半导体结构及其形成方法与流程

1.本发明实施例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：

2.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。
3.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，如鳍式场效应晶体管(finfet)。且目前形成栅极的工艺过程中，通常采用栅极切断(gate cut)技术对条状栅极进行切断，切断后的栅极与不同的晶体管相对应，可以提高晶体管的集成度。此外，多个栅极沿着延伸方向排列成一列时，通过栅极切断技术，能够高精度地缩小栅极切断后，断开的栅极间的对接方向的间距(gate cut cd)。


技术实现要素：

4.本发明实施例解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，提高半导体结构的性能。
5.为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构，包括：基底，包括衬底以及凸立于所述衬底的鳍部，所述鳍部的延伸方向为第一方向；栅极结构，位于所述衬底上且横跨所述鳍部，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部和部分侧壁；隔断结构，贯穿栅极切断位置处的所述栅极结构，所述隔断结构在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割，其中，沿垂直于所述衬底表面的方向，所述隔断结构包括位于部分厚度的所述栅极结构中的第一隔断结构、以及位于剩余厚度的所述栅极结构中的第二隔断结构，所述第一隔断结构的底部和第二隔断结构的顶部相接触，且所述第二隔断结构的侧壁相对于所述第一隔断结构的侧壁向所述栅极结构中凹进。
6.相应的，本发明实施例还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，包括衬底以及凸立于所述衬底的鳍部，所述衬底上形成有横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部和部分侧壁，所述鳍部沿第一方向延伸，所述栅极结构沿第二方向延伸，所述第一方向和第二方向垂直；在所述栅极结构中待切断的位置处，在所述栅极结构中形成隔断开口，所述隔断开口在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割；其中，形成所述隔断开口的步骤包括：对所述栅极结构进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构，形成第一开口；沿所述第一开口对所述栅极结构进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构，形成第二开口，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量；在所述隔断开口中形成隔断结构。
7.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
8.本发明实施例提供的半导体结构中，隔断结构，位于栅极切断位置处的所述栅极结构中，所述隔断结构在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割，其中，沿垂直于所述衬底表面的方向，所述隔断结构包括位于部分厚度的所述栅极结构中的第一隔断结构、以及位于剩余厚度的所述栅极结构中的第二隔断结构，所述第一隔断结构的底部和第二隔断结构的顶部相接触，且所述第二隔断结构的侧壁相对于所述第一隔断结构的侧壁向所述栅极结构中凹进；在所述半导体结构的形成过程中，隔断结构通常形成于隔断开口中，所述第二隔断结构的侧壁相对于所述第一隔断结构的侧壁向所述栅极结构中凹进，因此，所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置的开口尺寸扩大，则有利于降低所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置处具有所述栅极结构的残留物的概率，且降低所述隔断开口对所述栅极结构隔断不完全的概率，进而提高了半导体结构的性能。
9.本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中，在所述栅极结构中待切断的位置处，在所述栅极结构中形成隔断开口，所述隔断开口在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割，其中，形成所述隔断开口的步骤包括：对所述栅极结构进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构，形成第一开口；沿所述第一开口对栅极结构进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构，形成第二开口，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量；因此，在形成所述第二开口的过程中，将所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置的开口尺寸扩大，则有利于降低所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置处具有所述栅极结构的残留物的概率，且降低所述隔断开口对所述栅极结构隔断不完全的概率，进而提高了半导体结构的性能。
附图说明
10.图1至图5是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图；
11.图6至图8是本发明半导体结构一实施例的结构示意图；
