一种半导体结构及其形成方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

光刻胶是一大类具有光敏化学作业或对电子能量敏感的高分子聚合物材料，是转移紫外曝光或电子束曝光照图案的媒介。光刻胶的作用就是作为抗刻蚀层保护衬底表面。光刻胶通常是以薄膜形式均匀覆盖于基材表面，当紫外光或电子束的照射时，光刻胶材料本身的特性会发生改变，经过显影液显影后，曝光的负性光刻胶或未曝光的正性光刻胶将会留在衬底表面，这样就将设计的微纳结构转移到了光刻胶上，而后续的刻蚀、沉积等工艺，就可以进一步将此图案转移到光刻胶下面的衬底上。

目前光刻胶含有主链聚合物、光酸发生器(pag)、刻蚀阻挡层、酸性基团、保护基团。当化学放大的duv抗蚀剂曝光时，就会形成酸分子。酸裂解所述光刻胶，使光刻胶溶于显影液中。当氮氧化硅作为底物时，分解抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，使底部和拐角的抗蚀剂溶解性降低，从而形成基脚(footingissue)，影响蚀刻后的过程，导致图案转移失败。因此，如何防止光致抗蚀剂中毒影响刻蚀，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体结构及其形成方法，能够避免光致抗蚀剂中毒产生基脚，进一步提升光刻曝光显影工艺的良品率。

为解决上述技术问题，本发明中提供了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掺杂区；所述掺杂区的氮的掺杂浓度是由下到上逐渐减小；在所述掺杂区表面沉积阻挡层；所述阻挡层包括：铝掺杂的氧化硅；在所述阻挡层表面覆盖光刻胶层进行光刻曝光显影工艺。

可选的，通过等离子体增强化学气相沉积法，将在所述半导体衬底表面形成掺杂区；其中，射频功率为50至200瓦，温度为200至500摄氏度。

可选的，形成所述掺杂区包括通入硅烷和一氧化二氮；其中，调控通入一氧化二氮的阶段性的流量需求和通入时长。

可选的，所述调控通入一氧化二氮的阶段性的流量需求和通入时长包括：通入一氧化二氮的第一阶段和第二阶段；所述通入一氧化二氮第一阶段的流量大于第二阶段的流量。

可选的，所述通入一氧化二氮的第一阶段的时长大于第二阶段的时长。

可选的，所述第一阶段的一氧化二氮流量为5000sccm到9000sccm，所述第二阶段的一氧化二氮流量为400sccm到800sccm。

可选的，通过等离子体增强化学气相沉积法，将在所述掺杂区表面沉积阻挡层；其中，射频功率为200至600瓦。

可选的，所述阻挡层为铝掺杂的氧化硅，所述阻挡层厚度2至8纳米。

本发明的的技术方案还提供一种半导体结构，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底表面具有掺杂区；

掺杂区，所述掺杂区的氮的掺杂浓度是由下到上逐渐降低；

阻挡层，沉积于所述掺杂区表面；

所述阻挡层包括：铝掺杂的氧化硅。

可选的，所述掺杂区包括：氮氧化硅。

可选的，所述阻挡层为铝掺杂的氧化硅。

可选的，所述沉积阻挡层厚度2至8纳米。

本发明为半导体结构形成方法，通过在半导体衬底的掺杂区表面沉积阻挡层，所述阻挡层中包含铝离子中和掉掺杂区中游离的氮离子，避免了在光刻曝光显影工艺中，当氮氧化硅作为衬底时，分界抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，产生基脚，影响刻蚀后的过程。从而防止光致抗蚀剂中毒影响刻蚀，提升光刻曝光显影工艺的良品率。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式中半导体结构形成方法的步骤流程图；

图2至图6为本发明的一种具体实施方式中的半导体结构形成方法的步骤的结构示意图；

图7为本发明的一种具体实施方式中的半导体结构的结构示意图。

附图标记

半导体衬底100；

掺杂区101；

第一阶段：掺杂区101a；

第二阶段：掺杂区101b；

阻挡层102；

光刻胶层103；

氮离子n；

铝离子al；

光刻胶层中的酸h+。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的半导体结构及其形成方法的具体实施方式作进一步详细说明。

