衬底、半导体结构及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种衬底、半导体结构及其制备方法。


背景技术：

2.晶体管的性能依赖于栅极氧化层的厚度。栅极氧化层厚度的降低，增强了晶体管的电流驱动能力，提高了速度和功率特性。因此在工艺缩减中降低栅极氧化层厚度可以有效地提高晶体管性能，但厚度不足的栅极氧化层又会加重电流遂穿效应并降低栅极氧化层可靠性。
3.栅极氧化层生长受有源区边界的形貌影响较大。栅极氧化层一般是采用热氧化工艺来制备的，然而采用热氧化工艺制备而得的栅极氧化层在边界区域容易生长厚度不足，导致后期栅极氧化层可靠性降低，进而导致用于衡量所形成栅极氧化层质量的栅极氧化层可靠性(gate oxide integrity，简称goi)测试失败。
4.因此，如何改善栅极氧化层的可靠性，是当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术中的不足之处，提供一种衬底、半导体结构及其制备方法。
6.一方面，本技术根据一些实施例，提供了一种衬底的制备方法，包括：
7.提供初始衬底；在所述初始衬底的上表面形成掩模层，所述掩模层具有掩模图案；
8.基于所述掩模图案，在所述初始衬底内形成隔离沟槽；
9.对所述掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分所述初始衬底的上表面；暴露出的所述初始衬底的上表面与所述隔离沟槽的侧壁形成拐角；
10.去除暴露出的所述衬底的上表面与所述隔离沟槽的侧壁所形成的拐角。
11.在其中一个实施例中，所述在所述初始衬底的上表面形成掩模层，包括：
12.形成掩模材料层，所述掩模材料层覆盖所述初始衬底的上表面；
13.于所述掩模材料层远离所述初始衬底的表面形成光刻胶层，所述光刻胶层中形成有窗口图形，所述窗口图形暴露出部分所述掩模材料层；
14.去除暴露于所述窗口图形的所述掩模材料层，在所述掩模材料层中形成所述掩模图案，以得到所述掩模层；
15.所述衬底的制备方法还包括：
16.去除所述光刻胶层。
17.在其中一个实施例中，所述基于所述掩模图案，在所述初始衬底内形成隔离沟槽，包括：
18.采用第一干法刻蚀工艺基于所述掩模图案刻蚀所述初始衬底，以于所述初始衬底内形成隔离沟槽。
19.在其中一个实施例中，所述对所述掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分所述初始衬底的上表面，包括：
20.采用湿法刻蚀工艺对所述掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分所述初始衬底的上表面。
21.在其中一个实施例中，所述去除暴露出的所述衬底的上表面与所述隔离沟槽的侧壁所形成的拐角，包括：
22.采用第二干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的所述初始衬底的上表面及所述隔离沟槽的侧壁，以去除暴露出的所述衬底的上表面与所述隔离沟槽的侧壁所形成的拐角。
23.在其中一个实施例中，所述掩模层包括氮化硅层。
24.在其中一个实施例中，所述衬底的制备方法还包括：去除所述掩模层。
25.本技术还根据一些实施例，提供一种衬底，所述衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得。
26.本技术还根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法，包括：
27.提供衬底，所述衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得；
28.形成隔离层，所述隔离层至少填满所述隔离沟槽；
29.对所述衬底进行掺杂，以于所述衬底内形成阱区；
30.形成栅极氧化层，所述栅极氧化层覆盖所述衬底形成有所述隔离沟槽一侧的表面。
31.在其中一个实施例中，所述掩模层在形成所述隔离层之后，且对所述衬底进行掺杂之前去除。
32.本技术还根据一些实施例，提供一种半导体结构，所述半导体结构采用如前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得。
33.本技术提供的衬底、半导体结构及其制备方法至少可以具有如下有益效果：
