一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】半導體結(jié)構(gòu)的形成方法。所述半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供襯底；在襯底上形成第一鰭部，所述第一鰭部側(cè)面與襯底表面垂直，所述第一鰭部兩側(cè)具有第一隔離層；采用氧化和刻蝕工藝對所述第一鰭部和第一隔離層進行處理，形成第二鰭部和第二隔離層。所述半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括在第二鰭部表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)橫跨第二鰭部頂部和側(cè)壁；在第二鰭部兩端形成源極和漏極，所述源極和漏極位于柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。本發(fā)明的實施例在對鰭部兩側(cè)隔離層進行回刻的同時形成側(cè)壁傾斜的鰭部，方法簡單，形成的鰭部有利于柵極結(jié)構(gòu)的形成，提高鰭式場效應晶體管的性能。
【專利說明】一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別的涉及一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝節(jié)點逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應用，以獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當器件的特征尺寸(CD，CriticalDimension)進一步下降時，即使采用后柵工藝制作的場效應管也已經(jīng)無法滿足對器件性能的需求，多柵器件獲得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]鰭式場效應晶體管(Fin FET)是一種常見的多柵器件，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應晶體管的鰭部和柵極結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括:半導體襯底10，所述半導體襯底10上形成有凸出的鰭部14 ;介質(zhì)層11,覆蓋所述半導體襯底10的表面以及鰭部14的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)12，橫跨所述鰭部14上并覆蓋所述鰭部14的頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)12包括柵介質(zhì)層(圖中未示出)和位于柵介質(zhì)層上的柵電極(圖中未示出)。與柵極結(jié)構(gòu)12相接觸的鰭部14的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁構(gòu)成溝道區(qū)，因此，F(xiàn)in FET具有多個柵，這有利于增大驅(qū)動電流，改善器件性能。
[0004]更多關(guān)于鰭式場效應晶體管的結(jié)構(gòu)及形成方法請參考專利號為“US7868380B2”的
美國專利。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)制作的晶體管中仍然存在漏電，性能不穩(wěn)定等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種鰭部和鰭式場效應晶體管的形成方法，形成的鰭部具有傾斜側(cè)壁，相鄰鰭部之間頂部距離較大，有利于柵極沉積，減少漏電，形成的晶體管性倉急
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供襯底；在襯底上形成第一鰭部，所述第一鰭部側(cè)面與襯底表面垂直，所述第一鰭部兩側(cè)具有第一隔離層；采用氧化和刻蝕工藝對所述第一鰭部和第一隔離層進行處理，形成第二鰭部和第二隔尚層O
[0008]可選的，所述第一鰭部的形成工藝是刻蝕，所述第一鰭部的材料為硅。
