使用替代柵工藝制造的納米線fet中的壓縮(pfet)和拉伸(nfet)溝道應(yīng)變的制作方法
【專利摘要】提供了一種制造FET器件的方法，其包括如下步驟。在BOX層上方的SOI層中形成納米線/襯墊，其中所述納米線懸置在所述BOX上方。沉積包圍所述納米線的HSQ層。使所述HSQ層的包圍所述納米線的(一個或多個)部分交聯(lián)，其中所述交聯(lián)使得所述HSQ層的所述(一個或多個)部分收縮，由此在所述納米線中誘發(fā)應(yīng)變。形成一個或多個柵極，所述柵極保持在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變。也提供了一種FET器件，其中每條納米線具有(一個或多個)第一區(qū)域和(一個或多個)第二區(qū)域，所述第一區(qū)域變形使得所述(一個或多個)第一區(qū)域中的晶格常數(shù)小于所述納米線的弛豫晶格常數(shù)，所述第二區(qū)域變形使得所述(一個或多個)第二區(qū)域中的晶格常數(shù)大于所述納米線的弛豫晶格常數(shù)。
【專利說明】使用替代柵工藝制造的納米線FET中的壓縮(PFET)和拉伸
(NFET)溝道應(yīng)變
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于半導(dǎo)體的電子器件，更具體地涉及具有納米線溝道的場效應(yīng)晶體管(FET)器件及其制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于基于納米線的場效應(yīng)晶體管(FET)，納米線用作使源極區(qū)和漏極區(qū)互連的器件溝道。包圍納米線的柵極調(diào)節(jié)流過溝道的電子。當(dāng)柵極完全包圍每條納米線溝道的一部分時，該構(gòu)造被稱為全包圍柵(GAA)器件?；贕AA納米線的FET具有極佳的按比例縮小特性，并且當(dāng)前作為未來互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)的構(gòu)建塊而被研究。
[0003]當(dāng)前使用工藝誘發(fā)的(process-1nduced)溝道應(yīng)變來增強器件性能。S卩，將壓縮應(yīng)變用于P溝道FET (PFET)來提高空穴遷移率，并且將拉伸應(yīng)變用于η溝道FET (NFET)來提高電子遷移率。盡管在平面CMOS器件中誘發(fā)溝道應(yīng)變的技術(shù)相對直接，但是對于基于納米線的器件，情況并非如此。在納米線FET的情況下施加溝道應(yīng)變是有挑戰(zhàn)性的。
[0004]因此，期望用于基于GAA納米線的FET的工藝誘發(fā)的溝道應(yīng)變技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了具有納米線溝道的場效應(yīng)晶體管(FET)器件及其制造方法。在本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造FET器件的方法。該方法包括如下步驟。在掩埋氧化物(BOX)層上方的絕緣體上硅(SOI)層中形成納米線和襯墊(pad)，其中所述納米線以梯子狀構(gòu)造被連接到所述襯墊，并且其中所述納米線懸置在所述BOX上方。沉積包圍所述納米線的氫倍半娃氧燒(hydrogen silsesqu1xane,HSQ)層。使包圍所述納米線的所述HSQ層的一個或多個部分交聯(lián)，其中所述交聯(lián)使得所述HSQ的所述一個或多個部分收縮，由此在所述納米線中誘發(fā)應(yīng)變。形成包圍每一條所述納米線的部分的一個或多個柵極，其中所述柵極保持通過所述交聯(lián)步驟在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變，并且其中所述納米線的被所述柵極包圍的所述部分包括所述器件的溝道區(qū)，并且所述納米線的從所述柵極和所述襯墊伸出的部分包括所述器件的源極區(qū)和漏極區(qū)。
[0006]在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種FET器件。所述FET器件包括形成在BOX層上方的SOI層中的納米線和襯墊，其中所述納米線以梯子狀構(gòu)造被連接到所述襯墊，并且其中所述納米線懸置在所述BOX上方；包圍每一條所述納米線的部分的一個或多個柵極，其中所述納米線的被所述柵極包圍的所述部分包括所述器件的溝道區(qū)，并且所述納米線的從所述柵極和所述襯墊伸出的部分包括所述器件的源極區(qū)和漏極區(qū)；其中每一條所述納米線具有:1)至少一個第一區(qū)域，其被變形使得所述至少一個第一區(qū)域中的晶格常數(shù)小于所述納米線的弛豫晶格常數(shù)；以及2)至少一個第二區(qū)域，其被變形使得所述至少一個第二區(qū)域中的晶格常數(shù)大于所述納米線的所述弛豫晶格常數(shù)，并且其中所述一個或多個柵極包圍每一條所述納米線的所述至少一個第一區(qū)域或者所述至少一個第二區(qū)域。通過參考下文的詳細(xì)描述和附圖，將獲得對本發(fā)明的更完全的理解以及本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A是示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于場效應(yīng)晶體管(FET)器件制造方法的起始結(jié)構(gòu)的橫截面圖，所述起始結(jié)構(gòu)即為形成在絕緣體上硅(SOI)層中的多條納米線和襯墊，其中所述納米線已經(jīng)被減薄/整形并且懸置在掩埋氧化物(BOX)上方；
[0008]圖1B是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1A的結(jié)構(gòu)的自頂向下圖示，其示出了納米線和襯墊以梯子狀構(gòu)造形成，其中納米線像梯子的梯級(rung) —樣連接所述襯墊；
[0009]圖2A是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例已經(jīng)沉積氫倍半硅氧烷(HSQ)層以便包圍懸置的納米線，并且已經(jīng)通過交聯(lián)對HSQ進行了構(gòu)圖(pattern)，所述交聯(lián)使得構(gòu)圖的HSQ收縮，從而在納米線中誘發(fā)應(yīng)變；
[0010]圖2B是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2A的結(jié)構(gòu)的自頂向下圖示，其示例出了包圍納米線的構(gòu)圖的HSQ，其中構(gòu)圖的HSQ在制造方法中用作偽柵；
[0011]圖3是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、已經(jīng)與構(gòu)圖的HSQ偽柵的側(cè)壁相鄰地形成間隔物(spacer)并且填充材料已經(jīng)被沉積到所述結(jié)構(gòu)上，包圍所述納米線的暴露部分；
[0012]圖4是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、構(gòu)圖的HSQ偽柵已經(jīng)被柵極導(dǎo)體替代以形成替代柵；
[0013]圖5是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、填充材料已經(jīng)被去除并且外延膜已經(jīng)形成在所述納米線和襯墊上；
