CN105280498A - 半导体结构的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有核心区和外围区；在所述衬底表面形成第一鳍部和第二鳍部，所述第一鳍部位于所述核心区内，所述第二鳍部位于所述外围区内；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于所述第一鳍部和第二鳍部的顶部表面，且所述隔离层覆盖所述第一鳍部和第二鳍部的部分侧壁表面；在形成所述隔离层之后，在所述第一鳍部和第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化层；对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理，使所述第一氧化层与第一鳍部相接触表面的氧离子含量提高；在所述氧化处理之后，对所述核心区的第一氧化层进行刻蚀。所形成的半导体结构性能形貌良好、性能稳定。

Description

半导体结构的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，平面晶体管的栅极尺寸也越来越短，传统的平面晶体管对沟道电流的控制能力变弱，产生短沟道效应，产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。

为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，现有技术提出了鳍式场效应晶体管(FinFET)。鳍式场效应晶体管是一种常见的多栅器件。

如图1所示，是一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图，包括：半导体衬底100；位于半导体衬底100表面的鳍部101；位于半导体衬底100表面的介质层102，所述介质层102覆盖部分所述鳍部101的侧壁，且介质层102表面低于鳍部101顶部；位于介质层102表面、以及鳍部101的顶部和侧壁表面的栅极结构103；位于所述栅极结构103两侧的鳍部101内的源区104a和漏区104b。

然而，现有技术所形成的鳍式场效应晶体管性能不稳定、可靠性较差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，所形成的半导体结构形貌良好、性能改善。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有核心区和外围区；在所述衬底表面形成第一鳍部和第二鳍部，所述第一鳍部位于所述核心区内，所述第二鳍部位于所述外围区内；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于所述第一鳍部和第二鳍部的顶部表面，且所述隔离层覆盖所述第一鳍部和第二鳍部的部分侧壁表面；在形成所述隔离层之后，在所述第一鳍部和第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化层；对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理；在所述氧化处理之后，对所述核心区的第一氧化层进行刻蚀。

可选的，还包括：在所述刻蚀工艺之后，所述第一鳍部的侧壁和顶部表面具有未被刻蚀的部分第一氧化层；重复一次或若干次所述对核心区的第一氧化层所进行的氧化处理、以及所述氧化处理之后的刻蚀工艺，直至去除所述核心区的第一氧化层，并暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面为止。

可选的，对核心区的第一氧化层进行氧化处理、以及氧化处理之后的刻蚀工艺的次数为1次～3次。

可选的，所述刻蚀工艺为各向同性的干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺为SiCoNi工艺，所述SiCoNi工艺的参数包括：功率10W～100W，刻蚀气体包括NH₃、NF₃、He，其中，NH₃的流量为0sccm～500sccm，NF₃的流量为20sccm～200sccm，所述NF₃和NH₃的比例小于等于2:10，He的流量为400sccm～1200sccm。

可选的，在对所述核心区的第一氧化层进行刻蚀之后，暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面。

可选的，还包括：在暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面之后，采用化学氧化工艺在所述第一鳍部的侧壁和顶部表面形成第二氧化层。

可选的，还包括：在形成所述第二氧化层之后，在所述第二氧化层表面形成横跨于所述第一鳍部上的栅极结构。

可选的，所述栅极结构包括：位于第二氧化层表面的栅介质层、以及位于栅介质层表面的栅极层。

可选的，所述栅介质层的材料为高K介质材料；所述栅极层的材料为金属。

可选的，所述氧化处理工艺包括：采用通入臭氧的水溶液对核心区的第一氧化层进行处理。

可选的，在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的浓度为3ppm～50ppm。

可选的，在对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理之前，在外围区的第一氧化层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，对核心区的第一氧化层进行氧化处理和刻蚀。

可选的，所述第一氧化层的形成工艺包括：在形成所述隔离层之后，在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构，所述伪栅极结构包括：第一氧化层、以及位于所述第一氧化层表面的伪栅极层；在所述伪栅极结构两侧的第一鳍部和第二鳍部内形成源漏区；在形成所述源漏区之后，在隔离层、第一鳍部和第二鳍部表面形成介质层，所述介质层的表面暴露出所述伪栅极结构的表面；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口，所述开口底部暴露出第一氧化层表面。

可选的，所述伪栅极结构的形成工艺包括：在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化膜；在所述第一氧化膜表面形成伪栅极膜；刻蚀部分所述第一氧化膜和伪栅极膜，直至暴露出部分隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面，形成横跨于第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构。

可选的，所述第一氧化膜的形成工艺为沉积工艺。

可选的，所述第一氧化层的形成工艺为热氧化工艺。

可选的，所述第一氧化层的厚度为10埃～100埃。

可选的，还包括：在形成所述第一氧化层之前，在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构，所述伪栅极结构包括伪栅极层；在所述伪栅极结构两侧的第一鳍部和第二鳍部内形成源漏区；在形成所述源漏区之后，在隔离层、第一鳍部和第二鳍部表面形成介质层，所述介质层的表面暴露出所述伪栅极结构的表面；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口，所述开口底部暴露出部分隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面；所述第一氧化层形成于所述开口底部的第一鳍部侧壁和顶部表面、第二鳍部和顶部表面。