[0009]可選的，所述第一隔離層的形成工藝是淺溝道隔離，所述第一隔離層的材料為二
氧化硅。
[0010]可選的，所述氧化和刻蝕工藝同時進行，在第一鰭部的表面形成氧化層的同時對第一隔離層和所述形成的氧化層進行刻蝕。
[0011]可選的，所述氧化和刻蝕工藝同時進行時，對所述第一隔離層的刻蝕速率大于對鰭部表面氧化層的刻蝕速率，且鰭部表面的氧化速率和刻蝕速率形成動態(tài)平衡。
[0012]可選的，所述氧化和刻蝕工藝交替多次進行，對第一鰭部的氧化過程和對第一隔離層及第一鰭部表面的氧化層的刻蝕過程分開進行，所述第一鰭部表面的氧化層是由第一鰭部的氧化過程中形成的。
[0013]可選的，所述氧化和刻蝕工藝交替進行時，每次對所述第一隔離層刻蝕的厚度大于對第一鰭部氧化層刻蝕的厚度。
[0014]可選的，所述刻蝕的工藝為化學濕法刻蝕，每次持續(xù)的時間為10秒飛分。
[0015]可選的，所述化學濕法刻蝕采用的刻蝕液是HF的稀溶液，水與HF的體積比為100:1?5000:1，反應溫度范圍為20 0C?50。。。
[0016]可選的，所述氧化的工藝為濕法氧化，每次持續(xù)時間為10秒飛分。
[0017]可選的，所述濕法氧化采用的氧化溶液包含03、SPM (硫酸和雙氧水的混合溶液)或H2O2的水溶液中的一種或以上。
[0018]可選的，所述濕法氧化采用的氧化溶液是O3的水溶液，O3的質(zhì)量濃度范圍為20ppnTl00ppm，反應溫度范圍為20°C?50°C。
[0019]可選的，所述第二鰭部側(cè)面傾斜，呈下大上小的形狀。
[0020]可選的，所述第二鰭部側(cè)壁與底部夾角為銳角，所述銳角范圍為75° 15° ;所述側(cè)壁與鰭部上表面連接處成鈍角或圓弧狀，或者兩側(cè)壁直接相連使鰭部頂部成圓弧狀。
[0021]可選的，所述第二隔離層的高度低于第二鰭部的高度。
[0022]可選的，所述形成半導體結(jié)構(gòu)的方法還包括:在第二鰭部表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)橫跨第二鰭部頂部和側(cè)壁；在第二鰭部兩端形成源極和漏極，所述源極和漏極位于柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案，形成的鰭部具有傾斜側(cè)壁，與隔離層表面夾角為鈍角，形成下大上下的一個鰭部形狀。一方面由于所述第二鰭部下大上小，使得相鄰鰭部之間的開口增大，有利于后期沉積柵極結(jié)構(gòu)的沉積，減少鰭部和柵極結(jié)構(gòu)之間的間隙，使得形成的鰭式場效應晶體管性能更加穩(wěn)定；另一方面，本發(fā)明形成的鰭部形狀有利于應力的分散，所以在后續(xù)沉積上柵極結(jié)構(gòu)之后應力增強的情況下，仍然穩(wěn)定地保持在襯底表面而不發(fā)生倒塌；
[0025]進一步的，本發(fā)明的技術(shù)方案在對隔離層進行回刻的時候，交替或者同時對第一鰭部表面進行氧化，在對隔離層進行回刻的同時也對鰭部的氧化層進行刻蝕，從而在鰭部表面形成了氧化-刻蝕的動態(tài)平衡狀態(tài)，最終形成側(cè)壁傾斜的第二鰭部。本發(fā)明的技術(shù)方案在對隔離層進行了回刻的同時形成具有傾斜側(cè)壁的鰭部，簡化了工藝步驟。通過選取不同的氧化液和刻蝕液，控制鰭部氧化和刻蝕的平衡速率，可以調(diào)節(jié)所形成的鰭部側(cè)壁的傾斜角度大小，并且最終形成的鰭部與之前相比表面缺陷更少。單位長度的鰭由于其側(cè)壁傾斜，溝道面積增加，載流子數(shù)目得到提高，所以鰭式場效應晶體管的閾值電壓也相應得到減小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2至圖8是本發(fā)明的實施例中形成鰭部的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9至圖11是本發(fā)明的實施例中形成鰭部的剖面示意圖；
[0029]圖12是硅在濃度為30ppm的O3水溶液中不同氧化時間的氧化層厚度的曲線圖；
[0030]圖13是本發(fā)明的實施例中形成鰭式場效應晶體管的剖面示意圖?！揪唧w實施方式】
