CN103177961A - 鳍式场效应管的形成方法 - Google Patents

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一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面形成有鳍部；采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀。形成的鳍式场效应管的鳍部表面平坦，表面的粗糙度低，拐角处圆滑，鳍式场效应管的稳定性好。

Description

鳍式场效应管的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种鳍式场效应管的形成方法。
背景技术
随着半导体工艺技术的不断发展，随着工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，来获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，多栅器件作为常规器件的替代得到了广泛的关注。
鳍式场效应晶体管(Fin FET)是一种常见的多栅器件，图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图。如图1所示，包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14，鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；介质层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶部和侧壁，栅极结构12包括栅介质层(图中未示出)和位于栅介质层上的栅电极(图中未示出)。对于Fin FET，鳍部14的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构12相接触的部分都成为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。
然而，现有技术形成的鳍式场效应管的稳定性存在问题。更多关于鳍式场效应晶体管的形成方法请参考专利号为“US7868380B2”的美国专利。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种稳定性好的鳍式场效应管的形成方法。
为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种鳍式场效应管的形成方法，包括：
提供基底，所述基底表面形成有鳍部；
采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；
对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀。
可选地，所述氧化刻蚀工艺采用的气体为CF4和O2的混合物。
可选地，所述氧化刻蚀工艺的参数范围为：O2和CF4的气体流量的比例大于等于4∶1且小于等于8∶1，刻蚀腔室的压力为0.1Torr-0.6Torr，刻蚀腔室的功率为1000-3000W，处理时间5S-15S。
可选地，所述鳍部的表面具有凹陷和凸起，当采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部表面进行处理时，包括：鳍部表面的材料与氧化刻蚀工艺采用的气体发生反应，形成鳍部凹陷处的厚度大于凸起处的厚度的中间层；刻蚀表面具有中间层的鳍部，所述鳍部凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率。
可选地，所述中间层的材料为SiFx1Oy1或者GeFx2Oy2。
可选地，所述湿法刻蚀采用的化学试剂为稀释的氢氟酸，水和氢氟酸的体积比为50∶1-100∶1。
可选地，所述湿法刻蚀的工艺参数范围包括：温度为20℃-30℃，刻蚀时间为15S-30S。
可选地，至少重复执行两次“采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀”的步骤。
可选地，经湿法刻蚀后形成的鳍部表面的粗糙度小于
Figure BDA0000122701310000021
可选地，所述鳍部的材料为Si或Ce。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：
采用氧化刻蚀工艺对形成的鳍部表面进行了处理，然后对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀，尤其当鳍部表面具有凹陷和凸起时，氧化刻蚀工艺处理所述鳍部时，鳍部凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率，形成的鳍部表面平坦，鳍部拐角处变得圆滑，后续形成的鳍式场效应管的稳定性好。
附图说明
图1是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的鳍式场效应管的形成方法的流程示意图；
图3是未采用氧化刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺对鳍式场效应管进行处理的剖面结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5-图8是本发明实施例的鳍式场效应管的形成过程的剖面结构示意图；
图9是本发明实施例采用氧化刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺对鳍式场效应管进行处理后的剖面结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术形成的鳍式场效应管的稳定性存在问题。
