鳍部和sti结构的制作方法、半导体器件及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种鳍部和STI结构的制作方法、半 导体器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的发展，作为其发展标志之一的金属氧化物半导体晶体管 (MOSFET)的特征尺寸一直在遵循摩尔定律的基础上持续按比例缩小，由半导体器件作为元 件的集成电路的电路集成度、性能以及功耗也不断提高。为了进一步提高半导体器件的速 度，近些年来提出了不同于传统的平面型MOSFET的非平面结构M0SFET，而鳍式场效应晶体 管（FinFET)是这些非平面结构MOSFET中重要的一类。
[0003] 在FinFET的制作过程中，通常按照以下步骤形成鳍部和浅沟槽隔离（STI)结构： 在衬底上依次形成图形化的硬掩膜，沿硬掩膜中图形刻蚀衬底形成凹槽；采用化学沉积法 向凹槽中填充介质层后，进行热退火处理（RTA);然后进行平坦化至凹槽中的介质层与硬 掩膜平齐；去除硬掩膜后，采用稀释氢氟酸（DHF)施法刻蚀或SiCoNi干法刻蚀去除部分介 质层，使凹槽内壁露出，形成FinFET的鳍部和STI结构。
[0004] 在上述FinFET的制作过程中，刻蚀凹槽中的介质层时，由于将硬掩膜和氧化层刻 蚀去除后，介质层的上表面高于衬底的上表面，此时对凹槽中的介质层进行DHF或SiCoNi 刻蚀时，介质层外围的刻蚀速率快于中心的刻蚀速率，这就极易造成最终STI结构中的介 质层表面出现凸起部。这些形成在介质层上的凸起部会使后期所形成的栅极中出现尖状的 缺陷，从而使应用过程中出现漏电、不稳定等缺陷。特别是在采用DHF湿法刻蚀的过程中， 还会破坏凹槽内壁，使最终形成的鳍部的表面粗糙度过高，从而影响所形成的FinFET的稳 定性。
【发明内容】
[0005] 本申请旨在提供一种鳍部和STI结构的制作方法、半导体器件及其制作方法，以 解决现有技术中STI结构中介质层表面易出现凸起的问题。
[0006] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种鳍部和STI结构的制作 方法，其包括以下步骤：提供衬底；在衬底上形成凹槽，并在凹槽中形成上表面与衬底上表 面齐平的介质层；以及沿介质层的裸露表面向下干法刻蚀去除部分介质层，露出凹槽的内 壁形成鳍部和STI结构。
[0007] 进一步地，上述干法刻蚀采用SiCoNi刻蚀法。
[0008] 进一步地，上述干法刻蚀的步骤中，刻蚀温度为20~30°C，刻蚀气体中氨气与三 氟化氮的流速比为1~3:1。
[0009] 进一步地，上述在衬底形成凹槽，并在凹槽中形成上表面与衬底上表面齐平的介 质层的步骤包括：在所述衬底上形成图形化的硬掩膜；沿硬掩膜中图形向下刻蚀衬底，形 成凹槽；在所述凹槽中形成上表面与硬掩膜上表面齐平的过渡介质层；去除硬掩膜；平坦 化处理过渡介质层，形成上表面与衬底上表面齐平的介质层。
[0010] 进一步地，在凹槽中形成上表面与硬掩膜上表面齐平的过渡介质层的步骤包括： 形成覆盖硬掩膜的表面，并填充凹槽的内部的预备介质层；平坦化处理预备介质层，形成上 表面与硬掩膜上表面齐平的过渡介质层。
[0011] 进一步地，在形成预备介质层的步骤之后，还包括对预备介质层进行快速热退火 处理的步骤。
[0012] 进一步地，在形成图形化的硬掩膜的步骤前，还包括在衬底上形成氧化物层的步 骤；沿硬掩膜中图案向下刻蚀衬底的步骤中，同时刻蚀位于衬底上的氧化物层；在去除硬 掩膜的步骤中，同时去除氧化物层。
[0013] 进一步地，形成预备介质层的步骤中，形成预备介质层的方法为高深制程沉积法 或流体化学气相沉积法。
[0014] 进一步地，去除硬掩膜的步骤中，采用湿法刻蚀法，优选采用温度为120~160°C 的磷酸刻蚀。
[0015] 根据本申请的另一方面，提供了一种半导体器件的制作方法，包括形成鳍部和STI 结构的步骤，其中，形成鳍部和STI结构的步骤采用上述的制作方法。
[0016] 根据本申请的另一方面，提供了一种半导体器件，包括鳍部和STI结构，其中，鳍 部和STI结构采用上述的制作方法形成。。
[0017] 应用本申请的鳍部和STI结构的制作方法、半导体器件及其制作方法，采用干法 刻蚀去除部分介质层，有利于避免湿法刻蚀对凹槽内壁的损伤，从而有利于降低所形成的 鳍部的表面粗糙度。同时，通过在凹槽中形成上表面与衬底上表面齐平的介质层后再对介 质层进行刻蚀，以确保刻蚀气沿介质层的裸露表面向下定向刻蚀。在这种沿同一方向的定 向刻蚀作用下，介质层的中心部和外围部的刻蚀速率相同。在此基础上，经过相同时间的刻 蚀后，所形成的STI结构中的介质层表面平整度更高。两方面因素的综合作用下，有利于减 少最终FinFET中鳍部和栅极的缺陷，从而减少FinFET使用时的漏电、不稳定的缺陷，使其 具有较好的使用性能。
