CN104979266A - 浅沟槽隔离结构的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成若干分立的鳍部，相邻鳍部之间具有凹槽；在所述鳍部表面形成氧化阻挡层，所述氧化阻挡层用于阻挡氧原子进入鳍部内；在所述半导体衬底上形成具有流动性的前驱材料层，所述前驱材料层填充满所述凹槽并覆盖所述鳍部；将所述前驱材料层在氧化气氛下退火，形成介质层。上述方法可以避免在形成所述浅沟槽隔离结构的过程中，对鳍部的尺寸造成影响。

Description

浅沟槽隔离结构的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种浅沟槽隔离结构的形成方法。

背景技术

随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅（gate-last）工艺得到了广泛应用，以获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应晶体管（Fin FET）作为一种多栅器件得到了广泛的关注。

为了实现更高的电路密度，不仅半导体器件的特征尺寸被减小，器件之间的隔离结构的尺寸也会对应的缩小。鳍式场效应晶体管相邻鳍部之间的凹槽内的隔离层一般采用浅沟槽隔离工艺形成，随着鳍式场效应晶体管的尺寸缩小，相邻鳍部之间的凹槽宽度进一步减小，凹槽深宽比不断增大。

现有技术通常采用可流动性化学气相沉积工艺，形成相邻鳍部之间的浅沟槽隔离结构，以提高所述浅沟槽隔离结构的质量。所述可流动性化学气相沉积工艺在沟槽内填充具有流动性的前驱材料，然后对所述前驱材料进行退火处理形成介质层。采用流动性化学气相沉积工艺可以避免在相邻鳍部之间的凹槽内填充介质材料时出现空洞等问题，从而可以提高相邻鳍部之间的浅沟槽隔离结构的隔离效果。

现有技术采用的可流动性化学气相沉积工艺，往往会导致鳍部的尺寸发生变化，影响最终形成的鳍式场效应晶体管的性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，避免鳍部的尺寸发生变化。

为解决上述问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成若干分立的鳍部，相邻鳍部之间具有凹槽；在所述鳍部表面形成氧化阻挡层，所述氧化阻挡层用于阻挡氧原子进入鳍部内；在所述半导体衬底上形成前驱材料层，所述前驱材料层填充满所述凹槽并覆盖所述鳍部；将所述前驱材料层在氧化气氛下退火，使所述前驱材料层氧化形成介质层。

可选的，所述氧化阻挡层为富硅氧化物层。

可选的，所述富硅氧化物层中的硅原子浓度等于或大于氧原子浓度。

可选的，所述富硅氧化物层中的硅原子的浓度范围为50%～90%。

可选的，采用化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或高深宽比沉积工艺形成所述氧化阻挡层。

可选的，所述氧化阻挡层的厚度为

可选的，所述阻挡层还覆盖凹槽底部的半导体衬底表面，用于阻挡氧原子进入半导体衬底内。

可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述氧化阻挡层，所述化学气相沉积工艺采用硅源气体和氧源气体反应形成所述氧化阻挡层，所述硅源气体至少包括硅烷、乙硅烷、丙硅烷、有机硅烷或二氯硅烷中的一种，氧源气体至少包括H₂O、O₂、O₃或NO₂中的一种，所述硅源气体的流量为50sccm～2000sccm，所述氧源气体的流量为20sccm～1000sccm，并且，所述硅源气体的流量大于氧源气体的流量，反应温度为400℃～600℃。

可选的，还包括：形成所述前驱材料层之后，将所述前驱材料层浸没在去离子水中，使所述介质材料层吸附水分子之后，再进行所述退火处理。

可选的，所述去离子水的温度为50℃～90℃，将所述前驱材料层浸没在去离子水中的时间为5min～50min。

可选的，采用可流动性化学气相沉积工艺形成所述前驱材料层。

可选的，所述前驱材料层的材料中含有Si-H键、Si-N键或Si-N-H键，所述介质层的材料为SiO₂。

可选的，所述流动性化学气相沉积工艺采用的反应前驱物至少包括硅烷、二硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基二硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、三甲硅烷基胺、二甲硅烷基胺中的一种。

