CN117457489B - 半导体器件的斜沟槽的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，包括：S11提供半导体工件；S12在半导体工件上形成光阻层；S13对S12的产品进行第一次蚀刻处理形成延伸入硅衬底的凹槽；S14通入第一六氟化硫和第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷发生反应，在凹槽内形成聚合物层；S15通入第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层反应，以暴露硅衬底；S16通入第三六氟化硫并与裸露的硅衬底反应；S17重复S14‑S16直至形成具有扩宽部及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部的沟槽，收窄部位于沟槽靠近绝缘层的一侧，扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径；S18采用等离子体方法进行蚀刻修复处理，以形成内壁具有氟化物层的斜沟槽，斜沟槽的直径从开口往底部递减，以提高半导体器件的性能。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件的斜沟槽的制备方法。
背景技术
半导体器件通常由多层膜层结构堆叠形成，膜层结构之间或者膜层结构与外部的其它结构连接等，通常是通过在膜层结构之间形成沟槽或通孔，通过在通孔或沟槽中填充连接结构以与对应结构连接，现有的通孔或沟槽的形状通常制备成垂直形貌和倾斜形貌，但采用现有的方法制备倾斜形貌的通孔或沟槽，其深宽比较低，无法满足后续填孔工艺的要求，从而影响器件的性能。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，以提高半导体器件的性能。
本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，包括：
S11：提供至少一半导体工件，所述半导体工件包括硅衬底以及设置于所述硅衬底上的绝缘层；
S12：在所述半导体工件上形成光阻层；
S13：对所述半导体工件以及所述光阻层进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿所述光阻层以及所述绝缘层并延伸入所述硅衬底的凹槽；
S14：向具有所述凹槽的所述半导体工件以及所述光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，所述第一八氟环丁烷发生聚合反应，在所述凹槽内形成聚合物层；
S15：向具有所述聚合物层的所述半导体工件通入第二六氟化硫，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应，去除位于所述凹槽的底部的所述聚合物层以暴露所述硅衬底；
S16：向经过所述S15处理的所述半导体工件中通入第三六氟化硫，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应，去除裸露部分的所述硅衬底，所述第二六氟化硫以及所述第三六氟化硫的体积流量均大于所述第一六氟化硫的体积流量，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的压力以及所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的压力均大于所述第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的时间以及所述第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均小于或等于0.6s，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的时间至少大于或等于0.6s；
S17：重复所述S14-所述S16，直至形成沟槽，其中，所述沟槽具有扩宽部以及设置于所述扩宽部两侧的收窄部和底槽部，所述收窄部位于所述沟槽靠近所述绝缘层的一侧，所述扩宽部的直径大于所述收窄部以及所述底槽部的直径；
S18：采用等离子体方法对形成所述沟槽的所述半导体工件进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，所述斜沟槽的内壁具有氟化物层，自所述绝缘层朝向所述硅衬底的方向上，所述斜沟槽的直径递减。
在一些实施例中，所述S13之后，所述S14之前，还包括：
在位于所述绝缘层以及所述光阻层的所述凹槽的侧壁上沉积聚合物膜，所述聚合物膜的厚度大于所述聚合物层的厚度。
在一些实施例中，在位于所述绝缘层以及所述光阻层的所述凹槽的侧壁上沉积聚合物膜的沉积时间大于或等于30s，所述第一六氟化硫与所述第一八氟环丁烷进行反应的时间为0.4-0.5s。
在一些实施例中，所述第一六氟化硫的体积流量为10-25sccm，第一八氟环丁烷的体积流量为150-300sccm。
在一些实施例中，所述S18中，包括：向具有所述沟槽的所述半导体工件中通入惰性气体、三氟化氮以及四氟化碳进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，所述斜沟槽的内壁具有氟化物层，自所述绝缘层朝向所述硅衬底的方向上，所述斜沟槽的直径递减。
在一些实施例中，所述惰性气体的体积流量为190-210sccm，所述三氟化氮的体积流量为480-510sccm，所述四氟化碳的体积流量为190-210sccm。
