專利名稱：具有遷移率優(yōu)化取向的半導(dǎo)體納米線及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及具有遷移率優(yōu)化取向的半導(dǎo)體納米線及其制造 方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體納米線是指橫向側(cè)面尺寸和垂直尺寸在納米級(jí)(10_9米)或數(shù)十納米級(jí)的 半導(dǎo)體線。橫向側(cè)面尺寸和垂直尺寸一般小于20nm。側(cè)面尺寸限制適用于橫向側(cè)面尺寸(寬)和垂向側(cè)面尺寸(高)。半導(dǎo)體納米線 的縱側(cè)尺寸(長(zhǎng))不受限制，例如可以從lnm到1mm。當(dāng)半導(dǎo)體納米線的側(cè)面尺寸小于幾十 納米時(shí)，量子力學(xué)效應(yīng)變得顯著。因此，半導(dǎo)體納米線也被稱為半導(dǎo)體量子線。半導(dǎo)體納米線的橫向側(cè)面尺寸目前是亞光刻的(Sublith0graphiC)，g卩，不能通過 從單次曝光圖案化的光致抗蝕劑進(jìn)行直接圖像轉(zhuǎn)印而被印刷。到2008年為止，可通過光刻 法印刷的最小可印刷尺寸(即臨界尺寸)約小于35nm。小于臨界尺寸的尺寸被稱為亞光刻 尺寸。任何時(shí)候，臨界尺寸和亞光刻尺寸的范圍都是由半導(dǎo)體行業(yè)可用的最佳光刻工具來 決定的。通常，臨界尺寸和亞光刻尺寸的范圍在每個(gè)相繼的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上減小，并且依據(jù)整個(gè) 半導(dǎo)體行業(yè)采納的制造標(biāo)準(zhǔn)來確立。通過柵介質(zhì)和柵電極完整包圍半導(dǎo)體納米線的橫截面，半導(dǎo)體納米線使得沿長(zhǎng)度 方向?qū)﹄姾奢d流子的控制增強(qiáng)。因?yàn)榘雽?dǎo)體納米線被完整包圍，所以在半導(dǎo)體納米線器件 中比在鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finFET)中可更好地控制柵電極沿半導(dǎo)體納米線的電荷傳輸。對(duì)于高性能的互補(bǔ)金屬半導(dǎo)體(CMOS)電路而言，需要導(dǎo)通電流高且截止電流低 的高性能的P型半導(dǎo)體納米線器件和n型半導(dǎo)體納米線器件。

發(fā)明內(nèi)容
通過對(duì)電介質(zhì)材料層上的半導(dǎo)體層進(jìn)行光刻圖案化來形成分別包含一個(gè)半導(dǎo)體 鏈路部分和兩個(gè)毗連的墊片部分的原型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體鏈路部分的側(cè)壁被取向?yàn)閷?duì)于 第一類型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使空穴遷移率最大并且對(duì)于第二類型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使電子遷移率 最大。通過氧化對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，這樣對(duì)于不同晶向以不同速率減小了半導(dǎo)體鏈路 部分的寬度。半導(dǎo)體鏈路部分的寬度被預(yù)先確定，使得對(duì)半導(dǎo)體鏈路部分的側(cè)壁的不同細(xì) 化量導(dǎo)致細(xì)化后得到的半導(dǎo)體納米線具有目標(biāo)亞光刻尺寸。通過補(bǔ)償對(duì)于不同晶面的不同 細(xì)化速率(thirmingrate)，對(duì)于不同晶向可以形成具有最優(yōu)亞光刻寬度的半導(dǎo)體納米線， 而不會(huì)出現(xiàn)細(xì)化不足或過量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法包括對(duì)包括 第一半導(dǎo)體鏈路部分的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，其中第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有相隔第一寬 度wl的第一對(duì)側(cè)壁并且具有在氧化環(huán)境中有第一氧化速率的第一表面取向；對(duì)包括第二 半導(dǎo)體鏈路部分的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，其中第二半導(dǎo)體鏈路部分具有相隔第二寬 度w2的第二對(duì)側(cè)壁并且具有在所述氧化環(huán)境中有第二氧化速率的第二表面取向；通過細(xì)化第一半導(dǎo)體鏈路部分來形成具有第三寬度w3的第一半導(dǎo)體納米線；以及通過細(xì)化第二 半導(dǎo)體鏈路部分來形成具有第四寬度w4的第二半導(dǎo)體納米線，其中第三寬度w3和第四寬 度w4是亞光刻尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一寬度wl和第三寬度w3之差與第二寬度w2和第四寬度w4 之差的比值R等于第一氧化速率與第二氧化速率之比，即通過公式(wl-w3)/(w2-w4) =R 來確定第一寬度和第二寬度w2，這里R表示第一和第二氧化速率的有效比。R的值是氧 化溫度、半導(dǎo)體鏈路部分的尺寸以及第一和第二表面取向的晶向的函數(shù)。R通常取值在0. 1 至10之間?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，例如有限元素氧化模擬來得到R的準(zhǔn)確 值。舉例來說，如果第一表面取向?yàn)閇110]，第二表面取向?yàn)閇100]，并且兩個(gè)半導(dǎo)體鏈路部 分具有約70nm的橫截面尺寸，那么對(duì)于800°C下的蒸氣氧化，R值為1. 06。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和第二半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)。第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體納米線、第一源側(cè)墊片和第一漏側(cè)墊片，其中第一源側(cè) 墊片和第一漏側(cè)墊片中的每一個(gè)都毗連第一半導(dǎo)體納米線并且包括具有第二導(dǎo)電類型的 摻雜的半導(dǎo)體材料，并且其中第一半導(dǎo)體納米線的中間部分包括所述半導(dǎo)體材料，具有第 一導(dǎo)電類型的摻雜，并具有相隔亞光刻寬度且有第一表面取向的第一對(duì)側(cè)壁，其中第二導(dǎo) 電類型與第一導(dǎo)電類型相反。第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第二半導(dǎo)體納米線、第二源側(cè)墊片和第 二漏側(cè)墊片，其中第二源側(cè)墊片和第二漏側(cè)墊片中的每一個(gè)都毗連第二半導(dǎo)體納米線并且 包括具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體材料，并且其中第二半導(dǎo)體納米線包括所述半導(dǎo)體 材料、具有第二導(dǎo)電類型的摻雜，并且具有相隔另一亞光刻寬度且有第二表面取向的第二 對(duì)側(cè)壁，所述另一亞光刻寬度在所述亞光刻寬度的80%至125%之間，其中第二表面取向 不同于第一表面取向。