[0031]如【背景技術(shù)】中所述現(xiàn)有技術(shù)制作的晶體管中仍然存在漏電，性能不穩(wěn)定等問題。
[0032]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，鰭式場效應晶體管中，柵極結(jié)構(gòu)與鰭部之間的界面質(zhì)量對于鰭式場效應晶體管的性能影響很大，而側(cè)壁傾斜的鰭部有利于柵極結(jié)構(gòu)的沉積，提高界面質(zhì)量。且現(xiàn)有技術(shù)形成傾斜側(cè)壁的鰭部大多工藝過程較為復雜。
[0033]為解決上述問題，本發(fā)明的實施例提出了一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，在完成淺溝道隔離層回刻的同時形成側(cè)面傾斜的鰭部，工藝步驟簡單。而且形成的鰭部表面缺陷較少，有助于提聞晶體管的性能。
[0034]下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據(jù)所述實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0035]具體的，請參考圖2至圖8，是本實施例形成半導體結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0036]本發(fā)明的實施例形成半導體結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
[0037]請參考圖2，提供襯底100，在襯底表面形成圖形化的硬掩膜堆疊結(jié)構(gòu)，所述硬掩膜堆疊結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)包括氧化物層101，氮化物層102。
[0038]具體的，所述硬掩膜堆疊結(jié)構(gòu)用于后續(xù)刻蝕所述襯底100形成第一鰭部時作為掩膜，所述硬掩膜結(jié)構(gòu)具有開口，所述開口定義了相鄰鰭部之間的間隔。在本發(fā)明的實施例中，所述襯底100的材料為硅。氧化物層101為氧化硅，氮化物層102為氮化硅。在本發(fā)明的其他實施例中，該硬掩膜層還可以包括氮化物層102上的掩膜層103，所述掩膜層103包括光刻膠。
[0039]請參考圖3，以所述硬掩膜堆疊結(jié)構(gòu)作為掩膜，刻蝕所述襯底100形成第一鰭部110及第一鰭部兩側(cè)溝槽。具體的，所述第一鰭部側(cè)壁與襯底表面垂直，與鰭部伸長方向垂直的橫截面為規(guī)則的矩形。
[0040]請參考圖4，去除頂層的硬掩膜層103 (如圖3所示)。
[0041]請參考圖5，對所述第一鰭部兩側(cè)內(nèi)溝槽進行淺溝道隔離填充工藝。首先在第一鰭部110兩側(cè)的溝槽內(nèi)表面以熱氧法長出一層襯底氧化層105，之后再以CVD法在溝槽內(nèi)填充滿氧化硅104。形成所述襯底氧化層105是為了消除上一步形成第一鰭部的刻蝕工藝對溝槽側(cè)壁即第一鰭部側(cè)壁造成的晶格損傷，減少缺陷。
[0042]請參考圖6，以化學機械研磨(CMP)技術(shù)去除襯底表面多出的氧化硅材料，并以氮化物層102作為研磨終止層，形成平坦的表面。兩側(cè)溝槽內(nèi)形成第一隔離層106。
[0043]請參考圖7，用濕法刻蝕的方法把氮化物層102 (如圖6所示)和氧化物層101 (如圖6所示)去除。所述第一鰭部及第一隔離層的剖面圖如圖9所示。
[0044]請參考圖10，采用氧化和刻蝕工藝對所述第一鰭部110和第一隔離層106進行處理。
[0045]所述氧化對象是第一鰭部110裸露表面，所述刻蝕對象是第一隔離層106以及第一鰭部裸露表面的氧化層，所述氧化層是由對第一鰭部的氧化工藝所形成的。
[0046]具體的，本實施例中，交替多次地進行氧化和刻蝕工藝，所述氧化和刻蝕工藝分別采用濕法氧化和濕法刻蝕工藝。首先通入化學刻蝕溶液對溝槽內(nèi)的第一隔離層106進行刻蝕，所述化學濕法刻蝕采用的刻蝕液是HF的稀溶液(DHF)，水與HF的體積比為100:1飛000:1，刻蝕時間5秒飛分，反應溫度范圍為20°C?50°C，該刻蝕液對鰭部沒有影響。隨后通入氧化溶液，對第一鰭部110的裸露表面進行氧化，在第一鰭部裸106的裸露表面形成氧化層，所述氧化溶液包括03、SPM (硫酸和雙氧水的混合溶液)或H2O2的水溶液中的一種或以上。本實施例采用的氧化溶液是O3的水溶液，O3的質(zhì)量濃度范圍為20ppnTl00ppm，反應溫度范圍為20°C?50°C。之后，再次通入刻蝕溶液，在對溝槽內(nèi)第一隔離層106進行刻蝕的同時將上一步驟中在第一鰭部裸露表面上形成的氧化層刻蝕掉。在本發(fā)明的其他實施例中，也可以先通入氧化溶液在第一鰭部表面形成氧化層，再通入刻蝕溶液對所述氧化層和第一隔離層進行刻蝕。