可选的，所述伪栅极层的材料为多晶硅；所述伪栅极层的厚度为500埃～1500埃；去除所述伪栅极层的工艺为干法刻蚀、湿法刻蚀、或干法刻蚀和湿法刻蚀的组合。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的形成方法中，在衬底表面形成覆盖第一鳍部和第二鳍部部分侧壁的隔离层之后，在所述第一鳍部和第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化层。其中，所述核心区内的器件密度比大外围区的器件密度大，因此，形成于核心区内的鳍式场效应晶体管的尺寸较小，则形成于外围区的第二鳍部侧壁和顶部表面的第一氧化层不适用于核心区的第一鳍部表面，因此，在形成第一氧化层之后，需要去除核心区的第一氧化层，以便后续工艺形成适用于核心区的第一鳍部表面的氧化层。为了在去除核心区第一氧化层之后，改善第一鳍部表面的形貌，在刻蚀工艺之前，对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理，能够提高所述第一氧化层内的氧离子含量，尤其是所述第一氧化层与第一鳍部相接触表面的氧离子含量，从而使得第一氧化层与第一鳍部相接触的界面更为清晰，则后续刻蚀核心区的第一氧化层之后，能够保证第一鳍部的表面更为粗糙度降低、表面形貌更为光滑，有利于保证所形成的鳍式场效应管的性能更为稳定。而且，由于所述核心区的第一氧化层与第一鳍部接触表面的氧离子含量提高，有利于提高刻蚀核心区第一氧化层的速率，从而缩短所述刻蚀工艺的时间，进而使得形成鳍式场效应晶体管的工艺制程时间减少。

进一步，在所述刻蚀工艺之后，所述第一鳍部的侧壁和顶部表面具有未被刻蚀的部分第一氧化层，重复一次或若干次所述对核心区的第一氧化层所进行的氧化处理、以及所述氧化处理之后的刻蚀工艺，直至去除所述核心区的第一氧化层，并暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面为止。在所述刻蚀工艺之后再次进行所述氧化处理工艺，不仅能够用于使为被去除的部分第一氧化层进一步氧化，还能够去除前序刻蚀工艺残留于第一氧化层表面或隔离层表面的刻蚀副产物，从而不仅能够去除厚度较厚的第一氧化层，还能够保证在完全去除第一氧化层，并暴露出第一鳍部表面之后，所述第一鳍部表面以及隔离层表面不会附着副产物，从而保证了后续形成于鳍部表面的鳍式场效应晶体管的性能稳定。

附图说明

图1是一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图；

图2至图13是本发明实施例的半导体结构的形成过程的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有技术所形成的鳍式场效应晶体管性能不稳定、可靠性较差。

为了能够进一步缩小半导体器件的尺寸、提高半导体器件的集成度，在晶体管中引入了一种高K金属栅极(High-KMetalGate，简称HKMG)结构。请继续参考图1，所述栅极结构103包括：位于鳍部101侧壁和顶部表面的栅介质层、以及位于栅介质层表面的栅极层。而所述栅极结构103为高K金属栅极结构时，所述栅介质层的材料为高K介质材料，所述栅极层的材料为金属。

所述高K金属栅极结构需要采用后栅(GateLast)工艺形成，即先在鳍部101的侧壁和顶部表面形成横跨于所述鳍部101的伪栅极结构，后续再去除所述伪栅极结构，并以高K金属栅极结构替代所述伪栅极结构。所述伪栅极结构包括以多晶硅为材料的栅极层；而且，为了在后续去除伪栅极结构时，减少所述鳍部101的侧壁和顶部表面所受的损伤，所述伪栅极结构还包括位于伪栅极层和鳍部101之间的伪栅介质层，所述伪栅介质层的材料为氧化硅，在去除伪栅极层时，所述伪栅介质层能够保护鳍部101的表面。由于所述氧化硅与鳍部101之间的刻蚀选择性较大，在去除伪栅介质层时，所述鳍部101表面受到的损伤较小。

经过研究发现，由于位于鳍部101侧壁和顶部表面的伪栅介质层均需要被去除，则去除伪栅介质层的刻蚀工艺为各向同性的刻蚀工艺。然而，去除所述伪栅介质层的各向同性的刻蚀工艺速率较慢，尤其是干法刻蚀工艺的刻蚀速率法比湿法刻蚀工艺更慢，使得刻蚀时间较长。而且，由于所述伪栅介质层形成于鳍部101的表面，而受到工艺制程中的热量驱动，所述鳍部101内的半导体原子容易扩散入所述伪栅介质层内，导致在所述伪栅介质层与鳍部101相接触的部分区域内，氧含量降低；进而，随着去除伪栅介质层的刻蚀工艺的进行，伪栅介质层内的氧含量逐渐降低，则刻蚀工艺的速率逐渐减慢，不仅使得刻蚀时间延长，而且容易导致刻蚀之后的鳍部101表面形貌不良、粗糙度较大。因此，所形成的鳍式场效应晶体管的性能不稳定、特征尺寸的精确度。