[0014]圖6是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、已經(jīng)進行了最后的處理步驟以完成器件，包括形成源極/漏極接觸；
[0015]圖7A是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例在交聯(lián)和退火之前HSQ層包圍懸置的納米線；
[0016]圖7B是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、在HSQ已經(jīng)被交聯(lián)和退火之后在圖7A的納米線中誘發(fā)的應(yīng)變；
[0017]圖8是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、在備選方法(從圖1A之后)中已經(jīng)沉積了 HSQ層以便包圍懸置的納米線，并且已經(jīng)通過交聯(lián)對HSQ進行了構(gòu)圖，所述交聯(lián)使得構(gòu)圖的HSQ收縮，從而在納米線中誘發(fā)應(yīng)變；
[0018]圖9是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、已經(jīng)用柵極導(dǎo)體填充了構(gòu)圖的HSQ中的溝槽，從而形成器件的柵極；
[0019]圖10是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、已經(jīng)相對于所述柵極導(dǎo)體選擇性地去除了構(gòu)圖的HSQ并且之后形成間隔物；
[0020]圖11是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、已經(jīng)在所述納米線和襯墊上形成了外延膜；
[0021]圖12是橫截面圖，示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例、進行最后的處理步驟以完成器件，包括形成源極/漏極接觸；并且
[0022]圖13的圖示示例出了根據(jù)本發(fā)明實施例與處于未應(yīng)變或弛豫狀態(tài)的納米線相比在納米線中誘發(fā)的壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)變?！揪唧w實施方式】
[0023]本發(fā)明的教導(dǎo)涉及用于制造具有工藝誘發(fā)的溝道應(yīng)變的基于全包圍柵(GAA)納米線的場效應(yīng)晶體管(FET)的方法。在該討論中，將參考示例出了本發(fā)明教導(dǎo)的實施例的各個附圖。由于本發(fā)明教導(dǎo)的實施例的附圖是為了示例的目的而提供的，因此其中所包含的結(jié)構(gòu)未按比例繪制。
[0024]使用硅(Si)納米線和Si處理描述本方法。然而，也可以使用其它半導(dǎo)體材料(諸如例如鍺(Ge)或II1-V半導(dǎo)體)來實踐本技術(shù)。當(dāng)使用不含Si的半導(dǎo)體時，本教導(dǎo)的處理步驟基本相同，只是調(diào)整所應(yīng)用的生長溫度和摻雜劑種類以適應(yīng)所用的具體半導(dǎo)體。然而，優(yōu)選的是使用諸如S1、硅鍺(SiGe)、Si/SiGe、碳化硅(SiC)或碳化硅鍺(SiGeC)的含Si半導(dǎo)體材料。注意，納米線的一部分在本申請中用作器件溝道或體(body)。
[0025]如圖1A和IB中所示，本發(fā)明的制造方法的起始結(jié)構(gòu)包括多條納米線108和襯墊103，它們已經(jīng)使用例如常規(guī)光刻(例如，光學(xué)或電子束)和之后的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)在SOI晶片的絕緣體上硅(SOI)層中被構(gòu)圖。SOI晶片包括位于SOI層下方的掩埋氧化物(80乂)102(例如，二氧化硅)，8(?102將301層與襯底101 (例如，硅襯底)分隔開。正如下文中將結(jié)合圖1B的描述將描述的，納米線108和襯墊103形成梯子狀結(jié)構(gòu)，其中納米線108像梯子的梯級那樣連接襯墊103。
[0026]如圖1A中所示，納米線108懸置在B0X102上方。即，B0X102的部分105在納米線108 下方凹陷。在授予 Bangsaruntip 等的名稱為 “Maskless Process for Suspending andThinning Nanowires” 的美國專利 N0.7,884，004 (下文中稱為“美國專利 N0.7,884，004”)中描述了可以用于通過使B0X102的一部分105凹陷或者底切(undercut)所述部分105來懸置納米線108的技術(shù)，該專利的全部內(nèi)容通過引用的方式并入本申請中。例如，在美國專利N0.7，884，004中，描述了可以通過蝕刻BOX并且使BOX在納米線下方凹陷來懸置(從BOX釋放)納米線。以該方式，納米線108在襯墊103之間形成懸橋。如美國專利N0.7，884，004中所描述的，BOX的凹陷可以使用稀釋的氟化氫(DHF)蝕刻實現(xiàn)。DHF蝕刻是各向同性的。所述蝕刻的橫向部分底切窄的納米線下方的Β0Χ，但是大的SOI襯墊未被釋放并且仍附著于 BOX。
[0027]或者，代替使用DHF蝕刻，可以在退火工藝期間獲得納米線的懸置，所述退火工藝被配置成對納米線進行整形，這也能使得納米線與BOX分隔開。即，如美國專利N0.7，884，004中所述的，只要可以減小納米線溝道直徑，就可以實現(xiàn)具有納米線溝道的GAAFET的柵極長度按比例縮小。然而，在很多情況下，納米線的尺寸需要被進一步減小到比當(dāng)前光刻方法能夠產(chǎn)生的更小的尺度。
[0028] 根據(jù)示例性實施例，使用在美國專利N0.7，884，004中描述的技術(shù)對納米線108進行減薄/整形，如圖1A中所示。僅通過舉例的方式，美國專利N0.7，884，004描述了使用退火工藝對納米線進行減薄和整形，其中SOI晶片在某溫度、某壓力下與惰性氣體接觸足以使得硅從納米線遷移到襯墊中的持續(xù)時間。適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w包括不與硅反應(yīng)的任何氣體，例如，氫氣(H2)、氙(Xe)、氦(He)以及可能的其它氣體。根據(jù)示例性實施例，在約600攝氏度(°C )到約1100°C的溫度下用約30乇到約1000乇的氣壓進行惰性氣體退火，并且持續(xù)約I分鐘到約120分鐘的時間。[0029]如上文所強調(diào)的，代替使用DHF蝕刻，也可以在退火期間獲得納米線的懸置，這是因為納米線橫截面的整形以及Si向SOI襯墊的遷移導(dǎo)致納米線從BOX釋放/分離。
[0030]圖1B是圖1A的結(jié)構(gòu)的自頂向下圖示。如圖1B中所示，納米線108和襯墊103被形成為具有梯子狀構(gòu)造，其中納米線108像梯子的梯級那樣連接襯墊103。納米線108錨定到襯墊103有助于將應(yīng)變誘發(fā)到納米線108中，這在下文中詳細(xì)描述。