12.图9至图18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
13.目前半导体结构的性能仍有待提高。现结合一种半导体结构的形成方法分析半导体结构的性能仍有待提高的原因。
14.参考图1至图5，示出了一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图。
15.结合参考图1和图2，图1为鳍部和栅极结构的俯视图，图2为基于图1的aa方向剖视图，提供基底(未标示)，包括衬底10以及凸立于所述衬底10的鳍部12，所述衬底10上形成有横跨所述鳍部12的栅极结构20，所述栅极结构20覆盖所述鳍部12的部分顶部和部分侧壁，所述鳍部12沿第一方向(如图1中x方向所示)延伸，所述栅极结构20沿第二方向(如图1中y方向所示)延伸，所述第一方向和第二方向垂直。
16.所述栅极结构20上还形成有硬掩模层30，作为后续刻蚀所述栅极结构20的刻蚀掩膜。
17.参考图3，图形化所述掩膜层30，在所述栅极结构20中待切断位置处的掩膜层30中
形成掩膜开口33，露出所述栅极结构20的顶部。
18.参考图4，以所述掩模层30为掩模，刻蚀所述掩膜开口33露出的所述栅极结构20，在所述栅极结构20中形成隔断开口40，所述隔断开口40在所述第一方向上将所述栅极结构20进行分割。
19.参考图5，在所述隔断开口40(如图4所示)中形成隔断结构50。
20.其中，在形成隔断结构50的过程中，去除了所述掩膜层30(如图4所示)。
21.在形成所述隔断开口40的过程中，由于受到刻蚀工艺的影响，沿所述栅极结构20顶部指向底部的方向上，所述隔断开口40的开口尺寸逐渐减小，容易出现无法完全切断栅极结构20的情况，所述隔断开口40位于所述栅极结构20底部的位置处，容易造成所述栅极结构20的残留，或者，导致在所述隔断开口40的切断位置处，所述栅极结构20的底部沿所述第二方向向所述隔断开口40内凸出(如图4中虚线圈所示)，进而导致容易出现所述隔断开口40对所述栅极结构20隔断不完全的问题，上述问题均会影响所述半导体结构的性能。
22.为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，包括衬底以及凸立于所述衬底的鳍部，所述衬底上形成有横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部和部分侧壁，所述鳍部沿第一方向延伸，所述栅极结构沿第二方向延伸，所述第一方向和第二方向垂直；在所述栅极结构中待切断的位置处，在所述栅极结构中形成隔断开口，所述隔断开口在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割；其中，形成所述隔断开口的步骤包括：对所述栅极结构进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构，形成第一开口；沿所述第一开口对所述栅极结构进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构，形成第二开口，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量；在所述隔断开口中形成隔断结构。
23.本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中，在所述栅极结构中待切断的位置处，在所述栅极结构中形成隔断开口，所述隔断开口在所述第一方向上将所述栅极结构进行分割，其中，形成所述隔断开口的步骤包括：对所述栅极结构进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构，形成第一开口；沿所述第一开口对栅极结构进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构，形成第二开口，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量；因此，在形成所述第二开口的过程中，将所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置的开口尺寸扩大，则有利于降低所述隔断开口位于所述栅极结构底部位置处具有所述栅极结构的残留物的概率，且降低所述隔断开口对所述栅极结构隔断不完全的概率，进而提高了半导体结构的性能。
24.为使本发明实施例的上述目的、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。
25.参考图6至图8，示出了本发明半导体结构一实施例的结构示意图。其中，图6为鳍部和栅极结构的俯视图，图7为基于图6的aa方向剖视图，图8为基于图6的bb方向剖视图。
26.所述半导体结构包括：基底(未标示)，包括衬底101以及凸立于所述衬底101的鳍部121，所述鳍部121的延伸方向为第一方向(如图6中x方向所示)；栅极结构201，位于所述衬底101上且横跨所述鳍部121，所述栅极结构201覆盖所述鳍部121的部分顶部和部分侧壁；隔断结构501，位于栅极切断位置处的所述栅极结构201中，所述隔断结构501在所述第一方向上将所述栅极结构201进行分割，其中，沿垂直于所述衬底101表面的方向，所述隔断
结构501包括位于部分厚度的所述栅极结构201中的第一隔断结构501a、以及位于剩余厚度的所述栅极结构201中的第二隔断结构501b，所述第一隔断结构501a的底部和第二隔断结构501b的顶部相接触，且所述第二隔断结构501b的侧壁相对于所述第一隔断结构501a的侧壁向所述栅极结构201中凹进。
