包封的纳米结构及其制造方法技术

提供了包括硅纳米线和包封的硅纳米岛的各种纳米结构以及制作所述纳米结构的方法。该方法可以包括提供在衬底上方延伸的鳍结构，其中，所述鳍结构具有限定了该鳍结构的侧壁的至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层；以及在氧气中对所述鳍结构进行退火以形成硅纳米线组件。所述硅纳米线组件可以包括硅纳米线、包围硅纳米线的SiGe基质；以及设置在SiGe基质上的氧化硅层。退火可以是例如在800℃与1000℃之间温度进行五分钟至六十分钟。所述硅纳米线可以具有沿鳍轴延伸的长轴，和沿垂直于鳍轴的方向延伸小于50nm的垂直的第一尺寸和第二尺寸。

Encapsulation nanostructures and their manufacturing methods

Various nanostructures including silicon nanowires and encapsulated silicon islands are provided and methods of making the nanostructures are provided. The method may include providing a fin structure extending above the substrate, in which the fin structure has at least one silicon layer limiting the side wall of the fin structure and at least two silicon germanium alloy (SiGe) layers; and the fin structure is annealed in oxygen to form a silicon nanowire component. The silicon nanowire assembly may include a silicon nanowire, a SiGe matrix surrounding the silicon nanowire, and a silicon oxide layer disposed on the SiGe matrix. Annealing can be carried out for five minutes to sixty minutes, for example, between 800 and 1000 degrees. The silicon nanowires may have a long axis extending along the fin axis and a vertical first and second dimension extending less than 50 nm in a direction perpendicular to the fin axis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包封的纳米结构及其制造方法相关申请的交叉引用此申请要求于2015年10月30日提交的具有序列号62/248,561的题为“ENCAPSULATEDNANOSTRUCTUREANDMETHODFORFABRICATING”的共同待审的美国临时申请的优先权和权益，通过整体引用将其内容并入本文。
本实施例涉及器件结构，并且更具体地涉及半导体器件结构(诸如纳米线结构)和相关的制造方法。
技术介绍
当前，三维晶体管(3D)器件被用于提供平面型晶体管之上的增强性能。诸如finFET器件和水平环绕式栅极(horizontal-Gate-All-Around，HGAA)FET之类的器件从自衬底平面(诸如硅晶片的平面)垂直延伸的鳍形半导体区域形成。可以在诸如HGAAFET或类似器件结构内形成由硅或其他半导体材料制成的窄结构，其中，所述窄结构在限定该器件结构中的电流方向的第一方向上伸长。该窄结构可以具有在(一个或多个)窄方向上的横截面，其尺寸在50nm或更小的量级上，在一些实施例中小于10nm。此类结构可以被集成在待形成的器件的栅极内，以便限定沟道。在硅的情况下，此类窄结构可以被称为硅纳米线。此类纳米线可以是水平的或平行于表面，或者直立的或正交于晶片的表面。在HGAA器件(术语“HGAA器件”与“HGAAFET器件”可被互换地使用)的一些方法中，硅纳米线通过在鳍结构内制造包括硅和硅锗合金(SiGe)的交替层的多层结构而形成。在鳍形成之后的HGAA器件的整体几何结构可以类似于仅由硅形成的常规finFET。在鳍结构内邻近于给定硅层的SiGe层可以在所述鳍结构的暴露区域中被选择性地去除，以允许之前鳍结构内的硅层被暴露在所有侧面上，从而在待形成的器件的沟道区域中形成纳米线的自支撑(freestanding)部分。