本公开涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法、一种形成图像传感器的方法、一种沟槽隔离结构、以及一种图像传感器。
背景技术：
形成在半导体材料层中的沟槽隔离结构(例如，浅沟槽隔离(sti)结构、深沟槽隔离(dti)结构等)在图像传感器中可以被用于电学隔离。例如，可以用于光电二极管与光电二极管之间、以及光电二极管与其他器件(例如晶体管)之间等的电学隔离。
因此，存在对新技术的需求。
技术实现要素：
本公开的一个目的是提出一种新的在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法、形成图像传感器的方法、沟槽隔离结构、以及图像传感器。
根据本公开的第一方面，提供了一种在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法，包括：在所述半导体材料层中形成沟槽；对所述沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度；以及在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上形成氧化物层。
根据本公开的第二方面，提供了一种形成图像传感器的方法，通过上述的方法在所述图像传感器的半导体衬底中形成沟槽隔离结构，其中，所述半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及所述沟槽形成在所述光电二极管的周围。
根据本公开的第三方面，提供了一种沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构形成在半导体材料层中，包括：氧化物层，位于沟槽的壁处，其中，所述氧化物层通过如下过程形成：对所述沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度；以及在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上形成所述氧化物层。
根据本公开的第四方面，提供了一种图像传感器，包括如上述的沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构形成在所述图像传感器的半导体衬底中，其中，所述半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管的周围。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示意性地示出根据本公开的一个实施例的在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法的流程图。
图2是示意性地示出根据本公开的一个实施例的在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法的流程图。
图3至8是分别示意性地示出了在根据本公开一个示例性实施例来在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的一个方法示例的一些步骤处的半导体材料层的截面的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
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。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。
在本公开的一个方面，提供了一种在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法，如图1所示，该方法包括：在半导体材料层中形成沟槽(步骤s11)；对沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度(步骤s12)；以及在经过化学方法去除处理的沟槽的壁上形成氧化物层(步骤s13)。步骤s12中的化学方法去除处理，将在步骤s11中形成的沟槽的壁去除预定厚度，这可以将沟槽的壁处的缺陷部分地或全部地去除，从而能够减小或抑制沟槽隔离结构导致的漏电流。可以理解的是，沟槽的壁包括侧壁和/或底壁。
沟槽的壁处的缺陷可以是由步骤s11中形成沟槽的处理引起的，也可以是由步骤s12之前的其他处理引起的。在一个例子里，在步骤s11中，可以通过刻蚀处理(例如，离子束刻蚀(ibe)处理、反应离子刻蚀(rie)处理、感应耦合等离子体(icp)刻蚀处理等)形成沟槽，沟槽的壁处的缺陷可以是刻蚀处理引起的晶体缺陷。在步骤s12中，用化学方法去除处理将沟槽的壁(包括侧壁和/或底壁)去除预定厚度，可以使得这些晶体缺陷被部分地或全部地去除。在步骤s13中，在部分地或全部地去除了这些晶体缺陷的沟槽的壁上形成氧化物层。步骤s13之后，还可以在形成了氧化物层的沟槽中填充材料，例如可以填充电介质材料、半导体材料、和/或导体材料等。
