半导体结构的形成方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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倉泛。
[0003]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(Fin FET)。鳍式场效应晶体管是一种常见的多栅器件。
[0004]如图1所示，是一种鳍式场效应晶体管的结构示意图，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。
[0005]然而，现有的鳍式场效应晶体管中，鳍部的形貌不良，结构尺寸的精确度和均一性较差，导致鳍式场效应晶体管的性能不稳定。
【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，所形成的鳍部形貌良好、结构尺寸的精确度和均一性提高，以所述鳍部形成的鳍式场效应晶体管的性能改善。
[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:提供衬底，所述衬底表面具有介质层；在所述介质层表面形成掩膜层，所述掩膜层内具有若干暴露出介质层表面的第一开口 ；以所述掩膜层为掩膜，采用气体团簇离子束轰击工艺刻蚀所述介质层直至暴露出衬底表面为止，在所述介质层内形成第二开口，所形成的第二开口侧壁垂直于衬底表面；在所述第二开口内形成鳍部；去除掩膜层和部分介质层，暴露出部分鳍部的侧壁表面，使所述介质层的表面低于鳍部的顶部。
[0008]可选的，气体团簇离子束轰击工艺包括:气体包括刻蚀气体和载气,刻蚀气体包括卤族元素与碳元素、氢元素和氮元素中的一种或多种组成的化合物气体，载气包括惰性气体和氮气中的一种或多种，刻蚀气体的气压大于或等于一个大气压，所述气体经过电离形成气体团簇的离子束，离子束加速电场强度小于或等于100kv，离子束能量小于或等于10keV,离子束剂量小于或等于lE17cluster/cm2,所述离子束轰击的方向垂直于所述衬底表面。
[0009]可选的，所述刻蚀气体包括:CH3F、CH3Cl、CH3Br、CHF3,CHClF2, CHBrF2, CH2F2,CH2ClF, CH2BrF, CHCl2F, CHBrCl2, CHBr3 中的一中或多种。
[0010]可选的，所述气体还包括:02、C0、C02、N0、N02、N20、NH3中的一种或两种。
[0011]可选的，所述鳍部的形成工艺包括:采用选择性外延沉积工艺在所述第二开口内形成鳍部材料层。
[0012]可选的，所述选择性外延沉积工艺的温度为800°C?1250°C。
[0013]可选的，所述选择性外延沉积工艺还在所述掩膜层表面形成鳍部材料层，所述鳍部材料层填充满第二开口，所述鳍部的形成工艺还包括:在所述选择性外延沉积工艺之后，平坦化所述鳍部材料层，直至暴露出所述掩膜层表面为止。
[0014]可选的，还包括:在所述平坦化工艺之后，去除所述掩膜层；在去除所述掩膜层之后，平坦化所述鳍部材料层，直至所述鳍部材料层的顶部与介质层表面齐平，形成鳍部。
[0015]可选的，所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺。
[0016]可选的，所述鳍部材料层的材料为硅、锗、硅锗或碳化硅。
[0017]可选的，所述鳍部材料层的材料为硅时，所述选择性外延沉积工艺包括:温度为500°C?1250°C，气压为I托?100托，气体包括硅源气体、HCl和H2，所述硅源气体的流量为I标准晕升/分钟?1000标准晕升/分钟，所述HCl的流量为I标准晕升/分钟?1000标准_升/分钟，H2的流量为0.1标准升/分钟?50标准升/分钟。
[0018]可选的，所述硅源气体为SiH4或SiH2Cl2。
[0019]可选的，所述掩膜层的形成工艺包括:在介质层表面形成掩膜材料层；在所述掩膜材料层表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出需要形成鳍部的对应位置的掩膜材料层表面；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜材料层，直至暴露出介质层表面为止，形成掩膜层；在刻蚀所述掩膜材料层之后，去除所述图形化的光刻胶层。