为了解决上述问题，本发明提出一种半导体结构的形成方法。其中，在衬底表面形成覆盖第一鳍部和第二鳍部部分侧壁的隔离层之后，在所述第一鳍部和第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化层。其中，所述核心区内的器件密度比大外围区的器件密度大，因此，形成于核心区内的鳍式场效应晶体管的尺寸较小，则形成于外围区的第二鳍部侧壁和顶部表面的第一氧化层不适用于核心区的第一鳍部表面，因此，在形成第一氧化层之后，需要去除核心区的第一氧化层，以便后续工艺形成适用于核心区的第一鳍部表面的氧化层。为了在去除核心区第一氧化层之后，改善第一鳍部表面的形貌，在刻蚀工艺之前，对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理，以提所述第一氧化层与第一鳍部相接处表面的氧离子含量，从而使得第一氧化层与第一鳍部相接触的界面更为清晰，则后续刻蚀核心区的第一氧化层之后，能够保证第一鳍部的表面更为粗糙度降低、表面形貌更为光滑，有利于保证所形成的鳍式场效应管的性能更为稳定。而且，由于所述核心区的第一氧化层与第一鳍部接触表面的氧离子含量提高，有利于提高刻蚀核心区第一氧化层的速率，从而缩短所述刻蚀工艺的时间，进而使得形成鳍式场效应晶体管的工艺制程时间减少。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2至图13是本发明实施例的半导体结构的形成过程的结构示意图。

请参考图2，提供衬底200，所述衬底具有核心区201和外围区202；在所述衬底表面形成第一鳍部210和第二鳍部220，所述第一鳍部210位于所述核心区201内，所述第二鳍部220位于所述外围区202内。

所述衬底200的核心区201所形成的鳍式场效应晶体管用于构成集成电路的核心器件，所述外围区202所形成的鳍式场效应晶体管用于形成输入输出电路；因此，所述核心区201所形成的第一鳍部210的密度较大，且所述核心区201所形成的鳍式场效应晶体管的工作电压较小；而所述外围区202所形成的第二鳍部220的密度较大，且外围区202所形成的鳍式场效应晶体管的工作电压较大。

在本实施例中，所述衬底200、第一鳍部210和第二鳍部220均为半导体基底的一部分，所述第一鳍部210和第二鳍部220通过刻蚀所述半导体基底形成，而位于第一鳍部210和第二鳍部220底部未被刻蚀的部分半导体基底形成衬底200。

所述半导体基底为体衬底或绝缘体上半导体衬底，所述体衬底为硅衬底、锗衬底和硅锗衬底，所述绝缘体上半导体衬底为绝缘体上硅衬底或绝缘体上锗衬底。

所述第一鳍部210和第二鳍部220的形成工艺包括：在所述半导体基底表面形成掩膜层，所述掩膜层覆盖了需要形成鳍部210的对应区域；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成若干开口，相邻开口之间的半导体基底形成所述第一鳍部210和第二鳍部220，位于第一鳍部210和第二鳍部220底部剩余的半导体基底形成衬底200。

为了缩小所形成的第一鳍部210和第二鳍部220尺寸、以及相邻第一鳍部210之间或相邻第二鳍部220之间的距离，所述掩膜层能够采用多重图形化掩膜工艺形成。尤其是在本实施例中，核心区201所形成的第一鳍部210的密度较大，因此更需要采用所述多重图形化掩膜工艺形成刻蚀第一鳍部210的掩膜层。所述多重图形化掩膜工艺包括：自对准双重图形化(Self-alignedDoublePatterned，SaDP)工艺、自对准三重图形化(Self-alignedTriplePatterned)工艺、或自对准四重图形化(Self-alignedDoubleDoublePatterned，SaDDP)工艺。

在一实施例中，所述掩膜层的形成工艺为自对准双重图形化工艺，包括：在半导体基底表面沉积牺牲膜；在所述牺牲膜表面形成图形化的光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述牺牲膜直至暴露出半导体基底表面为止，形成牺牲层，并去除光刻胶层；在半导体基底和牺牲层表面沉积掩膜材料膜；回刻蚀所述掩膜材料膜直至暴露出牺牲层和半导体基底表面为止，在牺牲层两侧的半导体基底表面形成掩膜层；在所述回刻蚀工艺之后，去除所述牺牲层。

在另一实施例中，所述半导体基底还能够为绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括：基底、位于基底表面的绝缘层、位于绝缘层表面的半导体层。所述第一鳍部210和第二鳍部220的形成工艺包括：在半导体层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜刻蚀半导体层直至暴露出绝缘层表面为止，形成位于绝缘层上的第一鳍部210和第二鳍部220，所述基底形成衬底200，而所述绝缘层为隔离所述第一鳍部210和第二鳍部220的隔离层。

在其他实施例中，所述第一鳍部210和第二鳍部220通过刻蚀形成于半导体基底表面的半导体层形成，所述半导体层采用选择性外延沉积工艺形成于所述半导体基底表面。所述半导体基底为硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、玻璃衬底或III-V族化合物衬底，例如氮化镓衬底或砷化镓衬底等，所述半导体基底的选择不受限制，能够选取适于工艺需求或易于集成的半导体基底。所述半导体层的材料为硅、锗、碳化硅或硅锗，所形成的第一鳍部210和第二鳍部220的材料不受限制，能够满足特定的工艺需求，且所述半导体层的厚度能够通过外延工艺进行控制，从而控制所形成的第一鳍部210和第二鳍部220的高度。