化学方法去除处理是基于化学反应将形成半导体材料层的材料去除。由于不采用物理方法去除处理，例如不通过物理轰击半导体材料层来去除，因此可以避免在步骤s12中对沟槽的壁进行去除处理时再引起晶体缺陷，从而能够减小或抑制沟槽隔离结构导致的漏电流。在一些实施例中，化学方法去除处理通过处理液体进行，该处理液体具有去除形成半导体材料层的材料的能力，例如，化学方法去除处理可以是湿法刻蚀处理。在一些实施例中，化学方法去除处理通过处理气体进行，该处理气体具有去除形成半导体材料层的材料的能力，例如，化学方法去除处理可以是干法刻蚀处理。本领域技术人员可以理解，本文描述的“气体”不仅指物质的三态中的气态的物质，还包括电离的气体，即等离子体。在一些实施例中，在半导体材料层由硅形成的情况下，处理气体包括氯气(cl2)和氯化氢(hcl)气体中的至少一种，处理温度可以为300～600℃。本领域技术人员可以理解，半导体材料层还可以由锗、锗硅等材料形成，相应的处理气体可以根据实际需要来选择。
在一些实施例中，在步骤s12的化学方法去除处理之前，用掩蔽层覆盖半导体材料层的除沟槽的壁之外的部分，从而使得仅对沟槽的壁进行化学方法去除处理。掩蔽层可以由能够抗步骤s12的化学方法去除处理的材料来形成，例如光致抗蚀剂、氮化硅等。在一些实施例中，步骤s12中通过化学方法去除处理去除的预定厚度的范围为
步骤s13中在经过化学方法去除处理的沟槽的壁上形成氧化物层，可以通过热氧化(thermaloxidation)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)和原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)等处理进行。氧化物层可以作为后续步骤中在沟槽中填充材料的衬垫层，可以将后续填充的材料中可能有的杂质与半导体材料层隔开，使得杂质不容易扩散到半导体材料层中从而引起缺陷。
在一些实施例中，步骤s13中在经过化学方法去除处理的沟槽的壁上形成氧化物层是通过如下途径进行的：对经过化学方法去除处理的沟槽的壁进行热氧化处理以形成氧化物层。在一些实施例中，形成的氧化物层的厚度的范围为
用化学气相沉积和原子层沉积等处理形成的氧化物层的致密性和与下层材料的结合性都不如热氧化处理形成的氧化物层，因此，沉积形成的氧化物层的结构较为松散，加之与半导体材料层的结合度较低，容易产生漏电流。因此，采用热氧化处理形成氧化物层能够进一步降低和抑制漏电流。
在一些实施例中，步骤s12中的化学方法去除处理与步骤s13中的形成氧化物层的处理在同一个处理设备中进行。例如，在使用快速热处理或现场蒸汽生成处理进行热氧化的情况下，可以将步骤s13中的形成氧化物层的处理与步骤s12中的化学方法去除处理整合在同一个设备中，从而可以避免步骤之间转换设备带来的不利影响。
在一些实施例中，如图2所示，该方法包括：在半导体材料层中形成沟槽(步骤s21)；对沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度(步骤s22)；在经过化学方法去除处理的沟槽的壁上进行外延生长处理以生长半导体材料(步骤s23)；以及对经过外延生长处理的沟槽的壁进行热氧化处理以形成氧化物层(步骤s24)。在该实施例中，在用化学方法去除处理将沟槽的壁去除预定厚度之后，并且在对沟槽的壁进行热氧化处理以形成氧化物层之前，还在沟槽的壁上进行外延生长处理以生长半导体材料。由于在进行外延生长处理的过程中，半导体材料层本身在高温下会进行晶体损伤的修补，同时，外延生长处理形成的层的平整度较好，因此，在化学方法去除处理之后、形成氧化物层的处理之前进行外延生长处理，相比于直接在经过化学方法去除处理之后的沟槽的壁上形成氧化物层，能够进一步减少晶体缺陷，降低漏电流。
步骤s23中外延生长处理生长的半导体材料可以与半导体材料层的半导体材料相同，也可以与半导体材料层的半导体材料不同。例如，可以是在由硅形成的半导体材料层上通过外延生长处理来生长硅，也可以是在由锗或锗硅形成的半导体材料层上通过外延生长处理来生长硅，还可以是在由硅、锗或锗硅形成的半导体材料层上通过外延生长处理来生长锗或锗硅，本领域技术人员可以根据实际应用进行选择。需要注意的是，如果通过外延生长处理来生长锗硅，则需要生长得比较厚才能得到较好的晶体结构；此外，由于锗硅的氧化物较易溶于水，因此若成品的应用环境较为潮湿，则可以避免用外延生长处理来生长锗硅。
步骤s23中外延生长处理可以是全外延(blanketepi)处理或选择性外延(selectiveepi，seg)处理。在使用外延生长处理来生长硅的情况下，可以使用含硅的处理气体，例如，硅烷(sih4)、二氯硅烷(sicl2h2，dcs)、三氯硅烷(sihcl3，tcs)、氯化硅(sicl4)、乙硅烷(si2h6)等。选择性外延处理中还需要用到氯化物，例如，氯化氢(hcl)、氯气(cl2)等。选择性外延处理中使用的载气可以是氢气(h2)和/或氮气(n2)。在一些实施例中，外延生长处理的处理温度的范围为600～1100℃，通过外延生长处理生长的半导体材料的厚度的范围为