可选的，所述流动性化学气相沉积工艺在H₂和N₂混合气体、N₂、NH₃、NH₄OH、N₂H₄、NO、N₂O、NO₂、O₃、O₂、H₂O₂中的至少一种气体氛围下进行。

可选的，所述氧化气氛下退火的温度为500℃～1200℃，所述氧化气氛至少包括O₂、O₃、NO、H₂O蒸气、N₂、He、Ar中的一种气体，并且所述氧化气氛中至少具有一种含有O的气体。

可选的，还包括：在形成所述氧化阻挡层之前，在所述鳍部表面以及半导体衬底表面形成衬垫层。

可选的，采用热氧化工艺形成所述衬垫层。

可选的，所述鳍部顶部具有掩膜层。

可选的，还包括：在形成所述介质层之后，以所述掩膜层表面作为研磨停止层，采用化学机械掩膜工艺对所述介质层进行平坦化，使平坦化后的介质层的表面与掩膜层表面齐平。

可选的，还包括：刻蚀所述平坦化后的介质层和氧化阻挡层，使所述介质层和氧化阻挡层的表面低于鳍部的顶部表面，形成隔离层，暴露出部分鳍部的侧壁。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，在相邻鳍部表面形成氧化阻挡层之后，再在半导体衬底表面的相邻鳍部之间的凹槽内填充具有流动性的前驱材料层，然后对所述前驱材料层在氧化气氛下进行退火，使所述前驱材料层氧化形成介质层。在对前驱材料进行退火的过程中，氧气气氛中的氧原子会进入所述前驱材料层中对前驱材料层进行氧化形成介质层，同时部分氧原子也会在所述前驱材料层中向鳍部扩散，使所述鳍部表面被氧化，使鳍部表面的部分厚度的材料被氧化形成氧化物，而导致鳍部的尺寸下降。由于本发明的技术方案中，在鳍部表面形成了氧化阻挡层，所述氧化阻挡层可以阻挡所述氧原子进入鳍部内，从而可以避免鳍部表面被氧化，在形成介质层的过程中，可以确保鳍部的尺寸不发生变化，使最终形成的鳍式场效应晶体管的性能不放生变化。

进一步，所述氧化阻挡层为富硅氧化物层，所述富硅氧化物层可以与氧原子发生反应，从而吸附向鳍部扩散的氧原子，阻挡氧原子进入所述鳍部内。所述富硅氧化物层中的硅原子的浓度范围为50%～90%，厚度为使得所述富硅氧化物能够吸附较多的氧原子，对鳍部表面起到足够的保护作用。

进一步，形成所述前驱材料层之后，将所述前驱材料层在去离子水中浸没，使所述介质材料层吸附水分子之后，再进行所述退火处理。将所述前驱材料层浸没在去离子水中时，水分子中的氢原子容易与前驱材料层表面形成氢键吸附，由于前驱材料层的材料与水分子之间的范德华力和氢键作用，以及水分子的渗透性，能够使所述前驱材料层表面以及内部吸附一定数量的水分子，从而增加了所述前驱材料层表面及内部的氧原子浓度，提高后续退火过程中，所述前驱材料层被氧化的效率。

附图说明

图1至图8是本发明的浅沟槽隔离结构的形成方法。

具体实施方式

如背景技术所述，现有技术采用的可流动性化学气相沉积工艺，往往会导致鳍部的尺寸发生变化，影响最终形成的鳍式场效应晶体管的性能。

研究发现，在采用可流动性化学气相沉积工艺形成浅沟槽隔离结构的过程中，需要对具有流动性的前驱材料进行氧气氛围下的退火处理，使所述前驱物被氧化而形成固化的介质层。在进行所述退火过程中，氧原子容易从所述前驱材料中扩散至凹槽两侧的鳍部表面以及凹槽底部的半导体衬底表面，对鳍部表面和半导体衬底表面进行氧化，从而使得鳍部表面部分厚度的半导体材料被氧化，而使得鳍部的尺寸缩小，从而影响最终形成的鳍式场效应晶体管的电学性能，例如鳍部宽度变小会导致鳍式场效应晶体管的沟道区的电阻变大、饱和电流变小等问题，导致最终形成的鳍式场效应晶体管的性能不能符合器件设计要求。

