[发明专利]改善finFET鳍结构表面氧化层形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种改善finFET鳍结构表面氧化层形貌的方法。

背景技术

随着半导体工艺不断发展，CMOS电路特征尺寸不断缩小，到22nm及以下，传统的体硅工艺已经很难再满足器件和电路的性能和功耗要求。一种新型器件结构：鳍式场效应晶体管(Fin-type field-effect transistors，finFETs)越来越受到人们的关注。现在流行的finFET又分为两种结构：独立栅极finFET(independent-gate finFET，G-finFET)(又名shorted-gate(SG)finFETs)和非独立栅极(tied-gate finFET，TG-finFET)。其中IG-finFET因其多变的工作方式在静态随机存储器(SRAM)电路中受到青睐。利用IG-finFET多变的工作方式，基于IG-finFET的SRAM六管单元，能够减少静态和动态功耗，降低延迟，同时提高数据存储稳定性和集成度。

在finFET的制造工艺流程中，首先形成鳍结构，然后形成隔离结构，请参阅图1，图1为形成鳍结构和隔离结构后的半导体衬底的截面结构示意图，其中，1表示半导体衬底，2表示隔离结构，3表示鳍结构。形成隔离结构后且在沉积多晶硅栅极之前，还需先在鳍结构(fin)上生长一层超薄的氧化层，该层氧化层用来作为隔离鳍结构和上层材料的绝缘材料。该制造工艺流程中，要求该氧化层的厚度一致，并且不能够出现尖角，否则会影响器件的可靠性及漏电。

通常生长该超薄氧化层的方法是采用干氧快速热退火工艺或炉管式热氧化工艺，在反应腔室中，采用O₂作为反应气体，利用O₂和硅衬底中的Si直接在高温下反应生成SiO₂来生长氧化层。

然而，在制备鳍结构的工艺过程中，鳍结构的顶部和侧壁拐角处都不可避免会受到损伤，并且鳍结构的顶部、拐角处和侧壁的晶向不一致，会混合出现{100}、{110}或{111}晶面，由于晶向不同且存在损伤、鳍结构的上下宽度不一致，这都会导致鳍结构的表面出现原子密度差异，这种情况下，如果采用传统的干氧快速热退火工艺或炉管式热氧化工艺，在鳍结构表面生长一层氧化层，将导致该氧化层的厚度不一致，且存在尖角形貌，这样，氧化层的绝缘效应完全失去，将导致器件的可靠性降低和出现漏电现象。因此，氧化层的形貌包括厚度的均匀性和拐角的光滑程度将影响到finFET工艺的质量，成为制备高质量的finFET的关键因素之一。

发明内容

为了克服上述问题，本发明旨在提供一种改善鳍结构表面氧化层形貌的方法，从而在鳍结构表面形成厚度均匀且拐角光滑的氧化层，以提高finFET制备工艺的质量。

本发明提供了一种改善finFET鳍结构表面氧化层形貌的方法，其包括：

步骤S01：将带有鳍结构和隔离结构的半导体衬底置于反应腔室内；

步骤S02：减小所述反应腔室的压强；

步骤S03：通入氧气和氢气的混合气体；

步骤S04：恒温加热所述半导体衬底，利用所产生的原子氧来氧化所述鳍结构表面，从而形成所述的氧化层。

优选地，所述步骤S02中，减小所述压强后，所述反应腔室内的压强小于10torr。

优选地，所述反应腔室内的压强为7-10torr。

优选地，所述步骤S03中，所述混合气体的总流量为10-30slm。

优选地，所述混合气体的总流量为15-25slm。

优选地，所述步骤S04中，所述恒温温度大于900℃。

优选地，所述恒温温度为950-1100℃。

优选地，所述步骤S04中，对所述半导体衬底恒温加热的时间为15-50秒。

优选地，所述氧化层的厚度为15-100A。

优选地，所述半导体衬底为单晶硅衬底。

本发明的改善鳍结构表面氧化层形貌的方法，通过改进传统的生长鳍结构表面氧化层的工艺方法，在反应腔室中，采用低压环境，利用氧气和氢气的混合气体作为反应气体，在加热的半导体衬底表面该反应气体会生成大量气相活性自由基，其主要为原子氧，利用原子氧来氧化鳍结构表面的Si，从而在鳍结构表面形成一层厚度均匀且拐角光滑的氧化层。

生成原子氧的反应式如下：

H₂+O₂→2OH

H₂+OH→H₂O+H