[发明专利]用保形氮化物形成耐用由上至下硅纳米线结构的方法和该结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高纳米线结构的可靠性的方法以及具有这种提高的可靠性的纳米线产品。

背景技术

纳米线因其物理特性及在各种纳米装置中的应用而越来越受到关注。在半导体装置中，纳米线用作构建模块，用于制造光子和电子纳米装置，并且尤其用于传感器中。半导体装置也将纳米线用于各种目的。这些目的包括形成连接，诸如晶体管沟道，通过CMOS工艺制造的微电路中的晶体管的各电极之间的连接。纳米线可由硅制成，其优点在于容易集成到现有的硅装置技术，以及其电子特性的可重复控制。

由上至下制造工序经常用于采用硅纳米线的装置的制造中。由上至下制造工序类似于CMOS装置的制造中采用的。在此工序中，衬底通常由硅制成，在其设置硅纳米线的顶表面上具有埋设氧化硅(BOX)。硅纳米线可通过在BOX层或者SOI晶片上Si的化学气相沉积形成或者通过其它已知技术来形成。

在这种晶体管装置的一个类型中，纳米线横跨在阱上，非常像梁。阱是BOX层的蚀掉区域，其中将形成晶体管的栅极电极。从这种类型的纳米线产品的顶部执行各种处理步骤。一个这样的步骤是减薄纳米线梁的一部分，该纳米线梁的该部分横跨在用于形成超薄晶体管沟道的阱之上。在此步骤中，通过氧化减薄该线部分。为了实现氧化减薄纳米线的选定部分，在线和BOX层的将不因氧化而被蚀刻掉的部分上沉积硬掩模。硬掩模是不受氧化影响的适当材料。一种这样的材料是氮化硅。硬掩模具有开口部分，称为窗口，通过窗口，纳米线的选定部分发生氧化。

对于通过硬掩模窗口发生的选择性氧化处理，有时会遇到问题。上述问题有时引起硬掩模下面的纳米线梁与BOX层接触的区域中硅纳米线结构断裂，在该区域中纳米线梁的端部支撑在其BOX层上。在氧化工艺期间氧穿过BOX层的扩散增强了BOX层上支撑的梁的端部的局部氧化。这引起硅纳米线在这些区域中减薄，由此产生梁支撑减弱的区域。当纳米线按比例减小为更小的尺寸时，诸如20nm以下，这些区域可能由于应力而导致纳米线结构的断裂。

因此，需要改善制造工艺，使得以纳米线制造的诸如晶体管的产品没有纳米线断裂问题。

发明内容

本发明的一个示例性实施例涉及一种制造半导体纳米线产品的方法。该产品具有例如硅的衬底，并且一层埋设氧化物(BOX)位于该衬底的上表面。例如硅的纳米线位于BOX层中。纳米线的一部分之下的BOX层被蚀刻掉以形成阱，而纳米线作为梁横跨于其上。根据本发明的实施例，例如氮化硅的硬掩模沉积在BOX层上、横跨在阱上的纳米线梁周围和阱中。硬掩模具有窗口，通过该窗口发生氧化，以蚀刻掉纳米线的中心部分，从而将其减薄。横跨在阱上的梁在中心部分中间的部分以及其在BOX层上的每个端部(以下称为中间端部)没有被蚀刻。

在本发明的示例性实施例中，在横跨在阱上的梁的中间端部上存在硬掩模，避免了在氧化期间通过BOX层扩散的氧完全地减薄这些区域中的纳米线。比线的减薄中心部分更厚的类似于支撑结构的梁保留在减薄梁中心部分与其由BOX层支撑的部分之间的纳米线中间端部区域每一个上。这改善了纳米线梁的每个端部上的支撑完整性以及避免断裂。

在本发明的另一个实施例中，在氧化掩模沉积发生之前，横跨在阱上的纳米线梁的一部分被涂布热氧化掩模层。这用于控制纳米线的氧化，以去除可能在氧化掩模的边缘处产生的应力。在又一个实施例中，该氧化物层也应用于硬掩模的一部分上，以用作氧化掩模自身的图案化掩模。

附图说明

参照以下说明和附图，本发明的其它目的和优点将变得更为清楚，在附图中：

图1至图11每一个为表示在由上至下制造工艺的各个步骤上半导体纳米线产品的一部分的截面图；

图12为另一个实施例的截面图，在该实施例中在纳米线氧化之前热氧化物覆盖纳米线；以及

图13为产品的截面图，在该产品中热氧化物也覆盖硬掩模的上表面。

具体实施方式

用于纳米线产品的制造工艺在图1至图8中示出，其中通篇相同的标号用于相同的元件。通过由上至下工艺制造具有纳米线产品的半导体装置诸如晶体管始于如图1所示。在此图中，上部是沿着垂直虚线A观测的下部的俯视图。图1仅示出该装置的一个产品，示意性地示出一个晶体管。在制造工艺期间该产品在衬底上通常重复许多次。