用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法技术

本发明专利技术提供了用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法，包括：首先主刻蚀工艺阶段利用第一工艺气体，对栅极层刻蚀至第一预定位置；然后第一软着陆工艺阶段利用第二工艺气体，继续对栅极层刻蚀至第二预定位置；其中，第一软着陆工艺阶段产生的刻蚀副产物在栅介质层的表层形成保护层；其次第二软着陆工艺阶段利用第三工艺气体，继续对栅极层进行刻蚀，去除鳍形层的顶面下方剩余的栅极层以得到栅极结构；最后过刻蚀工艺阶段利用第四工艺气体，去除栅极结构底部的残留聚合物。上述方法通过第一软着陆工艺阶段在栅介质层的表层生成保护层，避免了栅极刻蚀过程中鳍形层即Fin层损伤问题，实现了栅极的垂直且形貌均匀刻蚀。实现了栅极的垂直且形貌均匀刻蚀。实现了栅极的垂直且形貌均匀刻蚀。

【技术实现步骤摘要】
用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路制造技术的不断发展以及关键尺寸CD(Critical Dimension)的不断缩小，摩尔定律的极限越来越近，尤其是在14nm及以下制程的集成电路中，为了解决短沟道效应带来的漏电问题，晶体管结构从平面结构场效应晶体管转变为具有三维立体栅结构的Fin
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FET(Fin Field
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Effect Transistor，鳍式场效应晶体管)。其中，栅极刻蚀是前道工艺中最基本的刻蚀工艺，它的刻蚀良率直接影响后面的器件性能，因此，减少前道工艺中栅极的刻蚀缺陷具有重要意义。
[0003]在实际工艺中，由于栅极刻蚀最终要停止在栅介质层上，因此主刻蚀阶段要保证栅介质层以上有少许硅残留，该步骤主要使用含氟类气体作为主刻蚀气体，加入少量氧气作为副产物聚合度调节气体，氩气作为稀释气体，以保证得到垂直且均匀性良好的顶部栅极层刻蚀形貌；而主刻蚀后剩余的20％的栅极层下半部的过刻蚀步骤需要采用溴化氢/氧气(HBr/O2)气体刻蚀，以实现栅极刻蚀对栅介质层的高选择比。但是，尽管过刻蚀步骤采用具有针对栅介质层较高刻蚀选择比的HBr/O2刻蚀工艺，仍然容易导致硅穿孔(体硅损伤)即Fin表层损伤，从而造成器件饱和电流的下降，这对栅极刻蚀提出了更高的技术要求。因此，在Fin
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FET栅极的刻蚀过程中，如何完成栅极垂直且均匀刻蚀而又保证Fin表层不受损伤是一个亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法，以缓解上述问题，通过第一软着陆工艺阶段在栅介质层的表层生成保护层，避免了栅极层刻蚀过程中Fin层损伤问题，实现了栅极层的垂直且形貌均匀刻蚀。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法，该鳍式场效应晶体管包括鳍形层、鳍形层表面的栅介质层、以及横跨鳍形层的栅极层；该方法包括：主刻蚀工艺阶段：利用第一工艺气体，对栅极层刻蚀至第一预定位置；其中，第一预定位置高于栅介质层的顶面；第一软着陆工艺阶段：利用第二工艺气体，继续对栅极层刻蚀至第二预定位置；其中，第二预定位置与栅介质层的顶面齐平，第一软着陆工艺阶段产生的刻蚀副产物在栅介质层的表层形成保护层；第二软着陆工艺阶段：利用第三工艺气体，继续对栅极层进行刻蚀，去除鳍形层的顶面下方剩余的栅极层以得到栅极结构；过刻蚀工艺阶段：利用第四工艺气体，去除栅极结构底部的残留聚合物。
[0006]优选地，保护层的厚度满足：20A～40A。
[0007]优选地，第一工艺气体包括含氟元素的刻蚀气体和含硅元素的保护气体。
[0008]优选地，保护气体包括四氯化硅气体。
[0009]优选地，四氯化硅气体在第一工艺气体中的占比为5％～10％。
[0010]优选地，在第二工艺气体、第三工艺气体和第四工艺气体中，均包括含溴元素的刻蚀气体和含氧元素的保护气体。
[0011]优选地，含溴元素的刻蚀气体包括溴化氢；或者，含氧元素的保护气体包括氧气。
[0012]优选地，第四工艺气体中刻蚀气体还包括氯气；其中，溴化氢气体和氯气的比值范围为3:1～1:1.2。
[0013]优选地，第一软着陆工艺阶段的反应腔室压力大于第二软着陆工艺阶段的反应腔室压力。
[0014]优选地，第一软着陆工艺阶段的工艺参数包括：上射频电源输出连续波，且上射频电源的功率为800W～1200W；和/或，下射频电源输出脉冲波，且下射频电源的功率为400W～600W；和/或，反应腔室的压力范围为30mT～50mT，气体总流量为800sccm～1000sccm；和/或，静电卡盘的温度低于第一软着陆工艺阶段所产生的副产物聚合物的沸点。
