本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，其原申請(qǐng)的申請(qǐng)日是2011年12月23日，申請(qǐng)?zhí)枮?01180076446.7，發(fā)明名稱為“單軸應(yīng)變納米線結(jié)構(gòu)”。

本發(fā)明的實(shí)施例屬于納米線半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是屬于單軸應(yīng)變納米線結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)于過去的幾十年而言，集成電路中的特征的按比例縮放已經(jīng)成為了不斷成長的半導(dǎo)體工業(yè)背后的驅(qū)動(dòng)力。特征不斷地按比例縮小使能了在半導(dǎo)體芯片的有限的不動(dòng)產(chǎn)上的功能單元的增大密度。例如，縮小晶體管的尺寸允許將更高數(shù)量的存儲(chǔ)器件結(jié)合到芯片上，從而制造出具有提高的容量的產(chǎn)品。但是，追求不斷更高的容量并非不存在問題。優(yōu)化每一器件的性能的必要性變得越來越顯著。

隨著微電子器件的尺寸的縮小逾越了15納米(nm)的節(jié)點(diǎn)，保持遷移率提高和短溝道控制將帶來器件制造中的挑戰(zhàn)。用于制造器件的納米線提供了改善的短溝道控制。例如，硅鍺(sixge1-x)納米線溝道結(jié)構(gòu)(其中，x<0.5)在適合于在很多利用較高的電壓工作的常規(guī)產(chǎn)品中使用的相當(dāng)大的eg上提供了遷移率提高。此外，硅鍺(sixge1-x)納米線溝道(其中，x>0.5)還提供了在較低的eg(適于移動(dòng)/手持范疇中的低電壓產(chǎn)品)上提高的遷移率。

已經(jīng)嘗試了很多不同的技術(shù)來提高晶體管的遷移率。但是，在半導(dǎo)體器件的電子和/或空穴遷移率提高方面仍然需要顯著的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例包括單軸應(yīng)變納米線結(jié)構(gòu)。

在實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在襯底之上的多個(gè)垂直堆疊的單軸應(yīng)變納米線。所述單軸應(yīng)變納米線中的每者包括設(shè)置在所述單軸應(yīng)變納米線內(nèi)的分立溝道區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿單軸應(yīng)變方向的電流流動(dòng)方向。在所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)上，將所述源極區(qū)和漏極區(qū)設(shè)置到所述納米線內(nèi)。柵電極堆疊體完全包圍所述分立溝道區(qū)。

在另一實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在襯底之上的第一納米線。所述第一納米線具有單軸拉伸應(yīng)變，并且包括分立的溝道區(qū)以及處于所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸拉伸應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。所述第一半導(dǎo)體器件還包括完全圍繞所述第一納米線的分立溝道區(qū)的第一柵電極堆疊體。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括第二半導(dǎo)體器件，該器件包括設(shè)置在所述襯底之上的第二納米線。所述第二納米線具有單軸壓縮應(yīng)變，并且包括分立的溝道區(qū)以及處于所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸壓縮應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。所述第二半導(dǎo)體器件還包括完全圍繞所述第二納米線的分立溝道區(qū)的第二柵電極堆疊體。

在另一實(shí)施例中，一種制作納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在襯底之上形成第一有源層，所述第一有源層具有第一晶格常數(shù)。在所述第一有源層上形成第二有源層，所述第二有源層具有大于所述第一晶格常數(shù)的第二晶格常數(shù)。具有單軸拉伸應(yīng)變的第一納米線由所述第一有源層形成。第一納米線包括分立溝道區(qū)和處于分立溝道區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸拉伸應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。具有單軸壓縮應(yīng)變的第二納米線由第二有源層形成。第二納米線包括分立溝道區(qū)和處于分立溝道區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸壓縮應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。將第一柵電極堆疊體形成為完全包圍第一納米線的分立溝道區(qū)。將第二柵電極堆疊體形成為完全包圍第二納米線的分立溝道區(qū)。

在另一實(shí)施例中，一種pmos半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在襯底之上的、具有單軸壓縮應(yīng)變的納米線。所述納米線包括具有沿所述單軸壓縮應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向的分立溝道區(qū)。所述納米線還包括設(shè)置在所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)的p型源極區(qū)和漏極區(qū)。p型柵電極堆疊體完全圍繞所述分立溝道區(qū)。

附圖說明

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的三維截面圖。

圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的沿a-a'軸得到的圖1a的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面溝道視圖。

圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的沿b-b'軸得到的圖1a的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面間隔體視圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有壓縮單軸應(yīng)變的納米線的有角度視圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有拉伸單軸應(yīng)變的納米線的有角度視圖。

圖4a-4f示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表示納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法中的各項(xiàng)操作的三維截面圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的三維截面圖。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的計(jì)算裝置。