27.本发明实施例提供的半导体结构中，隔断结构501位于栅极切断位置处的所述栅极结构201中，所述隔断结构501在所述第一方向上将所述栅极结构201进行分割，其中，沿垂直于所述衬底101表面的方向，所述隔断结构501包括位于部分厚度的所述栅极结构201中的第一隔断结构501a、以及位于剩余厚度的所述栅极结构201中的第二隔断结构501b，所述第一隔断结构501a的底部和第二隔断结构501b的顶部相接触，且所述第二隔断结构501b的侧壁相对于所述第一隔断结构501a的侧壁向所述栅极结构201中凹进；在所述半导体结构的形成过程中，隔断结构501通常形成于隔断开口中，所述第二隔断结构501b的侧壁相对于所述第一隔断结构501a的侧壁向所述栅极结构201中凹进，因此，所述隔断开口位于所述栅极结构201底部位置的开口尺寸扩大，则有利于降低所述隔断开口位于所述栅极结构201底部位置处具有所述栅极结构201的残留物的概率，且降低所述隔断开口对所述栅极结构201隔断不完全的概率，进而提高了半导体结构的性能。
28.所述基底为所述半导体结构的形成工艺提供工艺操作基础。
29.本实施例中，所述形成方法用于形成鳍式场效应晶体管的沟道，所述基底包括衬底101以及凸立于所述衬底101的鳍部121。
30.本实施例中，所述衬底101的材料为硅，在其他实施例中，所述衬底101的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓和镓化铟中的一种或多种，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等其他类型的衬底。所述衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。
31.所述鳍部121用于提供鳍式场效应晶体管的沟道。
32.本实施例中，所述鳍部121与所述衬底101为一体结构。在其他实施例中，所述鳍部也可以是外延生长于所述衬底101的半导体层，从而达到精确控制所述鳍部121高度的目的。
33.本实施例中，所述鳍部121的材料与衬底101的材料相同，鳍部121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、砷化镓和镓化铟中的一种或多种，所述鳍部的材料也可以与所述衬底的材料不同。
34.本实施例中，所述半导体结构还包括隔离结构111，所述隔离结构111位于所述鳍部121露出的衬底101上，并覆盖所述鳍部121的部分侧壁。
35.所述隔离结构111用于实现不同器件之间的绝缘，例如在cmos制造工艺中，通常会在nmos晶体管和pmos晶体管之间形成隔离结构。具体地，所述隔离结构111为浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation，sti)。
36.所述隔离结构111的材料为绝缘材料。作为一种示例，所述隔离结构111的材料为氧化硅。
37.所述栅极结构201用于控制所述形成晶体管的沟道的开启或关断。
38.本实施例中，所述栅极结构201包括金属栅极结构。
39.本实施例中，所述栅极结构201包括高k栅介质层(图未示)、位于高k栅介质层上的
功函数层(图未示)、以及位于功函数层上的栅电极层(图未示)。
40.所述高k栅介质层的材料为高k介质材料，其中，高k介质材料是指相对介电常数大于氧化硅相对介电常数的介电材料。具体地，所述高k栅介质层的材料可以选自hfo2、zro2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro或al2o3等。作为一种示例，所述高k栅介质层的材料为hfo2。
41.功函数层用于调节所形成晶体管的阈值电压。当形成pmos晶体管时，功函数层为p型功函数层，p型功函数层的材料包括tin、tan、tasin、taaln和tialn中的一种或几种；当形成nmos晶体管时，功函数层为n型功函数层，n型功函数层的材料包括tial、mo、mon、aln和tialc中的一种或几种。
42.所述栅电极层用于将金属栅极结构的电性引出。本实施例中，所述栅电极层的材料为al、cu、ag、au、pt、ni、ti或w。
43.在另一些实施例中，根据工艺需求，所述栅极结构也可以为多晶硅栅结构。
44.本实施例中，所述栅极结构201的延伸方向为第二方向(如图6中y方向所示)，所述第一方向和所述第二方向相垂直。
45.本实施例中，所述半导体结构还包括：层间介质层131，位于所述基底上，且覆盖所述栅极结构201的侧壁。
46.所述层间介质层131用于相邻器件之间起到隔离作用。
47.所述层间介质层131的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。本实施例中，所述层间介质层131的材料为氧化硅。
48.所述隔断结构501用于在所述第一方向上将所述栅极结构201进行分割，从而使得切断的所述栅极结构201之间相互绝缘。
49.本实施例中，所述隔断结构501包括位于部分厚度的所述栅极结构201中的第一隔断结构501a、以及位于剩余厚度的所述栅极结构201中的第二隔断结构501b，相应的，所述隔断开口包括位于部分厚度的所述栅极结构201中的第一开口、以及位于剩余厚度的所述栅极结构201中的第二开口，第一隔断结构501a位于第一开口中，第二隔断结构501b位于第二开口中。
50.本实施例中，在所述第二方向上，所述第二隔断结构501b的侧壁向所述栅极结构凹进的形状为碗状，也就是说，第二开口的侧壁向所述栅极结构凹进的形状为碗状。碗状结构有利于降低所述第二开口对所述栅极结构201分割不完全、所述栅极结构201有残渣残留的概率。
51.本实施例中，沿所述第二方向，所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2大于所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1，即所述第二开口的底部尺寸d2大于所述第一开口的顶部尺寸，则使得所述第二隔断结构501b的侧壁向所述栅极结构凹进，同时，在栅极结构201的切断位置处的底部容易产生栅极结构201的残留物，第二开口的底部位于所述栅极结构201底部，扩大所述第二开口底部的尺寸，有利于减少所述栅极结构201底部的残渣残留，并将栅极结构201完全切断，进而提高所述半导体结构的性能。