请参考图3，在所述衬底200表面形成隔离层230，所述隔离层230的表面低于所述第一鳍部210和第二鳍部220的顶部表面，且所述隔离层230覆盖所述第一鳍部210和第二鳍部220的部分侧壁表面。

所述隔离层230用于隔离相邻的第一鳍部210和相邻的第二鳍部220，从而使得第一鳍部210和第二鳍部220内形成的有源区相互隔离。所述隔离层230的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低K介质材料、超低K介质材料中的一种或多种组合；本实施例中，所述隔离层230的材料为氧化硅。所述隔离层211的形成工艺包括：在所述衬底200、第一鳍部210和第二鳍部220的表面沉积隔离膜；平坦化所述隔离膜，直至暴露出所述第一鳍部210和第二鳍部220的顶部表面为止；在平坦化所述隔离膜之后，回刻蚀所述隔离膜，并暴露出第一鳍部210和第二鳍部220的部分侧壁表面，形成所述隔离层230。

其中，所述隔离膜的形成工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺，例如流体化学气相沉积(FCVD，FlowableChemicalVaporDeposition)工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺；所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺；本实施例中，所述隔离膜的形成工艺为流体化学气相沉积工艺，采用所述流体化学气相沉积工艺形成的隔离膜易于填充入第一鳍部210之间、以及第二鳍部220之间的沟槽内，能够使所形成的隔离膜均匀致密，所形成的隔离层230隔离性能良好。

在一实施例中，为了避免所述化学机械抛光对鳍部顶部造成损伤，还能够在形成隔离膜之前，在衬底200和鳍部210表面形成抛光停止层，所述抛光停止层的材料与隔离膜的材料不同，当所述化学机械抛光工艺暴露出所述抛光停止层之后，对所述抛光停止层进行过抛光或湿法刻蚀工艺，以暴露出第一鳍部210和第二鳍部220的顶部表面。

所述回刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，由于所述平坦化工艺使隔离膜的表面平坦，因此经过所述回刻蚀之后，所述隔离层230的表面平坦。

在形成所述隔离层230之后，在形成后续的伪栅极结构之前，去除用于形成鳍部210的掩膜层，并对鳍部201的离子注入工艺。在一实施例中，所述离子注入工艺用于对所述鳍部210进行阱区注入，以便在鳍部210内形成阱区；在另一实施例中，还能够在所述阱区注入之后，对所述鳍部211进行阈值调节注入，以对所形成的鳍式场效应晶体管的阈值电压进行调整。

在形成所述隔离层230之后，所述第一鳍部210和第二鳍部220暴露出的侧壁和顶部表面在后续会形成第一氧化层。在本实施例中，所述第一氧化层是后续形成的伪栅极结构中的伪栅介质层。在另一实施例中，所述第一氧化层在后去除伪栅极结构之后，形成于第一鳍部210和第二鳍部220表面。

请参考图4和图5，图4是图5的立体结构示意图，图5是图4沿BB’方向的剖面结构示意图，在所述隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部220的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部210和第二鳍部220的伪栅极结构240，所述伪栅极结构240包括：第一氧化层241、以及位于所述第一氧化层241表面的伪栅极层242。

本实施例中，所形成的鳍式场效应晶体管的栅极结构为高K金属栅极结构，因此需要采用后栅工艺形成所述栅极结构，即首先在所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部210的伪栅极结构220，并且，在所述第二鳍部220的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第二鳍部220的伪栅极结构220，后续再以高K金属栅极结构替代所述伪栅极结构220。

本实施例中，所述伪栅极结构240包括第一氧化层241、以及位于所述第一氧化层241表面的伪栅极层242。在另一实施例中，所述伪栅极结构仅包括伪栅极层。

所述伪栅极层242的材料为多晶硅，由于所述多晶硅易于形成且易于去除，因此所形成的伪栅极层242形貌良好，且去除伪栅极层242之后不易产生过多的副产物。在本实施例中，所述第一氧化层241位于伪栅极层242与第一鳍部210或第二鳍部220之间，作为伪栅极结构240中的伪栅介质层，所述第一氧化层241的材料为氧化硅。所述第一氧化层241用于增强伪栅极层242与第一鳍部210或第二鳍部220之间的结合能力；而且，在后续去除伪栅极层242时，所述第一氧化层241能够保护第一鳍部210和第二鳍部220的表面免受损伤；此外，由于所述第一氧化层241与鳍部210之间的刻蚀选择性较大，因此在后续去除第一氧化层241时，所述第一鳍部210和第二鳍部220表面受到的损伤较小。

所述伪栅极结构240的形成工艺包括：在所述隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部220的侧壁和顶部表面形成第一氧化膜；在所述第一氧化膜表面形成伪栅极膜；刻蚀部分所述第一氧化膜和伪栅极膜，直至暴露出部分隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部220的侧壁和顶部表面，形成横跨于第一鳍部210和第二鳍部20的伪栅极结构240。

其中，所述第一氧化膜的形成工艺为沉积工艺，所述沉积工艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。所述第一氧化膜的厚度为10埃～100埃。所述伪栅极层242的材料为多晶硅，所述伪栅极层242的形成工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺，所述伪栅极层242的厚度为500埃～1500埃。