请参阅图1为本发明的一种具体实施方式中半导体结构形成方法的步骤流程图。

步骤s01，提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成掺杂区。

请参阅图2，为本发明的一种具体实施方式中的半导体结构形成方法的步骤的结构示意图。

提供半导体衬底100，所述半导体衬底100可以包括但不限于单晶硅衬底、多晶硅衬底、氮化镓衬底或蓝宝石衬底，另外，半导体衬底100为单晶衬底或多晶衬底时，还可以是本征硅衬底或者是掺杂硅衬底，进一步，可以为n型多晶硅衬底或p型多晶硅衬底。

请参阅图3，在所述半导体衬底表面形成掺杂区。

具体地说，通过等离子体增强化学的气相沉积法在所述半导体衬底100表面形成掺杂区101。其中，射频功率为50至200瓦，温度为200至500摄氏度。相较于其他工艺方法，等离子体增强化学的气相沉积方法，所需基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，不易形成针孔，不易龟裂。因此，可以单独运用导入气流的流速、控制导入气流的流量、控制射频功率、控制淀积时长或控制淀积温度的控制手段，通过提高对导入气流的流速、控制导入气流的流量、射频功率和温度的控制精度，可以确保所有原子淀积时排列整齐，形成单晶层，最终在半导体衬底100的表面得到一层厚度均匀的掺杂区101。同时沉积速率快，成膜质量好，不易形成针孔，不易龟裂。

请参考图3，沿着箭头指向的方向，形成掺杂区101的含氮浓度是逐渐减小。

首先，根据所述通入一氧化二氮的阶段性的流量需求，可以控制形成不同含氮掺杂浓度的掺杂区101。具体来说，在等离子体增强化学的气相沉积工艺中，可以通过控制同一支一氧化二氮的流速和流量，进行转换操作。

比如在本实施方式中，可以分成两个阶段：通入一氧化二氮的第一阶段和第二阶段；所述通入一氧化二氮第一阶段的流量大于第二阶段的流量。具体来说，第一阶段：先将一氧化二氮氮气体以(5000sccm-9000sccm)的浓度在半导体衬底100表面进行沉积，经过一定时间后，形成掺杂区101a。第二阶段：调整降低浓度，将一氧化二氮体以(400sccm—800sccm)的浓度在半导体衬底100表面进行沉积，形成掺杂区101b。最终可以得到所述掺杂区101的含氮浓度从下至上逐渐减小。同时两个阶段工艺操作简单、重复，可以在最优化工艺条件下形成不同含氮掺杂浓度的掺杂区101。

进一步的，根据所述通入一氧化二氮的阶段性的流量需求，可以设置成多个阶段来进行沉积不同浓度的一氧化二氮气体，最终可以使得所述掺杂区101的含氮浓度发生梯度变化。同时多个阶段工艺操作简单、重复，可以在最优化工艺条件下形成不同含氮掺杂浓度的掺杂区101。

进一步的，根据所述通入一氧化二氮的阶段性的不同时长，可以通过控制时长来控制不同含氮掺杂浓度的掺杂区101的厚度。具体来说，在等离子体增强化学的气相沉积工艺中，可以通过控制同一支一氧化二氮的阶段性的通入时长，进行转换操作。由于氮氧化硅的作用是在光刻工艺中起抗反射作用，通过控制不同时长可以控制不同厚度，可以保证在不降低抗反射作用的前提下，降低掺杂区101上层的含氮掺杂浓度，进而减少基脚效应。

比如在本实施方式中，可以分成两个阶段：第一阶段和第二阶段；所述通入一氧化二氮第一阶段的时长大于第二阶段的时长。具体来说，第一阶段的通入时间可以设置为总时间的1/2到3/4之间(或者是沉积厚度的1/2到3/4)，这样第一阶段的一氧化二氮浓度较高，沉积时间较长；第二阶段的一氧化二氮浓度较偏低，沉积时间较短。形成掺杂区101a和掺杂区101b。因此，可以得到所述掺杂区101的含氮浓度呈梯度变化，即从下至上逐渐减小。

