干法刻蚀方法和半导体工艺设备技术

本发明专利技术实施例公开一种干法刻蚀方法和半导体工艺设备，其中所述干法刻蚀方法用于对包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构进行选择性刻蚀，包括：当从所述叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层时，利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第一刻蚀气体包括含氟气体和第一辅助刻蚀气体；当从所述叠层结构中选择性地刻蚀Si层时，利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第二刻蚀气体包括所述含氟气体和第二辅助刻蚀气体；其中，所述第一辅助刻蚀气体和所述第二辅助刻蚀气体用于调节SiGe与Si之间的刻蚀选择比。气体用于调节SiGe与Si之间的刻蚀选择比。气体用于调节SiGe与Si之间的刻蚀选择比。

【技术实现步骤摘要】
干法刻蚀方法和半导体工艺设备


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种干法刻蚀方法和半导体工艺设备。

技术介绍

[0002]随着摩尔定律的不断推进，半导体工艺发展到3nm节点以后，环栅型（Gate All Around，GAA）晶体管被认为是鳍式场效应晶体管（FinFET）的有效替代者。在GAA制造工艺工程中，高选择性比刻蚀牺牲层的水平堆叠纳米片至关重要。业界通常是通过在Si和SiGe多层叠层中选择性地去除SiGe或Si产生垂直叠层的Si或SiGe纳米线。通常，通过在Si和SiGe多层叠层中选择性地去除SiGe产生垂直叠层的Si纳米片形成nFET，选择性地去除Si材料产生垂直叠层的SiGe纳米片形成pFET。为了减少后续对器件的负面影响，需要SiGe和Si材料在刻蚀过程中相对于另一者具有非常高的选择比，以避免或减少对沟道产生破坏。
[0003]目前，业界通常采用湿法刻蚀工艺来实现SiGe和Si材料的高选择比刻蚀，然而湿法刻蚀容易使得刻蚀图形失真，难以得到精确的刻蚀效果。而采用干法刻蚀工艺则又面临刻蚀选择比不高的困境。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例公开了一种干法刻蚀方法和半导体工艺设备，以解决相关技术中从Si层和SiGe层的叠层结构中选择性地刻蚀Si 层或SiGe层时，刻蚀选择比不高且产能低的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，根据第一方面，本专利技术实施例公开了一种干法刻蚀方法，用于对包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构进行选择性刻蚀，所述方法包括：当从所述叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层时，利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第一刻蚀气体包括含氟气体和第一辅助刻蚀气体；当从所述叠层结构中选择性地刻蚀Si层时，利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第二刻蚀气体包括所述含氟气体和第二辅助刻蚀气体；其中，所述第一辅助刻蚀气体和所述第二辅助刻蚀气体用于调节SiGe与Si之间的刻蚀选择比，所述第一辅助刻蚀气体不同于所述第二辅助刻蚀气体。
[0006]作为一些可选实施方式，所述第一辅助刻蚀气体包括He、Ar中的至少一个；或者所述第二辅助刻蚀气体包括氧元素和氮元素。
[0007]作为一些可选实施方式，所述含氟气体包括碳氟类气体。
[0008]作为一些可选实施方式，所述碳氟类气体包括CF4、C4F8、C3F6、CHF3、CH2F2、CH3F中的至少一个。
[0009]作为一些可选实施方式，所述第二辅助刻蚀气体包括N2、O2、NO、NO2中的至少一个。
[0010]作为一些可选实施方式，在所述第一刻蚀气体中，所述含氟气体和所述第一辅助刻蚀气体的比值范围为0.1至10。
[0011]作为一些可选实施方式，在所述第二刻蚀气体中，氟元素与氧元素的比值范围为
0.1至10；或者氟元素与氮元素的比值范围为0.1至10。
[0012]作为一些可选实施方式，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，工艺腔室压力为100至5000mTorr；或者在利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，工艺腔室压力为100至5000mTorr。
[0013]作为一些可选实施方式，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述第一刻蚀气体的流量范围为10至4000sccm；或者在利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述第二刻蚀气体的流量范围为10至4000sccm。
[0014]作为一些可选实施方式，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述等离子体刻蚀为各向同性刻蚀；或者在利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述等离子体刻蚀为各向同性刻蚀。
[0015]作为一些可选实施方式，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤之前，或者在利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤之前，所述方法还包括：去除Si层或SiGe层表面的自然氧化层。