圖1A是在絕緣層上半導(dǎo)體(S0I)襯底上涂覆且圖案化光致抗蝕劑后的示例性半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖1B是在對(duì)應(yīng)于圖1A的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 垂直截面圖。圖1C是在對(duì)應(yīng)于圖1A的步驟處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截 面圖。圖2A是在對(duì)半導(dǎo)體鏈路部分和半導(dǎo)體墊片進(jìn)行圖案化后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 俯視圖。圖2B是在對(duì)應(yīng)于圖2A的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。 圖2C是在對(duì)應(yīng)于圖2A的步驟處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖3A是在形成絕緣體基座后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3B是在對(duì)應(yīng)于圖 3A的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖3C是在對(duì)應(yīng)于圖3A的步 驟處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖4A是在形成半導(dǎo)體納米線后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4B是在對(duì)應(yīng)于 圖4A的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖4C是在對(duì)應(yīng)于圖4A的 步驟處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖5A是在形成柵介質(zhì)后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖5B是在對(duì)應(yīng)于圖5A 的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖5C是在對(duì)應(yīng)于圖5A的步驟 處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。
圖6A是在形成柵電極后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖6B是在對(duì)應(yīng)于圖6A 的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖6C是在對(duì)應(yīng)于圖6A的步驟 處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖7A是在形成中線(M0L)電介質(zhì)層和觸孔后該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖 7B是在對(duì)應(yīng)于圖7A的步驟處沿B-B’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖7C是在 對(duì)應(yīng)于圖7A的步驟處沿C-C’面的該示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明涉及具有遷移率優(yōu)化取向的半導(dǎo)體納米線及其制造方法，下面 參考附圖來詳細(xì)描述。請(qǐng)注意，用相同的附圖標(biāo)記來表示相同和相應(yīng)的元件。參考圖1A-1C，根據(jù)本發(fā)明的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括絕緣層上半導(dǎo)體(S0I)襯底， 該襯底包含柄襯底(handle substrate) 10、埋入式絕緣層20和半導(dǎo)體頂層28。半導(dǎo)體頂 層28包括半導(dǎo)體材料，該材料可以從硅、鍺、硅鍺合金、硅碳合金、硅鍺碳合金、砷化鎵、砷 化銦、磷化銦、III-V化合物半導(dǎo)體材料、II-VI化合物半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料和其他 化合物半導(dǎo)體材料中選擇，但不限于這些材料。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體頂層28可包括含 Si半導(dǎo)體材料，例如單晶硅或單晶硅鍺合金。優(yōu)選地，半導(dǎo)體頂層28內(nèi)的全部半導(dǎo)體材料都是單晶材料，即整體具有取向附生 (epitaxial)原子排列。在這種情況下，半導(dǎo)體頂層28的頂面的表面法線的晶向在這里被 稱為半導(dǎo)體頂層28的頂面的表面取向。在半導(dǎo)體頂層28的頂面可以是任意晶向的情況下， 米勒指數(shù)(Miller index)低的主晶向一般被選為半導(dǎo)體頂層的頂面的表面取向。雖然本 發(fā)明圖示的是半導(dǎo)體頂層28的頂面的一個(gè)表面取向W01]，但可用任何其它表面取向來取 代表面取向
。半導(dǎo)體頂層28的頂面的表面取向優(yōu)選為空穴遷移率或電子遷移率在所 有存在的晶向中至少局部最大、優(yōu)選地全局最大的一個(gè)表面取向。半導(dǎo)體頂層28的厚度可 以從lOnm到200nm，但這里也可以取更小或更大的厚度?？梢砸曅枰秒姄诫s劑摻雜半導(dǎo)體頂層28。例如，第一器件區(qū)2可以摻雜第一導(dǎo) 電類型的摻雜劑，第二器件區(qū)4可以摻雜第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo) 電類型相反。例如，第一導(dǎo)電類型可以是P型，第二導(dǎo)電類型可以是n型，反之亦然。半導(dǎo) 體頂層28可被設(shè)為基本本征半導(dǎo)體層，或者可進(jìn)行p型摻雜或n型摻雜。在離子注入或等 離子體摻雜期間可以采用圖案化離子注入掩模來確保第一器件區(qū)2和第二器件區(qū)4被適當(dāng) 地?fù)诫s。一般情況下，摻雜區(qū)內(nèi)的摻雜劑濃度在5. OX 1014/cm3至3. OX lOVcm3范圍內(nèi)，但 這里也可以取更小或更大的摻雜劑濃度。在這里描述的非限制性的圖示例中，第一導(dǎo)電類 型可以是P型，第二導(dǎo)電類型可以是n型，S卩，用p型摻雜劑摻雜第一器件區(qū)2，用n型摻雜 劑摻雜第二器件區(qū)4。埋入式絕緣層20是電介質(zhì)材料層，即，包含電介質(zhì)材料的一層。埋入式絕緣層20 的電介質(zhì)材料可以是例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、石英、陶瓷材料或它們的組合。埋入式 絕緣層20的厚度可以從50nm到1，OOOnm，但這里也可以取更小或更大的厚度。柄襯底10 可包括半導(dǎo)體材料、絕緣體材料或?qū)щ姴牧稀Ｄ承┣闆r下，柄襯底10和埋入式絕緣層20可 包括相同的電介質(zhì)材料，可為一體式結(jié)構(gòu)。光致抗蝕劑7被涂覆到半導(dǎo)體頂層28的頂面，被光刻圖案化，形成第一形狀和第
