一種全包圍柵極器件形成納米線的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種全包圍柵極器件形成納米線的方法，包括步驟：提供半導(dǎo)體襯底，包括基底層以及立于基底層上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，鰭形溝道結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料的鰭形溝道以及覆蓋鰭形溝道頂部的硬掩膜層；對(duì)鰭形溝道進(jìn)行氧化處理，使得鰭形溝道側(cè)壁表面被氧化層覆蓋包圍；進(jìn)行濕法回推，去除鰭形溝道的頂部拐角處的氧化層，使鰭形溝道的頂部拐角的半導(dǎo)體材料部分暴露；在鰭形溝道的頂部拐角暴露出的半導(dǎo)體材料處生長(zhǎng)外延線；移除硬掩膜層和鰭形溝道側(cè)壁上剩余的氧化層；熱氧化處理鰭形溝道使其完全轉(zhuǎn)化為氧化物，去除氧化物，使外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼诨讓由戏降募{米線。
【專利說明】一種全包圍柵極器件形成納米線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，且特別涉及一種全包圍柵極器件中形成納米線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路行業(yè)的不斷發(fā)展，集成芯片的關(guān)鍵尺寸也遵照摩爾定律不斷縮小，對(duì)于集成芯片的器件結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。在先進(jìn)的集成芯片中，傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)的器件已經(jīng)難以滿足電路設(shè)計(jì)的要求。因此非平面結(jié)構(gòu)的器件也應(yīng)運(yùn)而生，包括絕緣體上硅，雙柵、多柵、納米線場(chǎng)效應(yīng)管以及最新的三維柵極。
[0003]具有全包圍柵極(Gate-all-around)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件由于全包圍柵極結(jié)構(gòu)在器件性能以及有效地限制短溝道效應(yīng)(Short channel effect)的特殊性能,正是業(yè)界在遵循摩爾定律不斷縮小器件尺寸的革新中所極其渴望的。全包圍柵極結(jié)構(gòu)中的薄硅膜構(gòu)成的器件溝道被器件的柵極包圍環(huán)繞，而且僅被柵極控制。除此之外，漏場(chǎng)的影響也被移除，所以器件的短溝道效應(yīng)被有效限制。由于構(gòu)成器件溝道的硅膜與底部襯底之間最終需要懸空，因此全包圍柵極器件的制造工藝也較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種采用納米線作為器件溝道的全包圍柵極器件中納米線的形成方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種全包圍柵極器件形成納米線的方法，包括步驟:
[0006]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括基底層以及立于基底層上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，所述鰭形溝道結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料的鰭形溝道以及覆蓋所述鰭形溝道頂部的硬掩膜層；
[0007]對(duì)所述鰭形溝道進(jìn)行氧化處理，使得所述鰭形溝道側(cè)壁表面被氧化層覆蓋包圍；
[0008]進(jìn)行濕法回推，去除所述鰭形溝道的頂部拐角處的氧化層，使所述鰭形溝道的頂部拐角的半導(dǎo)體材料部分暴露；
[0009]在所述鰭形溝道的頂部拐角暴露出的半導(dǎo)體材料處生長(zhǎng)外延線；
[0010]移除所述硬掩膜層和鰭形溝道側(cè)壁上剩余的氧化層；
[0011]熱氧化處理所述鰭形溝道使其完全轉(zhuǎn)化為氧化物，去除所述氧化物，使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓由戏降募{米線。