在一些实施例中，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的时间为0.4-0.6s，所述第二六氟化硫的体积流量为400-550sccm。
在一些实施例中，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的时间为0.6-0.9s，所述第三六氟化硫的体积流量为400-550sccm。
在一些实施例中，所述扩宽部的直径与所述收窄部以及所述底槽部的直径的差值为0.4-1.2μm，所述扩宽部与所述绝缘层之间的距离为0.5-1.2μm。
在一些实施例中，所述第一六氟化硫与所述第一八氟环丁烷进行反应的反应压力为40-70mt，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的反应压力为80-120mt，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的反应压力为80-120mt。
本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，包括：S11：提供至少一半导体工件，半导体工件包括硅衬底以及设置于硅衬底上的绝缘层；S12：在半导体工件上形成光阻层；S13：对半导体工件以及光阻层进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿光阻层以及绝缘层并延伸入硅衬底的凹槽；S14：向具有凹槽的半导体工件以及光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷发生聚合反应，在凹槽内形成聚合物层；S15：向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应，去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底；S16：向经过S15处理的半导体工件中通入第三六氟化硫，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应，去除裸露部分的硅衬底，第二六氟化硫以及第三六氟化硫的体积流量均大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力以及第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的压力均大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间以及第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均小于或等于0.6s，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的时间至少大于或等于0.6s；S17：重复S14-S16，直至形成沟槽，其中，沟槽具有扩宽部以及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部，收窄部位于沟槽靠近绝缘层的一侧，扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径；S18：采用等离子体方法对形成沟槽的半导体工件进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，斜沟槽的内壁具有氟化物层，自绝缘层朝向硅衬底的方向上，斜沟槽的直径递减，以形成高深宽比的斜沟槽，从而提高半导体器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
图1是本申请提供的半导体器件的斜沟槽的制备方法的流程示意图；
图2-图4是本申请提供的半导体器件的斜沟槽的制备方法的流程结构示意图；
图5是图3的半导体器件的斜沟槽的扫描电镜结构示意图；
图6是图4的半导体器件的斜沟槽的扫描电镜结构示意图。
附图标记：
100、硅衬底；200、绝缘层；300、光阻层；400、聚合物膜；500、沟槽；600、斜沟槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，包括：
S11：提供至少一半导体工件，半导体工件包括硅衬底以及设置于硅衬底上的绝缘层；
S12：在半导体工件上形成光阻层；
S13：对半导体工件以及光阻层进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿光阻层以及绝缘层并延伸入硅衬底的凹槽；
S14：向具有凹槽的半导体工件以及光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷发生聚合反应，在凹槽内形成聚合物层；
S15：向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应，去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底；
