半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有掩膜层，所述掩膜层暴露出部分衬底表面；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀部分衬底，在所述衬底内形成开口，相邻开口之间的衬底形成鳍部；在形成鳍部之后，缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸，使所述掩膜层暴露出部分鳍部的顶部表面；在缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸之后，以所述掩膜层为掩膜，采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀，使所述鳍部的侧壁相对于衬底表面倾斜，且所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸。所形成的半导体结构尺寸精确易控，由所述半导体结构形成的鳍式场效应管性能改善。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，平面晶体管的栅极尺寸也越来越短，传统的平面晶体管对沟道电流的控制能力变弱，产生短沟道效应，产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，现有技术提出了鳍式场效应晶体管（FinFET），请参考图1，图1是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图，包括：半导体衬底10；位于所述半导体衬底10上凸出的鳍部14；覆盖所述半导体衬底10表面以及鳍部14侧壁的一部分的介质层11，所述介质层11的表面低于所述鳍部14的顶部；横跨所述鳍部14的顶部和侧壁的栅极结构12，所述栅极结构12包括：栅介质层、位于所述栅介质层表面的栅电极、以及位于栅电极层和栅介质层两侧的侧墙。需要说明的是，对于鳍式场效应管，鳍部14的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构12相接触的部分成为沟道区，有利于增大驱动电流，改善器件性能。然而，随着工艺节点的缩小，形成所述鳍式场效应管的工艺难度提高，导致所形成的鳍式场效应管性能下降。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，改善所形成的鳍式场效应管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有掩膜层，所述掩膜层暴露出部分衬底表面；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀部分衬底，在所述衬底内形成开口，相邻开口之间的衬底形成鳍部；在形成鳍部之后，缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸，使所述掩膜层暴露出部分鳍部的顶部表面；在缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸之后，以所述掩膜层为掩膜，采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀，使所述鳍部的侧壁相对于衬底表面倾斜，且所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸。可选的，在采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀之后，所述鳍部侧壁与衬底表面之间的角度为70度～85度。可选的，所述具有方向性的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺，所述具有方向性的刻蚀工艺参数包括：气体包括主蚀刻气体、氧气和载气，气压为2毫托～50毫托，偏置电压为100伏～1000伏。可选的，所述主蚀刻气体包括CF4、CHF3、C4F8、CH2F2中的一种或多种；所述载气为氩气或He。可选的，缩小所述掩膜层尺寸的工艺为各向同性的湿法刻蚀工艺或各向同性的干法刻蚀工艺。可选的，所述掩膜层的形成工艺包括多重图形化工艺。可选的，所述多重图形化工艺包括自对准双重图形化掩膜工艺、或双重曝光工艺。可选的，所述衬底为体衬底。可选的，所述衬底包括半导体基底、以及位于所述半导体基底表面的半导体层，所述鳍部的形成工艺为：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体层直至暴露出半导体基底为止，在半导体层内形成开口，相邻开口之间的半导体层形成鳍部，所述鳍部位于半导体基底表面。可选的，还包括：在形成鳍部之后，在缩小所述掩膜层尺寸的尺寸之前，在所述衬底表面形成介质层，所述介质层表面低于鳍部的顶部，且所述介质层覆盖部分鳍部的侧壁。可选的，所述介质层的形成工艺为：采用沉积工艺在衬底表面、以及鳍部的侧壁和底部表面形成填充满开口的介质薄膜；采用抛光工艺去除高于鳍部顶部的介质薄膜；在所述抛光工艺之后，采用回刻蚀工艺刻蚀所述介质薄膜，形成介质层，所述介质层的表面低于鳍部的顶部。可选的，所述回刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺或各向异性的干法刻蚀工艺。可选的，所述衬底为绝缘体上半导体基底，所述绝缘体上半导体基底包括：基底、位于基底表面的介质层、以及位于介质层表面的半导体层。可选的，所述鳍部的形成工艺为：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体层直至暴露出介质层为止，在半导体层内形成开口，相邻开口之间的半导体层形成鳍部，所述鳍部位于介质层表面。可选的，还包括：在采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀之后，在所述鳍部表面形成栅极结构，所述栅极结构横跨于所述鳍部的侧壁和顶部表面，所述栅极结构包括：栅介质层、位于栅介质层表面的栅电极层、以及位于栅介质层和栅电极层两侧的侧壁。可选的，所述栅极结构的形成方法包括：在所述鳍部的侧壁和顶部表面形成栅介质薄膜；在所述栅介质薄膜表面形成栅电极薄膜；刻蚀部分栅电极薄膜和栅介质薄膜，直至暴露出鳍部的侧壁和顶部表面，形成栅电极层和栅介质层；在所述栅电极层、栅介质层和鳍部表面形成侧墙薄膜；回刻蚀所述侧墙薄膜直至暴露出栅电极层表面、以及鳍部的侧壁和顶部表面，在栅电极层和栅介质层两侧的鳍部侧壁和顶部表面形成侧墙。可选的，还包括：采用离子注入工艺在所述栅极结构两侧的鳍部内形成源区和漏区。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：由于所形成的鳍部侧壁相对于衬底表面倾斜，且鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸，在后续形成栅极结构时，不易在鳍部的侧壁表面残留栅介质层和栅电极层的材料，因此所形成的鳍式场效应管的性能稳定。