【附图说明】
[0018] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0019] 图1示出了本申请一种根据本申请实施方式中鳍部和STI结构的制作方法的工艺 步骤流程示意图；
[0020] 图2至图4示出了一种根据本申请实施方式中鳍部和STI结构的制作方法各步骤 所形成的基体剖面结构示意图；
[0021] 图2示出了所提供的衬底的剖面示意图；
[0022] 图3示出了在图2所示的衬底上形成凹槽，并在凹槽内形成上表面与衬底表面平 齐的介质层后的基体的剖面结构示意图；
[0023] 图3-1示出了在图2所示的衬底上形成氧化层和硬掩膜后的基体的剖面结构示意 图；
[0024] 图3-2示出了在图3-1所示的基体上形成凹槽的基体的剖面结构示意图；
[0025] 图3-3示出了覆盖图3-2所示的凹槽和衬底形成预备介质层后的基体的剖面结构 不意图；
[0026] 图3-3-1示出了平坦化图3-3所示的预备介质层，形成上表面与硬掩膜上表面平 齐的过渡介质层后的基体的剖面结构示意图；
[0027] 图3-4示出了去除图3-3所示的硬掩膜和氧化层后的基体的剖面结构示意图；
[0028] 图4示出了沿图3所示的介质层的裸露表面向下干法刻蚀去除部分介质层后的基 体的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0030] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方 位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0032] 正如【背景技术】部分所介绍的，采用现有FinFET中鳍部和STI结构的制作方法，STI 结构中介质层表面易出现凸起，从而会使FinFET出现漏电、不稳定的缺陷。为了解决这一 问题，本申请申请人提供了一种鳍部和STI结构的制作方法，如图1所示，其包括以下步骤： 提供衬底；在衬底上形成凹槽，并在凹槽中形成上表面与衬底上表面齐平的介质层；以及 沿介质层的裸露表面向下干法刻蚀去除部分介质层，露出凹槽的内壁形成鳍部和STI结 构。
[0033] 本申请上述的制作方法中，采用干法刻蚀去除部分介质层，有利于避免湿法刻蚀 对凹槽内壁的损伤，从而有利于降低所形成的鳍部的表面粗糙度。同时，通过在凹槽中形成 上表面与衬底上表面齐平的介质层，在对该介质层进行刻蚀，以确保刻蚀气沿介质层的裸 露表面向下定向刻蚀。在这种沿同一方向的定向刻蚀作用下，介质层的中心部和外围部的 刻蚀速率相同。在此基础上，经过相同时间的刻蚀后，所形成的STI结构中的介质层表面平 整度更高。两方面因素的综合作用下，有利于减少最终FinFET中鳍部和栅极的缺陷，从而 减少FinFET使用时的漏电、不稳定的缺陷，使其具有较好的使用性能。
[0034] 下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式 可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当 理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域 的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0035] 图2至图4示出了按照本申请一实施例所提供的鳍部和STI结构的制作方法，经 过各个步骤后得到的基体剖面结构示意图。下面将结合图2至图4,进一步说明本申请所提 供的鳍部和STI结构的制作方法。
[0036] 首先，提供如图2所示的衬底100。其中，衬底100可以为单晶硅、绝缘体上硅 (SOI)或锗硅（SiGe)等。作为示例，在本实施例中，衬底100选用单晶硅材料构成。
[0037] 在提供衬底100后，在所提供的衬底100上形成凹槽110,并在凹槽110中形成上 表面与衬底100上表面平齐的介质层120,进而形成如图3所示的基体结构。形成凹槽110 及在凹槽110中形成上表面与衬底100上表面平齐的介质层120采用本领域技术人员所惯 用的方法即可。一种更为优选的实施方式中，其包括以下步骤：