本发明的实施例中，在形成所述前驱材料层之前，在所述鳍部表面形成氧化阻挡层，可以阻挡在对前驱材料层进行退火过程中的氧原子进入鳍部内，从而避免鳍部和半导体表面被氧化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参考图1，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成具有若干开口的掩膜层200。

所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100可以是体材料也可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据半导体衬底100上形成的半导体器件选择所述半导体衬底100的类型，因此所述半导体衬底100的类型不应限制本发明的保护范围。

所述掩膜层200的材料为氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅或非定型碳等掩膜材料，所述掩膜层200定义出后续形成的鳍部的位置和尺寸。所述掩膜层200的形成方法包括：在所述半导体衬底100表面形成掩膜材料层；在所述掩膜材料层表面形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，形成图形化光刻胶层；以所述图形化光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜材料层，形成具有开口的掩膜层200，所述开口暴露出部分半导体衬底100的表面；去除所述图形化光刻胶层。

在本发明的一个实施例中，所述掩膜层200包括位于所述半导体衬底100表面的氧化硅层和位于所述氧化硅层表面的氮化硅层，所述氧化硅层作为形成氮化硅层的缓冲层，提高氮化硅层的质量。

请参考图2，沿所述开口刻蚀半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成若干分立的鳍部101，相邻鳍部101之间具有凹槽201。

采用干法刻蚀工艺刻蚀所述半导体衬底100，形成凹槽201及凹槽201两侧的鳍部101。所述干法刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括：CF₄、HBr、和O₂，载气为He，其中，CF₄的气体流量为20sccm～200sccm、HBr的气体流量为50sccm～1000sccm、O₂的气体流量为5sccm～20sccm、He的气体流量为200sccm～1000sccm，压强为5毫托～50毫托。随着上述刻蚀过程的进行，凹槽深度不断增加，通过调节不同刻蚀气体的流速和比例，可以使得所述凹槽201的底部宽度小于凹槽201的顶部宽度，可以降低后续在所述凹槽201内填充前驱材料层的难度。在本发明的其他所述例中，也可以形成侧壁垂直的凹槽201。

本实施例中，形成所述凹槽201之后，保留所述掩膜层200作为后续进行平坦化工艺的研磨停止层；在本发明的其他实施例中，也可以去除所述掩膜层200。

请参考图3，在所述鳍部101表面以及半导体衬底200表面形成衬垫层102。

所述衬垫层102的材料为氧化硅，所述衬垫层102的厚度为可以采用热氧化工艺形成所述衬垫层102，所述热氧化工艺可以是湿法氧化也可以是干法氧化工艺。本实施例中，采用干法氧化工艺形成所述衬垫层102。具体的，所述干法氧化的氧化气体为O₂，流量为10sccm～5000sccm，反应温度为900℃～1200℃。本实施例中采用干法氧化工艺，氧化硅的生长速率较慢，可以较好的控制所述衬垫层102的厚度，并且采用干法氧化工艺，形成的衬垫氧化层102的致密度较高。在本发明的其他实施例中，也可以采用水蒸汽或者水蒸汽与氧气的混合气体作为氧化气体，采用热氧化工艺，形成所述衬垫层。

所述衬垫层102的厚度较小，避免对鳍部101的尺寸造成较大影响。

所述衬垫层102在较高温度下形成可以修复鳍部101表面的缺陷，提高后续形成的隔离层的隔离效果。

本实施例中，所述鳍部101顶部表面具有掩膜层200，所以所述衬垫层102覆盖鳍部101的侧壁表面和凹槽201底部的半导体衬底100的表面；在本发明的其他所述例中，可以去除所述掩膜层200，所以形成的衬垫层还可以覆盖鳍部101的顶部表面。

在本发明的其他所述例中，也可以不形成所述衬垫层，后续直接在所述鳍部表面形成氧化阻挡层。

请参考图4，在所述衬垫层102表面形成氧化阻挡层103，所述氧化阻挡层103用于阻挡氧原子进入鳍部101内。

所述氧化阻挡层103具有一定厚度和致密性能够将氧原子与鳍部之间产生隔离作用，阻挡氧原子扩散至所述鳍部101表面。

所述氧化阻挡层103的材料还可以具有较高的还原性，能够吸附氧原子，并与氧原子发生氧化反应，从而阻挡并吸附氧原子进入鳍部101内。如果所述氧化阻挡层103的厚度太薄，不足以吸附后续对前驱材料层进行退火过程中向鳍部表面扩散的氧原子，而如果所述氧化阻挡层103的厚度过大，又会提高所述凹槽201的深宽比，增加厚度在凹槽201内填充前驱材料层的难度。本实施例中，所述氧化阻挡层103的厚度为所述厚度的氧化阻挡层103可以阻挡并吸附较多的氧原子，而且所述厚度的氧化阻挡层103对凹槽201的深宽比影响不大，不会增加后续在凹槽201内填充前驱材料层的难度。