52.所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2与所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1的差值不能过大，也不能过小。如果所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2与所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1的差值过大，则在所述栅极结构201的底部位置处，所述第二隔断结构
501b向所述栅极结构201过于凹进，导致所述第二隔断结构501b与相邻鳍部121的距离过小，从而容易减弱沟道的被控制能力，影响所述半导体结构的工作性能；如果所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2与所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1的差值过小，则在形成隔断开口的过程中，难以将所述栅极结构201切断，从而导致所述隔断结构501难以贯穿所述栅极结构201，也就是说，在栅极结构201的切断位置处容易产生栅极结构201的残留物，或者，在所述栅极结构201的底部位置处，所述栅极结构难以被完全切断，影响半导体结构的性能。因此，本实施例中，沿所述第二方向，所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2与所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1的差值为1纳米至3纳米。例如，所述第二隔断结构501b的底部尺寸d2与所述第一隔断结构501a的顶部尺寸d1的差值为2纳米。
53.本实施例中，沿垂直于所述衬底101表面方向，位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b的高度h1为10纳米至30纳米。
54.位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b的高度h1不能过大，也不能过小。如果位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b沿垂直于所述衬底101表面方向的高度h1过大，则所述隔断结构501中向所述栅极结构201凹进的部分过多，导致不必要的工艺浪费，且导致在栅极结构201的切断位置处，栅极结构201至相邻鳍部121之间的距离总体上均较小；如果位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b沿垂直于所述衬底101表面方向的高度h1过小，则所述隔断结构501中向所述栅极结构201凹进的部分过少，难以降低在所述栅极结构201的切断位置处产生所述栅极结构201的残留物的概率，或者，难以降低所述隔断开口对所述栅极结构201隔断不完全的概率，也增加了形成第二开口的工艺难度。因此，本实施例中，位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b沿垂直于所述衬底101表面方向的高度h1为10纳米至30纳米。例如，位于所述栅极结构201中的所述第二隔断结构501b沿垂直于所述衬底101表面方向的高度h1为20纳米。
55.由前述记载可知，所述隔断开口包括位于部分厚度的栅极结构201中的第一开口、以及位于剩余厚度的栅极结构201中的第二开口，第一隔断结构501a位于第一开口中，第二隔断结构501b位于第二开口中，所述隔断结构501通过沉积工艺获得，且在沉积工艺的过程中，以所述隔断开口的底部和侧壁作为生长基础，也就是说，沉积的材料先形成在所述隔断开口的底部和侧壁上，且随着沉积厚度的增加，从而填充所述隔断开口。而所述第二隔断结构501b的侧壁相对于所述第一隔断结构501a的侧壁向所述栅极结构201中凹进，则所述第二隔断结构501b的宽度尺寸大于所述第一隔断结构501a的宽度尺寸，相应的，所述第二开口的宽度大于所述第一开口的宽度，从而在隔断开口中沉积的过程中，将所述第一开口填充满时，所述第二开口还未填充满，因此，所述第二隔断结构501b中间留有空隙，而所述第一隔断结构501a位于所述第二隔断结构501b的上方，则所述第一隔断结构501a将所述空隙密封，形成空气间隙521。
56.本实施例中，所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向延伸至部分厚度的所述衬底101中。
57.所述隔断结构501延伸至所述衬底101中，有利于所述隔断结构501将所述栅极结构201沿垂直于所述衬底101表面方向完全贯穿，有利于提高所述隔断结构501对两侧栅极结构201的隔绝作用。
58.在所述栅极切断位置处，所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高
度h2不能过大，也不能过小。如果所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高度h2过大，则增加了贯穿所述衬底101的风险；如果所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高度h2过小，则所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向难以将所述栅极结构201完全贯穿，进而影响所述隔断结构501对两侧栅极结构201的隔绝作用。因此，本实施例中，在所述栅极切断位置处，所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高度h2为90纳米至150纳米。例如，所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高度h2为120纳米。