在一些实施例中，化学方法去除处理与外延生长处理在同一个处理设备中进行，即原位进行，如此，能够避免步骤之间转换设备带来的不利影响，例如，通过化学方法去除处理将沟槽的壁去除了预定厚度之后，不会在转换设备的过程中对沟槽的壁造成污染。
在本公开的一个方面，还提供了一种形成图像传感器的方法，通过上述方法在图像传感器的半导体衬底中形成沟槽隔离结构，其中，半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及沟槽形成在光电二极管的周围。下面结合图3至图8，详细描述本公开的形成图像传感器的方法。
图像传感器包括半导体衬底10，半导体衬底10中形成有光电二极管(未示出)。如图3所示，在半导体衬底10中形成沟槽30，沟槽30在与图像传感器的主表面平行的平面图中位于光电二极管的周围，以使得基于沟槽30形成的沟槽隔离结构可以在光电二极管与光电二极管之间、以及光电二极管与其他器件(例如晶体管)之间形成电学隔离。半导体衬底10可以由适合于半导体装置的任何半导体材料(诸如si、sic、sige、ge等)制成。本领域技术人员可以理解，半导体衬底10不受到任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。可以通过刻蚀处理(例如，离子束刻蚀(ibe)处理、反应离子刻蚀(rie)处理、感应耦合等离子体(icp)刻蚀处理等)形成沟槽30。
如图3所示，还形成了掩蔽层20。掩蔽层20覆盖半半导体衬底10的除沟槽30的壁(包括侧壁和底壁中的至少一个)之外的部分，从而使得后续的化学方法去除处理仅对沟槽30的壁进行。掩蔽层20可以由能够抗化学方法去除处理的材料来形成，例如光致抗蚀剂、氮化硅等。
如图4所示，对沟槽30的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度，以形成经化学方法去除处理之后的沟槽的壁31。去除的预定厚度的范围例如可以是
如图5所示，在经过化学方法去除处理的沟槽的壁31上进行外延生长处理以生长半导体材料，从而形成经外延生长处理之后的沟槽的壁32。图5中以虚线示出的区域为经过外延生长处理生长的半导体材料。本领域技术人员可以理解，这种图示只是示意性的，并不能用来限制生长的半导体材料的尺寸、形状等。
外延生长处理生长的半导体材料可以与半导体衬底10的半导体材料相同，也可以与半导体衬底10的半导体材料不同。例如，可以是在由硅形成的半导体衬底10上通过外延生长处理来生长硅，也可以是在由锗或锗硅形成的半导体衬底10上通过外延生长处理来生长硅，还可以是在由硅、锗或锗硅形成的半导体衬底10上通过外延生长处理来生长锗或锗硅，本领域技术人员可以根据实际应用进行选择。需要注意的是，如果通过外延生长处理来生长锗硅，则需要生长得比较厚才能得到较好的晶体结构；此外，由于锗硅的氧化物较易溶于水，因此若图像传感器的应用环境较为潮湿，则可以避免用外延生长处理来生长锗硅。
外延生长处理可以是全外延(blanketepi)处理或选择性外延(selectiveepi，seg)处理。在使用外延生长处理来生长硅的情况下，可以使用含硅的处理气体，例如，硅烷(sih4)、二氯硅烷(sicl2h2，dcs)、三氯硅烷(sihcl3，tcs)、氯化硅(sicl4)、乙硅烷(si2h6)等。选择性外延处理中还需要用到氯化物，例如，氯化氢(hcl)、氯气(cl2)等。外延生长处理中使用的载气可以是氢气(h2)和/或氮气(n2)。外延生长处理的处理温度的范围为600～1100℃，通过外延生长处理生长的半导体材料的厚度的范围为
优选地，化学方法去除处理与外延生长处理在同一个处理设备中进行，即原位进行，如此，能够避免步骤之间转换设备带来的不利影响，例如，通过化学方法去除处理将沟槽的壁去除了预定厚度之后，不会在转换设备的过程中对沟槽的壁造成污染。
如图6至8所示，对经过外延生长处理的沟槽的壁32进行热氧化处理以形成位于沟槽的壁处的氧化物层40。热氧化处理形成的氧化物层40的厚度，可以与外延生长处理生长的半导体材料的厚度相同(如图6所示)，也可以大于外延生长处理生长的半导体材料的厚度相同(如图7所示)，还可以小于外延生长处理生长的半导体材料的厚度相同(如图8所示)。在一些例子中，形成的氧化物层40的厚度的范围为
热氧化处理可以在炉管退火处理、快速热处理(rtp)、现场蒸汽生成(in-situsteamgeneration，issg)处理的过程中通入氧化气体，以进行热氧化处理。热氧化处理使用的氧化气体包括以下各项中的至少一项：氧气(o2)、氧气(o2)与氢气(h2)的混合气体、以及过氧化氢(h2o2)气体。在使用快速热处理或现场蒸汽生成处理进行热氧化的情况下，可以将形成氧化物层40的处理与化学方法去除处理整合在同一个设备中，从而可以避免步骤之间转换设备带来的不利影响。
