[發明專利]半導體垂直結構和半導體器件的制造方法

有效

• 申請號: 201810036773.3
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN110047923B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張海洋;紀世良
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（天津）有限公司;中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/775
• 分類號: H01L29/775;H01L21/335;H01L29/06
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

1.一種半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，包括：

提供一半導體襯底，在所述半導體襯底的表面上依次形成半導體材料層以及圖案化掩膜，且所述半導體材料層為疊層結構，包括依次層疊在所述半導體襯底表面上的第一半導體材料層、第二半導體材料層、第三半導體材料層以及第四半導體材料層，且相鄰兩層半導體材料層的材質不同；

至少在所述半導體材料層的表面上覆蓋一金屬催化劑層；

以所述圖案化掩膜為掩膜，采用第一金屬催化刻蝕工藝刻蝕所述第四半導體材料層，刻蝕停止在所述第三半導體材料層的表面上；

以所述圖案化掩膜為掩膜，采用第二金屬催化刻蝕工藝刻蝕所述第三半導體材料層，刻蝕停止在所述第二半導體材料層的表面上；

以所述圖案化掩膜為掩膜，繼續采用第三金屬催化刻蝕工藝刻蝕所述第二半導體材料層，刻蝕停止在所述第一半導體材料層的表面上；

其中，所述第一金屬催化刻蝕工藝和所述第三金屬催化刻蝕工藝均為濕法刻蝕工藝，所述第二金屬催化刻蝕工藝為氣相-液體-固體刻蝕工藝，且在所述第二金屬催化刻蝕工藝的過程中，所述金屬催化劑層中的金屬納米粒子在水蒸氣環境中被加熱時會自發地穿過所述第三半導體材料層的表面，使得所述第三半導體材料層與所述金屬催化劑層表面上的水蒸氣反應產生揮發性氧化物，以在所述第三半導體材料層的上表面產生凹槽，所述第二金屬催化刻蝕工藝中的刻蝕溶液通過對準所述凹槽來刻蝕所述第三半導體材料層直至所述第二半導體材料層表面。

2.如權利要求1所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕劑包括氫氟酸和/或高錳酸鉀溶液。

3.如權利要求1所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，至少在所述半導體材料層的表面上覆蓋一金屬催化劑層時，所述圖案化掩膜的表面上也覆蓋有所述金屬催化劑層。

4.如權利要求1至3中任一項所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述半導體材料層的材料為III-V族化合物半導體。

5.如權利要求4所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述III-V族化合物半導體包括砷化銦、磷化銦、砷化鎵、氮化鎵、銻化銦、銻化鎵、銻化鋁、砷化鋁鎵、砷化銦鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、氮砷化鎵、銻砷化銦、銻砷化鎵、銻化銦鎵、銻化鋁銦、氮化銦鎵鋁、磷化銦鎵鋁、磷化銦鎵砷、氮化銦鎵砷、銻化銦鎵鋁、銻砷化銦鎵以及銻磷化鋁銦鎵中至少一種。

6.如權利要求4所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述金屬催化劑層的材料包括過渡金屬和/或貴金屬。

7.如權利要求1或6所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述金屬催化劑層的材料選自于金、銀、鉑、鈀、銠、釕、銅、鐵、鋅、錫、錳、鈦、鈷和鎳中的至少一種。

8.如權利要求1所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述圖案化掩膜的材質包括HSQ光刻膠。

9.如權利要求1所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，所述半導體垂直結構的線寬為微米級或納米級。

10.如權利要求1所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，在形成所述半導體垂直結構之后，還包括：

去除所述金屬催化劑層和所述圖案化掩膜；

對所述半導體垂直結構進行至少一次數字化刻蝕，以使所述半導體垂直結構的線寬縮減至要求線寬。

11.如權利要求10所述的半導體垂直結構的制造方法，其特征在于，對所述半導體垂直結構進行至少一次數字化刻蝕時還配合濕法刻蝕，所述濕法刻蝕采用的刻蝕劑為硫酸乙醇溶液。

12.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括：

采用權利要求1至11中任一項所述的半導體垂直結構的制造方法，形成垂直于半導體襯底表面上的半導體垂直結構；

在所述半導體垂直結構的表面上形成柵極結構。

13.如權利要求12所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述半導體器件為FinFET器件，所述半導體垂直結構為FinFET器件的鰭片，所述柵極結構覆蓋在所述半導體垂直結構的側壁和頂部上；或者，所述半導體器件為環柵器件，所述半導體垂直結構為所述環柵器件的溝道，所述柵極結構環繞在所述半導體垂直結構的側壁表面上。