纳米线半导体器件及其形成方法技术

一种纳米线半导体器件及其形成方法，其中形成方法包括：形成基底；在PMOS区域的基底内形成第一开口；向PMOS区域的第一开口内填充锗硅材料形成第一外延线；刻蚀第一外延线底部以及两侧的基底使第一外延线位于第二开口侧壁并悬空于第二开口的底部；对第一外延线进行热氧化处理，并去除热氧化处理过程中在第一外延线表面所形成的氧化物，以形成第一纳米线；形成第一围栅结构。本发明专利技术通过直接向第一开口内填充锗硅材料以形成第一外延线，因此第一外延线中锗硅材料分布较均匀，有利于后续通过热氧化工艺提高第一纳米线中的锗含量，也有利于提高所形成半导体器件的沟道性能，改善半导体器件性能。

【技术实现步骤摘要】
纳米线半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种纳米线半导体器件及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，晶体管的尺寸也越来越小。小尺寸下的短沟道效应和栅极漏电流的问题，使晶体管的性能变坏，因此通过缩小传统晶体管的物理尺寸来提高性能面临一系列的困难。为了解决传统半导体器件物理尺寸难以进一步减小的困难，现有技术提出了一种纳米线半导体器件，为采用纳米线作为器件沟道的半导体结构。纳米线半导体器件具有较高的电流开关比，同时受到短沟道效应和漏致势垒降低效应的影响较小，因此具有较好的性能。但是现有技术中所形成的纳米线半导体器件，难以保证器件的性能及其稳定性。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种纳米线半导体器件及其形成方法，以提高器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种纳米线半导体器件的形成方法，包括：形成基底，所述基底包括PMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线；刻蚀所述第一外延线底部以及两侧的基底，在PMOS区域的基底内形成第二开口，使所述第一外延线位于所述第二开口侧壁并悬空于所述第二开口的底部；对所述第一外延线进行热氧化处理，并去除热氧化处理过程中在所述第一外延线表面所形成的氧化物，以形成第一纳米线；形成包围所述第一纳米线的第一围栅结构。可选的，在基底内形成第一开口的步骤中，所述第一开口的形状为钵形。可选的，形成第一外延线的步骤包括：所述第一外延线的长度在2纳米到50纳米范围内。可选的，形成第一外延线的步骤包括：所述第一外延线的直径在2纳米到5纳米范围内。可选的，向所述第一开口内填充锗硅材料的步骤包括：采用化学气相沉积、分子束外延或原子层沉积的方式向所述第一开口内填充锗硅材料。可选的，按质量百分比计，所述第一纳米线中锗含量在15％到95％范围内。可选的，形成第一纳米线的步骤包括：多次重复所述氧化和去除的步骤，以使所述第一纳米线中锗含量在15％到95％范围内。可选的，形成基底的步骤包括：所述基底还包括NMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口的步骤中，在NMOS区域的基底内形成第三开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线的步骤中，向NMOS区域的所述第三开口内填充第一半导体材料，以形成第二外延线；所述形成方法还包括：刻蚀所述第二外延线底部以及两侧的基底，在NMOS区域的基底内形成第四开口，使所述第二外延线位于所述第四开口的侧壁并悬空于所述第四开口的底部；在所述第二外延线表面形成第三半导体层，以形成第二纳米线；形成包围所述第二纳米线的第二围栅结构。可选的，形成第三开口的步骤包括：刻蚀NMOS区域的第一开口，以形成第三开口。可选的，形成第三开口的步骤包括：所述第三开口的形状为Sigma形。可选的，所述第一半导体材料包括锗硅材料。可选的，在形成第四开口的步骤之后，在形成第二纳米线的步骤之前，所述形成第三半导体层的步骤还包括：对所述第四开口底部进行热氧化处理。可选的，形成第三半导体层的步骤包括：所述第三半导体层的材料包括III-V半导体材料。可选的，形成第三半导体层的步骤包括：采用化学气相沉积、分子束外延或者原子层沉积的方式在所述第二纳米线表面形成第三半导体层。相应的，本专利技术还提供一种纳米线半导体器件，包括：基底，所述基底包括PMOS区域和NMOS区域；位于所述PMOS区域的基底内的第一纳米线以及包围所述第一纳米线的第一围栅结构；位于所述NMOS区域的基底内的第二纳米线以及包围所述第二纳米线的第二围栅结构。可选的，所述第一纳米线为锗纳米线。可选的，按质量百分比计，所述第一纳米线中锗含量在15％到95％范围内。可选的，所述第二纳米线包括第二外延线以及覆盖所述第二外延线表面的第三半导体层。可选的，所述第三半导体层的材料包括III-V族半导体材料。可选的，垂直所述第二纳米线延伸方向的平面内，所述第二纳米线的截面形状为Sigma形。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术通过直接向第一开口内填充锗硅材料以形成第一外延线，因此所述第一外延线中锗硅材料分布较均匀，有利于后续通过热氧化工艺提高第一纳米线中的锗含量，也有利于提高所形成半导体器件的沟道性能，改善半导体器件性能。此外，通过热氧化工艺不但能够提高第一纳米线中锗含量，还能够使所形成的第一纳米线中原子充分弛豫，从而使所形成的第一纳米线表面更加圆滑，因此也有利于改善所形成半导体器件的性能。本专利技术的可选方案中，所述基底还包括用于形成NMOS器件的NMOS区域，所述NMOS区域的基底内形成有第二纳米线。所述第二纳米线包括锗硅材料的第二外延线以及覆盖所述第二外延线的第三半导体层。所述第二外延线的截面为Sigma形，因此在所述第二外延线表面外延生长所形成的第三半导体层为以(111)方向为主的三五族半导体。所以利用这种结构的第二纳米线作为半导体器件沟道，能够获得较高的沟道电子迁移率，能够有效的提高所形成半导体器件的性能。附图说明图1至图4是现有技术中一种纳米线半导体器件的形成方法各个步骤的结构示意图；图5至图22是本专利技术所提供纳米线半导体器件的形成方法一实施例各个步骤的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中形成的纳米线半导体器件存在性能不良的问题。现结合纳米线半导体器件的形成过程分析产生性能不良问题的原因：参考图1至图4，示出了现有技术中一种纳米线半导体器件的形成方法各个步骤的结构示意图。参考图1，提供硅基底10。刻蚀所述基底10形成鳍部11，在相邻鳍部11之间形成隔离层12。参考图2，在所述鳍部11顶端通过选择性外延的方式形成锗硅外延线20。之后，回刻所述隔离结构12，露出所述鳍部11的部分侧面。参考图3，去除所述鳍部11侧面的部分厚度，以使所述鳍部11的侧面向内弯曲(necked-in)。结合参考图4，对所述锗硅外延线20进行氧化退火处理，以形成锗纳米线30，所述锗纳米线30表面覆盖有氧化层31。锗硅外延线20包围在所述鳍部11顶端，因此所形成的锗硅外延线20为具有硅核的外延线，虽然通过后续的氧化退火处理，能够使锗向中心聚集以形成锗纳米线30，但是由于内核硅含量较高，因此提高锗纳米线30中锗含量的工艺难度较大，因此所形成的半导体器件中，纳米线内锗含量较低，从而影响所形成的半导体器件的性能。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种纳米线场半导体器件的形成方法，包括：形成基底，所述基底包括PMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线；刻蚀所述第一外延线底部以及两侧的基底，在PMOS区域的基底内形成第二开口，使所述第一外延线位于所述第二开口侧壁并悬空于所述第二开口的底部；对所述第一外延线进行热氧化处理，并去除热氧化处理过程中在所述第一外延线表面所形成的氧化物，以形成第一纳米线；形成包围所述第一纳米线的第一围栅结构。本专利技术通过直接向第一开口内填充锗硅材料以形成第一外延线，因此所述第一外延线中锗硅材料分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米线半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：形成基底，所述基底包括PMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线；刻蚀所述第一外延线底部以及两侧的基底，在PMOS区域的基底内形成第二开口，使所述第一外延线位于所述第二开口侧壁并悬空于所述第二开口的底部；对所述第一外延线进行热氧化处理，并去除热氧化处理过程中在所述第一外延线表面所形成的氧化物，以形成第一纳米线；形成包围所述第一纳米线的第一围栅结构。

