半导体结构及其形成方法技术

技术编号:20285950 阅读:14 留言:0更新日期:2019-02-10 18:12
一种半导体结构及其形成方法,其中方法包括:提供基底;在所述基底内形成沟槽,所述沟槽底部暴露出基底;在所述沟槽内形成牺牲层;在所述牺牲层上形成纳米线,所述纳米线的材料与牺牲层的材料不同;形成所述纳米线之后,去除所述牺牲层,使纳米线到沟槽的底部有间隙;去除所述牺牲层之后,形成包围纳米线的栅极结构。所述方法形成的纳米线器件的性能较好。

Semiconductor Structure and Its Formation Method

A semiconductor structure and its forming method include: providing a substrate; forming a groove in the substrate, exposing a substrate at the bottom of the groove; forming a sacrificial layer in the groove; forming nanowires on the sacrificial layer, the materials of the nanowires are different from those of the sacrificial layer; removing the sacrificial layer after forming the nanowires, and making the nanowires into the groove. There is a gap at the bottom of the groove; after removing the sacrificial layer, a gate structure surrounding the nanowires is formed. The nanowire devices formed by the method have better performance.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域,尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
随着半导体器件的元件密度和集成度的提高,晶体管的栅极尺寸也越来越小,而晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应,进而产生漏电流,最终影响半导体器件的电学性能。为了克服晶体管的短沟道效应、抑制漏电流,三维晶体管技术得到了发展,例如:纳米线场效应晶体管(NanowireFET)。所述纳米线场效应晶体管能够在减小晶体管尺寸的同时,克服短沟道效应,抑制漏电流。然而,现有技术制备的纳米线器件的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法,以提高纳米线器件的性能。为解决上述技术问题,本专利技术实施例提供一种半导体结构的形成方法,包括:提供基底;在所述基底内形成沟槽,所述沟槽底部暴露出基底;在所述沟槽内形成牺牲层;在所述牺牲层上形成纳米线,所述纳米线的材料与牺牲层的材料不同;形成所述纳米线之后,去除所述牺牲层,使所述纳米线到沟槽的底部有间隙;去除所述牺牲层之后,形成包围纳米线的栅极结构。可选的,所述沟槽的形成步骤包括:在所述基底上形成第一掩膜层,所述第一掩膜层内具有掩膜开口,所述掩膜开口暴露出部分基底的顶部表面;以所述掩膜层为掩膜,刻蚀所述基底,形成所述沟槽。可选的,以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述基底的工艺包括:干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺与湿法刻蚀工艺相结合的工艺;所述干法刻蚀工艺包括:各向异性干法刻蚀工艺;所述各向异性干法刻蚀工艺的参数包括:刻蚀气体包括CF4、HBr、SF6,Cl2中的一种或者多种组合。可选的,所述纳米线的形成步骤包括:在所述掩膜开口内形成纳米线膜;在所述第一掩膜层上和部分纳米线膜上形成第二掩膜层;以所述第二掩膜层为掩膜,刻蚀所述纳米线膜,直至暴露出牺牲层的顶部表面,形成所述纳米线;所述纳米线位于掩膜开口内,且所述纳米线两端与第一掩膜层的侧壁相接触。可选的,所述纳米线膜的材料包括:硅、碳化硅、硅锗、硅氮或者硅锗锡;所述纳米线膜的形成工艺包括:第二外延生长工艺。