7二形狀。第一形狀包括第一鏈路形狀，從上往下看它為矩形，具有恒定的第一寬度wl。第一 寬度《1是光刻尺寸，即，可利用單次光刻曝光來印刷的尺寸。因而，第一寬度wl大于40nm， 但隨著未來光刻工具的改進(jìn)，可以想到形成更小的第一寬度wl。一般情況下，第一寬度wl 是臨界尺寸，即可光刻印刷的最小尺寸，或者是接近臨界尺寸的尺寸。第一鏈路形狀橫向上 毗連第一墊片形狀和第二墊片形狀，第一和第二墊片形狀比第一鏈路形狀的寬度更寬。第 一鏈路形狀的長(zhǎng)度方向是水平的并且與第一寬度wl的方向垂直，在這里被稱為第一水平 方向。第一鏈路形狀的寬度方向是第一寬度wl的方向，在這里被稱為第二水平方向。在非 限制性的圖示例中，第一水平方向可以是[110]晶向，第二水平方向可以是[110]晶向。第二形狀包括第二鏈路形狀，從上往下看它為矩形，具有恒定的第二寬度w2。第 二寬度是光刻尺寸，一般為臨界尺寸或者接近臨界尺寸的尺寸。第二鏈路形狀橫向上毗 連第三墊片形狀和第四墊片形狀，第三和第四墊片形狀比第二鏈路形狀的寬度更寬。第二 鏈路形狀的長(zhǎng)度方向是水平的并且與第二寬度的方向垂直，在這里被稱為第三水平方 向。第三水平方向與第一水平方向不同。第三水平方向可以相對(duì)于第一水平方向呈非正交 角度，或者可以相對(duì)于第一水平方向呈正交角。第二鏈路形狀的寬度方向是第二寬度《2的 方向，在這里被稱為第四水平方向。在非限制性的圖示例中，第三水平方向可以是[100]晶 向，第四水平方向可以是W10]晶向。優(yōu)選地，第一水平方向和第三水平方向被選擇為包括滿足以下條件的垂直面在 這些垂直面上空穴遷移率或電子遷移率至少局部最大，優(yōu)選地在構(gòu)成半導(dǎo)體頂層28的單 晶半導(dǎo)體層中的所有垂直面當(dāng)中最大。假如半導(dǎo)體頂層28在第一器件區(qū)2中摻雜有第一 導(dǎo)電類型的摻雜劑，在第二器件區(qū)4中摻雜有第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，那么第一水平方向 可被選擇為使第二導(dǎo)電類型的電荷載流子的遷移率最大，第三水平方向可被選擇為使第一 導(dǎo)電類型的電荷載流子的遷移率最大。例如，如果第一導(dǎo)電類型是η型而第二導(dǎo)電類型是 P型，則第一水平方向可被選擇為包括使空穴遷移率最大的垂直晶面，第三水平方向可被選 擇為包括使電子遷移率最大的垂直晶面。如果半導(dǎo)體材料是單晶硅并且半導(dǎo)體頂層28的 頂面具有(001)表面取向，那么通過選擇[110]方向作為第一水平方向，以使包括[110]方 向和W01]方向的垂直面具有(110)表面取向，并且通過選擇[100]方向作為第三水平方 向，以使包括[100]方向和
方向的垂直面具有(010)表面取向，就可以滿足這樣的要 求。半導(dǎo)體頂層28不是必須被摻雜，在此情況下將根據(jù)柵電極、源極和漏極的摻雜來確定 導(dǎo)電載流子類型(空穴或電子)?；谝粋€(gè)公式來預(yù)先確定第一寬度wl和第二寬度w2，該公式涉及半導(dǎo)體頂層28 與第二水平方向和第四水平方向垂直的半導(dǎo)體表面的氧化速率以及要通過使接下來要在 半導(dǎo)體頂層中形成的半導(dǎo)體鏈路部分變細(xì)而形成的半導(dǎo)體納米線的目標(biāo)寬度。雖然第一寬 度wl和第二寬度w2的確定是在對(duì)光致抗蝕劑7進(jìn)行圖案化之前進(jìn)行的，但基于接下來要 形成的結(jié)構(gòu)的尺寸來描述該公式。因此，下面在下一個(gè)處理步驟中描述該公式。參考圖2A-2C，光致抗蝕劑7中的圖案例如通過各向異性蝕刻被轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體頂 層28和埋入式絕緣層20的上部。半導(dǎo)體頂層28的暴露部分及正下方的埋入式絕緣層20 的上部通過各向異性蝕刻被去除。半導(dǎo)體 頂層28的剩余部分包括在第一器件區(qū)2中形成 的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及在第二器件區(qū)4中形成的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第 一半導(dǎo)體鏈路部分30C、橫向上在一側(cè)鄰接第一半導(dǎo)體鏈路部分30C的第一源側(cè)墊片30A以及橫向上在相反側(cè)鄰接第一半導(dǎo)體鏈路部分30C的第一漏側(cè)墊片30B。第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包 括第二半導(dǎo)體鏈路部分50C、橫向上在一側(cè)鄰接第二半導(dǎo)體鏈路部分50C的第二源側(cè)墊片 50A以及橫向上在相反側(cè)鄰接第二半導(dǎo)體鏈路部分50C的第二漏側(cè)墊片50B。第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)的暴露的側(cè)壁與光致抗蝕 劑7的側(cè)壁基本垂直對(duì)齊。此外，埋入式絕緣層20的圖案化部分的側(cè)壁與光致抗蝕劑7的 側(cè)壁以及第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)的側(cè)壁基本垂直對(duì)齊。隨后 例如通過灰化來去除光致抗蝕劑7。第一半導(dǎo)體鏈路部分30C具有相隔第一寬度Wl的第一對(duì)側(cè)壁，并且具有在氧化環(huán)境下有第一氧化速率的第一表面取向。第一表面取向是第二水平方向。第二半導(dǎo)體鏈路部 分50C具有隔開第二寬度w2的第二對(duì)側(cè)壁，并且具有在所述氧化環(huán)境下有第二氧化速率的 第二表面取向。第二表面取向是第四水平方向。第一氧化速率和第二氧化速率依賴于預(yù)氧化束的橫截面尺寸、已經(jīng)生長(zhǎng)的氧化物 厚度、氧化溫度以及環(huán)境氣體的成分。通常，第一氧化速率和第二氧化速率隨著溫度、氧含 量、氧化環(huán)境的水汽含量以及預(yù)氧化尺寸而增大。第一氧化速率和第二氧化速率依賴于第 一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)的半導(dǎo)體材料以及第一和第二表面取 向。例如，在相同的氧化環(huán)境下，硅表面(111)的氧化速率一般為硅表面(100)的氧化 速率的1. 01至1. 68倍。硅表面(110)的氧化速率一般為硅表面(100)的氧化速率的1. 01 至1. 45倍?？梢姡谝谎趸俾屎偷诙趸俾手纫话悴坏扔?. 0，主要依據(jù)第一半導(dǎo)體 鏈路部分30C的第一對(duì)側(cè)壁的晶向、第二半導(dǎo)體鏈路部分50C的第二對(duì)側(cè)壁的晶向、初始束 的橫截面維度的尺寸以及氧化溫度而變。在圖示的例子中，第一對(duì)側(cè)壁的表面取向是(110) 表面取向，第二對(duì)側(cè)壁的表面取向是(010)表面取向。第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C)和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、50C)的高度在這里 被稱為初始高度h0，如果半導(dǎo)體頂層28的厚度均勻(見圖IB和1C)，則上述高度可以處處 相同。