[0012]進(jìn)一步地，所述鰭形溝道結(jié)構(gòu)還包括位于所述鰭形溝道和所述硬掩膜層之間的墊
氧化層。
[0013]進(jìn)一步地,所述鰭形溝道的半導(dǎo)體材料材質(zhì)包括S1、Ge或SiGe。
[0014]進(jìn)一步地，所述硬掩膜層的材質(zhì)為氮化物。
[0015]進(jìn)一步地,所述外延線的材質(zhì)包括Si或SiGe。[0016]進(jìn)一步地，使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓由戏降募{米線之后，還包括:
[0017]在所述納米線外周原子層沉積一層高介電常數(shù)材料層；
[0018]在所述納米線外周再濺鍍沉積一層金屬材料層。
[0019]進(jìn)一步地，所述高介電常數(shù)材料包括氧化鉿、氧化鋁、五氧化二鉭及氧化鋯中的至少一種。
[0020]進(jìn)一步地，所述金屬層材質(zhì)包括氮化鈦和/或氮化鉭。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述金屬層具有拉伸應(yīng)力。
[0022]進(jìn)一步地，所述硬掩膜層的厚度大于所述墊氧化層的厚度。
[0023]進(jìn)一步地,所述外延線的直徑范圍為20nm至lOOnm。
[0024]進(jìn)一步地,所述外延線的長(zhǎng)度范圍為30nm至lum。
[0025]進(jìn)一步地,所述納米線的直徑范圍包括2nm至20nm。
[0026]進(jìn)一步地,所述納米線為摻雜Si納米線或摻雜SiGe納米線。
[0027]進(jìn)一步地，所述納米線的摻雜材質(zhì)包括硼、碳、砷、磷、銦及錫中的至少一種。
[0028]進(jìn)一步地，所述納米線的摻雜濃度范圍包括5 X IO11CnT3至IX 1016cnT3。
[0029]本發(fā)明還提供一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)器件，使用上述全包圍柵極器件形成納米線的方法，將所述納米線作為器件的溝道。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)先比，本發(fā)明所述的一種全包圍柵極器件形成納米線的方法的有益效果主要表現(xiàn)在:通過外延方式在鰭形溝道的頂部拐角暴露出的半導(dǎo)體材料處外延生長(zhǎng)納米線，再熱氧化消耗移除鰭形溝道的半導(dǎo)體材料，使外延生長(zhǎng)的納米線相對(duì)于基底層懸空，形成納米線溝道。使用本發(fā)明所述的形成納米線的方法來作為全包圍柵極器件的溝道，工藝方法較為簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的全包圍柵極器件形成納米線的方法步驟圖；
[0032]圖2a至圖2c為形成具有鰭形溝道結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體襯底過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為圖2c的俯視圖布局圖；
[0034]圖4為圖3截面A-A的器件截面圖；
[0035]圖5為進(jìn)行氧化處理后的器件截面圖；
[0036]圖6為進(jìn)行濕法回推后的器件截面圖；
[0037]圖7為生長(zhǎng)外延線后的器件截面圖；
[0038]圖8為移除硬掩膜層和側(cè)壁上的氧化層后的器件截面圖；
[0039]圖9a和圖9b為熱氧化處理后的器件截面圖；
[0040]圖10為原子層沉積高介電常數(shù)材料層后的器件截面圖；
[0041]圖11為濺射沉積金屬層后的器件截面圖；
[0042]圖12是完成形成納米線工藝后器件的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]作為示例，本發(fā)明的器件是基于絕緣體上硅為襯底的硅片，但并不局限于此。
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的描述。[0045]請(qǐng)參考圖1，圖1是本發(fā)明的全包圍柵極器件形成納米線的方法步驟圖，包括步驟如下:
[0046]步驟SlOl:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括基底層以及立于基底層上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，所述鰭形溝道結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料的鰭形溝道以及覆蓋所述鰭形溝道頂部的硬掩膜層；
