[发明专利]利用定向自组装的垂直纳米线晶体管沟道和栅极的图案化

权利要求书

1.一种在衬底上形成纳米线场效应晶体管(FET)的方法，所述方法包括：

在设置在所述晶体管的源极/漏极半导体层之上的掩模层中以光刻方式对第一直径的引导开口进行图案化；

将定向自组装(DSA)材料沉积到所述引导开口中；

将所述定向自组装(DSA)材料分离成被所述引导开口内的外部聚合物区完全包围的内部聚合物区；

通过相对于彼此有选择地去除所述内部聚合物区和所述外部聚合物区的其中之一来在所述引导开口内限定所述晶体管的半导体沟道区，其中，所述半导体沟道区的直径以及与所述引导开口的边缘的间隔都由定向自组装(DSA)分离部来限定；

去除所述内部聚合物区和所述外部聚合物区中的另一个；

将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上；以及

利用具有自对准到所述引导开口的外直径的环形栅极电极包围所述半导体沟道区。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述半导体沟道区还包括：

去除所述外部聚合物区，同时保留所述内部聚合物区，以暴露沟道半导体层的一部分；以及

使所述沟道半导体层的暴露的部分凹陷以形成圆柱形沟槽，所述圆柱形沟槽具有与所述晶体管的与所述内部聚合物区的边缘对准的沟道长度相关联的沟道半导体侧壁。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述凹陷暴露所述晶体管的源极/漏极半导体区，并且其中，所述栅极电介质将所述源极/漏极半导体区与所述栅极电极隔离。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上还包括：将所述栅极电介质沉积到所述圆柱形沟槽中并且覆盖所述沟道半导体侧壁；并且

其中，利用所述栅极电极包围所述半导体沟道区包括：利用栅极电极材料填充所述圆柱形沟槽。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述半导体沟道区还包括：

去除所述内部聚合物区，同时保留所述外部聚合物区，以暴露电介质层的下层的第一部分；

在所述电介质层的暴露的所述第一部分中蚀刻出沟槽以暴露晶体半导体表面；以及

从暴露的所述晶体半导体表面外延生长所述半导体沟道区；以及

使所述电介质层的与所述半导体沟道区相邻的第二部分凹陷以形成使所述半导体沟道区的侧壁暴露的圆柱形沟槽。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述晶体半导体表面是所述晶体管的源极/漏极半导体区的表面。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述晶体半导体表面是未掺杂或轻掺杂的半导体衬底的表面，并且其中，外延生长所述半导体沟道区还包括：首先从所述半导体衬底的所述表面生长所述晶体管的源极/漏极半导体区，并且然后从所述源极/漏极半导体区生长所述半导体沟道区。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，将栅极电介质沉积在所述半导体沟道区之上还包括：将所述栅极电介质沉积到所述圆柱形沟槽中并且覆盖所述半导体沟道区的侧壁；并且

其中，利用所述栅极电极包围所述半导体沟道区包括：利用栅极电极材料填充所述圆柱形沟槽。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述栅极电介质沉积在所述电介质层的凹陷的所述第二部分之上。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，以光刻方式对引导开口进行图案化还包括：印刷在第一维度上具有第一直径、在第二维度上具有第二直径的开口，所述第二直径至少是所述第一直径的两倍；

其中，将所述定向自组装(DSA)材料分离成被所述引导开口内的所述外部聚合物区完全包围的所述内部聚合物区还包括：形成第一聚合物区和第二聚合物区，每个聚合物区都被所述外部聚合物区完全包围；并且

其中，限定所述半导体沟道区还包括：形成第一沟道区和第二沟道区，每个沟道区都具有由所述定向自组装(DSA)分离部限定的直径以及与所述引导开口的边缘的间隔。