初始高度h0可以與半導(dǎo)體頂層28的厚度基本相同。參考圖3A-3C，對(duì)第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C)和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、 50C)選擇性地、在埋入式絕緣層20的電介質(zhì)材料上執(zhí)行基本各向同性的蝕刻。第一半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C)和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、50C)被用作該基本各向同性的蝕刻的蝕 刻掩模。該基本各向同性的蝕刻可以為濕蝕刻或干蝕刻。因?yàn)槲g刻是基本各向同性的，所 以第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C)和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、50C)的邊緣隨著蝕刻進(jìn)行 而被根切(undercut)。蝕刻至少進(jìn)行到埋入式絕緣層20位于第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、 30C)和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、50C)正下方的部分被清除，使得第一和第二半導(dǎo)體鏈路 部分(30C、50C)懸在埋入式絕緣層20的剩余部分之上為止。換言之，在蝕刻后第一和第二 半導(dǎo)體鏈路部分(30C、50C)與埋入式絕緣層20的剩余部分不直接接觸，這些剩余部分這里 被稱為電介質(zhì)材料層22。蝕刻還從第一源側(cè)墊片30A、第一漏側(cè)墊片30B、第二源側(cè)墊片50A和第二漏側(cè)墊 片50B的外圍部分下方清除埋入式絕緣層20的電介質(zhì)材料。在第一源側(cè)墊片30A的中央 部分的正下方形成包括埋入式絕緣層20的剩余部分的第一電介質(zhì)基座22k。類似地，在第 一漏側(cè)墊片30B的中央部分的正下方形成第二電介質(zhì)基座22B，在第二源側(cè)墊片50A的中央部分的正下方形成第三電介質(zhì)基座42A，在第二漏側(cè)墊片50B的中央部分的正下方形成第 四電介質(zhì)基座42B。當(dāng)采用第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)作為蝕刻 掩模，從第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)的下方外圍部分蝕刻掉電介 質(zhì)材料時(shí)，作為電介質(zhì)材料層的埋入式絕緣層20在第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分(30C、50C) 下方被根切。 第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分(30C、50C)懸在埋入式絕緣層20的剩余部分(即電 介質(zhì)材料層22)之上。第一至第四電介質(zhì)基座(22A、22B、42A、42B)與電介質(zhì)材料層22形成 為一體，是電介質(zhì)材料層22的組成部分。第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、 50C)在第一源側(cè)墊片30A、第一漏側(cè)墊片30B、第二源側(cè)墊片50A和第二漏側(cè)墊片50B的底 面上接觸包含第一至第四電介質(zhì)基座(22A、22B、42A、42B)的電介質(zhì)材料層22。參考圖4A-4C，第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)例如通過氧 化被細(xì)化，即，第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、50B、50C)的尺寸減小。具體地 說，包括第一和第二半導(dǎo)體鏈路(30C、50C)的第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、 50B、50C)的暴露外圍部分通過氧化被轉(zhuǎn)化成氧化物材料部分。隨后通過各向同性蝕刻，例 如濕蝕刻，去除半導(dǎo)體氧化物材料。例如，如果第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C、50A、 50B、50C)包括硅，那么半導(dǎo)體氧化物材料可以是氧化硅，它可以通過氫氟酸(HF)去除?；?者，可以采用各向同性濕蝕刻或各向同性干蝕刻通過去除半導(dǎo)體材料的暴露外層部分來細(xì) 化第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30、50)。第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(30A、30B、30C)的剩余部分包括第一細(xì)化源側(cè)墊片32A、第一細(xì) 化漏側(cè)墊片32B和第一半導(dǎo)體納米線32C。第一細(xì)化源側(cè)墊片32A和第一細(xì)化漏側(cè)墊片32B 橫向上鄰接第一半導(dǎo)體納米線32C。第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(50A、50B、50C)的剩余部分包括第二 細(xì)化源側(cè)墊片52A、第二細(xì)化漏側(cè)墊片52B和第二半導(dǎo)體納米線52C。第二細(xì)化源側(cè)墊片 52A和第二細(xì)化漏側(cè)墊片52B橫向上鄰接第二半導(dǎo)體納米線52C。第一細(xì)化源側(cè)墊片32A、 第一細(xì)化漏側(cè)墊片32B和第一半導(dǎo)體納米線32C合在一起被稱為細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)(32A、32B、32C)，S卩，細(xì)化處理后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第二細(xì)化源側(cè)墊片52A、第二細(xì)化漏 側(cè)墊片52B和第二半導(dǎo)體納米線52C合在一起被稱為細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、 52C)，即，細(xì)化處理后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一半導(dǎo)體納米線32C在垂直于第一水平方向的面內(nèi)具有矩形垂向橫截面。第一 半導(dǎo)體納米線32C的寬度這里被稱為第三寬度w3，它是第一半導(dǎo)體納米線32C在第二水平 方向上因細(xì)化而凹入的第一對(duì)側(cè)壁之間的尺寸。因?yàn)樵诩?xì)化處理期間消耗了半導(dǎo)體材料， 所以第三寬度《3小于第一寬度wl。優(yōu)選地，第三寬度w3是亞光刻尺寸，S卩，比在光致抗蝕 劑上可通過單次光刻曝光而被印刷的最小尺寸還小的尺寸。典型地，第三寬度w3從Inm到 20nm，但這里也可以取更小或更大的尺寸。優(yōu)選地，第三寬度w3從2nm到10nm。