环栅结构刻蚀方法、半导体器件的制备方法及半导体器件技术

本发明专利技术公开了一种环栅结构刻蚀方法、半导体器件的制备方法，方法包括：提供待刻蚀对象，待刻蚀对象包括形成于基底上的叠层结构，叠层结构包括交叠设置的应变层与牺牲层；对待刻蚀对象的侧壁执行循环刻蚀步，循环刻蚀步中依次循环执行设定循环次数的氧化保护步和第一刻蚀步；其中，氧化保护步用于在应变层和牺牲层的侧壁上形成氧化保护层；对待刻蚀对象的侧壁执行第二刻蚀步，直到牺牲层被刻蚀到设定的横向深度；第二刻蚀步的等离子体密度大于第一刻蚀步的等离子体密度。本发明专利技术能够实现在刻蚀环栅结构中牺牲层被高选择性地去除，而应变层得到有效的保护。到有效的保护。到有效的保护。

【技术实现步骤摘要】
环栅结构刻蚀方法、半导体器件的制备方法及半导体器件


[0001]本专利技术属于半导体制造领域，更具体地，涉及一种环栅结构刻蚀方法、半导体器件的制备方法及半导体器件。

技术介绍

[0002]随着栅极宽度的缩小，鳍式场效应晶体管的静电问题制约了晶体管的进一步发展，全环绕栅极晶体管(gate
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all
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around，GAA)被认为是能替代传统方法的新技术。实现其原始3D结构需要特殊的工艺，比如牺牲层的横向刻蚀。由于SiGe和Si之间特殊的相似性和差异性，SiGe通常被选做牺牲层的材料。
[0003]SiGe和纯Si的晶格常数相差不大(1％≤Ge≤25％时)，因此它可以作为两个硅层之间的应变构型。与此同时，在高选择性干法刻蚀中SiGe也能和Si区分开来。刻蚀过程中SiGe和Si的选择比正逐渐成为制约全环绕栅极晶体管发展的主要因素。
[0004]目前，对于SiGe牺牲层刻蚀，通常采用一步刻蚀法。为了将SiGe牺牲层刻蚀彻底，主要采用偏等离子体各向同性刻蚀，腔室压力条件为100
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500mT，刻蚀功率为500
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800W，选择在高压高功率的条件下利用SiGe和Si本身性质的差异，将SiGe牺牲层去除。
[0005]但高压高功率条件下无法保证SiGe牺牲层和Si层的高选择比，同时会导致Si层的大量损耗。降低压力和功率则会导致刻蚀速率过慢，无法将SiGe层去除到所需的沟道宽度。业界的普遍解决方法是使用适中的离子能量，然后延长刻蚀时间，但是延长刻蚀时间也会导致Si层的损耗加大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出一种环栅结构刻蚀方法、半导体器件的制备方法及半导体器件，实现在刻蚀环栅结构中牺牲层被高选择性地去除，而应变层得到有效的保护。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提出了一种环栅结构刻蚀方法，包括：
[0008]提供待刻蚀对象，所述待刻蚀对象包括形成于基底上的叠层结构，所述叠层结构包括交叠设置的应变层与牺牲层；
[0009]对所述待刻蚀对象的侧壁执行循环刻蚀步，所述循环刻蚀步中依次循环执行设定循环次数的氧化保护步和第一刻蚀步；其中，所述氧化保护步用于在所述应变层和所述牺牲层的侧壁上形成氧化保护层；
[0010]对所述待刻蚀对象的侧壁执行第二刻蚀步，直到所述牺牲层被刻蚀到设定的横向深度；所述第二刻蚀步的等离子体密度大于所述第一刻蚀步的等离子体密度。
[0011]可选地，所述牺牲层含Ge，所述循环刻蚀步用于使所述牺牲层内的Ge富集。
[0012]可选地，所述应变层为Si，所述牺牲层为SiGe。
[0013]可选地，在所述对所述待刻蚀对象的侧壁执行循环刻蚀步与所述对所述待刻蚀对象的侧壁执行第二刻蚀步之间，还包括：
[0014]对所述待刻蚀对象的侧壁执行所述氧化保护步。
[0015]可选地，所述设定循环次数为5
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10次。
[0016]可选地，所述第一刻蚀步和所述第二刻蚀步采用的刻蚀气体均为氟基气体。
[0017]可选地，所述第一刻蚀步中所述氟基气体中氟的占比高于所述第二刻蚀步中所述氟基气体中氟的占比。
[0018]可选地，所述氟基气体为CF4和C4F6的混合气体；其中
[0019]所述第一刻蚀步中C4F6与CF4的比例小于所述第二刻蚀步中C4F6与CF4的比例。
[0020]可选地，所述第一刻蚀步所采用的上电极射频功率小于所述第二刻蚀步所采用的上电极射频功率。
[0021]可选地，所述第一刻蚀步采用的刻蚀气体总流量小于所述第二刻蚀步采用的刻蚀气体总流量。
[0022]可选地，所述第一刻蚀步的工艺参数包括：
[0023]工艺腔室真空度范围为40～60mT；
[0024]上电极射频功率范围为300～500W；
[0025]C4F6气体与CF4气体的总流量范围为100～150sccm；
[0026]C4F6气体与CF4气体的比例范围为1:7～1:10；
[0027]所述第一刻蚀步时长范围为5～10s。
[0028]可选地，所述氧化保护步的工艺参数包括：
