半导体器件及其制备方法技术

本申请公开一种半导体器件及其制备方法，以减少空洞，优化半导体器件的电性和良率。制备方法包括：提供衬底，上表面形成第一功能层和位于第一功能层上表面的第二功能层；形成贯穿第一功能层和第二功能层的开口，开口暴露衬底上表面；沿开口刻蚀衬底，形成位于衬底内部的沟槽；沿开口侧壁对各功能层进行回退处理，使各功能层相对于沟槽的沟槽口边缘向沟槽外侧方向发生回退，暴露出沟槽顶部边缘的部分衬底表面，且第二功能层的回退量大于第一功能层的回退量；对沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角进行圆弧化处理，对第一功能层造成腐蚀，使得第一功能层最终回退量小于或等于第二功能层的最终回退量；在沟槽以及开口内填充隔离材料层以形成隔离结构。层以形成隔离结构。层以形成隔离结构。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体器件领域，具体涉及半导体器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]浅沟槽隔离（STI，Shallow Trench Isolation）是晶圆生产起始阶段非常重要的一个工序。在所述浅沟槽隔离结构的沟槽内进行高浓度电浆沉积（HDP，High Dense Plasma）步骤时，对STI沟槽的形貌（profile）要求较高。若沟槽内的形貌不够光滑连续（smooth）时，容易使后续形成在所述沟槽内的隔离材料层产生空洞（void）。如图1所示，是一种典型的void现象。
[0003]现有技术中，需要在STI沟槽内进行HTO（High Temperature Oxide，高温氧化物沉积）和HDP两次沉积，以填满所述STI沟槽。HDP和HTO两次沉积会进一步导致所述STI沟槽产生形状偏差，引起STI沟槽的深宽比变大，从而导致空洞109。
[0004]STI结构的空洞109会影响最终形成的半导体器件的电性和良率，导致晶圆出现废片。亟需提出一种新的STI结构的制备方法，减少空洞109的出现。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提供一种半导体器件及其制备方法，能够减少空洞的出现，从而优化半导体器件的电性和良率。
[0006]本申请提供一种半导体器件的制备方法，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底上表面形成有第一功能层和位于所述第一功能层上表面的第二功能层；形成贯穿所述第一功能层和第二功能层的开口，所述开口暴露所述衬底上表面；沿所述开口刻蚀所述衬底，形成位于所述衬底内部的沟槽；沿所述开口侧壁，对各功能层进行回退处理，使所述各功能层相对于所述沟槽的沟槽口边缘向沟槽外侧方向发生回退，暴露出所述沟槽顶部边缘的部分衬底表面，且所述第二功能层的回退量大于所述第一功能层的回退量；对所述沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角进行圆弧化处理，所述圆弧化处理过程对所述第一功能层造成腐蚀，使得所述第一功能层最终回退量小于或等于所述第二功能层的最终回退量；在所述沟槽以及所述开口内填充隔离材料层，以形成隔离结构。
[0007]可选的，所述圆弧化处包括以下步骤：在所述沟槽内形成第一氧化层，所述第一氧化层至少覆盖所述沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角的表面；采用刻蚀工艺去除所述第一氧化层，所述刻蚀工艺沿所述开口侧壁处对所述第一功能层进行回退。
[0008]可选的，采用湿法刻蚀工艺去除所述第一氧化层。
[0009]可选的，所述圆弧化处理还包括以下步骤：在去除所述第一氧化层后，在所述沟槽的底部和侧壁表面形成第二氧化层，所述第二氧化层至少覆盖所述沟槽的上转角。
[0010]可选的，采用高浓度电浆沉积方法或高温氧化物沉积方法中的至少一种，在所述沟槽的底部和侧壁表面形成所述第一氧化层和/或第二氧化层。
[0011]可选的，采用干法刻蚀工艺，对所述各功能层进行回退处理，且所述干法刻蚀时使
用的刻蚀气体中的气体分子的氢原子的个数大于或等于2个。
[0012]可选的，所述干法刻蚀所用的刻蚀气体对所述第二功能层与所述第一功能层的刻蚀速率比大于500:1；和/或，所述刻蚀气体包括一氟甲烷或二氟甲烷中的至少一种。
[0013]可选的，所述采用干法刻蚀工艺，对所述各功能层进行回退处理包括：根据各功能层的预设回退量，确定所述干法刻蚀的刻蚀时长；向所述各功能层提供刻蚀气体，且持续所述刻蚀时长，所述刻蚀气体中携带有非定向的等离子体。
[0014]可选的，所述对所述沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角进行圆弧化处理前，还包括以下步骤：在所述第一功能层沿所述开口分布的一侧的表面形成保护层，且所述保护层能够被所述圆弧化处理过程去除。
[0015]可选的，在所述第一功能层沿所述开口分布的一侧的表面形成保护层包括：将所述回退处理的过程中形成的副产物作为所述保护层。
[0016]可选的，所述副产物包括聚合物。
[0017]可选的，所述在所述沟槽以及所述开口内填充隔离材料层，以形成隔离结构包括：在所述沟槽的底部和侧壁表面形成第一隔离层，所述第一隔离层还覆盖至所述开口的侧壁，并覆盖至所述第二功能层的上表面；在所述沟槽和所述开口的剩余空间内填满第二隔离层，所述第二隔离层还覆盖至所述第二功能层的上表面。