S16：向经过S15处理的半导体工件中通入第三六氟化硫，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应，去除裸露部分的硅衬底，第二六氟化硫以及第三六氟化硫的体积流量均大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力以及第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的压力均大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间以及第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均小于或等于0.6s，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的时间至少大于或等于0.6s；
S17：重复S14-S16，直至形成沟槽，其中，沟槽具有扩宽部以及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部，收窄部位于沟槽靠近绝缘层的一侧，扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径；
S18：采用等离子体方法对形成沟槽的半导体工件进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，斜沟槽的内壁具有氟化物层，自绝缘层朝向硅衬底的方向上，斜沟槽的直径递减。
在本申请中，通过向具有凹槽的半导体工件以及光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，以使得第一八氟环丁烷在凹槽内发生聚合反应，以在凹槽内形成聚合物层，避免在后续的制备过程中，凹槽的侧壁被过度横向蚀刻；然后，向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，得第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应，以使得去除位于凹槽的底部的聚合物层，而露出凹槽的底部被聚合层覆盖的硅衬底；之后，通过向经过S15处理的半导体工件中通入第三六氟化硫，以使得第三六氟化硫可以与裸露的硅衬底进行反应，去除裸露部分的硅衬底，即继续向下蚀刻，并重复上述步骤S14-S16直至形成沟槽，且通过将第二六氟化硫以及第三六氟化硫的体积流量均设置为大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力以及第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的压力均设置为大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间以及第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均设置为小于或等于0.6s，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的时间设置为至少大于或等于0.6s，以使得形成的沟槽的扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径，使其再经过步骤S18采用等离子方法修复沟槽之后，形成内壁具有氟化物层的斜沟槽，且自绝缘层朝向硅衬底的方向上，斜沟槽的直径递减，即形成高深宽比的斜沟槽，以使得在后续的填充沟槽的工艺过程中，降低填充物填充于沟槽中出现缝隙或空洞的问题，从而提高半导体器件的性能。
请参阅图1-图6，图1是本申请提供的半导体器件的斜沟槽的制备方法的流程示意图；图2-图4是本申请提供的半导体器件的斜沟槽的制备方法的流程结构示意图；图5是图3的半导体器件的斜沟槽的扫描电镜结构示意图；图6是图4的半导体器件的斜沟槽的扫描电镜结构示意图。本申请提供一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，包括：
S11：提供至少一半导体工件，半导体工件包括硅衬底以及设置于硅衬底上的绝缘层。
S12：在半导体工件上形成光阻层。
S13：对半导体工件以及光阻层进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿光阻层以及绝缘层并延伸入硅衬底的凹槽。
在一实施例中，在S13之后，还包括：在位于绝缘层200以及光阻层300的凹槽的侧壁上沉积聚合物膜400。具体的，通过向半导体工件以及光阻层300中通入第二八氟环丁烷，第二八氟环丁烷解离成CxFy形成聚合物膜400附着在凹槽的侧壁，作为凹槽的侧壁的保护膜，x和y至少大于或等于2，如x和y的数值可以为2、3、5或8等。
进一步的，在位于绝缘层200以及光阻层300的凹槽的侧壁上沉积聚合物膜400的沉积时间大于或等于30s。具体的，在位于绝缘层200以及光阻层300的凹槽的侧壁以及底璧上沉积聚合物膜400的沉积时间可以为大30s、32s、35s、36s、39s、43s、50s或60s等。
在本申请中，通过在S13之后，在位于绝缘层200以及光阻层300的凹槽的侧壁上形成一层聚合物膜400，以避免在后续工艺过程中，光阻层300出现坍塌情况，致使凹槽因被坍塌的光阻层300遮挡而导致后续的蚀刻流程无法继续进行，导致器件生产周期延长，从而致使生产成本增加。
在本申请中，将在位于绝缘层200以及光阻层300的凹槽的侧壁上沉积聚合物膜400的沉积时间设置在上述范围内，以使得形成的聚合物膜400的膜厚足够厚，以进一步降低光阻层300出现因坍塌导致凹槽被阻塞的风险，从而缩短器件的生产周期，并降低生产成本。
S14：向具有凹槽的半导体工件以及光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷发生聚合反应，在凹槽内形成聚合物层。
