半导体结构及其制备方法转让专利
申请号 : CN202110350204.8
文献号 : CN113097210B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 于业笑 , 张俊逸
申请人 : 长鑫存储技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体结构,其特征在于,包括:衬底;
沟槽,位于所述衬底内;
位线接触结构,位于所述沟槽内,且所述位线接触结构的上表面低于所述衬底的上表面,所述位线接触结构沿第一方向延伸;
位线结构,位于所述位线接触结构上,且至少部分位于所述沟槽内;
位线保护结构,包括顶层介质层及侧墙结构,所述顶层介质层位于所述位线结构上,与所述位线结构共同构成叠层结构;所述侧墙结构覆盖所述叠层结构位于所述衬底上的部分的侧壁,所述侧墙结构内具有第一空气间隙;
隔离图形结构,所述隔离图形结构内具有第二空气间隙,所述隔离图形结构沿第二方向延伸,所述第二方向与所述第一方向相交,以于相邻所述位线保护结构之间及相邻所述隔离图形结构之间形成电容接触孔;
其中,所述侧墙结构还包括:侧壁介质层,位于所述叠层结构位于所述衬底上的部分的侧壁外侧;所述第一空气间隙位于所述侧壁介质层与所述叠层结构之间;第一空气间隙和第二空气间隙形成围绕电容接触孔的闭环。
2.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括侧壁保护层,覆盖所述沟槽的侧壁。
3.根据权利要求2所述的半导体结构,其特征在于,所述位线接触结构及所述位线结构填满所述沟槽。
4.根据权利要求3所述的半导体结构,其特征在于,所述位线结构的上表面与所述衬底的上表面相平齐。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体结构,其特征在于,还包括:电容接触结构,位于所述电容接触孔内。
6.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述隔离图形结构还包括:第一介质层;
第二介质层,位于所述第一介质层相对的两侧;所述第二空气间隙位于所述第一介质层与所述第二介质层之间。
7.根据权利要求5所述的半导体结构,其特征在于,所述电容接触结构的上表面低于所述顶层介质层的上表面,所述半导体结构还包括导电填充层,位于所述电容接触结构上。
8.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,还包括:隔离介质结构,位于相邻位线保护结构之间,包括隔离介质层和隔离侧墙结构,隔离介质层位于所述衬底上,所述隔离侧墙结构覆盖所述隔离介质层的侧壁,所述隔离侧墙结构内具有第三空气间隙,所述隔离介质结构沿第一方向延伸,相邻所述位线保护结构与隔离介质结构之间及相邻隔离图形结构之间形成所述电容接触孔。
9.一种半导体结构的制备方法,其特征在于,包括:提供衬底;
于所述衬底内形成沟槽;
于所述沟槽内形成位线接触结构,所述位线接触结构的上表面低于所述衬底的上表面,所述位线接触结构沿第一方向延伸;
于所述位线接触结构上形成位线结构,所述位线结构至少部分位于所述沟槽内;
于所述位线结构上形成顶层介质层,所述顶层介质层与所述位线结构共同构成叠层结构;
形成侧墙结构,所述侧墙结构覆盖所述叠层结构位于所述衬底上的部分的侧壁,所述侧墙结构内具有第一空气间隙;所述侧墙结构及所述顶层介质层构成位线保护结构;
形成隔离图形结构,所述隔离图形结构内具有第二空气间隙,所述隔离图形结构沿第二方向延伸,所述第二方向与所述第一方向相交,相邻所述位线保护结构之间及相邻所述隔离图形结构之间形成电容接触孔;
其中,所述侧墙结构还包括:侧壁介质层,位于所述叠层结构位于所述衬底上的部分的侧壁外侧;所述第一空气间隙位于所述侧壁介质层与所述叠层结构之间;第一空气间隙和第二空气间隙形成围绕电容接触孔的闭环。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,于所述沟槽内形成所述位线接触结构之前还包括:
于所述沟槽的侧壁形成侧壁保护层。
11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,形成所述顶层介质层的同时还形成第一介质层,所述第一介质层沿第二方向延伸;形成所述顶层介质层及所述第一介质层的步骤包括:
于所述衬底上形成第一介质材料层;
