半导体结构及其制备方法与流程

本公开涉及半导体，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着集成电路制程的快速发展，对半导体产品的集成度的要求越来越高。相较于二维动态随机存取存储器(2d-dynamic random access memory，2d-dram)而言，在采用1t1c(一个晶体管和一个电容器)结构的3d-dram中，往往需要采用硅材料作为电容器的支撑框架，以承载支撑各电容器。

2、然而，于3d-dram中制备硅材料支撑框架，不仅工艺复杂，还容易因硅材料支撑框架在3d-dram中的空间占用，造成电容器中极板面积的损失，从而不利于提升3d-dram的存储容量。并且，硅材料支撑框架承载支撑各电容器，还容易带来较大的寄生电容。

3、因此，如何提供一种工艺简单且能有效提升存储容量的3d-dram，是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，本公开实施例提供了一种半导体结构及其制备方法，可以简化工艺，有效提升半导体结构中单位面积的存储容量，并减少寄生电容。

2、一方面，本公开一些实施例提供了一种半导体结构，包括：衬底以及设置于衬底上的电容堆叠单元。所述电容堆叠单元包括：相对嵌合的第一梳状上电极和第二梳状上电极、第一介电层、第二介电层和多个下电极。第一梳状上电极和第二梳状上电极的梳齿状电极板均沿竖直方向间隔排列，且第一梳状上电极的梳齿状电极板和第二梳状上电极的梳齿状电极板之间具有第一间隔。第一介电层位于第一间隔内并保形覆盖第一梳状上电极的朝向第二梳状上电极的表面。第二介电层位于第一间隔内并保形覆盖第二梳状上电极的朝向第一梳状上电极的表面。多个下电极，分别位于第一介电层和第二介电层之间，且一个下电极位于第一梳状上电极的一个梳齿状电极板和第二梳状上电极的两个梳齿状电极板之间。

3、根据本公开一些实施例，下电极包括：分别平行于衬底表面的第一部分和第二部分，以及连接第一部分和第二部分的第三部分；其中，第一部分和第二部分位于第一梳状上电极的梳齿状电极板沿竖直方向上的两侧；第三部分位于第二梳状上电极的梳齿状电极板之间，且位于第一梳状上电极的梳齿状电极板朝向第二梳状上电极的梳把状连接板的一侧。

4、根据本公开一些实施例，电容堆叠单元还包括：介电保护层。介电保护层位于第一梳状上电极的梳齿状电极板之间，且位于第二梳状上电极的梳齿状电极板朝向第一梳状上电极的梳把状连接板的一侧。介电保护层对应连接相邻两个下电极中一者的第一部分的端面和另一者的第二部分的端面，所述第一部分的端面和所述第二部分的端面均朝向第一梳状上电极的梳把状连接板。

5、根据本公开一些实施例，介电保护层的材料包括：氮化硅或二氧化钛。

6、根据本公开一些实施例，电容堆叠单元的数量为多个。半导体结构还包括：第一接触结构。第一接触结构位于相邻两个电容堆叠单元的第二梳状上电极之间并与第二梳状上电极接触连接。

7、根据本公开一些实施例，相邻两个电容堆叠单元以第一接触结构为中心对称设置，且两个电容堆叠单元的第二介电层的底部互连，两个电容堆叠单元的第二梳状上电极的底部互连。第二梳状上电极的互连部分位于第二介电层的互连部分上。第一接触结构还位于第二梳状上电极的互连部分上。

8、根据本公开一些实施例，第一接触结构及与第一接触结构连接的两个电容堆叠单元构成电容堆叠结构。电容堆叠结构的数量为多个。所述半导体结构还包括：第二接触结构。第二接触结构位于相邻电容堆叠结构的第一梳状上电极之间，并与第一梳状上电极接触连接。

