半导体结构的形成方法_4

文档序号:9525511阅读:来源:国知局
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。
[0075]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。
[0076]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。
[0077]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、冲洗或浸溃。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。
[0078]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。
[0079]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。
[0080]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。
[0081]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。
[0082]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。
[0083]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。
[0084]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。
[0085]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。
[0086]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。
[0087]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。
[0088]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。
[0089]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Osccm?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、S1N、S1CN 等。
[0090]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。
[0091]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。
[0092]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、冲洗或浸溃,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 ?50ppmo
[0093]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。
[0094]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。
[0095]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。
[0096]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
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