本实施例中，所述氧化阻挡层103的材料为富硅氧化物层。不具备还原能力的氧化硅材料中，硅与氧的浓度比为1:2，所述富硅氧化物中硅氧浓度比大于1:2，氧原子为不饱和状态，所述富硅氧化物具有还原性能够吸附氧原子。为了使所述氧化阻挡层103具有较强的还原性，所述富硅氧化物层中的硅原子浓度等于或大于氧原子浓度，使所述富硅氧化物层具有较高的还原性，能够吸附较多的氧原子。本实施例中，所述富硅氧化物层中的硅原子的浓度范围可以是50%～90%。所述富硅氧化物层的形成工艺与单质硅层的形成工艺相比更为简单、工艺成本较低，并且所述富硅氧化层与所述衬垫层102之间的晶格常数接近，所述富硅氧化层与所述衬垫层102之间的界面质量较高，可以提高所述氧化阻挡层103的质量，避免所述氧化阻挡层103内产生缺陷而影响所述氧化阻挡层103对氧原子的扩散阻挡作用。

可以采用化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或高深宽比沉积工艺形成所述氧化阻挡层103。

本实施例中，采用化学气相沉积工艺形成所述氧化阻挡层103，所述化学气相沉积工艺采用硅源气体和氧源气体反应形成氧化阻挡层103，其中硅源气体至少包括硅烷、乙硅烷、丙硅烷、有机硅烷或二氯硅烷中的一种，氧源气体至少包括H₂O、O₂、O₃或NO₂中的一种，所述硅源气体的流量为50sccm～2000sccm，所述氧源气体的流量为20sccm～1000sccm，并且，所述硅源气体的流量大于氧源气体的流量，使形成的所述氧化阻挡层103中，硅的浓度较高，反应温度为400℃～600℃。所述氧化阻挡层103中的硅的浓度可以通过调整形成工艺中硅源气体和氧化气体的流量比例来进行调整，根据待形成的鳍式场效应晶体管对电性参数的要求，作合适的调整。

所述氧化阻挡层103还覆盖凹槽201底部的半导体衬底100表面的衬垫层101，可以阻挡氧原子进入半导体衬底100内，比面在后续退火过程中，对半导体衬底100表面造成氧化。

在本发明的其他实施例中，所述氧化阻挡层103还可以是其他具有还原性的半导体氧化物层，例如富锗氧化物层、富锗硅氧化物层等。

本实施例中，由于所述鳍部101顶部具有掩膜层200，并且，所述鳍部101侧壁表面、半导体衬底100表面形成有衬垫层102，所以所述氧化阻挡层103覆盖衬垫层102表面以及掩膜层200表面；在本发明的其他所述例中，可以不形成所述衬垫层102，直接在所述鳍部101侧壁表面、掩膜层200表面以及半导体衬底100表面形成所述氧化阻挡层103；在本发明的其他所述例中，也可以去除所述掩膜层200，直接在所述鳍部100的侧壁和顶部表面、半导体衬底100的表面形成所述氧化阻挡层103。

请参考图5，在所述半导体衬底100上形成前驱材料层300，所述前驱材料层300填充满所述凹槽201（请参考图4）并覆盖所述鳍部101。

具体的，本实施例采用流动性化学沉积工艺，形成所述前驱材料层300。所述流动性化学气相沉积工艺采用的反应前驱物至少包括硅烷、二硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基二硅氧烷、四甲基环四硅氧烷中、三甲硅烷基胺（TSA）、二甲硅烷基胺(DSA)的一种。还可以使用其他硅烷胺及其衍生物等作为反应前驱物。本实施例中采用的反应前驱物为三甲硅烷基胺（TSA）。所述反应前驱物具有一定的流动性。

