本发明涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种有源区的形成方法。
背景技术：
在现有的半导体工艺中，在半导体衬底(譬如晶圆)上制备半导体器件之前一般均需要对所述半导体衬底进行干法刻蚀，在所述半导体衬底内形成浅沟槽以在所述半导体衬底内隔离出若干个有源区，然后再在所述浅沟槽内填充绝缘材料层形成浅沟槽隔离结构；随后在所述有源区上制备各种所需的半导体器件。然后，在使用干法刻蚀工艺刻蚀半导体衬底形成有源区时，由于干法刻蚀的刻蚀气体中含有高能量的带电粒子或基团，所述带电粒子或基团轰击所述半导体衬底形成所述浅沟槽的同时，会在最终形成的所述有源区内形成晶格损伤。然而，由于最终要形成的半导体器件几乎均位于所述有源区内及所述有源区上，若所述有源区内形成的晶格损伤不能及时去除，存在于所述有源区内的晶格损伤必然会对半导体器件的性能造成不良影响；而且，随着半导体器件设计尺寸的日益减小，有源区内存在的晶格损伤对半导体器件的不良影响更加显著。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种有源区的形成方法，用于解决现有技术中采用干法刻蚀工艺刻蚀浅沟槽形成有源区时会在有源区内形成晶格损伤，进而对在有源区上形成的半导体器件的性能造成不良影响的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种有源区的形成方法，所述方法至少包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底；
2)以至少包含刻蚀所述半导体衬底的方式，形成浅沟槽于所述半导体衬底内，所述浅沟槽于所述半导体衬底内隔离出若干个间隔排布的有源区，所述有源区的侧壁内存在有刻蚀引起的晶格损伤；
3)沉积形成含硅材料层于所述浅沟槽的底部及所述有源区的所述侧壁上；及，
4)形成氧化硅层于所述有源区的所述侧壁上，以修复所述有源区的所述侧壁内的所述晶格损伤，所述氧化硅层的形成方法包括对所述含硅材料层进行热氧化处理。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中沉积的所述含硅材料层的厚度小于最邻近两所述有源区间距的一半，所述氧化硅层的厚度等于小于所述含硅材料层的厚度。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中沉积形成所述含硅材料层于所述浅沟槽的底部及所述有源区的所述侧壁上的同时，沉积形成所述含硅材料层于所述有源区的上表面。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中采用低压化学气相沉积工艺沉积形成所述含硅材料层。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述含硅材料层包括多晶硅层。
作为本发明的一种优选方案，所述多晶硅层的厚度小于等于150埃。
作为本发明的一种优选方案，所述含硅材料层包括氮化硅层。
作为本发明的一种优选方案，所述氮化硅层的厚度小于等于200埃。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，所述浅沟槽包括第一浅沟槽及第二浅沟槽，其中，所述第一浅沟槽的宽度大于所述第二浅沟槽的宽度，且所述第一浅沟槽的深度大于所述第二浅沟槽的深度。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述热氧化处理的温度介于900℃～1200℃之间。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述热氧化处理的方法包括干氧氧化法、湿氧氧化法或水汽氧化法。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)之后还包括如下步骤：
5)形成绝缘介质层于所述浅沟槽内，所述绝缘介质层填满所述浅沟槽并覆盖所述有源区上表面；及，
6)采用机械研磨工艺去除位于所述有源区上表面的所述绝缘介质层，以得到在所述浅沟槽内的浅沟槽隔离结构。
作为本发明的一种优选方案，所述半导体衬底为单晶硅衬底，所述含硅材料层的晶格结构包括多晶结构和非晶结构的其中之一；步骤4)中，所述含硅材料层全部转化为氧化硅层，且步骤4)热氧化后的所述有源区的形貌尺寸与步骤2)刻蚀后的所述有源区的形貌尺寸相同。
本发明还提供一种有源区的形成方法，所述方法至少包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底；