59.本实施例中，所述隔断结构501还沿所述第一方向延伸至所述栅极结构201两侧的层间介质层131中。
60.所述隔断结构501延伸至两侧层间介质层131中，有利于所述隔断结构501将所述栅极结构201沿所述第一方向完全贯穿，有利于提高位于所述隔断结构501对两侧栅极结构201的隔绝作用。
61.而且，所述隔断结构501形成于隔断开口中，隔断开口的形成通常需要掩膜层，通过使所述隔断结构501延伸至两侧层间介质层131中，在掩膜层中形成掩膜开口的过程中，所述掩膜开口还可以露出栅极结构201两侧的部分层间介质层131顶部，从而增大光刻的工艺窗口。
62.如图8所示，图中虚线框s为位于所述栅极结构201中的隔断结构501，图中虚线框c为位于层间介质层131中的隔断结构501。
63.沿垂直于所述衬底101表面方向，位于所述层间介质层131中的隔断结构501的高度h3不能过大，也不能过小。如果位于所述层间介质层131中的隔断结构501的高度h3过大，则增加了损伤所述衬底101的风险，同时，容易导致所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的的总高度h2过大，增加了贯穿所述衬底101、损伤其他膜层的风险；如果位于所述层间介质层131中的隔断结构501的高度h3过小，则在所述层间介质层131与所述栅极结构201接触处，容易产生栅极结构201的残渣残留，同时，容易导致所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向的总高度h2过小，所述隔断结构501沿垂直于所述衬底101表面方向难以将所述栅极结构201完全贯穿，进而影响所述隔断结构501对两侧栅极结构201的隔绝作用。因此，本实施例中，沿垂直于所述衬底101表面方向，位于所述层间介质层131中的隔断结构501的底部高于所述隔离结构111底部，低于所述隔离结构111顶部。
64.本实施例中，在第一方向上的相邻隔断结构501相接触，即为一体结构。
65.相应的，在所述第一方向上的相邻所述隔断开口相连通，则在形成所述隔断结构501时，将在所述第一方向上相邻的隔断开口在同一步骤中形成，简化了工艺步骤，节约了工艺成本，而且，增大了形成掩膜开口时的工艺窗口。
66.需要说明的是，在所述第一方向上的相邻所述隔断结构501相接触，则在第一方向上，所述隔断结构501贯穿相邻栅极结构201之间的层间介质层131。
67.所述隔断结构501的材料的硬度和致密度较高，从而降低所述隔断结构501在所述半导体结构的形成过程中受损的概率，进而使得所述隔断结构501的隔离性能得到保障。
68.例如，在所述半导体结构的形成过程中，在形成金属栅极结构后，根据工艺需求，还可能去除部分区域的金属栅极结构，通过使所述隔断结构501的材料的硬度和致密度较高，能够有效降低所述隔断结构501在去除金属栅极结构的过程中受损的概率，提高了所述
隔断结构501的完整性。
69.为此，所述隔断结构501的材料包括含氮的介质材料。本实施例中，所述隔断结构501的材料为氮化硅。在其他实施例中，根据实际的工艺需求，所述隔断结构的材料还可以是含氧的介质材料，所述含氧的介质材料包括氧化硅。
70.图9至图18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。
71.结合参考图9和图10，图10为基于图9的aa方向剖视图，提供基底(未标示)，包括衬底100以及凸立于所述衬底100的鳍部120，所述衬底100上形成有横跨所述鳍部120的栅极结构200，所述栅极结构200覆盖所述鳍部120的部分顶部和部分侧壁，所述鳍部120沿第一方向(如图9中x方向所示)延伸，所述栅极结构沿第二方向(如图9中y方向所示)延伸，所述第一方向和第二方向垂直。
72.所述基底为所述半导体结构的形成工艺提供工艺操作基础。
73.本实施例中，所述形成方法用于形成鳍式场效应晶体管的沟道，所述基底包括衬底100以及凸立于所述衬底100的鳍部120。
74.本实施例中，所述衬底100的材料为硅，在其他实施例中，所述衬底100的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓和镓化铟中的一种或多种，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等其他类型的衬底。所述衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。
75.所述鳍部120用于提供鳍式场效应晶体管的沟道。
76.本实施例中，所述鳍部120与所述衬底100为一体结构。在其他实施例中，所述鳍部也可以是外延生长于所述衬底100的半导体层，从而达到精确控制所述鳍部120高度的目的。
77.本实施例中，所述鳍部120的材料与所述衬底100的材料相同，所述鳍部120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、砷化镓和镓化铟中的一种或多种，所述鳍部的材料也可以与所述衬底的材料不同。
78.本实施例中，所述衬底100上还形成有隔离结构110，所述隔离结构110覆盖所述鳍部120的部分侧壁。
79.所述隔离结构110用于实现不同器件之间的绝缘，例如在cmos制造工艺中，通常会在nmos晶体管和pmos晶体管之间形成隔离结构。具体地，所述隔离结构110为浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation，sti)。
80.所述隔离结构110的材料为绝缘材料。作为一种示例，所述隔离结构110的材料为氧化硅。
81.所述栅极结构200用于控制所述形成晶体管的沟道的开启或关断。