[0029]工艺腔室真空度范围为10～20mT；
[0030]上电极射频功率范围为500～800W；
[0031]氧气流量范围为100～200sccm；
[0032]所述氧化保护步时长范围为5～10s。
[0033]可选地，所述第二刻蚀步的工艺参数包括：
[0034]工艺腔室的真空度范围为40～60mT；
[0035]上电极射频功率范围为500～800W；
[0036]C4F6气体与CF4气体的总流量范围为200～250sccm；
[0037]C4F6气体与CF4气体的比例范围为1:4～1:5；
[0038]所述第二刻蚀步的时长匹配于剩余所述牺牲层被刻蚀至所述设定的横向深度所对应的时长。
[0039]第二方面，本专利技术实施例提出一种半导体器件的制备方法，包括第一方面中任一项所述的环栅结构刻蚀方法。
[0040]本专利技术的有益效果在于：
[0041]本专利技术实施例首先对待刻蚀对象循环进行氧化保护步
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第一刻蚀步
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氧化保护步至设定循环次数后，再进行第二刻蚀步，直到牺牲层被刻蚀到设定的横向深度，其中氧化保护步能够在应变层和剩余的牺牲层暴露在外的表面上形成保护层，通过循环执行氧化保护步
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第一刻蚀步至设定循环次数并再次执行氧化保护步，能够提高对牺牲层的刻蚀选择性，使牺牲层能够高选择性的被去除，同时对应变层进行保护，避免应变层被过渡刻蚀。
[0042]本专利技术的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0043]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0044]图1示出了根据本专利技术的实施例1的一种环栅结构刻蚀方法所采用的等离子体刻蚀设备的简图。
[0045]图2示出了根据本专利技术的实施例1的一种环栅结构刻蚀方法的步骤图。
[0046]图3示出了根据本专利技术的实施例1的一种环栅结构刻蚀方法中的鳍结构示意图。
[0047]图4示出了根据本专利技术的实施例1的一种环栅结构刻蚀方法中刻蚀前后的器件结构图。
[0048]图5示出了根据本专利技术的实施例1的一种环栅结构刻蚀方法中各工艺步骤对应的器件结构变化示意图。
[0049]图6a和图6b分别示出了现有的一步刻蚀方法与本专利技术实施例1的一种环栅结构刻蚀方法获得的器件结构图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环栅结构刻蚀方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀对象，所述待刻蚀对象包括形成于基底上的叠层结构，所述叠层结构包括交叠设置的应变层与牺牲层；对所述待刻蚀对象的侧壁执行循环刻蚀步，所述循环刻蚀步中依次循环执行设定循环次数的氧化保护步和第一刻蚀步；其中，所述氧化保护步用于在所述应变层和所述牺牲层的侧壁上形成氧化保护层；对所述待刻蚀对象的侧壁执行第二刻蚀步，直到所述牺牲层被刻蚀到设定的横向深度；所述第二刻蚀步的等离子体密度大于所述第一刻蚀步的等离子体密度。2.根据权利要求1所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述牺牲层含Ge，所述循环刻蚀步用于使所述牺牲层内的Ge富集。3.根据权利要求2所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述应变层为Si，所述牺牲层为SiGe。4.根据权利要求1所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，在所述对所述待刻蚀对象的侧壁执行循环刻蚀步与所述对所述待刻蚀对象的侧壁执行第二刻蚀步之间，还包括：对所述待刻蚀对象的侧壁执行所述氧化保护步。5.根据权利要求1所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述设定循环次数为5
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10次。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀步和所述第二刻蚀步采用的刻蚀气体均为氟基气体。7.根据权利要求6所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀步中所述氟基气体中氟的占比高于所述第二刻蚀步中所述氟基气体中氟的占比。8.根据权利要求6所述的环栅结构刻蚀方法，其特征在于，所述氟基气体为CF4和C4F6的混合气体；其中所述第一刻蚀步中C4F6与CF4的比例小于所述第二刻蚀步中C4F6与CF4的比例。9.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：马一鸣，杨光，王京，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：