图形化所述第一介质材料层,以形成所述第一介质层及所述顶层介质层。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,同时形成所述侧墙结构和所述隔离图形结构,形成所述侧墙结构及所述隔离图形结构的步骤包括:于所述顶层介质层的侧壁形成第一牺牲层,并于所述第一介质层的侧壁形成第二牺牲层;
于所述第一牺牲层的侧壁形成侧墙介质层,并于所述第二牺牲层的侧壁形成第二介质层;
去除所述第一牺牲层及所述第二牺牲层以形成所述第一空气间隙及所述第二空气间隙;
其中,所述第一空气间隙及所述侧墙介质层构成所述侧墙结构,所述第一介质层、所述第二空气间隙及所述第二介质层构成所述隔离图形结构。
13.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,在形成所述侧墙结构及所述隔离图形结构之后还包括:
于所述电容接触孔内形成电容接触结构。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述电容接触结构的上表面低于所述顶层介质层的上表面,形成所述电容接触结构之后还包括:于所述电容接触结构上形成导电填充层。
15.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述位线结构的上表面与所述衬底的上表面相平齐。
说明书 :
半导体结构及其制备方法
技术领域
背景技术
结构之间、电容接触孔结构与电容接触孔结构之间的感应电容和感应电流越来越大,感应
2
电荷效应越来越明显,在典型的6F存储结构的基础上,在考虑电性方面的前提下,电容接
触孔的尺寸逼近物理极限,如何进一步缩小半导体结构中的电容接触孔尺寸成为急需解决
的问题。
发明内容
有第一空气间隙;
结构之间形成电容接触孔。
气间隙,隔离介质结构沿第一方向延伸,相邻位线保护结构与隔离介质结构之间及相邻隔
离图形结构之间形成电容接触孔。
电容接触孔。
构成叠层结构,在叠层结构位于衬底上的部分的侧壁覆盖有侧墙结构,该侧墙结构内开设
有第一空气间隙,在于第一方向相交的第二方向形成沿第二方向延伸的隔离图形结构,隔
离图形结构内开设有第二空气间隙,邻位线保护结构之间及相邻隔离图形结构之间形成有
电容接触孔,使得位线结构和位于相邻位线结构之间的电容接触结构之间通过开设有第一
空气间隙的侧墙结构间隔开来,电容接触结构与电容接触结构之间通过开设有第二空气间
隙的隔离图形结构间隔开来,而空气具有良好的绝缘性和较小的介电系数,在保证位线结
构与电容接触结构之间、电容接触结构与电容接触结构之间的感应电荷效应不变的情况
下,可以进一步减小电容接触结构所在电容接触孔的尺寸。
附图说明
申请的一些实施例,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。
掩膜图案;208、电容接触孔;210、电容接触结构;212、导电填充层;302、顶层介质层;304、第
一牺牲层;306、侧墙介质层;308、第一空气间隙;310、侧墙结构;312、位线保护结构;402、隔
离介质层;404、第三牺牲层;406、第六介质层;408、第三空气间隙;410、隔离侧墙结构;412、
隔离介质结构;502、第一介质层;504、第二牺牲层;506、第二介质层;508、第二空气间隙;
510、隔离图形结构。
具体实施方式
描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接
连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使
用术语第一、第二、第三等描述各种元件、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
本发明教导之下,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,可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型,且类似地,可以将
第二掺杂类型成为第一掺杂类型;第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型,譬如,
第一掺杂类型可以为P型且第二掺杂类型可以为N型,或第一掺杂类型可以为N型且第二掺
杂类型可以为P型。
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“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元