第二半導(dǎo)體納米線52C在垂直于第三水平方向的面內(nèi)具有矩形垂向橫截面。第二 半導(dǎo)體納米線52C的寬度這里被稱為第四寬度w4，它是第二半導(dǎo)體納米線52C在第四水平 方向上因細(xì)化而凹入的第二對(duì)側(cè)壁之間的尺寸。因?yàn)樵诩?xì)化處理期間消耗了半導(dǎo)體材料， 所以第四寬度《4小于第二寬度w2。第四寬度w4是亞光刻尺寸。典型地，第四寬度w4從 Inm到20nm，但這里也可以取更小或更大的尺寸。優(yōu)選地，第四寬度w4從2nm到10nm。如上所述，第一和第三水平方向可被選擇為包括提供最大空穴遷移率或最大電子遷移率的垂直面。如果第一導(dǎo)電類型是η型，第二導(dǎo)電類型是ρ型，那么第一對(duì)側(cè)壁可以平 行于在構(gòu)成第一半導(dǎo)體納米線32C的單晶半導(dǎo)體材料中的所有垂直面當(dāng)中空穴遷移率達(dá) 到最大的垂直面，第二對(duì)側(cè)壁平行于在構(gòu)成第二半導(dǎo)體納米線52C的單晶半導(dǎo)體材料中的 所有垂直面當(dāng)中電子遷移率達(dá)到最大的垂直面。在非限制性的圖示例中，第一和第二半導(dǎo) 體納米線(32C、52C)包括硅并且具有表面取向?yàn)?OOl)的頂面，第一對(duì)側(cè)壁具有(110)表 面取向，第二對(duì)側(cè)壁具有(010)表面取向。 在一個(gè)實(shí)施例中，第三寬度w3和第四寬度w4可以在預(yù)定義的誤差容限或預(yù)定義 的允許偏差內(nèi)匹配。例如，第四寬度w4可以在第三寬度w3的10%和1000%之間。換言之， 第三寬度《3和第四寬度w4間的較大值與第三寬度w3和第四寬度w4間的較小值之比優(yōu)選 地在1. 0至10之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，第三寬度w3和第四寬度w4間的較大值與第三寬度 w3和第四寬度w4間的較小值之 比優(yōu)選地從1. 0到1. 68。在某些情況下，第三寬度w3可以 與第四寬度《4基本相同。細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)的整體和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (52A、52B、52C)的整體可以具有相同厚度，這里被稱為細(xì)化后厚度hi。細(xì)化后厚度hi小于 初始厚度h0。初始厚度h0和細(xì)化后厚度hi之差由細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、 32C)和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)的半導(dǎo)體材料、細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (32A、32B、32C)和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)的頂面的晶向、以及細(xì)化處理 中采用的氧化環(huán)境來決定。參考圖5A-5C，在細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)的暴露表面上形成第 一柵介質(zhì)36，在細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)的暴露表面上形成第二柵介質(zhì) 56。在一種情況下，第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56包括通過對(duì)細(xì)化后的第一半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)的外部進(jìn)行熱轉(zhuǎn)換而形成 的電介質(zhì)材料，例如氧化硅或氮化硅。熱氧化、熱氮化、等離子氧化、等離子氮化或它們的 組合可被用來形成第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56。在這種情況下，第一柵介質(zhì)36和第二 柵介質(zhì)56僅被形成在細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)(52A、52B、52C)的表面上。第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56的厚度可以從約0. 8nm至約 IOnm,典型地從約1. Inm至約6nm。在另一種情況下，第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56可以包括介電常數(shù)大于3. 9 (即 氧化硅的介電常數(shù))的高k電介質(zhì)材料。高k電介質(zhì)材料可以包括含金屬和氧的電介質(zhì)金 屬氧化物。優(yōu)選地，高k材料的介電常數(shù)大于或約等于4. 0。更優(yōu)選地，高k電介質(zhì)材料的 介電常數(shù)大于約為7. 5的氮化硅的介電常數(shù)。更加優(yōu)選地，高k電介質(zhì)材料的介電常數(shù)大 于8. 0。高k電介質(zhì)材料在本領(lǐng)域內(nèi)也被稱為高k柵介質(zhì)材料，這些材料包括電介質(zhì)金屬氧 化物、它們的合金以及它們的硅酸鹽合金(silicate alloy)。示例性的高k電介質(zhì)材料包 括 HfO2、&02、La203、A1203、Ti02、SrTi03、LaAlO3, Y2O3^HfOxNy,ZrOxNy^La2OxNy,Al2OxNy,TiOxNy, SrTi0xNy、LaA10xNy、Y2OxNy、它們的硅酸鹽以及它們的合金。每個(gè)χ值相互獨(dú)立，約從0. 5至Ij 3，每個(gè)y值相互獨(dú)立，從0到大約2?？蛇x地，在沉積高k電介質(zhì)材料之前可以通過化學(xué)氧 化或熱氧化形成分界層(未示出)，例如氧化硅。在這種情況下，第一柵介質(zhì)36和第二柵介 質(zhì)56可被形成為單個(gè)不間斷的柵介質(zhì)層，它覆蓋細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)和細(xì)化后的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)的整個(gè)頂面和側(cè)壁表面，還覆蓋包括第一到第 四電介質(zhì)基座(22A、22B、42A、42B)的電介質(zhì)材料層22的全部暴露表面。在這種情況下，第 一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56的厚度可以約從Inm到6nm，可以具有Inm或小于Inm量級(jí)的
有效氧化物厚度。