所述掺杂区101为氮氧化硅。形成所述掺杂区101，包括通入硅烷和一氧化二氮。本领域技术人员可以理解，现有技术形成氮氧化硅是硅烷和一氧化二氮两种沉积气体：硅的来源可以是硅烷，氮和氧的来源可以是一氧化二氮。通过等离子体增强化学的气相沉积法在所述半导体衬底100表面形成掺杂区101，所述掺杂区101的氮的掺杂浓度是由下到上逐渐降低。由于在光刻曝光显影过程中，掺杂区101上部的氮可能会直接参与分解抗蚀剂的酸反应，形成基脚，因此降低上部的氮的浓度可以减少基脚效应。因此，这里含氮浓度上层要比下层低，控制含氮的掺杂浓度，进一步的可以减少后续的光致抗蚀剂中毒产生基脚。进一步的，掺杂区101含氮浓度越小，后续越不会有基脚产生。

步骤s02，在掺杂区表面沉积阻挡层。

请参阅图4，通过等离子体增强化学的气相沉积法在掺杂区101表面，形成阻挡层102。其中，射频功率为200至600瓦。相较于其他工艺方法，等离子体增强化学的气相沉积方法，所需基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，不易形成针孔，不易龟裂。因此，可以单独运用导入气流的流速、控制导入气流的流量、控制射频功率、控制淀积时长或控制淀积温度的控制手段，通过提高对导入气流的流速、控制导入气流的流量、射频功率和温度的控制精度，可以确保所有原子淀积时排列整齐，形成单晶层，最终在掺杂区101的表面得到一层厚度均匀的阻挡层102。同时沉积速率快，成膜质量好，不易形成针孔，不易龟裂。

所述阻挡层102可以包括但不限于：铝掺杂的氧化硅。

具体地说，所述阻挡层102的铝离子来源可以是含铝金属氧化物或者三甲基铝。本领域技术人员可以理解，现有技术形成铝掺杂的氧化硅：其中硅的来源，可以是硅烷；铝是由三甲基铝或者含铝金属氧化物提供的。铝离子的作用原理，能减缓基脚效应的产生。所述基脚效应是指，光学光刻中的一种现象。基脚是指在光刻曝光显影工艺中由于显影不充分等原因导致光刻胶图形底部宽大的现象。目前光刻胶含有主链聚合物、光酸发生器(pag)、刻蚀阻挡层、酸性基团、保护基团。当化学放大的duv抗蚀剂曝光时，就会形成酸分子。酸裂解所述光刻胶，使光刻胶溶于显影液中。当氮氧化硅作为底物时，分解抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，使底部和拐角的抗蚀剂溶解性降低，从而形成基脚，影响蚀刻后的过程，导致图案转移失败。因此，现有技术中如果在掺杂区101表面直接覆盖光刻胶层，会引起光抗蚀剂中毒，使底部和拐角的抗蚀剂溶解性降低，导致基脚，影响蚀刻后的过程，导致图案转移失败。

而阻挡层101中铝离子缺少电子，掺杂区101中氮氧化硅中的氮离子是多电子元素，两者容易结合形成氮化铝，从而减少后续光刻胶层中基脚的产生。

进一步的，所述阻挡层102厚度2至8纳米。

具体地说，所述阻挡层102的要求厚度不低于2纳米，否则不能很好的起到中和氮离子的作用；同时所述阻挡层102的要求厚度不高于8纳米，否则会影响掺杂区101氮氧化硅的抗反射效果。

因此，通过在半导体衬底100的掺杂区101表面沉积阻挡层102，所述阻挡层102中包含铝离子中和掉掺杂区中游离的氮离子，避免了在光刻曝光显影工艺中，当氮氧化硅作为衬底的掺杂区101时，分界抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，产生基脚，影响刻蚀后图形转移效果。从而防止光致抗蚀剂中毒影响刻蚀，提升光刻曝光显影工艺的良品率。

步骤s03，在所述阻挡层表面覆盖光刻胶层进行光刻曝光显影工艺。

请参阅图5，具体地说，在所述阻挡层102表面覆盖光刻胶层103之前，所述阻挡层102中铝离子中和掉掺杂区101中游离的氮离子，因此避免了曝光过程中光刻胶层103中分界抗蚀剂的酸与掺杂区101中游离的氮离子发生反应，避免引起光抗蚀剂中毒，产生基脚，影响刻蚀过程中图形的转换。

