納米線的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米線的制造方法，包括：提供體硅襯底；在所述體硅襯底上形成支撐柱；利用外延工藝在所述支撐柱的側(cè)邊形成納米線，所述納米線的材料與所述支撐柱的材料不同；去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。在本發(fā)明提供的納米線的制造方法中，所述納米線在體硅襯底上形成，避免了對(duì)于SOI襯底的使用，從而降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】納米線的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種納米線的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過縮小晶體管的尺寸來提高芯片的工作速度和集成度、減小芯片功耗密度一直是微電子工業(yè)發(fā)展所追求的目標(biāo)。在過去的四十年里，微電子工業(yè)發(fā)展一直遵循著摩爾定律。當(dāng)前，CMOS晶體管的物理柵長已接近20nm，柵介質(zhì)也僅有幾個(gè)氧原子層的厚度，通過縮小傳統(tǒng)CMOS晶體管的尺寸來提高性能已面臨一些困難，這主要是因?yàn)樾〕叽缦露虦系佬?yīng)和柵極漏電流破壞了晶體管的開關(guān)性能。
[0003]周圍柵納米線晶體管(GAA nanowire transistor)有望解決短溝道效應(yīng)和柵極漏電流的問題。一方面，周圍柵納米線晶體管中的溝道厚度和寬度都較小，使得柵極更接近于溝道的各個(gè)部分，有助于增強(qiáng)晶體管的柵極調(diào)制能力，并且由于采用圍柵結(jié)構(gòu)，柵極從多個(gè)方向?qū)系肋M(jìn)行調(diào)制，進(jìn)一步增強(qiáng)了柵極的調(diào)制能力，改善亞閾值特性。因此，周圍柵納米線晶體管可以很好地抑制短溝道效應(yīng)，使晶體管尺寸得以進(jìn)一步縮小。
[0004]另一方面，周圍柵納米線晶體管利用自身的細(xì)溝道和圍柵結(jié)構(gòu)改善柵極調(diào)制力和抑制短溝道效應(yīng)，緩解了減薄柵介質(zhì)厚度的要求，從而可減小柵極漏電流。此外，納米線溝道可以不摻雜，減少了溝道內(nèi)雜質(zhì)離散分布和庫侖散射。對(duì)于一維納米線溝道，由于量子限制效應(yīng)，溝道內(nèi)載流子遠(yuǎn)離表面分布，故載流子輸運(yùn)受表面散射和溝道橫向電場影響小，可以獲得較高的遷移率。基于以上優(yōu)勢，周圍柵納米線晶體管越來越受到科研人員的關(guān)注。
[0005]在周圍柵納米線晶體管的制造中，對(duì)于納米線的制造是其中最關(guān)鍵的一個(gè)步驟。對(duì)于納米線的制造主要通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)，一種是自下而上(bottom-up)的方式，就是通過催化劑生長納米線的方法，但是這種途徑一方面很難實(shí)現(xiàn)定位生長，另一方面與傳統(tǒng)的集成電路工藝不兼容，因此很難被集成電路工藝實(shí)現(xiàn)。另一種途徑是自上而下(top-down)的方式，這種途徑就是傳統(tǒng)的形成CMOS晶體管的工藝方式，即該方式與傳統(tǒng)工藝兼容，因此也就更具發(fā)展?jié)摿Α?br>
[0006]現(xiàn)有的自上而下的方式形成納米線的方法主要在SOI襯底上形成。SOI襯底的價(jià)格相較于常規(guī)的體硅襯底的價(jià)格高出很多，由此將導(dǎo)致制造納米線的成本較高。因此，如何降低制造納米線的成本，即如何利用體硅襯底制造納米線成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種納米線的制造方法，以實(shí)現(xiàn)利用體硅制造納米線。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種納米線的制造方法，包括:
[0009]提供體硅襯底；
[0010]在所述體硅襯底上形成支撐柱；
[0011]利用外延工藝在所述支撐柱的側(cè)邊形成納米線，所述納米線的材料與所述支撐柱的材料不同；
[0012]去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。
[0013]可選的，在所述的納米線的制造方法中，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝包括:
[0014]利用外延工藝在所述體硅襯底上形成鍺硅層；
[0015]刻蝕所述鍺硅層，形成多個(gè)支撐柱。
[0016]可選的，在所述的納米線的制造方法中，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝還包括:
[0017]形成多個(gè)支撐柱后，在相鄰的兩個(gè)支撐柱之間填充氧化層，所述氧化層露出部分支撐柱。
[0018]可選的，在所述的納米線的制造方法中，所述納米線為硅納米線。
[0019]可選的，在所述的納米線的制造方法中，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝包括:
[0020]刻蝕部分體硅襯底，形成多個(gè)支撐柱。
[0021]可選的，在所述的納米線的制造方法中，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝還包括:
[0022]形成多個(gè)支撐柱后，在相鄰的兩個(gè)支撐柱之間填充氧化層，所述氧化層露出部分支撐柱。
[0023]可選的，在所述的納米線的制造方法中，所述納米線為鍺硅納米線。
[0024]可選的，在所述的納米線的制造方法中，利用選擇性腐蝕液刻蝕去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。
[0025]可選的，在所述的納米線的制造方法中，還包括:
[0026]對(duì)懸空的納米線執(zhí)行退火工藝。
[0027]可選的，在所述的納米線的制造方法中，利用氫氣或者氬氣對(duì)懸空的納米線執(zhí)行退火工藝。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的納米線的制造方法中，所述納米線在體硅襯底上形成，避免了對(duì)于SOI襯底的使用，從而降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的納米線的制造方法的流程示意圖；
[0030]圖2a?2h是本發(fā)明實(shí)施例一的納米線的制造方法所形成器件的剖面示意圖；
[0031]圖3a?3f是本發(fā)明實(shí)施例二的納米線的制造方法所形成器件的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的納米線的制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0033]請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例的納米線的制造方法的流程示意圖。如圖1所示，所述納米線的制造方法包括:
[0034]SlO:提供體娃襯底；
[0035]Sll:在所述體硅襯底上形成支撐柱；
[0036]S12:利用外延工藝在所述支撐柱的側(cè)邊形成納米線，所述納米線的材料與所述支撐柱的材料不同；
[0037]S13:去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。
[0038]在此，通過在體硅襯底上形成納米線，避免了對(duì)于SOI襯底的使用，從而降低了生產(chǎn)成本。
[0039]具體的，請(qǐng)參考圖2a~2h，其為本發(fā)明實(shí)施例一的納米線的制造方法所形成器件的剖面示意圖。
[0040]【實(shí)施例一】
[0041 ] 如圖2a所示，提供體硅襯底20，所述體硅襯底20可以為單晶硅襯底也可以為多晶硅襯底。
[0042]接著，如圖2b所示，在所述體硅襯底20上形成鍺硅層21，優(yōu)選的，利用外延工藝形成所述鍺硅層21。其中，所述鍺硅層21的厚度為50nnT500nm。在本實(shí)施例中，在形成所述鍺硅層21之后，接著在所述鍺硅層21上形成硬掩膜層22。優(yōu)選的，所述硬掩膜層22的材料為氮化硅，其可以通過化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝等半導(dǎo)體工藝形成。
[0043]接著，如圖2c所示，刻蝕所述鍺硅層21，形成多個(gè)支撐柱23，即在所述體硅襯底20上形成支撐柱23。通過刻蝕`所述鍺硅層21，在所述鍺硅層21中形成溝槽200，即同時(shí)形成多個(gè)支撐柱23，相鄰的兩個(gè)支撐柱23之間為溝槽200。在此所述溝槽200露出所述體硅襯底20，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述溝槽20也可以不露出所述體硅襯底20。
[0044]優(yōu)選的，所述溝槽200的截面寬度大于兩個(gè)納米線的截面寬度之和，更優(yōu)選的，所述溝槽200的截面寬度為三個(gè)納米線的截面寬度之和。本實(shí)施例中，所述溝槽200的截面寬度為15nm~200nm。
[0045]在本實(shí)施例中，所述支撐柱23的形成具體包括:圖案化所述硬掩膜層22，利用圖案化的硬掩膜層22’為掩膜，對(duì)所述鍺硅層23進(jìn)行刻蝕。在此，可以利用濕法刻蝕工藝，也可以利用干法刻蝕工藝對(duì)所述鍺硅層23進(jìn)行刻蝕，本申請(qǐng)對(duì)此不做限定。
[0046]接著，如圖2d所示，形成氧化層24，所述氧化層24填滿所述溝槽200，同時(shí)所述氧化層24也可覆蓋所述圖案化的硬掩膜層22’。其中，所述氧化層24可通過化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝等方法形成。
[0047]接著，請(qǐng)參考圖2e，對(duì)所述氧化層24執(zhí)行回刻工藝，使得所述氧化層24露出部分支撐柱23。
[0048]緊接著，請(qǐng)參考圖2f，利用外延工藝在所述支撐柱23的側(cè)邊形成納米線25，在此，所述納米線25為硅納米線，即所述納米線25的材料與所述支撐柱23的材料不同。通常的，所述納米線25的形狀為一截面為正方形(圖2f中所示)的長方體形。具體的，所述正方形截面的截面寬度為5nnT30nm。
[0049]接著，如圖2g所示，去除圖案化的硬掩膜層22’、支撐柱23及氧化層24，使得所述納米線25懸空。具體的，首先通過濕法刻蝕工藝或者干法刻蝕工藝去除圖案化的硬掩膜層22’。接著，利用選擇性腐蝕液腐蝕去除支撐柱23，即利用易于腐蝕鍺硅材料而不易腐蝕硅材料的腐蝕液，對(duì)支撐柱23執(zhí)行腐蝕工藝。在此，由于所述支撐柱23的部分與所述納米線25的部分位于同一平面，因此選用選擇性腐蝕液去除支撐柱23，由此可避免對(duì)于納米線25的傷害。優(yōu)選的，所述選擇性腐蝕液對(duì)于鍺硅材料和硅材料的腐蝕比大于等于100:1，其中，所述選擇性腐蝕液為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例對(duì)此不再贅述。最后，通過濕法刻蝕工藝去除氧化層24。