[0015]优选地，下射频电源的脉冲占空比为15％～30％，脉冲频率为100Hz～200Hz。
[0016]优选地，第二软着陆工艺阶段的工艺参数包括：下射频电源输出连续波，且功率为40W～70W；和/或，反应腔室的压力范围为8mT～15mT。
[0017]本专利技术实施例带来了以下有益效果：
[0018]本专利技术实施例提供了用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法，首先主刻蚀工艺阶段利用第一工艺气体，对栅极层刻蚀至第一预定位置；然后第一软着陆工艺阶段利用第二工艺气体，继续对栅极层刻蚀至第二预定位置；其中，第一软着陆工艺阶段产生的刻蚀副产物在栅介质层的表层形成保护层；其次第二软着陆工艺阶段利用第三工艺气体，继续对栅极层进行刻蚀，去除鳍形层的顶面下方剩余的栅极层以得到栅极结构；最后过刻蚀工艺阶段利用第四工艺气体，去除栅极结构底部的残留聚合物。上述方法，通过第一软着陆工艺阶段在栅介质层的表层生成保护层，避免了栅极刻蚀过程中鳍形层即Fin层损伤问题，实现了栅极的垂直且形貌均匀刻蚀，保证了鳍式场效应晶体管的栅极的刻蚀效果。
[0019]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种Fin
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FET的立体栅极结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的一种鳍式场效应晶体管的膜层结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的一种用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法的流程图；
[0025]图4为本专利技术实施例提供的一种鳍式场效应晶体管在主刻蚀工艺阶段刻蚀完成后的效果图；
[0026]图5为本专利技术实施例提供的一种鳍式场效应晶体管在第一软着陆工艺阶段刻蚀完成后的效果图；
[0027]图6为本专利技术实施例提供的一种鳍式场效应晶体管在第二软着陆工艺阶段刻蚀完成后的效果图；
[0028]图7为本专利技术实施例提供的一种现有刻蚀方法的刻蚀结果示意图；
[0029]图8为本专利技术实施例提供的一种现有刻蚀方法的刻蚀结果电镜图；
[0030]图9为本专利技术实施例提供的一种目标栅极形貌的示意图；
[0031]图10为本专利技术实施例提供的一种目标栅极形貌的电镜图；
[0032]图11为本专利技术实施例提供的一种半导体设备的结构示意图。
具体实施方式
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成鳍式场效应晶体管的栅极结构的方法，其特征在于，所述鳍式场效应晶体管包括鳍形层、所述鳍形层表面的栅介质层、以及横跨所述鳍形层的栅极层；所述方法包括：主刻蚀工艺阶段：利用第一工艺气体，对所述栅极层刻蚀至第一预定位置；其中，所述第一预定位置高于所述栅介质层的顶面；第一软着陆工艺阶段：利用第二工艺气体，继续对所述栅极层刻蚀至第二预定位置；其中，所述第二预定位置与所述栅介质层的顶面齐平，所述第一软着陆工艺阶段产生的刻蚀副产物在所述栅介质层的表层形成保护层；第二软着陆工艺阶段：利用第三工艺气体，继续对所述栅极层进行刻蚀，去除所述鳍形层的顶面下方剩余的栅极层以得到栅极结构；过刻蚀工艺阶段：利用第四工艺气体，去除所述栅极结构底部的残留聚合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层的厚度满足：20A～40A。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺气体包括含氟元素的刻蚀气体和含硅元素的保护气体。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保护气体包括四氯化硅气体。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述四氯化硅气体在所述第一工艺气体中的占比为5％～10％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二工艺气体、所述第三工艺气体和所述第四工艺气体中，均包括含溴元...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵向坤，朱瑞苹，张龙，马怡曼，
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：