在本实施例中，在形成所述伪栅极结构240之后，在所述伪栅极结构240的侧壁表面形成侧墙(未图示)，所述侧墙的材料为SiO、SiON、SiOBN、SiOCN中的一种或两种，形成工艺包括沉积工艺、以及沉积工艺之后的回刻蚀工艺，所述沉积工艺包括原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。

在形成所述侧墙之后，在所述伪栅极结构240两侧的第一鳍部210和第二鳍部220内形成源漏区243。在一实施例中，所述源漏区243的形成工艺为离子注入工艺，所注入的离子为P型离子或N型离子。在另一实施例中，还能够刻蚀部分伪栅极结构220和侧墙两侧的第一鳍部210或第二鳍部220，在第一鳍部210或第二鳍部220内形成开口；采用选择性外延沉积工艺在所述开口内形成源漏区材料层，所述源漏区材料层的材料为硅、硅锗或碳化硅；采用原位掺杂工艺在所述源漏区材料层内掺杂P型离子或N型离子。

需要说明的是，后续所示的图6至图13均为基于图5所示的剖面结构进行工艺制程的示意图。

请参考图6，在形成所述源漏区243之后，在隔离层230、第一鳍部210和第二鳍部220表面形成介质层250，所述介质层250的表面暴露出所述伪栅极结构240的表面。

所述介质层250用于隔离相邻的伪栅极结构240，并且用于保留所述伪栅极结构240的形貌。所述介质层250的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低K介质材料、超低K介质材料中的一种或多种组合。

所述介质层250的形成工艺包括：在隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、第二鳍部220的侧壁和顶部表面、以及伪栅极结构240的侧壁和顶部表面形成介质膜；平坦化所述介质膜直至暴露出伪栅极结构240的顶部表面为止，形成介质层250。本实施例中，所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺。

在一实施例中，还包括：在形成所述介质膜之前，在所述隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、第二鳍部220的侧壁和顶部表面、以及伪栅极结构240的侧壁和顶部表面形成刻蚀停止膜；在所述刻蚀停止层表面形成介质膜；在平坦化所述介质膜和刻蚀停止膜，并暴露出伪栅极结构240的顶部表面之后，形成介质层250和刻蚀停止层。

所述刻蚀停止层的材料与介质层250的材料不同，所述刻蚀停止层的材料为SiO、SiON、SiOBN、SiOCN中的一种或多种组合，所述刻蚀停止膜形成工艺为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。所述刻蚀停止层能够在后续形成位于源漏区表面的导电插塞时，作为刻蚀工艺的停止层。

请参考图7，去除所述伪栅极层242，在所述介质层250内形成开口251，所述开口251底部暴露出第一氧化层241表面。

在去除所述伪栅极层242之后，剩余所述第一氧化层241位于所述第一鳍部210和第二鳍部242的侧壁和顶部表面。去除所述伪栅极层242的工艺为干法刻蚀、湿法刻蚀、或干法刻蚀和湿法刻蚀的组合。在本实施例中，采用湿法刻蚀工艺去除所述伪栅极层242，所述湿法刻蚀工艺产生的副产物较少，所述湿法刻蚀的刻蚀液为硝酸溶液或亚硝酸钠溶液。

在本实施例中，由于去除伪栅极层242的工艺会对所述第一氧化层241造成损伤，为了保证后续形成于栅介质层和第一鳍部210之间的氧化层厚度精确，需要去除所述第一鳍部210表面的第一氧化层241，之后再采用氧化工艺在所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面形成氧化层。而且，采用氧化工艺形成的氧化层相较于采用沉积工艺形成的所述第一氧化层241更为致密，而所述第一区域201的器件密度更大，形成于第一鳍部210上的鳍式场效应晶体管的尺寸更小，需要后续形成于第一鳍部210表面的氧化层具有更高的密度以及更强的电隔离效果，因此，后续需要去除所述第一氧化层241，并以银行工艺形成密度更高的第二氧化层，以提高后续形成的栅极层与第一鳍部210之间的隔离效果，避免后续形成的栅极层与第一鳍部210之间发生隧穿现象。

在另一实施例中，所述伪栅极结构仅包括栅极层，所述第一氧化层在去除伪栅极结构之后形成，所述第一氧化层的形成工艺为热氧化工艺，所述第一氧化层作为第二鳍部220与后续形成的栅极层之间的结合层，用于提高后续形成的栅介质层与第二鳍部220之间的结合能力。

所述第一氧化层使得形成工艺包括：在形成所述第一氧化层之前，在所述隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部220的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部210和第二鳍部220的伪栅极结构，所述伪栅极结构包括伪栅极层；在所述伪栅极结构两侧的第一鳍部210和第二鳍部220内形成源漏区；在形成所述源漏区之后，在隔离层230、第一鳍部210和第二鳍部220表面形成介质层，所述介质层的表面暴露出所述伪栅极结构的表面；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口，所述开口底部暴露出部分隔离层230表面、第一鳍部210的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部220的侧壁和顶部表面；采用热氧化工艺在所述开口底部的第一鳍部侧壁和顶部表面、第二鳍部和顶部表面形成第一氧化层。