请参阅图6，具体地说，对所述光刻胶层103进行光刻曝光显影工艺。由于通过在半导体衬底100的掺杂区101表面沉积阻挡层102，所述阻挡层102中包含铝离子中和掉掺杂区中游离的氮离子，避免了当氮氧化硅作为衬底的掺杂区101时，分界抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，产生基脚。因此，当紫外光或电子束的照射时，光刻胶材料本身的特性会发生改变，经过显影液显影后，曝光的负性光刻胶或未曝光的正性光刻胶将会留在衬底表面，这样就将设计的微纳结构转移到了所述光刻胶层103上，而后续的刻蚀、沉积等工艺，就可以进一步将此图案转移到光刻胶层103下面的衬底上。

本发明的具体实施方式还提供一种半导体结构。

请参阅图7为本发明的一种具体实施方式中的半导体结构的结构示意图。

所述半导体结构包括：半导体衬底100，掺杂区101，阻挡层102，光刻胶层103。

所述半导体衬底100可以包括但不限于单晶硅衬底、多晶硅衬底、氮化镓衬底或蓝宝石衬底，另外，半导体衬底100为单晶衬底或多晶衬底时，还可以是本征硅衬底或者是掺杂硅衬底，进一步，可以为n型多晶硅衬底或p型多晶硅衬底。掺杂区，所述掺杂区的氮的掺杂浓度是由下到上逐渐降低；

所述掺杂区101位于半导体衬底100表面。所述掺杂区可以包括：氮氧化硅。进一步的，所述掺杂区101的氮的掺杂浓度是由下到上逐渐降低。这里含氮浓度上层要比下层低，控制含氮的掺杂浓度，进一步的可以减少后续的光致抗蚀剂中毒产生基脚。因此，掺杂区101含氮浓度越小，后续越不会有基脚产生。

所述阻挡层103，沉积于所述掺杂区101表面。所述阻挡层102可以包括但不限于：铝掺杂的氧化硅。

具体地说，所述阻挡层102的铝离子来源可以是含铝金属氧化物或者三甲基铝。本领域技术人员可以理解，现有技术形成铝掺杂的氧化硅：其中硅的来源，可以是硅烷；铝是由三甲基铝或者含铝金属氧化物提供的。铝离子的作用原理，能减缓基脚效应的产生。所述基脚效应是指，光学光刻中的一种现象。基脚是指在光刻曝光显影工艺中由于显影不充分等原因导致光刻胶图形底部宽大的现象。目前光刻胶含有主链聚合物、光酸发生器(pag)、刻蚀阻挡层、酸性基团、保护基团。当化学放大的duv抗蚀剂曝光时，就会形成酸分子。酸裂解所述光刻胶，使光刻胶溶于显影液中。当氮氧化硅作为底物时，分解抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，使底部和拐角的抗蚀剂溶解性降低，从而形成基脚，影响蚀刻后的过程，导致图案转移失败。因此，现有技术中如果在掺杂区101表面直接覆盖光刻胶层103，会引起光抗蚀剂中毒，使底部和拐角的抗蚀剂溶解性降低，导致基脚，影响蚀刻后的过程，导致图案转移失败。

而阻挡层101中铝离子缺少电子，掺杂区101中氮氧化硅中的氮离子是多电子元素，两者容易结合形成氮化铝，从而减少后续光刻胶层中基脚的产生。

进一步的，所述阻挡层102厚度2至8纳米。

具体地说，所述阻挡层102的要求厚度不低于2纳米，否则不能很好的起到中和氮离子的作用；同时所述阻挡层102的要求厚度不高于8纳米，否则会影响掺杂区101氮氧化硅的抗反射效果。

所述光刻胶层103覆盖于阻挡层102表面。

当紫外光或电子束的照射时，光刻胶材料本身的特性会发生改变，经过显影液显影后，曝光的负性光刻胶或未曝光的正性光刻胶将会留在衬底表面，这样就将设计的微纳结构转移到了所述光刻胶层103上，而后续的刻蚀、沉积等工艺，就可以进一步将此图案转移到光刻胶层103下面的衬底上。

因此，通过在半导体衬底100的掺杂区101表面沉积阻挡层102，所述阻挡层102中包含铝离子中和掉掺杂区中游离的氮离子，避免了在光刻曝光显影工艺中，当氮氧化硅作为衬底的掺杂区101时，分界抗蚀剂的酸与氮发生反应，使抗蚀剂溶解性降低，引起光抗蚀剂中毒，产生基脚，影响刻蚀后的过程。从而防止光致抗蚀剂中毒影响刻蚀，提升光刻曝光显影工艺的良品率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。