[0031]如在下文中將詳細(xì)描述的，本發(fā)明的技術(shù)涉及使用氫倍半硅氧烷(HSQ)固化工藝來在納米線中誘發(fā)應(yīng)變。隨后去除HSQ，但是通過器件的一個或多個柵極將其誘發(fā)的應(yīng)變最終保留在納米線中。給出兩個制造工藝實例。在第一實例(參見圖2-6)中，由柵極最終保持的在納米線中誘發(fā)的應(yīng)變是壓縮應(yīng)變，因此適于P-溝道FET器件。在第二實例(參見圖8-12)中，由柵極最終保持的在納米線中誘發(fā)的應(yīng)變是拉伸應(yīng)變，因此適于η-溝道FET器件。
[0032]現(xiàn)在，將通過參考圖2-6，給出在納米線溝道中誘發(fā)壓縮應(yīng)變的實施例。首先，在所述結(jié)構(gòu)上沉積HSQ。根據(jù)示例性實施例，使用形成連續(xù)的平面化膜的旋涂工藝沉積HSQ。由于如上所述納米線108懸置在Β0Χ102上方，因此旋涂的HSQ將覆蓋和包圍每條納米線108的至少一部分。
[0033]接下來，如圖2Α中所示，對HSQ進行構(gòu)圖，形成構(gòu)圖的HSQl 10Α。圖2Β是圖2Α的結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。值得注意的是，構(gòu)圖的HSQ110A部分的數(shù)量可以變化。通過首先將旋涂的HSQ層的一些部分(S卩，在構(gòu)圖之后將留下的HSQ的部分)暴露于將固化和使HSQ交聯(lián)的這些部分的能量產(chǎn)生工藝來對HSQ進行構(gòu)圖。值得注意的是，正如將在下文中詳細(xì)描述的，在交聯(lián)工藝期間，HSQ將收縮。該收縮正是在本發(fā)明技術(shù)中被用于在納米線中誘發(fā)應(yīng)變的機制。根據(jù)示例性實施例，通過將旋涂的HSQ暴露于電子束或波長小于157納米(nm)的極紫外(EUV)輻射，來使HSQ交聯(lián)。這用于在暴露區(qū)域IlOA中使HSQ交聯(lián)。接下來，然后可以使用顯影劑清洗(例如，基于氫氧化四甲銨(TMAH)的顯影劑或諸如氫氧化鈉(NaOH)堿和氯化鈉(NaCl)鹽的含水混合物的基于鹽的顯影劑)選擇性地去除HSQ的未暴露部分(未交聯(lián))，得到構(gòu)圖的HSQl 10A。由于此處使用交聯(lián)來對HSQ進行構(gòu)圖，即，允許選擇性去除HSQ的未交聯(lián)部分，此處使用的術(shù)語“構(gòu)圖的HSQ”也意味著HSQ的這些構(gòu)圖的部分是交聯(lián)的。在顯影劑清洗之后，可以對剩余的構(gòu)圖的HSQ110A進行退火以進一步增加HSQ的密度(并且由此減小其體積)。退火溫度應(yīng)當(dāng)保持為足夠低(960°C以下)，使得HSQ不會回流并且允許線中的應(yīng)變弛豫。根據(jù)示例性實施例，在從約500°C到約900°C的溫度下進行退火持續(xù)約5分鐘到約30分鐘的時間。
[0034]如上文中所強調(diào)的，交聯(lián)(以及可選的退火)使得構(gòu)圖的HSQl 1A收縮(B卩，與未交聯(lián)的HSQ相比其體積減小約百分之5(5% )到約10% )。由于構(gòu)圖的HSQ110A包圍納米線108，因此該收縮的結(jié)果是在納米線108中誘發(fā)應(yīng)變。S卩，在納米線108的被構(gòu)圖的HSQ110A包圍的那些部分中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(見箭頭112)。此外，在納米線108的位于構(gòu)圖的HSQ110A之間的那些部分中誘發(fā)拉伸應(yīng)變(見箭頭114)。具體地，通過在納米線108的被構(gòu)圖的HSQ110A包圍的部分中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(即，由于構(gòu)圖的HSQ110A的收縮)，并且由于納米線108在其端部被錨定到襯墊103，納米線108的未被構(gòu)圖的HSQl 1A包圍的那些部分被有效拉伸，由此導(dǎo)致拉伸應(yīng)變。也見下文中描述的圖7A和7B。在下文中結(jié)合圖13的描述進一步描述了通過本發(fā)明技術(shù)在納米線108中誘發(fā)的壓縮/拉伸應(yīng)變的概念。[0035]在納米線108中誘發(fā)的應(yīng)變量取決于HSQ的體積變化并且也取決于納米線的直徑。例如，對于直徑為約1nm的納米線以及所沉積的87nm厚的HSQ，在曝光之后測得對于HSQ膜厚度的10%的減小，應(yīng)變?yōu)锳L/L = 0.7%。
[0036]在該實例中，構(gòu)圖的HSQl 10將用作“偽柵”或者后來在工藝中采用的替代柵的占位物。如圖3中所示，與構(gòu)圖的HSQllO “偽柵”的側(cè)壁相鄰地形成間隔物150。根據(jù)示例性實施例，間隔物150包括絕緣的氮化物、氧化物、氮氧化物或其多層，并且通過沉積和蝕刻而與構(gòu)圖的HSQllO “偽柵”的側(cè)壁相鄰地形成。然后在所述結(jié)構(gòu)上沉積填充材料152 (例如使用旋涂工藝)，填充包圍納米線108的暴露部分的構(gòu)圖的HSQllO “偽柵”之間的空間并且覆蓋襯墊103。填充材料152應(yīng)當(dāng):1)能夠保持納米線中的應(yīng)變(在這種情況下，通過如上所述的HSQ交聯(lián)在納米線108中誘發(fā)的拉伸應(yīng)變)；并且2)應(yīng)當(dāng)是相對于后來用于去除HSQl 1A的蝕刻工藝具有蝕刻選擇性(即，耐蝕刻)的材料。根據(jù)示例性實施例，填充材料是可以從JSR Corporat1n?, Sunnyvale, CA獲得的低k電介質(zhì)(LKD)材料,例如LKD1037。通過在納米線108中保持拉伸應(yīng)變，填充材料152允許偽柵被去除并且被替代柵所代替(見下文)。于是，替代柵將保持在納米線108中誘發(fā)的應(yīng)變(在該情況下，壓縮應(yīng)變)，即使在填充材料152被去除之后也是如此。
[0037]在填充材料152的沉積之后，如本領(lǐng)域中所知的，填充材料被固化或退火以去除溶齊U。僅僅舉例而言，當(dāng)LKD1037被用作填充材料152時，則可以采用在約400攝氏度(例如，從約350°C到約450°C )下在氮氣中UV固化約4分鐘(例如，從約3.5分鐘到約5分鐘)的持續(xù)時間，來去除剩余的溶劑。另外，填充材料152可以在該固化工藝期間膨脹，如下面緊接著描述的，該固化工藝可以是用于將另外的應(yīng)變引入到納米線108中的一種可能機制。
[0038]S卩，除了 HSQ在納米線108中誘發(fā)應(yīng)變(如上所述)之外，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)可以通過若干其它機制在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變。第一種技術(shù)涉及選擇一旦固化(見上文)就膨脹的填充材料。該膨脹將增加填充材料152包圍納米線108的區(qū)域中的拉伸應(yīng)變。當(dāng)填充材料152增加納米線108中的拉伸應(yīng)變時，將在構(gòu)圖的HSQ110A偽柵被去除之后在納米線108的被該偽柵占據(jù)的區(qū)域中誘發(fā)另外的壓縮應(yīng)變(見下文，在偽柵被去除之處在填充材料152中形成溝槽；納米線108的位于所述溝槽內(nèi)的部分可以經(jīng)歷來自填充材料152的另外的壓縮應(yīng)變)。
