利用定向自组装的垂直纳米线晶体管沟道和栅极的图案化制造技术

本发明专利技术描述了定向自组装(DSA)材料或二嵌段共聚物，其可能基于一次光刻操作来对最终限定垂直纳米线晶体管的沟道区和栅极电极的特征进行图案化。在实施例中，DSA材料被约束在使用常规光刻技术进行图案化的引导开口内。在实施例中，沟道区和栅极电极材料对准到DSA材料内的分离的区域的边缘。

Vertical nanowire transistor channel and gate patterning using directional self-assembly

The present invention describes a directional self assembled (DSA) material or two block copolymer, which may be patterned on the channel and gate electrodes of a final vertical nanowire transistor based on a single photolithography operation. In an embodiment, the DSA material is constrained to be patterned within a guided opening using conventional lithography. In an embodiment, the channel region and the gate electrode material are aligned to the edge of the separated region within the DSA material.

【技术实现步骤摘要】
利用定向自组装的垂直纳米线晶体管沟道和栅极的图案化本申请为分案申请，其原申请是于2015年5月18日(国际申请日为2013年6月20日)向中国专利局提交的专利申请，申请号为201380060134.6，专利技术名称为“利用定向自组装的垂直纳米线晶体管沟道和栅极的图案化”。
本专利技术的实施例总体上涉及微电子器件的晶体管制造，并且更具体地涉及使用定向自组装(DSA)的垂直纳米线晶体管的图案化。
技术介绍
在垂直取向的晶体管中，良好控制的材料层厚度限定了诸如栅极长度(Lg)的功能长度，并且可以有利地定制材料组成以获得带隙和迁移率差别。可以通过沟道宽度(Wg)和纳米线的对应截面的光刻图案化来连续缩放电流驱动。然而，在实际应用中，可能需要印刷直径为15nm左右或更小同时具有非常好的临界尺寸(CD)均匀性和良好的圆度并且具有最小特征间距以获得最高的密度的纳米线特征(例如，孔)。此外，必须要使沟道图案与栅极堆叠体和接触金属化部准确对准。小于15nm并且具有足够的CD均匀性、圆度和间距的孔的光刻印刷超出了已知ArF或UEV抗蚀剂的能力。将孔印刷得更大并且然后使其缩小的技术不能获得期望的间距(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成具有多个纳米线的晶体管的方法，所述方法包括：在设置在所述晶体管的源极/漏极半导体层之上的掩模层中对第一直径的引导开口进行光刻图案化，所述引导开口具有大于宽度的长度；将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；通过烘烤和/或固化将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的连续外部聚合物区完全包围的第一和第二内部聚合物区；通过相对于所述内部聚合物区有选择地去除所述外部聚合物区来在所述引导开口内限定两个半导体沟道区，其中，所述沟道区的直径、所述沟道区之间的间隔、以及与所述引导开口的边缘的间隔都由所述DSA分离部来限定；使所述沟道半导体层的暴露部分凹陷，以形成与所述晶体管的沟道长度相关联的两个...

