一種硅納米線結(jié)構(gòu)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝,具體而言涉及一種娃納米線(Nanowire)結(jié)構(gòu)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)摩爾定律，半導(dǎo)體器件的尺寸逐步按比例減小，在此情況下，為了更有效的控制短溝道效應(yīng)，具有非平面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件得到廣泛應(yīng)用，例如鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)和納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Nanowire FET)。
[0003]對(duì)于納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管而言，形成納米線的工藝十分復(fù)雜，例如，首先，在半導(dǎo)體襯底上形成自下而上層疊的鍺硅層和用于實(shí)施蝕刻以形成納米線的硅層；接著，在硅層上形成第一硬掩膜層，圖形化第一硬掩膜層；然后，形成覆蓋經(jīng)過(guò)圖形化的第一硬掩膜層的第二硬掩膜層，圖形化第二硬掩膜層，以露出部分第一硬掩膜層；接著，以經(jīng)過(guò)圖形化的第二硬掩膜層為掩膜，蝕刻去除所述露出的第一硬掩膜層及其下方的硅層，以露出鍺硅層?’最后，蝕刻去除鍺硅層，形成納米線結(jié)構(gòu)。在上述工藝過(guò)程中，需要形成兩次硬掩膜層，并分別對(duì)兩個(gè)硬掩膜層實(shí)施不同的圖形化過(guò)程，由于受到器件特征尺寸的制約，對(duì)上述圖形化過(guò)程以及后續(xù)實(shí)施的蝕刻過(guò)程的工藝窗口以及參數(shù)條件有著極為嚴(yán)格的要求，對(duì)實(shí)施上述工藝過(guò)程的精度控制的難度非常大，極易出現(xiàn)偏差，進(jìn)而造成最終形成的納米線結(jié)構(gòu)達(dá)不到器件設(shè)計(jì)的要求。
[0004]因此，需要提出一種方法，通過(guò)更為簡(jiǎn)單易行的工藝過(guò)程來(lái)制作納米線結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種硅納米線結(jié)構(gòu)的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于構(gòu)成所述硅納米線結(jié)構(gòu)的硅層，且所述硅層的頂部形成有硬掩膜層；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成犧牲材料層，以覆蓋所述硬掩膜層和所述硅層；對(duì)所述犧牲材料層實(shí)施圖案化工藝，以使所述犧牲材料層僅覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的上表面的兩側(cè)部分以及所述硬掩膜層和所述硅層的兩側(cè)，其中，位于所述硅層的兩側(cè)的犧牲材料層構(gòu)成側(cè)墻；實(shí)施大劑量離子注入并退火，以在未被所述犧牲材料層遮蔽的半導(dǎo)體襯底中形成離子注入?yún)^(qū)；實(shí)施濕法蝕刻去除所述離子注入?yún)^(qū)以及位于所述側(cè)墻和所述硅層下方的半導(dǎo)體襯底部分，以在所述半導(dǎo)體襯底的上方形成由所述硅層構(gòu)成的所述硅納米線結(jié)構(gòu)；去除剩余的所述犧牲材料層和所述硬掩膜層。
[0006]進(jìn)一步，形成所述頂部具有硬掩膜層的硅層的步驟包括:在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成硬掩膜層；通過(guò)旋涂、曝光、顯影工藝形成具有所述硅層的頂部圖案的光刻膠層；蝕刻去除未被所述光刻膠層遮蔽的硬掩膜層，形成具有所述硅層的頂部圖案的硬掩膜層；通過(guò)灰化工藝去除所述光刻膠層；以所述具有所述硅層的頂部圖案的硬掩膜層為掩膜，蝕刻所述半導(dǎo)體襯底，以形成所述硅層。
[0007]進(jìn)一步，所述硬掩膜層的厚度為20-500埃,所述娃層的寬度為5_50nm,所述娃層的高度為5-50nm，所述硬掩膜層的材料為氮化硅或氮氧化硅。
[0008]進(jìn)一步，所述犧牲材料層的厚度為2_50nm，所述犧牲材料層的材料為氮化硅或氮氧化硅。
[0009]進(jìn)一步，所述離子注入的注入離子為砷或者磷，注入劑量大于1.0 X e18離子/平方厘米，注入能量為2-50KeV，注入離子的入射方向相對(duì)于與所述半導(dǎo)體襯底相垂直的方向之間的角度為0-7度，所述退火的溫度高于1000°C。
[0010]進(jìn)一步，去除所述離子注入?yún)^(qū)實(shí)施的所述濕法蝕刻的腐蝕液為對(duì)于所述離子注入?yún)^(qū)和所述半導(dǎo)體襯底的未形成摻雜離子的部分具有高選擇性的化學(xué)物質(zhì)。
[0011]進(jìn)一步，所述濕法蝕刻的腐蝕液為濃度為1:10的稀釋的HF酸。
[0012]進(jìn)一步，采用濕法蝕刻工藝實(shí)施對(duì)所述剩余的所述犧牲材料層和所述硬掩膜層的去除。
[0013]進(jìn)一步，所述濕法蝕刻的腐蝕液為磷酸
[0014]根據(jù)本發(fā)明，形成硅納米線結(jié)構(gòu)所需實(shí)施的光刻、蝕刻等工藝的工藝窗口更大，工藝簡(jiǎn)單易行，工藝精度更容易控制。
【附圖說(shuō)明】
[0015]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0016]附圖中:
[0017]圖1A-圖1E為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的俯視圖；
[0018]圖2A-圖2E為分別對(duì)應(yīng)于圖1A-圖1E的沿著半導(dǎo)體襯底的中部與硅納米線結(jié)構(gòu)相垂直的走向得到的器件的示意性剖面圖；
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0021]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的硅納米線結(jié)構(gòu)的制造方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0023][示例性實(shí)施例]
[0024]參照?qǐng)D1A-圖1E和圖2A-圖2E，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的俯視圖和對(duì)應(yīng)的沿著半導(dǎo)體襯底的中部與硅納米線結(jié)構(gòu)相垂直的走向得到的器件的示意性剖面圖。
[0025]首先，如圖1A和圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。
[0026]接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底100上形成用于構(gòu)成硅納米線結(jié)構(gòu)的硅層101，且硅層101的頂部形成有硬掩膜層102。在本實(shí)施例中，形成頂部具有硬掩膜層102的硅層101的工藝步驟包括:在半導(dǎo)體襯底100上沉積形成硬掩膜層102，其構(gòu)成材料優(yōu)選氮化硅或氮氧化硅；通過(guò)旋涂、曝光、顯影等工藝形成具有硅層101的頂部圖案的光刻膠層；蝕刻去除未被所述光刻膠層遮蔽的硬掩膜層102，形成具有硅層101的頂部圖案的硬掩膜層102 ;通過(guò)灰化工藝去除所述光刻膠層；以具有硅層101的頂部圖案的硬掩膜層102為掩膜，蝕刻半導(dǎo)體襯底100，以形成硅層101。硬掩膜層102的厚度為20-500埃，硅層101的寬度為5_50nm，娃層101的高度為5_50nm。
[0027]然后，在半導(dǎo)體襯底100上沉積形成犧牲材料層103，以覆蓋硬掩膜層1