[0039]如將在下文中詳細(xì)描述的，使用外延步驟來加厚納米線108。圖5(在下文中描述)示出了該外延步驟可以在去除填充材料152之后進行?；蛘?，該外延步驟可以在沉積填充材料152之前(并且在形成間隔物150之前)進行以便在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變。這是在納米線中誘發(fā)另外的應(yīng)變的第二種技術(shù)。該外延工藝的細(xì)節(jié)在下文中結(jié)合圖5的描述來描述，并且是與將在此處應(yīng)用的相同的參數(shù)，只是在所述方法中較早。在所述方法中較早的外延步驟的該可選的實施在圖3中示例性示出，其中虛線表示形成在納米線108和襯墊103上的外延膜。如將在下文中詳細(xì)描述的，在這種情況下優(yōu)選地由硅鍺(SiGe)(而不是例如Si)形成外延膜，因為SiGe具有較大的晶格常數(shù)。然后可以將填充材料152沉積到該外延膜上(如圖3中所示)。值得注意的是，如果選擇在所述方法中的此時進行外延，則不需要圖5中所示例的外延步驟。此外，所述第一技術(shù)(使用填充材料來在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變)或第二技術(shù)(使用外延在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變)可以獨立地使用或者二者組合地使用，以在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變。
[0040]如上文中所強調(diào)的，構(gòu)圖的HSQ110A偽柵用作替代柵的占位物?，F(xiàn)在描述替代柵的形成。首先，相對于填充材料152選擇性地去除構(gòu)圖的HSQ110A偽柵。根據(jù)示例性實施例，使用蝕刻劑(例如，DHF)相對于填充材料152選擇性地去除構(gòu)圖的HSQ110A偽柵。如上文中所強調(diào)的，用于選擇填充材料152的一個標(biāo)準(zhǔn)是該蝕刻選擇性與構(gòu)圖的HSQ面對面(vis-a-vis)。結(jié)果是在構(gòu)圖的HSQl1A偽柵原先所在之處在填充材料152中形成一個或多個溝槽。也如上文中所強調(diào)的，填充材料也必須能夠在一旦構(gòu)圖的HSQ110A偽柵被去除時保持納米線108中的應(yīng)變。
[0041]接下來，用柵極電介質(zhì)154涂布通過構(gòu)圖的HSQ110A偽柵的去除而暴露的納米線108的部分。柵極電介質(zhì)154可以包括二氧化硅(S12)、氧氮化硅(S1N)、氧化鉿(HfO2)、或者(一種或多種)任何其它合適的高k電介質(zhì)，并且可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)或者在S12和S1N的情況下使用氧化爐而被沉積在納米線108周圍(從而包圍納米線108)。如圖4中所示,該柵極電介質(zhì)形成工藝導(dǎo)致柵極電介質(zhì)材料包圍納米線108沉積，并且也對所述溝槽加襯(line)(即，在間隔物150上并且在暴露的B0X102上)。
[0042]接下來，如圖4中所示，用柵極導(dǎo)體156填充所述溝槽。該柵極導(dǎo)體156構(gòu)成器件的替代柵。見上文。適當(dāng)?shù)臇艠O導(dǎo)體包括但不限于多晶硅、金屬(例如，氮化鉭(TAN)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)或鋁(Al))或者金屬的組合(例如TiN/Al)?？梢允褂弥T如低壓CVD(LPCVD)或等離子體增強的CVD (PECVD)的CVD工藝沉積多晶硅?？梢允褂梦锢須庀喑练e(PVD)、ALD或者電鍍工藝，沉積金屬柵極導(dǎo)體。如果這樣期望，則可以使用化學(xué)機械拋光(CMP)或者其它適當(dāng)?shù)奈g刻技術(shù)去除任何過量的柵極導(dǎo)體材料。以此方式形成的替代柵將包圍納米線，使其為GAA器件。
[0043]與圖3 —樣，在圖4中示出了可以在所述方法的早期采用的可選的外延膜來在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變。然而，如果直到填充材料被去除才執(zhí)行所述外延步驟(像在圖5中示例性示出的實例中那樣)，則該膜將不存在。
[0044]然后去除填充材料152。見圖5。根據(jù)不例性實施例，使用反應(yīng)尚子蝕刻(RIE)或濕法蝕刻來相對于柵極導(dǎo)體156選擇性地去除填充材料。
[0045]也如圖5中所示，使用外延膜158來加厚納米線108的未被柵極導(dǎo)體156/間隔物159覆蓋的部分(即，器件的源極區(qū)和漏極區(qū))。所述外延也在襯墊103的暴露部分之上發(fā)生(見圖5)。所得到的外延膜158可以是Si或諸如SiGe的Si合金。生長方法可以包括超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RT-CVD)和ALD。典型的Si前體(precursor)包括但不限于二氯甲娃燒(SiH2Cl2)、甲娃燒(SiH4)與鹽酸(HCl)的混合物、四氯化硅(SiCl4)以及用于SiGe生長的鍺烷(GeH4)。在Si的沉積僅發(fā)生在Si表面之上而不發(fā)生在諸如氧化物和硅氮化物的電介質(zhì)表面之上的意義上來說，所述生長是選擇性的。盡管選擇性的Si外延典型地需要約800°C的生長溫度，但是通過向外延膜添加Ge，使用較低的生長溫度時保持選擇性是可能的。對于純Ge生長，生長溫度可以低至300°C。SiGe的低溫生長在很薄的納米線的情況下作為克服聚結(jié)(agglomerat1n)的方式是有用的。如上文中強調(diào)的，該外延步驟反而可以在填充材料152的沉積之前進行，作為在納米線108中誘發(fā)另外的應(yīng)變的方式。在這種情況下，優(yōu)選外延膜158由SiGe形成。S卩，SiGe具有比Si大的晶格常數(shù)。當(dāng)SiGe在Si上外延生長時，其將具有壓縮應(yīng)變并且其將在(例如，Si)納米線中誘發(fā)拉伸應(yīng)變，因為SiGe膜試圖彈性弛豫。從所述方法中的該點往后，外延膜無論它在填充材料之前或填充材料之后形成都似乎是相同的。
[0046]值得注意的是，納米線108的被替代柵(即，柵極導(dǎo)體156)包圍的部分將用作器件的溝道。襯墊103以及納米線108的從替代柵伸出的部分(包括納米線108的位于替代柵之間的那些部分)將用作器件的源極區(qū)和漏極區(qū)。因此，在圖5中所示的示例性實施例中，外延膜158形成在源極區(qū)和漏極區(qū)上。
[0047]然后執(zhí)行最后的處理以完成所述器件。根據(jù)圖6中示出的示例性實施例，在外延膜158之上形成自對準(zhǔn)的硅化物160。更具體地，使用例如ALD或PVD將諸如鎳(Ni)、鉬(Pt)、鈷(Co)和/或鈦(Ti)的娃化物形成金屬毪式(blanket)沉積在器件之上。對所述組件進行退火以允許金屬與外延膜158的暴露的S1、Ge或SiGe反應(yīng)。位于非-S1、_Ge或-SiGe表面之上的金屬保持不反應(yīng)。然后使用選擇性蝕刻來去除未反應(yīng)的金屬，留下硅化物160。作為一個例子，在使用Ni的情況下，電阻率較低的硅化物相是鎳-硅(NiSi)。NiSi相在約4200C的退火溫度下形成，并且用來去除未反應(yīng)的金屬的蝕刻化學(xué)可以是在65°C下過氧化氫:硫酸(H2O2 = H2SO4)為10:1且持續(xù)10分鐘。當(dāng)使用諸如ALD的保形沉積方法來沉積硅化物形成金屬時，均勻的硅化物將包圍外延膜158。諸如PVD的其它的沉積技術(shù)可以產(chǎn)生對金屬的較不均勻的覆蓋，這會導(dǎo)致側(cè)壁之上以及納米線108之下的硅化物較薄。