【技术特征摘要】
2012.12.18 US 13/719,1131.一种形成具有多个纳米线的晶体管的方法，所述方法包括：在设置在所述晶体管的源极/漏极半导体层之上的掩模层中对第一直径的引导开口进行光刻图案化，所述引导开口具有大于宽度的长度；将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；通过烘烤和/或固化将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的连续外部聚合物区完全包围的第一和第二内部聚合物区；通过相对于所述内部聚合物区有选择地去除所述外部聚合物区来在所述引导开口内限定两个半导体沟道区，其中，所述沟道区的直径、所述沟道区之间的间隔、以及与所述引导开口的边缘的间隔都由所述DSA分离部来限定；使所述沟道半导体层的暴露部分凹陷，以形成与所述晶体管的沟道长度相关联的两个沟道半导体侧壁；去除所述内部聚合物区；将栅极电介质沉积在所述半导体沟道侧壁之上；以及利用具有自对准到所述引导开口的外直径的环形栅极电极包围所述半导体沟道区。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述DSA材料沉积到所述引导开口中还包括：旋涂包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的DSA材料；以及其中，分离所述DSA材料还包括在一定温度下并且在一段持续时间内固化所述DSA材料，所述持续时间足以允许所述第一聚合物材料迁移到所述内部聚合物部分中，同时所述第二聚合物材料迁移到所述外部聚合物部分中。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述DSA材料包括PMMA和聚苯乙烯。4.一种在衬底上形成纳米线晶体管的方法，所述方法包括：在设置在所述晶体管的源极/漏极半导体层之上的掩模层中形成引导开口；将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的外部聚合物区完全包围的内部聚合物区，所述内部聚合物区具有圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有直径；通过相对于彼此有选择地去除所述内部聚合物区和所述外部聚合物区之一来在所述引导开口内限定所述晶体管的半导体沟道区，其中，所述半导体沟道区具有由所述内部聚合物区的所述圆柱形几何形状的直径限定的直径；去除所述内部聚合物区和所述外部聚合物区中的另一个；将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上；以及利用具有自对准到所述引导开口的外直径的环形栅极电极包围所述半导体沟道区。5.根据权利要求4所述的方法，其中，形成所述引导开口包括对弯曲的引导开口进行光刻图案化。6.根据权利要求4所述的方法，其中，形成所述引导开口包括对圆形引导开口进行光刻图案化。7.根据权利要求4所述的方法，其中，分离所述DSA材料包括烘烤和/或固化所述DSA材料。8.根据权利要求4所述的方法，其中，限定所述半导体沟道区还包括：去除所述外部聚合物区，同时保留所述内部聚合物区以暴露沟道半导体层的一部分；以及使所述沟道半导体层的暴露部分凹陷以形成圆柱形沟槽，所述圆柱形沟槽具有与所述晶体管的沟道长度相关联的、与所述内部聚合物区的边缘对准的沟道半导体侧壁。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述凹陷暴露了所述晶体管的源极/漏极半导体区，并且其中，所述栅极电介质将所述源极/漏极半导体区与所述栅极电极材料隔离。10.根据权利要求8所述的方法，其中，将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上还包括：将所述栅极电介质沉积到所述圆柱形沟槽中并且覆盖所述沟道半导体侧壁；并且其中，利用所述栅极电极包围所述半导体沟道区包括利用栅极电极材料填充所述圆柱形沟槽。11.根据权利要求4所述的方法，其中，限定所述半导体沟道区还包括：去除所述内部聚合物区，同时保留所述外部聚合物区以暴露电介质层的下层第一部分；在所述电介质层的所暴露的第一部分中蚀刻沟槽，以暴露晶体半导体表面；以及从所暴露的晶体半导体表面外延生长所述半导体沟道区；以及使所述电介质层的与所述半导体沟道区相邻的第二部分凹陷，以形成暴露所述半导体沟道区的侧壁的圆柱形沟槽。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述晶体半导体表面是所述晶体管的源极/漏极半导体区的表面。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述晶体半导体表面是未掺杂的或轻掺杂的半导体衬底的表面，并且其中，外延生长所述半导体沟道区还包括：首先从所述半导体衬底的所述表面生长所述晶体管的源极/漏极半导体区，并且然后从所述源极/漏极半导体区生长所述半导体沟道区。14.根据权利要求11所述的方法，其中，将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上还包括：将所述栅极电介质沉积到所述圆柱形沟槽中并且覆盖所述沟道半导体侧壁；并且其中，利用所述栅极电极包围所述半导体沟道区包括利用栅极电极材料填充所述圆柱形沟槽。