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.在半导体集成电路制造工艺中，会采用一系列的工序，例如淀积、光刻、刻蚀和平坦化工艺等，从而形成半导体结构。其中，光刻和刻蚀是半导体制造过程中主要的图形化手段。
3.光刻工艺通常是在一个基底上形成光敏材料层(例如：光刻胶层)，然后将掩膜板(mask)上的图形通过曝光转移至光敏材料层上，从而在所述光敏材料层内形成图形，以形成图形化的掩膜层，定义出待刻蚀区域；而刻蚀工艺通常是以所述掩膜层为掩膜，对待刻蚀层中的待刻蚀区域进行刻蚀，从而将所述掩膜层内的图形转移至待刻蚀层中，进而在所述待刻蚀层内形成所需的结构。
4.随着超大集成电路的不断发展，半导体器件的关键尺寸(critical dimension，cd)不断减小，光刻工艺对器件性能的影响越来越明显。因此，在关键尺寸越来越小的情况下，如何提高图形转移的精准度和稳定性成为业界的研究热点。


技术实现要素：

5.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，提高图形转移的精准度和稳定性。
6.为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：
7.提供待刻蚀层结构，所述待刻蚀层结构包括待刻蚀层，位于所述待刻蚀层上的核心层和位于所述核心层的两侧的侧墙，所述侧墙的顶面为弧面；
8.在所述侧墙的顶面上形成补充结构，所述补充结构的顶面为平整的平面。
9.相应的，本发明实施例还提供一种半导体结构，包括：
10.待刻蚀层结构，所述待刻蚀层结构包括待刻蚀层，位于所述待刻蚀层上的侧墙，所述侧墙的顶面为弧面；
11.补充结构，位于所述侧墙的顶面上且完全覆盖所述顶面，所述补充结构的顶面为平整的平面。
12.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
13.本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法，通过在所述侧墙的呈弧形的顶面上形成顶面为平整的平面的补充结构，以完全覆盖所述弧面，后续将补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构。因补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜时顶面为平整的平面而非弧面，避免了侧墙作为刻蚀掩膜时因侧墙顶面为弧面造成形成于待刻蚀层的图形的深浅不同，有利于在待刻蚀层上形成结构线深相同的图形，提高了图形转移的精确度和稳定性；且本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法适用于任何需要进行图形转移的制程，工艺简单，提高了实用性。
14.可选方案中，还可以对所述侧墙和所述补充结构进行刻蚀，得到具有预定宽度的侧墙和具有预定宽度的补充结构，进一步提高图形转移的精确度。
附图说明
15.图1-图3是一种半导体结构的形成方法的结构示意图；
16.图4至图11是本发明实施例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
17.由背景技术可知，在关键尺寸越来越小的情况下，图形转移的精准度和稳定性不佳。现结合一种半导体结构分析图形转移的精准度和稳定性不佳的原因。
18.请参考图1-图3，图1-图3是一种半导体结构的形成方法的结构示意图。
19.如图1所示，在一种半导体体结构的形成过程中，包括如下步骤：
20.提供待刻蚀层结构，所述待刻蚀层结构包括待刻蚀层201，在所述待刻蚀层201上形成核心层202；
21.在所述核心层202以及所述核心层202露出的所述待刻蚀层上保形覆盖侧墙材料层203a；
22.去除所述核心层202顶部以及所述核心层202露出的所述待刻蚀层201上的侧墙材料层203a，以剩余的位于所述核心层侧壁上的侧墙材料层为侧墙203。受侧墙形成工艺的影响，形成的侧墙203的顶面为弧面，后续以侧墙203为刻蚀掩膜向下刻蚀时，会导致刻蚀的第一凹槽的线深h1和第二凹槽的线深h2不一致，从而导致后续图形化工艺的工艺效果和图形转移的精度不佳。
23.为了提高图形转移的精准度和稳定性，本发明实施例提供一种半导体结构及其形成方法，通过在所述侧墙的呈弧形的顶面上形成顶面为平整的平面的补充结构，以完全覆盖所述弧面，后续将补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构。因补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜时顶面为平整的平面而非弧面，避免了侧墙作为刻蚀掩膜时因侧墙顶面为弧面造成形成于待刻蚀层的图形的深浅不同，有利于在待刻蚀层上形成结构线深相同的图形，提高了图形转移的精确度和稳定性；且本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法适用于任何需要进行图形转移的制程，工艺简单，提高了实用性。