2)以至少包含刻蚀所述半导体衬底的方式，形成浅沟槽于所述半导体衬底内，所述浅沟槽于所述半导体衬底内隔离出若干个间隔排布的有源区，所述有源区的侧壁内存在有刻蚀引起的晶格损伤；及，
3)对所述有源区进行热氧化处理，以在所述有源区的侧壁形成氧化硅层，修复所述有源区内的所述晶格损伤。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，所述浅沟槽包括第一浅沟槽及第二浅沟槽，其中，所述第一浅沟槽的宽度大于所述第二浅沟槽的宽度，且所述第一浅沟槽的深度大于所述第二浅沟槽的深度。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述热氧化处理的温度介于900℃～1200℃之间。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述热氧化处理的方法包括干氧氧化法、湿氧氧化法或水汽氧化法。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)之后还包括如下步骤：
4)形成绝缘介质层于所述浅沟槽内，所述绝缘介质层填满所述浅沟槽并覆盖所述有源区上表面；及，
5)采用机械研磨工艺去除位于所述有源区上表面的所述绝缘介质层，以得到在所述浅沟槽内的浅沟槽隔离结构。
如上所述，本发明的有源区的形成方法，具有以下有益效果：本发明在半导体衬底内刻蚀形成隔离出有源区的浅沟槽之后，在浅沟槽的侧壁及底部沉积含氧化硅层，并通过对含氧化硅层热氧化在有源区的侧壁形成氧化硅层，在可以有效修复有源区内存在的晶格损伤的同时，并不对有源区造成任何消耗，从而最大限度地保留了用于形成半导体器件的有源区，有效提高了半导体衬底的使用效率，显著节约了成本。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法的流程图。
图2显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中提供半导体衬底的结构的截面结构示意图。
图3显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中形成浅沟槽的结构的俯视结构示意图。
图4显示为本发明沿图3中aa’方向的截面结构示意图。
图5显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中形成含硅材料层的结构的俯视结构示意图。
图6显示为沿图5中aa’方向的截面结构示意图。
图7显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中形成氧化硅层的结构的截面结构示意图。
图8显示为沿图7中aa’方向的截面结构示意图。
图9显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中形成绝缘介质层的结构的截面结构示意图。
图10显示为本发明实施例一中提供的有源区的形成方法中得到浅沟槽隔离结构的截面结构示意图。
图11显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法的流程图。
图12显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法中提供半导体衬底的结构的截面结构示意图。
图13显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法中形成浅沟槽的结构的俯视结构示意图。
图14显示为本发明沿图13中aa’方向的截面结构示意图。
图15显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法中形成氧化硅层的结构的俯视结构示意图。
图16显示为沿图15中aa’方向的截面结构示意图。
图17显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法中形成绝缘介质层的结构的截面结构示意图。
图18显示为本发明实施例二中提供的有源区的形成方法中得到浅沟槽隔离结构的截面结构示意图。
元件标号说明
10半导体衬底
11浅沟槽
111第一浅沟槽
112第二浅沟槽
12有源区
13含硅材料层
14氧化硅层
15绝缘介质层
16浅沟槽隔离结构
20半导体衬底
21浅沟槽
211第一浅沟槽
212第二浅沟槽
22有源区
24氧化硅层
25绝缘介质层
26浅沟槽隔离结构
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种有源区的形成方法，所述有源区的形成方法至少包含以下步骤：