[0047]圖2a至圖2c是形成具有鰭形溝道結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體襯底過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]請(qǐng)參照?qǐng)D2a,以絕緣體上娃襯底的為示例,絕緣體上娃襯底包括襯底層I,覆蓋于襯底層I的埋葬氧化層2以及埋葬氧化層2之上的絕緣體上硅層3。襯底層I和絕緣體上硅層3的材質(zhì)均為半導(dǎo)體材料。通常的，襯底層I的材質(zhì)為體硅，而絕緣體上硅層3的材質(zhì)為Si或Ge，優(yōu)選為Si，且襯底層I的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于埋葬氧化層2的厚度和絕緣體上硅層3的厚度。埋葬氧化層2通常采用SiO2，起到絕緣層的作用。在絕緣體上硅層上沉積一層硬掩膜層4，作為刻蝕阻擋層，通常采用的是氮化物，優(yōu)選為Si3N4。在硬掩膜層4的上方覆蓋有已圖案化的光刻膠層5。
[0049]請(qǐng)參照?qǐng)D2b，將圖2a所示的膜質(zhì)的硅片進(jìn)行刻蝕，刻蝕停止于埋葬氧化層2，將未被已圖案化的光刻膠層5遮蔽的硬掩膜層4和絕緣體上硅層3去除，形成與已圖案化的光刻膠層5相同圖案的硬掩膜層4’和絕緣體上硅層3’?？涛g過程主要分為主刻蝕和過刻蝕兩個(gè)過程。主刻蝕過程中以CxFy族氣體作為主要刻蝕氣體，而在過刻蝕過程中則以HBr/Cl2或是HBr/02的組合氣體作為主要刻蝕氣體。
[0050]請(qǐng)參照?qǐng)D2c，將上述膜質(zhì)的硅片進(jìn)行去膠，移除覆蓋于頂層的已圖案化光刻膠層5，使刻蝕完成，已圖案化的硬掩膜層4暴露。形成步驟SlOl中的鰭形溝道結(jié)構(gòu)200，鰭形結(jié)構(gòu)200包括以圖案化的絕緣體上硅層3 (包括源區(qū)、漏區(qū)以及位于兩者之間的鰭形溝道)和覆蓋于絕緣體上硅層3’上的硬掩膜層4’，而基底層100則包括最底層的襯底層I和埋葬氧化層2。
[0051]作為優(yōu)選，在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中，往往會(huì)在硬掩膜層4和絕緣體上硅層3之間生長(zhǎng)一層氧化層，為了緩解硬掩膜層4對(duì)于絕緣提上硅層3的半導(dǎo)體材料的壓力。該氧化層的厚度小于硬掩膜層4的厚度。通常常用的氧化層材質(zhì)為Si02。在后續(xù)步驟中，該氧化層與硬掩膜層4同時(shí)移除。
[0052]請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3是圖2c的俯視布局圖。截面A-A為鰭形溝道處的截面。
[0053]請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4是圖3截面A-A的器件截面圖?；讓?00包括底部的襯底層I以及覆蓋于襯底層I上的作為絕緣層的埋葬氧化層2，埋葬氧化層2上具有鰭形結(jié)構(gòu)200。鰭形結(jié)構(gòu)200包括覆蓋于埋葬氧化層2上的絕緣體上硅層3’(包括源區(qū)、漏區(qū)以及位于兩者之間的鰭形溝道200a)及其頂部的硬掩膜層4’。
[0054]步驟S102:對(duì)所述鰭形溝道進(jìn)行氧化處理，使得所述鰭形溝道暴露出的側(cè)壁表面被氧化層覆蓋包圍；
[0055]請(qǐng)參考圖5，圖5是進(jìn)行氧化處理后的器件截面圖。對(duì)圖4所示的器件進(jìn)行氧化處理，在鰭形溝道200a側(cè)壁的絕緣體上硅層3 ’上定向生長(zhǎng)一層氧化層，遮蔽鰭形溝道200a側(cè)壁的絕緣體上硅層3’。氧化處理通常采用高溫?zé)嵫趸?溫度大于700° )，在氧化處理的同時(shí)，也會(huì)對(duì)絕緣體上硅層3’造成一定的消耗，且側(cè)壁的絕緣體上硅層3’的消耗速度比平面處的消耗速度更快。因此在氧化處理后，實(shí)際的鰭形溝道200a側(cè)壁的絕緣體上硅層3’的寬度會(huì)有所減少。
[0056]步驟S103:進(jìn)行濕法回推，去除所述鰭形溝道的頂部拐角處的氧化層，使所述鰭形溝道的頂部拐角的半導(dǎo)體材料部分暴露；
