半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法技术

本发明专利技术提供一种半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法，所述湿式处理设备包括：腔室；晶圆载盘，用以承载并旋转晶圆；处理液输入管路，用以提供处湿式处理所需的处理液；离子液体输入管路，用以提供制作离子液体栅极结构所需的离子液体；气液传输装置，连通于所述腔室的下方，用以所述腔室内的气液排放以及对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压。本发明专利技术的半导体湿式处理设备，通过对输入管道的配置，以及采用气液传输装置对腔室进行减压处理，大大增强离子液体对厚度较小空腔的填充能力，适用于离子液体栅及结构尤其是鳍式栅极结构以及环绕式栅极结构的制作，可有效提高工艺稳定性以及器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法
本专利技术属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法。
技术介绍
场效应晶体管(FieldEffectTransistorFET)是利用电场来控制固体材料导电性能的有源器件。由于其所具有体积小、重量轻、功耗低、热稳定性好、无二次击穿现象以及安全工作区域宽等优点，现已成为微电子行业中的重要元件之一。随着集成电路对功耗和性能的要求提高，对场效应晶体管通常具有以下要求：1)采用高迁移率材料作为半导体主体材料；2)场效应晶体管要求具有较大的沟道宽度以及较小的沟道长度；3)栅绝缘层具有较高的介电常数；4)沟道区与栅绝缘层界面具有较低的界面陷阱；5)电极与半导体层之间的接触电阻较小。鳍式场效晶体管(FinFieldeffecttransistor，简称FinFET)是一种新型的金属氧化半导体场效应晶体管，通常包括形成于半导体绝缘体上硅(SOI)衬底上的鳍状应变硅沟道区，所述鳍状应变硅沟道区内形成有狭窄而孤立的半导体鳍状结构，鳍片两侧形成有栅极结构。通常来说，现有的鳍式场效晶体管包括：半导体绝缘体上硅衬底、源极、漏极、鳍状应变硅沟道区、以及围绕在鳍状应变硅沟道区两侧及上方的栅极结构。其中，所述鳍状应变硅沟道区的厚度通常极薄，且其凸出的三个面均为受控面，受到栅极结构的控制。由此，所述栅极结构可以较为容易的在沟道区构造出全耗尽结构，彻底切断沟道的导电通路。采用FinFET结构使得器件体积更小，性能更好。近年来，硅晶体管结构由平面结构向鳍式结构急剧变化，为了对鳍式结构的进一步改进，人们还提出了环绕栅极(Gate-All-Around)结构，该结构可以将三面包围的栅极结构进一步改进为四面包围的栅极结构，可进一步增强栅极对沟道区的控制。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法，用于解决现有技术中半导体湿式处理设备对厚度较小的空腔填充离子液体能力较差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种半导体湿式处理设备，所述湿式处理设备包括：腔室；晶圆载盘，位于所述腔室内，用以承载并旋转晶圆；处理液输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供处湿式处理所需的处理液；离子液体输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供制作离子液体栅极结构所需的离子液体；气液传输装置，连通于所述腔室的下方，用以所述腔室内的气液排放以及对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压。可选地，所述处理液输入管路及所述离子液体输入管路的出液口位于所述晶圆的中部区域的上方。可选地，所述气液传输装置包含气液传输管路以及气液传输泵，所述气液传输管路环绕于所述晶圆的外周侧下方。可选地，所述气液传输管路的外侧还设有一环形挡板，且所述环形挡板的顶面高于所述晶圆的顶面。可选地，所述处理液输入管路输入的处理液包括湿法腐蚀液、去离子水以及清洗液中的一种或多种。可选地，所述离子液体输入管路输入的离子液体包括咪唑型离子液体、吡啶型离子液体以及哌啶型离子液体中的一种或多种。可选地，所述离子液体包括N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺。可选地，所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以将所述腔室的气压降低至不高于30Torr。本专利技术还提供一种离子液体栅极结构的制作方法，包括：1)提供如上所述的半导体湿式处理设备；2)提供半导体结构，所述半导体结构包括基底，所述基底表面形成有牺牲栅介质层，所述牺牲介质层上形成有栅极材料层，所述栅极材料层中形成有开孔，所述开孔显露所述牺牲栅介质层；3)将所述半导体结构置于所述半导体湿式处理设备中，由所述处理液输入管路将湿法腐蚀液通入至所述半导体结构表面，通过所述开孔进行湿法腐蚀以选择性去除所述牺牲栅介质层，以形成空腔层；4)由所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压，然后由所述离子液体输入管路将离子液体通入至所述半导体结构表面，在减压条件下于所述空腔层中填充离子液体介质层。可选地，所述牺牲介质层包括氮化硅层，所述栅极材料层包括金属栅极层。可选地，所述湿法腐蚀液选用为磷酸。可选地，所述开孔的形状包括圆形及矩形中的一种，所述开孔包括分别形成于所述栅极材料两端部的第一开孔及第二开孔，以利于所述离子液体介质层的填充。可选地，步骤3)形成所述空腔层后，还包括：a)由所述处理液输入管路将去离子水通入至所述半导体结构表面以对所述半导体结构表面及所述空腔层进行第一清洗；b)由所述处理液输入管路将IPA清洗液通入至所述半导体结构表面以对所述半导体结构表面及所述空腔层进行第二清洗；c)由所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压，在减压条件下对所述半导体结构表面及所述空腔层进行干燥。可选地，步骤4)填充所述离子液体介质层后，还包括：a)旋转所述半导体结构以去除所述半导体结构表面多余的离子液体；b)在减压条件下对所述半导体结构的表面进行干燥。可选地，所述空腔层的厚度不大于2nm。可选地，所述离子液体输入管路输入的离子液体包括咪唑型离子液体、吡啶型离子液体以及哌啶型离子液体中的一种或多种。可选地，步骤4)由所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以降低将所述腔室的气压降低至不高于30Torr。可选地，所述栅极结构包括鳍式栅极结构以及环绕式栅极结构中的一种。可选地，所述鳍式栅极结构包括：鳍式半导体基底；栅极材料层，包围于所述鳍式半导体基底的两侧面及上表面，且所述栅极材料层与所述鳍式半导体基底之间围成有空腔层；离子液体介质层，填充于所述空腔层中。可选地，所述环绕式栅极结构包括：线式半导体基底；栅极材料层，包围于所述线式半导体基底的周侧表面上，且所述栅极材料层与所述线式半导体基底之间围成有空腔层；离子液体介质层，填充于所述空腔层中。如上所述，本专利技术的半导体湿式处理设备及离子液体栅极结构的制作方法，具有以下有益效果：本专利技术的半导体湿式处理设备，通过对输入管道的配置，以及采用气液传输装置对腔室进行减压处理，大大增强离子液体对厚度较小空腔的填充能力，适用于离子液体栅及结构尤其是鳍式栅极结构以及环绕式栅极结构的制作，可有效提高工艺稳定性以及器件的性能，在半导体集成电路设计制造领域具有广泛的应用前景。本专利技术通过制作牺牲介质层后将其选择性去除形成空腔层，然后在减压条件下向所述空腔层中填充离子液体介质层，实现在较小厚度下的离子液体的有效填充且避免气泡等的产生，实现一种有效便捷的离子液体介质层的制作方法。附图说明图1显示为本专利技术的半导体湿式处理设备的结构示意图。图2～图7显示为本专利技术的离子液体栅极结构的制作方法各步骤所呈现的结构示意图。图8显示为本专利技术的离子液体鳍式栅极结构的结构示意图。图9显示为本专利技术的离子液体环绕式栅极结构的结构示意图。元件标号说明...