而且，由于所形成的鳍部侧壁相对于衬底表面倾斜，且鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸，使相邻鳍部之间的开口顶部尺寸大于底部尺寸，则后续在形成栅极结构后，形成栅介质层或栅电极层的材料容易进入所述开口底部，且所述形成栅介质层或栅电极层的材料不易在开口顶部的侧壁表面堆积，使所形成的栅介质层或栅电极层的厚度均匀，从而保证了所形成的鳍式场效应晶体管的性能良好。进一步，在所述具有方向性的刻蚀工艺中，气体在对鳍部暴露出的表面进行刻蚀的同时，会在鳍部的侧壁表面形成聚合物层，通过调节所述刻蚀工艺中，用于形成聚合物层的气体与用于刻蚀的气体之间的比例，能够调节所述聚合物层的厚度以及覆盖的位置，从而能够精确控制所形成的鳍部侧壁与衬底表面之间的角度，进而使所形成的鳍式场效应晶体管的特征尺寸更为精确，有利于使所形成的鳍式场效应管的性能稳定精确。附图说明图1是是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图；图2至图8是本专利技术实施例的半导体结构的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述，现有技术形成鳍式场效应管的工艺难度较高，所形成的鳍式场效应管性能不良。随着工艺节点的缩小，所述鳍部的尺寸以及相邻鳍部之间的距离也相应缩小，导致形成于鳍部的侧壁和顶部表面的栅介质层和栅电极层的质量变差。请继续参考图1，现有技术在鳍部表面形成栅极结构的方法包括：采用沉积工艺在介质层11表面、以及鳍部14的侧壁和顶部表面形成栅介质薄膜；在所述栅介质薄膜表面形成栅电极薄膜；采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀部分栅电极薄膜和栅介质薄膜直至暴露出鳍部14的顶部和侧壁表面、以及介质层11表面，形成横跨于所述鳍部14表面的栅介质层、以及栅介质层表面的栅电极层；采用沉积工艺在介质层11表面、鳍部14的侧壁和顶部表面、栅介质层和栅电极层表面形成侧墙薄膜；采用会回刻蚀工艺刻蚀所述侧墙薄膜，直至暴露出介质层11表面、鳍部14的侧壁和顶部表面，在栅介质层和栅电极层两侧形成侧墙。然而，在现有技术中，鳍部往往通过对体衬底（BulkWafer）或绝缘体上半导体（SOI，SemiconductorOnInsulator）衬底进行各向异性的干法刻蚀而形成，所形成的鳍部的侧壁垂直于衬底表面。当采用各向异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底表面具有掩膜层，所述掩膜层暴露出部分衬底表面；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀部分衬底，在所述衬底内形成开口，相邻开口之间的衬底形成鳍部；在形成鳍部之后，缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸，使所述掩膜层暴露出部分鳍部的顶部表面；在缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸之后，以所述掩膜层为掩膜，采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀，使所述鳍部的侧壁相对于衬底表面倾斜，且所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底表面具有掩膜层，所述掩膜层暴露出部分衬底表面；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀部分衬底，在所述衬底内形成开口，相邻开口之间的衬底形成鳍部；在形成鳍部之后，缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸，使所述掩膜层暴露出部分鳍部的顶部表面；在缩小所述掩膜层平行于衬底表面方向的尺寸之后，以所述掩膜层为掩膜，采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀，使所述鳍部的侧壁相对于衬底表面倾斜，且所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸，所述具有方向性的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺，所述具有方向性的刻蚀工艺的气体包括主蚀刻气体、氧气和载气，所述主蚀刻气体中包括碳氟气体。2.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，在采用具有方向性的刻蚀工艺对所述鳍部进行刻蚀之后，所述鳍部侧壁与衬底表面之间的角度为70度～85度。3.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述具有方向性的刻蚀工艺参数包括：气压为2毫托～50毫托，偏置电压为100伏～1000伏。4.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述主蚀刻气体包括CF4、CHF3、C4F8、CH2F2中的一种或多种；所述载气为氩气或He。5.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，缩小所述掩膜层尺寸的工艺为各向同性的湿法刻蚀工艺或各向同性的干法刻蚀工艺。6.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述掩膜层的形成工艺包括多重图形化工艺。7.如权利要求6所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述多重图形化工艺包括自对准双重图形化掩膜工艺、或双重曝光工艺。8.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述衬底为体衬底。9.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述衬底包括半导体基底、以及位于所述半导体基底表面的半导体层，所述鳍部的形成工艺为：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体层直至暴露出半导体基底为止，在半导体层内形成开口，相邻开口之间的半导体层形成鳍部，所述鳍部位于半导体基底表面。10.如权利要求8或9所述半导体结构的形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼英，何其暘，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31