[0016]作为一些可选实施方式，利用所述含氟气体对所述叠层结构的所述自然氧化层进行各向异性等离子体刻蚀。
[0017]根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室，包括晶圆承载装置和穿孔隔板，所述穿孔隔板平行于所述晶圆承载装置的承载面设置，以将所述工艺腔室的腔体分隔为位于所述工艺腔室上侧的第一区域和位于所述工艺腔室下侧的第二区域，所述晶圆承载装置位于所述第二区域内；控制装置，包括至少一个存储器和至少一个处理器，所述存储器内存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述第一方面中任一项所述的干法刻蚀方法。
[0018]作为一些可选实施方式，所述半导体工艺设备还包括：远程等离子体装置，用于将通入的工艺气体激发为等离子体，所述远程等离子体装置与所述第一区域连通。
[0019]作为一些可选实施方式，所述远程等离子体装置为微波源。
[0020]作为一些可选实施方式，所述穿孔隔板包括多层，且相邻层的所述穿孔隔板的贯穿孔中的至少部分相互不对准。
[0021]作为一些可选实施方式，所述穿孔隔板接地或施加有预定电压。
[0022]在本专利技术实施例的干法刻蚀方法和半导体工艺设备中，利用第一刻蚀气体从交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层，利用第二刻蚀气体从叠层结构中选择性地刻蚀Si层，选择性刻蚀SiGe层和选择性刻蚀Si层所采用的主刻蚀气体相同，仅辅助刻蚀气体不同，能够实现在同一工艺腔室内分别完成对SiGe层和Si层的选择性刻蚀，无需使晶圆在不同的工艺腔室间来回传递，提高产能，且具有良好的刻蚀选择比。
附图说明
[0023]图1A示出了本专利技术实施例的干法刻蚀方法所应用的叠层结构的示意图；图1B示出了从图1A所示的叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层的示意图；图1C示出了从图1A所示的叠层结构中选择性地刻蚀Si层的示意图；图2示出了采用本专利技术实施例的干法刻蚀方法从叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层后得到的电镜图；
图3示出了采用本专利技术实施例的干法刻蚀方法从叠层结构中选择性地刻蚀Si层后得到的电镜图；图4示出了根据本专利技术实施例的半导体工艺设备的示意图；图5示出了根据本专利技术实施例的穿孔隔板的俯视示意图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本领域技术人员应当理解，本专利技术实施例仅是对可以以各种形式来实施本专利技术所请求保护的结构和方法的说明。此外，结合各种实施例给出的每个示例旨在是说明性的，而不是限制性的。此外，附图不一定按比例绘制，一些特征可能被夸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法刻蚀方法，用于对包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构进行选择性刻蚀，其特征在于，所述方法包括：当从所述叠层结构中选择性地刻蚀SiGe层时，利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第一刻蚀气体包括含氟气体和第一辅助刻蚀气体；当从所述叠层结构中选择性地刻蚀Si层时，利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，所述第二刻蚀气体包括所述含氟气体和第二辅助刻蚀气体；其中，所述第一辅助刻蚀气体和所述第二辅助刻蚀气体用于调节SiGe与Si之间的刻蚀选择比，所述第一辅助刻蚀气体不同于所述第二辅助刻蚀气体。2.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，所述第一辅助刻蚀气体包括He、Ar中的至少一个；或者所述第二辅助刻蚀气体包括氧元素和氮元素。3.根据权利要求2所述的干法刻蚀方法，其特征在于，所述含氟气体包括碳氟类气体。4.根据权利要求3所述的干法刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟类气体包括CF4、C4F8、C3F6、CHF3、CH2F2、CH3F中的至少一个。5.根据权利要求2所述的干法刻蚀方法，其特征在于，所述第二辅助刻蚀气体包括N2、O2、NO、NO2中的至少一个。6.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在所述第一刻蚀气体中，所述含氟气体和所述第一辅助刻蚀气体的流量比值范围为0.1至10。7.根据权利要求2所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在所述第二刻蚀气体中，氟元素与氧元素的含量比值范围为0.1至10；或者氟元素与氮元素的含量比值范围为0.1至10。8.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，工艺腔室压力为100至5000mTorr；或者在利用第二刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，工艺腔室压力为100至5000mTorr。9.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在利用第一刻蚀气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，李佳阳，马一鸣，周赐，李国荣，
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：