[0057]請(qǐng)參考圖6，圖6是進(jìn)行濕法回推后的器件截面圖。
[0058]進(jìn)行濕法回推(Wet Pull Back)，腐蝕掉位于鰭形溝道200a頂部拐角處覆蓋絕緣體上硅層3’的氧化層，使鰭形溝道200a頂部拐角處的部分絕緣體上硅層3’a暴露，同時(shí)其他區(qū)域的氧化層也會(huì)有一定量的損耗。濕法回推溶液可采用DHF或BHF。
[0059]步驟S104:在所述鰭形溝道的頂部拐角暴露的半導(dǎo)體材料處生長(zhǎng)外延線；
[0060]請(qǐng)參考圖7，圖7是生長(zhǎng)外延線后的器件截面圖。
[0061]在濕法回推腐蝕掉氧化層而暴露的頂部拐角處的部分絕緣體上硅層3’ a位置外延生長(zhǎng)Si或SiGe,形成外延線7。優(yōu)選的,外延線7材質(zhì)為SiGe,搭配鰭形溝道的材質(zhì)Si。外延線7的直徑根據(jù)具體器件的溝道需求而不同，直徑范圍為20nm至lOOnm。同樣的，外延線7的長(zhǎng)度根據(jù)具體器件的溝道長(zhǎng)度需求而不同，長(zhǎng)度范圍為30nm至lum。作為優(yōu)選的，可以對(duì)外延線7進(jìn)行摻雜處理，摻雜材質(zhì)包括硼、碳、砷、磷、銦及錫中的至少一種，摻雜濃度范圍包括 5 X IO11CnT2 至 IXlO1W0
[0062]生長(zhǎng)外延線的工藝參數(shù)包括:溫度為600°C至1000°C、壓力為5torr至50torr、外延主要?dú)怏w為硅烷和/或鍺烷的混合氣體，外延輔助氣體為H2或HC1、工藝時(shí)間Imin至60mino
[0063]步驟S105:移除所述硬掩膜層和鰭形溝道側(cè)壁上剩余的氧化層；
[0064]請(qǐng)參考圖8，圖8是移除硬掩膜層和側(cè)壁上剩余的氧化層后的器件截面圖。
[0065]通過RCA clean去除硬掩膜層和側(cè)壁上剩余的氧化層。同樣也可以通過增加熱磷酸(155°C)來移除硬掩膜層以及RCA clean去除側(cè)壁上剩余的氧化層。經(jīng)過上述處理后，埋葬氧化層2表面有鰭形溝道200a的絕緣體上硅層3’與外延生長(zhǎng)的納米線7。
[0066]步驟S106:熱氧化處理所述鰭形溝道使其完全轉(zhuǎn)化為氧化物，去除所述氧化物，使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓由戏降募{米線。
[0067]請(qǐng)參考圖9a，圖9a是熱氧化處理后的器件截面圖。
[0068]對(duì)上述半導(dǎo)體器件進(jìn)行熱氧化處理，使鰭形溝道的絕緣體上硅層3’完全轉(zhuǎn)化為氧化物，去除所述氧化物，使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓?00上方的納米線7’。所述納米線V的直徑范圍為2nm至20nm。熱氧化處理的可采用快速熱處理(RTP)或爐管的方式。熱氧化處理的參數(shù)包括:溫度700°C至1100°C、壓力2torr至750torr、主要氧化氣體為O2、輔助氧化氣體為N2或4。采用快速熱處理的工藝時(shí)間為IOs至20s ;采用爐管的工藝時(shí)間為I小時(shí)至7小時(shí)。
[0069]需要說明的是，當(dāng)鰭形溝道的半導(dǎo)體材料為Si時(shí)，對(duì)應(yīng)的外延線材質(zhì)為SiGe混合物，熱氧化處理鰭形溝道的Si時(shí)，由于對(duì)Si的氧化速度大于SiGe混合物的氧化速度，因此納米線并不隨著鰭形溝道Si的完全氧化而氧化，而是對(duì)外延線造成一定量的消耗；當(dāng)鰭形溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料為SiGe，外延線的材質(zhì)為Si，由于對(duì)Si的氧化速度快于SiGe混合物的氧化速度，因此為了在去除鰭形溝道的SiGe的同時(shí)仍需要保留一定直徑的外延線Si不被氧化，需要在生長(zhǎng)外延線時(shí)形成的外延線直徑必須要大于鰭形溝道的寬度；同樣的，當(dāng)鰭形溝道的半導(dǎo)體材料和外延線材質(zhì)相同時(shí)，其氧化速度相同，外延線直徑也必須要大于鰭形溝道的寬度，才能在完全氧化鰭形溝道半導(dǎo)體材料的同時(shí)保留一定直徑的外延線以作為器件的納米線溝道。
[0070]請(qǐng)參考圖％，圖9b是去除熱氧化產(chǎn)生的氧化層后的器件截面圖。