【技术特征摘要】
1.一种纳米线半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：形成基底，所述基底包括PMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线；刻蚀所述第一外延线底部以及两侧的基底，在PMOS区域的基底内形成第二开口，使所述第一外延线位于所述第二开口侧壁并悬空于所述第二开口的底部；对所述第一外延线进行热氧化处理，并去除热氧化处理过程中在所述第一外延线表面所形成的氧化物，以形成第一纳米线；形成包围所述第一纳米线的第一围栅结构。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在基底内形成第一开口的步骤中，所述第一开口的形状为钵形。3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成第一外延线的步骤包括：所述第一外延线的长度在2纳米到50纳米范围内。4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成第一外延线的步骤包括：所述第一外延线的直径在2纳米到5纳米范围内。5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，向所述第一开口内填充锗硅材料的步骤包括：采用化学气相沉积、分子束外延或原子层沉积的方式向所述第一开口内填充锗硅材料。6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，按质量百分比计，所述第一纳米线中锗含量在15％到95％范围内。7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，形成第一纳米线的步骤包括：多次重复所述氧化和去除的步骤，以使所述第一纳米线中锗含量在15％到95％范围内。8.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成基底的步骤包括：所述基底还包括NMOS区域；在PMOS区域的基底内形成第一开口的步骤中，在NMOS区域的基底内形成第三开口；向PMOS区域的所述第一开口内填充锗硅材料，以形成第一外延线的步骤中，向NMOS区域的所述第三开口内填充第一半导体材料，以形成第二外延线；所述形成方法还包括：刻蚀所述第二外延线底部以及两侧的基底，在NMOS区域的基底内形成第四开口，使所述第二外延线位于所述第四开口的侧壁并悬空于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11