參考圖6A-6C，在第一半導(dǎo)體納米線32C(見圖5B)的中間部分上及周圍形成第一 柵電極38，在第二半導(dǎo)體納米線(見圖5C)的中間部分上及周圍形成第二柵電極58。第 一和第二柵電極(38、58)可以包括相同材料或不同材料，并且可以通過單個(gè)沉積步驟和單 個(gè)光刻圖案化步驟同時(shí)形成，或者可以采用多個(gè)沉積步驟和至少一個(gè)光刻圖案化步驟來形 成。第一柵電極38和第二柵電極58包括至少一種導(dǎo)電材料，例如摻雜半導(dǎo)體材料、金 屬、金屬合金、至少一種金屬的導(dǎo)電化合物、或者它們的組合。優(yōu)選地，沉積的柵電極材料的 厚度超過第一和第二半導(dǎo)體納米線(32C、52C ；參考圖5B和5C)與電介質(zhì)材料層22之間的 距離的一半，使得第一和第二柵電極(38、58)每一個(gè)都只包含一個(gè)內(nèi)設(shè)有第一和第二半導(dǎo) 體納米線(32C、52C)之一的開口。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二柵電極(38、58)中的至少一個(gè)可以包括非晶或多晶 半導(dǎo)體材料，例如多晶硅、非晶硅、硅鍺合金、硅碳合金、硅鍺碳合金、或它們的組合。第一和 第二柵電極(38、58)可被原位摻雜，或者可以通過摻雜劑離子的后續(xù)離子注入而被摻雜。可替換地或者附加地，第一和第二柵電極(38、58)中的至少一個(gè)可以包括金屬柵 材料，它包括金屬導(dǎo)電材料。例如，第一和第二柵電極(38、58)中的所述至少一個(gè)可包括的 材料例如是TaN、TiN、WN、TiAlN、TaCN、其它導(dǎo)電高熔點(diǎn)金屬氮化物、或者它們的合金。該金 屬柵材料可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)等形成，并 且包括導(dǎo)電高熔點(diǎn)金屬氮化物。若第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56包括高k柵介質(zhì)材料， 那么該金屬柵材料可以被直接形成在第一柵介質(zhì)36和第二柵介質(zhì)56上。可以選擇該金屬 柵材料的成份，以優(yōu)化接下來要在細(xì)化后的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(32A、32B、32C)和細(xì)化后的第 二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(52A、52B、52C)中形成的半導(dǎo)體器件的閾電壓。第一和第二柵電極(38、58) 中的至少一個(gè)的每一個(gè)都可以包括金屬柵材料和半導(dǎo)體材料?？蛇x地，可以視需要在第一和第二柵電極(38、58)的側(cè)壁上形成電介質(zhì)隔層(未 示出)，例如用以控制第一和第二柵電極(38、58)與要形成的半導(dǎo)體納米線晶體管的源漏 區(qū)之間的重疊。利用第一柵電極38作為離子注入掩模，將第二導(dǎo)電類型的摻雜劑注入到第一器 件區(qū)2中。在第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的注入期間，可以用阻隔掩模覆蓋第二器件區(qū)4。第一 細(xì)化源側(cè)墊片32A和第一細(xì)化漏側(cè)墊片32B用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑來?yè)诫s，這里被稱為 第一墊片源部33A和第一墊片漏部37A。第一半導(dǎo)體納米線32C(見圖5B)鄰接第一墊片源 部33A的一端也用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑來?yè)诫s，這里被稱為第一納米線源部33B。第一 墊片源部33A和第一納米線源部33B具有第二導(dǎo)電類型的摻雜，合在一起被稱為第一源區(qū) 33。第一半導(dǎo)體納米線32C(見圖5B)鄰接第一墊片漏部37A的另一端也被摻雜以第二導(dǎo)電 類型的摻雜劑，這里被稱為第一納米線漏部37B。第一墊片漏部37A和第一納米線漏部37B 具有第二導(dǎo)電類型的摻雜，合在一起被稱為第一漏區(qū)37。第一半導(dǎo)體納米線32C(見圖5B) 未被注入第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的中間部分具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，這里被稱為第一溝道區(qū)35。第一溝道區(qū)35橫向上鄰接第一源區(qū)33和第一漏區(qū)37。第一溝道區(qū)35、第一源區(qū) 33、第一漏區(qū)37、第一柵介質(zhì)36和第一柵電極38合在一起構(gòu)成第一半導(dǎo)體納米線晶體管， 它控制穿過第一半導(dǎo)體納米線(35、33B、37B)的電流流動(dòng)。利用第二柵電極58作為離子注入掩模，將第一導(dǎo)電類型的摻雜劑注入到第二器 件區(qū)4中。在第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的注入期間，可以用阻隔掩模覆蓋第一器件區(qū)2。第二 細(xì)化源側(cè)墊片52A和第二細(xì)化漏側(cè)墊片52B用第一導(dǎo)電類型的摻雜劑來?yè)诫s，這里被稱為 第二墊片源部53A和第二墊片漏部57A。第二半導(dǎo)體納米線52C(見圖5C)鄰接第二墊片源 部53A的一端也用第一導(dǎo)電類型的摻雜劑來?yè)诫s，這里被稱為第二納米線源部53B。第二 墊片源部53A和第二納米線源部53B具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，合在一起被稱為第二源區(qū) 53。第二半導(dǎo)體納米線52C(見圖5C)鄰接第二墊片漏部57A的另一端也被摻雜以第一導(dǎo)電 類型的摻雜劑，這里被稱為第二納米線漏部57B。第二墊片漏部57A和第二納米線漏部57B 具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，合在一起被稱為第二漏區(qū)57。第二半導(dǎo)體納米線52C(見圖5C) 未被注入第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的中間部分具有第二導(dǎo)電類型的摻雜，這里被稱為第二溝 道區(qū)55。第二溝道區(qū)55橫向上鄰接第二源區(qū)53和第二漏區(qū)57。第二溝道區(qū)55、第二源區(qū) 53、第二漏區(qū)57、第二柵介質(zhì)56和第二柵電極58合在一起構(gòu)成第二半導(dǎo)體納米線晶體管， 它控制穿過第二半導(dǎo)體納米線(55、53B、57B)的電流流動(dòng)。參考圖7A-7C，在第一和第二半導(dǎo)體納米線晶體管的上方形成中線 (middle-of-line,MOL)電介質(zhì)材料層80。MOL電介質(zhì)材料層80可以包括遷移離子擴(kuò)散阻 擋層(未示出)，該層包括阻擋遷移離子(例如Na+和K+)擴(kuò)散的材料。用于遷移離子擴(kuò)散 阻擋層的典型材料包括氮化硅。MOL電介質(zhì)材料層80可以包括例如CVD氧化物、介電常數(shù) 小于2. 8的旋涂低介電常數(shù)材料、有機(jī)硅酸鹽玻璃或介電常數(shù)小于2. 8的CVD低介電常數(shù) 材料、或者可用于金屬互連結(jié)構(gòu)中的后線(back-end-of-line，BE0L)電介質(zhì)層的任何其它 電介質(zhì)材料。例如，CVD氧化物可以是非摻雜硅酸鹽玻璃(USG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)、磷硅 酸鹽玻璃(PSG)、氟硅酸鹽玻璃(FSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、或它們的組合。