CN109037025A - 半导体结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅层；采用有机酸溶液，对所述多晶硅层进行第一清洗处理。本发明采用有机酸溶液对多晶硅层进行第一清洗处理，使所述多晶硅层表面由疏水性变为亲水性，从而提高对所述多晶硅层的清洗效果，降低所述多晶硅层表面的杂质数，进而有利于提高半导体器件的电学性能和良率。

Description

半导体结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
背景技术
在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小。为了适应特征尺寸的减小，MOSFET的沟道长度也相应不断缩短。然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，因此栅极对沟道的控制能力随之变差，栅极电压夹断(pinch off)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(subthresholdleakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channel effects)更容易发生。
因此，为了更好的适应特征尺寸的减小，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应管(FinFET)。FinFET中，栅至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制，与平面MOSFET相比，栅极对沟道的控制能力更强，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，与现有集成电路制造具有更好的兼容性。
但是，现有技术形成的半导体器件的电学性能和良率仍有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，优化半导体器件的电学性能和良率。
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：提供基底；在所述基底上形成多晶硅层；采用有机酸溶液，对所述多晶硅层进行第一清洗处理。
可选的，在所述基底上形成多晶硅层的步骤包括：在所述基底上形成多晶硅膜；对所述多晶硅膜进行研磨操作，形成多晶硅层。
可选的，所述有机酸溶液包含亲水功能团和疏水功能团。
可选的，所述疏水功能团包括烷基或苯环，所述亲水功能团包括羟基或羧基。
可选的，采用软研磨垫，对所述多晶硅层进行第一清洗处理。
可选的，所述第一清洗处理的参数包括：下压力为1psi至3psi，基座转速为30rpm至100rpm，所述有机酸溶液的流速为150ml/min至400ml/min，处理时间为20s至80s。
可选的，在所述第一清洗处理后，还包括步骤：对所述多晶硅层进行第二清洗处理。
可选的，对所述多晶硅层进行第二清洗处理的步骤包括：采用有机酸溶液，对所述多晶硅层进行第一清洗操作；采用去离子水，对所述多晶硅层进行第二清洗操作，去除所述多晶硅层表面的有机酸溶液。
可选的，所述第一清洗操作的步骤包括：对所述多晶硅层进行超声波清洗；在所述超声波清洗后，采用第一清洗刷，对所述多晶硅层进行第一刷洗操作；采用第二清洗刷，对所述多晶硅层进行第二刷洗操作。
可选的，采用所述第二清洗刷，对所述多晶硅层进行第二清洗操作。
可选的，所述第二清洗操作的参数包括：去离子水的流速为1500ml/min至3000ml/min，清洗时间为5s至20s。
相应的，本发明还提供一种采用上述形成方法所形成的半导体结构。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
采用有机酸溶液对多晶硅层进行第一清洗处理，使所述多晶硅层表面由疏水性变为亲水性，在所述多晶硅层表面形成亲水层，从而提高对所述多晶硅层的清洗效果，降低所述多晶硅层表面的杂质数量(Defect Count)，进而有利于提高半导体器件的电学性能和良率。
可选方案中，对所述多晶硅层进行第二清洗处理的步骤包括：采用有机酸溶液对所述多晶硅层进行第一清洗操作，采用去离子水对所述多晶硅层进行第二清洗操作，去除所述多晶硅层表面的有机酸溶液；相比仅采用去离子水对所述多晶硅层进行第二清洗处理的方案，可以避免去离子水过早地去除所述亲水层的问题，有利于保证所述多晶硅层表面呈亲水性，从而有利于保证对所述晶硅层表面的杂质去除效果。
附图说明
图1至图5是本发明半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，半导体器件的电学性能和良率仍有待提高。现结合一种半导体结构的形成方法分析电学性能和良率仍有待提高的原因。
