纳米线场效应晶体管的形成方法技术

一种纳米线场效应晶体管的形成方法，包括：提供基底，所述基底上形成有锗层和锗锡层交替堆叠的堆叠结构，堆叠结构包括纳米线区域、分别位于纳米线区域两侧的源极区域和漏极区域；在所述堆叠结构上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层暴露出堆叠结构的纳米线区域的部分表面；进行干法刻蚀工艺，刻蚀去除纳米线区域的部分顶层锗锡层，形成顶层纳米线；进行微波刻蚀工艺，刻蚀去除顶层纳米线底部的一层锗层，形成凹槽，使得顶层纳米线悬空；循环进行各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺，依次刻蚀下层的锗锡层和锗层，形成相应的下层纳米线以及形成使得对应的下层纳米线悬空的凹槽。本发明专利技术的方法使得每一层的纳米线尺寸保持一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及一种纳米线场效应晶体管的形成方法。
技术介绍
集成电路已经从单一的芯片上集成数十个器件发展为集成数百万器件。传统的集成电路的性能和复杂性已经远远超过了最初的想象。为了实现在复杂性和电路密度(在一定芯片面积上所能容纳的器件的数量)方面的提高，器件的特征尺寸，也称为“几何尺寸(geometry)”，随着每一代的集成电路已经越变越小。提高集成电路密度不仅可以提高集成电路的复杂性和性能，而且对于消费者来说也能降低消费。基于对集成电路芯片高密度、高速度、低功耗的需求，集成电路越来越向高密度、高速度、低功耗方向发展。当集成电路中的场效应晶体管的特征尺寸减小到32nm以下时，传统的场效应晶体管的形成方法已不适应，提出了纳米线场效应晶体管。其中纳米线场效应晶体管是指沟道长度为纳米(nm)数量级的场效应晶体管，实际上，也就是沟道的长度短到与沟道的厚度可相比拟时的场效应晶体管。纳米线场效应晶体管形成有高的电流开关比，同时受短沟道效应和漏致势垒降低效应影响较小。随着纳米技术的发展，在纳米材料中引入了超晶格材料，其中，超晶格是由两种或多种不同掺杂、不同组分的半导体超薄层交替叠合生长在基底上，并且在其外延方向上形成附加一维周期的人造结构。随着超晶格材料在纳米器件中应用的不断深入，目前在一维纳米材料纳米线中引入了超晶格结构，以扩充纳米线的功能。现有技术中，形成超晶格纳米线场效应晶体管的方法包括：提供SOI衬底，所述SOI衬底包括单晶硅层、位于所述单晶硅层上的埋层、位于所述埋层上的单晶硅层；在单晶硅层上交叠形成单晶锗硅层和单晶硅层堆叠结构，堆叠结构中单晶锗硅层和单晶硅层均至少为一层；采用等离子刻蚀工艺图形
化所述堆叠结构中的单晶锗硅层和单晶硅层、以及SOI衬底中的单晶硅层和埋层，形成多层叠置的纳米线、位于纳米线底部的凹槽、位于纳米线两侧的源区区域和漏区区域，所述纳米线悬置于所述凹槽上方；利用各向同性的刻蚀工艺去除相互叠置的纳米线之间的单晶锗硅层；在所述纳米线表面上形成栅介质层，在栅介质层上形成栅电极，所述栅电极包围所述纳米线；对纳米线两侧的源区区域和漏区区域进行离子注入，形成源区和漏区。现有技术形成的纳米线场效应晶体管的性能仍有待提升。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样保证纳米线场效应晶体管形成过程中形成多层纳米线时的尺寸均匀性，以及提高形成的纳米线场效应晶体管性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种纳米线场效应晶体管的形成方法，包括：提供基底，所述基底上形成有锗层和锗锡层交替堆叠的堆叠结构，且每一层锗锡层位于相应层的锗层表面上方，所述堆叠结构包括纳米线区域、分别位于纳米线区域两侧的源极区域和漏极区域；在所述堆叠结构上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层暴露出堆叠结构的纳米线区域的部分表面；进行各向异性的第一刻蚀工艺，刻蚀去除纳米线区域的部分顶层锗锡层，形成顶层纳米线；进行各向同性的第二刻蚀工艺，刻蚀去除顶层纳米线底部的一层锗层，形成凹槽，使得顶层纳米线悬空；循环进行各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺，依次循环刻蚀下层的锗锡层和锗层，形成相应的下层纳米线以及形成使得对应的下层纳米线悬空的凹槽。可选的，所述各向异性的第一刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。可选的，所述各向异性的第一刻蚀工艺采用的气体包括Cl2和O2，Cl2的流量为50～500sccm，O2的流量0～100sccm，腔室压力为50～200mtorr，射频源功率为100～1000W，偏置源功率为0～500W，刻蚀时的占空比为10％～100％，频率为0.1Khz～100Khz。可选的，每一层锗锡层的厚度为5～10nm。可选的，所述干法刻蚀工艺的时间为10～60S。可选的，进行干法刻蚀工艺时，过刻蚀去除底部部分厚度的锗层。可选的，各向同性的第二刻蚀工艺为微波刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，所述微波刻蚀工艺采用的气体包括CF4，微波源的功率为500～2000W，微波源的频率为2～3Ghz，腔室压力为100-1000mTorr，CF4的流量为50～500sccm。可选的，每一层锗层的厚度为5～500nm。可选的，所述微波刻蚀工艺的时间为10～60S。可选的，所述掩膜层的材料为硅。可选的，所述硅掩膜层的顶部表面晶向指数为(110)，垂直于顶部表面方向的晶面指数为(111)。可选的，图形化所述硅掩膜层的工艺为湿法刻蚀。可选的，所述湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为TMAH溶液。可选的，所述TMAH溶液的质量百分比浓度为1％～5％。可选的，在纳米线的表面形成栅介质层，在栅介质层上形成栅电极。可选的，在栅电极的侧壁形成侧墙。可选的，在栅电极和侧墙两侧的源区区域和漏区区域注入杂质离子，形成源区和漏区。可选的，所述堆叠结构中锗层和锗锡层的层数均≥2层。可选的，所述堆叠结构中锗层和锗锡层的层数均为3层，包括位于基底上的第一锗层、位于第一锗层上的第一锗锡层、位于第一锗锡层上的第二锗层、位于第二锗层上的第二锗锡层、位于第二锗锡层上的第三锗层、位于第三锗层上的第三锗锡层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案形成有以下优点：本专利技术的纳米线场效应晶体管的形成方法，形成纳米线时，交替进行各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺，每一步各向异性的第一刻蚀工艺刻蚀相应的锗锡层形成一层纳米线，每一步的各向同性的第二刻蚀