[0047]請參考圖8和圖11，不斷重復循環(huán)上述刻蝕-氧化過程，形成第二鰭部107和第二隔離層108，所述第二鰭部107的傾斜側(cè)面與第二隔離層108表面夾角為鈍角，所述第二隔離層108的高度低于第二鰭部107的高度。
[0048]本發(fā)明的實施例通過選擇合適的刻蝕溶液和氧化溶液以及調(diào)整刻蝕和氧化的時間，使得第一隔離層106的刻蝕厚度大于第一鰭部110表面的刻蝕厚度，所以第一鰭部高度會逐漸高于第一隔離層的高度，形成凸出的第二鰭部107。由于在第二鰭部位置越高的地方，鰭部暴露的時間越長，所以被氧化-刻蝕的次數(shù)也越多，形成的寬度越小，所以最終形成的第二鰭部上窄下寬，具有傾斜的側(cè)壁，所述側(cè)壁與第二隔離層108表面夾角為鈍角。
[0049]在本發(fā)明的其他實施例中，也可以同時進行刻蝕和氧化的過程。同時通入氧化和刻蝕溶液，在對第一隔離層進行不斷刻蝕的同時，使得第一鰭部的表面同時進行氧化和刻蝕的過程，達到動態(tài)平衡。采用的氧化溶液是O3的水溶液，O3的質(zhì)量濃度范圍為20ppnTl00ppm ;采用的刻蝕液是HF的稀溶液(DHF)，水與HF的體積比為100:1?5000:1 ;反應時間為5秒飛分，反應溫度范圍為20°C?50°C。
[0050]本發(fā)明的實施例中，刻蝕溶液和氧化溶液的選擇十分重要。通過選擇不同的刻蝕溶液和氧化溶液以及刻蝕和氧化過程的時間來調(diào)節(jié)最終形成的第二鰭部的側(cè)壁傾角，所述傾角是側(cè)壁與鰭部底面的夾角。不同類型的氧化物在不同的刻蝕溶液中具有不同的刻蝕速率，同樣不同的襯底材料在不同的氧化溶液中也具有不同的氧化速率。
[0051]本實施例中，采用交替進行刻蝕和氧化的過程，比較容易選擇刻蝕和氧化的溶液。本實施例中可以通過分別控制刻蝕和氧化過程的時間來控制每次刻蝕過程中刻蝕掉的第一鰭部和第一隔離層的厚度，可以較容易的控制形成的第二鰭部的側(cè)壁傾角，而對于溶液的刻蝕速率或者氧化速率的要求并不是很高，這樣就容易選擇相匹配的刻蝕溶液和氧化溶液，既保證在第一鰭部表面形成氧化和刻蝕過程的動態(tài)平衡，又保證第一隔離層刻蝕的厚度大于第一鰭部表面刻蝕的厚度。
[0052]在本發(fā)明的其他實施例中，也可以將刻蝕和氧化的過程同時進行，同時通入氧化和刻蝕溶液，使得第一鰭部的表面同時進行氧化和刻蝕的過程，達到動態(tài)平衡，同時不斷對第一隔離層進行刻蝕。這種情況下無法通過時間調(diào)節(jié)來控制第二鰭部的側(cè)壁傾角，只能通過氧化溶液和刻蝕溶液的相互搭配而實現(xiàn)對第一鰭部氧化和刻蝕的動態(tài)平衡，同時還要保證對于第一隔離層的刻蝕速率要大于第一鰭部表面的刻蝕速率。這種情況下對于刻蝕溶液和氧化溶液的刻蝕和氧化速率要求就比較高，對不同的材料要選擇不同的溶液，所以選擇匹配的刻蝕溶液和氧化溶液比較困難。
[0053]表一所示為不同類型的氧化物在VDHF (非常稀釋的HF溶液)溶液中的刻蝕速率與選擇比，圖11為硅在濃度為30ppm的O3水溶液中不同氧化時間的氧化層厚度的曲線圖。類似的，不同的刻蝕溶液會具有不同的刻蝕速率，不同濃度的氧化溶液的氧化速率也不同。我們可以參考這樣的圖表來選擇匹配的刻蝕溶液和氧化溶液。參考表一，高縱寬比的填充氧化和化學氧化的刻蝕速率是不一樣的，同理本發(fā)明的實施例中第一隔離層和第一鰭部被氧化后的刻蝕速率也是不一樣的。對于第一隔離層的刻蝕，我們可以通過選擇刻蝕溶液來調(diào)節(jié)其刻蝕速率，對于第一鰭部，選擇的氧化溶液的氧化速率則必須與其被氧化后的刻蝕速率相平衡。
[0054]表一不同類型的氧化物在VDHF溶液中的刻蝕速率與選擇比