[0020]可选的，所述掩膜材料层的材料为氮化硅、氮氧化硅或无定形碳。
[0021]可选的，还包括:在形成所述图形化的光刻胶层之前，在所述掩膜材料层表面形成屏蔽氧化层；所述图形化的光刻胶层暴露出所述屏蔽氧化层表面；在形成鳍部之后，去除掩膜层之前，去除所述屏蔽氧化层。
[0022]可选的，所述屏蔽氧化层的材料为氧化硅；去除所述屏蔽氧化层的工艺为湿法刻蚀工艺。
[0023]可选的，去除所述掩膜层的工艺为湿法刻蚀工艺。
[0024]可选的，还包括:在去除掩膜层和部分介质层之后，在介质层表面、以及鳍部的侧壁和顶部表面形成横跨于所述鳍部的栅极结构；在所述栅极结构两侧的鳍部内形成源区和漏区。
[0025]可选的，所述栅极结构包括:位于介质层表面、以及鳍部的侧壁和底部表面的栅介质层，位于栅介质层表面的栅极层，以及位于栅极层和栅介质层侧壁表面的侧墙。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的形成方法中，所述衬底表面具有介质层，以所述介质层掩膜层为掩膜，采用气体团簇离子束轰击(GCIB, Gas Cluster 1n Beam)工艺刻蚀所述介质层,直至暴露出衬底表面为止，在所述介质层内形成第二开口。所述气体团簇离子束轰击工艺能够形成侧壁垂直于衬底表面的第二开口，而且所形成的第二开口侧壁形貌良好。由于所述第二开口用于形成鳍部，因此所形成的鳍部侧壁能够相对于衬底表面垂直，且所形成的鳍部侧壁表面形貌良好，有利于提高鳍部的器件密度。而且，由于所述介质层与衬底之间具有刻蚀选择性，所述气体团簇离子束轰击工艺能够停止于所述衬底表面，所述第二开口的深度即所述介质层的厚度，所形成的第二开口深度均一，而所述鳍部的高度由所述第二开口的深度决定，能够使所形成的鳍部高度精确均一。由于所形成的鳍部形貌良好，结构尺寸精确均一，且鳍部的器件密度提高，以所述鳍部形成的鳍式场效应晶体管的性能改善。
[0028]进一步，在气体团簇离子束轰击工艺中，以刻蚀气体电离形成离子束，对离子束施加小于或等于10kv的加速电场，并且使离子束具有小于或等于10keV的能量，使所述离子束垂直向衬底表面方向轰击。由于所述离子束具有较高的轰击速度以及能量，能够使刻蚀形成的第二开口侧壁相对于衬底表面方向垂直，且所形成的第二开口侧壁形貌良好，从而使形成于第二开口内的鳍部形貌良好、结构尺寸精确均一。
[0029]进一步，所述鳍部的形成工艺包括选择性外延沉积工艺，所述选择性外延沉积工艺能够自第二开口底部暴露出的衬底表面开始，向第二开口顶部生长鳍部材料层，因此所形成的鳍部高度能够由所述选择性外延沉积工艺精确控制，所形成的鳍部高度精确均一。
[0030]进一步，所述选择性外延沉积工艺还在所述掩膜层表面形成鳍部材料层，在所述选择性外延沉积工艺之后，平坦化所述鳍部材料层，直至暴露出第二介质层表面为止，所形成的鳍部高度由所述第二介质层的厚度决定，能够使所形成的鳍部高度精确均一。
[0031]进一步，所述选择性外延沉积工艺的温度为800°C?1250°C，所述选择性外延沉积工艺的温度较高，所形成的鳍部致密均匀，所形成的鳍部质量良好，以所述鳍部形成的鳍式场效应晶体管的形成改善。
【附图说明】
[0032]图1是一种鳍式场效应晶体管的结构示意图；
[0033]图2至图10是本发明实施例的半导体结构的形成过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]如【背景技术】所述，现有的鳍式场效应晶体管中，鳍部的形貌不良，精确度和均一性较差，导致鳍式场效应晶体管的性能不稳定。
[0035]经过研究发现，一种形成如图1所示鳍部101的方法实施例包括:提供半导体基底；在半导体基底表面形成掩膜层，所述掩膜层定义了需要形成鳍部101的对应位置；以所述掩膜层为掩膜层，采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成若干沟槽，相邻沟槽之间的半导体衬底形成鳍部101。
[0036]随着半导体器件的尺寸不断缩小、器件密度不断提高，所述鳍部101的宽度尺寸不断缩小，相邻鳍部101之间的距离不断缩小，同时，为了使栅极结构103底部的鳍部101内所形成的沟道区具有足够宽度，所述鳍部101的高度不能相应减小，因此相邻鳍部101