82.本实施例中，所述栅极结构200包括金属栅极结构。
83.本实施例中，所述栅极结构200包括高k栅介质层(图未示)、位于高k栅介质层上的功函数层(图未示)、以及位于功函数层上的栅电极层(图未示)。
84.所述高k栅介质层的材料为高k介质材料，其中，高k介质材料是指相对介电常数大于氧化硅相对介电常数的介电材料。具体地，所述高k栅介质层的材料可以选自hfo2、zro2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro或al2o3等。作为一种示例，所述高k栅介质层的材料为
hfo2。
85.功函数层用于调节所形成晶体管的阈值电压。当形成pmos晶体管时，功函数层为p型功函数层，p型功函数层的材料包括tin、tan、tasin、taaln和tialn中的一种或几种；当形成nmos晶体管时，功函数层为n型功函数层，n型功函数层的材料包括tial、mo、mon、aln和tialc中的一种或几种。
86.所述栅电极层用于将金属栅极结构的电性引出。本实施例中，所述栅电极层的材料为al、cu、ag、au、pt、ni、ti或w。
87.在另一些实施例中，根据工艺需求，所述栅极结构也可以为多晶硅栅结构。
88.本实施例中，所述提供基底的步骤中，所述栅极结构200侧部的衬底100上形成有层间介质层130，所述层间介质层130覆盖所述栅极结构120的侧壁。
89.所述层间介质层130用于相邻器件之间起到隔离作用。
90.所述层间介质层130的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。本实施例中，所述层间介质层130的材料为氧化硅。
91.结合参考图10至图15，在所述栅极结构200中待切断的位置处，在所述栅极结构200中形成隔断开口400，所述隔断开口400在所述第一方向上将所述栅极结构200进行分割；其中，形成所述隔断开口400的步骤包括：对所述栅极结构200进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构200，形成第一开口410；沿所述第一开口410对所述栅极结构200进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构200，形成第二开口420，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量。
92.本发明实施例提供的半导体结构的形成方法中，在所述栅极结构200中待切断的位置处，在所述栅极结构200中形成隔断开口400，所述隔断开口400将所述栅极结构200在所述第一方向上进行分割，其中，形成所述隔断开口400的步骤包括：对所述栅极结构200进行第一刻蚀，刻蚀部分厚度的所述栅极结构200，形成第一开口410；沿所述第一开口对所述栅极结构200进行第二刻蚀，刻蚀剩余厚度的所述栅极结构200，形成第二开口420，且所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量；因此，在形成所述第二开口420的过程中，将所述隔断开口400位于所述栅极结构200底部位置的开口尺寸扩大，则有利于降低在所述隔断开口400位于所述栅极结构200底部位置处具有所述栅极结构200的残留物的概率，且降低栅极结构200在切断位置处难以完全切断的概率，进而提高了半导体结构的性能。
93.而且，本实施例中，所述栅极结构200包括金属栅极结构，与对伪栅结构进行切断，然后形成隔断结构，再形成金属栅极结构的方案相比，本方案在形成金属栅极结构之后，再进行切断，则无需考虑隔断开口沿第一方向的线宽尺寸对金属栅极结构填充性能的影响，易于更灵活地设定隔断开口沿第一方向的线宽尺寸。
94.相应的，由于金属栅极结构通常为叠层结构，对金属栅极结构的切断技术的要求更高。
95.所述隔断开口400用于为后续形成隔断结构提供空间位置。
96.本实施例中，所述第一刻蚀和第二刻蚀的工艺均为干法刻蚀工艺，且所述干法刻蚀工艺包括交替循环进行的刻蚀步骤和侧壁保护步骤，其中，在所述第一刻蚀后，调节刻蚀参数，使所述第二刻蚀中侧壁保护步骤的侧壁保护能力低于所述第一刻蚀中侧壁保护步骤
的侧壁保护能力。
97.所述干法刻蚀具有各向异性的特性，则第一刻蚀的过程中，干法刻蚀的纵向刻蚀速率大于远远大于横向刻蚀速率，能够获得相当准确的图形转换；在第二刻蚀的过程中，调节刻蚀参数，使所述第二刻蚀中侧壁保护步骤的侧壁保护能力低于所述第一刻蚀中侧壁保护步骤的侧壁保护能力，则第二刻蚀相比第一刻蚀，减弱了工艺过程中对刻蚀侧壁的保护，使得所述第二刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量大于所述第一刻蚀在所述第二方向上的横向刻蚀量，进而使得所述第二开口420的侧壁向所述栅极结构200凹进。同时，所述干法刻蚀具有较好的方向性，有利于提高所述隔断开口400的侧壁形貌质量和尺寸精度。
98.本实施例中，所述干法刻蚀工艺包括等离子体刻蚀工艺。
99.所述等离子体刻蚀工艺刻蚀效率较高，形成的所述隔断开口400的侧壁形貌质量较高。
100.具体地，如图14所示，本实施例中，形成所述隔断开口400的步骤中，所述第二开口420的侧壁向所述栅极结构凹进的形状为碗状。碗状侧壁有利于形成向所述栅极结构200中凹进的形貌，降低所述第二开口420对所述栅极结构200分割不完全、所述栅极结构200有残渣残留的概率。
101.本实施例中，沿所述第二方向，所述第二开口420的底部尺寸d2大于所述第一开口410的顶部尺寸d1，则使得所述第二开口420的侧壁向所述栅极结构凹进，同时，在栅极结构201的切断位置处的底部容易产生栅极结构201的残留物，第二开口的底部位于所述栅极结构201底部，扩大所述第二开口底部的尺寸，有利于减少所述栅极结构201底部的残渣残留，并将栅极结构201完全切断，进而提高所述半导体结构的性能。
