半导体结构及其有源区的顶角的圆角化方法

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其有源区的顶角的圆角化方法。

背景技术

现有的深亚微米工艺中，一般会采用光刻、刻蚀、表面氧化(liner oxide)、热退火以修复有源区的表面硅晶格，二氧化硅(SiO2)沉积以及平坦化等步骤，形成浅槽隔离结构(Shallow trench isolation，缩写为STI)。有源区与浅沟槽隔离结构接触的边缘形成顶角。

但是，最终形成的有源区边缘顶角的圆角化不足，会影响栅氧化物完整性(GateOxide Integrity，缩写为GOI)及与时间相关的介电击穿(Time Dependent DielectricBreakdown，缩写为TDDB)，造成器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果。

因此，提供一种能满足有源区边缘顶角的圆角化要求，以避免器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果的有源区的顶角的圆角化方法是亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种半导体结构及其有源区的顶角的圆角化方法，其能满足有源区边缘顶角的圆角化要求，以避免器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果。

为了解决上述问题，本申请提供了一种有源区的顶角的圆角化方法，所述方法包括：提供一基底，所述基底具有保护层以及多个凹槽，所述凹槽的侧壁及底部覆盖有氧化层；于所述凹槽内的所述氧化层表面形成浅沟槽隔离结构，相邻两所述浅沟槽隔离结构之间形成有源区；对所述浅沟槽隔离结构进行氧化处理，以增大所述有源区与所述浅沟槽隔离结构接触的顶角的氧化层的曲率半径，实现有源区的顶角的圆角化。

在一些实施例中，所述提供一基底的步骤进一步包括：提供一硅衬底；于所述硅衬底上形成所述保护层；提供一光罩，以所述光罩为掩膜板，依次刻蚀所述保护层及所述硅衬底，以形成多个凹槽；于所述凹槽的侧壁及底部形成氧化层。

在一些实施例中，所述于所述凹槽的侧壁及底部形成氧化层的步骤进一步包括：采用干法于所述凹槽的侧壁及底部形成厚度为10纳米～20纳米的氧化层。

在一些实施例中，所述于所述凹槽内的所述氧化层表面形成浅沟槽隔离结构，相邻两所述浅沟槽隔离结构之间形成有源区的步骤进一步包括：采用高密度等离子体化学气相沉积的方式沉积二氧化硅以填充所述凹槽并平坦化，以在所述凹槽内的所述氧化层表面形成浅沟槽隔离结构，相邻两所述浅沟槽隔离结构之间形成有源区。

在一些实施例中，所述平坦化采用化学机械抛光的方式实现。

在一些实施例中，所述对所述浅沟槽隔离结构进行氧化处理的步骤进一步包括：于炉管中通入氢气及氧气的混合气体，所述混合气体自所述浅沟槽隔离结构远离所述基底的表面向所述氧化层扩散以使有源区的顶角氧化，并完成所述有源区的表面硅晶格修复。

在一些实施例中，所述基底的保护层包括氮化硅层；所述对所述浅沟槽隔离结构进行氧化处理的步骤之后还包括：采用湿法去除所述氮化硅层。

为了解决上述问题，本申请还提供了一种半导体结构，包括：一基底，所述基底具有多个凹槽，所述凹槽的侧壁及底部覆盖有氧化层；浅沟槽隔离结构，形成于所述凹槽内的所述氧化层表面；有源区，形成于相邻两所述浅沟槽隔离结构之间，其中，所述有源区与所述浅沟槽隔离结构接触的顶角的氧化层的曲率半径大于或等于预设阈值，实现有源区的顶角的圆角化。

在一些实施例中，所述凹槽的侧壁及底部的氧化层采用干法形成，厚度为10纳米～20纳米。

在一些实施例中，通过于炉管中通入氢气及氧气的混合气体，所述混合气体自所述浅沟槽隔离结构远离所述基底的表面向所述氧化层扩散，以使所述有源区与所述浅沟槽隔离结构接触的顶角的氧化层氧化，从而增大有源区的顶角的曲率半径，实现有源区的顶角的圆角化。

上述技术方案，通过对有源区的顶角处的所述氧化层进行二次氧化，增大了有源区的顶角的曲率半径，避免随着器件尺寸的减小，在制造浅沟槽隔离结构时，两个有源区相对的顶角之间由于距离变小而产生击穿效应，从而避免浅沟槽隔离结构失效，弥补了由于有源区的顶角圆角化不足造成器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果，提高了产品的良率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的实施例中所需要使用的附图作简单介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1是本申请一实施例中半导体结构制备方法的步骤示意图；