[0048]接下來，在所述結(jié)構(gòu)之上(即，在硅化物160和柵極導(dǎo)體156之上)沉積將用作第一 CMP停止層162的保形(conformal)氧化物層。根據(jù)示例性實施例,使用CVD在所述結(jié)構(gòu)之上沉積厚度為約1nm到約10nm的第一 CMP停止層。然后在所述結(jié)構(gòu)之上沉積平面化電介質(zhì)層164。根據(jù)示例性實施例，平面化電介質(zhì)164是旋涂在所述結(jié)構(gòu)上的有機平面化材料。適當(dāng)?shù)挠袡C平面化材料包含溶劑中的可交聯(lián)的芳族聚合物(例如，基于萘的聚合物)。旋涂確保有機平面化材料充分填充所有間隙。在可能時，有機平面化材料應(yīng)當(dāng)填充納米線下方(就像圖6中所示的例子中的情況一樣)。然后可以進行涂敷后的烘烤以使所述有機平面化材料交聯(lián)且烘烤掉所述溶劑。根據(jù)示例性實施例，在最高為約250攝氏度(°C)——例如，從約200°C到約250°C——的溫度下進行所述涂敷后烘烤。
[0049]然后在第一 CMP停止層162用作蝕刻停止層的情況下使用例如CMP來拋光平面化電介質(zhì)164。為了充分用作蝕刻停止層，第一 CMP停止層162的拋光速率必須顯著小于平面化電介質(zhì)164的拋光速率。
[0050]然后在拋光后的平面化電介質(zhì)164/替代柵上沉積第二 CMP停止層166。根據(jù)示例性實施例，第二 CMP停止層由氮化物材料(例如氮化娃)形成，并且以約1nm到約10nm的厚度沉積在所述結(jié)構(gòu)上。
[0051]然后形成到器件的源極區(qū)和漏極區(qū)的接觸(即，源極/漏極接觸168)。根據(jù)示例性實施例，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝來形成延伸穿過第二 CMP停止層166、平面化電介質(zhì)164和第一 CMP停止層162的溝槽。這可以使用本領(lǐng)域中已知的一系列反應(yīng)離子蝕刻(RIE)步驟實現(xiàn)。然后用一種或多種金屬填充所述溝槽以形成源極/漏極接觸168。適當(dāng)?shù)慕饘侔ǖ幌抻阪u(W)和銅(Cu)。根據(jù)示例性實施例，通過用所述一種或多種金屬填充所述溝槽且然后拋光填充所述溝槽的過量金屬，來形成源極/漏極接觸。該拋光可以在第二 CMP停止層166用作蝕刻停止層的情況下使用CMP實現(xiàn)。結(jié)果是在溝槽中形成導(dǎo)電過孔(via)。接下來，可以與所述導(dǎo)電過孔相接觸地形成金屬襯墊和/或線路(line)。這些襯墊/線路可以由與所述過孔相同的金屬或金屬組合形成，例如可以使用RIE構(gòu)圖工藝來界定所述金屬襯墊和/或線路。
[0052]現(xiàn)在給出圖7A和7B以進一步示例對HSQ偽柵的構(gòu)圖如何在納米線溝道中誘發(fā)應(yīng)變。為了描述的清楚和一致性，在圖7A和7B中使用與圖1-6中相同的附圖標(biāo)記，并且因此這些附圖標(biāo)記旨在表示相同的結(jié)構(gòu)。如圖7A所示，旋涂的HSQ層118覆蓋/包圍納米線108。用交叉陰影表示HSQ的要暴露(例如，暴露于電子束或者EUV輻射以變得交聯(lián))的區(qū)域120。如圖7B中所示，在發(fā)生交聯(lián)以及去除旋涂的HSQ118的未暴露部分之后，剩下的是交聯(lián)的HSQ122部分。交聯(lián)的HSQ112與上述實施例中的構(gòu)圖的HSQ偽柵相同。圖7A中的交叉陰影被換位到圖7B上以示例HSQ —旦交聯(lián)就收縮，由此在納米線108中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(見箭頭112)和拉伸應(yīng)變(見箭頭114)。此外，如圖7B中所示，由于交聯(lián)的HSQ將從所有方向上收縮，因此納米線108可以被拉得更靠近凹陷的氧化物105 (見箭頭115)，這進一步對納米線108端部的拉伸應(yīng)變做出貢獻(即，由于納米線108在每一端被附到襯墊103)。在下文中結(jié)合對圖13的描述來進一步描述通過本發(fā)明技術(shù)在納米線108中誘發(fā)的壓縮/拉伸應(yīng)變的概念。
[0053]現(xiàn)在通過參考圖8-12給出采用本發(fā)明的應(yīng)變誘發(fā)技術(shù)的備選實施例。在這種情況下，將使用本發(fā)明的技術(shù)來在納米線溝道中誘發(fā)拉伸應(yīng)變。該實例的開始結(jié)構(gòu)與圖1A和IB中所示的相同(即，具有納米線108和襯墊103，其中掩埋氧化物102在納米線108下方被底切)。因此，在圖1A和IB之后，首先在所述結(jié)構(gòu)上沉積(例如旋涂)HSQ層。由于如上所述納米線108懸置在B0X102上方，因此旋涂的HSQ將覆蓋和包圍每條納米線108的一部分。見圖8。
[0054]如上所述，然后對HSQ進行構(gòu)圖。然而，通過與上面給出的壓縮應(yīng)變實施例——其中構(gòu)圖的HSQ用作偽柵并且因此標(biāo)記了器件的柵極位置——比較，在這種情況下，構(gòu)圖的HSQl1A將標(biāo)記器件的源極/漏極區(qū)位置而不是柵極的位置。即，將從將形成器件的柵極的區(qū)域去除HSQ。
[0055]通過首先將旋涂的HSQ層的一些部分(即，HSQ的在構(gòu)圖之后將留下的部分)暴露于將使HSQ的這些部分固化和交聯(lián)的能量產(chǎn)生工藝來對HSQ進行構(gòu)圖。如上所述，在交聯(lián)工藝期間，HSQ將收縮，由此在納米線108中誘發(fā)應(yīng)變。根據(jù)示例性實施例，通過將旋涂的HSQ暴露于電子束或波長小于157nm的EUV輻射，來使HSQ交聯(lián)。這用于使暴露區(qū)域中的HSQ交聯(lián)。接下來，然后可以使用顯影劑(例如，基于TMAH的顯影劑或NaOH堿和NaCl鹽的含水混合物)選擇性地去除HSQ的未暴露部分，得到構(gòu)圖的HSQl1B0在顯影劑清洗之后，可以對剩余的構(gòu)圖的HSQl1B進行退火以進一步增加HSQ的密度(并且由此減小其體積)。退火溫度應(yīng)當(dāng)保持得足夠低(低于960°C)，使得HSQ將不回流并且允許線中的應(yīng)變弛豫。根據(jù)示例性實施例，在從約500°C到約900°C的溫度下進行退火，持續(xù)時間為約5分鐘到約30分鐘。
[0056]如上所述，交聯(lián)使得構(gòu)圖的HSQl1B收縮(即，與未交聯(lián)的HSQ相比其體積減小約5%到約10% )。由于構(gòu)圖的HSQ110B包圍納米線108，因此該收縮的結(jié)果是在納米線108中誘發(fā)應(yīng)變。即，在納米線108的被構(gòu)圖的HSQ110B包圍的那些部分中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(見箭頭112)。此外，在納米線108的位于構(gòu)圖的HSQ110B之間的那些部分中誘發(fā)拉伸應(yīng)變(見箭頭114)。具體地，通過在納米線108的被構(gòu)圖的HSQl1B包圍的部分中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(即，由于構(gòu)圖的HSQl1B的收縮)，并且由于納米線108的端部被錨定到襯墊103，納米線108的未被構(gòu)圖的HSQl1B包圍的那些部分被有效拉伸，由此導(dǎo)致拉伸應(yīng)變。在下文中結(jié)合對圖13的描述進一步描述通過本發(fā)明技術(shù)在納米線108中誘發(fā)的壓縮/拉伸應(yīng)變的概念。