1)提供一半导体衬底10；
2)以至少包括刻蚀所述半导体衬底10的方式，形成浅沟槽11于所述半导体衬底10内，所述浅沟槽11于所述半导体衬底10内隔离出若干个间隔排布的有源区12，所述有源区12内存在有刻蚀引起的晶格损伤；
3)沉积形成含硅材料层13于所述浅沟槽11的底部及所述有源区12的所述侧壁上；及，
4)形成氧化硅层14于所述有源区12的所述侧壁上，以修复所述有源区12的所述侧壁内的所述晶格损伤，所述氧化硅层14的形成方法包括对所述含硅材料层13进行热氧化处理。
在步骤1)中，请参阅图1中的s11步骤及图2，提供一半导体衬底10。
作为示例，所述半导体衬底10可以为但不仅限于硅衬底，优选地，本实施例中，所述半导体衬底10可以为硅晶圆。
在步骤2)中，请参阅图1中的s12步骤及图3至图4，以至少包括刻蚀所述半导体衬底10的方式，形成浅沟槽11于所述半导体衬底10内，所述浅沟槽11于所述半导体衬底10内隔离出若干个间隔排布的有源区12，所述有源区12内存在有刻蚀引起的晶格损伤。
作为示例，首先，在所述半导体衬底10表面形成掩膜层；其次，采用光刻工艺对所述掩膜层进行图形化处理以得到图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有暴露出所述半导体衬底10的开口，所述开口定义出所述浅沟槽11的位置及形状；然后，依据所述图形化掩膜层采用干法刻蚀工艺刻蚀所述半导体衬底10，以在所述半导体衬底10内形成所述浅沟槽11。
干法刻蚀的刻蚀气体形成的电浆(plasma)中含有高能量的带电粒子或基团，所述带电粒子或基团轰击所述半导体衬底10以在所述半导体衬底10内形成所述浅沟槽11；而由于所述带电粒子或基团具有高能量，在形成所述浅沟槽11的同时，会在所述半导体衬底10内(即形成的所述有源区12内)形成晶格损伤，例如点缺陷或位错等等。若所述有源区12内的晶格损伤不能被去除，会对后续在所述有源区12区域形成的半导体器件的性能造成不良影响，甚至可能会导致半导体器件的失效。
作为示例，步骤2)后得到的结构的俯视图如图3所示，步骤2)后得到的结构的截面图如图4所示，其中，图4为沿图3中aa’方向的截面结构示意图；由图3可知，所述浅沟槽11于所述半导体衬底10内隔离出的所述有源区12的形状可以为椭圆形(如图3所示)，当然，在其他示例中，还可以根据实际需要将所述有源区12的形状设置为所需的形状。
作为示例，所述浅沟槽11包括第一浅沟槽111及第二浅沟槽112，其中，所述第一浅沟槽111的宽度大于所述第二浅沟槽112的宽度，且所述第一浅沟槽111的深度大于所述第二浅沟槽112的深度。由于所述第一浅沟槽111的宽度大于所述第二浅沟槽112的宽度，在相同的干法刻蚀工艺条件下即会使得所述第一浅沟槽111的深度大于所述第二浅沟槽112的深度。沿图3中所示的aa’方向，所述第一浅沟槽111、所述有源区12及所述第二浅沟槽112依次交替排布。
在步骤3)中，请参阅图1中的s13步骤及图5至图6，沉积形成含硅材料层13于所述浅沟槽11的底部及所述有源区12的所述侧壁上。
作为示例，可以采用但不仅限于低压化学气相沉积(lpcvd)工艺沉积形成所述含硅材料层13于所述浅沟槽11的底部及所述有源区12的所述侧壁上，所述含硅材料层13沿所述有源区12的周向包覆于所述有源区12的一周。需要说明的是，无论采用何种方法于所述浅沟槽11的底部及侧壁沉积所述含硅材料层13，在整个沉积过程中都要确保不会对所述有源区12有任何的消耗。
作为示例，沉积形成所述含硅材料层13于所述浅沟槽11的底部及所述有源区12的所述侧壁上的同时，沉积形成所述含硅材料层13于所述有源区12的上表面。
作为示例，所述含硅材料层13的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述含硅材料层13的厚度应小于最邻近两所述有源区12间距的一半，以确保所述含硅材料层13不会将相邻两所述有源区12相连接。
作为示例，所述含硅材料层13的晶格结构包括多晶结构和非晶结构的其中之一。
在一示例中，所述含硅材料层13可以包括多晶硅层；所述多晶硅层的厚度可以小于等于150埃，即所述多晶硅层的厚度大于0埃且小于等于150埃；当然，在其他示例中，所述多晶硅层的厚度可以根据实际需要进行设定，但需要确保所述含硅材料层13不会将相邻所述有源区12相连接。
在另一示例中，所述含硅材料层13还可以包括氮化硅层，所述氮化硅层的厚度小于等于200埃，即所述氮化硅层的厚度大于0埃且小于等于200埃；当然，在其他示例中，所述氮化硅层的厚度可以根据实际需要进行设定，但需要确保所述含硅材料层13不会将相邻所述有源区12相连接。
