半导体器件的制备方法
【专利摘要】本发明揭示了一种半导体器件的制备方法，包括：提供半导体基底，所述半导体基底由衬底、牺牲氧化层以及氮化层依次层叠形成，所述半导体基底上具有浅沟槽隔离结构；对所述半导体基底进行氧化处理，以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧化层的体积。本发明的半导体器件的制备方法中，对所述半导体基底进行氧化处理可以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧化层的体积，能够提高半导体衬底的角落部位的尖角圆滑度，从而提高所述浅沟槽隔离器件的电性能。
【专利说明】半导体器件的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，特别是涉及一种半导体器件的制备方法。
【背景技术】
[0002] 集成电路制程的快速发展，使得半导体器件日益积集化与微小化。而随着半导体 器件的积集化，半导体组件的尺寸与隔离半导体组件的隔离结构的大小也随之缩减。因 此，在半导体制程中，形成良好的隔离结构显得十分关键。常见的一种形成隔离结构的方 法是借助局部氧化形成场氧化层（LocalOxidationofSilicon,简称L0C0S)，然而，该 方法对于积集度高的半导体装置而言并不适合，同一产生鸟嘴侵蚀的问题（Bird'sbeak encroachment)。因此，目前以浅沟槽隔离（shallowtrenchisolation，简称STI)制程成 为主流，特别适用于次微米以下的集成电路制程。
[0003] 在现有技术的浅沟槽隔离技术中，当在半导体衬底上生长由120A以上的牺牲氧 化层时，半导体衬底靠近牺牲氧化层的角落部位（corner，为牺牲氧化层与浅沟槽相邻的部 分）需要具有一定的尖角圆滑度（cornerrounding)。如图1所示，半导体衬底100内具有 浅沟槽101，半导体衬底100浅沟槽101以外的表面上具有牺牲氧化层110,半导体衬底100 靠近牺牲氧化层110的角落部位（如图1中圆形区域内的部分）很尖锐，不具有尖角圆滑 度，使得该角落部位造成泄漏电流、可靠性降低等问题。
[0004] 为此，现有技术采用内衬氧化物（lineroxide)等方法使得该角落部位具有一定 尖角圆滑度，但是，现有的采用内衬氧化物等方法，并不能很好地满足半导体衬底靠近牺牲 氧化层的角落部位对尖角圆滑度的要求。所以，如何提供一种制备方法，能够提高半导体衬 底的角落部位的尖角圆滑度，已成为本领域亟需解决的技术问题之一。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种半导体器件的制备方法，能够提高半导体衬底的角 落部位的尖角圆滑度，从而提高所述浅沟槽隔离器件的电性能。
[0006] 为解决上述技术问题，一种半导体器件的制备方法，包括：
[0007] 提供半导体基底，所述半导体基底由衬底、牺牲氧化层以及氮化层依次层叠形成， 所述半导体基底上具有浅沟槽隔离结构；
[0008] 对所述半导体基底进行氧化处理，以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧 化层的体积。
[0009] 进一步的，采用炉管氧化工艺对所述半导体基底进行氧化处理。
[0010] 进一步的，所述炉管氧化工艺的加热温度为800°c?1200°C°C。
[0011] 进一步的，所述炉管氧化工艺的热反应时间为IOmin?Ih。
[0012] 进一步的，所述提供半导体基底的步骤包括：
[0013] 提供所述衬底，在所述衬底上依次形成所述牺牲氧化层和所述氮化层；
[0014] 选择性刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以及衬底，以在所述衬底中形成浅沟槽；
[0015] 在所述浅沟槽内沉积一隔离氧化物层；
[0016] 对所述隔离氧化物层进行快速热退火工艺；
[0017] 对所述衬底进行平坦化工艺，以形成所述浅沟槽隔离结构。
[0018] 进一步的，以光刻胶为掩模选择性刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以及衬底。
[0019] 进一步的，所述对所述半导体基底进行氧化处理步骤之后，还包括：去除所述浅沟 槽隔离结构的100人?500A的表面厚度。
[0020] 进一步的，采用氢氟酸去除所述浅沟槽隔离结构的IOOA?500A的表面厚度。
[0021] 进一步的，所述选择性刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以及衬底步骤和在所述浅沟 槽内沉积一隔离氧化物层步骤之间，还包括：
[0022] 对所述氮化层进行第一回刻工艺；
