CN112151369A - 半导体结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成多晶硅膜；采用刻蚀工艺去除部分厚度多晶硅膜，形成多晶硅层，刻蚀液为氢氟酸与臭氧溶液的混合液，氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1。本发明有助于提高刻蚀精度，并能够改善所述多晶硅层表面的平坦度。
Description
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及其形成方法。
背景技术
多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来，即结晶成多晶硅。
在半导体结构的制造工艺中，多晶硅材料可用于形成硬掩膜层或掩蔽层。为使得形成的多晶硅层厚度符合工艺要求，需要对多晶硅材料进行刻蚀。
但是，现有刻蚀工艺仍有待改进。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法。
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：提供基底；在所述基底上形成多晶硅膜；采用刻蚀工艺去除部分厚度多晶硅膜，形成多晶硅层，刻蚀液为氢氟酸与臭氧溶液的混合液，氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1。
可选的，所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例为1:200。
可选的，所述臭氧溶液的百分比浓度为30ppm。
可选的，所述基底包括衬底及器件层，所述器件层覆盖所述衬底表面；形成所述多晶硅膜的工艺中，在所述器件层表面形成多晶硅膜。
可选的，所述刻蚀工艺的工艺时间小于30min，且所述工艺时间大于或等于1min。
可选的，所述刻蚀液的温度为25℃～50℃。
可选的，所述多晶硅层的厚度小于
可选的，形成所述多晶硅膜的工艺中，所述多晶硅膜的厚度为
相应的，本发明还提供一种采用上述方法形成的半导体结构，包括：基底；多晶硅层，位于所述基底上。
可选的，所述基底包括衬底及器件层，所述器件层覆盖所述衬底表面，所述多晶硅层覆盖所述器件层表面。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
刻蚀液为氢氟酸与臭氧溶液的混合液。其中，臭氧溶液用于将部分厚度多晶硅膜氧化为二氧化硅。氢氟酸则用于与二氧化硅发生反应，生成可溶于水的反应生成物，从而去除部分厚度多晶硅膜。氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1。一方面，由于氢氟酸的体积占比小，使得刻蚀速率慢，有助于提高刻蚀工艺的精确性，且能够改善刻蚀后的多晶硅层表面的平坦度。另一方面，刻蚀工艺时间适当，避免刻蚀工艺耗时过长。
附图说明
图1至图3是本发明半导体结构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
现结合一种半导体结构的形成方法进行分析，包括：提供基底(图中未示出)；在所述基底上形成多晶硅膜(图中未示出)；对部分厚度多晶硅膜进行氧化处理，形成氧化硅层，剩余厚度多晶硅膜作为多晶硅层；刻蚀去除氧化硅层。
氧化处理工艺及刻蚀工艺分步骤进行，使得工艺效率低，此外，工艺控制难度加大，影响多晶硅层的形成质量。
发明人对上述半导体结构的形成方法进行了研究，经创造性劳动，发明人注意到，利用氢氟酸与臭氧溶液的混合液刻蚀可刻蚀部分厚度多晶硅膜。通过控制氢氟酸与臭氧溶液的体积比例，可控制刻蚀工艺的速率。当氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1时，能够方便的控制刻蚀工艺，以改善刻蚀精度，此外，还能够降低所述多晶硅层表面粗糙度，从而提高所述多晶硅层的形成质量。
为使本发明的上述目的、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。
图1至图3是本发明半导体结构形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图1，提供基底100。
本实施例中，所述基底100包括衬底110及器件层120，所述器件层120覆盖所述衬底110表面。
所述衬底110的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。本实施例中，所述衬底110的材料为硅。
所述器件层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本实施例中，所述器件层120的材料为氧化硅。
所述器件层120内具有晶体管(图中未示出)或无源器件(图中未示出)。
本实施例中，采用化学气相沉积工艺形成所述器件层120。在其他实施例中，还可以采用原子层沉积工艺或物理气相沉积工艺形成所述器件层。
参考图2，在所述基底100上形成多晶硅膜200。
本实施例中，在所述器件层120表面形成多晶硅膜200。
所述多晶硅膜200覆盖所述器件层120表面，所述多晶硅膜200能够对所述器件层120表面起到保护作用，避免所述器件层120表面直接暴露于后续工艺环境中，以防止所述器件层120表面受到损伤或污染。
后续采用刻蚀工艺去除部分厚度多晶硅膜200，由于保留的多晶硅膜200厚度为固定值，若所述多晶硅膜200的厚度过大，会使得在刻蚀工艺中被去除的多晶硅膜200厚度值过大，导致刻蚀工艺时间过长。若所述多晶硅膜200的厚度过小，在后续刻蚀所述多晶硅膜200的工艺中，容易将全部所述多晶硅膜200刻蚀去除，使得所述器件层120表面直接暴露于后续工艺环境中。本实施例中，所述多晶硅膜200的厚度H1为
参考图3，采用刻蚀工艺去除部分厚度多晶硅膜200(参考图2)，形成多晶硅层300。
刻蚀去除预定厚度多晶硅膜200，使得形成的多晶硅层300厚度符合工艺要求。
若所述多晶硅层300厚度过大，使得所述多晶硅层300占用空间过大，影响后续工艺的进行；若所述多晶硅层300厚度过小，影响所述多晶硅层300对所述器件层120表面的保护效果。本实施例中，所述多晶硅层300厚度H2小于
本实施例中，刻蚀工艺中，刻蚀液为氢氟酸与臭氧溶液的混合液。刻蚀过程包括两个阶段，下面对两个阶段给予详细的解释。
