半導(dǎo)體器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件的形成方法及利用該方法形成的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]氣-液-固法(Vapor-Liquid-Solid, VLS)是目前生長納米線的主要工藝技術(shù)，采用VLS機(jī)制的生長方法的主要工藝步驟包括:首先在襯底表面上沉積一薄層具有催化作用的金屬(例如，金Au)，然后進(jìn)行升溫加熱，利用金屬與襯底的共晶作用形成合金液滴；然后，通過源氣體(例如，硅烷Silane)的氣相輸運(yùn)或者固體靶的熱蒸發(fā)，使參與生長納米線的原子在液滴處凝聚成核；當(dāng)這些原子數(shù)量超過液相中的平衡濃度以后，結(jié)晶會(huì)在合金液滴的下部析出并生長成納米晶須(例如，娃納米晶須SiNWs),而合金則留在其頂部。也就是說，須狀的結(jié)晶是從襯底的表面延伸，并最終形成納米晶須結(jié)構(gòu)的。
[0003]因此，需要一種將所述納米技術(shù)與所述半導(dǎo)體工藝結(jié)合形成半導(dǎo)體器件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，采用VLS機(jī)制的生長方法，可以有效控制須狀納米線的直徑和生長方向等。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，該方法包括:
[0006]提供襯底；
[0007]在所述襯底表面形成多個(gè)間隔開的金屬催化塊；
[0008]形成覆蓋所述金屬催化塊的導(dǎo)電層；
[0009]在導(dǎo)電層中形成開口，所述開口的相對(duì)側(cè)壁暴露出所述多個(gè)金屬催化塊，
[0010]所述開口的底部暴露出所述襯底，開口兩側(cè)的導(dǎo)電層分別形成第一電極和第二電極；以及
[0011]在金屬催化塊的催化作用下，在所述第一電極和第二電極之間形成多根納米線。
[0012]可選的，分別從開口兩側(cè)長出的多根納米線之間對(duì)應(yīng)接觸。
[0013]可選的，從開口一側(cè)長出的納米線至少其一部分延伸至開口內(nèi)相對(duì)側(cè)的電極位置處。
[0014]可選的，所述開口暴露出的金屬催化塊的表面具有相鄰的第一邊和第二邊，所述第一邊和第二邊的尺寸均不大于50nm。
[0015]可選的，所述形成多個(gè)間隔開的金屬催化塊包括:在所述襯底上形成金屬層；在所述金屬層上形成柵極結(jié)構(gòu)以及包圍柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻；去除所述柵極結(jié)構(gòu)，余留下側(cè)墻；以余留下的側(cè)墻為掩膜刻蝕所述金屬層，形成間隔分離的多個(gè)金屬催化塊；以及去除所述側(cè)墻。
[0016]可選的，所述以余留下的側(cè)墻為掩膜刻蝕所述金屬層采用濕法刻蝕工藝去除。
[0017]可選的，所述濕法刻蝕工藝采用碘化鉀(K2I)刻蝕溶液。
[0018]可選的，所述納米線為非摻雜多晶硅納米線，形成納米線的工藝參數(shù)為:反應(yīng)氣體包括SiH4、反應(yīng)溫度為363°C _550°C之間、反應(yīng)壓強(qiáng)為40Pa。
[0019]可選的，所述金屬層的材質(zhì)包括金。
[0020]可選的，所述導(dǎo)電層的材質(zhì)包括金屬鈦。
[0021]可選的，所述襯底包括半導(dǎo)體襯底以及位于半導(dǎo)體襯底上的絕緣層。
[0022]可選的，所述絕緣層為氧化硅。
[0023]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括:
[0024]導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層為分離的兩部分，且該兩部分導(dǎo)電層分別具有相向設(shè)置的第一表面以及與該第一表面垂直的第二表面；
[0025]多個(gè)間隔分離的金屬催化塊，所述金屬催化塊埋置于所述導(dǎo)電層之中，并暴露于相向設(shè)置的導(dǎo)電層的第一表面；以及
[0026]納米線，所述納米線連接暴露在所述相向設(shè)置的導(dǎo)電層第一表面的金屬催化塊。
[0027]可選地,所述暴露在第一表面的金屬催化塊的表面具有相鄰的第一邊和第二邊，所述第一邊和第二邊的尺寸均不大于50nm。
[0028]可選地，所述納米線為非摻雜多晶硅納米線。
[0029]可選地，所述金屬催化塊的材質(zhì)包括金。
[0030]可選地，所述導(dǎo)電層的材質(zhì)包括金屬鈦。
[0031]可選地，還包括位于所述導(dǎo)電層第二表面的絕緣層，以及位于所述絕緣層表面的襯底。
[0032]可選地，所述襯底的材料為高摻雜半導(dǎo)體襯底。
[0033]相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的形成方法，采用間隔開的金屬催化塊作為催化劑進(jìn)行生長納米線，形成的納米線的尺寸較小，容易控制。
[0034]而且，暴露出的用于催化生長納米線的金屬催化塊表面水平相向設(shè)置，使得納米線能夠沿著所述金屬催化塊水平延伸生長，增加了所生長的納米線互連的可能性，形成器件的良率高。
[0035]此外，采用側(cè)墻工藝控制金屬催化塊的寬度以及通過金屬層的厚度來控制金屬催化塊的高度，這樣，可以有效控制暴露在導(dǎo)電層外的金屬催化塊的有效表面積，而該表面積直接影響在其上生長的納米線的直徑。
[0036]根據(jù)前述本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的形成方法所獲得的半導(dǎo)體器件，提高了納米線的直徑大小以及有效接觸表面積，進(jìn)而提高了作為氣體傳感器的感應(yīng)靈敏度。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體器件的形成方法的流程示意圖；