请参考图8，在外围区202的第一氧化层241表面形成掩膜层260。

所述掩膜层260作为后者对核心区201的第一氧化层241进行氧化处理和刻蚀工艺的掩膜。在本实施例中所述掩膜层260为图形化的光刻胶层，所述光刻胶层的形成工艺包括：采用旋涂或喷涂工艺在介质层250表面、以及开口251内的第一氧化层241表面形成光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影，以暴露出核心区201的介质层250表面以及第一氧化层241表面，形成光刻胶层。

在一实施例中，在形成光刻胶膜之前，还能够在介质层250表面和第一氧化层241表面形成底层抗反射层；在所述底层抗反射层表面形成光刻胶膜；在曝光显影形成光刻胶层之后，以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述底层抗反射层，并暴露出核心区的介质层250和第一氧化层241。

请参考图9，以所述掩膜层260为掩膜，对所述核心区201的第一氧化层241进行氧化处理，使所述第一氧化层241内的氧离子含量提高。

所述氧化处理工艺包括：采用通入臭氧的水溶液对核心区201的第一氧化层241进行处理；在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的浓度为3ppm～50ppm；采用通入臭氧的水溶液对所述第一氧化层241进行处理的方法为喷淋、冲洗或浸渍。由于所述臭氧在水中的浓度较低，因此能够保证水溶液中的氧离子能够在对第一氧化层241进行氧化的同时，保证氧离子不会进一步穿过所述第一氧化层241并造成第一鳍部210表面的氧化，因此所述氧化处理工艺能够使第一氧化层241与第一鳍部210之间的接触界面更分明，有利于后续刻蚀工艺的进行。

在所述氧化处理工艺中，臭氧能够在水中分解为离子状态，采用臭氧的水溶液对核心区201的第一氧化层241进行处理时，水溶液中的氧离子能够渗透进入所述第一氧化层241内，从而提高所述第一氧化层241内的氧离子含量。

由于所述第一氧化层241形成于第一鳍部210的侧壁和顶部表面，而所述第一鳍部210的材料为半导体材料，而所述第一氧化层241的材料为氧化硅，所述第一鳍部210内的半导体材料容易向所述第一氧化层241内扩散，继而导致在所述第一氧化层241与第一鳍部210相接触的部分区域内，氧离子的含量降低，而第一氧化层241与第一鳍部210相接触的界面处分界模糊，则后续刻蚀所述第一氧化层241时，随着刻蚀工艺的进行，刻蚀速率会逐渐减慢，而且刻蚀之后的第一鳍部210表面粗糙，不利于形成性能稳定的鳍式场效应晶体管。

在本实施例中，所述第一鳍部210由硅衬底刻蚀形成，因此所述第一鳍部210的材料为单晶硅，在形成第一氧化层241之后的工艺制程中，例如形成伪栅极结构240(如图4和图5所示)、以及形成介质层250的工艺制程中，所述第一鳍部210内的硅容易受到热量驱动而向相接触的第一氧化层241内扩散，导致第一氧化层241与第一鳍部210相接触的部分区域内硅离子的含量提高，而氧离子的含量降低，容易导致后续刻蚀去除第一氧化层241的速率较慢，而且去除第一氧化层241之后的第一鳍部210表面粗糙。

为了解决上述问题，本实施例在进行后续的刻蚀工艺之前，对所述核心区210的第一氧化层241进行氧化处理，以提高第一氧化层241内的氧离子含量，尤其是提高了第一氧化层241与第一鳍部210相接触的部分区域内的氧离子含量，使第一氧化层241与第一鳍部210之间的界限更为清晰分明，从而提高后续刻蚀第一氧化层241的速率，以提高工艺制程的效率，并且使去除第一氧化层241之后的第一鳍部210表面粗糙度降低，以使后续形成的鳍式场效应晶体管的性能改善、可靠性提高。

在本实施例中，后续对所述核心区201的第一氧化层241进行重复若干次的氧化处理工艺、以及所述氧化处理工艺之后的刻蚀工艺，以去除所述第一氧化层241。在另一实施例中，对所述核心区201的第一氧化层241仅进行一次氧化处理，并且在所述氧化处理之后，仅进行一次刻蚀工艺去除第一氧化层241，使得工艺步骤较为简化，节省工艺时间和工艺成本。

请参考图10，在所述氧化处理之后，以所述掩膜层260为掩膜，对所述核心区201的第一氧化层241进行刻蚀。

在本实施例中，需要对所述核心区210的第一氧化层241重复进行若干次氧化处理工艺、以及氧化处理工艺之后的刻蚀工艺，因此，在所述刻蚀工艺之后，所述第一鳍部210的表面具有部分未被刻蚀的第一氧化层241。在另一实施例中，在对所述核心区201的第一氧化层241进行刻蚀之后，暴露出所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面。

由于所述刻蚀工艺用于去除所述第一氧化层241，而所述第一氧化层241位于第一鳍部210的侧壁和顶部表面，因此，所述刻蚀工艺为各向同性的刻蚀工艺，所述各向同性的刻蚀工艺能够在平行于衬底200表面、以及垂直于衬底200表面的方向上均具有刻蚀速率，因此能够对位于第一鳍部210的侧壁和顶部表面的第一氧化层241进行刻蚀。

