以看出，采用本发明形成硅纳米线阵列中的硅纳米线底部的二氧化硅层，有氮化硅侧壁的保护而完全没有遭到侵蚀，因此，可以在制作所有尺寸大小的硅 纳米线，均不用考虑硅纳米线的底部在去除LTO层被侵蚀而容易倒塌的情况。
图I为现有技术中常用的制作32纳米硅线的工艺流程示意图
图2为所示为现有技术工艺流程中LTO湿法刻蚀去除后32纳米硅线底部因遭侵蚀而变细的结构示意图
图3为本发明一具体实施例的制作32纳米硅线的工艺流程示意图 图4、5、6、7、8、9和10为本发明图3中工艺流程步骤所分步生成纳米硅线的结构示意
图
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图3-图10对本发明的制作32纳米硅线的工艺流程进行详细说明。请参阅图3，图3为本发明一具体实施例的制作32纳米硅线的工艺流程示意图。如图所示，本发明的生物芯片中硅纳米线阵列的制造方法包括如下步骤
步骤Sll :在半导体衬底上生长二氧化硅层；
步骤S12 :在二氧化硅层上生长多晶硅层；
步骤S13 :在多晶硅层上低温生长低温氧化层；
步骤S14:对多晶硅层及低温氧化层进行光刻及干法刻蚀形成硅纳米线阵列图形，其中，硅纳米线阵列图形由不同线宽的硅纳米线组成；
步骤S15 :在硅纳米线上再生长一层氮化硅层；对所述氮化硅层进行整片刻蚀，以在硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁；
步骤S16 :通过湿法刻蚀方法去除低温氧化层；
步骤S17 :通过湿法刻蚀方法去除氮化硅侧壁。从上述的实施方式可以看出，步骤S11、步骤S12、步骤S13和步骤S14与现有技术中生成硅纳米线阵列图形的工艺过程几乎相同，因此，任何在现有技术中可以生成硅纳米线阵列图形的工艺均可以应用于本发明的实施例中。所不同的是，在本发明的实施例中，没有在步骤S14后，直接通过应用氟化氢(HF)为反应液的湿法方法去除低温氧化层(LTO)层，而是先在在硅纳米线上再生长一层氮化硅层；对氮化硅层进行整片刻蚀，以在硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁(步骤S15)，然后，再通过湿法刻蚀方法去除低温氧化层(步骤S16)，从而可有效避免硅纳米线(SINW)容易倒塌的问题。具体地，下面通过附图4、5、6、7、8、9和10对图3中工艺流程步骤所对应完成的硅纳米线结构进行分步详细说明。请参阅图4，图4对应的是步骤11、步骤12和步骤13。也就是说，首先，在硅衬底I上用湿氧氧化的方法生长一层二氧化硅层2，优选地，二氧化硅层2厚度可以为1000AlOOO A ;接着，在二氧化硅层2上用炉管生长多晶硅层3，优选地，多晶硅层3厚度可以为100 A 1000 A ;然后，在多晶硅层3上面低温生长二氧化硅层4 (LT0)，优选地，LT04的厚度可以为150 A飞00 A ;最后，在二氧化硅层4上面涂上光刻胶5。 请参阅图5和图6，图5和图6对应的是步骤14。也就是说，如图5所示，按生物芯片光刻版的要求通过光刻的方法实现在光刻胶5上的图形化，其在光刻胶5上形成硅纳米线阵列图形。如图6所示，按正常干法刻蚀工艺流程以光刻胶5为掩膜(MASK)，在LTO层4上实现图形化；然后，完成去胶的过程；最后以LTO层4为MASK，在多晶硅层3上实现图形化，最终在LTO层4和多晶硅层3上形成硅纳米线阵列(步骤14)，优选地，硅纳米线阵列中的纳米线线宽可以为1(Γ130纳米。请参阅图7和图8，图7和图8对应的是步骤15。也就是说，图7所示为在硅纳米线形成后，再生长一层氮化硅层6，氮化硅层厚度可以为50 Α^150 �。叛〉兀浜穸却笤嘉�150Α。如图8所示，对所述氮化硅层进行整片干法刻蚀，以在硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁(SIN Spacer) 6。然后，请参阅图9，图9对应的是步骤16。也就是说，图9所示为通过以氢氟酸(HF)为反应液的湿法刻蚀方法去除LTO 4层，其所需的反应时间决定于完全去除LT04的时间。请参阅图10,图10对应的是步骤17。也就是说，图10所示为通过以热磷酸为反应液的湿法刻蚀方法去除氮化硅侧壁6。