[0038]圖2-圖10是本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體器件的形成方法的中間結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0039]圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。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)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括:提供襯底；在所述襯底表面形成多個(gè)間隔開的金屬催化塊；形成覆蓋所述金屬催化塊的導(dǎo)電層；在導(dǎo)電層中形成開口，所述開口的相對(duì)側(cè)壁暴露出所述多個(gè)金屬催化塊，所述開口的底部暴露出所述襯底，開口兩側(cè)的導(dǎo)電層分別形成第一電極和第二電極；以及在金屬催化塊的催化作用下，在所述第一電極和第二電極之間形成多根納米線。
[0042]具體地，請(qǐng)結(jié)合參考圖1以及圖2至圖10，詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件形成方法。
[0043]參考圖1及圖2，步驟S101，提供襯底10，所述襯底10上形成有絕緣層20。所述襯底的材質(zhì)可以是半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體襯底，例如是硅，或者是高摻雜的硅襯底。所述層間絕緣層20可以包括具有絕緣性能的材質(zhì)，例如是氧化硅。
[0044]參考圖1及圖3，步驟S102，在所述絕緣層20上形成金屬層30。金屬層30的材質(zhì)可以是Au或Pt。本實(shí)施例中金屬層30采用Au。所述金屬層的具有預(yù)定厚度d,所述厚度d大約為小于lOOnm，優(yōu)選的，小于等于50nm。所述金屬層30將作為催化劑參與后續(xù)的納米線生長工藝。
[0045]參考圖1及圖4，步驟S103，在金屬層30上形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。所述側(cè)墻結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)40，以及覆蓋于柵極結(jié)構(gòu)40的側(cè)墻層41，所述側(cè)墻層毯覆(blanket)于柵極結(jié)構(gòu)40上。其中所述柵極結(jié)構(gòu)40的材質(zhì)可以是氧化硅，側(cè)墻層41的材質(zhì)可以是氮化硅(SiN)?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域熟知的沉積工藝形成SiN，并且可以通過控制沉積工藝，獲得所需的側(cè)墻層的沉積厚度t,例如側(cè)墻層的沉積厚度t小于10nm,優(yōu)選的，小于等于50nm。
[0046]參考圖1及圖5，步驟S104，形成側(cè)墻410。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以先采用等離子體刻蝕去除覆蓋于柵極結(jié)構(gòu)40以及金屬層30上的側(cè)墻層41，形成僅覆蓋于柵極結(jié)構(gòu)40側(cè)壁上的側(cè)墻層41，然后，可以采用氫氟酸(HF)濕法刻蝕去除位于側(cè)墻層41之間的柵極結(jié)構(gòu)40,形成側(cè)墻410。
[0047]步驟103和104的“側(cè)墻”(spacer)工藝為半導(dǎo)體領(lǐng)域的成熟工藝，在此不予贅述。
[0048]參考圖1及圖6，步驟S105，以所述側(cè)墻410為掩膜去除金屬層30，暴露出絕緣層20。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以采用碘化鉀(K2I)溶液濕法刻蝕去除金屬Au。需要了解的是，由于步驟S105刻蝕去除金屬層的需要，絕緣層20材質(zhì)的選擇除了具有絕緣性之外，其材質(zhì)還必須滿足不受該刻蝕工藝的影響，即，對(duì)于該刻蝕工藝，金屬層相對(duì)于絕緣層具有大的刻蝕選擇比。
[0049]參考圖1及圖7，步驟S106，去除所述側(cè)墻410，形成金屬催化塊301。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以采用磷酸(H3PO4)溶液濕法刻蝕去除氮化硅材質(zhì)的側(cè)墻410。由于作為掩膜的側(cè)墻410的寬度小于等于50nm，因此，以其為掩膜刻蝕獲得的條狀金屬催化塊Au的寬度也大約為小于等于50nm。換句話說，可以在形成側(cè)墻的工藝當(dāng)中，通過控制形成側(cè)墻的沉積工藝獲得所需厚度的側(cè)墻t，進(jìn)而相應(yīng)得到所需的金屬催化塊301的寬度。同時(shí)，金屬層30的厚度d也決定了金屬催化塊301的高度，大約為小于等于50nm。
[0050]在本發(fā)明實(shí)施例中，采用“側(cè)墻”工藝形成間隔分離的金屬催化塊301，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要了解的是，還可以采用其他任何可以將金屬層30形成為間隔分離的金屬催化塊301的工藝，例如，光刻工藝，此處不予贅述。
[0051]參考圖1及圖8，步驟S107，形成覆蓋于金屬催化塊301的導(dǎo)電層50。所述導(dǎo)電層50的材料可以是具有導(dǎo)電性能的金屬。需要了解的是，由于后續(xù)工藝中會(huì)采用VLS機(jī)制生長納米線，也就是說會(huì)對(duì)所形成的半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)進(jìn)行升溫加熱，形成金屬液滴，因此，導(dǎo)電層50材質(zhì)的選擇需要考慮其熔點(diǎn)必須大于生長納米線時(shí)的加熱溫度，即，導(dǎo)電層50不受后續(xù)的采用VLS機(jī)制生長納米線的高溫影響。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例