【技术保护点】
1.一种半导体湿式处理设备，其特征在于，所述湿式处理设备包括：/n腔室；/n晶圆载盘，位于所述腔室内，用以承载并旋转晶圆；/n处理液输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供处湿式处理所需的处理液；/n离子液体输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供制作离子液体栅极结构所需的离子液体；/n气液传输装置，连通于所述腔室的下方，用以所述腔室内的气液排放以及对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体湿式处理设备，其特征在于，所述湿式处理设备包括：
腔室；
晶圆载盘，位于所述腔室内，用以承载并旋转晶圆；
处理液输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供处湿式处理所需的处理液；
离子液体输入管路，自所述腔室外延伸至所述腔室内的所述晶圆上方，用以提供制作离子液体栅极结构所需的离子液体；
气液传输装置，连通于所述腔室的下方，用以所述腔室内的气液排放以及对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压。


2.根据权利要求1所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述处理液输入管路及所述离子液体输入管路的出液口位于所述晶圆的中部区域的上方。


3.根据权利要求1所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述气液传输装置包含气液传输管路以及气液传输泵，所述气液传输管路环绕于所述晶圆的外周侧下方。


4.根据权利要求3所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述气液传输管路的外侧还设有一环形挡板，且所述环形挡板的顶面高于所述晶圆的顶面。


5.根据权利要求1所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述处理液输入管路输入的处理液包括湿法腐蚀液、去离子水以及清洗液中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述离子液体输入管路输入的离子液体包括咪唑型离子液体、吡啶型离子液体以及哌啶型离子液体中的一种或多种。


7.根据权利要求6所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述离子液体包括N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺。


8.根据权利要求1所述的半导体湿式处理设备，其特征在于：所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以将所述腔室的气压降低至不高于30Torr。


9.一种离子液体栅极结构的制作方法，其特征在于，包括：
1)提供如权利要求1～8任意一项所述的半导体湿式处理设备；
2)提供半导体结构，所述半导体结构包括基底，所述基底表面形成有牺牲栅介质层，所述牺牲介质层上形成有栅极材料层，所述栅极材料层中形成有开孔，所述开孔显露所述牺牲栅介质层；
3)将所述半导体结构置于所述半导体湿式处理设备中，由所述处理液输入管路将湿法腐蚀液通入至所述半导体结构表面，通过所述开孔进行湿法腐蚀以选择性去除所述牺牲栅介质层，以形成空腔层；
4)由所述气液传输装置对所述腔室进行抽气以降低所述腔室的气压，然后由所述离子液体输入管路将离子液体通入至所述半导体结构表面，在减压条件下于所述空腔层中填充离子液体介质层。


10.根据权利要求9所述的离子液体栅极结构的制作方法，其特征在于：所述牺...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：芯恩青岛集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37