具體實(shí)施方式

描述單軸應(yīng)變納米線結(jié)構(gòu)。在下述說明中闡述很多具體的細(xì)節(jié)，例如，具體的納米線集成方案和材料方案，以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的徹底理解。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以在不需要這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。在其他實(shí)例中，未描述諸如集成電路設(shè)計(jì)布局的眾所周知的特征，以避免對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例造成不必要的含糊不清。此外，應(yīng)當(dāng)理解附圖所示的各種實(shí)施例只是說明性的表示，并且未必是按比例繪制的。

本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例致力于提高nmos晶體管或pmos晶體管或兩者的溝道遷移率。可以利用應(yīng)變，例如，溝道區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變提高遷移率。因而，文中描述的一種或多種方案在nmos和pmos晶體管兩者的溝道區(qū)內(nèi)都提供了適當(dāng)?shù)膽?yīng)變。在實(shí)施例中，提供了應(yīng)變nmos和pmos納米線。

可以采用應(yīng)變絕緣體上硅堆疊體作為制造具有應(yīng)變溝道區(qū)的基于納米線的器件的起始點(diǎn)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，采用這樣的襯底的應(yīng)變硅層作為第一有源層。之后，采用硅鍺(sige)在第一有源層上形成第二有源層，該硅鍺(sige)具有比制作初始應(yīng)變絕緣體上硅襯底所采用的ge％更高的ge％。在對(duì)包括第一和第二有源層的堆疊體進(jìn)行圖案化之后，所述sige層的其余部分具有沿鰭(fin)的電流流動(dòng)方向的壓縮單軸應(yīng)力，而硅層的其余部分則具有沿鰭的電流流動(dòng)方向的拉伸單軸應(yīng)力。在替換金屬柵操作中，將硅(對(duì)于pmos器件而言)或者sige(對(duì)于nmos器件而言)從鰭堆疊體中去除，以制作具有柵極全包圍結(jié)構(gòu)的納米線。下文將聯(lián)系附圖更加詳細(xì)地描述上述方案連同其他用于形成基于應(yīng)變納米線的器件的方案。

例如，圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的三維截面圖。圖1b示出了沿a-a'軸取得的圖1a的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面溝道視圖。圖1c示出了沿b-b'軸得到的圖1a的基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面間隔體視圖。

參考圖1a，半導(dǎo)體器件100包括設(shè)置在襯底102之上的一個(gè)或多個(gè)垂直堆疊的納米線(104組)。文中的實(shí)施例既以單線器件為目標(biāo)，又以多線器件為目標(biāo)。作為例子，示出了具有納米線104a、104b和104c的基于三納米線的器件，以達(dá)到舉例說明的目的。為了便于描述，采用納米線104a作為例子，其中，描述的重點(diǎn)只落在所述納米線之一上。應(yīng)當(dāng)理解，在描述一個(gè)納米線的屬性的情況下，基于多個(gè)納米線的實(shí)施例對(duì)于每一納米線可以具有相同的屬性。

納米線104中的每者包括設(shè)置在納米線內(nèi)的溝道區(qū)106。溝道區(qū)106具有長度(l)。參考圖1b，溝道區(qū)還具有與長度(l)正交的周長。參考圖1a和圖1b兩者，柵電極堆疊體108圍繞溝道區(qū)106中的每者的整個(gè)周長。柵電極堆疊體108包括柵電極連同設(shè)置在溝道區(qū)106和柵電極(未示出)之間的柵極電介質(zhì)層。溝道區(qū)106是分立的，因?yàn)槠渫耆粬烹姌O堆疊體108包圍，而沒有任何居間材料(例如，下層襯底材料或者上覆溝道制作材料)。相應(yīng)地，在具有多個(gè)納米線104的實(shí)施例中，納米線的溝道區(qū)106也是相對(duì)于彼此分立的，如圖1b所示。

再次參考圖1a，納米線104中的每者還包括設(shè)置在所述溝道區(qū)的兩側(cè)上的所述納米線內(nèi)的源極區(qū)和漏極區(qū)110和112。將一對(duì)接觸部114設(shè)置到源極區(qū)/漏極區(qū)110/112之上。在具體實(shí)施例中，所述的一對(duì)接觸部114圍繞源極/漏極區(qū)110/112中的每者的整個(gè)周界，如圖1a所示。也就是說，在實(shí)施例中，源極/漏極區(qū)110/112是分立的，因?yàn)樗鼈兺耆唤佑|部114包圍而沒有任何居間材料(例如，下層襯底材料或上覆溝道制作材料)。相應(yīng)地，在這樣的具有多個(gè)納米線104的實(shí)施例中，納米線的源極/漏極區(qū)110/112也是相對(duì)于彼此分立的。

