[发明专利]一种纳米线衬底结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种纳米线衬底结构及其制备方法。

背景技术

半导体技术作为信息产业的核心和基础，被视为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。在过去的40多年中，以硅CMOS技术为基础的集成电路技术遵循摩尔定律通过缩小器件的特征尺寸来提高芯片的工作速度、增加集成度以及降低成本，集成电路的特征尺寸由微米尺度进化到纳米尺度。但是当MOS器件的栅长减小到90纳米后，栅氧化层的厚度只有1.2纳米，摩尔定律开始面临来自物理与技术方面的双重挑战。

学术界与产业界普遍认为：采用新结构、新材料替代传统硅材料将是CMOS集成技术的重要发展方向，铟镓砷材料具有很高的电子迁移率，是新一代NMOSFET的理想沟道材料，而环栅MOSFET结构可以有效抑制短沟效应、增强栅控能力，铟镓砷纳米线是形成铟镓砷沟道纳米线环栅MOSFET的基础，也是铟镓砷沟道纳米线环栅MOSFET研究的重点和难点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于提供一种纳米线衬底结构及其制备方法，以在磷化铟和砷化镓衬底上形成铟镓砷纳米线结构，为铟镓砷纳米线环栅MOSFET提供基础。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种纳米线衬底结构，该纳米线衬底结构包括：单晶衬底1；形成于单晶衬底1上的缓冲层6；形成于缓冲层6上的牺牲层2b；以及形成于牺牲层2b上的纳米线结构层5。

上述方案中，所述单晶衬底1是砷化镓衬底或磷化铟衬底。

上述方案中，所述缓冲层6的厚度在100纳米-3微米之间；所述单晶衬底1为砷化镓衬底时，所述缓冲层6为铝镓砷层，该铝镓砷层中各元素原子数比值为铝∶镓∶砷＝x∶(1-x)∶1，x的取值范围为0≤x≤1之间；所述单晶衬底1为磷化铟衬底时，所述缓冲层6为铟铝砷层，该铟铝砷层中各元素原子数比值为铟∶铝∶砷＝y∶(1-y)∶1，y的取值范围为0.37≤y≤0.67之间。

上述方案中，所述牺牲层2b的厚度在1纳米-100纳米之间；单晶衬底1为砷化镓衬底时，牺牲层2b为铟镓磷层，该铟镓磷层中各元素原子数比值为铟∶镓∶磷＝z∶(1-z)∶1，z的取值范围为0.48≤z≤0.62之间；单晶衬底1为磷化铟衬底时，牺牲层2b为磷化铟层。

上述方案中，所述纳米线结构层5为铟镓砷层，厚度在1纳米-100纳米之间。所述纳米线结构层5是由悬空的纳米线及其连接两端的源和漏构成，其中纳米线的长度在5纳米-200纳米之间，纳米线的条数为1条或多条，纳米线的宽度在1-50纳米之间。所述单晶衬底1为砷化镓衬底时，所述纳米线结构层5中各元素原子数比值为铟∶镓∶砷＝a∶(1-a)∶1，a的取值范围为0＜a≤0.3之间；所述单晶衬底1为磷化铟衬底时，所述纳米线结构层5中各元素原子数比值为铟∶镓∶砷＝b∶(1-b)∶1，b的取值范围为0.25≤b≤0.8之间。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制备纳米线衬底结构的方法，包括：步骤1：在单晶衬底1上依次外延生长缓冲层6和牺牲层的材料层2a；步骤2：在牺牲层的材料层2a上沉积二氧化硅3a，通过光刻、刻蚀工艺去除部分区域的二氧化硅，形成二氧化硅层3b；步骤3：在牺牲层的材料层2a上以二氧化硅层3b为掩膜，选择性外延生长纳米线结构层的材料层，并利用化学机械抛光的方法对沉积完纳米线结构层的材料层的衬底进行抛光，以二氧化硅层3b上表面为抛光截止层，形成内嵌有二氧化硅层3b的纳米线结构层5；步骤4：采用湿法腐蚀的方法去除纳米线结构层5中内嵌的二氧化硅层3b，然后以纳米线结构层5为掩膜，利用湿法腐蚀的方法去除未覆盖纳米线结构层5的牺牲层的材料层2a，形成牺牲层2b。

上述方案中，所述步骤1中，是利用分子束外延或金属有机化学气相沉积的方法在单晶衬底1上依次外延生长缓冲层6和牺牲层的材料层2a。

上述方案中，所述步骤2中，是利用等离子增强化学气相沉积的方法在牺牲层的材料层2a上沉积二氧化硅3a，在二氧化硅3a上旋涂一层光刻胶4a，采用光刻的方法对光刻胶4a进行光刻，在二氧化硅3a上形成经过光刻后的光刻胶图形4b；采用反应离子刻蚀的方法将没有覆盖光刻胶图形4b的二氧化硅3a刻蚀掉，形成二氧化硅层3b，并采用干法刻蚀去除二氧化硅层3b之上的光刻胶图形4b。