102.所述第二开口420的底部尺寸d2与所述第一开口410的顶部尺寸d1的差值不能过大，也不能过小。如果所述第二开口420的底部尺寸d2与所述第一开口410的顶部尺寸d1的差值过大，则在所述栅极结构201的底部位置处，所述第二开口420的底部侧壁向所述栅极结构200过于凹进，导致所述第二开口420与相邻鳍部120的距离过小，从而容易减弱沟道的被控制能力，影响所述半导体结构的工作性能；如果所述第二开口420的底部尺寸d2与所述第一开口410的顶部尺寸d1的差值过小，则在形成隔断开口400的过程中，难以将所述栅极结构200切断，从而导致所述隔断开口400难以贯穿所述栅极结构200，也就是说，在栅极结构200的切断位置处容易产生栅极结构200的残留物，或者，在所述栅极结构200的底部位置处，所述栅极结构在切断位置处难以被完全切断的概率较高，影响半导体结构的性能。因此，本实施例中，沿所述第二方向，所述第二开口420的底部尺寸d2大于所述第一开口410的顶部尺寸d1，且所述第二开口420的底部尺寸d2与所述第一开口410的顶部尺寸d1的差值为1纳米至3纳米。例如，所述第二开口420的底部尺寸d2与所述第一开口410的顶部尺寸d1的差值为2纳米。
103.沿垂直于所述衬底100表面方向，位于所述栅极结构200中的所述第二开口420的深度h1不能过大，也不能过小。如果位于所述栅极结构200中的所述第二开口420沿垂直于所述衬底100表面方向的深度h1过大，则所述隔断开口400中向所述栅极结构200凹进的部分过多，导致不必要的工艺浪费，且导致在栅极结构200的切断位置处，栅极结构200至相邻鳍部120之间的距离总体上均较小；如果位于所述栅极结构200中的所述第二开口420沿垂直于所述衬底100表面方向的深度h1过小，则所述隔断开口400中向所述栅极结构200凹进
的部分过少，难以降低在所述栅极结构201的切断位置处产生所述栅极结构201的残留物的概率，或者，难以降低所述隔断开口对所述栅极结构200隔断不完全的概率，也增加了形成第二开口420的工艺难度。因此，本实施例中，位于所述栅极结构200中的，所述第二开口420沿垂直于所述衬底100表面方向的深度h1为10纳米至30纳米。例如，位于所述栅极结构200中的，所述第二开口420沿垂直于所述衬底100表面方向的深度h1为20纳米。
104.本实施例中，所述隔断开口400还沿所述第一方向延伸至栅极结构200两侧的层间介质层130中。
105.所述隔断开口400延伸至栅极结构200两侧层间介质层130中，有利于所述隔断开口400将所述栅极结构200沿所述第一方向完全贯穿，有利于后续形成于所述隔断开口400中的隔断结构500对两侧栅极结构200的隔绝作用。
106.以下结合附图，对形成隔断开口400的步骤做详细说明。
107.具体地，参考图10，形成覆盖所述栅极结构200的掩膜层300。
108.所述掩模层300用于作为后续形成隔断开口400的刻蚀掩膜。
109.本实施例中，所述掩膜层30为非金属掩膜层，所述掩膜层300的材料包括氧化硅和氮化硅中的一种或多种，即所述掩膜层300可以为单层结构或叠层结构。本实施例中，所述掩膜层300的材料为氧化硅和氮化硅，即所述掩膜层300为多层结构，包括氮化硅层310以及覆盖所述氮化硅层310的氧化硅层320。
110.参考图11，图形化所述掩膜层300，在所述栅极结构200中待切断位置处的掩膜层300中形成掩膜开口330，露出所述栅极结构200的顶部。
111.所述掩膜开口330用于作为后续形成隔断开口400的掩膜开口。
112.参考图12，形成所述隔断开口400的步骤还包括：在所述栅极结构200中待切断位置处的掩膜层300中形成掩膜开口330之后，刻蚀所述掩膜开口330露出的所述栅极结构200之前，在所述掩模开口330的侧壁形成掩模侧墙340。
113.所述掩膜侧墙340用于调整所述掩膜开口330的开口尺寸，使得所述隔断开口400的开口尺寸满足工艺需求，所述掩膜侧墙340也用于作为形成所述隔断开口400的刻蚀掩膜。
114.本实施例中，采用原子层沉积工艺形成所述掩膜侧墙340。
115.所述原子层沉积工艺具有较好的保形覆盖能力，易于形成覆盖所述掩膜开口侧壁的所述掩膜侧墙340。
116.所述掩膜侧墙340的材料包括氮化硅。
117.所述氮化硅硬度较高，易于作为刻蚀掩膜。
118.结合参考图13至图15，图13为鳍部和栅极结构的俯视图，图14为基于图13的aa方向剖视图，图15为基于图13的bb方向剖视图，以所述掩模层300为掩模，刻蚀所述掩膜开口330露出的所述栅极结构200。
119.通过掩膜开口330刻蚀，易于提高图形传递的精度。
120.本实施例中，刻蚀所述掩膜开口330露出的所述栅极结构200的步骤中，以所述掩膜层300和掩模侧墙340共同作为掩模，以达到所述隔断开口400开口尺寸的工艺需求。
121.本实施例中，在所述栅极结构200中形成隔断开口400的步骤中，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向延伸至部分厚度的所述衬底100中。
122.所述隔断开口400延伸至所述衬底100中，有利于所述隔断开口400将所述栅极结构200沿垂直于所述衬底100表面方向完全贯穿，后续在所述隔断开口400中形成隔断结构，有利于所述隔断结构对两侧栅极结构200的隔绝作用。
123.本实施例中，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的深度h2为90纳米至150纳米。