所述流动性化学气相沉积工艺在H₂和N₂混合气体、N₂、NH₃、NH₄OH、N₂H₄、NO、N₂O、NO₂、O₃、O₂、H₂O₂中的一种或几种气体氛围下进行。所述气体氛围还可以包括含氢的化合物、含氧的化合物、或者含氢的化合物和含氧的化合物的组合，例如H₂、H₂和N₂混合气体、O₃、O₂、H₂O₂、H₂O中的一种或多种气体。

本实施例中，所述半导体衬底100的温度在进行流动性化学气相沉积（FCVD）过程中被保持在预定的温度范围内。本实施例中，保持半导体衬底100的温度低于200℃，以使得所述采用的前驱材料能够流动的填充入沟槽内。较低的半导体衬底100温度可以维持前驱材料在半导体衬底100上及凹槽201内的流动性和粘度。在本实施例中，所述半导体衬底温度小于100℃，可以是50℃或90℃。

所述反应前驱物以1sccm～5000sccm的流量进入反应腔内，而气体以1sccm～1000sccm的流量进入反应腔内，反应压力为0.1T～10T。同时还可以在所述反应腔内通入Ar、He、Xe等惰性气体，所述惰性气体流速为1sccm～50000sccm。所述反应前驱物的流量可以在较低的范围内，以使得所述反应前驱物能够充分填充满所述凹槽201。

在本发明的实施例中，所述反应前驱物中含有Si、N和H，所以形成的前驱材料层300中含有Si-H、Si-N或Si-N-H等化学键，若所述可流动性化学气相沉积工艺在含氧气体下进行，则所述前驱材料层300内还具有Si-O键，使所述前驱材料层300具有一定的亲水性。这些化学键在后续的处理过程中，会被Si-O-Si所取代，形成氧化硅。

所述前驱材料层300位于所述氧化阻挡层103表面，所述氧化阻挡层103可以阻挡后续工艺中，对前驱材料层300进行退火过程时的氧原子扩散进入鳍部101和半导体衬底100内。

在形成所述前驱材料层300之后，还可以将所述前驱材料层300浸没在去离子水中，使所述前驱材料层吸附水分子。可以连同所述半导体衬底100一起浸没在去离子水中。

所述前驱材料层300具有一定的亲水性，并且由于所述前驱材料层处于可流动状态，致密度较低，所以，将所述前驱材料层300浸没在去离子水中时，水分子中的H原子容易与前驱材料层300表面形成氢键吸附，由于前驱材料层300的材料与水分子之间的范德华力和氢键作用，以及水分子的渗透性，能够使所述前驱材料层300表面以及内部吸附一定数量的水分子，从而增加了所述前驱材料层300表面及内部的氧原子浓度，提高后续退火过程中，所述前驱材料层300被氧化的效率。

所述去离子水的温度可以控制在50℃～200℃，压强为1托～50托，使水分子具有较高的能量和反应活性，易于被所述前驱材料层300吸附；同时也能够提高所述前驱材料层300内分子的活性，在去离子水分子的能量较高的情况下，部分Si-H或Si-N键可能断裂，与水分子中的O结合，形成Si-O键。所述前驱材料层300浸没在去离子水中的时间为5min～50min，时间越长，所述前驱材料层300内的含氧量越大，后续退火形成氧化硅的效率越高。

在本发明的其他实施例中，也可以不进行上述去离子水浸没处理，在形成所述前驱材料层300之后，直接进行后续的氧气氛围下的退火处理。

请参考图6，将所述前驱材料层300（请参考图5）在氧化气氛下退火，使所述前驱材料层氧化形成介质层300a。

所述氧化气氛至少包括O₂、O₃、NO、H₂O蒸气、N₂、He、Ar中的一种气体，并且所述氧化气氛中至少具有一种含有O的气体。所述氧化气氛下退火的温度为500℃～1200℃。

所述前驱材料层300在高温情况下，所述前驱材料层300中的Si-H键、Si-N键、Si-N-H键容易断裂与氧化气氛中的氧原子结合Si-O键。本实施例中，由于提前将所述前驱材料层300在去离子水中浸没了一段时间，使得所述前驱材料层内部和表面都具有一定数量的氧原子，从而在退火过程中，所述前驱材料层300的内部和表面能够同时发生氧化，固化形成介质层300a，所述介质层300a的材料为氧化硅。