再次參考圖1a，在實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100還包括一對(duì)間隔體116。間隔體116設(shè)置于柵電極堆疊108和所述的一對(duì)接觸部114之間。如上文所述，在至少幾個(gè)實(shí)施例中，將所述溝道區(qū)以及源極/漏極區(qū)制作成分立的。但是，并不是納米線104的所有區(qū)域都必須是分立的，或者并不能夠?qū)⒓{米線104的所有區(qū)域都做成分立的。例如，參考圖1c，納米線104a-104c在間隔體116下面的位置上不是分立的。在一個(gè)實(shí)施例中，納米線104a-104c的堆疊體具有位于其間的居間半導(dǎo)體材料118，例如，介于硅納米線之間的硅鍺，或反之亦然，如下文將聯(lián)系圖4a-4f描述那樣。在一個(gè)實(shí)施例中，底部納米線104a仍然與襯底102的一部分接觸，例如，與設(shè)置在體塊襯底上的絕緣層部分接觸。因而，在實(shí)施例中，所述多個(gè)垂直堆疊的納米線在所述間隔體中的一者或兩者下面的部分是非分立的。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述半導(dǎo)體器件100的一個(gè)或多個(gè)納米線104是單軸應(yīng)變納米線。因而，半導(dǎo)體器件可以是由單個(gè)單軸應(yīng)變納米線(例如，104a)或者多個(gè)垂直堆疊的單軸應(yīng)變納米線(104a-104c)制作的，如圖1a所示。所述單軸應(yīng)變納米線或多個(gè)納米線可以借助拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變而發(fā)生單軸應(yīng)變。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，圖2示出了具有壓縮單軸應(yīng)變的納米線的有角度的視圖，而圖3示出了具有拉伸單軸應(yīng)變的納米線的有角度的視圖。

參考圖2，納米線104-1具有設(shè)置于其內(nèi)的分立溝道區(qū)(c)。在所述溝道區(qū)(c)的兩側(cè)將源極區(qū)(s)和漏極區(qū)(d)設(shè)置到所述納米線104-1內(nèi)。納米線104-1的分立溝道區(qū)具有沿單軸壓縮應(yīng)變方向(指向彼此的箭頭)從源極區(qū)(s)到漏極區(qū)(d)的電流流動(dòng)方向。在實(shí)施例中，具有單軸壓縮應(yīng)變的單軸應(yīng)變納米線104-1由硅鍺(sixgey，其中，0<x<100，0<y<100)構(gòu)成。在具體的此類實(shí)施例中，x約為30，y約為70。在實(shí)施例中，pmos半導(dǎo)體器件由具有單軸壓縮應(yīng)變的納米線104-1制作而成。

參考圖3，納米線104-2具有設(shè)置于其內(nèi)的分立溝道區(qū)(c)。在所述溝道區(qū)(c)的兩側(cè)將源極區(qū)(s)和漏極區(qū)(d)設(shè)置到所述納米線104-2內(nèi)。納米線104-2的分立溝道區(qū)具有沿單軸拉伸應(yīng)變方向(具有相互背離的指向的箭頭)從源極區(qū)(s)到漏極區(qū)(d)的電流流動(dòng)方向。在實(shí)施例中，具有單軸拉伸應(yīng)變的單軸應(yīng)變納米線104-2由硅構(gòu)成。在實(shí)施例中，nmos半導(dǎo)體器件由具有單軸拉伸應(yīng)變的納米線104-2制作而成。

再次參考圖1a，襯底102可以由適于半導(dǎo)體器件制作的材料構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底102包括由材料的單晶構(gòu)成的下方體塊襯底，例如，所述材料可以包括但不限于硅、鍺、硅鍺或者iii-v化合物半導(dǎo)體材料。將上方絕緣體層設(shè)置到下方體塊襯底上，上方絕緣體層由可以包括但不限于二氧化硅、氮化硅或氧氮化硅的材料構(gòu)成。因而，可以從起始的絕緣體上半導(dǎo)體襯底，例如，絕緣體上硅(soi)襯底或應(yīng)變絕緣體上硅(ssoi)襯底制作結(jié)構(gòu)100。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，將多個(gè)垂直堆疊的單軸應(yīng)變納米線104設(shè)置到體塊晶體襯底之上，所述襯底具有設(shè)置于其上的居間電介質(zhì)層，如圖1a-1c所示?；蛘撸Y(jié)構(gòu)100直接由體塊襯底形成，并采用局部氧化形成電絕緣部分，以替代上文描述的上方絕緣體層。因而，在另一實(shí)施例中，將多個(gè)垂直堆疊的單軸應(yīng)變納米線104設(shè)置到?jīng)]有設(shè)置于其上的居間電介質(zhì)層的體塊晶體襯底之上。

