半导体结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的不断发展，高集成、多功能和低功耗是半导体器件追求的主要目标。半导体器件的尺寸随着技术发展不断缩小，使得芯片的集成度越来越高。然而，随着半导体器件尺寸的不断缩小，短沟道效应、漏电流、功耗增加等问题越发显著，同时，在器件结构和制造工艺上也面临更多的挑战。从而使得进一步提高芯片集成度受到更多的限制。
[0003]现有技术通过改变晶体管的沟道材料可以在一定程度上解决或者缓解上述问题，从而促进半导体器件尺寸的进一步缩小。
[0004]一维纳米结构，例如半导体纳米线或碳纳米管等结构，是理想的一维导电通道，由于理想的一维结构大大降低了载流子的非弹性散射和背散射，使得一维纳米结构的缺陷和声子散射截面都非常小，从而使得一维纳米结构的室温载流子输运为弹道输运，即其性能不依赖于其通道长度。采用一维纳米结构作为晶体管的导电通道，能够解决纳米尺度器件的加工精度所带来的器件尺度的不确定性所引起的性能不确定性。同时，由于一维纳米结构的尺寸较小，可以进一步缩小晶体管的尺寸，从而提高集成电路的集成度。
[0005]如何利用一维纳米结构形成性能较佳的晶体管是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，可以形成具有较高性能的晶体管。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括:提供衬底，所述衬底具有第一区域；在所述衬底表面形成牺牲层；在所述牺牲层表面形成一维纳米结构；去除部分牺牲层，使所述一维纳米结构中部悬空，所述一维纳米结构的两端位于剩余的牺牲层表面；在第一区域上的一维纳米结构的部分表面形成环绕所述一维纳米结构的第一栅极结构；在的第一栅极结构两侧的位于第一区域上的一维纳米结构上形成第一源极接触层和第一漏极接触层，所述第一源极接触层和第一漏极接触层分别位于第一栅极结构的两侧。
[0008]可选的，所述一维纳米结构为碳纳米管或半导体纳米线。
[0009]可选的，所述一维纳米结构为若干碳纳米管组成的碳纳米管束。
[0010]可选的，所述碳纳米管或半导体纳米线的直径为lnm?5nm。
[0011]可选的，所述碳纳米管束的直径为10nm?lOOnm。
[0012]可选的，形成所述一维纳米结构的方法包括:在所述牺牲层表面形成具有开口的掩膜层，所述开口暴露出部分牺牲层的表面；在所述开口底部的牺牲层表面形成分散的金属纳米粒子；去除所述掩膜层后，采用化学气相沉积工艺，在所述金属纳米粒子的催化作用下，形成所述一维纳米结构。
[0013]可选的，所述化学气相沉积气体采用的反应气体为甲烷、乙烷、乙烯或乙炔，载气为H2,反应气体流量为5sccm?lOOsccm, H2的流量为50sccm?lOOOsccm,反应温度为800。。?1000。。。
[0014]可选的,所述金属纳米粒子的直径为lnm?3nm,所述金属纳米粒子的材料至少包括铜、银、金、钻、铁、猛、络、f凡或钦中的一种。
[0015]可选的，在所述开口底部的牺牲层表面形成分散的金属纳米粒子的方法包括:通过激光烧蚀工艺形成金属纳米粒子之后，将金属纳米粒子分散在溶液中；将所述金属纳米粒子的溶液旋涂于所述开口底部的牺牲层表面；通过烘干处理，将溶剂蒸发，使金属纳米粒子分散在所述开口底部的牺牲层表面。
[0016]可选的，通过激光烧蚀工艺形成所述金属纳米粒子的方法包括:采用待形成纳米粒子的金属块材或片材作为金属靶材，利用脉冲激光烧蚀所述金属靶材，形成金属纳米粒子，所述脉冲激光能量密度为3J/cm2?lOJ/cm2，频率为8Hz?12Hz。
[0017]可选的，所述衬底还包括与第一区域相连的第二区域，部分所述一维纳米结构位于第二区域上；在第二区域上的一维纳米结构的部分表面形成环绕所述一维纳米结构的第二栅极结构；在所述第二栅极结构两侧的位于第二区域上的一维纳米结构上形成第二源极接触层和第二漏极接触层，所述第二源极接触层和第二漏极接触层分别位于第二栅极结构的两侧。
[0018]可选的，所述第一漏极接触层和第二漏极接触层为同一个漏极接触层。