工艺刻蚀相应的锗层形成使得纳米线悬空的凹槽，因而使得每一步各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺的刻蚀时间均较短，因而刻蚀过程中形成副产物很少并能及时排出刻蚀腔室，形成的副产物不会附着在已经形成的纳米线侧壁表面以及图形化掩膜层的侧壁表面，使得掩膜层的尺寸在形成纳米线的过程中始终保持一种，在以图形化的掩膜层和已经形成的纳米线为掩膜刻蚀形成的锗锡层，形成下层的纳米线时，使得下层的纳米线形貌和尺寸与上层的纳米线的形貌和尺寸对应，提高了形成的纳米线场效应晶体管的性能；并且，由于纳米线是一层一层的形成，每一层纳米线形成时，每一步各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺针对的待刻蚀材料只有一种，因而刻蚀工艺参数可以保持稳定，更利于包装形成每一层的纳米线的形貌和尺寸相同或相近。进一步，所述掩膜层的材料为硅，硅掩膜层的顶部表面晶向指数为(110)，垂直于顶部表面方向的晶面指数为(111)，在对硅掩膜层进行图形化时，由于TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液对硅掩膜层(111)晶面的刻蚀速率(8～9nm/min)远小于对(110)晶面的刻蚀速率(350～360nm/min)，因而可以形成尺寸较小，并且侧壁表面平整度较高的图形化的掩膜层。附图说明图1为本专利技术实施例纳米线场效应晶体管形成方法的流程示意图；图2～图6为本专利技术实施例纳米线场效应晶体管形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式现有技术形成的纳米线场效应晶体管的性能仍有待提升，比如现有技术在形成纳米线的过程中容易产生刻蚀损伤，并且纳米线的形状不好控制。研究发现，图形化所述堆叠结构中的单晶锗硅层和单晶硅层、以及SOI衬底中的单晶硅层和埋层采用等离子刻蚀工艺，等离子刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Cl2，等离子在电场的加速下对纳米线的损伤较大；另外在进行堆叠结果的图形化是一步刻蚀，由于堆叠结构中每一层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底上形成有锗层和锗锡层交替堆叠的堆叠结构，且每一层锗锡层位于相应层的锗层表面上方，所述堆叠结构包括纳米线区域、分别位于纳米线区域两侧的源极区域和漏极区域；在所述堆叠结构上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层暴露出堆叠结构的纳米线区域的部分表面；进行各向异性的第一刻蚀工艺，刻蚀去除纳米线区域的部分顶层锗锡层，形成顶层纳米线；进行各向同性的第二刻蚀工艺，刻蚀去除顶层纳米线底部的一层锗层，形成凹槽，使得顶层纳米线悬空；循环进行各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺，依次循环刻蚀下层的锗锡层和锗层，形成相应的下层纳米线以及形成使得对应的下层纳米线悬空的凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底上形成有锗层和锗锡层交替堆叠的堆叠结构，且每一层锗锡层位于相应层的锗层表面上方，所述堆叠结构包括纳米线区域、分别位于纳米线区域两侧的源极区域和漏极区域；在所述堆叠结构上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层暴露出堆叠结构的纳米线区域的部分表面；进行各向异性的第一刻蚀工艺，刻蚀去除纳米线区域的部分顶层锗锡层，形成顶层纳米线；进行各向同性的第二刻蚀工艺，刻蚀去除顶层纳米线底部的一层锗层，形成凹槽，使得顶层纳米线悬空；循环进行各向异性的第一刻蚀工艺和各向同性的第二刻蚀工艺，依次循环刻蚀下层的锗锡层和锗层，形成相应的下层纳米线以及形成使得对应的下层纳米线悬空的凹槽。2.如权利要求1所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述各向异性的第一刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。3.如权利要求2所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述各向异性的第一刻蚀工艺采用的气体包括Cl2和O2，Cl2的流量为50～500sccm，O2的流量0～100sccm，腔室压力为50～200mtorr，射频源功率为100～1000W，偏置源功率为0～500W，刻蚀时的占空比为10％～100％，频率为0.1Khz～100Khz。4.如权利要求3所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，每一层锗锡层的厚度为5～10nm。5.如权利要求4所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述干法刻蚀工艺的时间为10～60S。6.如权利要求1所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，进行干法刻蚀工艺时，过刻蚀去除底部部分厚度的锗层。7.如权利要求1所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，各向同性的第二刻蚀工艺为微波刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。8.如权利要求7所述的纳米线场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述微波刻蚀工艺采用的气体包括CF4，微波源的功率为...

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