[0050]如圖2h所示，在本實(shí)施例中，進(jìn)一步的，對(duì)懸空的納米線25執(zhí)行退火工藝。通過所述退火工藝可修復(fù)去除硬掩膜層22’、支撐柱23及氧化層24的過程中對(duì)納米線25可能造成的傷害；同時(shí)，還可以降低所述納米線25的應(yīng)力。通常的，經(jīng)過所述退火工藝之后，所述納米線25的截面形狀將由正方形變成圓形，從而獲得應(yīng)力最小的納米線，提高了納米線的質(zhì)量。
[0051]優(yōu)選的，利用氫氣(H2)或者氬氣(Ar)對(duì)懸空的納米線25執(zhí)行退火工藝；所述退火工藝的溫度優(yōu)選為600°C~1200°C。
[0052]通過上述工藝，便可在體硅襯底20上形成硅納米線25，由此避免了對(duì)于SOI襯底的使用，從而降低了生產(chǎn)成本。
[0053]在本實(shí)施例中，所形成的納米線為硅納米線，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還可以形成鍺硅納米線。具體的，請(qǐng)參考圖3a~3f，其為本發(fā)明實(shí)施例二的納米線的制造方法所形成器件的剖面示意圖。
[0054]【實(shí)施例二】
[0055]如圖3a所示，提 供體硅襯底30。
[0056]接著，如圖3b所示，刻蝕部分體硅襯底30，形成多個(gè)支撐柱31，即所述支撐柱31的材料為硅。在此，同樣的，可先在所述體硅襯底30上形成硬掩膜層，接著圖案化所述硬掩膜層，利用圖案化的硬掩膜層作為掩膜對(duì)所述體硅襯底30進(jìn)行刻蝕工藝，形成支撐柱31。對(duì)此，可相應(yīng)參考實(shí)施例一，本實(shí)施例不再贅述。
[0057]接著，如圖3c所示，在相鄰的兩個(gè)支撐柱31之間填充氧化層32，所述氧化層32露出部分支撐柱31。對(duì)此，可相應(yīng)參考實(shí)施例一，本實(shí)施例不再贅述。
[0058]接著，如圖3d所示，利用外延工藝在所述支撐柱31的側(cè)邊形成納米線33，所述納米線33為鍺硅材料，即所述納米線33的材料與所述支撐柱31的材料不同。
[0059]接著，如圖3e所示，去除氧化層32及支撐柱31，使得納米線33懸空。具體的，可相應(yīng)參考實(shí)施例一，本實(shí)施例不再贅述。
[0060]最后，如圖3f所示，對(duì)懸空的納米線33執(zhí)行退火工藝。
[0061]其中，在本實(shí)施例二中未提及的工藝步驟可相應(yīng)參考實(shí)施例一，本實(shí)施例二不再贅述。
[0062]通過上述工藝，便可在體硅襯底30上形成鍺硅納米線33，由此避免了對(duì)于SOI襯底的使用，從而降低了生產(chǎn)成本。
[0063]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種納米線的制造方法，其特征在于，包括: 提供體娃襯底； 在所述體硅襯底上形成支撐柱； 利用外延工藝在所述支撐柱的側(cè)邊形成納米線，所述納米線的材料與所述支撐柱的材料不同； 去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。
2.如權(quán)利要求1所述的納米線的制造方法，其特征在于，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝包括: 利用外延工藝在所述體硅襯底上形成鍺硅層； 刻蝕所述鍺硅層，形成多個(gè)支撐柱。
3.如權(quán)利要求2所述的納米線的制造方法，其特征在于，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝還包括: 形成多個(gè)支撐柱后，在相鄰的兩個(gè)支撐柱之間填充氧化層，所述氧化層露出部分支撐柱。
4.如權(quán)利要求2所述的納米線的制造方法，其特征在于，所述納米線為硅納米線。
5.如權(quán)利要求1所述的納米線的制造方法，其特征在于，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝包括: 刻蝕部分體硅襯底，形成多個(gè)支撐柱。
6.如權(quán)利要求5所述的納米線的制造方法，其特征在于，在所述體硅襯底上形成支撐柱的工藝還包括: 形成多個(gè)支撐柱后，在相鄰的兩個(gè)支撐柱之間填充氧化層，所述氧化層露出部分支撐柱。
7.如權(quán)利要求5所述的納米線的制造方法，其特征在于，所述納米線為鍺硅納米線。
8.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的納米線的制造方法，其特征在于，利用選擇性腐蝕液刻蝕去除所述支撐柱，使得所述納米線懸空。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的納米線的制造方法，其特征在于，還包括: 對(duì)懸空的納米線執(zhí)行退火工藝。
10.如權(quán)利要求9所述的納米線的制造方法，其特征在于，利用氫氣或者氬氣對(duì)懸空的納米線執(zhí)行退火工藝。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103779182SQ201210413840
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】宋化龍 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司