这促进在暴露的自支撑纳米线的所有侧面上的栅极材料的形成。尽管HGAAFET结构提供在所有侧面上电选通(electricallygate)硅纳米线的能力，但是根据已知方法的HGAA器件的形成是复杂的。器件制造可能受到掩模和刻蚀工过程的限制，其中鳍宽度不能够被很好地控制在10nm以下。此外，使用已知的方法，在锗浓度增大时由于晶格失配和缺陷生成，由硅和SiGe制成的超晶格可能具有30％的SiGe层中的Ge浓度上限。此外，使用Si/SiGe超晶格的HGAA形成的已知方法具有有限的能力来使所得到的硅纳米线同轴应变。仍然存在对克服前述不足的纳米结构和制造纳米结构的方法的需求。
技术实现思路
在各种实施例中，提供了克服前述不足中的一个或多个的纳米结构和制造纳米结构的方法。该方法可以包括形成纳米线的方法和形成包封的纳米结构的方法。在各种实施例中，提供了能够由本文所描述的一个或多个方法制备的纳米结构。该纳米结构可以包括纳米线和/或包封的纳米结构。在各种实施例中，提供了形成纳米线的方法。所述方法可以包括提供在衬底的衬底平面上方延伸的鳍结构，其中，该鳍结构具有至少三个层。该三个层可以包括例如至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层。所述层可以限定鳍结构的侧壁。该方法可以包括在氧化环境(诸如氧气)中对鳍结构进行退火。在各种方面，可以形成硅纳米线组件，其中，该硅纳米线组件包括形成自所述至少一个硅层的硅纳米线，包围所述硅纳米线的SiGe基质；以及设置在SiGe基质上的氧化硅层。在一些方面，鳍结构具有至少三个SiGe层和至少两个硅层，并且所形成的硅纳米线组件具有至少两个硅纳米线。在一些实施例中，鳍结构具有平行于衬底的平面延伸的鳍轴，其中，鳍结构具有60nm或更小的鳍宽度，并且硅纳米线具有沿垂直于鳍轴的第一方向延伸小于50nm的第一尺寸，和沿垂直于第一方向和鳍轴的第二方向延伸小于50nm的第二尺寸。形成纳米线的方法的各种方面可以包括在800℃与1000℃之间的温度下在氧气环境中对鳍结构进行退火。鳍结构的退火可以例如进行五分钟到六十分钟。在各种方面，该退火可以导致SiGe基质中的锗浓度增大。例如，在一些实施例中，三个层可以包括至少两个硅锗合金(SiGe)层，其中，至少两个SiGe层具有30％或更小的第一锗浓度，并且在退火时所述硅纳米线组件可以包括具有大于30％的第二锗浓度的SiGe基质。在一些方面，第二锗浓度大于50％。硅纳米线组件可以包括设置在SiGe基质上的氧化硅层。在一些实施例中，该方法包括去除氧化硅层和选择性地去除SiGe基质，其中，形成具有暴露的外表面的至少一个自支撑的硅纳米线。所述至少一个自支撑的硅纳米线可以连接至被形成在衬底上的源极/漏极区域。在一些实施例中，该方法还可以包括在所述暴露的外表面周围形成栅极，其中，该栅极包封所述至少一个自支撑的硅纳米线。在一些实施例中，所述至少一个自支撑的硅纳米线可以是无缺陷的。在各种实施例中，提供了纳米结构。该纳米结构可以包括衬底；设置在衬底上的鳍结构，该鳍结构具有鳍轴。该鳍结构可以包括具有沿鳍轴延伸的长轴的至少一个硅纳米线，该纳米线包括单晶硅；以及包围所述纳米线的基质材料，该基质材料包括单晶的硅锗合金(SiGe)。在各种方面，所述至少一个硅纳米线具有沿垂直于鳍轴的第一方向延伸小于50nm的第一尺寸，和沿垂直于第一方向和鳍轴的第二方向延伸小于50nm的第二尺寸。该鳍结构可以具有包括SiGe材料的外表面。在各种方面，所述至少一个硅纳米线并不在所述鳍结构的外表面上延伸。在一些方面，所述至少一个硅纳米线可以是无缺陷的。在一些方面，所述至少一个硅纳米线和SiGe材料具有一体的(unitary)单晶结构。SiGe材料可以包括大于50％的锗浓度。在一些方面，至少一个硅纳米线是应变的硅纳米线。该纳米结构可以包括多个硅纳米线，其中，基质材料可以包围所述多个硅纳米线。在一些实施例中，鳍结构平行于衬底的平面延伸，其中，至少一个硅纳米线具有沿垂直于鳍轴的第一方向延伸小于20nm的第一尺寸，和沿垂直于第一方向和鳍轴的第二方向延伸小于20nm的第二尺寸。还提供了形成包封的纳米结构的方法和包封的纳米结构。该方法可以包括形成在衬底的衬底平面上方延伸的多层结构，其中，所述多层结构具有至少三个层，其中，所述多层结构具有至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层，其中，所述至少一个硅层和所述至少两个SiGe层限定多层结构的多个侧面。该方法可以进一步包括在氧气环境中对所述多层结构进行退火，其中，形成硅纳米岛组件。提供了硅纳米岛组件。该硅纳米岛组件可以具有具有顶面和多个侧面的外表面，从所述至少一个硅层形成的并设置在所述硅纳米岛组件的内部中的硅纳米岛；包围所述硅纳米岛的SiGe基质；以及设置在SiGe基质上的氧化硅层，其中，所述外表面包括氧化硅。