[0071]于此同時(shí)，在襯底100的埋葬氧化層2表面由于熱氧化處理而沉積一層犧牲氧化層8。普遍的，埋葬氧化層2的采用材質(zhì)為SiO2，熱氧化處理過程中氧等離子與鰭形溝道的半導(dǎo)體材料層Si反應(yīng)而產(chǎn)生的犧牲氧化層8的材質(zhì)同樣為Si02。之后，通常會(huì)通過濕法腐蝕的方式去除掉一定厚度的氧化層，以減少埋葬氧化層2和犧牲氧化層8的加起來的總體氧化層的厚度。優(yōu)選的，濕法移除的氧化層厚度大于犧牲氧化層8的厚度。
[0072]步驟S107:原子層沉積，在所述納米線外周沉積一層高介電常數(shù)材料層；
[0073]傳統(tǒng)的柵介電層材質(zhì)SiO2已經(jīng)不能滿足45nm以下半導(dǎo)體器件的需求，利用高介電常數(shù)材質(zhì)取代SiO2作為柵介電層材質(zhì)可以再保持等效氧化層電容值的條件下，增加介電層的物理厚度。高介電常數(shù)材料層的沉積方式不同于傳統(tǒng)的物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積，而采用更為精確地原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)方式。
[0074]請(qǐng)參考圖10，圖10是原子層沉積高介電常數(shù)材料層后的器件截面圖。再通過原子層沉積的方式在步驟S106形成的納米線溝道器件表面沉積一層高介電常數(shù)材料層9。高介電常數(shù)材料層9會(huì)沉積覆蓋于犧牲氧化層8上以及納米線7’的四周。高介電常數(shù)材料層9的材質(zhì)包括:氧化鉿、氧化鋁、五氧化二鉭或氧化鋯，優(yōu)選為氧化鉿Hf02。高介電常數(shù)材料層9的厚度范圍為20埃至100埃，具體厚度根據(jù)不同器件性能的需求而不同。
[0075]步驟S108:濺鍍沉積，在所述納米線外周再沉積一層金屬材料層。
[0076]請(qǐng)參考圖11，圖11是濺射沉積金屬層后的器件截面圖。對(duì)上述經(jīng)過原子層沉積高介電常數(shù)材料層的器件再通過物理氣相沉積濺鍍沉積一層金屬層10。所述金屬層10覆蓋于高介電常數(shù)材料層9表面并包裹于納米線7’外周的高介電常數(shù)層外。金屬層10的材質(zhì)包括氮化鈦或氮化鉭，優(yōu)選為氮化鈦TiN。金屬層10的厚度范圍包括20nm至lOOnm，且金屬層10本身具有拉伸應(yīng)力。
[0077]請(qǐng)參考圖12，圖12是完成形成納米線工藝后器件的結(jié)構(gòu)圖。納米線7’的外周由內(nèi)向外依次包裹有一層高介電常數(shù)層9和一層金屬層10，一根納米線7’構(gòu)成器件的一個(gè)溝道。納米線7’相對(duì)于底部犧牲氧化層8而言為懸空狀。在后續(xù)的柵極形成工藝中，在納米線7’的懸空區(qū)域形成柵極(圖中未示出)，最終完成全包圍柵極結(jié)構(gòu)器件，而后續(xù)步驟均與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不一一列舉。
[0078]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0079]實(shí)施例1
[0080]在本實(shí)施例中，采用絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)，包括位于底層的襯底硅，氧化生長(zhǎng)覆蓋于襯底硅的埋葬氧化層和位于埋葬氧化層頂部的絕緣體上硅層。埋葬氧化層厚度為3000埃，絕緣體上硅層厚度為1000埃。絕緣提上硅層材質(zhì)為Si。
[0081]在上述絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)上通過化學(xué)氣相沉積方式分別沉積一層200埃的SiO2氧化層和1000埃的Si3N4氮化層；
[0082]通過光刻曝光顯影形成圖案化的光刻膠圖案覆蓋于Si3N4氮化層上；進(jìn)行刻蝕工藝，去除未被光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕停止層停止在埋葬氧化層上，形成具有鰭形溝道Si的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，鰭形溝道的寬度為400埃,長(zhǎng)度為300埃；[0083]進(jìn)行900°C的高溫?zé)嵫趸纬梢粚痈采w于鰭形溝道的Si側(cè)壁和空曠區(qū)氧化層，鰭形溝道的Si寬度由于氧化消耗減小為300埃；
