半导体结构及其形成方法与流程

allin2025-04-03  33


本公开涉及存储器领域,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。


背景技术:

1、动态随机存取存储器(dynamic random access memory,dram)是计算机中常用的半导体存储器件,由许多重复的存储单元组成。每个存储单元通常包括电容器和晶体管,晶体管的栅极与字线相连、漏极与位线相连、源极与电容器相连,字线上的电压信号能够控制晶体管的打开或关闭,进而通过位线读取存储在电容器中的数据信息,或者通过位线将数据信息写入到电容器中进行存储。

2、为了提高集成度,现有3d dram制作过程中晶体管通常会采用多层堆叠的横向晶体管结构。但是现有的dram的电容器占据较大的面积,使得dram的存储密度仍有待提升。


技术实现思路

1、本公开一些实施例提供了一种半导体结构的形成方法,包括:

2、提供半导体衬底;

3、在所述半导体衬底上形成堆叠结构,所述堆叠结构包括沿第一方向延伸、且在第二方向和竖直方向呈阵列排布的多个线状半导体图形,沿竖直方向相邻所述线状半导体图形之间填充有牺牲层,沿第二方向相邻所述线状半导体图形之间填充有绝缘层,所述堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域,所述竖直方向垂直于所述半导体衬底的表面,所述第一方向和第二方向平行于所述半导体衬底的表面;

4、去除所述电容器区域中的所述牺牲层,以在相邻的所述线状半导体图形之间形成空腔;

5、在所述空腔内形成至少部分悬空的沿第一方向延伸的第一分隔层;

6、在所述第一分隔层的水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的竖直表面及水平表面上形成第一电极层;

7、在所述第一电极层的表面上以及所述第一分隔层的竖直表面上形成电介质层;

8、在所述电介质层的表面上形成第二电极层,所述第二电极层填充满剩余的空腔。

9、在一些实施例中,所述堆叠结构的形成过程包括:在所述半导体衬底上形成初始堆叠结构,所述初始堆叠结构包括沿竖直方向交替层叠的初始牺牲层和初始半导体层,所述初始堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域;

10、在一些实施例中,在所述初始堆叠结构中形成沿第一方向延伸且沿竖直方向贯穿所述初始堆叠结构的多个沟槽,所述初始半导体层被所述多个沟槽分成多个线状半导体图形;

11、在所述沟槽中填充满绝缘层。

12、在一些实施例中,所述第一分隔层的形成过程包括:在所述空腔的竖直侧壁表面上和水平侧壁表面上形成第一侧壁材料层;

13、在所述第一侧壁材料层表面上形成填充剩余空腔的第一分隔层;

14、沿第一方向去除部分长度的所述第一侧壁材料层,暴露出所述空腔的部分水平侧壁表面且使得所述第一分隔层部分悬空。

15、在一些实施例中,还包括:沿第一方向去除部分长度的所述线状半导体图形,使得所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于剩余的线状半导体图形的竖直表面;所述线状半导体图形被去除的长度小于所述第一侧壁材料层被去除的长度。

16、在一些实施例中,所述第一电极层的形成过程包括:在所述第一分隔层的竖直表面上以及水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的竖直表面上以及水平表面上形成第一电极材料层;

17、在所述第一电极材料层的表面上形成填充满空腔的第一填充材料层;

18、去除部分所述第一填充材料层,暴露出所述第一分隔层的竖直表面上的第一电极材料层的表面;

19、去除暴露的所述第一电极材料层,将所述第一电极材料层断开;

20、去除所述第一填充材料层。

21、在一些实施例中,形成所述第一分隔层之后,还包括:在所述第一分隔层与所述线状半导体图形之间形成悬空的沿第一方向延伸的第二分隔层;所述形成的第一电极层还覆盖在所述第二分隔层的竖直表面和水平表面上。

22、在一些实施例中,所述第二分隔层的形成过程包括:在所述第一分隔层和线状半导体图形之间剩余的空腔的竖直侧壁表面上和水平侧壁表面上形成第二侧壁材料层;

23、在所述第二侧壁材料层表面上形成填充剩余空腔的第二分隔层;

24、沿第一方向去除部分长度的所述线状半导体图形和第二分隔层,使得所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于剩余的线状半导体图形和剩余的第二分隔层的竖直表面;

25、沿第一方向去除部分长度的所述第二侧壁材料层,暴露出所述空腔的部分水平侧壁表面,使得所述第一分隔层和第二分隔层至少部分悬空。

26、本公开一些实施例还提供了一种半导体结构,包括:

27、半导体衬底;

28、位于所述半导体衬底上的堆叠结构,所述堆叠结构包括沿第一方向延伸、且在第二方向和竖直方向呈阵列排布的多个线状半导体图形,所述堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域,电容器区域中沿所述竖直方向相邻所述线状半导体图形之间具有第一空间,沿所述第二方向相邻所述线状半导体图形之间填充有绝缘层,所述竖直方向垂直于所述半导体衬底的表面,所述第一方向和第二方向平行于所述半导体衬底的表面;