[0023] 对所述牺牲氧化层进行第二回刻工艺；
[0024] 在所述浅沟槽内形成一内衬氧化物层；
[0025] 对所述氮化层进行第三回刻工艺。
[0026] 进一步的，所述在所述浅沟槽内形成一内衬氧化物层的步骤包括：
[0027] 在所述浅沟槽内形成一第一内衬氧化物层；
[0028] 去除所述第一内衬氧化物层；
[0029] 在所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层；
[0030] 去除所述第二内衬氧化物层的部分厚度，以形成所述内衬氧化物层。
[0031] 进一步的，采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽内形成一第一内衬氧化物层。
[0032] 进一步的，所述第一内衬氧化物层的厚度为50.人?200入,；
[0033] 进一步的，采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层。
[0034] 进一步的，采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层时，所述 炉管氧化工艺的气体包括二氯乙烯。
[0035] 进一步的，所述第二内衬氧化物层的厚度为200A--400A。
[0036] 进一步的，所述内衬氧化物层的厚度为50人?200人
[0037] 与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制备方法具有以下优点：
[0038] 1、在所述半导体器件的制备方法中，在所述半导体基底上形成所述浅沟槽隔离结 构之后，对所述半导体基底进行氧化处理，与现有技术相比，对所述半导体基底进行氧化处 理可以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧化层的体积，能够提高半导体衬底的角 落部位的尖角圆滑度，从而提高所述浅沟槽隔离器件的电性能。
[0039] 2、在所述半导体器件的制备方法中，以光刻胶为掩模选择性刻蚀所述氮化层、牺 牲氧化层以及衬底，可以进一步提高半导体衬底的角落部位的尖角圆滑度。
[0040] 3、在所述半导体器件的制备方法中，所述选择性刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以 及衬底步骤和在所述浅沟槽内沉积一隔离氧化物层步骤之间，还包括：对所述氮化层进行 第一回刻工艺；对所述牺牲氧化层进行第二回刻工艺；在所述浅沟槽内形成一内衬氧化物 层；对所述氮化层进行第三回刻工艺。其中，采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽内形成一第二 内衬氧化物层，所述炉管氧化工艺的气体包括二氯乙烯，可以使得所述第二内衬氧化物层 在所述浅沟槽的侧壁的厚度大于所述浅沟槽的顶部的厚度，能够进一步提高半导体衬底的 角落部位的尖角圆滑度。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1为现有技术中浅沟槽隔离结构的示意图；
[0042] 图2为本发明一实施例中半导体器件的制备方法的流程图；
[0043] 图3-图15为本发明一实施例中半导体器件的制备方法中器件结构的示意图。
【具体实施方式】
[0044] 下面将结合示意图对本发明的半导体器件的制备方法进行更详细的描述，其中表 示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然 实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而 并不作为对本发明的限制。
[0045] 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能 和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开 发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的 限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费 时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0046] 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要 求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0047] 本发明的核心思想在于，提供一种半导体器件的制备方法，包括：