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实施例的具体实施例做详细的说明。
25.请参考图4-图11，图4至图11是本发明实施例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。以下将结合附图对本发明实施例提供的半导体结构进行详细说明。
26.参考图4-图5，提供待刻蚀层结构10(示于图5中)，所述待刻蚀层结构包括待刻蚀层，位于所述待刻蚀层上的核心层和位于所述核心层的两侧的侧墙，所述侧墙的顶面为弧面。
27.待刻蚀层结构形成于基底上。基底可以包括衬底100。衬底100的材料可以为硅、
锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等材料，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。衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。
28.形成所述待刻蚀层结构的步骤包括：
29.提供待刻蚀层101，所述待刻蚀层101为后续刻蚀工艺的刻蚀对象，用于形成目标图形结构。
30.在一种实施例中，待刻蚀层101可以用于形成栅极结构，待刻蚀层101的形成工艺可以是原子层沉积工艺或者化学气相沉积工艺，待刻蚀层101的材料可以包括氮化硅，氧化硅或者氮氧化硅中的至少一者。在另一实施例中，待刻蚀层还可以用于形成鳍部，待刻蚀层的材料可以是单晶硅或多晶硅。
31.在所述待刻蚀层101上形成核心层102，所述核心层102为后续形成侧墙提供工艺基础。
32.核心层102的材料可以是单晶硅，多晶硅或者无定形碳。
33.在所述核心层102以及所述核心层102露出的所述待刻蚀层101上保形覆盖侧墙材料层103a。
34.本实施例中，采用原子层沉积工艺(atomic layer deposition，ald)形成所述侧墙材料层103a。原子层沉积工艺具有较好的保形覆盖能力，有利于保证在形成所述侧墙材料层的步骤中，所述侧墙材料层能够保形覆盖于所述核心层以及所述核心层露出的所述待刻蚀层上，而且通过采用原子层沉积工艺，还有利于提高所述侧墙材料层的厚度均一性，相应有利于提高后续形成的侧墙的厚度均一性。其他实施例中，还可以通过化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition，cvd)形成侧墙材料层。
35.接着，去除所述核心层102顶部以及所述核心层102露出的所述待刻蚀层上的侧墙材料层103a，以剩余的位于所述核心层102侧壁上的侧墙材料层为侧墙103。侧墙103的材料可以是氧化硅，氮化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或至少两种的组合。
36.本实施例中，所述侧墙103的材料为氧化硅。氧化硅是工艺常用、成本较低的介电材料，且具有较高的工艺兼容性，有利于降低工艺成本，且氧化硅的去除工艺简单，不易存有残留，为后续去除做准备。
37.本实施例中，采用无掩膜刻蚀工艺去除所述核心层102顶端以及所述待刻蚀层101上的侧墙材料层103a，形成侧墙103。采用无掩膜刻蚀工艺不需用到光罩(mask)，降低了工艺成本。当然，在其他实施例中，还可以采用其他工艺形成侧墙。
38.具体地，采用无掩膜干法刻蚀工艺进行刻蚀，干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，有利于保证将所述核心层顶部以及所述待刻蚀层上的侧墙材料层完全去除的同时，对其他膜层结构的损伤较小，而且有利于避免对侧墙材料层横向刻蚀使得形成的侧墙厚度不易减薄，从而保证所述侧墙够在后续形成目标图形的步骤中起到刻蚀掩膜的作用。
39.受侧墙生成工艺的影响，所得到的侧墙103的顶面为弧面(如图5所示)，为了避免后续图形转移的精确度下降，本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法，在形成侧墙后，还包括如下步骤：
40.请参考图6-图8，形成侧墙103后，在所述侧墙103的顶面上形成补充结构以完全覆盖所述弧面，所述补充结构的顶面为平整的平面。
41.通过在所述侧墙的呈弧形的顶面上形成顶面为平整的平面的补充结构，以完全覆盖所述弧面，后续将补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构。因补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜时顶面为平整的平面而非弧面，避免了侧墙作为刻蚀掩膜时因侧墙顶面为弧面造成形成于待刻蚀层的图形的深浅不同，有利于在待刻蚀层上形成结构线深相同的图形，提高了图形转移的精确度和稳定性；且本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法适用于任何需要进行图形转移的制程，工艺简单，提高了实用性。