[0057]如圖8中所示，通過對HSQ進行構(gòu)圖，在構(gòu)圖的HSQ110B部分之間形成一個或多個溝槽。在該實例中，將在這些溝槽中形成器件的柵極。然而，首先，用柵極電介質(zhì)174涂布納米線108的暴露部分(即，在所述溝槽內(nèi))。柵極電介質(zhì)174可以包括Si02、Si0N、Hf02、或者(一種或多種)任何其它合適的高k電介質(zhì)，并且可以使用CVD、ALD或者在S12和S1N的情況下使用氧化爐而被沉積在納米線108周圍(從而包圍納米線108)。如圖9中所示，該柵極電介質(zhì)形成工藝導(dǎo)致柵極電介質(zhì)材料在納米線108周圍沉積，并且也對包括暴露的B0X102的所述溝槽加襯(line)。
[0058]接下來，如圖9中所示，用柵極導(dǎo)體176填充所述溝槽，以便形成器件的柵極。適當(dāng)?shù)臇艠O材料包括但不限于多晶硅、金屬(例如，W、TiN、TaN或鋁)或者金屬的組合(例如TiN/Al)?？梢允褂弥T如低壓CVD(LPCVD)或等離子體增強的CVD (PECVD)的CVD工藝沉積多晶硅。可以使用AL、CVD或者電鍍工藝沉積金屬柵極導(dǎo)體。如果這樣期望，則可以使用化學(xué)機械拋光(CMP)或者其它適當(dāng)?shù)奈g刻技術(shù)去除任何過量的柵極導(dǎo)體?，F(xiàn)在所形成的柵極用于保持在納米線108中誘發(fā)的拉伸應(yīng)變(見圖8)，即使在接下來去除構(gòu)圖的HSQ110B時也是如此。以此方式形成的柵極將包圍納米線，使其為GAA器件。
[0059]然后去除構(gòu)圖的HSQ110B。見圖10。根據(jù)示例性實施例，使用蝕刻劑(例如，DHF)相對于柵極導(dǎo)體176選擇性地去除構(gòu)圖的HSQ110B。如圖10中所示，與柵極的側(cè)壁相鄰地形成間隔物178。根據(jù)示例性實施例，間隔物178由絕緣的氮化物、氧化物、氮氧化物或其多層形成，并且通過沉積和蝕刻而與柵極的側(cè)壁相鄰地形成。
[0060]接下來，如圖11中所示，使用外延膜180來加厚納米線108的未被柵極導(dǎo)體176/間隔物178覆蓋的部分(即，器件的源極區(qū)和漏極區(qū))。所述外延也在襯墊103的暴露部分之上發(fā)生(見圖11)。所得到的外延膜180可以是Si或諸如SiGe的Si合金。生長方法可以包括UHV-CVD、RT-CVD和ALD。典型的Si前體包括但不限于二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、硅烷(SiH4)與鹽酸(HCl)的混合物、四氯化硅(SiCl4)和用于SiGe生長的鍺烷(GeH4)。在Si的沉積僅發(fā)生在Si表面之上而不發(fā)生在諸如氧化物和氮化硅的電介質(zhì)表面之上的意義上來說，所述生長是選擇性的。盡管選擇性的Si外延典型地需要約800°C的生長溫度，但是通過向外延膜添加Ge，使用較低的生長溫度時保持選擇性是可能的。對于純Ge生長，生長溫度可以像300°C那么低。SiGe的低溫生長在很薄的納米線的情況下作為克服聚結(jié)的方式是有用的。
[0061]值得注意的是，納米線108的被柵極(即，柵極導(dǎo)體176)包圍的部分將用作器件的溝道。襯墊103以及納米線108的從柵極伸出的部分(包括納米線108的位于柵極之間的那些部分)將用作器件的源極區(qū)和漏極區(qū)。因此，在圖11中所示的示例性實施例中，夕卜延膜180形成在源極區(qū)和漏極區(qū)上。
[0062]然后執(zhí)行最后的處理以完成所述器件。根據(jù)圖12中示出的示例性實施例，在外延膜180之上形成自對準(zhǔn)的硅化物182。更具體地，諸如N1、Pt、Co和/或Ti的(一種或多種)金屬被毯式沉積在器件之上。對所述組件進行退火以允許金屬與外延膜180的暴露的S1、Ge或SiGe反應(yīng)。非-S1、-Ge或-SiGe表面之上的金屬保持不反應(yīng)。然后使用選擇性蝕刻來去除未反應(yīng)的金屬，留下硅化物182。作為一個例子，在使用Ni的情況下，電阻率較低的硅化物相是鎳-硅(NiSi)。NiSi相在約420°C的退火溫度下形成，并且用來去除未反應(yīng)的金屬的蝕刻化學(xué)可以是在65°C下過氧化氫:硫酸(H2O2 = H2SO4)為10:1且持續(xù)10分鐘。
[0063]接下來，在所述結(jié)構(gòu)之上(即，在硅化物182和柵極導(dǎo)體176之上)沉積將用作第一 CMP停止層184的保形氧化物層。根據(jù)示例性實施例，使用CVD在所述結(jié)構(gòu)之上沉積厚度為約1nm到約10nm的第一 CMP停止層184。然后在所述結(jié)構(gòu)之上沉積平面化電介質(zhì)層186。根據(jù)示例性實施例，平面化電介質(zhì)186是旋涂在所述結(jié)構(gòu)上的有機平面化材料。適當(dāng)?shù)挠袡C平面化材料包含溶劑中的可交聯(lián)的芳族聚合物(例如，基于萘的聚合物)。旋涂確保有機平面化材料充分填充所有間隙。在可能時，有機平面化材料應(yīng)當(dāng)填充納米線下方(就像圖12中所示的例子中的情況一樣)。然后可以進行涂敷后的烘烤以使所述有機平面化材料交聯(lián)且烘烤掉所述溶劑。根據(jù)示例性實施例，在最高為約250攝氏度(°C)——例如，從約200°C到約250°C——的溫度下進行所述涂敷后烘烤。
[0064]然后在第一 CMP停止層184用作蝕刻停止層的情況下使用例如CMP來拋光平面化電介質(zhì)186。為了充分用作蝕刻停止層，第一 CMP停止層184的拋光速率必須顯著小于平面化電介質(zhì)186的拋光速率。
[0065]然后在拋光后的平面化電介質(zhì)186/柵極上沉積第二 CMP停止層188。根據(jù)示例性實施例，第二 CMP停止層188由氮化物材料(例如氮化娃)形成，并且以約1nm到約10nm的厚度沉積在所述結(jié)構(gòu)上。
[0066]然后形成到器件的源極區(qū)和漏極區(qū)的接觸(即，源極/漏極接觸190)。根據(jù)示例性實施例，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工 藝來形成延伸穿過第二 CMP停止層188、平面化電介質(zhì)186和第一 CMP停止層184的溝槽。這可以使用本領(lǐng)域中已知的一系列RIE步驟實現(xiàn)。然后用一種或多種金屬填充所述溝槽以形成源極/漏極接觸190。適當(dāng)?shù)慕饘侔ǖ幌抻赪和Cu。根據(jù)示例性實施例，通過用所述一種或多種金屬填充所述溝槽且然后拋光填充所述溝槽的過量金屬，來形成源極/漏極接觸。該拋光可以在第二 CMP停止層188用作蝕刻停止層的情況下使用CMP實現(xiàn)。結(jié)果是在溝槽中形成導(dǎo)電過孔。接下來，可以與所述導(dǎo)電過孔相接觸地形成金屬襯墊和/或線路。這些襯墊/線路可以由與所述過孔相同的金屬或金屬組合形成，例如可以使用RIE構(gòu)圖工藝來界定所述金屬襯墊和/或線路。
