半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：提供基底，基底上形成有栅极结构，栅极结构的侧壁上形成有侧墙；在侧墙的侧壁上形成阻挡层；至少去除部分高度的侧墙，在阻挡层和栅极结构之间形成凹槽；在凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层，第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙。本发明专利技术在侧墙侧壁上形成阻挡层后，至少去除部分高度的侧墙，在阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽，使形成于凹槽顶部部分深度内的第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙，与侧墙材料相比，空气的介电常数较小，所以空气侧墙的设置能够减小半导体器件的寄生电容，从而加快半导体器件的反应速度、减小功耗和增大驱动电流，进而使半导体结构的电学性能得以提升。

Semiconductor Structure and Its Formation Method

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小。为了适应特征尺寸的减小，MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)的沟道长度也相应不断缩短。然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，因此栅极对沟道的控制能力随之变差，栅极电压夹断(pinchoff)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(subthresholdleakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channeleffects)更容易发生。因此，为了更好的适应特征尺寸的减小，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应晶体管(FinFET)。FinFET中，栅极结构至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制，与平面MOSFET相比，栅极结构对沟道的控制能力更强，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，与现有集成电路制造具有更好的兼容性。但是，现有技术形成的半导体结构的电学性能仍有待提高。
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及其形成方法，提高半导体结构的电学性能。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：提供基底，所述基底上形成有栅极结构，所述栅极结构的侧壁上形成有侧墙；在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层；至少去除部分高度的侧墙，在所述阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽；在所述凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙。相应的，本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底；栅极结构，位于所述基底上；阻挡层，位于所述栅极结构的侧壁上；凹槽，位于所述栅极结构和所述阻挡层之间，所述凹槽至少露出所述栅极结构的部分侧壁；第一介质层，位于所述凹槽顶部的部分深度内，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术在侧墙的侧壁上形成阻挡层后，至少去除部分高度的侧墙，在所述阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽，后续在所述凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层后，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙(Air-gapSpacer)，相应的，后续在所述基底上形成层间介质层后，能够使至少部分栅极结构和层间介质层之间以空气实现电绝缘；与侧墙材料相比，空气的介电常数较小(Kvacuum＝1)，所以空气侧墙的设置能够减小半导体器件的寄生电容，例如能够减小外边缘电容(Outerfringingcapacitance，Cof)以及栅极与接触孔插塞(Contact-plug)之间的电容，从而有利于加快半导体器件的反应速度、减小功耗和增大驱动电流，进而使半导体结构的电学性能得以提升。可选方案中，在栅极结构的侧壁上形成侧墙后，在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层之前，采用H2或He等离子体，至少对部分高度所述侧墙进行等离子体处理，并通过湿法刻蚀的方式去除经所述等离子体处理的侧墙材料；等离子体处理能够削弱经所述等离子体处理的侧墙材料的键能，从而使所述湿法刻蚀工艺对经所述等离子体处理的侧墙材料具有较高的刻蚀速率和刻蚀选择比(etchrate)，从而在有效去除所述侧墙的同时，减少所述湿法刻蚀工艺对所述基底上其他结构的影响，进而有利于提高所形成半导体结构的电学性能和良率。可选方案中，形成所述凹槽的步骤中，去除所述侧墙，使所述凹槽露出所述阻挡层和所述栅极结构之间的基底，也就是说，空气侧墙完全替代了所述侧墙，从而有利于进一步减小半导体器件的寄生电容，能够将功耗至少减小40％、将驱动电流至少增大40％。可选方案中，所述栅极结构为伪栅结构，在形成所述空气侧墙后去除所述栅极结构，在所述栅极结构位置处形成金属栅极结构，从而可以避免形成所述空气侧墙的工艺步骤对所述金属栅极结构造成不良影响，进而有利于进一步提升半导体结构的电学性能和良率。附图说明图1至图10是本专利技术半导体结构的形成方法第一实施例中各步骤对应的结构示意图；图11至图19是本专利技术半导体结构的形成方法第二实施例中各步骤对应的结构示意图；图20是本专利技术半导体结构一实施例的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，即使引入FinFET结构后，目前半导体结构的电学性能仍有待提高。分析其电学性能仍有待提高的原因在于：寄生电容在鳍式场效应晶体管的电学性能上有较大的负面影响，其中影响最严重的寄生电容主要包括外边缘电容、以及栅极与接触孔插塞之间的电容，若鳍式场效应晶体管中的寄生电容过大，则会引起半导体器件的反应速度减慢、功耗增加、以及驱动电流增大等问题，且随着集成电路特征尺寸的减小，寄生电容对鳍式场效应晶体管的电学性能的影响也随之增大，甚至超过器件固有电容(IntrinsicCapacitance，Cox)的影响。在目前的鳍式场效应晶体管的形成工艺中，普遍采用侧墙(Spacer)以控制离子注入的区域，侧墙的材料一般为氮化硅和氧化硅中的一种或两种，且在自对准接触(Self-alignedContact，SAC)技术中普遍使用氮化硅材料的侧墙。由于氮化硅的介电常数较大，因此使得鳍式场效应晶体管的寄生电容较大，且成为了减小寄生电容的阻碍。尤其对于NMOS器件，当采用较高介电常数材料的侧墙时，难以满足其对电学性能的实际需求。因此，亟需提供一种半导体结构的形成方法，以降低鳍式场效应晶体管的寄生电容。为了解决所述技术问题，本专利技术在侧墙的侧壁上形成阻挡层后，至少去除部分高度的侧墙，在所述阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽，后续在所述凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层后，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙，相应的，后续在所述基底上形成层间介质层后，能够使至少部分栅极结构和层间介质层之间以空气实现电绝缘；与侧墙材料相比，空气的介电常数较小，所以空气侧墙的设置能够减小半导体器件的寄生电容，例如能够减小外边缘电容以及栅极与接触孔插塞之间的电容，从而有利于加快半导体器件的反应速度、减小功耗和增大驱动电流，进而使半导体结构的电学性能得以提升。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图1至图10是本专利技术半导体结构的形成方法第一实施例中各步骤对应的结构示意图。结合参考图1至图3，图1是立体图(仅示意出一个栅极结构)，图2是图1沿AA1方向割线的剖面结构示意图，提供基底(未标示)，所述基底上形成有栅极结构120，所述栅极结构120的侧壁上形成有侧墙200(如图3所示)。本实施例中，所述基底用于形成鳍式场效应晶体管，因此所述基底包括衬底100以及位于所述衬底100上分立的鳍部110。在其他实施例中，所述基底还可以用于形成平面晶体管，所述基底相应为平面基底。所述衬底100为后续形成鳍式场效应晶体管提供工艺平台，所述鳍部110用于提供所形成鳍式场效应晶体管的沟道。本实施例中，所述衬底100为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他材料，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底上形成有栅极结构，所述栅极结构的侧壁上形成有侧墙；在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层；至少去除部分高度的侧墙，在所述阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽；在所述凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙。