在步骤4)中，请参阅图1中的s14步骤及图7至图8，形成氧化硅层14于所述有源区12的所述侧壁上，以修复所述有源区12的所述侧壁内的所述晶格损伤，所述氧化硅层14的形成方法包括对所述含硅材料层13进行热氧化处理。
作为示例，可以采用干氧氧化法对所述含硅材料层13进行热氧化处理，也可以采用湿氧氧化法对所述含硅材料层13进行热处理，还可以采用水汽氧化法对所述含硅材料层13进行热处理。
作为示例，热处理后形成的所述氧化硅层14的厚度等于小于所述含硅材料层13的厚度。
具体的，可以将步骤3)得到的结构置于热处理装置(譬如，管式炉、退火炉等等)中进行热处理，热处理的温度介于900℃～1200℃。热处理的时间根据实际需要进行设定，优选地，在热处理过程中，所述含硅材料层13刚好完全被热氧化为所述氧化硅层14，即该步骤中，所述含硅材料层13全部转化为所述氧化硅层14，且所述有源区12并未有任何损耗，亦即，该步骤热氧化后的所述有源区12的形貌尺寸与步骤2)刻蚀后得到的所述有源区12的形貌尺寸相同。将位于所述有源区12侧壁的所述含硅材料层13完全热氧化为所述氧化硅层14，在可以修复所述有源区12中的晶格损伤的同时，所述氧化硅层14还有助于所述有源区12内的应力的释放。因为若该步骤中热处理时间过短，所述含硅材料层13不能全部热氧化为所述氧化硅层14，这样将不能完全修复所述有源区12内的晶格损伤，且不利于所述有源区12内应力的释放；若该步骤中处理时间过长，即若所述含硅材料层13被全部热氧化为所述氧化硅层14之后持续进行热处理，在高温条件下，所述氧化硅层14中的二氧化硅将于所述有源区12中的硅发生生成气态的氧化硅，这不但会造成对所述有源区12的消耗，更会在所述有源区12内部形成新的晶格损伤；高温条件下二氧化硅与硅反应生成气态氧化硅的公式如下：
sio2+si→sio↑
作为示例，步骤4)之后还包括如下步骤：
5)形成绝缘介质层15于所述浅沟槽11内，所述绝缘介质层15填满所述浅沟槽11并覆盖所述有源区12上表面，如图9所示；具体的，可以采用物理沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述绝缘介质层15，所述绝缘介质层15的材料可以为但不仅限于二氧化硅；及，
6)采用机械研磨工艺去除位于所述有源区12上表面的所述绝缘介质层15，以得到在所述浅沟槽11内的浅沟槽隔离结构16，如图10所示；具体的，采用机械研磨工艺对步骤5)得到的结构进行平坦化处理，在去除位于所述有源区12上表面的所述绝缘介质层15的同时，使得位于所述浅沟槽11内的所述绝缘介质层15的上表面与所述有源区12的上表面相平齐，保留于所述浅沟槽11内的所述绝缘介质层15即构成所述浅沟槽隔离结构16。
本发明在所述半导体衬底10内刻蚀形成隔离出所述有源区12的所述浅沟槽11之后，在所述浅沟槽11的侧壁及底部沉积所述含氧化硅层13，并通过对所述含氧化硅层13热氧化在所述有源区12的侧壁形成所述氧化硅层14，在可以有效修复所述有源区12内存在的晶格损伤的同时，并不对所述有源区12造成任何消耗，从而最大限度地保留了用于形成半导体器件的有源区，有效提高了所述半导体衬底10的使用效率，显著节约了成本。
实施例二
请参阅图11，本发明还提供一种有源区的形成方法，所述有源区的形成方法包括如下步骤：
1)提供一半导体衬底20；
2)以至少包含刻蚀刻蚀所述半导体衬底20的方式，形成浅沟槽21于所述半导体衬底内，所述浅沟槽21于所述半导体衬底20内隔离出若干个间隔排布的有源区22，所述有源区22内存在有刻蚀引起的晶格损伤；及，
3)对所述有源区22进行热氧化处理，以在所述有源区22的侧壁形成氧化硅层24，修复所述有源区22内的所述晶格损伤。
在步骤1)中，请参阅图11中的s21步骤及图12，提供一半导体衬底20。
作为示例，所述半导体衬底20可以为但不仅限于硅衬底，优选地，本实施例中，所述半导体衬底20可以为硅晶圆。
在步骤2)中，请参阅图11中的s21步骤及图13至图14，以至少包括刻蚀所述半导体衬底20的方式，形成浅沟槽21于所述半导体衬底20内，所述浅沟槽21于所述半导体衬底20内隔离出若干个间隔排布的有源区22，所述有源区22内存在有刻蚀引起的晶格损伤。
作为示例，首先，在所述半导体衬底20表面形成掩膜层；其次，采用光刻工艺对所述掩膜层进行图形化处理以得到图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有暴露出所述半导体衬底20的开口，所述开口定义出所述浅沟槽21的位置及形状；然后，依据所述图形化掩膜层采用干法刻蚀工艺刻蚀所述半导体衬底20，以在所述半导体衬底20内形成所述浅沟槽21。