向具有凹槽的半导体工件以及光阻层300中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷发生聚合反应解离成CxFy形成聚合物层附着在聚合物膜400上，其中，x和y如前所述，此处不在赘述。聚合物膜400的厚度大于聚合物层的厚度。第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷进行反应的时间为0.4-0.5s，第一六氟化硫的体积流量为10-25sccm，第一八氟环丁烷的体积流量为150-300sccm，第一八氟环丁烷进行聚合反应的压力为40-70mt，第一八氟环丁烷进行聚合反应的偏压为80-150V。具体的，第一八氟环丁烷进行聚合反应的时间可以为0.43s、0.45s、0.48s或0.5s等，第一六氟化硫的体积流量可以为10sccm、13sccm、17sccm、19sccm、23sccm或25sccm等，第一八氟环丁烷的体积流量可以为150sccm、160sccm、190sccm、200sccm、230sccm、280sccm或300sccm等，第一八氟环丁烷进行聚合反应的压力可以为40mt、50mt、60mt、66mt或70mt等，第一八氟环丁烷进行聚合反应的偏压可以为80V、90V、100V、120V、130V或150V等。
在本申请中，将第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷进行反应的时间设置为0.4-0.5s，第一六氟化硫的体积流量设置为10-25sccm，第一八氟环丁烷的体积流量设置为150-300sccm，第一八氟环丁烷进行聚合反应的压力设置为40-70mt，第一八氟环丁烷进行聚合反应的偏压设置为80-150V，以使得在聚合物膜400上形成聚合物层的同时，聚合物层的膜层厚度足够厚，以进一步降低光阻层300出现坍塌风险，从而缩短器件的生产周期，并降低生产成本。
S15：向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应，去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底。
向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层发生反应，去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底100，同时第二六氟化硫也会进行侧向蚀刻，即第二六氟化硫也与凹槽的侧壁上的聚合物层发生反应，凹槽的侧壁上的部分聚合物层被蚀刻掉，也即通入第二六氟化硫之后，凹槽的侧壁上的聚合物层的膜厚降低。
第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间为0.4-0.6s，第二六氟化硫的体积流量为400-550sccm，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力为80-120mt，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的偏压为80-150V。具体的，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间可以为0.43s、0.45s、0.48s、0.5s、0.53s、0.55s、0.58s或0.6s等，第二六氟化硫的体积流量可以为400sccm、430sccm、460sccm、490sccm、510sccm、530sccm或550sccm等，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力可以为80mt、90mt、100mt、110mt、115mt或120mt等，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的偏压可以为80V、90V、100V、120V、130V或150V等。
在本申请中，将第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间设置为0.4-0.6s，第二六氟化硫的体积流量设置为400-550sccm，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力设置为80-120mt，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的偏压设置为80-150V，使得第二六氟化硫可以与位于凹槽的底部的聚合物层发生反应，以完全去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底100的同时，控制第二六氟化硫的侧向蚀刻，避免凹槽的侧壁上的聚合物层出现过度被蚀刻的风险，而导致硅衬底100的侧壁出现过过度蚀刻的风险，即以使得纵向蚀刻速度大于侧向蚀刻速度，以使得后续的蚀刻制程可以继续向下蚀刻，从而保证了半导体器件10的性能。
