半导体结构及其形成方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的进步，对更高的存储容量、更快的处理系统、更高的性能和更低的成本的需求不断增加。为了满足这些需求，半导体工业继续按比例缩小半导体器件的尺寸，鳍式场效应晶体管(finfet)等三维结构的设计成为半导体领域关注的热点。
3.然而现在的finfet中仍然存在问题，需要提供更有效、更可靠的技术方案。


技术实现要素：

4.本技术提供一种半导体结构及其形成方法，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
5.本技术的一个方面提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干鳍片以及位于所述鳍片顶面上的掩膜层，所述鳍片包括第一部分和第二部分；在所述半导体衬底表面形成牺牲层，所述牺牲层环绕所述鳍片第一部分；在所述鳍片第二部分侧壁和所述掩膜层侧壁形成保护层；去除所述牺牲层；去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分，使所述鳍片第一部分的顶部宽度小于所述鳍片第二部分的底部宽度；去除所述保护层。
6.在本技术的一些实施例中，所述方法还包括：在所述半导体衬底表面形成隔离层，所述隔离层环绕所述鳍片第一部分；去除所述掩膜层；在所述鳍片第二部分的侧壁和顶面形成栅氧层。
7.在本技术的一些实施例中，在所述半导体衬底表面形成牺牲层，所述牺牲层环绕所述鳍片第一部分的方法包括：在所述半导体衬底表面形成牺牲材料层，所述牺牲材料层顶面高于所述掩膜层顶面；回刻蚀所述牺牲材料层至所述牺牲材料层的顶面与所述鳍片第一部分顶面共面，形成所述牺牲层。
8.在本技术的一些实施例中，所述牺牲层的材料包括碳基有机物。
9.在本技术的一些实施例中，形成所述牺牲层的方法包括旋涂。
10.在本技术的一些实施例中，在所述鳍片第二部分侧壁和所述掩膜层侧壁形成保护层的方法包括：在所述牺牲层表面、所述鳍片第二部分侧壁和所述掩膜层侧壁及顶面形成保护材料层；去除所述牺牲层表面的保护材料层形成所述保护层。
11.在本技术的一些实施例中，所述保护层的材料包括低温氧化物。
12.在本技术的一些实施例中，形成所述保护层的方法包括低温化学气相沉积工艺。
13.在本技术的一些实施例中，去除所述牺牲层的方法包括灰化。
14.在本技术的一些实施例中，去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分的方法包括湿法刻蚀。
15.在本技术的一些实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液包括fom和aom。
16.在本技术的一些实施例中，去除所述保护层的方法包括湿法刻蚀。
17.在本技术的一些实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液包括氢氟酸。
18.在本技术的一些实施例中，所述栅氧层是通过热氧化所述鳍片第二部分的表面部分形成的，形成所述栅氧层后，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的侧壁共面。
19.本技术的另一个方面还提供一种半导体结构，包括：半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干鳍片，所述鳍片包括第一部分和第二部分，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的形成栅氧层后的侧壁共面；隔离层，位于所述半导体衬底上，所述隔离层环绕所述鳍片第一部分；栅氧层，位于所述鳍片的第二部分的侧壁和顶面。
20.本技术所述的半导体结构及其形成方法，去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分，形成栅氧层后，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的侧壁共面，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
附图说明
21.以下附图详细描述了本技术中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本技术的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本技术中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
22.图1至图5为一种半导体结构的形成方法中各步骤的结构示意图；
23.图6至图16为本技术实施例所述的半导体结构的形成方法中各步骤的结构示意图；
24.图17为一种半导体结构中鳍片的截面图；
25.图18为本技术实施例所述半导体结构中鳍片的截面图。
具体实施方式
26.以下描述提供了本技术的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本技术中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本技术不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