[0067]圖13的圖示在微觀結(jié)構(gòu)水平上示例出了與處于弛豫的或未發(fā)生應(yīng)變的狀態(tài)的納米線相比在納米線中誘發(fā)的壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)變。具體地，圖13示出了處于弛豫狀態(tài)的第一納米線(圖中示出的頂部納米線)以及其中既誘發(fā)了壓縮應(yīng)變也誘發(fā)了拉伸應(yīng)變的第二納米線(圖中示出的底部納米線)。圖13中示出的這些納米線中的每一條都代表在上述制造工藝中呈現(xiàn)的任何半導(dǎo)體納米線(例如納米線108)。如上文中強調(diào)的，通過使用本發(fā)明的HSQ應(yīng)變誘發(fā)工藝，可以有利地在納米線中誘發(fā)拉伸應(yīng)變和/或壓縮應(yīng)變。圖13還示例出了該工藝。
[0068]應(yīng)變從定義上來說具有微觀結(jié)構(gòu)意義。當(dāng)(諸如在半導(dǎo)體納米線108中存在的)半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變時，這意味著晶體的晶格常數(shù)“a”(至少在一個軸或更多軸上)從
弛豫尺寸(未應(yīng)變值)改變到另一尺寸。應(yīng)變值定義為#，其中“a”是弛豫晶格常數(shù)并且



aΛa是晶格常數(shù)的膨脹或收縮。換而言之，應(yīng)變量對應(yīng)于半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)中的彈性形變量。注意，當(dāng)晶格常數(shù)在一個軸上變形時，在通過泊松比描述的其它兩個軸上也將存在晶格常數(shù)的變形(參見例如 James M.Gere, Mechanics of Materials, 6th Ed.，第 24-25 頁(2004)，其內(nèi)容通過引用的方式并入本申請中)?？梢酝ㄟ^諸如X射線衍射或拉曼光譜的方法測量變形或晶格常數(shù)的改變。
[0069]就本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)而言，納米線(例如，納米線108)由半導(dǎo)體晶體(例如硅)制成。存在形成于納米線之上的若干個柵極。如上所述，在納米線的一些部分中存在拉伸應(yīng)變并且在其它部分中存在壓縮應(yīng)變(見例如圖7B、2A和8，如上所述)。因此，納米線中的晶格常數(shù)變形，從而在晶格常數(shù)小于弛豫的硅晶格常數(shù)之處存在被柵極蓋住的區(qū)域，并且/或者在晶格常數(shù)大于弛豫的硅的晶格常數(shù)之處存在被柵極蓋住的其它區(qū)域。對于縱向拉伸應(yīng)變，晶格常數(shù)將較大(平行于納米線的長度)，這是因為納米線被拉伸。對于縱向壓縮應(yīng)變，晶格常數(shù)將較小(平行于納米線的長度)，這是因為納米線被縮短。在圖13中示例出了這些應(yīng)變情況。即，在圖13中，晶體的單位晶胞被示意性地描繪為納米線內(nèi)的盒子。當(dāng)然，可能存在比所描繪的那些更多的晶胞(并且呈現(xiàn)不同的排列)，但是圖13中所示出的那些僅僅意在以微觀的晶體結(jié)構(gòu)水平示例不同的應(yīng)變情況。
[0070]如圖13中所示，處于弛豫狀態(tài)(弛豫晶格常數(shù)aQ)的納米線(例如，納米線108)具有重復(fù)的晶體單位結(jié)構(gòu)。由于壓應(yīng)變(通過上面描述的HSQ應(yīng)變誘發(fā)工藝)，納米線與弛豫狀態(tài)相比變得變形，即壓縮應(yīng)變晶格常數(shù)&1〈％。這在圖13中通過納米線的壓縮應(yīng)變區(qū)域中的單位晶胞較小(平行于納米線的長度)來示例。相比較而言，由于拉伸應(yīng)變(通過上面描述的HSQ應(yīng)變誘發(fā)工藝)，納米線與弛豫狀態(tài)相比變得變形，即拉伸應(yīng)變晶格常數(shù)a2>a0O這在圖13中通過納米線的拉伸應(yīng)變區(qū)域中的單位晶胞較大(平行于納米線的長度)來示例。
[0071 ] 使用本發(fā)明的技術(shù)，根據(jù)所采用的柵極構(gòu)造/應(yīng)變誘發(fā)工藝，可以在所述納米線中的任何一條給定的納米線中實現(xiàn)壓縮應(yīng)變區(qū)域、拉伸應(yīng)變區(qū)域和/或弛豫區(qū)域的任何組合(見上文)。因此，僅僅舉例而言，基于在圖1-6中概括的方法，每條納米線108將具有多個第一區(qū)域，所述第一區(qū)域被變形使得在這些區(qū)域中的半導(dǎo)體晶格常數(shù)小于(低于)弛豫半導(dǎo)體晶格常數(shù)(即，％〈％)，這是因為在該例子中由HSQ偽柵/替代柵工藝在納米線中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(見例如圖2A中的箭頭112，指示出在納米線108的那些第一區(qū)域中的壓縮應(yīng)變)。柵極導(dǎo)體156(即，器件的替代柵)包圍納米線108的這些區(qū)域(見例如圖5)。如上所述，HSQ應(yīng)變誘發(fā)工藝也將導(dǎo)致在納米線108中誘發(fā)拉伸應(yīng)變區(qū)域(見例如圖2A)。因此每條納米線也將具有多個第二區(qū)域，所述第二區(qū)域被變形使得這些區(qū)域中的半導(dǎo)體晶格常數(shù)大于(高于)弛豫半導(dǎo)體晶格常數(shù)(即，a2>a0)。
[0072] 類似地，通過參考在圖8-12中概括的方法，每條納米線108將具有多個第一區(qū)域，所述第一區(qū)域被變形使得在這些區(qū)域中的半導(dǎo)體晶格常數(shù)小于(低于)弛豫半導(dǎo)體晶格常數(shù)(即，&1〈％)，這是因為在該例子中由HSQ偽柵/替代柵工藝在納米線中誘發(fā)壓縮應(yīng)變(見例如圖8中的箭頭112，指示出在納米線108的那些第一區(qū)域中的壓縮應(yīng)變)。如上所述，HSQ應(yīng)變誘發(fā)工藝也將導(dǎo)致在納米線108中誘發(fā)拉伸應(yīng)變區(qū)域(見例如圖8)。因此每條納米線也將具有多個第二區(qū)域，所述第二區(qū)域被變形使得這些區(qū)域中的半導(dǎo)體晶格常數(shù)大于(高于)弛豫半導(dǎo)體晶格常數(shù)(即，a2>aQ)。柵極導(dǎo)體176(即，器件的替代柵)包圍納米線108的這些區(qū)域(見例如圖10)。因此，圖1-6的實施例與圖8-12的實施例之間的差別是完成的器件中的替代柵包圍納米線的具有誘發(fā)的壓縮應(yīng)變(圖1-6)還是拉伸應(yīng)變(圖8-12)的區(qū)域。
[0073]值得注意的是，在其中納米線具有壓縮/拉伸應(yīng)變區(qū)域和/或弛豫區(qū)域的上述構(gòu)造的情況下，對于晶體的每個單位晶胞，所述應(yīng)變不一定是恒定的。即，在從應(yīng)變區(qū)域到弛豫區(qū)域的過渡中，在給定應(yīng)變區(qū)域的中心處經(jīng)歷最大應(yīng)變，并且應(yīng)變水平隨著向弛豫區(qū)域移出(平行于納米線的長度)而下降。因此，由本發(fā)明的技術(shù)(即，通過沿著納米線的長度在一個或多個部分中誘發(fā)應(yīng)變)得到的應(yīng)變分布不同于從納米線的端部誘發(fā)應(yīng)變的情況。在后一種情況下，最大應(yīng)變將出現(xiàn)在納米線的端部。