29、位于所述第一空间且沿第一方向延伸的第一分隔层;

30、位于所述第一分隔层的水平侧壁表面上并延伸至所述线状半导体图形的表面上的第一电极层;

31、位于所述第一电极层的表面上以及所述第一分隔层的竖直表面上的电介质层;

32、位于所述电介质层的表面上的第二电极层。

33、在一些实施例中,所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于所述线状半导体图形的竖直表面。

34、在一些实施例中,还包括:位于所述第一分隔层与所述线状半导体图形之间沿第一方向延伸的第二分隔层,所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于所述第二分隔层的竖直表面;所述第一电极层还覆盖在所述第二分隔层的竖直表面和水平表面

35、本公开前述实施例中的半导体结构的形成方法,在半导体衬底上形成堆叠结构,所述堆叠结构包括沿第一方向延伸、且在第二方向和竖直方向呈阵列排布的多个线状半导体图形,沿竖直方向相邻所述线状半导体图形之间填充有牺牲层,沿第二方向相邻所述线状半导体图形之间填充有绝缘层,所述堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域;去除所述电容器区域中的所述牺牲层,以在相邻的所述线状半导体图形之间形成空腔;在所述空腔内形成至少部分悬空的沿第一方向延伸的第一分隔层;在所述第一分隔层的水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的竖直表面上以及水平表面上;在所述第一电极层的表面上以及所述第一分隔层的竖直表面上形成电介质层;在所述电介质层的表面上形成第二电极层,所述第二电极层填充满剩余的空腔。本公开通过在电容器区域的空腔内形成了至少部分悬空的沿第一方向延伸的第一分隔层,通过悬空的第一分隔层和线状半导体图形的配合,在所述第一分隔层的水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的水平表面上形成第一电极层时,增加了第一电极层的表面积,相应的第一电极层上形成的电介质层以及电介质层上形成的第二电极层的表面积也会增大,从而使得同等的存储电容下,使得形成的电容器在半导体衬底表面的垂直投影占据的面积会减小,从而提高dram的存储密度。


技术特征:

1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述堆叠结构的形成过程包括:在所述半导体衬底上形成初始堆叠结构,所述初始堆叠结构包括沿竖直方向交替层叠的初始牺牲层和初始半导体层,所述初始堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域;

3.根据权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一分隔层的形成过程包括:在所述空腔的竖直侧壁表面上和水平侧壁表面上形成第一侧壁材料层;

4.根据权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,还包括:沿第一方向去除部分长度的所述线状半导体图形,使得所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于剩余的线状半导体图形的竖直表面;所述线状半导体图形被去除的长度小于所述第一侧壁材料层被去除的长度。

5.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一电极层的形成过程包括:在所述第一分隔层的竖直表面上以及水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的竖直表面上以及水平表面上形成第一电极材料层;

6.根据权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一分隔层之后,还包括:在所述第一分隔层与所述线状半导体图形之间形成悬空的沿第一方向延伸的第二分隔层;所述形成的第一电极层还覆盖在所述第二分隔层的竖直表面和水平表面上。

7.根据权利要求6所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二分隔层的形成过程包括:在所述第一分隔层和线状半导体图形之间剩余的空腔的竖直侧壁表面上和水平侧壁表面上形成第二侧壁材料层;

8.一种半导体结构,其特征在于,包括:

9.根据权利要求8所述的半导体结构,其特征在于,所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于所述线状半导体图形的竖直表面。

10.根据权利要求8所述的半导体结构,其特征在于,还包括:位于所述第一分隔层与所述线状半导体图形之间沿第一方向延伸的第二分隔层,所述第一分隔层的竖直表面沿第一方向上凸出于所述第二分隔层的竖直表面;所述第一电极层还覆盖在所述第二分隔层的竖直表面和水平表面。


技术总结
一种半导体结构及其形成方法,所述形成方法:在半导体衬底上形成堆叠结构,包括沿第一方向延伸、且在第二方向和竖直方向呈阵列排布的多个线状半导体图形,所述堆叠结构沿第一方向依次包括晶体管区域和电容器区域;去除所述电容器区域中的所述牺牲层,以形成空腔;在所述空腔内形成至少部分悬空的沿第一方向延伸的第一分隔层;在所述第一分隔层的水平表面上、所述空腔的竖直内壁上以及所述空腔之间的线状半导体图形的水平表面上形成第一电极层;在所述第一电极层的表面上以及所述第一分隔层的竖直表面上形成电介质层;在所述电介质层的表面上形成第二电极层,所述第二电极层填充满剩余的空腔。提高DRAM的存储密度。

技术研发人员:冯道欢,蒋懿,肖德元
受保护的技术使用者:长鑫存储技术有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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