MOL電介質(zhì) 層80填充電介質(zhì)材料層22與第一和第二半導(dǎo)體納米線(35、33B、37B、55、53B、57B)之間的 空間。在MOL電介質(zhì)層80中形成各種接觸過孔，這些過孔被填充導(dǎo)電材料以形成各種觸 孔。具體地，第一源側(cè)觸孔42A被直接形成在第一墊片源部33A上，第一漏側(cè)觸孔42B被直 接形成在第一墊片漏部37A上，第一柵側(cè)觸孔48被直接形成在第一柵電極38上。類似地， 第二源側(cè)觸孔62A被直接形成在第二墊片源部53A上，第二漏側(cè)觸孔62B被直接形成在第 二墊片漏部57A上，第二柵側(cè)觸孔68被直接形成在第二柵電極58上。在對(duì)MOL電介質(zhì)層 80進(jìn)行平面化并且除去過剩的導(dǎo)電材料后，MOL電介質(zhì)層80、第一源側(cè)觸孔42A、第一漏側(cè) 觸孔42B、第一柵側(cè)觸孔48、第二源側(cè)觸孔62A、第二漏側(cè)觸孔62B和第二柵側(cè)觸孔68的頂 面可以基本共面。在MOL電介質(zhì)層80上可以形成包括第一層金屬配線(未示出)的附加 的金屬互連結(jié)構(gòu)(未示出)。
雖然已參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員在以上說明部分的教 導(dǎo)下顯然可以想到多種替換、修改和變體。因此，本發(fā)明想要覆蓋落入本發(fā)明和所附權(quán)利要 求書的范圍和精神內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變體。
權(quán)利要求
一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括對(duì)包括第一半導(dǎo)體鏈路部分的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，其中所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有相隔第一寬度w1的第一對(duì)側(cè)壁并且具有在氧化環(huán)境中有第一氧化速率的第一表面取向；對(duì)包括第二半導(dǎo)體鏈路部分的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，其中所述第二半導(dǎo)體鏈路部分具有相隔第二寬度w2的第二對(duì)側(cè)壁并且具有在所述氧化環(huán)境中有第二氧化速率的第二表面取向；通過以所述第一氧化速率細(xì)化所述第一半導(dǎo)體鏈路部分來形成具有第三寬度w3的第一半導(dǎo)體納米線；以及通過以所述第二氧化速率細(xì)化所述第二半導(dǎo)體鏈路部分來形成具有第四寬度w4的第二半導(dǎo)體納米線，其中所述第三寬度w3和所述第四寬度w4是亞光刻尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一寬度wl和所述第三寬度w3之差與所述第 二寬度和所述第四寬度w4之差的比值R等于所述第一氧化速率與所述第二氧化速率之 比。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一寬度wl和所述第二寬度w2是光刻尺寸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括寬度大于所述第一寬 度wl的第一源側(cè)墊片和第一漏側(cè)墊片，并且其中，所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括寬度大于所 述第二寬度的第二源側(cè)墊片和第二漏側(cè)墊片。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括與所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分同時(shí)地細(xì)化所 述第一源側(cè)墊片、所述第一漏側(cè)墊片、所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在細(xì)化前，所述第一源側(cè)墊片、所述第一漏側(cè)墊片、 所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片具有與所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分相同的厚 度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在細(xì)化后，所述第一源側(cè)墊片、所述第一漏側(cè)墊片、 所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片具有與所述第一和第二半導(dǎo)體納米線相同的厚度。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括利用所述第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作為蝕刻掩模， 從所述第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)下方蝕刻電介質(zhì)材料層，其中在所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路 部分的下方根切所述電介質(zhì)材料層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分懸在所述電介質(zhì) 材料層的剩余部分的上方，并且其中，所述第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在所述第一源側(cè)墊片、所 述第一漏側(cè)墊片、所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片的底面上接觸所述電介質(zhì)材料 層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)單晶半導(dǎo)體層進(jìn)行圖案化，其中所述第一半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)由所述單晶半導(dǎo)體層的被圖案化的部分形成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一對(duì)側(cè)壁平行于在所述單晶半導(dǎo)體層中的 所有垂直面當(dāng)中空穴遷移率達(dá)到最大的垂直面。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二對(duì)側(cè)壁平行于在所述單晶半導(dǎo)體層中的 所有垂直面當(dāng)中電子遷移率達(dá)到最大的垂直面。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第三寬度w3和所述第四寬度w4從lnm到20nm,并且其中，所述第三寬度w3和所述第四寬度w4從2nm到10nm。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第三寬度w3和所述第四寬度w4之中的較大 值與所述第三寬度和所述第四寬度w4之間的較小值之比從0. 1到10。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第三寬度w3和所述第四寬度w4之中的較大 值與所述第三寬度和所述第四寬度w4之間的較小值之比從1. 