[0074]盡管已經(jīng)在本申請中描述了本發(fā)明的示例性實施例，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于那些精確的實施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種其它變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種制造場效應(yīng)晶體管(FET)器件的方法，包括如下步驟: 在掩埋氧化物(BOX)層上方的絕緣體上硅(SOI)層中形成納米線和襯墊，其中所述納米線以梯子狀構(gòu)造被連接到所述襯墊，并且其中所述納米線懸置在所述BOX上方； 沉積包圍所述納米線的氫倍半硅氧烷(HSQ)層； 使包圍所述納米線的所述HSQ層的一個或多個部分交聯(lián)，其中所述交聯(lián)使得所述HSQ的所述一個或多個部分收縮，由此在所述納米線中誘發(fā)應(yīng)變；以及 形成包圍每一條所述納米線的部分的一個或多個柵極，其中所述柵極保持通過所述交聯(lián)步驟在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變，并且其中所述納米線的被所述柵極包圍的所述部分包括所述器件的溝道區(qū)，并且所述納米線的從所述柵極和所述襯墊伸出的部分包括所述器件的源極區(qū)和漏極區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變是拉伸應(yīng)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變是壓縮應(yīng)變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟: 去除所述HSQ層的一個或多個未交聯(lián)的部分； 沉積填充材料以替代所述HSQ層的被去除的所述一個或多個未交聯(lián)的部分； 使用蝕刻劑去除所述HSQ層的被交聯(lián)的所述一個或多個部分而在所述填充材料中形成溝槽，其中在所述溝槽內(nèi)暴露所述納米線的部分； 形成柵極電介質(zhì)，所述柵極電介質(zhì)包圍所述納米線的在所述溝槽內(nèi)暴露的所述部分；以及 使用柵極導(dǎo)體填充所述溝槽以形成所述器件的所述一個或多個柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，使用顯影劑去除所述HSQ層的所述一個或多個未交聯(lián)的部分，所述顯影劑選自基于氫氧化四甲銨的顯影劑以及氫氧化鈉堿和氯化鈉鹽的含水混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，使用DHF去除所述HSQ層的被交聯(lián)的所述一個或多個部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述填充材料i)能夠保持通過所述交聯(lián)步驟在所述納米線中誘發(fā)的應(yīng)變，并且ii)具有對用于去除所述HSQ層的被交聯(lián)的所述一個或多個部分的蝕刻劑的抗蝕性。
8.權(quán)利要求4所述的方法，還包括如下步驟: 在沉積所述填充材料之前在通過去除所述HSQ層的所述一個或多個未交聯(lián)的部分而暴露的所述納米線的區(qū)域上形成外延SiGe膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述HSQ層的被交聯(lián)的所述一個或多個部分包括偽柵，所述方法還包括如下步驟: 與所述偽柵的側(cè)壁相鄰地形成間隔物。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述柵極電介質(zhì)包括二氧化硅(Si02)、氧氮化硅(S1N)或者氧化鉿(HfO2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述柵極導(dǎo)體包括多晶硅、金屬或者金屬的組口 .
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟:去除所述HSQ層的一個或多個未交聯(lián)的部分而在所述HSQ層的被交聯(lián)的所述一個或多個部分之間形成溝槽，其中在所述溝槽內(nèi)暴露所述納米線的部分； 形成柵極電介質(zhì)，所述柵極電介質(zhì)包圍所述納米線的在所述溝槽內(nèi)暴露的所述部分；以及 使用柵極導(dǎo)體填充所述溝槽以形成所述器件的所述一個或多個柵極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中， 使用顯影劑去除所述HSQ層的所述一個或多個未交聯(lián)的部分，所述顯影劑選自基于氫氧化四甲銨的顯影劑以及氫氧化鈉堿和氯化鈉鹽的含水混合物。
14.權(quán)利要求12所述的方法，還包括如下步驟: 與所述柵極的側(cè)壁相鄰地形成間隔物。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述柵極電介質(zhì)包括二氧化硅(S12)、氧氮化硅(S1N)或者氧化鉿(HfO2)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述柵極導(dǎo)體包括多晶硅、金屬或者金屬的組口 ο
17.權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟: 形成到所述器件的所述源極區(qū)和漏極區(qū)的接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用旋涂沉積所述HSQ層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過暴露于電子束或波長短于157納米的極紫外(EUV)輻射使所述HSQ層的所述一個或多個部分交聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述交聯(lián)使得所述HSQ層的所述一個或多個部分的體積減小約5%到約10%。
21.權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟: 通過外延加厚所述源極區(qū)和漏極區(qū)。
22.—種FET器件，包括: 形成在BOX層上方的SOI層中的納米線和襯墊，其中所述納米線以梯子狀構(gòu)造被連接到所述襯墊，并且其中所述納米線懸置在所述BOX上方；以及 包圍每一條所述納米線的部分的一個或多個柵極，其中所述納米線的被所述柵極包圍的所述部分包括所述器件的溝道區(qū)，并且所述納米線的從所述柵極和所述襯墊伸出的部分包括所述器件的源極區(qū)和漏極區(qū)， 其中每一條所述納米線具有:1)至少一個第一區(qū)域，其被變形使得所述至少一個第一區(qū)域中的晶格常數(shù)小于所述納米線的弛豫晶格常數(shù)；以及2)至少一個第二區(qū)域，其被變形使得所述至少一個第二區(qū)域中的晶格常數(shù)大于所述納米線的所述弛豫晶格常數(shù)，并且其中所述一個或多個柵極包圍每一條所述納米線的所述至少一個第一區(qū)域或者所述至少一個第二區(qū)域。
【文檔編號】H01L21/336GK104040705SQ201280066327
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】G·科恩, M·A·古羅恩, C·E·默里 申請人:國際商業(yè)機器公司