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述栅极电介质沉积在所述电介质层的凹陷的第二部分之上。16.根据权利要求4所述的方法，其中，形成所述引导开口还包括：印刷具有第一尺寸中的第一直径和第二尺寸中的第二直径的开口，所述第二直径是所述第一直径的至少两倍；其中，将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的所述外部聚合物区完全包围的所述内部聚合物区还包括：形成被所述外部聚合物区完全包围的第二内部聚合物区，所述第二内部聚合物区具有所述圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有所述直径；并且其中，限定所述半导体沟道区还包括形成第二沟道区，其中，所述第二沟道区具有由所述第二内部聚合物区的所述圆柱形几何形状的所述直径限定的直径。17.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述DSA材料沉积到所述引导开口中还包括旋涂包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的DSA材料；并且其中，分离所述DSA材料还包括在一定温度下并且在一段持续时间内固化所述DSA材料，所述持续时间足以允许所述第一聚合物材料迁移到所述内部聚合物部分中，同时所述第二聚合物材料迁移到所述外部聚合物部分中。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之一包括PMMA。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的另一个包括聚苯乙烯。20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述掩模层包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之一。21.一种在衬底上形成纳米线晶体管的方法，所述方法包括：在设置在所述晶体管的源极/漏极半导体层之上的掩模层中对引导开口进行光刻图案化；将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的外部聚合物区完全包围的内部聚合物区，所述内部聚合物区具有圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有直径；相对于所述内部聚合物区有选择地去除所述外部聚合物区，以形成使下层硬掩模层暴露的圆柱形沟槽；蚀刻穿过所述硬掩模层以推进所述沟槽并且暴露第一半导体源极/漏极区；蚀刻穿过所述第一半导体源极/漏极区的暴露的部分以推进所述沟槽并且暴露设置于所述源极/漏极区下方的半导体沟道层；蚀刻所述半导体沟道层的暴露的部分以推进所述沟槽并且暴露设置于所述半导体沟道层下方的半导体层，所述蚀刻留下了大体上具有所述直径的所述半导体沟道层的剩余部分；利用第一电介质材料填充所述沟槽并且相对于所述硬掩模层有选择地深蚀刻所述第一电介质材料，以暴露所述半导体沟道层的侧壁；将栅极电介质沉积在所述侧壁之上；以及利用栅极电极材料填充所述沟槽以利用具有自对准到所述引导开口的外直径的环形栅极电极来包围所述侧壁。22.根据权利要求21所述的方法，其中，对所述引导开口进行光刻图案化包括对弯曲的引导开口进行光刻图案化。23.根据权利要求21所述的方法，其中，分离所述DSA材料包括烘烤和/或固化所述DSA材料。24.一种在衬底上形成纳米线晶体管的方法，所述方法包括：在设置在电介质层之上的掩模层中形成引导开口，所述电介质层设置在衬底之上设置的掺杂的半导体层之上；将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；将所述DSA材料分离成被所述引导开口内的外部聚合物区完全包围的内部聚合物区，所述内部聚合物区具有圆柱形几何形状，所述圆柱形几何形状具有直径；相对于所述外部聚合物区有选择地去除所述内部聚合物区；在所述电介质层和所述掺杂的半导体层中形成沟槽，其中，所述沟槽具有由所述内部聚合物区的所述圆柱形几何形状的所述直径限定的直径；去除所述掩模层和所述电介质层的位于所述掩模层下面的外围部分以形成所述电介质层的包围所述沟槽的环形部分；去除所述外部聚合物区；将第一源极/漏极半导体材料沉积在所述沟槽中；将沟道半导体材料沉积在所述沟槽中的所述第一源极/漏极半导体材料上；将第二源极/漏极半导体材料沉积在所述沟槽中的所述沟道半导体材料上；去除所述电介质层的包围所述沟槽的所述环形部分的至少一部分，以形成包围所述沟道半导体材料的栅极沟槽；在所述栅极沟槽中沉积与所述沟道半导体材料相邻并包围所述沟道半导体材料的栅极电介质；以及在所述栅极沟槽中沉积与所述栅极沟槽中的所述栅极电介质相邻并包围所述沟道半导体材料的栅极电极。25.根据权利要求24所述的方法，其中，去除所述电介质层的所述环形部分的至少一部分包括去除所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·A·尼许斯，S·希瓦库马，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US