半导体结构的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的不断发展进步，集成电路的集成度越来越高，晶体管的尺寸越 来越小。当晶体管尺寸缩小时，栅极的长度也会随之变短，容易导致晶体管的短沟道效应等 不良影响，对晶体管的性能造成影响。
[0003] 现有技术中的平面MOS晶体管中，可以在形成栅极结构之后，在栅极结构侧壁表 面形成侧墙，以侧墙为掩膜在栅极结构两侧的半导体衬底内进行轻掺杂离子注入，以形成 轻掺杂区，改善晶体管的短沟道效应。所述侧墙可以限定所述轻掺杂区与栅极结构之间的 距离，从而调整栅极结构下方的沟道区域的长度，还可以通过所述侧墙调整轻掺杂区与栅 极结构之间的重叠电容，以提高晶体管的性能。形成所述侧墙的方法包括：在半导体衬底和 栅极结构表面形成侧墙材料层之后，采用无掩膜刻蚀工艺去除位于半导体衬底表面和栅极 结构表面的侧墙材料层，形成位于栅极结构侧壁表面的侧墙。
[0004] 随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅（gate-last)工艺得 到了广泛应用，以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，鳍 式场效应晶体管（Fin FET)作为一种多栅器件得到了广泛的关注。
[0005] 对于鳍式场效应晶体管，同样可以在所述鳍式场效应晶体管的栅极结构侧壁表面 形成侧墙，以提高鳍式场效应晶体管的性能。由于所述鳍式场效应晶体管的栅极结构横跨 在鳍部表面，在形成所述侧墙过程中，会在鳍部的顶部和侧壁表面以及栅极结构的顶部和 侧壁表面形成侧墙材料层，然后采用无掩膜刻蚀工艺刻蚀所述侧墙材料层，形成位于栅极 结构侧壁表面的侧墙。由于所述侧墙材料层还覆盖鳍部的侧壁表面，现有工艺很难去除位 于所述鳍部侧壁表面的侧墙材料层，导致鳍部的表面被部分侧墙材料层覆盖，后续对栅极 结构两侧的鳍部进行轻掺杂离子注入时，残留的侧墙材料层会阻挡离子的注入，影响所述 轻掺杂离子注入的效果，从而影响形成的鳍式场效应晶体管的性能。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，提高鳍式场效应晶体管的 性能。
[0007] 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：提供半导体衬 底；在所述半导体衬底表面形成凸起的鳍部；在所述半导体衬底表面形成隔离层，所述隔 离层表面低于鳍部顶部表面并覆盖部分鳍部的侧壁；在所述鳍部表面和隔离层表面形成栅 介质层；在部分栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极；在所述栅介质层和栅极表面形成 侧墙材料层；对所述侧墙材料层进行第一角度等离子体刻蚀，所述第一角度等离子体的运 动方向与鳍部长度方向垂直，并且与半导体衬底表面的法线方向之间具有第一倾斜角，用 于去除鳍部一侧的侧壁上的侧墙材料层、隔离层表面的栅介质层上的部分侧墙材料层、鳍 部顶部的侧墙材料层和栅极顶部的侧墙材料层；对所述侧墙材料层进行第二角度等离子体 刻蚀，所述第二角度等离子体的运动方向与鳍部长度方向垂直，并且与半导体衬底表面的 法线方向之间具有第二倾斜角，所述第二倾斜角和第一倾斜角分别位于所述法线的两侧， 用于去除鳍部另一侧的侧壁上的侧墙材料层和栅介质层上剩余的侧墙材料层，形成位于栅 极侧壁表面的侧墙。
[0008] 可选的，在对所述侧墙材料层进行第一角度等离子体刻蚀之后，保持等离子体运 动方向不变，将所述半导体衬底水平旋转180°，对所述侧墙材料层进行所述第二角度等离 子体刻蚀。
[0009] 可选的，在对所述侧墙材料层进行第一角度等离子体刻蚀之后，改变等离子体的 运动方向，对所述侧墙材料层进行第二角度等离子体刻蚀。
[0010] 可选的，所述第一倾斜角与第二倾斜角的角度相同。
[0011] 可选的，所述第一倾斜角的角度范围为15°~35°。