34.本技术提供的衬底的制备方法，通过对掩模图案的侧壁进行回刻暴露出部分初始衬底的上表面，实现对有源区边界的选择性刻蚀，并基于此去除暴露出的衬底上表面与隔离沟槽侧壁所形成的拐角，对拐角原本的形貌进行改善，形成一个较为钝化的新的形貌，这样制备而得的衬底可以使得后续制程中栅极氧化层生长一致性较好，从而能够避免后续制程中形成的栅极氧化层生长厚度不足，或生长厚度不均匀等缺陷，进而提升后续制程中形成栅极氧化层的可靠性。
35.本技术提供的衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得，因此前述衬底的制备方法所能实现的技术效果，所述衬底也均能够实现，这里就不再赘述。
36.本技术提供的半导体结构的制备方法，提供的衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得，因此栅极氧化层生长一致性较好，能够形成生长厚度足够且厚度均匀的栅极氧化层，并且所形成的栅极氧化层还具有较好的可靠性。
37.本技术提供的半导体结构采用如前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得，因此前述半导体结构的制备方法所能实现的技术效果，所述半导体结构也均能够实现，这里就不再赘述。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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技术的一些实施例，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。
39.图1为一种传统衬底的制备方法所得结构的截面结构示意图；
40.图2为本技术其中一个实施例中，衬底的制备方法的流程示意图；
41.图3为本技术其中一个实施例中，步骤s100的流程示意图；
42.图4为本技术其中一个实施例中，步骤s200所得结构的截面结构示意图；
43.图5为本技术其中一个实施例中，步骤s300所得结构的截面结构示意图；
44.图6为本技术其中一个实施例中，步骤s400所得结构的截面结构示意图；
45.图7为本技术其中一个实施例中，半导体结构的制备方法的流程示意图；
46.图8为本技术其中一个实施例中，步骤s10所得结构的截面结构示意图。
47.附图标记说明：
48.1、初始衬底；a、拐角；2、掩模层；3、隔离沟槽；4、衬垫层；5、衬底；6、隔离层。
具体实施方式
49.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
50.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
51.应当明白，当元件或层被称为“在
…
的上表面”、“在
…
的表面”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层的上表面、在其它元件或层的表面，或者可以存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一干法刻蚀工艺称为第二干法刻蚀工艺，且类似地，可以将第二干法刻蚀工艺称为第一干法刻蚀工艺；第一干法刻蚀工艺与第二干法刻蚀工艺为不同步骤中的干法刻蚀工艺。
52.空间关系术语例如“在
…
的上表面”，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在
…
的上表面”将取向为在其它元件或特征“下”。因此，示例性术语“在
…
的上表面”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
53.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上
下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
54.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。也就是说，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本技术的范围。
55.栅极氧化层生长受有源区边界的形貌影响较大。栅极氧化层一般是采用热氧化工艺来制备的，然而，由于有源区干法蚀刻工艺会导致有源区边界和浅沟槽存在如图1所示出的尖角a'，使得采用热氧化工艺制备而得的栅极氧化层在边界区域容易生长厚度不足，导致后期栅极氧化层可靠性降低，进而导致用于衡量所形成栅极氧化层质量的栅极氧化层可靠性(gate oxide integrity，简称goi)测试失败。
