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℃。
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。
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℃。
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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