退火步骤可以导致SiGe基质中增大的锗浓度。例如，在一些实施例中，所述至少两个SiGe层具有第一锗浓度，并且该SiGe基质具有大于第一锗浓度的第二锗浓度。所述纳米结构和制作纳米结构的方法的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员在查看下面的附图和详细描述时将是或者变得显而易见。意图是，所有此类额外的系统、方法、特征和优点被包括在此描述内、在本公开的范围内并且受所附权利要求的保护。附图说明当结合附图审阅下面所描述的本公开的各种实施例的详细描述时，本公开的进一步方面将是易于理解的。图1A-图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成纳米线的方法，所述方法包括：提供在衬底的衬底平面上方延伸的鳍结构，其中，所述鳍结构包括至少三个层，其中，所述鳍结构包括至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层，其中，所述至少一个硅层和所述至少两个SiGe层限定所述鳍结构的侧壁；以及在氧气环境中对所述鳍结构进行退火，其中，形成了硅纳米线组件，其中，所述硅纳米线组件包括：从所述至少一个硅层形成的硅纳米线，包围所述硅纳米线的SiGe基质；以及设置在所述SiGe基质上的氧化硅层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 US 62/248,5611.一种形成纳米线的方法，所述方法包括：提供在衬底的衬底平面上方延伸的鳍结构，其中，所述鳍结构包括至少三个层，其中，所述鳍结构包括至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层，其中，所述至少一个硅层和所述至少两个SiGe层限定所述鳍结构的侧壁；以及在氧气环境中对所述鳍结构进行退火，其中，形成了硅纳米线组件，其中，所述硅纳米线组件包括：从所述至少一个硅层形成的硅纳米线，包围所述硅纳米线的SiGe基质；以及设置在所述SiGe基质上的氧化硅层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述退火包括在800℃与1000℃之间的温度下在氧气环境中对所述鳍结构进行退火。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述退火包括对所述鳍结构进行退火五分钟至六十分钟。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个SiGe层包括30％或更小的第一锗浓度，并且其中，所述SiGe基质包括大于30％的第二锗浓度。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二锗浓度大于50％。6.根据权利要求5所述的方法，还包括去除所述氧化硅层以及选择性地去除所述SiGe基质，其中，形成了具有暴露的外表面的至少一个自支撑的硅纳米线。7.根据权利要求1所述的方法，还包括去除所述氧化硅层和选择性地去除所述SiGe基质，其中，形成了具有暴露的外表面的至少一个自支撑的硅纳米线。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述鳍结构包括至少三个SiGe层和至少两个硅层，并且其中，所述硅纳米线组件包括至少两个硅纳米线。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个自支撑的硅纳米线连接至被形成在所述衬底上的源极/漏极区域，所述方法还包括在所述暴露的外表面周围形成栅极，其中，所述栅极包封所述至少一个自支撑的硅纳米线。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个自支撑的硅纳米线是无缺陷的。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述鳍结构包括平行于所述衬底的平面延伸的鳍轴，其中，所述鳍结构包括60nm或更小的鳍宽度，并且其中，所述硅纳米线具有沿垂直于所述鳍轴的第一方向延伸小于50nm的第一尺寸，和沿垂直于所述第一方向和所述鳍轴的第二方向延伸小于50n...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·S·琼斯，克里斯多夫·哈特姆，威廉·M·布鲁尔，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会有限公司，瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：美国,US