在實(shí)施例中，可以將單軸應(yīng)變納米線104的尺寸設(shè)定為線或帶(下文將描述后者)，單軸應(yīng)變納米線104可以具有方形的拐角或者圓化的拐角。在實(shí)施例中，單軸應(yīng)變納米線104由例如但不限于硅、鍺或其結(jié)合的材料構(gòu)成。在一個(gè)這種實(shí)施例中，所述單軸應(yīng)變納米線是單晶的。例如，對(duì)于單軸應(yīng)變納米線104而言，單晶納米線可以基于(100)全局取向，例如，其在z方向內(nèi)具有<100>面。在實(shí)施例中，從圖1b所示的截面的角度來看，單軸應(yīng)變納米線104的尺寸處于納米級(jí)。例如，在具體的實(shí)施例中，單軸應(yīng)變納米線104的最小尺寸小于大約20納米。

在圖1b中將溝道區(qū)106中的每者的寬度和高度示為大約相同，但是它們未必如此。例如，在另一實(shí)施例中(未示出)，單軸應(yīng)變納米線104的寬度顯著大于高度。在具體實(shí)施例中，寬度大約比高度大2-10倍?？梢詫⒕哂羞@樣的幾何結(jié)構(gòu)的納米線稱為納米帶。在替代實(shí)施例中(也未示出)，所述納米帶被垂直取向。也就是說，單軸應(yīng)變納米線104中的每者具有寬度和高度，而寬度顯著小于高度。

在一實(shí)施例中，再次參考圖1a，柵電極堆疊體108的柵電極由金屬柵極構(gòu)成，并且柵極電介質(zhì)層由高k材料構(gòu)成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)成所述柵極電介質(zhì)層的材料可以是但不限于氧化鉿、氮氧化鉿、硅酸鉿、氧化鑭、氧化鋯、硅酸鋯、氧化鉭、鈦酸鋇鍶、鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭、鈮酸鉛鋅或其組合。此外，柵極電介質(zhì)層的一部分可以包括一層自然(native)氧化物，所述氧化物是由納米線104的頂部的很少的幾層形成的。在實(shí)施例中，所述柵極電介質(zhì)層由頂部高k部分和由半導(dǎo)體材料的氧化物構(gòu)成的下面部分構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)層由氧化鉿的頂部和二氧化硅或氮氧化硅的底部構(gòu)成。

在一個(gè)實(shí)施例中，柵電極由金屬層構(gòu)成，所述金屬層例如是但不限于金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬鋁化物、鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、釕、鈀、鉑、鈷、鎳或?qū)щ娊饘傺趸铩Ｔ诰唧w實(shí)施例中，柵電極由形成于金屬功函數(shù)設(shè)置層上面的非金屬功函數(shù)設(shè)置填充材料構(gòu)成。

在一實(shí)施例中，間隔體116由絕緣電介質(zhì)材料構(gòu)成，絕緣電介質(zhì)材料例如是但不限于二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。在實(shí)施例中，接觸部114由金屬物類制作而成。所述金屬物類可以是純金屬，例如，鎳或鈷，或者可以是合金，例如，金屬－金屬合金或者金屬－半導(dǎo)體合金(例如，硅化物材料)。

盡管上文描述的器件100是針對(duì)單個(gè)器件的，例如，nmos或pmos器件，但是也可以將cmos架構(gòu)形成為包括設(shè)置在同一襯底上面或之上的nmos和pmos的基于納米線的應(yīng)變溝道器件。例如，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體器件。所述第一半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在襯底之上的第一納米線。所述第一納米線具有單軸拉伸應(yīng)變，并且包括分立的溝道區(qū)以及處于所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿單軸拉伸應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。第一柵電極堆疊體將第一納米線的分立溝道區(qū)完全包圍。

所述cmos半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括第二半導(dǎo)體器件，該器件包括設(shè)置在所述襯底之上的第二納米線。所述第二納米線具有單軸壓縮應(yīng)變，并且包括分立的溝道區(qū)以及處于所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿單軸壓縮應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。第二柵電極堆疊體將第二納米線的分立溝道區(qū)完全包圍。

在實(shí)施例中，所述第一納米線由硅構(gòu)成，所述第二納米線由硅鍺(sixgey，其中，0<x<100，0<y<100)構(gòu)成。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體器件是nmos器件，第二半導(dǎo)體器件是pmos器件。在一個(gè)實(shí)施例中，x約為30，y約為70。但是，也可以選擇其他化學(xué)定量關(guān)系，只要它們保持層內(nèi)的應(yīng)變即可，例如，作為替代可以采用si40ge60。在實(shí)施例中，所述cmos半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以是從起始的絕緣體上半導(dǎo)體襯底制作而成的。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，將第一和第二納米線設(shè)置到體塊晶體襯底之上，所述襯底具有設(shè)置于其上的居間電介質(zhì)層。