【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：提供基底，所述基底上形成有栅极结构，所述栅极结构的侧壁上形成有侧墙；在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层；至少去除部分高度的侧墙，在所述阻挡层和所述栅极结构之间形成凹槽；在所述凹槽顶部的部分深度内形成第一介质层，所述第一介质层、阻挡层和栅极结构围成空气侧墙。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述侧墙的材料为氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或多种。3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，提供基底的步骤中，所述侧墙的材料为氮化硅；在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层之前，所述形成方法还包括：采用H2或He等离子体，至少对部分高度所述侧墙进行等离子体处理。4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述等离子体处理的参数包括：H2或He的气体流量为100sccm至1000sccm，偏置功率为200W至2000W，工艺时间为5秒至12秒。5.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，至少去除部分高度的侧墙的步骤包括：采用湿法刻蚀工艺，去除经所述等离子体处理的侧墙材料，所述湿法刻蚀工艺所采用的刻蚀溶液为氢氟酸溶液。6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液的体积百分比浓度为1:1000至1:100。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述凹槽的步骤中，去除所述侧墙，使所述凹槽露出所述阻挡层和所述栅极结构之间的基底。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或多种。9.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为2nm至5nm。10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述侧墙的侧壁上形成阻挡层后，形成所述凹槽之前，所述形成方法还包括：在所述基底上形成刻蚀停止层，所述刻蚀停止层还覆盖所述阻挡层侧壁和顶部、所述侧墙顶部以及所述栅极结构顶部；在所述刻蚀停止层上形成第一介质膜，所述第一介质膜覆盖所述栅极结构顶部的刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪世良，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31