具有核-壳结构的半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明描述的技术通常涉及半导体器件，更具体地，涉及半导体器件的制造。
【背景技术】
[0002]传统的平面器件通常在小型化和合适材料的选择方面存在限制。因为半导体器件的部件尺寸继续缩小(例如,进入亚50nm范畴内)，所以诸如短沟道效应和亚阈值特性差的各种问题通常在传统的平面器件中变得较为严重。已经开发出具有增强性能的新型器件几何形状(诸如三维器件结构(例如，FinFET))以及用于N-MOS和P-MOS器件的不同高迁移率沟道的异质集成，以推动器件和电路向更高组装密度的发展。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术中所存在的缺陷，本发明提供了一种器件结构，包括:核结构，形成在支撑件上；以及壳材料，形成在所述核结构上并且围绕所述核结构的至少一部分，所述壳材料和所述核结构配置为在所述壳材料中形成量子阱沟道。
[0004]根据本发明的一个实施例，所述核结构和所述壳材料包括在纳米线结构中；以及所述纳米线结构大致平行于所述支撑件。
[0005]根据本发明的一个实施例，所述核结构和所述壳材料包括在纳米线结构中；以及所述纳米线结构大致垂直于所述支撑件。
[0006]根据本发明的一个实施例，所述壳材料与第一能带隙相关联；所述核结构与第二能带隙相关联；以及所述第一能带隙小于所述第二能带隙。
[0007]根据本发明的一个实施例，形成在所述壳材料和所述核结构之间的界面处的势垒层与介于约0.3eV至约0.5eV之间的势垒高度相关联。
[0008]根据本发明的一个实施例，该结构还包括:包装材料，形成在所述壳材料上并且围绕所述壳材料的至少一部分；其中:所述壳材料与第一能带隙相关联；所述包装材料与第二能带隙相关联；以及所述第一能带隙小于所述第二能带隙。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述壳材料与第一晶格常数相关联；所述核结构与第二晶格常数相关联；以及所述第一晶格常数大于所述第二晶格常数。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述第一晶格常数比所述第二晶格常数高出约1%至约8%。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述核结构具有在第一范围内的第一厚度；以及所述壳材料具有在第二范围内的第二厚度。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述第一范围对应于约3nm至约15nm ;以及所述第二范围对应于约2nm至约15nm。
[0013]根据本发明的一个实施例，至少基于与所述核结构的所述第一厚度相关联的信息来确定与所述壳材料相关联的所述第二范围。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述壳材料包括硅、硅锗、锗、和II1-V材料中的至少一种；以及所述核结构包括硅、硅锗和锗中的至少一种。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述核结构与第一导电类型相关联；以及所述壳材料与不同于所述第一导电类型的第二导电类型相关联。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括:在支撑件上形成核结构；以及在所述核结构上形成壳材料，以围绕所述核结构的至少一部分，所述壳材料包括量子阱沟道。
[0017]根据本发明的一个实施例，该方法还包括:在所述壳材料上形成包装材料，以围绕所述壳材料的至少一部分，从而在所述壳材料中形成所述量子阱沟道。
[0018]根据本发明的一个实施例，在所述支撑件上形成所述核结构的工艺包括:在所述支撑件上形成第一材料；以及去除所述第一材料下方的所述支撑件的一部分，以形成包括所述核结构的纳米线结构。
[0019]根据本发明的一个实施例，在所述支撑件上形成所述核结构的工艺包括:在所述支撑件上形成第一材料；在所述第一材料上形成第二材料；以及去除所述第二材料下方的所述第一材料的一部分，以形成包括所述核结构的纳米线结构。
[0020]根据本发明的一个实施例，在所述支撑件上形成所述核结构的工艺包括:在所述支撑件上形成第一材料；在所述第一材料上形成第二含锗材料；实施冷凝以使所述第二含锗材料中的锗原子向所述支撑件迁移，从而形成第三材料；以及去除所述第三材料下方的所述支撑件的一部分，以形成包括所述核结构的纳米线结构。
[0021]根据本发明的一个实施例，在所述支撑件上形成所述核结构的工艺包括:在所述支撑件上形成图案化的第一材料；以及在所述图案化的第一材料上形成包括所述核结构的纳米线结构。
[0022]根据本发明的又一个方面，提供了一种晶体管，包括:源极区；漏极区；以及纳米线结构，包括核结构以及围绕所述核结构的至少一部分的壳材料；其中，所述壳材料和所述核结构配置为在所述壳材料中形成量子阱沟道，以传导所述源极区和所述漏极区之间的电流。
【附图说明】
[0023]当结合附图进行阅读时，通过以下详细的描述可以最佳理解本发明的各方面。应该注意的是，根据行业中的标准做法，没有按比例绘制各种部件。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0024]图1 (A)至图1 (C)是根据一些实施例的示出水平纳米线晶体管结构的示例图。
[0025]图2(A)至图2(B)是根据一些实施例的示出垂直纳米线晶体管结构的示例图。
[0026]图3㈧至图3(B)是根据一些实施例的分别示出η型晶体管的能带图和ρ型晶体管的能带图的示例图。
[0027]图4㈧至图4(D)是根据一些实施例的示出用于在绝缘体上硅(SOI)晶圆上制造水平核结构的工艺的示例图。
[0028]图5㈧至图5 (F)是根据一些实施例的示出用于制造包括水平核-壳结构的晶体管结构的工艺的示例图。
[0029]图6(A)至图7(F)是根据一些实施例的示出用于在SOI晶圆上制造水平核-壳结构的另一个工艺的示例图。
[0030]图8 (A)至图8 (C)是根据一些实施例的示出用于制造垂直核-壳结构的工艺的示例图。
[0031]图9㈧至图9 (C)是根据一些实施例的示出用于制造垂直核-壳结构的另一个工艺的示例图。
[0032]图10是根据一些实施例的用于制造包括核-壳结构的器件结构的示例流程图。
【具体实施方式】
[0033]以下公开提供了许多不同的实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。下面描述了组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在多个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的多个实施例和/或配置之间的关系。
[0034]此外，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…上”、“在…下面”等的空间关系术语，以便描述如图所示的一个元件或部件与另一元件(多个元件)或部件(多个部件)的关系。除了图中所示的方位之外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作中的不同定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他定向上)，并且在此使用的空间关系描述符可以同样地作出相应的解释。
[0035]纳米技术的发展以及生产纳米线的新兴能力已经为设计下一代半导体器件(诸如具有核-壳结构的水平纳米线器件和垂直纳米线器件)开拓了新的可能性。
[0036]图1 (A)至图1 (C)是根据一些实施例的示出水平纳米线晶体管结构的示例图。如图1 (A)所示，水平纳米线晶体管结构100包括核结构102 (例如，A)和形成在核结构102上的壳材料104 (例如，B)。围绕核结构102的至少一部分的壳材料104用作纳米线晶体管结构100的沟道区(例如，量子阱沟道)，并且核结构102用作势垒区。例如，壳材料104配置为传导在源极区(未示出)和漏极区(未示出)之间流动的电流并且包括反转层或积累层。此外，纳米线晶体管结构100包括间隔件106(例如，氮化硅、氧化硅)和层间介电(ILD)材料108 (例如，氧化硅)。核结构102延伸穿过