热磷酸温度可以为15(Γ200度；其所需的反应时间完全决定于完全去除氮化硅侧壁6的时间。经过以上处理，多晶硅层3中硅纳米线底部7的二氧化硅层2因为有氮化硅侧壁6的保护而完全没有遭到侵蚀，避免了硅纳米线面临的倒塌危险。综上所述，本发明的制造方法使硅纳米线阵列中的硅纳米线底部的二氧化硅层，有氮化硅侧壁的保护而完全没有遭到侵蚀，因此，使用该工艺可以在制作所有尺寸大小的硅纳米线，均不用考虑硅纳米线的底部在去除LTO层被侵蚀而容易倒塌的情况。即本发明的制造工艺适用于所有尺寸大小的硅纳米线。以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种生物芯片中硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，包括 步骤Sll :在半导体衬底上生长二氧化硅层； 步骤S12 :在所述的二氧化硅层上生长多晶硅层； 步骤S13 :在所述的多晶硅层上低温生长低温氧化层； 步骤S14 :对所述的低温氧化层及多晶硅层进行光刻、刻蚀形成硅纳米线阵列图形，其中，所述娃纳米线阵列图形由娃纳米线组成； 步骤S15 :在所述硅纳米线表面再生长一层氮化硅层；对所述氮化硅层进行刻蚀，以在所述硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁； 步骤S16 :通过湿法刻蚀方法去除所述低温氧化层； 步骤S17 :通过刻蚀方法去除所述氮化硅侧壁。
2.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S15中的氮化硅层厚度为50 A 150 A0
3.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S15中对氮化硅进行整片刻蚀是采用干法刻蚀工艺完成的。
4.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S16中的湿法刻蚀方法为以氢氟酸为反应液的湿法刻蚀方法。
5.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S17中的刻蚀方法为以热磷酸为反应液的湿法刻蚀方法。
6.根据权利要求5所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，所述热磷酸的反应温度为150 200度。
7.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤Sll中生长出的所述二氧化硅层的厚度为1000 Alooo L
8.根据权利要求I或7所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅层是采用通过湿氧氧化的方法生成。
9.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S12中生长的所述多晶硅层的厚度为100 Alooo L
10.根据权利要求I所述的硅纳米线阵列的制造方法，其特征在于，在所述步骤S13中生长出的所述低温氧化层的厚度为150 A飞00 L
全文摘要
本发明揭示了一种生物芯片中硅纳米线阵列的制造方法，其包括如下步骤在半导体衬底上通过湿氧氧化的方法生长二氧化硅层；在二氧化硅层上生长多晶硅层；在多晶硅层上低温生长低温氧化层；对多晶硅层及低温氧化层进行光刻及刻蚀形成硅纳米线阵列图形，其中，硅纳米线阵列图形由硅纳米线组成；在硅纳米线上再生长一层氮化硅层；对氮化硅层进行整片刻蚀以在硅纳米线两侧形成氮化硅侧壁；通过湿法刻蚀方法去除低温氧化层；通过湿法刻蚀方法去除氮化硅侧壁。因此，本发明可以在制作所有尺寸大小的硅纳米线，均不用考虑硅纳米线的底部在去除LTO层时由于被侵蚀而产生容易倒塌的情况。
文档编号G01N33/48GK102890150SQ201210353110
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者朱建军 申请人:上海集成电路研发中心有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