干法刻蚀的刻蚀气体形成的电浆(plasma)中含有高能量的带电粒子或基团，所述带电粒子或基团轰击所述半导体衬底20以在所述半导体衬底20内形成所述浅沟槽21；而由于所述带电粒子或基团具有高能量，在形成所述浅沟槽21的同时，会在所述半导体衬底20内(即形成的所述有源区22内)形成晶格损伤，例如点缺陷或位错等等。若所述有源区22内的晶格损伤不能被去除，会对后续在所述有源区22区域形成的半导体器件的性能造成不良影响，甚至可能会导致半导体器件的失效。
作为示例，步骤2)后得到的结构的俯视图如图13，步骤2)后得到的结构的截面图如图14所示，其中，图14为沿图13中aa’方向的截面结构示意图；由图13可知，所述浅沟槽21于所述半导体衬底20内隔离出的所述有源区22的形状可以为椭圆形(如图13所示)，当然，在其他示例中，还可以根据实际需要将所述有源区22的形状设置为所需的形状。
作为示例，所述浅沟槽21包括第一浅沟槽211及第二浅沟槽212，其中，所述第一浅沟槽211的宽度大于所述第二浅沟槽212的宽度，且所述第一浅沟槽211的深度大于所述第二浅沟槽212的深度。由于所述第一浅沟槽211的宽度大于所述第二浅沟槽212的宽度，在相同的干法刻蚀工艺条件下即会使得所述第一浅沟槽211的深度大于所述第二浅沟槽212的深度。沿图13中所示的aa’方向，所述第一浅沟槽211、所述有源区22及所述第二浅沟槽212依次交替排布。
在步骤3)中，请参阅图11中的s23步骤及图15至图16，对所述有源区22进行热氧化处理，以在所述有源区22的侧壁形成氧化硅层24，修复所述有源区22内的所述晶格损伤。
作为示例，可以采用干氧氧化法对所述有源区22进行热氧化处理，也可以采用湿氧氧化法对所述有源区22进行热氧化处理，还可以采用水汽氧化法对所述有源区22进行热处理。
具体的，可以将步骤2)得到的结构置于热处理装置(譬如，管式炉、退火炉等等)中进行热处理，热处理的温度介于900℃～1200℃。热处理的时间可以根据需要形成的所述氧化硅层24的厚度进行设定，此处不做限定。由于在该步骤中，通过将所述有源区22直接热氧化而形成所述氧化硅层24，即形成的所述氧化硅层24是通过消耗所述有源区22中的硅而得到的，虽然采用该处理方式可以将所述有源区22内的晶格损伤去除，但由于在形成所述氧化硅层14的过程中需要消耗所述有源区22，这就使得所述有源区22的尺寸相较于步骤2)后得到的所述有源区22的尺寸有明显的减小，所述有源区22的减小也就以为着用来形成半导体器件的区域减小，这将不利于所述半导体衬底20的利用最大化，从而造成成本的增加。
作为示例，在步骤3)之后还包括如下步骤：
4)形成绝缘介质层25于所述浅沟槽21内，所述绝缘介质层25填满所述浅沟槽21并覆盖所述有源区22上表面，如图17所示；具体的，可以采用物理沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述绝缘介质层25，所述绝缘介质层25的材料可以为但不仅限于二氧化硅；及，
5)采用机械研磨工艺去除位于所述有源区22上表面的所述绝缘介质层25，以得到在所述浅沟槽21内的浅沟槽隔离结构26，如图18所示；具体的，采用机械研磨工艺对步骤4)得到的结构进行平坦化处理，在去除位于所述有源区22上表面的所述绝缘介质层25的同时，使得位于所述浅沟槽21内的所述绝缘介质层25的上表面与所述有源区22的上表面相平齐，保留于所述浅沟槽21内的所述绝缘介质层25即构成所述浅沟槽隔离结构26。
综上所述，本发明提供一种有源区的形成方法，所述方法至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底；2)以至少包含刻蚀所述半导体衬底的方式，形成浅沟槽于所述半导体衬底内，所述浅沟槽于所述半导体衬底内隔离出若干个间隔排布的有源区，所述有源区的侧壁内存在有刻蚀引起的晶格损伤；3)沉积形成含硅材料层于所述浅沟槽的底部及所述有源区的所述侧壁上；及，4)形成氧化硅层于所述有源区的所述侧壁上，以修复所述有源区的所述侧壁内的所述晶格损伤，所述氧化硅层的形成方法包括对所述含硅材料层进行热氧化处理。本发明在半导体衬底内刻蚀形成隔离出有源区的浅沟槽之后，在浅沟槽的侧壁及底部沉积含氧化硅层，并通过对含氧化硅层热氧化在有源区的侧壁形成氧化硅层，在可以有效修复有源区内存在的晶格损伤的同时，并不对有源区造成任何消耗，从而最大限度地保留了用于形成半导体器件的有源区，有效提高了半导体衬底的使用效率，显著节约了成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。