经过研究，发明人发现，由于现有技术鳍式场效应管的鳍部通常采用刻蚀工艺形成，形成鳍部的表面会存在一些凹陷和凸起，鳍部的表面粗糙度高达
Figure BDA0000122701310000031
甚至以上，形成介质层或栅极结构等时，鳍部与介质层或栅极结构的结合处的质量存在问题，导致后续形成的鳍式场效应管的稳定性差。并且鳍部的拐角处几乎为直角，应力较集中，容易影响鳍部的机械强度，也影响了鳍式场效应管的稳定性。
经过进一步研究，发明人发现，所述鳍部的表面具有凹陷和凸起时，采用氧化刻蚀工艺对鳍部表面进行处理时，鳍部表面的材料首先与氧化刻蚀工艺采用的气体发生反应，形成鳍部凹陷处的厚度大于凸起处的厚度的中间层；后续刻蚀表面具有中间层的鳍部时，所述鳍部凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率，有助于形成表面平坦，表面粗糙度低的鳍部，后续形成的鳍式场效应管的稳定性好。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参考图2，本发明实施例的鳍式场效应管的形成方法包括：
步骤S201，提供基底，所述基底表面形成有鳍部；
步骤S203，采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；
步骤S205，对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀。
具体请参考图3-图9，图3-图9示出了本发明实施例的鳍式场效应管的形成过程的剖面结构示意图。
请参考图3，提供基底300，所述基底300表面形成有鳍部301。
所述基底300用于为后续工艺提供工作平台，所述基底300的材料为氧化硅(oxide)。
所述鳍部301为后续形成鳍式场效应管的重要组成部分，后续会形成横跨所述鳍部的栅极结构(未图示)，和位于所述栅极结构两侧的鳍部301内的源/漏极(未图示)。所述鳍部301的材料为Si或Ge。所述鳍部301的形成工艺为刻蚀工艺，例如干法刻蚀。
在本发明的实施例中，所述鳍部301的材料为Si。所述鳍部301的形成步骤包括：形成覆盖所述基底300的鳍薄膜(未图示)、位于所述鳍薄膜表面的光刻胶层(未图示)，所述光刻胶层定义出鳍部301的位置；以所述光刻胶层为掩膜刻蚀所述鳍薄膜，形成鳍部301。
发明人发现，如果直接采用上述基底中的鳍部301来形成鳍式场效应管，形成的鳍式场效应管的稳定性差。
经过进一步研究，发明人观察鳍部301的顶部和侧壁，例如A处和B处的放大图后发现，现有技术鳍式场效应管的鳍部301通常采用刻蚀工艺形成，形成鳍部301的表面会存在一些凹陷和凸起，所述凹陷和凸起会影响鳍式场效应管的后续工艺，形成的鳍部301与介质层(未图示)或栅极结构(未图示)的结合处的质量存在问题，导致后续形成的鳍式场效应管的稳定性差。
请参考图4，图4为图3中鳍部在A处的局部放大示意图。
以鳍部在A处的局部放大示意图为例进行说明，在本发明的实施例中，鳍部在A处在微观下为锯齿状。发明人对上述鳍部301进行了表面粗糙度(Ra)测量，测量结果表明，上述鳍部301的表面粗糙度高达
Figure BDA0000122701310000051
甚至以上。严重影响了鳍式场效应管的稳定性。
并且，发明人还发现，上述鳍部的拐角处几乎为直角，拐角处应力较集中，容易影响鳍部的机械强度，也影响了鳍式场效应管的稳定性。
经过更进一步研究，发明人发现，对上述鳍部301再进行氧化刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺，可以消除鳍部301表面的凹陷和凸起，并将鳍部301拐角处变得圆滑，形成稳定性好的鳍式场效应管。
请参考图5，采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部301的表面进行处理。
当采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部301表面进行处理时，包括：鳍部301表面的材料与氧化刻蚀工艺采用的气体发生反应，形成鳍部301凹陷处的厚度大于凸起处的厚度的第一中间层303；刻蚀表面具有第一中间层303的鳍部301，所述鳍部301凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率。
在本发明的实施例中，所述氧化刻蚀工艺采用的气体为CF4和O2的混合物。所述氧化刻蚀工艺的参数范围为：O2和CF4的气体流量的比例大于等于4∶1小于等于8∶1，刻蚀腔室的压力为0.1Torr-0.6Torr，刻蚀腔室的功率为1000-3000W，处理时间5S-15S。氧化刻蚀工艺的具体步骤包括：首先，CF4和O2与鳍部301中的Si发生反应形成SiFx1Oy1薄膜(即第一中间层303)，由于CF4和O2在鳍部301凹陷处的浓度更高，而鳍部301的凸起处的浓度较低，因此形成的SiFx1Oy1薄膜在鳍部301凹陷处厚度大于凸起处的厚度；然后，刻蚀表面具有SiFx1Oy1薄膜的鳍部301，由于鳍部301凹陷处的SiFx1Oy1薄膜的厚度大于凸起处的厚度，刻蚀时鳍部301凸起处的刻蚀速率大于凹陷处的刻蚀速率。
需要说明的是，所述O2和CF4的气体流量的比例较为重要，只有在合适的比例下，才能在鳍部301表面形成凹陷处厚度大于凸起处厚度的SiFx1Oy1薄膜，以利于后续将鳍部301的表面平坦化。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，若鳍部301的材料为锗，则第一中间层303的材料为GeFx2Oy2。
请参考图6，对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部301表面进行湿法刻蚀。
所述湿法刻蚀工艺用于去除所述鳍部301表面的第一中间层。所述湿法刻蚀采用的化学试剂为稀释的氢氟酸，水和氢氟酸的体积比大于100∶1。所述湿法刻蚀的工艺参数范围包括：温度为20℃-30℃，刻蚀时间为15S-30S。