在本实施例中，所述刻蚀工艺为各向同性的干法刻蚀工艺，所述各向同性的干法刻蚀工艺为SiCoNi工艺或Certas工艺。所述各向同性的刻蚀工艺刻蚀速率较是湿法刻蚀工艺慢，因此所述干法刻蚀工艺的刻蚀厚度容易控制，能够在去除第一氧化层241之后，避免隔离层230的厚度被过度减薄，从而保证了后续形成于开口251内的栅极结构的尺寸精确，且栅极结构与衬底200之间的电隔离效果较好。

所述第一氧化层241能够以沉积工艺或热氧化工艺形成，而所述隔离层230采用沉积工艺形成，由于所述各向同性的干法刻蚀工艺对于以沉积工艺或热氧化工艺所形成的氧化材料刻蚀速率相同，因此，即使所述第一氧化层241以热氧化工艺形成，而所述隔离层230采用沉积工艺形成，所述干法刻蚀工艺对第一氧化层241和隔离层230的刻蚀厚度也相同，因此能够避免所述隔离层230的厚度被过度减薄。

在另一实施例中，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸溶液，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀速率较快。

所述SiCoNi工艺的参数包括：功率10W～100W，刻蚀气体包括NH₃、NF₃、He，其中，NH₃的流量为0sccm～500sccm，NF₃的流量为20sccm～200sccm，所述NF₃和NH₃的比例小于等于2:10，He的流量为400sccm～1200sccm。通过调整所述刻蚀工艺的参数，能够调整刻蚀工艺的选择比，能够提高对氧化硅材料的刻蚀速率，并降低对其它材料的刻蚀速率，例如SiN、SiON、SiOCN等。

请参考图11，重复一次或若干次所述对核心区201的第一氧化层241(如图9所示)所进行的氧化处理、以及所述氧化处理之后的刻蚀工艺，直至去除所述核心区201的第一氧化层241，并暴露出所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面为止。

在刻蚀部分第一氧化层241之后，再次对所述第一氧化层241进行氧化处理，所述氧化处理不仅能够进一步提高剩余的第一氧化层241内的氧离子含量，还能够去除前序刻蚀工艺在第一氧化层241表面残留的刻蚀副产物。

本实施例中，所述氧化处理工艺采用通入臭氧的水溶液对所述第一氧化层241进行处理，而以所述臭氧的水溶液进行处理的方法为喷淋、冲洗或浸渍，因此，在对所述第一氧化层241进行氧化处理的同时，所述水溶液能够带走前序刻蚀工艺所残留的副产物，从而保证了最终所暴露出的第一鳍部210表面更为洁净，在所述第一鳍部210表面形成的鳍式场效应晶体管的性能更为稳定。在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的浓度为3ppm～50ppm。

所述刻蚀工艺为各向同性的刻蚀工艺，所述各向同性的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。在一实施例中，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，由于所述第一氧化层241的材料为氧化硅，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸溶液。在本实施例中，所述刻蚀工艺为各向同性的干法刻蚀工艺，所述各向同性的干法刻蚀工艺为SiCoNi工艺或Certas工艺。

在本实施例中，对核心区的第一氧化层241进行氧化处理、以及氧化处理之后的刻蚀工艺的次数为2次～3次，所述氧化处理和刻蚀工艺的次数较少，能够在保证去除第一氧化层241，且使第一鳍部210表面的粗糙度降低的情况下，使得去除第一氧化层241的时间较短，有利于提高工艺制程的效率。在其它实施例中，对核心区的第一氧化层241进行氧化处理和刻蚀工艺的次数还能够仅为1次。

请参考图12，在暴露出所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面之后，采用化学氧化工艺在所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面形成第二氧化层270。

在本实施例中，所述第二氧化层270的形成工艺为化学氧化工艺，所形成的第二氧化层270的材料为氧化硅。所述化学氧化工艺为：采用通入臭氧的水溶液对所述第一鳍部210暴露出的侧壁和顶部表面进行氧化，在所述第一鳍部210的侧壁和顶部表面形成第二氧化层。其中，在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的浓度为1％～15％。

由于所述核心区201的器件密度较大，因此后续形成于所述核心区201的鳍式场效应晶体管的尺寸较小。而采用所述化学氧化工艺所形成的第二氧化层270相较于采用热氧化工艺所形成的氧化层，具有更低的等效氧化层厚度(EquivalentOxideThickness，简称EOT)，因此，所形成的第二氧化层270更适于核心区201所需形成的鳍式场效应晶体管。

请参考图13，在形成所述第二氧化层270之后，在所述第二氧化层270表面形成横跨于所述第一鳍部210上的栅极结构280。

所述栅极结构280包括：位于第二氧化层270表面的栅介质层281、以及位于栅介质层281表面的栅极层282。本实施例中，所述栅介质层281的材料为高K介质材料；所述栅极层282的材料为金属，所形成的栅极结构280为高K金属栅极结构。其中，所述高K介质材料包括Hf基介质材料，所述Hf基介质材料包括HfO₂或HfSiO₄；所述金属材料包括铜、钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽中的一种或多种组合。