124.在所述栅极结构200中待切断位置处，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总深度h2不能过大，也不能过小。如果所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总深度h2过大，则增加了贯穿所述衬底100，损伤其他膜层的风险；如果所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总深度h2过小，则所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向难以将所述栅极结构200完全贯穿，进而影响后续形成于所述隔断开口400中的隔断结构对两侧栅极结构200的隔绝作用。因此，本实施例中，在所述栅极结构200中待切断位置处，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总深度h2为90纳米至150纳米。例如，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总深度h2为120纳米。
125.本实施例中，在所述栅极结构200中待切断位置处的掩膜层300中形成掩膜开口330的步骤中，所述掩膜开口330还沿所述第一方向延伸至栅极结构200两侧的层间介质层130上方。
126.所述掩膜开口330还沿所述第一方向延伸至栅极结构200两侧的层间介质层130上方，用于为后续刻蚀所述层间介质层130做准备。
127.本实施例中，刻蚀所述掩膜开口330露出的所述栅极结构200的过程中，还刻蚀所述掩模开口330露出的所述层间介质层130。
128.在所述掩膜层300中形成掩膜开口330的过程中，所述掩膜开口330露出栅极结构200两侧的部分层间介质层130顶部，增大了光刻的工艺窗口。
129.本实施例中，沿垂直于所述衬底100表面方向，位于所述层间介质层130中的隔断开口的底部高于所述隔离结构110底部，低于所述隔离结构110顶部。
130.如图15所示，图中虚线框p为位于所述栅极结构200中的隔断开口400，图中虚线框d为位于层间介质层130中的隔断开口400。
131.位于所述层间介质层130中的隔断开口400的深度h3不能过大，也不能过小。如果位于所述层间介质层130中的隔断开口400的深度h3过大，则增加了损伤所述衬底100的风险，同时，容易导致所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总高度h2过大，增加了贯穿所述衬底100、损伤其他膜层的风险；如果位于所述层间介质层130中的隔断开口400的深度h3过小，则在所述层间介质层130与所述栅极结构200接触处，容易产生栅极结构200的残渣残留，同时，容易导致所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向的总高度h2过小，所述隔断开口400沿垂直于所述衬底100表面方向难以将所述栅极结构200完全贯穿，进而影响后续形成于所述隔断开口400中的隔断结构对两侧栅极结构200的隔绝作用。因此，本实施例中，沿垂直于所述衬底100表面方向，位于所述层间介质层130中的隔断开口400的底部高于所述隔离结构110底部，低于所述隔离结构110顶部。
132.本实施例中，在所述第一方向上的相邻所述掩模开口330相连通，并露出相邻栅极结构200之间的层间介质层130。
133.也就是说，本实施例中，在第一方向上的相邻所述隔断开口400相连通。
134.在所述第一方向上的相邻所述隔断开口400相连通，则在形成隔断开口400时，使得在所述第一方向上相邻的隔断开口400在同一步骤中形成，简化了工艺步骤，节约了工艺成本，而且，增大了形成掩膜开口300时的工艺窗口。
135.需要说明的是，在所述第一方向上的相邻所述隔断开口400相连通，则在所述第一方向上，连通的相邻隔断开口400使得位于相邻栅极结构200之间的层间介质层130被贯穿。
136.结合参考图16至图18，图16为鳍部和栅极结构的俯视图，图17为基于图16的aa方向剖视图，图18为基于图16的bb方向剖视图，在所述隔断开口400(如图15所示)中形成隔断结构500。
137.所述隔断结构500用于使得切断的所述栅极结构200之间相互绝缘。
138.所述隔断结构500的材料的硬度和致密度较高，从而降低所述隔断结构500在所述半导体结构的形成过程中受损的概率，进而使得所述隔断结构500的隔离性能得到保障。
139.例如，在所述半导体结构的形成过程中，在形成金属栅极结构后，根据工艺需求，还可能去除部分区域的金属栅极结构，通过使所述隔断结构500的材料的硬度和致密度较高，能够有效降低所述隔断结构500在去除金属栅极结构的过程中受损的概率，提高了所述隔断结构500的完整性。
140.为此，所述隔断结构500的材料包括含氮的介质材料。本实施例中，所述隔断结构500的材料为氮化硅。在其他实施例中，根据实际的工艺需求，所述隔断结构的材料还可以是含氧的介质材料，所述含氧的介质材料包括氧化硅。
141.本实施例中，通过沉积工艺和平坦化工艺，在所述隔断开口400中形成隔断结构500。
142.由前述记载可知，所述隔断开口400包括位于部分厚度的栅极结构200中的第一开口410、以及位于剩余厚度的栅极结构200中的第二开口420，第一开口410中形成有第一隔断结构500a，第二开口420中形成有第二隔断结构500b，所述隔断结构500通过沉积工艺获得，且在所述沉积工艺的过程中，以所述隔断开口400的底部和侧壁作为生长基础，也就是说，沉积的材料先形成在所述隔断开口400的底部和侧壁上，且随着沉积厚度的增加，从而填充所述隔断开口400。而所述第二开口420的侧壁相对于所述第一开口410的侧壁向所述栅极结构200中凹进，则所述第二开口420的宽度大于所述第一开口410的宽度，从而在隔断开口400中沉积的过程中，将所述第一开口410填充满时，所述第二开口420还未填充满，因此，所述第二隔断结构500b中间留有空隙，而所述第一隔断结构500a位于所述第二隔断结构500b的上方，则所述第一隔断结构500a将所述空隙密封，形成空气间隙520。
143.需要说明的是，在形成所述隔断结构500的过程中，去除了所述掩膜层300和掩膜侧墙340。
144.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。