[0018]可选的，所述第一功能层的材料包括氧化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的至少一种，所述第二功能层的材料至少包括氮化硅。
[0019]本申请提供一种半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底表面的第一功能层和位于所述第一功能层表面的第二功能层；所述第一功能层和第二功能层中形成有开口，所述开口贯穿所述第一功能层和第二功能层；所述衬底内形成有位于所述开口下方且与所述开口连通的沟槽，所述开口底部暴露出所述沟槽顶部开口边缘的部分衬底表面；所述开口侧壁的第一功能层和第二功能层边缘齐平，或者第二功能层边缘向开口内凸出；隔离材料层，填满所述沟槽和所述开口。
[0020]可选的，所述沟槽的上转角呈圆弧形。
[0021]可选的，所述第二功能层边缘呈圆弧形。
[0022]可选的，还包括第二氧化层，形成于所述沟槽的底面和侧壁表面，所述隔离材料层形成于所述第二氧化层上表面。
[0023]本申请的所述半导体器件及其制备方法，由于各功能层均在位于所述开口的一侧相较于所述开口发生回退，且所述第二功能层的回退量大于所述第一功能层的回退量，因此，在所述沟槽内形成第一氧化层并去除的过程中，即使对所述第一功能层的回退量有一定的影响，由于所述第二功能层相较于第一功能层的回退量更大，因此所述第一功能层的回退量仍小于或等于所述第二功能层的，所述第二功能层与所述衬底上表面之间形成空隙夹层的可能性也大大降低，避免了在沟槽内沉积的其他膜层时，膜层无法将所述空隙夹层完全填满时出现的空洞问题，从而优化最终形成的半导体器件的电性和良率，提升晶圆的良率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为现有技术中半导体器件形成空洞（Void）的结构示意图。
[0026]图2为本申请一实施例中所述半导体器件的制备方法的步骤流程示意图。
[0027]图3至图13为本申请一实施例中制备所述半导体器件的过程中各步骤形成的结构示意图。
具体实施方式
[0028]研究发现，现有技术中STI结构内容易出现空洞的原因主要在于，在形成所述沟槽后，所述衬底表面的功能层沿所述沟槽口分布的一侧会经历回退处理，但回退处理通常会导致第一功能层的回退量过多，而第二功能层的回退量较少，导致第二功能层与第一功能层之间形成空隙夹层，在后续的隔离材料填充过程中，隔离材料也很难填充到所述空隙夹层中，因此导致了后续的空洞。
[0029]以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底上表面形成有第一功能层和位于所述第一功能层上表面的第二功能层；形成贯穿所述第一功能层和第二功能层的开口，所述开口暴露所述衬底上表面；沿所述开口刻蚀所述衬底，形成位于所述衬底内部的沟槽；沿所述开口侧壁，对各功能层进行回退处理，使所述各功能层相对于所述沟槽的沟槽口边缘向沟槽外侧方向发生回退，暴露出所述沟槽顶部边缘的部分衬底表面，且所述第二功能层的回退量大于所述第一功能层的回退量；对所述沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角进行圆弧化处理，所述圆弧化处理过程对所述第一功能层造成腐蚀，使得所述第一功能层最终回退量小于或等于所述第二功能层的最终回退量；在所述沟槽以及所述开口内填充隔离材料层，以形成隔离结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述圆弧化处包括以下步骤：在所述沟槽内形成第一氧化层，所述第一氧化层至少覆盖所述沟槽侧壁和衬底表面衔接的上转角的表面；采用刻蚀工艺去除所述第一氧化层，所述刻蚀工艺沿所述开口侧壁处对所述第一功能层进行回退。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述第一氧化层。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述圆弧化处理还包括以下步骤：在去除所述第一氧化层后，在所述沟槽的底部和侧壁表面形成第二氧化层，所述第二氧化层至少覆盖所述沟槽的上转角。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用高浓度电浆沉积方法或高温氧化物沉积方法中的至少一种，在所述沟槽的底部和侧壁表面形成所述第一氧化层和/或第二氧化层。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺，对所述各功能层进行回退处理，且所述干法刻蚀时使用的刻蚀气体中的气体分子的氢原子的个数大于或等于2个。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀所用的刻蚀气体对所述第二功能层与所述第一功能层的刻蚀速率比大于500:1；和/或，所述刻蚀气体包括一氟甲烷或二氟甲烷中的至少一种。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述采用干法刻蚀工艺，对所述各功能层进行回退处理包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖军，张加亮，
申请(专利权)人：广州粤芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：