所述形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅膜；采用化学机械研磨工艺(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，对所述多晶硅膜进行平坦化处理，形成多晶硅层，且采用去离子水(DIW)对所述多晶硅层表面进行清洗处理。
所述多晶硅层一般用于形成栅极层。
但是，多晶硅材料为疏水性材料，因此难以采用去离子水对所述多晶硅层表面进行清洗处理，从而导致所述多晶硅层表面的杂质数量过大，进而容易导致半导体器件的电学性能和良率下降。
为了解决所述技术问题，本发明采用有机酸溶液对多晶硅层进行清洗处理，使所述多晶硅层表面由疏水性变为亲水性，从而提高对所述多晶硅层的清洗效果，降低所述多晶硅层表面的杂质数量。
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1至图5是本发明半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图1，提供基底(未标示)。
所述基底为后续半导体结构的形成提供工艺平台，
本实施例中，所形成的半导体结构为鳍式场效应晶体管，因此所述基底包括衬底100及位于所述衬底100上分立的鳍部110。
在其他实施例中，所述基底还可以用于形成平面晶体管，所述基底相应还可以为平面基底。
本实施例中，所述衬底100为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底。
所述鳍部110的材料与所述衬底100的材料相同。本实施例中，所述鳍部110的材料为硅。在其他实施例中，所述鳍部的材料还可以是锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。
本实施例中，所述衬底100上形成有隔离结构(STI)120，所述隔离结构120的顶部低于所述鳍部110顶部。
所述隔离结构120用于对相邻器件起到隔离作用，还用于对相邻鳍部110起到隔离作用。本实施例中，所述隔离结构120的材料为氧化硅。在其他实施例中，所述隔离结构的材料还可以为氮化硅或氮氧化硅。
参考图2，在所述基底(未标示)上形成多晶硅层300。
所述多晶硅层300用于经图形化工艺后形成多晶硅栅极(Gate Poly)。
具体地，形成所述多晶硅层300的步骤包括：在所述衬底100上形成多晶硅膜(图未示)，所述多晶硅膜还覆盖所述鳍部110顶部；对所述多晶硅膜进行研磨操作，形成多晶硅层300。
本实施例中，通过化学机械研磨工艺对所述多晶硅膜进行研磨操作。
具体地，依次采用硬研磨垫(Hard Pad)和软研磨垫(Soft Pad)对所述多晶硅膜进行研磨操作。其中，所述研磨操作为所述化学机械研磨工艺的主要工艺步骤(CMP MainProcess)。
对所述研磨操作、硬研磨垫和软研磨垫的具体描述，与现有技术相同，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在所述研磨操作后，所述多晶硅层300表面容易出现杂质(Particle)310，因此所述化学机械研磨工艺的步骤还包括：对所述多晶硅层300进行清洗处理，以去除所述杂质310。
参考图3，采用有机酸溶液，对所述多晶硅层300进行第一清洗处理。
通过采用有机酸溶液进行所述第一清洗处理，能够改变所述多晶硅层300表面和水的接触角(Contact Angle)，从而在所述多晶硅层300表面形成亲水层301，将所述多晶硅层300表面由疏水性变为亲水性，进而提高所述第一清洗处理对所述多晶硅层300的清洗效果，降低所述多晶硅层300表面的杂质310数量，即所述第一清洗处理不仅用于将所述多晶硅层300表面由疏水性变为亲水性，还用于去除所述多晶硅层300表面的杂质310。
此外，在化学机械研磨工艺流程中，通常在研磨操作后还包括步骤：对所述多晶硅层300进行第二清洗处理；本发明通过在所述研磨操作和所述第二清洗处理之间增加所述第一清洗处理的步骤，有利于提高后续所述第二清洗处理的清洗效果。
本实施例中，所述有机酸溶液包含亲水功能团和疏水功能团，所述疏水功能团吸附于所述多晶硅层300表面，所述亲水功能团可以和氢键相吸引，从而使所述多晶硅层300表面由疏水性变为亲水性，进而可以通过所述机酸溶液去除所述杂质310。
具体地，所述疏水功能团包括烷基或苯环等，所述亲水功能团包括羟基或羧基等。
本实施例中，采用前述研磨操作中所采用的软研磨垫，对所述多晶硅层300进行第一清洗处理。通过采用软研磨垫的方式，可以避免所述多晶硅层300表面在所述第一清洗处理的过程中形成损伤层，避免对所述多晶硅层300表面造成刮伤。
所以，在所述第一清洗处理的过程中，所述有机酸溶液用于作为抛光剂(BuffingAgent)，所述抛光剂中无研磨粒子，从而在将所述多晶硅层300表面变为亲水性的同时，避免对所述多晶硅层300的厚度和表面质量产生不良影响。