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 在襯底上形成第一鰭部,所述第一鰭部側(cè)面與襯底表面垂直，所述第一鰭部兩側(cè)具有第一隔離層； 采用氧化和刻蝕工藝對所述第一鰭部和第一隔離層進行處理，形成第二鰭部和第二隔尚層O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一鰭部的形成工藝是刻蝕，所述第一鰭部的材料為硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一隔離層的形成工藝是淺溝道隔離，所述第一隔離層的材料為二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化和刻蝕工藝同時進行，在第一鰭部的表面形成氧化層的同時對第一隔離層和所述形成的氧化層進行刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化和刻蝕工藝同時進行時，對所述第一隔離層的刻蝕速率大于對鰭部表面氧化層的刻蝕速率，且鰭部表面的氧化速率和刻蝕速率形成動態(tài)平衡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化和刻蝕工藝交替多次進行，對第一鰭 部的氧化過程和對第一隔離層及第一鰭部表面的氧化層的刻蝕過程分開進行，所述第一鰭部表面的氧化層是由第一鰭部的氧化過程中形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化和刻蝕工藝交替進行時，每次對所述第一隔離層刻蝕的厚度大于對第一鰭部氧化層刻蝕的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、5或7所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述刻蝕的工藝為化學濕法刻蝕，每次持續(xù)的時間為10秒~5分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述化學濕法刻蝕采用的刻蝕液是HF的稀溶液，水與HF的體積比為100:1飛000:1，反應溫度范圍為200C ~50O。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、5或7所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化的工藝為濕法氧化，每次持續(xù)時間為10秒~5分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述濕法氧化采用的氧化溶液包含03、SPM或H2O2的水溶液中的一種或以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述濕法氧化采用的氧化溶液是O3的水溶液，O3的質(zhì)量濃度范圍為20ppnTl00ppm，反應溫度范圍為200C ~50O。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鰭部側(cè)面傾斜，呈下大上小的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鰭部側(cè)壁與底部夾角為銳角，所述銳角范圍為75°~85° ;所述側(cè)壁與鰭部上表面連接處成鈍角或圓弧狀，或者兩側(cè)壁直接相連使鰭部頂部成圓弧狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二隔離層的高度低于第二鰭部的高度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括: 在第二鰭部表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)橫跨第二鰭部頂部和側(cè)壁； 在第二鰭部兩端形成源極和漏極`，所述源極和漏極位于柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
【文檔編號】H01L21/336GK103632967SQ201210299446
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司