在實(shí)施例中，所述第一和第二納米線中的每者的源極區(qū)和漏極區(qū)是分立的。而且，在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體器件還包括第一對(duì)完全包圍所述第一納米線的分立源極區(qū)和漏極區(qū)的接觸部，所述第二半導(dǎo)體器件還包括第二對(duì)完全包圍所述第二納米線的分立源極區(qū)和漏極區(qū)的接觸部。在實(shí)施例中，所述cmos半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一柵電極堆疊體和所述第一對(duì)接觸部之間的第一對(duì)間隔體以及設(shè)置在所述第二柵電極堆疊體和所述第二對(duì)接觸部之間的第二對(duì)間隔體。

在實(shí)施例中，所述第一和第二納米線中的每者的一部分是非分立的。在實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體器件還包括具有單軸拉伸應(yīng)變并且與所述第一納米線垂直堆疊的一個(gè)或多個(gè)額外的納米線。同時(shí)，所述第二半導(dǎo)體器件還包括具有單軸壓縮應(yīng)變并且與所述第二納米線垂直堆疊的一個(gè)或多個(gè)額外的納米線。

在另一方面中，提供了制作納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。例如，圖4a-4f示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表示納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法中的各項(xiàng)操作的三維截面圖。

在實(shí)施例中，一種制作納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法可以包括既形成pmos的基于納米線的半導(dǎo)體器件，又形成相鄰的nmos的基于納米線的半導(dǎo)體器件。可以通過在襯底之上形成納米線來制作每一器件。在最終將兩個(gè)單軸應(yīng)變納米線的形成提供用于nmos和pmos的基于納米線的半導(dǎo)體器件中的每者的具體實(shí)施例中，圖4a示出了初始結(jié)構(gòu)400，該結(jié)構(gòu)具有襯底402(例如，由體塊襯底硅襯底402a連同其上的絕緣硅氧化物層402b構(gòu)成)以及設(shè)置于其上的硅層404/硅鍺層406/硅層408/硅鍺層410的堆疊體。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使硅層404、硅鍺層406、硅層408和硅鍺層410中的每者都產(chǎn)生應(yīng)變。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，硅層404和408具有拉伸應(yīng)變，而硅鍺層406和410則具有壓縮應(yīng)變。再次參考圖4a，在示范性實(shí)施例中，通過在具有形成于處于下層體塊襯底的頂部的絕緣體層上的初始應(yīng)變硅層的晶片上生長存在應(yīng)變的硅鍺層和硅層，來提供結(jié)構(gòu)400。在具體的實(shí)施例中，初始結(jié)構(gòu)是處于這樣的晶片上的雙軸拉伸應(yīng)變硅層。在特殊實(shí)施例中，硅層404所具有的應(yīng)變相當(dāng)于該層是在馳豫(relaxed)si70ge30上生長的，例如包含“虛擬襯底”。接下來，生長si30ge70層(層406)。由于應(yīng)變硅層404和si30ge70晶格參數(shù)之間的變動(dòng)量(δ)的原因，si30ge70層406受到壓縮應(yīng)變，其具有相當(dāng)于對(duì)40％硅鍺的雙軸應(yīng)變。之后生長第二拉伸應(yīng)變硅層408和第二壓縮應(yīng)變si30ge70層410。

參考圖4b，采用(例如)掩模和等離子體蝕刻工藝將硅層404/硅鍺層406/硅層408/硅鍺層410堆疊體的一部分以及二氧化硅層402b的頂部圖案化成鰭式結(jié)構(gòu)412。因而，在實(shí)施例中，通過圖案化提供了鰭式結(jié)構(gòu)412，由此在硅層和硅鍺層的每者的兩側(cè)形成了自由表面。在一個(gè)這種實(shí)施例中，沿寬度方向引入所述自由表面在某種程度上降低了硅層和硅鍺層內(nèi)的雙軸應(yīng)力。于是，在形成分立納米線之后(如下文聯(lián)系圖4e所述)，將硅層和硅鍺層中殘余的雙軸應(yīng)力轉(zhuǎn)換為占優(yōu)勢(shì)的(如果不是全部的話)單軸應(yīng)力，如上文聯(lián)系圖2和圖3所述。

在說明三柵極結(jié)構(gòu)的形成的具體例子中，圖4c示出了具有設(shè)置于其上的三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c的鰭式結(jié)構(gòu)412。在一個(gè)這樣實(shí)施例中，所述三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c由犧牲柵極氧化物層416和犧牲多晶硅柵極層418構(gòu)成，例如，所述層是毯式沉積的并采用等離子體蝕刻工藝來圖案化。

