[发明专利]半导体结构的形成方法

说明书

技术领域

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

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，晶体管的栅极尺寸也越来越短。然而，晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应，进而产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。

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，请参考图1，是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图，包括：

半导体衬底10；位于所述半导体衬底10上凸出的鳍部14，所述鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；覆盖所述半导体衬底10表面以及鳍部14侧壁的一部分的介质层11，所述介质层11的表面低于所述鳍部14的顶部；横跨所述鳍部14的顶部和侧壁的栅极结构12，所述栅极结构12包括栅介质层（未示出）和位于所述栅介质层上的栅电极（未示出）。需要说明的是，对于鳍式场效应管，鳍部14的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构12相接触的部分成为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。

随着工艺节点的进一步缩小，现有技术的鳍式场效应管短沟道效应日趋明显，性能不良；为了进一步抑制鳍式场效应管的短沟道效应，现有技术提出了一种“Ω”形鳍式场效应管（Ω-fin FET）；所述“Ω”形鳍式场效应管的鳍部包括第一子鳍部、和位于所述第一子鳍部表面的第二子鳍部，所述第一子鳍部的侧壁向鳍部内凹陷，使第一子鳍部的宽度小于所述第二子鳍部的宽度，从而增加了栅极结构与鳍部的接触面积，以抑制短沟道效应。

然而，现有技术的“Ω”形鳍式场效应管形成工艺复杂，不利于推广。

更多鳍式场效应管及形成方法请参考专利号为US 7868380 B2的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，提高鳍式场效应管的性能，并简化“Ω”形鳍式场效应管的形成工艺。

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：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有掩膜层，且所述半导体衬底内具有相互隔离的第一开口；在所述第一开口侧壁形成保护层；以所述保护层和掩膜层为掩膜，采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述第一开口底部，形成第二开口；刻蚀所述第二开口的侧壁，使所述第二开口的侧壁向半导体衬底内凹陷；在刻蚀所述第二开口的侧壁之后，去除所述保护层和掩膜层，相邻第一开口和第二开口之间的半导体衬底形成鳍部。

可选地，所述刻蚀第二开口的侧壁的工艺为各向同性的干法刻蚀或各向同性的湿法刻蚀。

可选地，刻蚀后，所述第二开口的侧壁和底部表面呈圆弧型，且表面光滑。

可选地，所述刻蚀第二开口的侧壁的工艺为各向异性的湿法刻蚀。

可选地，所述各向异性的湿法刻蚀的刻蚀液为四甲基氢氧化铵。

可选地，所述第二开口侧壁表面的晶面为（100）。

可选地，刻蚀后的所述第二开口的侧壁垂直于半导体衬底表面。

可选地，所述第二开口侧壁表面的晶面为（110）。

可选地，刻蚀后的所述第二开口的侧壁与半导体衬底表面呈“Σ”型。

可选地，所述掩膜层的材料为氮化硅，厚度为5-30纳米。

可选地，所述保护层的材料为氧化硅，厚度为5-10纳米。

可选地，所述第二开口的深度为20-40纳米。

可选地，刻蚀所述第二开口侧壁的最大厚度为10-50埃。

可选地，所述第一开口的深度为10-30纳米。

可选地，所述第一开口的形成工艺包括：在所述半导体衬底表面形成掩膜层，所述掩膜层暴露部分半导体衬底表面；以所述掩膜层为掩膜，采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述半导体衬底，形成第一开口。

可选地，还包括：在所述鳍部的顶部和侧壁表面形成栅极结构；在所述栅极结构两侧的鳍部内形成源/漏区。

可选地，所述栅极结构包括横跨所述第一子鳍部的顶部和侧壁的栅介质层、以及位于所述栅介质层表面的栅电极层。

可选地，所述栅介质层的材料为氧化硅或高K介质，所述栅电极层的材料为多晶硅或金属。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：