在本发明的实施例中，所述湿法刻蚀的具体方法包括：提供水和氢氟酸的体积比为150∶1的稀释的氢氟酸；将待湿法刻蚀的鳍部放入所述稀释的氢氟酸中，在温度为25℃的条件下，浸泡20秒(S)，然后取出。
发明人对经过此次湿法刻蚀后的鳍部301进行了表面的粗糙度Ra的测量，发现鳍部301表面的粗糙度Ra由
Figure BDA0000122701310000071
变为
Figure BDA0000122701310000072
较图5中鳍部301表面平坦。
请参考图7，继续采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部301的表面进行处理。
发明人发现，要想最后得到的鳍部301的表面平坦，表面的粗糙度低，可以反复进行上述氧化刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺的步骤，直至鳍部301表面的粗糙度达到要求。
在本发明的实施例中，至少重复执行两次“采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀”的步骤。继续采用氧化刻蚀工艺对经湿法刻蚀后的鳍部301进行了处理，形成鳍部301凹陷处的厚度大于凸起处的厚度的第二中间层305。
所述第二中间层305的形成方法和工艺参数，请参考本发明实施例中第一中间层的形成方法和工艺参数，在此不再赘述。
随后采用湿法刻蚀工艺对表面具有第二中间层305的鳍部301进行处理，去除第二中间层305，然后测量去除第二中间层305后的鳍部301表面的粗糙度Ra。
在本发明的实施例中，请参考图8，重复执行氧化刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺的步骤，最终形成的鳍部301表面平坦，表面的粗糙度Ra小于
Figure BDA0000122701310000073
请参考图9，图9示出了经本发明实施例的氧化刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺处理后，最终形成的鳍式场效应管的剖面结构示意图。
发明人发现，在采用氧化刻蚀工艺处理所述鳍部301时，还可以对鳍部301拐角处的形状进一步处理。形成的所述鳍部301不仅表面平坦，表面的粗糙度Ra小于
Figure BDA0000122701310000074
而且所述鳍部301各个拐角处变得圆滑(rounded)，各拐角处的应力集中现象得到缓解，增加了鳍部301与基底300的结合强度，后续形成的鳍式场效应管的电学性能好，稳定性好。
综上，采用氧化刻蚀工艺对形成的鳍部表面进行了处理，然后对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀，尤其当鳍部表面具有凹陷和凸起时，氧化刻蚀工艺处理所述鳍部时，鳍部凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率，形成的鳍部表面平坦，鳍部拐角处变得圆滑，后续形成的鳍式场效应管的稳定性好。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底表面形成有鳍部；
采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；
对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀。
2.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述氧化刻蚀工艺采用的气体为CF4和O2的混合物。
3.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述氧化刻蚀工艺的参数范围为：O2和CF4的气体流量的比例大于等于4∶1且小于等于8∶1，刻蚀腔室的压力为0.1Torr-0.6Torr，刻蚀腔室的功率为1000-3000W，处理时间5S-15S。
4.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述鳍部的表面具有凹陷和凸起，当采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部表面进行处理时，包括：鳍部表面的材料与氧化刻蚀工艺采用的气体发生反应，形成鳍部凹陷处的厚度大于凸起处的厚度的中间层；刻蚀表面具有中间层的鳍部，所述鳍部凸起处的刻蚀速率高于凹陷处的刻蚀速率。
5.如权利要求4所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述中间层的材料为SiFx1Oy1或者GeFx2Oy2。
6.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀采用的化学试剂为稀释的氢氟酸，水和氢氟酸的体积比为50∶1-100∶1。
7.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀的工艺参数范围包括：温度为20℃-30℃，刻蚀时间为15S-30S。
8.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，至少重复执行两次“采用氧化刻蚀工艺对所述鳍部的表面进行处理；对氧化刻蚀工艺处理后的鳍部表面进行湿法刻蚀”的步骤。
9.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，经湿法刻蚀后形成的鳍部表面的粗糙度小于
Figure FDA0000122701300000021
10.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述鳍部的材料为Si或Ce。
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