图2是本申请一实施例中半导体结构的示意图；

图3是本申请一实施例中有源区的顶角的圆角化方法的步骤示意图；

图4为本申请一实施例所述的基底制备方法的步骤示意图；

图5～图10是本申请一实施例中主要步骤形成的器件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，其为本申请一实施例中半导体结构制备方法的步骤示意图。如图1所示，本实施例所述有源区的顶角的圆角化半导体结构制备方法包括：步骤S101，提供一表面具有第一氧化层的基底；步骤S102，对所述基底进行刻蚀，以形成凹槽；步骤S103，于所述凹槽的侧壁及底部形成与所述第一氧化层接触的第二氧化层；步骤S104，于所述第二氧化层的表面形成浅沟槽隔离结构，及形成有源区。

所制备的半导体结构如图2所示。在本实施例中，有源区与最终形成的浅沟槽隔离结构接触的顶角的氧化层(第一氧化层21与第二氧化层22接触处的氧化层)的曲率半径不足，造成有源区边缘顶角的圆角化不足。特别是随着器件尺寸的减小，在制造浅沟槽隔离结构时，相邻两个有源区24相对的顶角23之间由于距离变小，容易产生击穿效应，导致浅沟槽隔离结构25失效，从而进一步造成器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果。

为了进一步改善有源区24边缘顶角23的圆角化不足的问题，本申请实施例提供一种有源区的顶角的圆角化方法及半导体结构。

下面首先对本申请实施例所提供的一种有源区的顶角的圆角化方法进行说明。

请一并参阅图3～图10，其中，图3为本申请一实施例中有源区的顶角的圆角化方法的步骤示意图，图4为本申请一实施例所述的基底制备方法的步骤示意图，图5～图10是本申请一实施例中主要步骤形成的器件结构示意图。

如图3所示，本实施例所述有源区的顶角的圆角化方法包括：步骤S301，提供一基底，所述基底具有保护层以及多个凹槽，所述凹槽的侧壁及底部覆盖有氧化层；步骤S302，于所述凹槽内的所述氧化层表面形成浅沟槽隔离结构，相邻两所述浅沟槽隔离结构之间形成有源区；步骤S303，对所述浅沟槽隔离结构进行氧化处理，以增大所述有源区与所述浅沟槽隔离结构接触的顶角的氧化层的曲率半径，实现有源区的顶角的圆角化。

请参阅步骤S301及图7，提供一基底5，所述基底5具有保护层以及多个凹槽55，所述凹槽55的侧壁及底部覆盖有氧化层。

进一步，如图4所示，步骤S301所述的提供一基底5的步骤进一步包括：步骤S401，提供一硅衬底；步骤S402，于所述硅衬底上形成所述保护层；步骤S403，提供一光罩，以所述光罩为掩膜板，依次刻蚀所述保护层及所述硅衬底，以形成多个凹槽；步骤S404，于所述凹槽的侧壁及底部形成氧化层。

请参阅步骤S402及图5，于所述硅衬底上形成所述保护层。如图5所示，在本实施例中，步骤S402于所述硅衬底上形成所述保护层具体包括：于所述硅衬底51上形成依次形成第一氧化层52，氮化硅层53、以及二氧化硅层54，由第一氧化层52，氮化硅层53、以及二氧化硅层54构成的保护层能够避免所述硅衬底51与外界的水汽、空气相接触而造成损害。具体的，所述二氧化硅层54作为抗反射层，以减少入射光波和反射光波之间的干涉，避免影响光刻胶成像的分辨率。具体的，形成所述二氧化硅层54的材料可以为高浓度等离子体二氧化硅(HDP Oxide)或富氧二氧化硅(Silicon rich oxygen)。在另一些实施例中，也可以把所述氮化硅层53直接沉积在所述硅衬底51上，或者在所述硅衬底51与所述氮化硅层53之间沉积一层二氧化硅作为缓冲层，以避免所述氮化硅层53与所述硅衬底51直接接触产生应力而损坏所述硅衬底51。在另一些实施例中，也可以在单晶锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GOI)、或砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物上形成保护层以作为基底。

请参阅步骤S403及图6，于所述硅衬底上形成多个凹槽55。如图6所示，在本实施例中，依次刻蚀二氧化硅层54、氮化硅层53、第一氧化层52、及所述硅衬底51，以形成凹槽55。其中，在刻蚀所述凹槽55时，以所述保护层作为硬掩膜层进行刻蚀；氮化硅层53不仅作为所述凹槽55刻蚀掩膜层，同时也作为平坦化的停止层。