S16：向经过S15处理的半导体工件中通入第三六氟化硫，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应，去除裸露部分的硅衬底，第二六氟化硫以及第三六氟化硫的体积流量均大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力以及第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的压力均大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间以及第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均小于或等于0.6s，第三六氟化硫与裸露的硅衬底进行反应的时间至少大于或等于0.6s。
经S15处理之后，半导体工件中的凹槽的底部的硅衬底100裸露处理，向半导体工件中通入第三六氟化硫时，第三六氟化硫会与裸露的硅衬底100发生反应，以将裸露的硅衬底100蚀刻掉，使得凹槽继续向下延伸，此时形成的凹槽的侧壁的形貌类似于多个连接在一起的扇贝型，也即凹槽的侧壁具有凹凸结构；第三六氟化硫与裸露的硅衬底100反应的同时，也会与凹槽的侧壁上的聚合物层以及聚合物膜发生反应，即凹槽的侧壁上的聚合物层以及聚合物膜也会被蚀刻掉部分。
第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的时间为0.6-0.9s，第三六氟化硫的体积流量为400-550sccm，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的压力为80-120mt，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的偏压为80-150V。具体的，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的时间可以为0.63s、0.65s、0.68s、0.7s、0.73s、0.85s、0.88s或0.9s等，第三六氟化硫的体积流量可以为400sccm、430sccm、460sccm、490sccm、510sccm、530sccm或550sccm等。第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的反应压力可以为80mt、90、mt、100mt、110mt、115mt或120mt等，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的偏压可以为80V、90V、100V、120V、130V或150V等。
S17：重复S14-S16，直至形成沟槽，其中，沟槽具有扩宽部以及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部，收窄部位于沟槽靠近绝缘层的一侧，扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径。
多次重复S14-S16操作，直至形成沟槽500，此时的沟槽500的侧壁上具有类似于扇贝形貌的凹凸结构，并具有扩宽部以及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部，收窄部位于沟槽500靠近绝缘层200的一侧，扩宽部的直径R1与收窄部的直径R2以及底槽部的直径R3。
优选的，扩宽部的直径R1与收窄部的直径R2以及底槽部的直径R3的差值为0.4-1.2μm，扩宽部与绝缘层200之间的距离L为0.5-1.2μm。具体的扩宽部的直径R1与收窄部的直径R2以及底槽部的直径R3的差值可以为0.4μm、0.6μm、0.8μm、1μm或1.2μm等，扩宽部与绝缘层200之间的距离L可以为0.5μm、0.6μm、0.8μm、1μm或1.2μm等。
在本申请中，第二六氟化硫设置为大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间设置为小于或等于0.6s，以使得第二六氟化硫可以蚀刻掉凹槽的底部的聚合物层，而使得凹槽的底部的硅衬底100裸露，即以使得S15中的纵向蚀刻速度大于侧向蚀刻速度，以裸露位于凹槽的底部的硅衬底100，使得后续的蚀刻制程可以继续向下蚀刻，从而保证了半导体器件10的性能，并使得S14中的蚀刻速度小于沉积聚合物层的速度，使得聚合物膜400上具有较厚的聚合物层。
第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力设置大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均设置为小于或等于0.6s，以使得S15可以去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底100的同时，控制第二六氟化硫的侧向蚀刻，避免凹槽的侧壁上的聚合物层出现过度被蚀刻的风险，而导致硅衬底100的侧壁出现过过度蚀刻的风险，即以使得纵向蚀刻速度大于侧向蚀刻速度，以使得后续的蚀刻制程可以继续向下蚀刻，同时，使得S14中的蚀刻速度小于沉积聚合物层的速度，使得聚合物膜400上具有较厚的聚合物层。
S18：采用等离子体方法对形成沟槽的半导体工件进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，斜沟槽的内壁具有氟化物层，自绝缘层朝向硅衬底的方向上，斜沟槽的直径递减。