在本公开的一个方面，还提供了一种沟槽隔离结构，沟槽隔离结构形成在半导体材料层中，包括：氧化物层，位于沟槽的壁处，其中，氧化物层通过如下过程形成：对沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度；以及在经过化学方法去除处理的沟槽的壁上形成氧化物层。其中，预定厚度的范围为
在本公开的一个方面，还提供了一种图像传感器，包括如上述的沟槽隔离结构，沟槽隔离结构形成在图像传感器的半导体衬底中，其中，半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及沟槽隔离结构位于光电二极管的周围。
在说明书及权利要求中的词语“a或b”包括“a和b”以及“a或b”，而不是排他地仅包括“a”或者仅包括“b”，除非另有特别说明。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种在半导体材料层中形成沟槽隔离结构的方法，其特征在于，包括：
在所述半导体材料层中形成沟槽；
对所述沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度；以及
在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上形成氧化物层。
2.根据1所述的方法，其特征在于，形成所述氧化物层通过如下途径进行：
对经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁进行热氧化处理以形成所述氧化物层。
3.根据1所述的方法，其特征在于，在形成所述氧化物层之前还包括：
在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上进行外延生长处理以生长半导体材料，
其中，形成所述氧化物层通过如下途径进行：对经过所述外延生长处理的所述沟槽的壁进行热氧化处理以形成所述氧化物层。
4.根据3所述的方法，其特征在于，所述化学方法去除处理与所述外延生长处理在同一个处理设备中进行。
5.根据1所述的方法，其特征在于，所述化学方法去除处理通过处理气体进行，所述处理气体具有去除形成所述半导体材料层的材料的能力。
6.根据1中任一项所述的方法，其特征在于，所述化学方法去除处理与形成所述氧化物层的处理在同一个处理设备中进行。
7.根据1所述的方法，其特征在于，所述化学方法去除处理去除的所述预定厚度的范围为
8.根据3所述的方法，其特征在于，通过所述外延生长处理生长的所述半导体材料的厚度的范围为
9.根据1所述的方法，其特征在于，形成的所述氧化物层的厚度的范围为
10.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，通过如1至9所述的方法在所述图像传感器的半导体衬底中形成沟槽隔离结构，其中，
所述半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及
所述沟槽形成在所述光电二极管的周围。
11.一种沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构形成在半导体材料层中，其特征在于，包括：
氧化物层，位于沟槽的壁处，
其中，所述氧化物层通过如下过程形成：
对所述沟槽的壁进行化学方法去除处理以去除预定厚度；以及
在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上形成所述氧化物层。
12.根据11所述的沟槽隔离结构，其特征在于，形成所述氧化物层是通过对经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁进行热氧化处理来进行的。
13.根据11所述的沟槽隔离结构，其特征在于，所述过程还包括：
在经过所述化学方法去除处理的所述沟槽的壁上进行外延生长处理以生长半导体材料，
其中，对经过所述外延生长处理的所述沟槽的壁进行热氧化处理以形成所述氧化物层。
14.根据11所述的沟槽隔离结构，其特征在于，所述预定厚度的范围为
15.根据13所述的沟槽隔离结构，其特征在于，通过所述外延生长处理生长的所述半导体材料的厚度的范围为
16.根据11所述的沟槽隔离结构，其特征在于，所述氧化物层的厚度的范围为
17.一种图像传感器，其特征在于，包括如11至16所述的沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构形成在所述图像传感器的半导体衬底中，其中，
所述半导体衬底用于在其中形成光电二极管；以及
所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管的周围。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。