可选的,所述纳米线膜的材料为硅时,所述第二外延生长工艺的参数包括:外延气体包括硅烷,温度为700摄氏度~800摄氏度,时间为20分钟~50分钟。可选的,形成所述栅极结构之后,还包括:去除所述第一掩膜层,暴露出基底的顶部表面;去除所述第一掩膜层之后,在所述栅极结构两侧的基底上形成源漏掺杂层,所述源漏掺杂层与纳米线两端的侧壁相接触。可选的,所述沟槽的深度为100纳米~300纳米,所述沟槽的顶部为长方形,所述长方形的长度为10纳米~40纳米,所述长方形的宽度为30纳米~200纳米。可选的,所述牺牲层的形成工艺包括:第一外延生长工艺;所述牺牲层的材料为单晶半导体材料;所述单晶半导体材料包括:硅、碳化硅、硅锗、硅氮或者硅锗锡。可选的,所述牺牲层的材料为碳化硅时,所述第一外延生长工艺的参数包括:碳硅的摩尔比为1%~10%,温度为700摄氏度~800摄氏度,时间为20分钟~50分钟。可选的,所述牺牲层的材料为硅锗时,所述第一外延生长工艺的参数包括:锗硅的摩尔比20%~50%,温度为700摄氏度~800摄氏度,时间为20分钟~50分钟。可选的,去除所述牺牲层的工艺包括:干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺与湿法刻蚀工艺相结合的工艺;所述干法刻蚀工艺包括:各向异性干法刻蚀工艺。可选的,所述牺牲层的材料为碳化硅时,所述各向异性干法刻蚀工艺的参数包括:刻蚀气体包括SF6,压力为4毫托~50毫托,频率为12兆赫~14兆赫,射频功率为350瓦~600瓦。可选的,所述牺牲层的材料为硅锗时,所述各向异性干法刻蚀工艺的参数包括:刻蚀气体包括SF6,压力为4毫托~50毫托,频率为12兆赫~14兆赫,射频功率为350瓦~600瓦。可选的,在去除牺牲层的过程中,所述牺牲层与纳米线的刻蚀选择比为:4:1~8:1。可选的,形成所述纳米线之后,去除所述牺牲层之前,还包括:对所述纳米线进行离子注入;所述离子注入工艺的参数包括:注入离子包括碳离子或者氟离子,注入剂量为0.5e14atm/cm2~2e15atm/cm2。可选的,所述注入离子为碳离子时,所述离子注入工艺之后,对所述纳米线进行退火处理;所述退火处理的参数包括:退火温度为900摄氏度~1100摄氏度,时间为10秒~50秒。可选的,形成所述沟槽之后,形成所述牺牲层之前,还包括:对所述沟槽的侧壁和底部进行氧化处理,在所述沟槽的侧壁和底部形成氧化层;去除沟槽底部的氧化层,暴露出沟槽底部的基底。可选的,所述牺牲层的形成工艺包括:第一外延生长工艺;所述牺牲层位于沟槽内,且覆盖所述氧化层。相应的,本专利技术还提供一种采用上述方法形成的一种半导体结构。与现有技术相比,本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果:本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中,所述沟槽用于容纳牺牲层,所述沟槽的尺寸较小,使得牺牲层的尺寸也较小,使得后续去除牺牲层所需的时间较短。并且,由于纳米线的材料与牺牲层的材料不同,使得所述纳米线与牺牲层具有较高的刻蚀选择比,使得去除所述外延层较彻底,且对纳米线底部表面的损伤较小,使得所述纳米线底部表面的缺陷也较少。而所述纳米线在所述牺牲层上形成,可通过控制工艺参数,使得纳米线的顶部表面的缺陷较少,因此,有利于提高纳米线器件的性能。进一步,由于所述牺牲层的材料为单晶半导体材料,所述单晶半导体材料可作为晶体管的沟道,因此,在去除所述牺牲层的过程中,即使在纳米线底部表面残留少量的牺牲层,残留的牺牲层对纳米线的性能影响也较小,有利于进一步降低对纳米线底部的损伤。进一步,纳米线膜的材料包括:硅、碳化硅、硅锗、硅氮或者硅锗锡,所述纳米线膜用于形成纳米线,因此,有利于形成不同的纳米线。而所述纳米线作为纳米线器件的沟道,因此,有利于形成不同的晶体管沟道,以满足不同纳米线器件的性能要求。进一步,所述沟槽用于容纳牺牲层,由于所述沟槽的尺寸较小,因此,牺牲层的尺寸较小,有利于降低后续去除牺牲层的时间和成本。进一步,对所述纳米线进行离子注入工艺,由于所述注入离子能够与纳米线中的缺陷形成团簇,且所述注入离子能够抑制后续形成的源漏掺杂区中的杂质向沟道区扩散,从而使得纳米线具有更高的沟道迁移率和短沟道效应的有效控制,因此,有利于提高纳米线的性能。附图说明图1至图3是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图;图4至图19是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述,现有技术中的纳米线器件的性能较差。