具体的，以惰性气体为载体，向具有沟槽500的半导体工件中通入三氟化氮以及四氟化碳，三氟化氮在沟槽500中分解成NFx和F，四氟化碳分解成CFx和F，与硅衬底100中的硅发生反应形成SiF4而将沟槽500的收窄部以及侧壁上的凹凸结构蚀刻掉，NFx以及CFx形成氟化物层，即进行蚀刻修复处理，使得形成的斜沟槽600的内壁具有氟化物层，且自绝缘层200朝向硅衬底100的方向上，斜沟槽600的直径递减。惰性气体的体积流量为190-210sccm，三氟化氮的体积流量为480-510sccm，四氟化碳的体积流量为190-210sccm，等离子体的功率为2450-2520W，等离子体的偏压为700-900V，等离子体的压力为60-70mt。具体的，惰性气体的体积流量可以为190sccm、194sccm、199sccm、200sccm、205或210sccm等，三氟化氮的体积流量可以为480sccm、488sccm、492sccm、496sccm或510sccm等，四氟化碳的体积流量可以为190sccm、194sccm、199sccm、200sccm、205或210sccm等，等离子体的功率可以为2450W、2480W、2500W、2510W或2520W等，等离子体的偏压可以为700V、750V、760V、790V、830V、860V或900V等，等离子体的压力可以为60mt、66mt、69mt或70mt等。
在本申请中，通过以惰性气体为载体，向半导体工件中通入三氟化氮以及四氟化碳对沟槽500进行蚀刻修复处理，以将沟槽500的收窄部以及侧壁上的类似于扇贝形貌的凹凸结构蚀刻掉以形成表面光滑且倾斜的斜沟槽600，避免沟槽500形成垂直形貌，并使得形成的斜沟槽600具有较高的深宽比，以使得在后续的填充沟槽的工艺过程中，降低填充物填充于沟槽中容易出现缝隙或空洞的问题，从而提高半导体器件的性能。
实施例
提供一半导体工件，半导体工件包括硅衬底100以及设置于硅衬底100上的绝缘层200；然后，在半导体工件上形成光阻层300；然后，对半导体工件以及光阻层300进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿光阻层300以及绝缘层200并延伸入硅衬底100的凹槽；然后，通过向半导体工件以及光阻层300中通入第二八氟环丁烷，第二八氟环丁烷解离成CxFy形成聚合物膜400附着在凹槽的侧壁，作为凹槽的侧壁的保护膜，x和y至少大于或等于2，第二八氟环丁烷解离的时间为40s。
然后，向具有凹槽的半导体工件以及光阻层300中通入17sccm的第一六氟化硫以及230sccm和55mt的第一八氟环丁烷，第一八氟环丁烷在偏压为120V下反应0.45s，解离成CxFy形成聚合物层附着聚合物膜400上，聚合物膜400的厚度大于聚合物层的厚度；然后，在压力为120mt，偏压为820V下，向具有聚合物层的半导体工件通入530sccm的第二六氟化硫，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层反应0.49s，去除位于凹槽的底部的聚合物层以暴露硅衬底100；然后，在压力为99mt，偏压为103V下，向经过S15处理的半导体工件中通入520sccm的第三六氟化硫，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100反应0.63s，去除裸露部分的硅衬底100；然后，重复上述步骤，直至形成沟槽500，其中，沟槽500具有扩宽部以及设置于扩宽部两侧的收窄部和底槽部，收窄部位于沟槽500靠近绝缘层200的一侧，扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径。
然后，以201sccm的惰性气体为载体，并在等离子体的功率为2500W、偏压为860V以及压力为65mt下，向具有沟槽500的半导体工件中通入410sccm的三氟化氮以及200sccm的四氟化碳，三氟化氮在沟槽500中分解成NFx和F，四氟化碳分解成CFx和F，与硅衬底100中的硅发生反应形成SiF4而将沟槽500的收窄部以及侧壁上的类似于扇贝型的凹凸结构蚀刻掉，NFx以及CFx形成氟化物层，即进行蚀刻修复处理，使得形成的斜沟槽600的内壁具有氟化物层，即使得斜沟槽600的内壁光滑，且自绝缘层200朝向硅衬底100的方向上，斜沟槽600的直径递减。
本申请提供一种半导体器件的斜沟槽600的制备方法，通过向具有凹槽的半导体工件以及光阻层300中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，以使得第一八氟环丁烷在凹槽内发生聚合反应，以在凹槽内形成聚合物层，避免在后续的制备过程中，凹槽的侧壁被过度横向蚀刻；然后，向具有聚合物层的半导体工件通入第二六氟化硫，得第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应，以使得去除位于凹槽的底部的聚合物层，而露出凹槽的底部被聚合层覆盖的硅衬底100；之后，通过向经过S15处理的半导体工件中通入第三六氟化硫，以使得第三六氟化硫可以与裸露的硅衬底100进行反应，去除裸露部分的硅衬底100，即继续向下蚀刻，并重复上述步骤S14-S16直至形成沟槽500，且通过将第二六氟化硫以及第三六氟化硫的体积流量均设置为大于第一六氟化硫的体积流量，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的压力以及第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的压力均设置为大于第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，第二六氟化硫与位于凹槽的底部的聚合物层进行反应的时间以及第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均设置为小于或等于0.6s，第三六氟化硫与裸露的硅衬底100进行反应的时间设置为至少大于或等于0.6s，以使得形成的沟槽500的扩宽部的直径大于收窄部以及底槽部的直径，使其再经过步骤S18采用等离子方法修复沟槽500之后，形成内壁具有氟化物层的斜沟槽600，且自绝缘层200朝向硅衬底100的方向上，斜沟槽600的直径递减，即形成高深宽比的斜沟槽600，以使得在后续的填充沟槽的工艺过程中，降低填充物填充于沟槽中出现缝隙或空洞的问题，从而提高半导体器件的性能。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，包括：
