[發明專利]一種鍺納米線結構的制作方法

有效

• 申請號: 201310741573.5
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103693615A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王盛凱;劉洪剛;孫兵;常虎東;趙威
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及半導體集成技術領域，特別涉及一種鍺納米線結構的制作方法。

背景技術

半導體技術作為信息產業的核心和基礎，是衡量一個國家科學技術進步和綜合國力的重要標志。在過去的40多年中，硅基集成技術遵循摩爾定律通過縮小器件的特征尺寸來提高器件的工作速度、增加集成度以及降低成本，硅基CMOS器件的特征尺寸已經由微米尺度縮小到納米尺度。然而當MOS器件的柵長縮小到90納米以下，柵介質(二氧化硅)的厚度已經逐漸減小到接近1納米，關態漏電增加、功耗密度增大、遷移率退化等物理極限使器件性能惡化，傳統硅基微電子集成技術開始面臨來自物理與技術方面的雙重挑戰。

從材料方面來說，采用高遷移率材料替代傳統硅材料作為襯底材料將是半導體集成技術的重要發展方向。因為鍺(Ge)的空穴遷移率1900cm²/V·s和電子遷移率3900cm²/V·s都顯著高于硅材料，所以鍺(Ge)被認為有望取代硅材料以適應22納米以下邏輯器件的需求。另一方面，從器件微結構上來說，為了進一步提高柵對溝道載流子濃度的控制能力，以鰭狀柵、納米線為代表的三維結構將取代傳統的平面結構，成為22納米節點以下的主流結構。基于以上兩點，鍺納米微結構將在未來發揮更加重要的作用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種鍺納米線結構的制作方法，以解決鍺納米線各向異性刻蝕困難、制備工藝復雜、無法大面積生長、工藝成本高的問題，達到制備鍺納米線可大面積生長、工藝簡便、納米線直徑可控以及制備成本低的目的。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種鍺納米線結構的制作方法，該方法包括：將鍺襯底或沉積有鍺薄膜的襯底洗凈，對其表面進行光刻和刻蝕，獲得鍺線條結構；在鍺線條結構表面沉積覆蓋氧化物或者氮化物側墻材料；利用各向異性刻蝕方法，去除掉鍺線條間覆蓋的側墻材料，得到三面包覆側墻材料的鍺線條；以及將該三面包覆側墻材料的鍺線條置于純氧氣或含有氧氣的混合氣體中，通過調節氣體流量比進而控制氧氣分壓以及反應溫度，得到鍺納米線結構。

上述方案中，所述鍺薄膜是單晶鍺、非晶鍺或多晶鍺，所述沉積有鍺薄膜的襯底是硅、砷化鎵、藍寶石、碳化硅、磷化銦、覆蓋有結晶氧化物的硅襯底或砷化鎵襯底，以及上述襯底的復合結構。

上述方案中，所述鍺線條結構中鍺線條的寬度為5～5000納米，線條高度為5～5000納米，長度為5納米～50厘米。

上述方案中，所述氧化物或者氮化物側墻材料，在400～700攝氏度之間不易與鍺材料發生反應，包括氧化硅、氧化鋁、氧化釔、氮化硅、氮化鋁、氮氧化硅或氮氧化鋁。

上述方案中，所述在鍺線條結構表面沉積覆蓋氧化物或者氮化物側墻材料，是采用化學氣相沉積法(CVD)或者原子層沉積法(ALD)。

上述方案中，所述將該三面包覆側墻材料的鍺線條置于純氧氣或含有氧氣的混合氣體中，該混合氣體中除了含有氧氣外，還含有：氮氣(N₂)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或氖氣(Ne)，或者是含有上述氣體的混合氣體。

上述方案中，所述將該三面包覆側墻材料的鍺線條置于純氧氣或含有氧氣的混合氣體中，反應物為鍺和氧氣，在一定的反應氣氛和反應溫度控制下，反應生成物為氣態的一氧化鍺，反應不生成二氧化鍺；反應氣氛為純氧氣或者含有氧氣的混合氣體。

上述方案中，所述調節氣體流量比進而控制氧氣分壓以及反應溫度，是調節氧氣分壓至0.01-10帕斯卡區間。

上述方案中，當氧氣分壓介于0.01-0.1帕斯卡之間，反應溫度調節至500-650攝氏度區間；當氧氣分壓介于0.1-10帕斯卡之間，反應溫度調節至550-700攝氏度區間。所述氧分壓是通過混合氧氣與惰性氣體的方法獲得，先將加熱腔體抽真空至氧分壓小于10^-3帕斯卡，然后通過流量計控制向真空腔體內部通入氧氣或含有氧氣的混合氣體，使得氧氣分壓達到0.01至10帕斯卡之間。

(三)有益效果