緊隨進(jìn)行圖案化以形成三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c之后，可以在三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c的側(cè)壁上形成間隔體，可以在圖4c所示的鰭式結(jié)構(gòu)412的區(qū)域420中執(zhí)行摻雜(例如，尖端和/或源極和漏極類型的摻雜)，并且可以形成層間電介質(zhì)層，以覆蓋繼而重新暴露所述的三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c。之后，可以對(duì)所述層間電介質(zhì)層拋光，從而暴露所述三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c，以供替換柵極或后柵極(gate-last)工藝之需。參考圖4d，使三個(gè)犧牲柵極414a、414b和414c連同間隔體422和層間電介質(zhì)層424露出。

之后，可以在替換柵極或后柵極工藝流程中去除犧牲柵極414a、414b和414c，以露出鰭式結(jié)構(gòu)412的溝道部分。參考圖4e的左手側(cè)部分，在采用鰭式結(jié)構(gòu)412制作nmos器件的情況下，去除犧牲柵極414a、414b和414c，以提供溝槽426。去除硅鍺層406和410的通過溝槽426露出的部分以及絕緣二氧化硅層402b的暴露部分，從而留下硅層404和408的分立部分，例如，以留下具有單軸拉伸應(yīng)變的分立硅納米線。

參考圖4e的右手側(cè)部分，在采用鰭式結(jié)構(gòu)412制作pmos器件的情況下，去除犧牲柵極414a、414b和414c，以提供溝槽428。去除硅層404和408的通過溝槽428暴露的部分，從而留下硅鍺層406和410的分立部分，例如，以留下具有單軸壓縮應(yīng)變的硅鍺納米線。

在實(shí)施例中，采用濕法蝕刻選擇性地蝕刻硅層404和408，該濕法蝕刻選擇性地去除硅404、408，而不對(duì)硅鍺納米線結(jié)構(gòu)406和410進(jìn)行蝕刻。例如，可以利用諸如水成氫氧化物化學(xué)試劑的蝕刻化學(xué)試劑(例如包括氫氧化銨和氫氧化鉀)對(duì)硅進(jìn)行選擇性地蝕刻。在另一實(shí)施例中，采用濕法蝕刻選擇性地蝕刻硅鍺層406和410，該濕法蝕刻選擇性地去除硅鍺，而不對(duì)硅納米線結(jié)構(gòu)404和408進(jìn)行蝕刻。例如，可以利用諸如羧酸/硝酸/hf化學(xué)試劑和檸檬酸/硝酸/hf的蝕刻化學(xué)試劑選擇性地蝕刻硅鍺。因而，可以從鰭式結(jié)構(gòu)412中去除硅層以形成硅鍺納米線，或者可以從鰭式結(jié)構(gòu)412去除硅鍺層以形成硅溝道納米線。

在一個(gè)實(shí)施例中，圖4e所示的硅層404和408(nmos)或者硅鍺層(pmos)的分立部分最終將變成基于納米線的結(jié)構(gòu)中的溝道區(qū)。因而，在圖4e所示的處理階段中，可以執(zhí)行溝道工程設(shè)計(jì)或者調(diào)節(jié)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，采用氧化和蝕刻工藝減薄圖4e的左手側(cè)部分所示的硅層404和408的分立部分或者圖4e的右手側(cè)部分所示的硅鍺層406和410的分立部分。可以在通過蝕刻相對(duì)的硅層或者硅鍺層而分離所述線的同時(shí)執(zhí)行這樣的蝕刻過程。相應(yīng)地，由硅層404和408或者由硅鍺層406和410形成的初始線開始較厚，繼而被減薄到適于納米線器件中的溝道區(qū)的尺寸，其不依賴于器件的源極區(qū)和漏極區(qū)的尺寸設(shè)定。

緊隨圖4e所示的分立溝道區(qū)的形成，可以執(zhí)行高k柵極電介質(zhì)和金屬柵極處理，并且可以添加源極和柵極接觸部。在說明兩個(gè)硅納米線(nmos)之上的或者兩個(gè)硅鍺納米線(pmos)之上的三個(gè)柵極結(jié)構(gòu)的形成的具體例子中，圖4f示出了在nmos柵極堆疊體430或pmos柵極堆疊體432的沉積之后的結(jié)構(gòu)。柵極堆疊體可以由高k柵極電介質(zhì)層以及相應(yīng)的n型或p型金屬柵電極層構(gòu)成。此外，圖4f示出了在形成永久性柵極堆疊體之后接著去除層間電介質(zhì)層424得到的結(jié)果?？梢源嬖趫D4e中剩余的層間電介質(zhì)層424來形成接觸部。在實(shí)施例中，在去除424和形成接觸部434的過程中的某一階段上，還可以執(zhí)行源極和漏極工程設(shè)計(jì)。