[0012] 可选的，所述第一角度等离子体刻蚀采用的刻蚀气体至少包括CF4、CH2F 2、CH3F中 的一种气体，所述刻蚀气体的流量为20sccm~200sccm，刻蚀压强为5毫托~50毫托，功率 为400W~750W，偏置电压为80V~250V，所述偏置电压形成的电场方向与半导体衬底表面 的法线之间具有第一倾斜角。
[0013] 可选的，所述第二倾斜角的角度范围为15°~35°。
[0014] 可选的，所述第二角度等离子体刻蚀采用的刻蚀气体至少包括CF4、CH2F 2、CH3F中 的一种气体，所述气体的流量为20sccm~200sccm，刻蚀压强为5毫托~50毫托，功率为 400W~750W，偏置电压为80V~250V，所述偏置电压形成的电场方向与半导体衬底表面的 法线之间具有第二倾斜角。
[0015] 可选的，相邻鳍部之间的间距为300A~4001，高于隔离层表面的鳍部的高度为 350 A~45〇A〇
[0016] 可选的，所述侧墙材料层的材料为氮化硅或氧化硅。
[0017] 可选的，所述侧墙材料层的厚度为5nm~10nm。
[0018] 可选的，采用化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或等离子体增强化学气相沉积 工艺形成所述侧墙材料层。
[0019] 可选的，所述栅极顶部还具有掩膜层，所述侧墙覆盖栅极侧壁和掩膜层侧壁。
[0020] 可选的，所述栅极的形成方法包括：形成覆盖所述栅介质层的栅极材料层；在所 述栅极材料层表面形成横跨所述鳍部的掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述栅极材料 层，在部分栅介质层表面形成横跨鳍部的栅极。
[0021] 可选的，所述鳍部的数量为一个以上，不同鳍部之间相互分立并且平行排列。
[0022] 可选的，所述栅极的数量为一个以上，不同栅极之间相互分立并且平行排列。
[0023] 可选的，所述隔离层的材料为氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。
[0024] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0025] 本发明的技术方案，在半导体衬底上形成鳍部，然后在半导体衬底上形成隔离层， 所述隔离层的表面低于鳍部的顶部表面并覆盖部分鳍部的侧壁；在所述鳍部和隔离层表面 形成栅介质层之后，在所述栅介质层表面形成横跨鳍部的栅极；再在所述栅介质层表面形 成侧墙材料层，用于形成位于栅极侧壁上的侧墙；对所述侧墙材料层进行第一角度等离子 体刻蚀和第二角度等离子体刻蚀，所述第一角度等离子体刻蚀和第二等离子体刻蚀的等离 子体运动方向与鳍部长度方向垂直，分别与半导体衬底表面的法线之间具有第一倾斜角和 第二倾斜角，且所述第一倾斜角和第二倾斜角分别位于所述法线的两侧；所述第一角度等 离子体刻蚀具有对鳍部一侧侧壁上的侧墙材料层的刻蚀分量、以及对平行于半导体衬底表 面的侧墙材料层的刻蚀分量，所以可以去除鳍部一侧侧壁上的侧墙材料层、鳍部顶部和栅 极顶部的侧墙材料层，以及隔离层表面的栅介质层上的部分侧墙材料层；所述第二角度等 离子体刻蚀具有对鳍部另一侧侧壁上的侧墙材料层的刻蚀分量以及对平行于半导体衬底 表面的侧墙材料层的刻蚀分量，所以可以去除鳍部另一侧侧壁上的侧墙材料层及栅介质层 上剩余的侧墙材料层。由于所述第一角度等离子体刻蚀和第二角度等离子体刻蚀的等离子 体运动方向在与栅极长度方向平行的平面内，所以可以保留栅极长度方向的侧壁表面的侧 墙，作为后续对栅极两侧的鳍部内进行离子注入的掩膜。与现有技术相比，带有第一倾斜角 和第二倾斜角的等离子体刻蚀，可以提高对鳍部侧壁上的侧墙材料层的刻蚀速率，避免长 时间刻蚀对鳍部顶部以及栅极侧壁表面的侧墙造成损伤而影响最终形成的鳍式场效应晶 体管的性能。
[0026] 进一步，可以在进行所述第一角度等离子体刻蚀之后，将半导体衬底水平旋转 180°，进行第二角度等离子体刻蚀，上述方法步骤简便，易于实现。
[0027] 进一步的