[0048] 步骤S11，提供半导体基底，所述半导体基底由衬底、牺牲氧化层以及氮化层依次 层叠形成，所述半导体基底上具有浅沟槽隔离结构；
[0049] 步骤S12,对所述半导体基底进行氧化处理，以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所 述牺牲氧化层的体积。
[0050] 对所述半导体基底进行氧化处理可以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲 氧化层的体积，能够提高半导体衬底的角落部位的尖角圆滑度，从而提高所述浅沟槽隔离 器件的电性能。
[0051] 以下列举所述半导体器件的制备方法的几个实施例，以清楚说明本发明的内容， 应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常 规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0052] 请结合图2以及图3-图15,具体说明本发明的半导体器件的制备方法。其中，图 2为本发明一实施例中半导体器件的制备方法的流程图，图3-图15为本发明一实施例中半 导体器件的制备方法中器件结构的示意图。
[0053] 首先，如图2所示，进行步骤S11，提供半导体基底，所述半导体基底由衬底、牺牲 氧化层以及氮化层依次层叠形成，所述半导体基底上具有浅沟槽隔离结构。较佳的，所述步 骤Sll包括步骤Slll?步骤Sl15五个子步骤，具体包括：
[0054] 进行步骤S111，提供所述衬底200,在所述衬底200上依次形成所述牺牲氧化层 210和所述氮化层220,如图3所示。其中，所述衬底200还包括有源区等必要器件，此为本 领域的公知常识，在此不作赘述。
[0055] 进行步骤S112,选择性刻蚀所述氮化层220、牺牲氧化层210以及衬底200,以在 所述衬底200中形成浅沟槽201，如图4所示。在本实施例中，以光刻胶为掩模选择性刻 蚀所述氮化层220、牺牲氧化层210以及衬底200,由于以光刻胶为掩模进行刻蚀的刻蚀边 缘不尖锐，可以进一步提高半导体衬底的角落部位的尖角圆滑度。但并不限于以光刻胶为 掩模选择性刻蚀所述氮化层220、牺牲氧化层210以及衬底200,还可以选择以硬质掩模 (hardmask)作为掩模进行选择性刻蚀，亦在本发明的思想范围之内。
[0056] 较佳的，在所述步骤S112和所述步骤S113之间还包括以下步骤SA?步骤SD，以 提1?器件的电性能：
[0057] 进行步骤SA，采用常规的刻蚀方法对所述氮化层220进行第一回刻工艺，如图5所 示，以提高所述隔离氧化物层的填充性能；
[0058] 进行步骤SB，采用常规的刻蚀方法对所述牺牲氧化层210进行第二回刻工艺，如 图6所示，以提高所述隔离氧化物层的填充性能；
[0059] 进行步骤SC，在所述浅沟槽201内形成一内衬氧化物层，较佳的，所述内衬氧化物 层的厚度为50人、200人,优选8〇A、100A、120A、150A等。所述步骤SC的步骤较佳 的包括步骤SCl?步骤SC4,具体如下：
[0060] 进行步骤SC1，在所述浅沟槽201内形成一第一内衬氧化物层310,如图7所示。一 般的，可以采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽201内形成所述第一内衬氧化物层310,所述第 一内衬氧化物310的厚度为50人?200人，优选80人、100人、12〇A、150A等；
[0061] 进行步骤SC2,采用常规的刻蚀方法去除所述第一内衬氧化物层310,如图8所 示；
[0062] 进行步骤SC3,在所述浅沟槽201内形成一第二内衬氧化物层320,如图9所示。 一般的，可以采用炉管氧化工艺在所述浅沟槽201内形成所述第二内衬氧化物层320,所述 第二内衬氧化物320的厚度为200人?400人,优选25〇Λ、300人、350人等。较佳的，采用 炉管氧化工艺在所述浅沟槽201内形成所述第二内衬氧化物层320时，所述炉管氧化工艺 的气体包括二氯乙烯（Dichloroethylene，C2H4Cl2),由于所述浅沟槽201的侧壁的晶向与 顶部的晶向不同，对于硅衬底而言，所述浅沟槽201的侧壁所在的晶面为（110)面，所述浅 沟槽201的顶部底部所在的晶面为（100)面。所以，当所述炉管氧化工艺的气体包括二氯 乙烯（Dichloroethylene，C2H4Cl2),并对所述浅沟槽201进行氧化形成所述第二内衬氧化 物层320时，可以使得所述第二内衬氧化物层320在所述浅沟槽201的侧壁的厚度Wl大于 所述浅沟槽201的顶部的厚度W2,能够进一步提高半导体衬底200的角落部位的尖角圆滑 度。当然，所述炉管氧化工艺的气体还包括氧气等氧化性气体，此为本领域的公知常识，在 此不作赘述；