42.补充结构的形成工艺不做限定，只要能够形成顶面为平整的平面的补充结构即可。在一种具体实施例中，可以通过离子处理的方式形成顶面为平面的补充结构，具体地，离子处理可以包括离子注入，离子束混合，离子溅射等技术。
43.本实施例中，为了便于形成补充结构104，所述补充结构104的形成工艺为离子注入工艺。
44.为了保证在顶面为弧面的侧墙103上形成顶面为平面的补充结构104，离子注入的方向与所述待刻蚀层表面法线的夹角不能过大也不能过小，夹角过大或过小均无法保证补充结构完全覆盖侧墙的弧面。因此，本实施例中，离子注入的方向与所述待刻蚀层101表面法线的夹角为30
°-
60
°
，例如，离子注入的方向与所述待刻蚀层表面法线的夹角具体可以是35
°
，30
°
，45
°
，50
°
或者55
°
。
45.本实施例中，侧墙103的材料为氧化硅。离子注入的离子可以为锗离子，硅离子，硼离子，碳离子，磷离子中的一者或者至少二者的组合。当离子束打到侧墙表面时，离子束与侧墙表面发生一系列物理和化学相互作用而形成一个新表面层(即补充结构)，且离子注入工艺保证了补充结构与侧墙之间不存在剥落问题。
46.如图5所示，核心层第一侧的侧墙的弧面与所述核心层第二侧的侧墙的弧面关于所述核心层的法线(图5中的虚线)对称。具体地，在所述侧墙103的顶面上形成补充结构104，所述补充结构104的顶面为平整的平面的步骤：
47.如图6所示，首先在位于所述核心层102第一侧的侧墙的顶面上形成第一补充结构1041，所述第一补充结构1041的顶面为平整的平面；
48.当离子束打到核心层第一侧的侧墙103表面时，离子束与侧墙103表面发生一系列物理和化学相互作用，形成一个新的至少覆盖核心层第一侧的侧墙顶面的第一补充结构1041。
49.接着，如图7所示，在位于所述核心层102第二侧的侧墙的顶面上形成第二补充结构1042，所述第二补充结构1042的顶面为平整的平面。
50.当离子束打到核心层第二侧的侧墙103表面时，离子束与侧墙表面发生一系列物理和化学相互作用，形成一个新的至少覆盖核心层第二侧的侧墙顶面的第二补充结构1042。
51.如图8所示，第一补充结构1041和第二补充结构1042共同组成补充结构104。
52.如图9所示，因补充结构104的形成可能会造成侧墙和补充结构整体作为后续刻蚀掩膜时宽度增加，最终导致所形成相邻目标图形结构(例如，栅极结构)的间距变小，进而容易导致半导体结构的漏电，因此，在一种具体实施例中，所述在所述侧墙103的顶面上形成补充结构之后还可以包括：
53.对所述侧墙103和所述补充结构104进行刻蚀，以使所述侧墙103和所述补充结构104具有预定宽度。
54.需要说明的是，预定宽度指的是刻蚀掩膜的预设宽度，也即后续以侧墙和补充结构为掩膜刻蚀待刻蚀层时，核心层第一侧的侧墙和第一补充结构的整体宽度，或者核心层第二侧的侧墙和第二补充结构的整体宽度。
55.本实施例中，采用干法刻蚀的工艺刻蚀所述侧墙103和补充结构104。为了避免刻蚀侧墙和补充结构的过程中对其他结构层造成影响，刻蚀气体可以选择氧气(o2)和二氧化硫(so2)中的至少一者。因为o2和so2不会对含硅结构层造成影响，从而可以保证其他结构层的稳定性。
56.当然，在其他实施例中，也可以是设定预先形成的侧墙的宽度窄于后续作为刻蚀掩膜的宽度，使得后续形成补充结构后，第一补充结构和侧墙的整体宽度或者第二补充结构和侧墙的整体宽度满足刻蚀掩膜宽度的精度要求。
57.继续参考图10，形成补充结构后，本发明实施例所述提供的半导体结构的形成方法，还包括：
58.去除所述核心层102(示于图9中)。
59.本实施例中，采用干法刻蚀工艺去除所述核心层。在干法刻蚀工艺去除所述核心层的过程中，以所述待刻蚀层为刻蚀停止层。采用干法刻蚀工艺能够提高工艺兼容性，不用更换机台，有利于提高工作效率。其他实施例中，还可以采用灰化工艺去除所述核心层。
60.所述核心层的材料与后续形成的所述侧墙的材料具有刻蚀选择比，后续在去除所述核心层的过程中，使得所述侧墙被损伤的概率较低。
61.在一种具体实施例中，所述核心层的材料可以为无定形碳。无定形碳是有机材料，具有较高的工艺兼容性，有利于降低形成所述核心层的工艺难度和工艺成本，且无定形碳的去除工艺简单，不易存有残留，为后续去除核心层做准备。其他实施例中，核心层的材料还可以为氧化硅或者多晶硅。
62.继续参考图11，去除所述核心层后，本发明实施例所提供的半导体结构的形成方法，还包括：
63.以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构106。
64.具体地，由于补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜，可以用于半导体结构形成过程中的任意制程。因此，在一种具体实施方式中，待刻蚀层可以包括栅极材料结构层。
65.所述栅极材料结构层为后续形成横跨鳍部的栅极结构做准备。