27.下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
28.图1至图5为一种半导体结构的形成方法中各步骤的结构示意图。需要说明的是，本领域应该理解，实际上，由于目前工艺的限制，鳍片的实际形状为从远离半导体衬底的一端向靠近半导体衬底的一端宽度逐渐增大的结构(截面图是类梯形，所述宽度指的是所述鳍片在水平方向上的尺寸)，在本技术的附图中，所述鳍片的截面示意图为矩形，仅是出于方便说明的目的。
29.参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100上形成有若干鳍片110(附图中仅示意性地示出了一个鳍片)，所述鳍片110包括第一部分111和第二部分112。
30.参考图2，在所述半导体衬底100表面、所述鳍片110侧壁和顶面形成第一介质层120。
31.参考图3，在所述第一介质层120表面形成隔离层130。形成所述隔离层130的方法为流体化学气相沉积工艺(fcvd)，因此，在形成所述隔离层130后还需要固化所述隔离层130。固化所述隔离层130的方法为湿退火工艺(steam anneal)，所述湿退火工艺会导致所述鳍片110的侧壁被氧化为第二介质层140，即导致所述鳍片110的宽度变小。
32.参考图4，使用化学机械研磨工艺和湿法刻蚀工艺去除高于所述鳍片110的第一部分111的第一介质层120、第二介质层140和隔离层130。
33.参考图5，使用热氧化工艺使所述鳍片110的第二部分112的侧壁氧化成为栅氧层150，进一步的导致所述鳍片110的第二部分112的宽度变小。
34.但是，参考图5，在这样的半导体结构中，由于所述鳍片110的第一部分111的宽度大于所述第二部分112的宽度，导致所述鳍片处会发生漏电。如果想要使所述鳍片110的第一部分111的宽度和所述第二部分112的宽度相等或足够接近，可以通过减少所述第一部分111的宽度来实现。
35.鉴于上述问题以及解决方案的策略，本技术发明人提供了一种半导体结构及其形成方法，去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分，减少了所述鳍片第一部分的宽度，在形成栅氧层后，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的侧壁共面，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
36.图6至图16为本技术实施例所述的半导体结构的形成方法中各步骤的结构示意图。
37.参考图6，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200上形成有若干鳍片210(附图中仅示意性地示出了一个鳍片)以及位于所述鳍片210顶面上的掩膜层213，所述鳍片210包括第一部分211和第二部分212。
38.在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200的材料包括(i)元素半导体，例如硅或锗等；(ii)化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓或磷化铟等；(iii)合金半导体，例如硅锗碳化物、硅锗、磷砷化镓或磷化镓铟等；或(iv)上述的组合。此外，所述半导体衬底200可以被掺杂(例如，p型衬底或n型衬底)。在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200可以掺杂有p型掺杂剂(例如，硼、铟、铝或镓)或n型掺杂剂(例如，磷或砷)。
39.在本技术的一些实施例中，形成所述鳍片210的方法可以包括：在所述半导体衬底200上生长外延层；在所述外延层上形成图案化的掩模层213；以所述图案化的掩模层213作为掩膜来刻蚀所述外延层和半导体衬底200形成所述鳍片210。例如，可以使用干法蚀刻工艺、湿法蚀刻工艺或上述的组合来实施蚀刻。在本技术的一些实施例中，所述掩模层213可以是使用热氧化工艺形成的包括氧化硅的薄膜。在本技术的另一些实施例中，所述掩模层213可以是使用低压化学气相沉积工艺(lpcvd)或等离子体增强cvd(pecvd)来形成的包括氮化硅的薄膜。
40.在本技术的一些实施例中，所述鳍片210的第一部分211的高度为600埃至1000埃，例如为700埃、800埃或900埃等；所述鳍片210的第二部分212的高度为500埃至800埃，例如600埃或700埃等。在本技术的一些实施例中，所述鳍片210的宽度为70埃至100埃，例如为80埃或90埃。
41.参考图7至图8，在所述半导体衬底200表面形成牺牲层220，所述牺牲层220环绕所述鳍片210第一部分211。所述牺牲层220的作用是为了能够在所述鳍片210的第二部分212
的侧壁形成保护层。
42.参考图7，在所述半导体衬底200表面形成牺牲材料层220a，所述牺牲材料层220a顶面高于所述掩膜层213顶面；参考图8，回刻蚀所述牺牲材料层220a至所述牺牲材料层220a的顶面与所述鳍片第一部分211顶面共面，形成所述牺牲层220。
43.在本技术的一些实施例中，所述牺牲层220的材料包括碳基有机物(spin on carbon，soc)。所述牺牲层220并不会作为所述半导体结构的一部分来存在，在后续工艺中会被去除掉，因此可以选择易于形成且易于去除的材料，例如所述碳基有机物。