[0063] 进行步骤SC4,去除所述第二内衬氧化物层320的部分厚度，以形成所述内衬氧化 物层320a，如图10所示。由于所述第二内衬氧化物层320在所述浅沟槽201的侧壁的厚度 Wl大于所述浅沟槽201的顶部的厚度W2,所以，所述内衬氧化物层320a在所述浅沟槽201 的侧壁的厚度W3大于所述浅沟槽201的顶部的厚度W4。经过步骤SCl?步骤SC4,在所述 浅沟槽201内形成了在所述浅沟槽201的侧壁的厚度W3大于所述浅沟槽201的顶部的厚 度M的所述内衬氧化物层320a，有利于提高半导体衬底200的角落部位的尖角圆滑度。 [0064] 进行步骤SD，采用常规的刻蚀方法对所述氮化层220进行第三回刻工艺，如图11 所示，以提高所述隔离氧化物层的填充性能。
[0065] 进行步骤Sl13,在所述浅沟槽201内沉积一隔离氧化物层400a，如图12所示；
[0066] 进行步骤Sl14,对所述隔离氧化物层400a进行快速热退火工艺，以修复所述隔离 氧化物层400a，所述快速热退火工艺的退火温度较佳的为800°C?1200°C，优选为900°C、 1000°C、110(TC等，所述快速热退火工艺的退火时间较佳的为IOs?40s，优选为20s、30s 等。
[0067] 进行步骤S115,对所述衬底200进行平坦化工艺，以形成所述浅沟槽隔离结构 400。如图13所示，经过步骤Slll?步骤S115,形成了半导体基底20,所述半导体基底20 由衬底200、牺牲氧化层210以及氮化层220依次层叠形成，所述半导体基底20上具有浅沟 槽隔离结构400。
[0068] 然后，进行步骤S12,对所述半导体基底20进行氧化处理，以增加所述浅沟槽隔离 结构400边缘的所述牺牲氧化层210的体积。较佳的，采用炉管氧化工艺对所述半导体基底 200进行氧化处理，所述炉管氧化工艺的气体包括氧气等氧化性气体，此为本领域的公知常 识，在此不作赘述。在氧化处理过程中，氧气等氧化性气体可以沿着所述氮化层220与所述 浅沟槽隔离结构400的界面进入到所述牺牲氧化层210的表面，所述氧气等氧化性气体可 以继续将所述牺牲氧化层210氧化，以增加所述浅沟槽隔离结构400边缘的所述牺牲氧化 层210的体积（如图14所示的圆形区域）。在靠近所述氮化层220与所述浅沟槽隔离结 构400的界面的地方，所述牺牲氧化层210氧化程度高，所述牺牲氧化层210的体积增加的 多，远离所述氮化层220与所述浅沟槽隔离结构400的界面的地方，所述牺牲氧化层210氧 化程度低，所述牺牲氧化层210的体积增加的少，从而使得衬底200的角落部位的尖角圆滑 度提高，提高了所述浅沟槽隔离器件的电性能。在本实施例中，由于还存在所述内衬氧化物 层320a，所以，所述氧化处理的过程也会适当的增加所述浅沟槽201顶部所述内衬氧化物 层320a的厚度，同样使得衬底200的角落部位的尖角圆滑度提高。较佳的，所述炉管氧化 工艺的加热温度为800°C?1200°C，优选为900°C、1000°C、1100°C。所述炉管氧化工艺的热 反应时间为IOmin?Ih,优选为20min、30min、50min。当然，所述炉管氧化工艺还包括必要 的升温过程和退火过程，此为本领域的公知常识，在此不作赘述。但具体的工艺参数不做限 制，只要能氧化所述浅沟槽隔离结构400边缘的所述牺牲氧化层210,亦在本发明的思想范 围之内。
[0069] 由于在本实施例中，步骤S112以光刻胶为掩模选择性刻蚀所述氮化层220、牺 牲氧化层210以及衬底200,会使得所述浅沟槽隔离结构400的厚度高于正常采用硬质 掩模材料作为掩模的浅沟槽隔离的厚度。所以，所述在步骤S12之后，还包括：去除所 述浅沟槽隔离结构400的IOOA?500A的表面厚度，如图15所示，优选的去除厚度为 120人、180A、260人、32〇A、4.40A等，具体由工艺参数决定。优选的，采用氢氟酸去 除所述浅沟槽隔离结构400的100人?500人的表面厚度，即HFdip工艺去除所述浅沟槽隔 离结构400的表面厚度，可以方便地去除所述浅沟槽隔离结构400的所述隔离氧化物层，而 不会损伤所述氮化层220、牺牲氧化层210以及衬底200。
[0070] 本发明的半导体器件的制备方法，在所述半导体基底上形成所述浅沟槽隔离结构 之后，对所述半导体基底进行氧化处理，与现有技术相比，对所述半导体基底进行氧化处理 可以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧化层的体积，能够提高半导体衬底的角落 部位的尖角圆滑度，从而提高所述浅沟槽隔离器件的电性能。