66.栅极材料结构层可以为叠层结构，栅极材料结构层包括保形覆盖鳍部的栅氧化材料层(图中未示出)以及位于栅氧化材料层上的栅极材料层(图中未示出)。其他实施例中，栅极材料结构层还可以为单层结构，即栅极材料结构层仅包括栅极材料层。
67.本实施例中，栅氧化材料层的材料可以为氧化硅。其他实施例中，栅氧化材料层的材料还可以为氮氧化硅。本实施例中，栅极材料层的材料为多晶硅。其他实施例中，栅极材料层的材料还可以为非晶碳。
68.具体地，形成栅极材料结构层的步骤包括：形成保形覆盖鳍部表面的栅氧化材料层；形成栅氧化材料层后，在栅氧化材料层上形成栅极材料层。
69.所述以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构
106的步骤包括：
70.以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述栅极材料结构层，形成栅极结构，以所述栅极结构作为所述目标图形结构106。
71.在另一实施例中，待刻蚀层可以包括硅衬底层；
72.所述以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构的步骤包括：
73.以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述衬底，形成分立的鳍，所述分立的鳍作为所述目标图形结构。
74.在其他实施例中，所述以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构的步骤还可以包括：
75.在所述基底上形成介质层，所述介质层覆盖所述栅极材料结构层；
76.刻蚀所述待刻蚀层的步骤包括：以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述介质层和所述栅极材料结构层，形成栅极结构，所述栅极结构作为所述目标图形结构。
77.需要说明的是，在刻蚀栅极材料结构层形成栅极结构的过程中，所述侧墙和所述补充结构被完全消耗后，以所述介质层为掩膜继续刻蚀所述栅极材料结构。
78.所述介质层的材料为氮化硅，氧化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
79.需要说明的是，所述待刻蚀层不限于形成栅极结构和鳍，还可以是任何需要进行图形转移的制程中的层结构。
80.为解决上述问题，本发明实施例还提供一种半导体结构。
81.参考图10，本发明实施例所提供的半导体结构，包括：
82.待刻蚀层结构，所述待刻蚀层结构包括待刻蚀101层和位于所述待刻蚀层101上的侧墙103，所述侧墙103的顶面为弧面；
83.补充结构104，位于所述侧墙103的顶面上且完全覆盖所述顶面，所述补充结构104的顶面为平整的平面。
84.所述待刻蚀层101为后续刻蚀工艺的刻蚀对象，用于形成目标图形结构。
85.侧墙103的材料可以包括氧化硅，氮化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或至少两种。
86.补充结构104的材料可以包括氧化锗，氧化硅，氧化硼或磷的含氧物中的至少一者。
87.在一种具体实施例中，待刻蚀层101可以包括栅极材料结构层，后续可以形成栅极结构，以所述栅极结构作为所述目标图形结构。
88.在其他实施例中，待刻蚀层还可以是在所述基底上形成的介质层，所述介质层覆盖所述栅极材料结构层；
89.在另一具体实施例中，待刻蚀层可以包括硅衬底层；
90.以所述侧墙和所述补充结构为掩膜刻蚀所述衬底，形成分立的鳍，所述分立的鳍作为所述目标图形结构。
91.本实施例中，待刻蚀层结构形成于基底上，基底可以包括硅衬底100。在其他实施例中，衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他材料，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。衬底的材料可以是适宜于工
艺需要或易于集成的材料。
92.需要说明的是，所述待刻蚀层不限于形成栅极结构和鳍，还可以是任何需要进行图形转移的制程中的层结构。
93.本发明实施例所提供的半导体结构，因所述侧墙的呈弧形的顶面上形成有顶面为平整的平面的补充结构，且所述补充结构完全覆盖所述弧面，从而，后续将补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成目标图形结构时，因补充结构和侧墙共同作为刻蚀掩膜时顶面为平整的平面而非弧面，能够避免侧墙作为刻蚀掩膜时因侧墙顶面为弧面造成形成于待刻蚀层的图形的深浅不同，有利于在待刻蚀层上形成结构线深相同的图形，提高了图形转移的精确度和稳定性；且本发明实施例所提供的半导体结构适用于任何需要进行图形转移的制程，工艺简单，提高了实用性。
94.虽然本发明实施例披露如上，但本发明实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。