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从包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构中选择性刻蚀SiGe层，所述方法包括：利用工艺气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，以从所述叠层结构中选择性地去除SiGe层，其中所述工艺气体包括含氟气体和辅助刻蚀气体，所述辅助刻蚀气体包括氧元素，所述辅助刻蚀气体还包括氮元素、氦元素和氩元素中的至少一个。氦元素和氩元素中的至少一个。氦元素和氩元素中的至少一个。

【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层的叠层结构选择性地刻蚀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，用于从包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构中选择性刻蚀SiGe层，所述方法包括：利用工艺气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，以从所述叠层结构中选择性地去除SiGe层，其中所述工艺气体包括含氟气体和辅助刻蚀气体，所述辅助刻蚀气体包括氧元素、氮元素、氦元素和氩元素中的至少一个。
[0006]作为一些可选实施方式，所述辅助刻蚀气体包括氧元素，所述辅助刻蚀气体还包括氮元素、氦元素和氩元素中的至少一个。
[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，所述辅助刻蚀气体包括N2、O2、NO、NO2、He、Ar中的至少一个。
[0010]作为一些可选实施方式，在所述工艺气体中，氟元素与氧元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氮元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氦元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氩元素的含量比值范围为1至100。
[0011]作为一些可选实施方式，在利用工艺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。
[0012]作为一些可选实施方式，在利用工艺气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步
骤中，所述工艺气体的流量范围为10至4000sccm。
[0013]作为一些可选实施方式，在利用工艺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。
[0014]作为一些可选实施方式，在利用工艺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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]作为一些可选实施方式，所述半导体工艺设备还包括：进气组件，用于向所述工艺腔室的所述第一区域输送工艺气体；第一射频组件，用于将所述第一区域的所述工艺气体激发为等离子体。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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，利用工艺气体从交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构中选择性刻蚀SiGe层，该工艺气体除了作为主刻蚀气体的含氟气体外，还包括辅助刻蚀气体，该辅助刻蚀气体包括氧元素、氮元素、氦元素和氩元素中的至少一个，通过该辅助刻蚀气体，显著提升了SiGe相对于Si的刻蚀选择比，在去除SiGe层的同时保证Si层的损失较小，以提升后续制造的GAA
‑
FET的性能。
附图说明
[0021]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；
[0022]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；
[0023]图2示出了添加氧元素和氮元素的工艺气体对叠层结构进行刻蚀后得到的电镜图；
[0024]图3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；
[0025]图4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
[0026]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。
[0027]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，一些特征可能被夸大以显示特定组件的细节。因此，本专利技术实施例中的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以不同方式采用本专利技术实施例的方法和结构的代表性基础。还应注意,相同和对应的元素由相同的附图标记表示。
[0028]在下文的描述中，阐述了许多具体细节，例如特定结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本专利技术的各种实施例的理解。然而，本领域技术人员应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的各种实施例。在其他情况下，未详细描述众所周知的结构或处理步骤，以避免混淆本专利技术。
[0029]出于下文描述的目的，术语“上”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词应与说明书附图所公开的结构和方法中的定向有关。应当理解，当作为层、区域或衬底的元素被称为在另一元素上时，该元素可以直接在另一元素上，或者也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法刻蚀方法，用于从包括交替堆叠的Si层和SiGe层的叠层结构中选择性刻蚀SiGe层，其特征在于，所述方法包括：利用工艺气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀，以从所述叠层结构中选择性地去除SiGe层，其中所述工艺气体包括含氟气体和辅助刻蚀气体，所述辅助刻蚀气体包括氧元素，所述辅助刻蚀气体还包括氮元素、氦元素和氩元素中的至少一个。2.根据权利要求1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。3.根据权利要求2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。4.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，所述辅助刻蚀气体包括N2、O2、NO、NO2、He、Ar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，在所述工艺气体中，氟元素与氧元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氮元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氦元素的含量比值范围为1至100；或者氟元素与氩元素的含量比值范围为1至100。6.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在利用工艺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。7.根据权利要求1所述的干法刻蚀方法，其特征在于，在利用工艺气体对所述叠层结构进行等离子体刻蚀的步骤中，所述工艺气体的流量范围为10至4000sccm。8.根据权利要求1所述的干法...

【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：