[0084]使用DHF溶液進(jìn)行濕法回推，去除覆蓋于鰭形溝道的Si頂部拐角部分的氧化層，使鰭形溝道的Si頂部拐角部分暴露；
[0085]在鰭形溝道的Si頂部拐角暴露部分外延生長(zhǎng)直徑為20nm的SiGe外延線，外延線的長(zhǎng)度為30nm，并對(duì)上述外延線進(jìn)行摻雜處理，摻雜材質(zhì)為硼，摻雜濃度為5X IO11CnT3 ；
[0086]使用RCA clean移除鰭形溝道的Si上覆蓋的SiO2氧化層和硬掩膜層Si3N4氮化層，以及鰭形溝道側(cè)壁的氧化層；
[0087]對(duì)上述鰭形溝道的Si進(jìn)行熱氧化處理(溫度:1000°C、壓力:50torr、氣體:02/H2)，熱氧化消耗掉Si寬度為300埃、長(zhǎng)度為300埃的鰭形溝道，同時(shí)也對(duì)SiGe外延線造成損耗，SiGe外延線的直徑由20nm消耗成為10nm，SiGe外延線變?yōu)閼铱沼诨讓拥募{米線，同時(shí)在埋葬氧化層SiO2表面沉積一層犧牲氧化層SiO2 ；
[0088]原子層沉積一層50埃的HfO2層，覆蓋于犧牲氧化層SiO2和SiGe納米線外周；
[0089]物理氣相沉積濺鍍一層20nm的TiN金屬層，TiN金屬層覆蓋于HfO2層和包裹SiGe納米線外周的HfO2。
[0090]形成長(zhǎng)度為30nm、直徑為10nm、摻雜濃度為5X IO11CnT3的硼摻雜SiGe納米線，SiGe納米線外周由內(nèi)向外依次包裹有50埃的HfO2層和20nm的TiN金屬層。由上述納米線構(gòu)成的器件溝道長(zhǎng)度為30nm,溝道寬度為10nm。
[0091]實(shí)施例2
[0092]在本實(shí)施例中，采用絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)，包括位于底層的襯底硅，氧化生長(zhǎng)覆蓋于襯底硅的埋葬氧化層和位于埋葬氧化層頂部的絕緣體上硅層。埋葬氧化層厚度為3000埃，絕緣體上硅層厚度為1000埃。絕緣提上硅層材質(zhì)為SiGe。
[0093]在上述絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)上通過化學(xué)氣相沉積方式分別沉積一層200埃的SiO2氧化層和1000埃的Si3N4氮化層；
[0094]通過光刻曝光顯影形成圖案化的光刻膠圖案覆蓋于Si3N4氮化層上；進(jìn)行刻蝕工藝，去除未被光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕停止層停止在埋葬氧化層上，形成具有鰭形溝道SiGe的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，鰭形溝道的寬度為200埃,長(zhǎng)度為1000埃；
[0095]進(jìn)行900°C的高溫?zé)嵫趸?，形成一層覆蓋于鰭形溝道的Si側(cè)壁和空曠區(qū)氧化層，鰭形溝道的SiGe寬度由于氧化消耗減小為100埃；
[0096]使用DHF溶液進(jìn)行濕法回推，去除覆蓋于鰭形溝道的Si頂部拐角部分的氧化層，使鰭形溝道的SiGe頂部拐角部分暴露；
[0097]在鰭形溝道的SiGe頂部拐角暴露部分外延生長(zhǎng)直徑為30nm的Si外延線，外延線的長(zhǎng)度為IOOnm,并對(duì)上述外延線進(jìn)行摻雜處理,摻雜材質(zhì)為磷,摻雜濃度為8X IO11CnT3 ；
[0098]使用RCA clean移除鰭形溝道的SiGe上覆蓋的SiO2氧化層和硬掩膜層Si3N4氮化層，以及鰭形溝道側(cè)壁的氧化層；
[0099]對(duì)上述鰭形溝道的SiGe進(jìn)行熱氧化處理(溫度:1000°C、壓力:20torr、氣體:02/H2),熱氧化消耗掉寬度為300埃、長(zhǎng)度為300埃的鰭形溝道SiGe，同時(shí)也對(duì)Si外延線造成損耗，Si外延線的直徑由30nm消耗成為5nm，Si外延線變?yōu)閼铱沼诨讓拥募{米線，同時(shí)在埋葬氧化層SiO2表面沉積一層犧牲氧化層SiO2 ；[0100] 原子層沉積一層20埃的HfO2層，覆蓋于犧牲氧化層SiO2和SiGe納米線外周；[0101 ] 物理氣相沉積濺鍍一層20nm的TiN金屬層，TiN金屬層覆蓋于HfO2層和包裹SiGe納米線外周的HfO2。