所述第一清洗处理的下压力(Down Force)不宜过小，也不宜过大。如果下压力过小，所述有机酸溶液对所述多晶硅层300表面的浸润效果不佳，从而导致将所述多晶硅层300表面变为亲水性的效果下降，降低所述第一清洗处理对所述杂质310的去除效果；如果下压力过大，容易导致所述多晶硅层300表面的杂质310对所述多晶硅层300表面产生划痕缺陷(Scratch Defect)。为此，本实施例中，所述表面处理的下压力为1psi至3psi。对所述下压力的定义与现有技术相同，本发明在此不再赘述。
其中，psi指的是磅每平方英寸(Pounds Per Square inch)。
所述表面处理的基座转速(Platen Speed)不宜过小，也不宜过大。如果基座转速过小，则容易降低工艺效率；如果基座转速过大，容易导致所述有机酸溶液对所述多晶硅层300表面的浸润均匀性和效果变差，甚至有些区域难以变为亲水性。为此，本实施例中，所述表面处理的基座转速为30rpm至100rpm。对所述基座转速的定义与现有技术相同，本发明在此不再赘述。
其中，rpm指的是转数每分钟(Roung Per Minute)。
所述有机酸溶液的流速(Flow Rate)不宜过小，也不宜过大。如果流速过小，容易导致所述有机酸溶液对所述多晶硅层300表面的浸润效果不佳，从而导致将所述多晶硅层300表面变为亲水性的效果下降，降低所述第一清洗处理对所述杂质310的去除效果；如果流速过大，容易造成所述有机酸溶液的浪费，增加工艺成本。为此，本实施例中，所述有机酸溶液的流速为150ml/min至400ml/min。
所述第一清洗处理的处理时间不宜过短，也不宜过长。如果处理时间过短，则对所述多晶硅层300表面的浸润效果不佳，从而导致将所述多晶硅层300表面变为亲水性的效果下降，降低所述第一清洗处理对所述杂质310的去除效果；如果处理时间过长，容易增加已去除杂质310反沾至所述多晶硅层300表面的风险。为此，本实施例中，所述表面处理的处理时间为20s至80s。
结合参考图4和图5，需要说明的是，在所述第一清洗处理后，还包括步骤：对所述多晶硅层300进行第二清洗处理。
所述第二清洗处理用于进一步去除所述多晶硅层300表面的杂质310，还用于去除所述多晶硅层300表面的有机酸溶液。
具体地，对所述多晶硅层300进行第二清洗处理的步骤包括：采用有机酸溶液，对所述多晶硅层300进行第一清洗操作；采用去离子水，对所述多晶硅层300进行第二清洗操作，去除所述多晶硅层300表面的有机酸溶液。
由于去离子水易洗去所述多晶硅层300表面的亲水层301(如图4所示)，通过先采用有机酸溶液后采用去离子水的方式进行所述第二清洗处理，可以避免所述多晶硅层300表面再次变为疏水性的问题，从而有利于保证所述第二清洗处理的工艺效果。
此外，由于所述第一清洗处理不仅用于将所述多晶硅层300表面由疏水性变为亲水性，且还用于降低所述多晶硅层300表面的杂质310数量，因此通过先进行所述第一清洗处理再进行所述第二清洗处理的方案，有利于保证在所述第二清洗处理后所述多晶硅层300表面的清洁度，避免所述第二清洗处理不足以去除所述杂质310的问题。
其中，所述第一清洗操作用于继续去除所述多晶硅层300表面的杂质310(如图3所示)。
在实际工艺操作中，所述第一清洗操作包括多个工艺步骤。具体地，所述第一清洗操作的步骤包括：对所述多晶硅层300进行超声波(Megasonic)清洗；在所述超声波清洗后，采用第一清洗刷(brush1)，对所述多晶硅层300进行第一刷洗(brush Scrubbing)操作；采用第二清洗刷(brush2)，对所述多晶硅层300进行第二刷洗操作。
其中，所述第一清洗刷用于进行粗洗，所述第二清洗刷用于进行精洗。对所述第一刷洗操作和第二刷洗操作的具体描述，与现有技术相同，本发明在此不再赘述。
因此，所述超声波清洗、第一刷洗操作和第二刷洗操作所采用的溶液均为有机酸溶液，从而使所述多晶硅层300表面始终保持亲水性，进而保证具有良好的去除杂质310的效果。
所述第二清洗操作用于去除所述多晶硅层300表面的有机酸溶液。
具体地，采用所述第二清洗刷，对所述多晶硅层300进行第二清洗操作。
为了保证去除所述有机酸溶液的工艺效果，需设定较高的去离子水流速，且设定较短的清洗时间，以避免工艺时间的浪费和工艺风险的增加。
如果去离子水的流速过小，则容易导致去除所述有机酸溶液的效果较差；但是，如果去离子水的流速过大，反而造成去离子的浪费，且容易增加工艺风险。为此，本实施例中，去离子水的流速为1500ml/min至3000ml/min。
如果清洗时间过长，反而造成去离子水的浪费和工艺时间的浪费，且容易增加工艺风险；但是，如果清洗时间过短，则容易导致去除所述有机酸溶液的效果较差。为此，本实施例中，清洗时间为5s至20s。
因此，本实施例中，仅所述第二清洗处理的最后一个工艺步骤(即所述第二清洗操作)采用去离子水，从而可以保证去除杂质310的良好效果。相应的，在所述第二清洗操作后，所述多晶硅层300表面的亲水层301被去除。