0到1. 68。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過氧化將所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分的外圍部分轉(zhuǎn)換成氧化物材料部分；以及去除所述氧化物材料部分，從而所述第一和第二半導(dǎo)體鏈路部分被細(xì)化。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被形成在電介質(zhì)材料 層上，其中所述電介質(zhì)材料層為絕緣層上半導(dǎo)體S0I襯底的埋入式絕緣層，并且其中通過 對(duì)所述S0I襯底的半導(dǎo)體頂層進(jìn)行圖案化來形成所述第一和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述第一半導(dǎo)體納米線的周圍形成第一柵介質(zhì)；在所述第二半導(dǎo)體納米線的周圍形成第二柵介質(zhì)；在所述第一柵介質(zhì)的周圍形成第一柵電極；以及在所述第二柵介質(zhì)的周圍形成第二柵電極。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括寬度大于所述第一寬 度wl的第一源側(cè)墊片和第一漏側(cè)墊片，并且其中所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括寬度大于所 述第二寬度的第二源側(cè)墊片和第二漏側(cè)墊片，并且其中所述方法還包括用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑對(duì)所述第一源側(cè)墊片和所述第一漏側(cè)墊片進(jìn)行摻雜；以及用第一導(dǎo)電類型的摻雜劑對(duì)所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片進(jìn)行摻雜，其中所 述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體納米線具有所述第一導(dǎo)電類型的 摻雜，并且其中所述第二半導(dǎo)體納米線具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜。
21.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體納米線、第一源側(cè)墊片和第一漏 側(cè)墊片，其中所述第一源側(cè)墊片和所述第一漏側(cè)墊片中的每一個(gè)都毗連所述第一半導(dǎo)體納 米線并且包括具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體材料，并且其中所述第一半導(dǎo)體納米線的 中間部分包括所述半導(dǎo)體材料、具有第一導(dǎo)電類型的摻雜、并具有相隔亞光刻寬度且有第 一表面取向的第一對(duì)側(cè)壁，其中所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反；和第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第二半導(dǎo)體納米線、第二源側(cè)墊片和第二漏 側(cè)墊片，其中所述第二源側(cè)墊片和所述第二漏側(cè)墊片中的每一個(gè)都毗連所述第二半導(dǎo)體納 米線并且包括具有所述第一導(dǎo)電類型的摻雜的所述半導(dǎo)體材料，并且其中所述第二半導(dǎo)體 納米線包括所述半導(dǎo)體材料、具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜、并具有相隔另一亞光刻寬度 且有第二表面取向的第二對(duì)側(cè)壁，所述另一亞光刻寬度在所述亞光刻寬度的80%至125% 之間，其中所述第二表面取向不同于所述第一表面取向。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層包括垂 向毗連所述第一源側(cè)墊片的第一電介質(zhì)基座、垂向鄰接所述第一漏側(cè)墊片的第二電介質(zhì)基 座、垂向鄰接所述第二源側(cè)墊片的第三電介質(zhì)基座和垂向鄰接所述第二漏側(cè)墊片的第四電介質(zhì)基座。
23.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體納米線包括從硅、 鍺、硅鍺合金、硅碳合金、硅鍺碳合金、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、iii-V化合物半導(dǎo)體材料、 II-VI化合物半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料和其他化合物半導(dǎo)體材料中選擇的半導(dǎo)體材料。
24.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體納米線包括單晶娃。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體納米線中的每一個(gè) 都具有表面取向?yàn)?001)的頂面，其中所述第一對(duì)側(cè)壁具有(110)表面取向，并且其中所述 第二對(duì)側(cè)壁具有(010)表面取向。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有遷移率優(yōu)化取向的半導(dǎo)體納米線及其形成方法。通過對(duì)電介質(zhì)材料層上的半導(dǎo)體層進(jìn)行光刻圖案化來形成分別包含一個(gè)半導(dǎo)體鏈路部分和兩個(gè)毗連的墊片部分的原型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體鏈路部分的側(cè)壁被取向?yàn)閷?duì)于第一類型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使空穴遷移率最大并且對(duì)于第二類型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使電子遷移率最大。通過氧化對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，這樣對(duì)于不同晶向以不同速率減小了半導(dǎo)體鏈路部分的寬度。半導(dǎo)體鏈路部分的寬度被預(yù)先確定，使得對(duì)半導(dǎo)體鏈路部分的側(cè)壁的不同細(xì)化量導(dǎo)致細(xì)化后得到的半導(dǎo)體納米線具有目標(biāo)亞光刻尺寸。通過補(bǔ)償對(duì)于不同晶面的不同細(xì)化速率，對(duì)于不同晶向可以形成具有最優(yōu)亞光刻寬度的半導(dǎo)體納米線，而不會(huì)出現(xiàn)細(xì)化不足或過量。
文檔編號(hào)H01L29/06GK101859707SQ201010154450
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者D·齊達(dá)姆巴勞, L·塞卡里克, T·巴維克茲 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司