44.在本技术的一些实施例中，形成所述牺牲层220的方法包括旋涂。
45.在本技术的一些实施例中，回刻蚀所述牺牲材料层220a的方法例如为湿法刻蚀，刻蚀溶液例如为氢氟酸。
46.参考图9至图10，在所述鳍片第二部分212侧壁和所述掩膜层213侧壁形成保护层230。所述保护层230可以保护所述鳍片第二部分212的侧壁不在后续去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分时被损伤。
47.参考图9，在所述牺牲层220表面、所述鳍片第二部分212侧壁和所述掩膜层213侧壁及顶面形成保护材料层230a；参考图10，去除所述牺牲层220表面的保护材料层形成所述保护层230。
48.在本技术的一些实施例中，所述保护层230的材料包括低温氧化物，例如低温氧化硅等。所述保护层230用于保护所述鳍片第二部分212的侧壁不在后续去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分时被损伤，而且需要在后续工艺中去除，因此可以选择能够保护所述鳍片第一部分211又易于去除的材料，例如低温氧化物。
49.在本技术的一些实施例中，形成所述保护层230的方法包括低温化学气相沉积工艺。其中，所述低温化学气相沉积工艺的工艺参数包括：沉积温度为80摄氏度至100摄氏度。使用低温气相沉积工艺形成的膜层结构蓬松，密度较低，易于去除。
50.参考图11，去除所述牺牲层220，暴露出所述鳍片第一部分211的侧壁。
51.在本技术的一些实施例中，去除所述牺牲层220的方法包括灰化。
52.参考图12，去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分，使所述鳍片第一部分211的顶部宽度小于所述鳍片第二部分212的底部宽度。这样，后续所述鳍片第二部分212的侧壁氧化成为栅氧层后，所述鳍片的第一部分211的侧壁和所述鳍片的第二部分212的侧壁能够共面，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
53.在本技术的一些实施例中，去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分之后，所述鳍片第一部分211的宽度为55埃至95埃。
54.在本技术的一些实施例中，去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分的方法包括湿法刻蚀。
55.在本技术的一些实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液包括fom和aom。其中，所述fom为hf和o3的混合溶液，可以去除所述鳍片第一部分211的侧壁的一部分以及灰化所述牺牲层时的残渣；所述aom为nh3和o3的混合溶液，可以辅助所述fom进一步去除灰化所述牺牲层时的残渣。
56.参考图13，去除所述保护层230。暴露所述鳍片第二部分212的侧壁。
57.在本技术的一些实施例中，去除所述保护层230的方法包括湿法刻蚀。
58.在本技术的一些实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液包括氢氟酸。
59.在本技术的一些实施例中，参考图14至图16，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述半导体衬底200表面形成隔离层240，所述隔离层240环绕所述鳍片第一部分211；去除所述掩膜层213；在所述鳍片第二部分212的侧壁和顶面形成栅氧层250。
60.参考图14，在所述半导体衬底200上形成隔离材料层240a，所述隔离材料层240a顶面高于所述掩膜层213顶面。在本技术的一些实施例中，形成所述隔离材料层240a方法还包括使用湿退火工艺固化所述隔离材料层。
61.在本技术的一些实施例中，形成所述隔离材料层240a的方法包括流体化学气相沉积工艺。
62.参考图15，使用化学机械研磨和湿法刻蚀去除高于所述鳍片第一部分顶面的隔离材料层以及掩膜层213，形成所述隔离层240，所述隔离层240环绕所述鳍片第一部分211。
63.在本技术的一些实施例中，所述隔离层240的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氟化物掺杂的硅酸盐玻璃(fsg)等。
64.在本技术的一些实施例中，所述隔离层240的厚度为600埃至1000埃，例如为700埃、800埃或900埃等。
65.参考图16，在所述鳍片第二部分212的侧壁和顶面形成栅氧层250。在本技术的一些实施例中，所述栅氧层250的厚度为5埃至15埃。在本技术的一些实施例中，所述栅氧层250的材料包括氧化硅。
66.在本技术的一些实施例中，所述栅氧层250是通过热氧化所述鳍片第二部分212的表面部分形成的，形成所述栅氧层250后所述鳍片的第一部分211的侧壁和所述鳍片的第二部分212的侧壁共面。
67.表1为一些半导体结构以及本技术实施例所述半导体结构中鳍片的截面图的尺寸数据。
68.表1
[0069] top(nm)mid(nm)bot(nm)det(nm)截面图实施例116.4817.5518.542.06参考图17实施例216.4116.0416.770.36参考图18
[0070]