所述栅极结构280的形成工艺包括：在介质层250、第二氧化层270和隔离层230表面沉积栅介质膜；在所述栅介质膜表面沉积栅极膜；平坦化所述栅极膜和栅介质膜，直至暴露出介质层250表面为止，在核心区201的开口251(如图12所示)内形成栅介质层281和栅极层282。本实施例中，所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺。

在一实施例中，在形成所述栅极结构280之前，去除所述掩膜层260，并暴露出外围区202的开口251；在核心区201形成栅极结构280的同时，在外围区202的开口251内形成栅极结构280，所述栅极结构包括：位于第一氧化层241表面的栅介质层、以及位于栅介质层表面的栅极层，所述栅介质层的材料为高K介质材料，所述栅极层的材料为金属。

在另一实施例中，在所述栅极层282和栅介质层281之间还能够形成功函数层，所述功函数层用于调节所形成的鳍式场效应晶体管的阈值电压。具体的，所述功函数层的形成工艺包括：在沉积栅介质膜之后，在所述栅介质膜表面沉积功函数膜；在所述功函数膜表面沉积栅极膜；在上述平坦化工艺中，平坦化所述功函数膜，以形成功函数层。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底具有核心区和外围区；

在所述衬底表面形成第一鳍部和第二鳍部，所述第一鳍部位于所述核心区内，所述第二鳍部位于所述外围区内；

在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于所述第一鳍部和第二鳍部的顶部表面，且所述隔离层覆盖所述第一鳍部和第二鳍部的部分侧壁表面；

在形成所述隔离层之后，在所述第一鳍部和第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化层；

对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理；

在所述氧化处理之后，对所述核心区的第一氧化层进行刻蚀。

2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在所述刻蚀工艺之后，所述第一鳍部的侧壁和顶部表面具有未被刻蚀的部分第一氧化层；重复一次或若干次所述对核心区的第一氧化层所进行的氧化处理、以及所述氧化处理之后的刻蚀工艺，直至去除所述核心区的第一氧化层，并暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面为止。

3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对核心区的第一氧化层进行氧化处理、以及氧化处理之后的刻蚀工艺的次数为1次～3次。

4.如权利要求1或2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为各向同性的干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺为SiCoNi工艺，所述SiCoNi工艺的参数包括：功率10W～100W，刻蚀气体包括NH₃、NF₃、He，其中，NH₃的流量为0sccm～500sccm，NF₃的流量为20sccm～200sccm，所述NF₃和NH₃的比例小于等于2:10，He的流量为400sccm～1200sccm。

5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在对所述核心区的第一氧化层进行刻蚀之后，暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面。

6.如权利要求2或5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在暴露出所述第一鳍部的侧壁和顶部表面之后，采用化学氧化工艺在所述第一鳍部的侧壁和顶部表面形成第二氧化层。

7.如权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述第二氧化层之后，在所述第二氧化层表面形成横跨于所述第一鳍部上的栅极结构。

8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述栅极结构包括：位于第二氧化层表面的栅介质层、以及位于栅介质层表面的栅极层。

9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述栅介质层的材料为高K介质材料；所述栅极层的材料为金属。

10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧化处理工艺包括：采用通入臭氧的水溶液对核心区的第一氧化层进行处理。

11.如权利要求10所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的浓度为3ppm～50ppm。

12.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在对所述核心区的第一氧化层进行氧化处理之前，在外围区的第一氧化层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，对核心区的第一氧化层进行氧化处理和刻蚀。

13.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的形成工艺包括：在形成所述隔离层之后，在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构，所述伪栅极结构包括：第一氧化层、以及位于所述第一氧化层表面的伪栅极层；在所述伪栅极结构两侧的第一鳍部和第二鳍部内形成源漏区；在形成所述源漏区之后，在隔离层、第一鳍部和第二鳍部表面形成介质层，所述介质层的表面暴露出所述伪栅极结构的表面；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口，所述开口底部暴露出第一氧化层表面。

14.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述伪栅极结构的形成工艺包括：在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成第一氧化膜；在所述第一氧化膜表面形成伪栅极膜；刻蚀部分所述第一氧化膜和伪栅极膜，直至暴露出部分隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面，形成横跨于第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构。

15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一氧化膜的形成工艺为沉积工艺。

16.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的形成工艺为热氧化工艺。

17.如权利要求15或16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度为10埃～100埃。

18.如权利要求16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述第一氧化层之前，在所述隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面形成横跨于所述第一鳍部和第二鳍部的伪栅极结构，所述伪栅极结构包括伪栅极层；在所述伪栅极结构两侧的第一鳍部和第二鳍部内形成源漏区；在形成所述源漏区之后，在隔离层、第一鳍部和第二鳍部表面形成介质层，所述介质层的表面暴露出所述伪栅极结构的表面；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口，所述开口底部暴露出部分隔离层表面、第一鳍部的侧壁和顶部表面、以及第二鳍部的侧壁和顶部表面；所述第一氧化层形成于所述开口底部的第一鳍部侧壁和顶部表面、第二鳍部和顶部表面。

19.如权利要求13或18所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述伪栅极层的材料为多晶硅；所述伪栅极层的厚度为500埃～1500埃；去除所述伪栅极层的工艺为干法刻蚀、湿法刻蚀、或干法刻蚀和湿法刻蚀的组合。