[0019]可选的，在形成所述第一源极接触层、第一漏极接触层、第二源极接触层和第二漏极接触层之前，对所述第一栅极两侧的第一区域上的一维纳米结构进行N型离子掺杂，对所述第二栅极两侧的第二区域上的一维纳米结构进行P型离子掺杂。
[0020]可选的，所述第一栅极结构包括界面层、位于界面层表面的第一栅介质层、位于第一栅介质层表面的第一栅极；所述第二栅极结构包括界面层、位于界面层表面的第二栅介质层、位于第二栅介质层表面的第二栅极。
[0021]可选的，所述界面层的材料为氮氧化铝，所述第一栅介质层的材料为氧化铪，所述第二栅介质层的材料为氧化铝，所述第一源极接触层、第二源极接触层、第一漏极接触层和第二漏极接触层的材料为钯。
[0022]根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度大于50nmo
[0023]可选的，所述牺牲层的材料为多孔硅，形成所述牺牲层的方法包括:在所述衬底表面形成多晶硅层；通过阳极氧化电解刻蚀工艺刻蚀所述多晶硅层，形成多孔硅层作为牺牲层。
[0024]可选的，所述阳极氧化电解刻蚀采用的电解液氢氟酸溶液，其中氢氟酸的体积浓度为10%?50%,阳极氧化电流密度为10mA/cm2?100mA/cm2,阳极氧化时间为lmin?10mino
[0025]可选的，在刻蚀所述多晶硅层之前，对所述多晶硅层进行重掺杂离子注入，所述重掺杂离子为N型或P型离子，所述重掺杂离子的浓度为lE18atom/cm3?lE20atom/cm3。
[0026]为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种采用上述方法形成的半导体结构，包括:衬底，所述衬底具有第一区域；位于所述衬底上的一维纳米结构，所述一维纳米结构悬空于所述衬底上；位于第一区域上的一维纳米结构部分表面的第一栅极结构，所述第一栅极结构环绕所述一维纳米结构，且部分第一栅极结构位于衬底表面支撑所述一维纳米结构；位于第一栅极结构两侧的位于第一区域上的一维纳米结构上的第一源极接触层和第一漏极接触层，所述第一源极接触层和第一漏极接触层分别位于第一栅极结构的两侧。
[0027]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0028]本发明的技术方案中，在衬底表面的牺牲层上形成一维纳米结构后，去除部分牺牲层，使所述一维纳米结构中部悬空，然后在一维纳米结构部分表面形成环绕所述一维纳米结构的第一栅极结构，在第一区域上的一维纳米结构上形成位于第一栅极结构的两侧的第一源极接触层和第一漏极接触层。由于所述一维纳米结构的缺陷较少并且所述一维纳米结构的声子散射截面很小，载流子在所述一维纳米结构内的输运方式为弹道输运，不会受到散射作用，从而具有较高的载流子迁移率，从而可以提高以所述一维纳米结构作为导电沟道形成的晶体管的性能。并且，所述第一栅极结构环绕所述一维纳米结构，可以提高所述第一栅极与一维纳米结构的接触面积，提高形成的晶体管的沟道面积，从而提高形成的晶体管的性能。
[0029]进一步的，所述一维纳米结构可以是碳纳米管、或碳纳米管组成的碳纳米管束。形成所述一维纳米结构的方法包括:在所述牺牲层表面形成具有开口的掩膜层；在所述开口底部的牺牲层表面形成分散的金属纳米粒子；去除所述掩膜层后，采用化学气相沉积工艺，在所述金属纳米粒子的催化作用下，形成所述一维纳米结构。可以通过所述掩膜层的开口形状和尺寸，限定最终形成的一维纳米结构的形状和尺寸，从而获得符合要求的一维纳米结构，上述形成方法工艺较为简单，容易实现。
[0030]进一步的，本发明的技术方案中，所述衬底还包括第二区域，形成的所述一维纳米结构部分位于第一区域上，部分位于第二区域上，在第二区域上的一维纳米结构上形成环绕所述一维纳米结构的第二栅极结构以及位于所述第二栅极结构的两侧的第二源极接触层和第三源极接触层。从而可以在所述衬底上形成互补晶体管。并且，所述第一漏极接触层与第二漏极接触层为同一漏极接触层，第一区域上的晶体管与第二区域上的晶体管共享所述漏极接触层，从而可以提高最终形成的半导体结构的集成度。
【附图说明】
[0031]图1至图12是本发明的实施例的半导体结构的形成过程的结构示意图；
[0032]图13是本发明的实施例的半导体结构的电路连