56.目前，对于上述问题主要的解决方式是通过浅沟槽蚀刻工艺的形貌调整或湿法刻蚀工艺时间搭配来改善，但是效果均不佳，且存在其它的诸多不良影响，如工艺稳定性差及隔离槽填充空洞等。
57.因此，如何改善栅极氧化层的可靠性，是当前亟需解决的问题。
58.本技术根据一些实施例，提供一种衬底的制备方法。
59.请参阅图2，在其中一个实施例中，所述衬底的制备方法可以包括如下步骤：
60.s100：提供初始衬底；在初始衬底的上表面形成掩模层，掩模层具有掩模图案。
61.s200：基于掩模图案，在初始衬底内形成隔离沟槽。
62.s300：对掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分初始衬底的上表面；暴露出的初始衬底的上表面与隔离沟槽的侧壁形成拐角。
63.s400：去除暴露出的衬底的上表面与隔离沟槽的侧壁所形成的拐角。
64.上述实施例提供的衬底的制备方法，通过对掩模图案的侧壁进行回刻暴露出部分初始衬底的上表面，实现对有源区边界的选择性刻蚀，并基于此去除暴露出的衬底上表面与隔离沟槽侧壁所形成的拐角，对拐角原本的形貌进行改善，形成一个较为钝化的新的形貌，这样制备而得的衬底可以使得后续制程中栅极氧化层生长一致性较好，从而能够避免后续制程中形成的栅极氧化层生长厚度不足，或生长厚度不均匀等缺陷，进而提升后续制程中形成栅极氧化层的可靠性。
65.请参阅图3，在其中一个实施例中，步骤s100在初始衬底的上表面形成掩模层，具体可以包括如下步骤：
66.s110：形成掩模材料层，掩模材料层覆盖初始衬底的上表面。
67.s120：于掩模材料层远离初始衬底的表面形成光刻胶层，光刻胶层中形成有窗口图形，窗口图形暴露出部分掩模材料层。
68.s130：去除暴露于窗口图形的掩模材料层，在掩模材料层中形成掩模图案，以得到掩模层。
69.在此基础上，所述衬底的制备方法还可以包括去除光刻胶层的步骤。
70.在其中一个实施例中，所述衬底的制备方法还可以包括去除掩模层的步骤。
71.为了更清楚的说明上述一些实施例提供的衬底的制备方法，以下请结合图4至图6理解本技术的一些实施例。
72.在步骤s100中，请参阅图4，提供初始衬底1。在初始衬底1的上表面形成掩模层2，掩模层2具有掩模图案。
73.本技术对于初始衬底1的材质并不做具体限定。作为示例，初始衬底1可以包括硅(si)衬底、蓝宝石衬底、玻璃衬底、碳化硅(sic)衬底、氮化镓(gan)衬底、砷化镓(gaas)衬底、绝缘体上硅(soi)衬底或绝缘体上锗(goi)衬底等等中的任意一种或几种。本技术对于掩模层2的材质亦不做具体限定。作为示例，掩模层2可以包括但不限于氮化硅(sin)层、氮氧化硅(sion)层、无定形碳层和/或碳化硅(sic)层等等中的一种或几种。
74.在本技术一些可能的实施例中，在初始衬底1的上表面形成掩模层2的过程具体可以表现为步骤s110至s130。
75.本技术对于掩模材料层的材质并不做具体限定。可以理解，掩模材料层的材质应当根据掩模层2的需求进行适应性的选择。
76.作为示例，在步骤s120中可以通过旋涂工艺在掩模材料层的表面形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光与显影，以形成光刻胶层中的窗口图形，暴露出部分掩模材料层。作为示例，在步骤s130中可以将形成有窗口图形的光刻胶层作为掩模，对掩模材料层进行刻蚀，在掩模材料层中形成掩模图案，以得到掩模层2。
77.本技术提供的衬底的制备方法对于去除光刻胶层的方式并不做具体限定。作为示例，得到掩模层2之后，可以选择采用氧离子灰化等工艺去除光刻胶层。
78.在本技术一些可能的实施例中，可以在形成掩模层2之前，在初始衬底1内形成衬垫层4。衬垫层4位于初始衬底1的顶部，此时，衬垫层4的上表面即为初始衬底1的上表面。
79.作为示例，可以采用但不仅限于高温氧化工艺在初始衬底1内形成衬垫层4。
80.本技术对于衬垫层4的材质并不做具体限定。作为示例，衬垫层4可以包括二氧化硅(sio2)层。
81.在步骤s200中，请继续参阅图4，基于掩模图案，在初始衬底1内形成隔离沟槽3。
82.本技术对于在初始衬底1内形成隔离沟槽3的方式并不做具体限定。作为示例，可以采用但不仅限于第一干法刻蚀工艺基于掩模图案刻蚀初始衬底1，以于初始衬底51内形成隔离沟槽3。
83.在步骤s300中，请参阅图5，对掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分初始衬底1的上表面。暴露出的初始衬底1的上表面与隔离沟槽3的侧壁形成拐角a。