需要说明的是，在所述化学机械研磨工艺的过程中，还包括对硅片(Wafer)的传输过程，在所述传输过程中，任何采用去离子水的工艺步骤均采用有机酸溶液进行替代，也就是说，在所述研磨操作后，仅所述第二清洗操作采用的溶液为去离子水，其他任何需采用去离子水的工艺步骤均采用有机酸溶液代替，从而使所述多晶硅层300表面始终保持亲水性。
还需要说明的是，本实施例中，所述多晶硅层300用于经图形化工艺后形成多晶硅栅极(Gate Poly)，因此后续步骤还包括对所述多晶硅层300进行图形化工艺。
相应的，本发明还提供一种采用上述形成方法所形成的半导体结构。
继续参考图5，所述半导体结构包括：基底(未标示)；多晶硅层300，位于所述基底上。
本实施例中，所述半导体结构为鳍式场效应晶体管，因此所述基底包括衬底100及位于所述衬底100上分立的鳍部110。
在其他实施例中，所述基底还可以用于形成平面晶体管，所述基底相应还可以为平面基底。
本实施例中，所述衬底100上形成有隔离结构(STI)120，所述隔离结构120的顶部低于所述鳍部110顶部。所述隔离结构120用于对相邻器件起到隔离作用，还用于对相邻鳍部110起到隔离作用。
所述多晶硅层300用于经图形化工艺后形成多晶硅栅极(Gate Poly)。
本实施例中，所述多晶硅层300通过对多晶硅膜进行研磨操作的方式形成。
所述研磨操作为化学机械研磨工艺的主要工艺步骤，且在所述研磨操作之后，所述多晶硅层300经历了有机酸溶液的清洗处理，将所述多晶硅层300表面由疏水性变为亲水性，从而提高所述化学机械研磨工艺中对所述多晶硅层300的清洗效果，降低所述多晶硅层300表面的杂质数量。
所述半导体结构采用本发明的形成方法所形成，对所述半导体结构的具体描述，请参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
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 (12)

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成多晶硅层；
采用有机酸溶液，对所述多晶硅层进行第一清洗处理。
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，在所述基底上形成多晶硅层的步骤包括：
在所述基底上形成多晶硅膜；
对所述多晶硅膜进行研磨操作，形成多晶硅层。
3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述有机酸溶液包含亲水功能团和疏水功能团。
4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述疏水功能团包括烷基或苯环，所述亲水功能团包括羟基或羧基。
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，采用软研磨垫，对所述多晶硅层进行第一清洗处理。
6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一清洗处理的参数包括：下压力为1psi至3psi，基座转速为30rpm至100rpm，所述有机酸溶液的流速为150ml/min至400ml/min，处理时间为20s至80s。
7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述第一清洗处理后，还包括步骤：对所述多晶硅层进行第二清洗处理。
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，对所述多晶硅层进行第二清洗处理的步骤包括：
采用有机酸溶液，对所述多晶硅层进行第一清洗操作；
采用去离子水，对所述多晶硅层进行第二清洗操作，去除所述多晶硅层表面的有机酸溶液。
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，所述第一清洗操作的步骤包括：
对所述多晶硅层进行超声波清洗；
在所述超声波清洗后，采用第一清洗刷，对所述多晶硅层进行第一刷洗操作；
采用第二清洗刷，对所述多晶硅层进行第二刷洗操作。
10.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用所述第二清洗刷，对所述多晶硅层进行第二清洗操作。
11.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二清洗操作的参数包括：去离子水的流速为1500ml/min至3000ml/min，清洗时间为5s至20s。
12.一种如权利要求1至11任一项形成方法所形成的半导体结构。
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