在本发明的其他实施例中，在形成前驱材料层300之后，直接在氧气氛围下进行退火处理，氧气气氛中的氧原子从前驱材料层300的表面逐渐扩散进入所述前驱材料层300的内部，所以所述前驱材料层300的表面会首先发生固化，然后向内部逐渐固化。所述退火处理下，氧原子与前驱材料层中的硅形成Si-O，并且产生气体副产物例如NH₃、N₂、H₂等从前驱材料层中逸出。所述退火处理时间可以是0.5h～2h，根据所述前驱材料层300的厚度适当调整所述退火处理的时间，所述前驱材料层300的厚度越大，需要的退火处理时间越长，以便能够使所述前驱材料层300充分转变为固化的介质层300a，并且去除所述介质层300a内残留的N、H等杂质，修复所述介质层301a内的缺陷，使所述介质层301a的内部结构更紧密，密度更加均匀，从而提高所述介质层301a的隔离效果。

在进行所述氧气氛围下的退火过程中，氧原子与所述前驱材料层300不断发生反应，从而不断有氧原子进入所述前驱材料层300内并且在所述前驱材料层300内扩散。现有技术中，所述退火过程中的氧原子会扩散至鳍部101和半导体衬底100表面，从而对鳍部101和半导体衬底表面100进行氧化，导致鳍部101的尺寸变小，影响最终形成的鳍式场效应晶体管的性能。本实施例中，在所述鳍部101和半导体衬底100上形成了氧化阻挡层103，所述向鳍部101表面及半导体衬底100表面扩散的氧原子首先会与所述氧化阻挡层103发生反应被消耗掉，从而可以阻挡氧原子与鳍部101表面以及半导体衬底100表面发生反应，从而保持鳍部101的尺寸不发生变化，确保最终形成的鳍式场效应晶体管的性能能够符合要求。所述退火时间越长，要求的氧化阻挡层103的厚度越高，或者所述氧化阻挡层103内与氧原子发生反应的半导体元素浓度越高。在形成所述介质层300a之后，所述氧化阻挡层103内的氧原子浓度也会提高。

请参考图7，在形成所述介质层300a（请参考图6）之后，以所述掩膜层200表面作为研磨停止层，采用化学机械研磨工艺对所述介质层300a进行平坦化，使平坦化后的介质层300b的表面与掩膜层200表面齐平。

请参考图8，刻蚀所述平坦化后的介质层300b（请参考图7）和氧化阻挡层103，使所述介质层300a和氧化阻挡层103的表面低于鳍部101的顶部表面，形成隔离层310，暴露出鳍部101的部分侧壁。

可以采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质层300a和氧化阻挡层103，本实施例中，同时刻蚀所述第一氧化层101。所述隔离层310作为相邻鳍部101之间的隔离结构，以及后续在鳍部101上形成的栅极结构与半导体衬底100之间的隔离结构。

综上所述，本实施例中，在相邻鳍部表面形成氧化阻挡层之后，再在半导体衬底表面的相邻鳍部之间的凹槽内填充具有流动性的前驱材料层，然后对所述前驱材料层在氧化气氛下进行退火，使所述前驱材料层氧化形成介质层。在对前驱材料进行退火的过程中，氧气气氛中的氧原子会进入所述前驱材料层中对前驱材料层进行氧化形成介质层，同时部分氧原子也会在所述前驱材料层中向鳍部扩散，使所述鳍部表面被氧化，使鳍部表面的部分厚度的材料被氧化形成氧化物，而导致鳍部的尺寸下降。由于本发明的技术方案中，在鳍部表面形成了氧化阻挡层，所述氧化阻挡层可以阻挡所述氧原子进入鳍部内，从而可以避免鳍部表面被氧化，在形成介质层的过程中，可以确保鳍部的尺寸不发生变化，使最终形成的鳍式场效应晶体管的性能不放生变化。