图1至图3是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。请参考图1,提供半导体衬底(图中未标出),所述半导体衬底为绝缘体上硅(SOI)衬底,所述半导体衬底包括:基底110、位于基底110表面的绝缘层111以及位于绝缘层111表面的硅层112。请参考图2,在所述硅层112和绝缘层111内形成暴露出基底110的若干平行排列的开口113。请参考图3,去除相邻开口113(见图2)之间的绝缘层111,形成悬空于基底110上方的纳米线112a,且所述纳米线112a两端由未形成开口113的硅层112支撑。然而,采用上述方法制备的半导体结构性能较差,原因在于:上述方法中,采用绝缘体上硅衬底本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:提供基底;在所述基底内形成沟槽,所述沟槽底部暴露出基底;在所述沟槽内形成牺牲层;在所述牺牲层上形成纳米线,所述纳米线的材料与牺牲层的材料不同;形成所述纳米线之后,去除所述牺牲层,使所述纳米线到沟槽的底部有间隙;去除所述牺牲层之后,形成包围纳米线的栅极结构。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:提供基底;在所述基底内形成沟槽,所述沟槽底部暴露出基底;在所述沟槽内形成牺牲层;在所述牺牲层上形成纳米线,所述纳米线的材料与牺牲层的材料不同;形成所述纳米线之后,去除所述牺牲层,使所述纳米线到沟槽的底部有间隙;去除所述牺牲层之后,形成包围纳米线的栅极结构。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述沟槽的形成步骤包括:在所述基底上形成第一掩膜层,所述第一掩膜层内具有掩膜开口,所述掩膜开口暴露出部分基底的顶部表面;以所述掩膜层为掩膜,刻蚀所述基底,形成所述沟槽。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述基底的工艺包括:干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺与湿法刻蚀工艺相结合的工艺;所述干法刻蚀工艺包括:各向异性干法刻蚀工艺;所述各向异性干法刻蚀工艺的参数包括:刻蚀气体包括CF4、HBr、SF6、Cl2中的一种或者多种组合。4.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述纳米线的形成步骤包括:在所述掩膜开口内形成纳米线膜;在所述第一掩膜层上和部分纳米线膜上形成第二掩膜层;以所述第二掩膜层为掩膜,刻蚀所述纳米线膜,直至暴露出牺牲层的顶部表面,形成所述纳米线;所述纳米线位于掩膜开口内,且所述纳米线两端与第一掩膜层侧壁相接触。5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述纳米线膜的材料包括:硅、碳化硅、硅锗、硅氮或者硅锗锡;所述纳米线膜的形成工艺包括:第二外延生长工艺。6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述纳米线膜的材料为硅时,所述第二外延生长工艺的参数包括:外延气体包括硅烷,温度为700摄氏度~800摄氏度,时间为20分钟~50分钟。7.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述栅极结构之后,还包括:去除所述第一掩膜层,暴露出基底的顶部表面;去除所述第一掩膜层之后,在所述栅极结构两侧的基底上形成源漏掺杂层,所述源漏掺杂层与所述纳米线两端的侧壁相接触。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述沟槽的深度为100纳米~300纳米,所述沟槽的顶部为长方形,所述长方形的长度为10纳米~40纳米,所述长方形的宽度为30纳米~200纳米。9.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述牺牲层的形成工艺包括:第一外延生长工艺;所述牺牲层的材料为单晶半导体材料;所述单晶半导体材料包括:硅、...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵猛
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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