因而，或許更一般而言，在一實(shí)施例中，一種制作納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在襯底之上形成第一有源層。所述第一有源層具有第一晶格常數(shù)。之后，在第一有源層上形成第二有源層。第二有源層具有大于第一晶格常數(shù)的第二晶格常數(shù)。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一有源層由硅構(gòu)成，第二有源層由硅鍺(sixgey，其中，0<x<100，0<y<100)構(gòu)成。例如，對(duì)于具有單線pmos器件和單線nmos器件的cmos結(jié)構(gòu)而言，有源層的數(shù)量可以到此為止?；蛘撸缟衔乃?，可以重復(fù)額外的第一和第二有源層，直到最終提供了多線器件。

在實(shí)施例中，在具有設(shè)置于其上的居間電介質(zhì)層的體塊晶體襯底之上形成所述第一有源層。在所述居間電介質(zhì)層上形成所述第一有源層。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，所述第一有源層由硅構(gòu)成，并且通過首先在具有大致為si70ge30的頂層的襯底上形成硅層來形成第一有源層。之后將所述硅層從所述si70ge30層轉(zhuǎn)移至所述居間電介質(zhì)層。在具體的此類實(shí)施例中，第二有源層大致由si30ge70構(gòu)成。

所述方法然后包括由所述第一有源層形成具有單軸拉伸應(yīng)變的第一納米線。第一納米線包括分立溝道區(qū)以及處于分立溝道區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸拉伸應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。具有單軸壓縮應(yīng)變的第二納米線由第二有源層形成。第二納米線包括分立溝道區(qū)和處于分立溝道區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿所述單軸壓縮應(yīng)變的方向的電流流動(dòng)方向。在實(shí)施例中，由所述第一有源層形成第一納米線包括選擇性地去除第二有源層的一部分。同時(shí)，由所述第二有源層形成第二納米線包括選擇性地去除第一有源層的一部分。

之后，所述方法包括形成第一柵電極堆疊體，使之完全包圍所述第一納米線的分立溝道區(qū)。將第二柵電極堆疊體形成為完全包圍第二納米線的分立溝道區(qū)。之后，可以執(zhí)行后續(xù)處理操作，例如，接觸部形成和后端互連形成。

在替代實(shí)施例中，在體塊晶片上而不是絕緣體上硅晶片上制作與上文描述的納米線器件類似的器件。例如，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一基于納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的三維截面圖。

參考圖5，采用馳豫硅鍺緩沖層502提供用于應(yīng)變硅層504和508(nmos)或者應(yīng)變硅鍺層506和510(pmos)的模板。采用摻雜(例如，使得底部線是omega-fet)或者緊隨鰭圖案化的鰭下柱(postunderfin)氧化過程將上面形成了馳豫硅鍺緩沖層502的襯底與所述線隔離。之后，在實(shí)施例中，在形成于具有頂部表面層(例如，緩沖層)的體塊晶體襯底上的第一有源層(例如硅)上形成第二有源層(例如，具有第一化學(xué)定量關(guān)系的sige)，所述頂部表面層(例如，具有第二不同的化學(xué)定量關(guān)系的sige層)具有處于所述第一和第二晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)。在第一有源層和體塊襯底的所述緩沖層之間不設(shè)置居間全局電介質(zhì)層。在具體實(shí)施例中，將拉伸應(yīng)變硅納米線和壓縮應(yīng)變硅鍺納米線兩者都制作到馳豫硅鍺襯底上。

因此，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例包括用于獲得基于納米線的pmos器件的提高的空穴遷移率的壓縮應(yīng)變以及用于獲得基于納米線的nmos器件的提高的電子遷移率的拉伸應(yīng)變。在一個(gè)實(shí)施例中，在同一襯底之上制作一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變硅層(例如，與馳豫si70ge30匹配的晶格)以及一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變sige層。在實(shí)施例中，應(yīng)變硅器件和應(yīng)變硅鍺器件由這樣的層形成，以提高器件性能或者使器件性能最大化。在實(shí)施例中，可以通過一個(gè)或多個(gè)上文所述的方案制作nmos和pmos單軸應(yīng)變納米線或納米帶器件。pmos晶體管可以包括具有沿電流流動(dòng)方向的單軸壓縮應(yīng)變的sige，而nmos晶體管可以包括具有沿電流流動(dòng)方向的單軸拉伸應(yīng)變的硅。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的計(jì)算裝置600。所述計(jì)算裝置600包含板602。板602可以包括若干部件，其包括但不限于處理器604和至少一個(gè)通信芯片606。將處理器604物理和電耦合至板602。在一些實(shí)施方式中，還將至少一個(gè)通信芯片606物理和電耦合至板602。在其他的實(shí)施方式中，通信芯片606是處理器604的部分。