并且，本实施例中，所述氧化阻挡层为富硅氧化物层，所述富硅氧化物层可以与氧原子发生反应，从而吸附向鳍部扩散的氧原子，阻挡氧原子进入所述鳍部内。所述富硅氧化物层中的硅原子的浓度范围为50%～90%，厚度为使得所述富硅氧化物能够吸附较多的氧原子，对鳍部表面起到足够的保护作用。

本实施例中，在形成所述前驱材料层之后，还将所述前驱材料层在去离子水中浸没，使所述介质材料层吸附水分子之后，再进行所述退火处理。将所述前驱材料层浸没在去离子水中时，水分子中的氢原子容易与前驱材料层表面形成氢键吸附，由于前驱材料层的材料与水分子之间的范德华力和氢键作用，以及水分子的渗透性，能够使所述前驱材料层表面以及内部吸附一定数量的水分子，从而增加了所述前驱材料层表面及内部的氧原子浓度，提高后续退火过程中，所述前驱材料层被氧化的效率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成若干分立的鳍部，相邻鳍部之间具有凹槽；

在所述鳍部表面形成氧化阻挡层，所述氧化阻挡层用于阻挡氧原子进入鳍部内；

在所述半导体衬底上形成前驱材料层，所述前驱材料层填充满所述凹槽并覆盖所述鳍部；

将所述前驱材料层在氧化气氛下退火，使所述前驱材料层氧化形成介质层。

2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述氧化阻挡层为富硅氧化物层。

3.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述富硅氧化物层中的硅原子浓度等于或大于氧原子浓度。

4.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述富硅氧化物层中的硅原子的浓度范围为50%～90%。

5.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或高深宽比沉积工艺形成所述氧化阻挡层。

6.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述氧化阻挡层的厚度为

7.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述阻挡层还覆盖凹槽底部的半导体衬底表面，用于阻挡氧原子进入半导体衬底内。

8.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述氧化阻挡层，所述化学气相沉积工艺采用硅源气体和氧源气体反应形成所述氧化阻挡层，所述硅源气体至少包括硅烷、乙硅烷、丙硅烷、有机硅烷或二氯硅烷中的一种，氧源气体至少包括H₂O、O₂、O₃或NO₂中的一种，所述硅源气体的流量为50sccm～2000sccm，所述氧源气体的流量为20sccm～1000sccm，并且，所述硅源气体的流量大于氧源气体的流量，反应温度为400℃～600℃。

9.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，还包括：形成所述前驱材料层之后，将所述前驱材料层浸没在去离子水中，使所述介质材料层吸附水分子，再进行所述退火处理。

10.根据权利要求9所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述去离子水的温度为50℃～90℃，将所述前驱材料层浸没在去离子水中的时间为5min～50min。

11.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用可流动性化学气相沉积工艺形成所述前驱材料层。

12.根据权利要求11所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述前驱材料层的材料中含有Si-H键、Si-N键或Si-N-H键，所述介质层的材料为SiO₂。

13.根据权利要求12所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述流动性化学气相沉积工艺采用的反应前驱物至少包括硅烷、二硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基二硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、三甲硅烷基胺、二甲硅烷基胺中的一种。

14.根据权利要求13所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述流动性化学气相沉积工艺在H₂和N₂混合气体、N₂、NH₃、NH₄OH、N₂H₄、NO、N₂O、NO₂、O₃、O₂、H₂O₂中的至少一种气体氛围下进行。

15.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述氧化气氛下退火的温度为500℃～1200℃，所述氧化气氛至少包括O₂、O₃、NO、H₂O蒸气、N₂、He、Ar中的一种气体，并且所述氧化气氛中至少具有一种含有O的气体。

16.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述氧化阻挡层之前，在所述鳍部表面以及半导体衬底表面形成衬垫层。

17.根据权利要求16所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用热氧化工艺形成所述衬垫层。

18.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述鳍部顶部具有掩膜层。

19.根据权利要求18所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述介质层之后，以所述掩膜层表面作为研磨停止层，采用化学机械掩膜工艺对所述介质层进行平坦化，使平坦化后的介质层的表面与掩膜层表面齐平。

20.根据权利要求19所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，还包括：刻蚀所述平坦化后的介质层和氧化阻挡层，使所述介质层和氧化阻挡层的表面低于鳍部的顶部表面，形成隔离层，暴露出部分鳍部的侧壁。