其中，实施例1代表的是使用常规工艺形成的一些半导体结构，实施例2代表的是本技术所述半导体结构形成方法所形成的半导体结构。top代表的是鳍片第二部分顶部的宽度；mid代表的是鳍片第一部分顶部的宽度；bot代表的是鳍片第一部分底部的宽度；det代表的是鳍片第二部分顶部与鳍片第一部分底部的宽度差。从表1中可以得到，本技术实施例所述半导体结构的形成方法所形成的半导体结构中，鳍片第二部分顶部与鳍片第一部分底部的宽度差有十分明显地缩小，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
[0071]
本技术所述的半导体结构的形成方法，去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分，形成栅氧层后，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的侧壁共面，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
[0072]
本技术的实施例还提供一种半导体结构，参考图16，所述半导体结构包括：半导体衬底200，所述半导体衬底200上形成有若干鳍片212，所述鳍片210包括第一部分211和第二部分212，所述鳍片第一部分211的顶部宽度与所述鳍片第二部分212的底部宽度相等；隔离
层240，位于所述半导体衬底200上，所述隔离层240环绕所述鳍片第一部分211；栅氧层250，位于所述鳍片的第二部分212的侧壁和顶面。
[0073]
在本技术的一些实施例中，所述鳍片第一部分211的侧壁与所述鳍片第二部分212的形成栅氧层后的侧壁共面。
[0074]
在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200的材料包括(i)元素半导体，例如硅或锗等；(ii)化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓或磷化铟等；(iii)合金半导体，例如硅锗碳化物、硅锗、磷砷化镓或磷化镓铟等；或(iv)上述的组合。此外，所述半导体衬底200可以被掺杂(例如，p型衬底或n型衬底)。在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200可以掺杂有p型掺杂剂(例如，硼、铟、铝或镓)或n型掺杂剂(例如，磷或砷)。
[0075]
在本技术的一些实施例中，所述鳍片210的第一部分211的高度为600埃至1000埃，例如为700埃、800埃或900埃等；所述鳍片210的第二部分212的高度为500埃至800埃，例如600埃或700埃等。在本技术的一些实施例中，所述鳍片210的宽度为55埃至95埃，例如为60埃、70埃或80埃等。
[0076]
在本技术的一些实施例中，所述隔离层240的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氟化物掺杂的硅酸盐玻璃(fsg)等。
[0077]
在本技术的一些实施例中，所述隔离层240的厚度为600埃至1000埃，例如为700埃、800埃或900埃等。
[0078]
在本技术的一些实施例中，所述栅氧层250的厚度为5埃至15埃。在本技术的一些实施例中，所述栅氧层250的材料包括氧化硅。
[0079]
本技术所述的半导体结构，去除所述鳍片第一部分的侧壁的一部分，形成栅氧层后，所述鳍片的第一部分的侧壁和所述鳍片的第二部分的侧壁共面，可以降低finfet器件的鳍片的漏电。
[0080]
综上所述，在阅读本技术内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本技术意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本技术的示例性实施例的精神和范围内。
[0081]
应当理解，本实施例使用的术语
″
和/或
″
包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作
″
连接
″
或
″
耦接
″
至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
[0082]
类似地，应当理解，当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件
″
上
″
时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。与之相反，术语
″
直接地
″
表示没有中间元件。还应当理解，术语
″
包含
″
、
″
包含着
″
、
″
包括
″
或者
″
包括着
″
，在本技术文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0083]
还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本技术的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。
[0084]
此外，本技术说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来
描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。