根據(jù)其應(yīng)用，計(jì)算裝置600可以包括其他部件，這些部件可以物理和電耦合至板602，也可以不物理和電耦合至板602。這些其他部件包括但不限于易失性存儲(chǔ)器(例如，dram)、非易失性存儲(chǔ)器(例如，rom)、閃速存儲(chǔ)器、圖形處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、加密處理器、芯片組、天線、顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編碼譯碼器、視頻編碼譯碼器、功率放大器、全球定位系統(tǒng)(gps)裝置、羅盤、加速度計(jì)、陀螺儀、揚(yáng)聲器、相機(jī)和大容量存儲(chǔ)裝置(例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤(cd)、數(shù)字通用盤(dvd)等)。

通信芯片606能夠?qū)崿F(xiàn)用于向數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算裝置600和傳輸來自計(jì)算裝置600的數(shù)據(jù)的無線通信。術(shù)語“無線”及其派生詞可以用來描述通過使用調(diào)制電磁輻射通過非固態(tài)介質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù)的電路、裝置、系統(tǒng)、方法、技術(shù)、通信信道等。該術(shù)語并非暗示相關(guān)裝置不含有任何布線，雖然在一些實(shí)施例中它們可能不含有。通信芯片606可以實(shí)施若干無線標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議中的任何標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，其包括但不限于wi-fi(ieee802.11系列)、wimax(ieee802.16系列)、ieee802.20、長期演進(jìn)(lte)、ev-do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、藍(lán)牙及其衍生物以及任何其他被命名為3g、4g、5g或更高代的無線協(xié)議。計(jì)算裝置600可以包括多個(gè)通信芯片606。例如，第一通信芯片706可以專用于較短范圍的無線通信，例如，wi-fi和藍(lán)牙，第二通信芯片606可以專用于較長范圍的無線通信，例如，gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do及其他。

計(jì)算裝置600的處理器604包括封裝在處理器604內(nèi)的集成電路裸片。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，處理器的集成電路裸片包括一個(gè)或多個(gè)器件，例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式構(gòu)建的納米線晶體管。術(shù)語“處理器”可以指任何對(duì)來自寄存器和/或存儲(chǔ)器的電子數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而將該電子數(shù)據(jù)變換為其他可以存儲(chǔ)在寄存器和/或存儲(chǔ)器內(nèi)的其他電子數(shù)據(jù)的裝置或裝置的部分

通信芯片606也包括封裝在通信芯片606內(nèi)的集成電路裸片。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，通信芯片的集成電路裸片包括一個(gè)或多個(gè)器件，例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式構(gòu)建的納米線晶體管。

在其他的實(shí)施方式中，容納在計(jì)算裝置600內(nèi)的另一部件可以包含集成電路裸片，所述集成電路裸片包括一個(gè)或多個(gè)器件，例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式構(gòu)建的納米線晶體管。

在各種實(shí)施方式中，計(jì)算裝置600可以是膝上型電腦、上網(wǎng)本、筆記本、超級(jí)本、智能電話、平板電腦、個(gè)人數(shù)字助理(pda)、超級(jí)移動(dòng)pc、移動(dòng)電話、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)、掃描儀、監(jiān)視器、機(jī)頂盒、娛樂控制單元、數(shù)字照相機(jī)、便攜式音樂播放器或數(shù)字視頻記錄儀。在其他實(shí)施方式中，計(jì)算裝置600可以是任何其他處理數(shù)據(jù)的電子裝置。

因而，公開了單軸應(yīng)變納米線結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在襯底之上的多個(gè)垂直堆疊的單軸應(yīng)變納米線。所述單軸應(yīng)變納米線中的每者包括設(shè)置在所述單軸應(yīng)變納米線內(nèi)的分立溝道區(qū)。所述分立溝道區(qū)具有沿單軸應(yīng)變方向的電流流動(dòng)方向。在所述分立溝道區(qū)的兩側(cè)將源極區(qū)和漏極區(qū)設(shè)置到所述納米線內(nèi)。柵電極堆疊體完全包圍所述分立溝道區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，單軸應(yīng)變納米線的每者由硅構(gòu)成，而單軸應(yīng)變?yōu)閱屋S拉伸應(yīng)變。在一個(gè)實(shí)施例中，單軸應(yīng)變納米線中的每者由硅鍺(sixgey，其中，0<x<100，0<y<100)構(gòu)成，而單軸應(yīng)變是單軸壓縮應(yīng)變。