S11：提供至少一半导体工件，所述半导体工件包括硅衬底以及设置于所述硅衬底上的绝缘层；
S12：在所述半导体工件上形成光阻层；
S13：对所述半导体工件以及所述光阻层进行第一次蚀刻处理，以形成贯穿所述光阻层以及所述绝缘层并延伸入所述硅衬底的凹槽；
S14：向具有所述凹槽的所述半导体工件以及所述光阻层中通入第一六氟化硫以及第一八氟环丁烷，所述第一八氟环丁烷发生聚合反应，在所述凹槽内形成聚合物层；
S15：向具有所述聚合物层的所述半导体工件通入第二六氟化硫，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应，去除位于所述凹槽的底部的所述聚合物层以暴露所述硅衬底；
S16：向经过所述S15处理的所述半导体工件中通入第三六氟化硫，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应，去除裸露部分的所述硅衬底，所述第二六氟化硫以及所述第三六氟化硫的体积流量均大于所述第一六氟化硫的体积流量，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的压力以及所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的压力均大于所述第一八氟环丁烷发生聚合反应的压力，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的时间以及所述第一八氟环丁烷发生聚合反应的时间均小于或等于0.6s，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的时间至少大于或等于0.6s；
S17：重复所述S14-所述S16，直至形成沟槽，其中，所述沟槽具有扩宽部以及设置于所述扩宽部两侧的收窄部和底槽部，所述收窄部位于所述沟槽靠近所述绝缘层的一侧，所述扩宽部的直径大于所述收窄部以及所述底槽部的直径；
S18：采用等离子体方法对形成所述沟槽的所述半导体工件进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，所述斜沟槽的内壁具有氟化物层，自所述绝缘层朝向所述硅衬底的方向上，所述斜沟槽的直径递减。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述S13之后，所述S14之前，还包括：
在位于所述绝缘层以及所述光阻层的所述凹槽的侧壁上沉积聚合物膜，所述聚合物膜的厚度大于所述聚合物层的厚度。
3.根据权利要求2所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，在位于所述绝缘层以及所述光阻层的所述凹槽的侧壁上沉积聚合物膜的沉积时间大于或等于30s，所述第一八氟环丁烷进行反应的时间为0.4-0.5s。
4.根据权利要求3所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述第一六氟化硫的体积流量为10-25sccm，第一八氟环丁烷的体积流量为150-300sccm。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述S18中，包括：向具有所述沟槽的所述半导体工件中通入惰性气体、三氟化氮以及四氟化碳进行蚀刻修复处理，以形成斜沟槽，所述斜沟槽的内壁具有氟化物层，自所述绝缘层朝向所述硅衬底的方向上，所述斜沟槽的直径递减。
6.根据权利要求5所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述惰性气体的体积流量为190-210sccm，所述三氟化氮的体积流量为480-510sccm，所述四氟化碳的体积流量为190-210sccm。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的时间为0.4-0.6s，所述第二六氟化硫的体积流量为400-550sccm。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的时间为0.6-0.9s，所述第三六氟化硫的体积流量为400-550sccm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述扩宽部的直径与所述收窄部以及所述底槽部的直径的差值为0.4-1.2μm，所述扩宽部与所述绝缘层之间的距离为0.5-1.2μm。
10.根据权利要求1所述的半导体器件的斜沟槽的制备方法，其特征在于，所述第一八氟环丁烷进行反应的压力为40-70mt，所述第二六氟化硫与位于所述凹槽的底部的所述聚合物层进行反应的压力为80-120mt，所述第三六氟化硫与裸露的所述硅衬底进行反应的压力为80-120mt。
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