9、根据本公开一些实施例，第一接触结构和第二接触结构的材料包括多晶硅。

10、另一方面，本公开一些实施例提供了一种半导体结构的制备方法，用于制备上述一些实施例中的半导体结构。所述制备方法包括如下步骤。

11、提供衬底。

12、于衬底上形成沿竖直方向上间隔排布的多个下电极。

13、在下电极的第一表面依次形成第一介电层和第一梳状上电极。

14、在下电极的第二表面依次形成第二介电层和第二梳状上电极，且第二梳状上电极的梳齿状电极板与第一梳状上电极的梳齿状电极板相对嵌合。

15、根据本公开一些实施例，于衬底上形成沿竖直方向上间隔排布的多个下电极，包括如下步骤。

16、形成由第一牺牲层和第二牺牲层交替层叠构成的牺牲结构。

17、图形化牺牲结构，形成沿第一方向延伸且于第二方向上间隔分布的多个单元结构；其中，第一方向和第二方向相交。

18、于相邻单元结构的间隔内形成隔离结构；其中，多个隔离结构包括在第二方向交替排列的第一隔离结构和第二隔离结构。

19、去除第一隔离结构，形成第一刻蚀开口。

20、基于第一刻蚀开口去除单元结构中的第二牺牲层，形成第一电容槽。

21、形成覆盖第一电容槽槽壁的下电极。

22、根据本公开一些实施例，形成覆盖第一电容槽槽壁的下电极，包括：于衬底、第一牺牲层和第二隔离结构的裸露表面形成下电极材料层；刻蚀下电极材料层，使下电极材料层保留于各第一电容槽内的部分形成下电极。

23、根据本公开一些实施例，在下电极的第一表面依次形成第一介电层和第一梳状上电极，包括：形成覆盖同一单元结构中各下电极的第一表面及各第一牺牲层侧壁的第一介电层；形成保形覆盖第一介电层并填充对应第一电容槽的第一梳状上电极。

24、根据本公开一些实施例，形成覆盖第一电容槽槽壁的下电极之后，且形成覆盖同一单元结构中各下电极的第一表面及各第一牺牲层侧壁的第一介电层之前，所述制备方法还包括：于第一牺牲层和下电极位于第一刻蚀开口内的端面形成介电保护层。

25、相应地，形成覆盖同一单元结构中各下电极的第一表面及各第一牺牲层侧壁的第一介电层，还包括：形成覆盖同一单元结构中各下电极的第一表面及各介电保护层的第一介电层。

26、根据本公开一些实施例，在下电极的第二表面依次形成第二介电层和第二梳状上电极，包括如下步骤。

27、去除第二隔离结构，形成第二刻蚀开口。

28、基于第二刻蚀开口去除单元结构中的第一牺牲层，形成第二电容槽，并暴露出下电极的第二表面。

29、形成覆盖同一单元结构中各下电极的第二表面的第二介电层。

30、形成保形覆盖第二介电层并填充对应第二电容槽的第二梳状上电极。

31、根据本公开一些实施例，所述制备方法还包括：于第二刻蚀开口内形成第一接触结构；第一接触结构与相邻的第二梳状上电极接触连接。

32、根据本公开一些实施例，形成覆盖同一单元结构中各下电极的第二表面的第二介电层，还包括：在位于第二刻蚀开口两侧的单元结构之间的衬底上形成第二介电层的互连部分，以互连相邻单元结构中的第二介电层。所述形成保形覆盖第二介电层并填充对应第二电容槽的第二梳状上电极，还包括：在第二介电层的互连部分上形成第二梳状上电极的互连部分，以互连相邻单元结构中的第二梳状上电极。

33、相应地，第一接触结构还形成于第二梳状上电极的互连部分上。

34、根据本公开一些实施例，第二介电层的互连部分与第二介电层同步形成；第二梳状上电极的互连部分与梳状上电极同步形成。

35、根据本公开一些实施例，去除第二隔离结构，形成第二刻蚀开口之前，所述制备方法还包括：于第一刻蚀开口内形成第二接触结构；第二接触结构与相邻的第一梳状上电极接触连接。

36、本公开实施例中，第一梳状上电极和第二梳状上电极相对嵌合，并使第一介电层、下电极及第二介电层依次设置于第一梳状上电极和第二梳状上电极之间由梳齿状电极板形成的第一间隔内，可以使得电容堆叠单元的各层结构互为支撑，从而无需设置专用于承载电容单元的支撑框架。如此，不仅有利于实现空间利用率的最大化，还能够有效提升半导体结构中单位面积的存储容量，例如可以多增加一倍的存储容量。并且，相较于采用硅材料支撑框架的半导体结构，本公开实施例的电容堆叠单元中无需再设置支撑框架，还有利于减小寄生电容，以确保及提升半导体结构的电学性能。此外，本公开实施例中，电容堆叠单元采用前述结构，还可以避免实施支撑框架的设计及制备过程，从而简化工艺，以确保半导体结构的制备方法简单并易于实施，进而有效提升生产效率及生产良率。