第一个阶段：臭氧与部分厚度多晶硅膜200材料发生氧化反应，使得部分厚度多晶硅材料转变为氧化硅。化学反应式为：
Si+2O3+H2O→SiO2+2O2+H2O。
第二个阶段：氟化氢与转变得到的氧化硅发生化学反应，生成H2SiF6及H2O，H2SiF6溶于水。化学反应式为：
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O。
上述两个阶段循环进行，直至刻蚀去除的多晶硅膜200厚度达到预定值。总的化学反应式为：
Si+2O3+6HF→2O2+H2SiF6+2H2O。
若所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例过大，导致所述氢氟酸的浓度过高，造成第二个阶段的化学反应剧烈，使得刻蚀速率过快，容易发生过刻蚀，造成超过预定值厚度的所述多晶硅膜200被刻蚀去除掉。此外，刻蚀速率过快还会影响刻蚀工艺结束后的多晶硅层300表面的平坦度。若所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例过小，导致所述氢氟酸的浓度过低，氟化氢与转变得到的氧化硅发生的化学反应过慢，使得刻蚀工艺时间过长。本实施例中，所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例为1:200。
若所述臭氧溶液的百分比浓度过高，使得氧化反应速率过快，导致超出预定值厚度的多晶硅膜200材料发生氧化反应，造成形成的所述多晶硅层300表面具有氧化硅残留，影响后续工艺的进行。若所述臭氧溶液的百分比浓度过低，使得氧化反应速率过慢，影响刻蚀工艺的进展效率。本实施例中，所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例为1:200。
若氢氟酸与臭氧溶液的体积比例过大，导致混合液中的氟化氢浓度过高，造成第二个阶段的化学反应剧烈，使得刻蚀速率过快，影响刻蚀工艺的精确性，容易造成形成的所述多晶硅层300厚度过小。此外，刻蚀速率过快还会使得形成的多晶硅层300表面具有较高的粗糙度，影响后续工艺进行。本实施例中，氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1。
若刻蚀工艺的工艺时间过长，超过预定厚度的多晶硅膜200被刻蚀去除掉，导致形成的所述多晶硅层300厚度过薄，影响所述多晶硅层300对所述器件层120表面的保护效果。若刻蚀工艺的工艺时间过短，低于预定厚度的多晶硅膜200被刻蚀去除掉，造成形成的所述多晶硅层300厚度过厚，导致所述多晶硅层300的占用空间过大，给后续工艺的进行造成难度。本实施例中，所述刻蚀工艺的工艺时间小于30min，且所述工艺时间大于或等于1min。
若刻蚀液的温度过高，导致两个阶段的化学反应过于剧烈，容易发生过刻蚀，造成形成的所述多晶硅层300厚度过薄；此外，还会使得形成的所述多晶硅层300表面粗糙，降低所述多晶硅层300的形成质量。若刻蚀液的温度过低，使得两个阶段的化学反应均缓慢，甚至难以触发化学反应的进行，影响刻蚀速率。本实施例中，所述刻蚀液的温度为25℃～50℃。
参照图3，本发明还提供一种采用上述形成方法获得的半导体结构。所述半导体结构包括：基底100；多晶硅层300，位于所述基底100上。
本实施例中，所述基底100包括衬底110及器件层120，所述器件层120覆盖所述衬底110表面，所述多晶硅层300覆盖所述器件层120表面。
所述衬底110的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。本实施例中，所述衬底110的材料为硅。
所述器件层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本实施例中，所述器件层120的材料为氧化硅。
所述器件层120内具有晶体管或无源器件。
所述多晶硅层300能够保护所述器件层120表面，避免所述器件层120表面受到污染或损伤。
本实施例中，所述多晶硅层300厚度H2小于
所述多晶硅层300厚度适当，一方面，能够保证所述多晶硅层300对所述器件层120表面的保护效果；另一方面，所述多晶硅层300占用空间适当，便于进行后续工艺。
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。
Claims (10)
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成多晶硅膜；
采用刻蚀工艺去除部分厚度多晶硅膜，形成多晶硅层，刻蚀液为氢氟酸与臭氧溶液的混合液，氢氟酸与臭氧溶液的体积比例为1:4～4:1。
2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述氢氟酸中的HF与H2O的体积比例为1:200。
3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述臭氧溶液的百分比浓度为30ppm。
4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述基底包括衬底及器件层，所述器件层覆盖所述衬底表面；形成所述多晶硅膜的工艺中，在所述器件层表面形成多晶硅膜。
5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺的工艺时间小于30min，且所述工艺时间大于或等于1min。
6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述刻蚀液的温度为25℃～50℃。
7.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度小于
8.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述多晶硅膜的工艺中，所述多晶硅膜的厚度为
9.一种半导体结构，其特征在于，包括：
基底；
多晶硅层，位于所述基底上。
10.如权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述基底包括衬底及器件层，所述器件层覆盖所述衬底表面，所述多晶硅层覆盖所述器件层表面。
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