[发明专利]包封的纳米结构及其制造方法

说明书

提供了包括硅纳米线和包封的硅纳米岛的各种纳米结构以及制作所述纳米结构的方法。该方法可以包括提供在衬底上方延伸的鳍结构，其中，所述鳍结构具有限定了该鳍结构的侧壁的至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层；以及在氧气中对所述鳍结构进行退火以形成硅纳米线组件。所述硅纳米线组件可以包括硅纳米线、包围硅纳米线的SiGe基质；以及设置在SiGe基质上的氧化硅层。退火可以是例如在800℃与1000℃之间温度进行五分钟至六十分钟。所述硅纳米线可以具有沿鳍轴延伸的长轴，和沿垂直于鳍轴的方向延伸小于50nm的垂直的第一尺寸和第二尺寸。

相关申请的交叉引用

此申请要求于2015年10月30日提交的具有序列号62/248,561的题为“ENCAPSULATED NANOSTRUCTURE AND METHOD FOR FABRICATING”的共同待审的美国临时申请的优先权和权益，通过整体引用将其内容并入本文。

技术领域

本实施例涉及器件结构，并且更具体地涉及半导体器件结构(诸如纳米线结构)和相关的制造方法。

背景技术

当前，三维晶体管(3D)器件被用于提供平面型晶体管之上的增强性能。诸如finFET器件和水平环绕式栅极(horizontal-Gate-All-Around，HGAA)FET之类的器件从自衬底平面(诸如硅晶片的平面)垂直延伸的鳍形半导体区域形成。可以在诸如HGAA FET或类似器件结构内形成由硅或其他半导体材料制成的窄结构，其中，所述窄结构在限定该器件结构中的电流方向的第一方向上伸长。该窄结构可以具有在(一个或多个)窄方向上的横截面，其尺寸在50nm或更小的量级上，在一些实施例中小于10nm。此类结构可以被集成在待形成的器件的栅极内，以便限定沟道。在硅的情况下，此类窄结构可以被称为硅纳米线。此类纳米线可以是水平的或平行于表面，或者直立的或正交于晶片的表面。

在HGAA器件(术语“HGAA器件”与“HGAA FET器件”可被互换地使用)的一些方法中，硅纳米线通过在鳍结构内制造包括硅和硅锗合金(SiGe)的交替层的多层结构而形成。在鳍形成之后的HGAA器件的整体几何结构可以类似于仅由硅形成的常规finFET。在鳍结构内邻近于给定硅层的SiGe层可以在所述鳍结构的暴露区域中被选择性地去除，以允许之前鳍结构内的硅层被暴露在所有侧面上，从而在待形成的器件的沟道区域中形成纳米线的自支撑(free standing)部分。这促进在暴露的自支撑纳米线的所有侧面上的栅极材料的形成。

尽管HGAA FET结构提供在所有侧面上电选通(electrically gate)硅纳米线的能力，但是根据已知方法的HGAA器件的形成是复杂的。器件制造可能受到掩模和刻蚀工过程的限制，其中鳍宽度不能够被很好地控制在10nm以下。此外，使用已知的方法，在锗浓度增大时由于晶格失配和缺陷生成，由硅和SiGe制成的超晶格可能具有30％的SiGe层中的Ge浓度上限。此外，使用Si/SiGe超晶格的HGAA形成的已知方法具有有限的能力来使所得到的硅纳米线同轴应变。

仍然存在对克服前述不足的纳米结构和制造纳米结构的方法的需求。

发明内容

在各种实施例中，提供了克服前述不足中的一个或多个的纳米结构和制造纳米结构的方法。该方法可以包括形成纳米线的方法和形成包封的纳米结构的方法。在各种实施例中，提供了能够由本文所描述的一个或多个方法制备的纳米结构。该纳米结构可以包括纳米线和/或包封的纳米结构。

在各种实施例中，提供了形成纳米线的方法。所述方法可以包括提供在衬底的衬底平面上方延伸的鳍结构，其中，该鳍结构具有至少三个层。该三个层可以包括例如至少一个硅层和至少两个硅锗合金(SiGe)层。所述层可以限定鳍结构的侧壁。该方法可以包括在氧化环境(诸如氧气)中对鳍结构进行退火。在各种方面，可以形成硅纳米线组件，其中，该硅纳米线组件包括形成自所述至少一个硅层的硅纳米线，包围所述硅纳米线的SiGe基质；以及设置在SiGe基质上的氧化硅层。在一些方面，鳍结构具有至少三个SiGe层和至少两个硅层，并且所形成的硅纳米线组件具有至少两个硅纳米线。