件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在...下面”和“在...下”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。
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。
发明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。例如,显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯
度,而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样,通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区
和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此,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,且并不限定本发明的范围。
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1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。
体上锗(GeOI)等。作为示例,在本实施例中,衬底的构成材料选用单晶硅。
结构及顶层介质层构成位线保护结构。
电容接触孔,即电容接触孔是由相邻的位线保护结构和相邻的隔离图形结构围合而成。
成叠层结构,在叠层结构位于衬底上的部分的侧壁覆盖有侧墙结构,该侧墙结构内开设有
第一空气间隙,在于第一方向相交的第二方向形成沿第二方向延伸的隔离图形结构,隔离
图形结构内开设有第二空气间隙,邻位线保护结构之间及相邻隔离图形结构之间形成有电
容接触孔,使得位线结构和位于相邻位线结构之间的电容接触结构之间通过开设有第一空
气间隙的侧墙结构间隔开来,电容接触结构与电容接触结构之间通过开设有第二空气间隙
的隔离图形结构间隔开来,而空气具有良好的绝缘性和较小的介电系数,在保证位线结构
与电容接触结构之间、电容接触结构与电容接触结构之间的感应电荷效应不变的情况下,
可以进一步减小电容接触结构所在电容接触孔的尺寸。
区域对应的衬底102。然后,通过刻蚀工艺在沟槽预设区域形成暴露出位于沟槽预设区域下
方衬底102中的有源区的沟槽104,即沟槽104暴露出衬底102中的有源区。
域下方的阻挡层110。
位线接触材料层,所述位线接触材料层填满沟槽104并覆盖在衬底102上,例如,沟槽104位
置的位线接触材料层的上表面高于衬底102的上表面,然后,进行平坦化(CMP)处理,并回刻
去除衬底102上及沟槽104中多余的位线接触材料层,得到上表面低于衬底102的上表面的
位线接触结构112。在有些实施例中,位线接触结构112包括多晶硅结构。
齐平。
沟槽104底部及衬底102上的侧壁保护材料层,得到由沟槽104侧壁剩余侧壁保护材料层构
成的侧壁保护层114。在一些实施例中,通过干法刻蚀工艺例如工艺气体包括氯气的干法刻
蚀工艺,去除沟槽104底部及衬底102上的侧壁保护材料层。在有些实施例中,所述侧壁保护
层114包括TiN层。
衬底102的上表面。其次,通过化学机械研磨工艺对位线材料层的表面进行平坦化处理。再
次,去除衬底102表面多余的位线材料层,得到由位线接触结构112上剩余的位线材料层构
成的位线结构116,例如位线结构116为钨位线结构。
底102的上表面相平齐对本申请的技术方案进行详细描述。
应的半导体结构的俯视图在第一介质材料层表面的投影示意图。参见图8,为一实施例中形
成顶层介质层及第一介质层后半导体结构的俯视示意图。参见图9,为一实施例中图8对应
的沿AA’方向的剖面示意图。
介质层之间以及相邻第一介质层之间形成有电容接触孔,即电容接触孔是由相邻的位线保
护结构、隔离介质层以及相邻的第一介质层围合而成,即顶层介质层、第一介质层、隔离介
质层为图形化第一介质材料层后得到的由剩余第一介质材料层构成的不同部分。
其次,将光刻掩膜图案206转移到接触掩膜层204上,得到暴露出接触孔预设区域的接触掩
膜图案,并去除光刻掩膜图案206。再次,刻蚀去除未被接触掩膜图案覆盖的第一介质材料
层202,形成电容接触孔208、沿第一方向延伸的顶层介质层302、隔离介质层402,以及沿第