[0102]形成長(zhǎng)度為30nm、直徑為5nm、摻雜濃度為8 X IO11CnT3的磷摻雜SiGe納米線，SiGe納米線外周由內(nèi)向外依次包裹有20埃的HfO2層和20nm的TiN金屬層。由上述納米線構(gòu)成的器件溝道長(zhǎng)度為30nm,溝道寬度為5nm。
[0103]實(shí)施例3
[0104]在本實(shí)施例中，采用絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)，包括位于底層的襯底硅，氧化生長(zhǎng)覆蓋于襯底硅的埋葬氧化層和位于埋葬氧化層頂部的絕緣體上硅層。埋葬氧化層厚度為3000埃，絕緣體上硅層厚度為1000埃。絕緣提上硅層材質(zhì)為SiGe。
[0105]在上述絕緣體上硅襯底結(jié)構(gòu)上通過化學(xué)氣相沉積方式分別沉積一層200埃的SiO2氧化層和1000埃的Si3N4氮化層；
[0106]通過光刻曝光顯影形成圖案化的光刻膠圖案覆蓋于Si3N4氮化層上；進(jìn)行刻蝕工藝，去除未被光刻膠覆蓋的區(qū)域，刻蝕停止層停止在埋葬氧化層上，形成具有鰭形溝道Si的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，鰭形溝道的寬度為400埃,長(zhǎng)度為300埃；
[0107]進(jìn)行900°C的高溫?zé)嵫趸?，形成一層覆蓋于鰭形溝道的SiGe側(cè)壁和襯底硅空曠區(qū)氧化層，鰭形溝道的SiGe寬度由于氧化消耗減小為300埃；
[0108]使用DHF溶液進(jìn)行濕法回推，去除覆蓋于鰭形溝道的SiGe頂部拐角部分的氧化層，使鰭形溝道的SiGe頂部拐角部分暴露；
[0109]在鰭形溝道的SiGe頂部拐角暴露部分外延生長(zhǎng)直徑為40nm的SiGe外延線，外延線的長(zhǎng)度為30nm，并對(duì)上述外延線進(jìn)行摻雜處理，摻雜材質(zhì)為硼，摻雜濃度為5X IO11CnT3 ；
[0110]使用RCA clean移除鰭形溝道的SiGe上覆蓋的SiO2氧化層和硬掩膜層Si3N4氮化層，以及鰭形溝道側(cè)壁的氧化層；
[0111]對(duì)上述鰭形溝道的SiGe進(jìn)行熱氧化處理(溫度:7000°C、壓力:10torr、氣體:02/N2),熱氧化消耗掉寬度為300埃、長(zhǎng)度為300埃的鰭形溝道SiGe,同時(shí)也對(duì)SiGe外延線造成損耗，SiGe外延線的直徑由40nm消耗成為10nm，SiGe外延線變?yōu)閼铱沼诨讓拥募{米線，同時(shí)在埋葬氧化層SiO2表面沉積一層犧牲氧化層SiO2 ；
[0112]原子層沉積一層50埃的HfO2層，覆蓋于犧牲氧化層SiO2和Si納米線外周；
[0113]物理氣相沉積派鍍一層20nm的TiN金屬層，TiN金屬層覆蓋于HfO2層和包裹Si納米線外周的HfO2。
[0114]形成長(zhǎng)度為30nm、直徑為10nm、摻雜濃度為5 X IO11CnT3的硼摻雜Si納米線，Si納米線外周由內(nèi)向外依次包裹有50埃的HfO2層和20nm的TiN金屬層。由上述納米線構(gòu)成的器件溝道長(zhǎng)度為30nm,溝道寬度為10nm。
[0115]綜合上述，本發(fā)明所述的一種全包圍柵極器件形成納米線的方法，通過外延方式在鰭形溝道的頂部拐角暴露出的半導(dǎo)體材料處外延生長(zhǎng)納米線，再熱氧化消耗移除鰭形溝道的半導(dǎo)體材料，使外延生長(zhǎng)的納米線相對(duì)于基底層懸空，形成納米線溝道。使用本發(fā)明所述的形成納米線的方法來作為全包圍柵極器件的溝道，工藝方法較為簡(jiǎn)單。
[0116]綜上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于，包括步驟: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括基底層以及立于基底層上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)，所述鰭形溝道結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料的鰭形溝道以及覆蓋所述鰭形溝道頂部的硬掩膜層； 對(duì)所述鰭形溝道進(jìn)行氧化處理，使得所述鰭形溝道側(cè)壁表面被氧化層覆蓋包圍； 進(jìn)行濕法回推，去除所述鰭形溝道的頂部拐角處的氧化層，使所述鰭形溝道的頂部拐角的半導(dǎo)體材料部分暴露； 在所述鰭形溝道的頂部拐角暴露出的半導(dǎo)體材料處生長(zhǎng)外延線； 移除所述硬掩膜層和鰭形溝道側(cè)壁上剩余的氧化層； 熱氧化處理所述鰭形溝道使其完全轉(zhuǎn)化為氧化物，去除所述氧化物，使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓由戏降募{米線。