84.如图5所示，在步骤s300所得结构中，由初始衬底1的上表面与隔离沟槽3的侧壁所形成的拐角a存在尖角。
85.本技术对于对掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分初始衬底1的上表面的方式并不做具体限定。作为示例，可以采用但不仅限于采用湿法刻蚀工艺对掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分初始衬底1的上表面。
86.在步骤s400中，请参阅图6，去除暴露出的衬底5的上表面与隔离沟槽3的侧壁所形成的拐角a。
87.本技术对于去除暴露出的衬底5的上表面与隔离沟槽3的侧壁所形成的拐角a的方
式并不做具体限定。作为示例，可以采用第二干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的初始衬底51的上表面及隔离沟槽3的侧壁，以去除暴露出的衬底5的上表面与隔离沟槽3的侧壁所形成的拐角a。
88.如图6所示，在本技术一些可能的实施例中，去除拐角a是通过形成斜面的形式而实现的。可以理解，在本技术另一些可能的实施例中，通过形成曲面的形式实现去除拐角a，也是允许的。
89.在本技术一些可能的实施例中，在步骤s400之后，还可以包括去除掩模层2的步骤。
90.本技术对于去除掩模层2的方式并不做具体限定。作为示例，可以采用但不仅限于第二湿法刻蚀工艺去除掩模层2。在上述示例中，采用第一湿法刻蚀工艺对掩模图案的侧壁进行回刻，以暴露出部分初始衬底1的上表面。
91.应该理解的是，虽然图2及图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2及图3中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
92.本技术还根据一些实施例，提供一种衬底。所述衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得。因此前述衬底的制备方法所能实现的技术效果，所述衬底也均能够实现，这里就不再赘述。
93.本技术还根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法。
94.请参阅图7，在其中一个实施例中，所述半导体结构的制备方法可以包括如下步骤：
95.s10：提供衬底，衬底采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得。
96.s20：形成隔离层，隔离层至少填满隔离沟槽3。
97.s30：对衬底进行掺杂，以于衬底内形成阱区。
98.s40：形成栅极氧化层，栅极氧化层覆盖衬底形成有隔离沟槽3一侧的表面。
99.本技术提供的半导体结构的制备方法，提供的衬底5采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得，因此栅极氧化层生长一致性较好，能够形成生长厚度足够且厚度均匀的栅极氧化层，并且所形成的栅极氧化层还具有较好的可靠性。
100.请参阅图8，在步骤s10中，提供衬底5，衬底5采用如前述任一实施例提供的衬底的制备方法制备而得。
101.请继续参阅图8，在步骤s20中，形成隔离层6，隔离层6至少填满隔离沟槽3。
102.本技术对于隔离层6的材质并不做具体限定。作为示例，可以采用但不仅限于多晶硅(poly)层。
103.作为示例，步骤s20形成隔离层6的过程可以采用如下的方式进行，比如：
104.先形成填满隔离沟槽3且覆盖衬底5上表面的隔离材料层；然后去除位于衬底5上表面的隔离材料层，以及位于隔离沟槽3内部分高度的隔离材料层，保留的隔离材料层作为
隔离层6。
105.作为示例，可以采用但不仅限于化学机械研磨(chemical mechanical polish，cmp)工艺去除位于衬底5上表面的隔离材料层，以及位于隔离沟槽3内部分高度的隔离材料层。
106.在步骤s30中，可以使用p型杂质离子对衬底5进行掺杂，以于衬底5内形成p型阱区；所述p型杂质离子可以包括但不限于硼(b)离子、镓(ga)离子或铟(in)离子一种或几种。也可以使用n型杂质离子对衬底5进行掺杂，以于衬底5内形成n型阱区；所述n型杂质离子可以包括但不限于磷(p)离子、砷(as)离子或锑(sb)离子一种或几种。
107.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
108.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。