[0071] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种半导体器件的制备方法，包括： 提供半导体基底，所述半导体基底由衬底、牺牲氧化层以及氮化层依次层叠形成，所述 半导体基底上具有浅沟槽隔离结构； 对所述半导体基底进行氧化处理，以增加所述浅沟槽隔离结构边缘的所述牺牲氧化层 的体积。
2. 如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用炉管氧化工艺对所 述半导体基底进行氧化处理。
3. 如权利要求2所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述炉管氧化工艺的加 热温度为800°C?1200°C。
4. 如权利要求2所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述炉管氧化工艺的热 反应时间为lOmin?lh。
5. 如权利要求1-4中任意一项所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述提供 半导体基底的步骤包括： 提供所述衬底，在所述衬底上依次形成所述牺牲氧化层和所述氮化层； 选择性刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以及衬底，以在所述衬底中形成浅沟槽； 在所述浅沟槽内沉积一隔离氧化物层； 对所述隔离氧化物层进行快速热退火工艺； 对所述衬底进行平坦化工艺，以形成所述浅沟槽隔离结构。
6. 如权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，以光刻胶为掩模选择性 刻蚀所述氮化层、牺牲氧化层以及衬底。
7. 如权利要求6所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述对所述半导体基底 进行氧化处理步骤之后，还包括：去除所述浅沟槽隔离结构的100A?500A的表面厚度。
8. 如权利要求7所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用氢氟酸去除所述浅 沟槽隔离结构的100A?500A的表面厚度。
9. 如权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述选择性刻蚀所述 氮化层、牺牲氧化层以及衬底步骤和在所述浅沟槽内沉积一隔离氧化物层步骤之间，还包 括： 对所述氮化层进行第一回刻工艺； 对所述牺牲氧化层进行第二回刻工艺； 在所述浅沟槽内形成一内衬氧化物层； 对所述氮化层进行第三回刻工艺。
10. 如权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述在所述浅沟槽内形 成一内衬氧化物层的步骤包括： 在所述浅沟槽内形成一第一内衬氧化物层； 去除所述第一内衬氧化物层； 在所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层； 去除所述第二内衬氧化物层的部分厚度，以形成所述内衬氧化物层。
11. 如权利要求10所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用炉管氧化工艺在 所述浅沟槽内形成一第一内衬氧化物层。
12. 如权利要求10所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第一内衬氧化物 层的厚度为50人、_200入。
13. 如权利要求10所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用炉管氧化工艺在 所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层。
14. 如权利要求13所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用炉管氧化工艺在 所述浅沟槽内形成一第二内衬氧化物层时，所述炉管氧化工艺的气体包括二氯乙烯。
15. 如权利要求10所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第二内衬氧化物 层的厚度为200人?400A。
16. 如权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述内衬氧化物层的厚 度为50人?200人。
【文档编号】H01L21/762GK104347470SQ201310323524
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】柳会雄, 刘良, 高学, 周志美 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司