2.如權(quán)利要求1所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述鰭形溝道結(jié)構(gòu)還包括位于所述鰭形溝道和所述硬掩膜層之間的墊氧化層。
3.如權(quán)利要求1所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述鰭形溝道的半導(dǎo)體材料材質(zhì)包括S1、Ge或SiGe。
4.如權(quán)利要求1所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述硬掩膜層的材質(zhì)為氮化物。
5.如權(quán)利要求1所述 的 全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述外延線的材質(zhì)包括Si或SiGe。
6.如權(quán)利要求1所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:使所述外延線轉(zhuǎn)變?yōu)閼铱沼谒龌讓由戏降募{米線之后，還包括: 在所述納米線外周原子層沉積一層高介電常數(shù)材料層； 在所述納米線外周再濺鍍沉積一層金屬材料層。
7.如權(quán)利要求6所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述高介電常數(shù)材料包括氧化鉿、氧化鋁、五氧化二鉭及氧化鋯中的至少一種。
8.如權(quán)利要求6所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述金屬層材質(zhì)包括氮化鈦和/或氮化鉭。
9.如權(quán)利要求8所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述金屬層具有拉伸應(yīng)力。
10.如權(quán)利要求2所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述硬掩膜層的厚度大于所述墊氧化層的厚度。
11.如權(quán)利要求1或5所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述外延線的直徑范圍為20nm至lOOnm。
12.如權(quán)利要求1或5所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述外延線的長(zhǎng)度范圍為30nm至lum。
13.如權(quán)利要求1或5所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述納米線的直徑范圍包括2nm至20nm。
14.如權(quán)利要求5所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述納米線為摻雜Si納米線或摻雜SiGe納米線。
15.如權(quán)利要求14所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述納米線的摻雜材質(zhì)包括硼、碳、砷、磷、銦及錫中的至少一種。
16.如權(quán)利要求14或15所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，其特征在于:所述納米線的摻雜濃度范圍包括5 X IO11CnT3至IX 1016cm_3。
17.—種全包圍柵極結(jié)構(gòu)器件，其特征在于:使用如權(quán)利要求1至16中任一所述的全包圍柵極器件形成納米線的方法，`將所述納米線作為器件的溝道。
【文檔編號(hào)】H01L29/10GK103456609SQ201210183171
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日
【發(fā)明者】禹國(guó)賓 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司