请参阅步骤S404及图7，于所述凹槽55的侧壁及底部形成氧化层。如图7所示，在本实施例中，所述于所述凹槽的侧壁及底部形成氧化层的步骤进一步包括：采用干法于所述凹槽55的侧壁及底部形成厚度为10纳米～20纳米的第二氧化层56。

请参阅步骤S302及图8，于所述凹槽内的所述氧化层表面形成浅沟槽隔离结构，相邻两所述浅沟槽隔离结构之间形成有源区。如图8所示，在本实施例中，步骤S302进一步包括：采用高密度等离子体化学气相沉积的方式于所述凹槽55内的氧化层(具体为所述第二氧化层56)表面沉积二氧化硅以填充所述凹槽55，如图8中的(a)部分所示；进行平坦化操作，形成浅沟槽隔离结构57，如图8中的(b)部分所示；相邻两所述浅沟槽隔离结构57之间形成有源区58。在本实施例中，所述平坦化采用化学机械抛光的方式实现，以氮化硅层53作为化学机械抛光的停止层。

请参阅步骤S303及图9，对所述浅沟槽隔离结构57进行氧化处理。如图9所示，在本实施例中，步骤S303对所述浅沟槽隔离结构57进行氧化处理的步骤进一步包括：于炉管中通入氢气及氧气的混合气体，所述混合气体自所述浅沟槽隔离结构57远离所述基底5的表面向所述凹槽55内的氧化层(具体为第二氧化层56)扩散以使有源区的顶角59处氧化，并完成所述有源区58的表面硅晶格修复。通过增加一步湿氧的炉管工艺，即，于高温(温度高于预设温度阈值)炉管中通入氢气及氧气的混合气体，混合气体扩散以使有源区的顶角59处二次氧化，增大了有源区58与浅沟槽隔离结构57接触的顶角59的氧化层的曲率半径(曲率半径大于或等于预设阈值)，实现有源区58的顶角59的圆角化。

请参阅图10，在一实施例中，所述基底5的保护层包括氮化硅层53；所述对所述浅沟槽隔离结构57进行氧化处理的步骤之后还包括：采用湿法去除所述氮化硅层53。

上述技术方案，通过对有源区的顶角59处的氧化层进行二次氧化，增大了有源区的顶角59的曲率半径，避免随着器件尺寸的减小，在制造浅沟槽隔离结构57时，两个有源区58相对的顶角59之间由于距离变小而产生击穿效应，从而避免浅沟槽隔离结构57失效，弥补了由于有源区的顶角59圆角化不足造成器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果，提高了产品的良率。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种半导体结构。

下面请参阅图10，所述半导体结构包括：一基底5，所述基底具有多个凹槽55(绘示于图6)，所述凹槽55的侧壁及底部覆盖有氧化层(具体为所述第二氧化层56)；浅沟槽隔离结构57，形成于所述凹槽55内的所述氧化层表面；有源区58，形成于相邻两所述浅沟槽隔离结构57之间，其中，所述有源区58与所述浅沟槽隔离结构57接触的顶角59的氧化层的曲率半径大于或等于预设阈值，实现有源区的顶角的圆角化。

在本实施例中，覆盖于所述硅衬底51表面的第一氧化层52及覆盖于所述凹槽55底部及侧壁的第二氧化层56可以采用相同的材料，具体请参阅前文所述，此处不再赘述。

在一些实施例中，所述凹槽55的侧壁及底部的氧化层采用干法形成，厚度为10纳米～20纳米。在本实施例中，所述有源区顶部具有第一氧化层52，所述凹槽55的侧壁及底部具有第二氧化层56，所述第一氧化层52与所述第二氧化层56连接的区域为所述有源区的顶角59。

在一些实施例中，通过于炉管中通入氢气及氧气的混合气体，所述混合气体自所述浅沟槽隔离结构远离所述基底5的表面向所述氧化层扩散，以使所述有源区58与所述浅沟槽隔离结构57接触的顶角59的氧化层氧化，从而增大有源区的顶角59的曲率半径，实现有源区的顶角59的圆角化。

上述技术方案，通过对有源区的顶角59处的氧化层进行二次氧化，增大了有源区的顶角59的曲率半径，避免随着器件尺寸的减小，在制造浅沟槽隔离结构57时，两个有源区58相对的顶角59之间由于距离变小而产生击穿效应，从而避免浅沟槽隔离结构57失效，弥补了由于有源区的顶角59圆角化不足造成器件的电性结果或者可靠性等达不到预期结果，提高了产品的良率。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“还包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。