二方向延伸的第一介质层502,然后去除接触掩膜图案,其中,电容接触孔208是由相邻顶层
介质层302、隔离介质层402以及相邻第一介质层502围合而成。
的沿AA’方向的剖面示意图。参见图13,为一实施例中图11对应的步骤S306之后半导体结构
的俯视示意图。参见图14,为一实施例中图13对应的沿AA’方向的剖面示意图。
电容接触孔208靠近第一介质层502的侧壁形成第二牺牲层504。典型的,第一牺牲层304和
第二牺牲层504的上表面与顶层介质层302的上表面齐平,第一牺牲层304和第二牺牲层504
的下表面与衬底202的上表面齐平,即第一牺牲层304和第二牺牲层504覆盖在顶层介质层
302的侧壁和位线结构116位于衬底102上的部分的侧壁。在其中一个实施例中,第一牺牲层
304和第二牺牲层504均为氧化硅层。
三牺牲层404,第三牺牲层404的上表面与顶层介质层302的上表面齐平。在其中一个实施例
中,第三牺牲层404为氧化硅层。
208的侧壁之间形成有第三介质层,在第二牺牲层504与电容接触孔208之间的侧壁上形成
有第四介质层。在其中一个实施例中,第三介质层和第四介质层均为氮化硅介质层。
质层402形成电容接触孔208的侧壁上形成有第五介质层。在其中一个实施例中,第五介质
层为氮化硅介质层。
介质层506的上表面与顶层介质层302的上表面齐平。
空气间隙508,其中,第一空气间隙308及侧墙介质层306构成侧墙结构310,侧墙结构310和
顶层介质层302构成位线保护结构312;第一介质层502、第二空气间隙508及第二介质层506
构成隔离图形结构510。
图形结构510包括第四介质层。
空气间隙408和第六介质层406构成隔离侧墙结构410,隔离侧墙结构410和隔离介质层402
构成位于相邻位线保护结构312之间的隔离介质结构412。在第三牺牲层404与电容接触孔
208的侧壁之间形成有第五介质层时,隔离侧墙结构410包括第五介质层。
成的电容接触结构与有源区的电接触。
衬底102的上表面,使得至少部分位线结构116位于沟槽104中,在位线结构116厚度D不变的
情况下,需要填充的电容接触孔的深度变小,大大提高了电容接触结构的填充效果。
接触结构210,电容接触结构210的材料包括多晶硅结构。
层212,导电填充层212包括钨填充层。
(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。作为示例,在本实施例中,衬底的构成材料选用单晶
硅;
的部分的侧壁,即侧墙结构310覆盖叠层结构的侧壁,且侧墙结构310的下表面与衬底102的
上表面相齐平,侧墙结构310内具有第一空气间隙308;
及相邻隔离图形结构510之间形成电容接触孔208。
述侧壁保护层114包括TiN层。
隔离侧墙结构410内具有第三空气间隙408,隔离介质结构412沿第一方向延伸,相邻位线保
护结构312与隔离介质结构412之间及相邻隔离图形结构512之间形成电容接触孔208。在其
中一个实施例中,隔离介质层402包括氮化硅介质层。
孔208的侧壁外侧,第三空气间隙408位于第六介质层406与隔离介质层402之间,即第六介
质层406的下表面与衬底102的上表面相齐平。
介质层306的下表面与衬底102的上表面相齐平。在有些实施例中,侧壁介质层306包括氮化
硅介质层。
一空气间隙308位于侧壁介质层306与第三介质层之间。在其中一个实施例中,第三介质层
包括氮化硅介质层。
隙508位于第四介质层与第二介质层506之间。在其中一个实施例中,第四介质层包括氮化
硅介质层。
层。
在叠层结构位于衬底上的部分的侧壁覆盖有侧墙结构,该侧墙结构内开设有第一空气间
隙,在于第一方向相交的第二方向形成沿第二方向延伸的隔离图形结构,隔离图形结构内
开设有第二空气间隙,邻位线保护结构之间及相邻隔离图形结构之间形成有电容接触孔,
使得位线结构和位于相邻位线结构之间的电容接触结构之间通过开设有第一空气间隙的
侧墙结构间隔开来,电容接触结构与电容接触结构之间通过开设有第二空气间隙的隔离图
形结构间隔开来,而空气具有良好的绝缘性和较小的介电系数,在保证位线结构与电容接
触结构之间、电容接触结构与电容接触结构之间的感应电荷效应不变的情况下,可以进一
步减小电容接触结构所在电容接触孔的尺寸。
盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护
范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。