半导体结构及其形成方法与流程

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。在半导体衬底上形成多层堆叠的横向晶体管结构时，通常会形成覆盖每一层的横向晶体管的多个沟道区的字线结构，所述字线结构是平行于半导体衬底表面的，但是现有在形成横向的字线结构时难度较大。

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垂直方向分立排布的多层第一半导体层，所述堆叠结构沿第一方向依次包括第一有源区域、沟道区域和第二有源区域，所述第一有源区域和第二有源区域的第一半导体层包括沿第二方向分立排布的多个线状半导体图形，所述沟道区域的第一半导体层中具有沿垂直方向贯穿所述第一半导体层且沿第二方向分立排布的多个第一开口，所述第一开口位于所述第一有源区域的线状半导体图形和所述第二有源区域的相应的线状半导体图形之间；所述第一开口沿所述第一方向的宽度小于所述沟道区域沿所述第一方向的宽度，且所述第一开口沿所述第二方向的宽度小于所述线状半导体图形沿所述第二方向的宽度；

4、沿所述第一开口在所述沟道区域的所述第一半导体层的表面形成沿所述第二方向分立排布的沟道层及沿所述第二方向延伸的字线结构。

5、在一些实施例中，在所述半导体衬底上形成堆叠结构，包括：

6、形成沿所述第二方向分立排布的多个支撑保护柱，所述支撑保护柱填充满所述第一开口以及覆盖位于所述沟道区域中所述第一开口周围部分第一半导体层表面；所述支撑保护柱沿所述第一方向的宽度大于或等于所述沟道区域沿所述第一方向的宽度；

7、形成第一保护层，所述第一保护层位于所述第一有源区域和所述第二有源区域中沿第二方向分立排布的多个线状半导体图形之间及所述沟道区域中相邻所述支撑保护柱之间，所述第一方向与第二方向垂直且均平行于所述半导体衬底的上表面。

8、在一些实施例中，所述沿所述第一开口在所述沟道区域的所述第一半导体层的表面形成沿所述第二方向分立排布的沟道层及沿所述第二方向延伸的字线结构，包括：

9、去除所述支撑保护柱，形成若干第二开口，所述第二开口暴露出第一开口周围的部分第一半导体层的表面；

10、采用外延生长工艺，在所述第二开口暴露的第一半导体层表面上形成沿所述第二方向分立排布的沟道层；

11、去除所述沟道区域的所述第一保护层，使得所述沟道区域的第一半导体层和沟道层悬空；

12、在悬空的第一半导体层和沟道层表面形成字线结构。

13、在一些实施例中，在所述半导体衬底上形成堆叠结构的过程包括：

14、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垂直方向上交替层叠的初始第一半导体层和第二半导体层，所述初始堆叠结构沿第一方向依次包括所述第一有源区域、所述沟道区域和所述第二有源区域；

15、在所述第一有源区域和所述第二有源区域的初始堆叠结构中形成沿垂直方向贯穿所述初始堆叠结构且沿第一方向延伸的多个第一沟槽，所述第一有源区域和所述第二有源区域中的相邻所述第一沟槽之间剩余的初始第一半导体层作为线状半导体图形；

16、形成填充满所述第一沟槽的第一填充层。

17、在一些实施例中，形成沿所述第二方向分立排布的支撑保护柱，包括：

18、在所述沟道区域的初始堆叠结构中形成沿垂直方向贯穿所述初始堆叠结构且沿第二方向分立排布的多个第一开口，在所述第一方向上，所述第一开口位于所述第一有源区域的线状半导体图形和所述第二有源区域的相应的线状半导体图形之间；

19、沿所述第一开口刻蚀去除沟道区域的部分第二半导体层，以形成第二开口；所述第二开口沿所述第一方向的宽度大于或等于所述沟道区域沿所述第一方向的宽度，且所述第二开口沿所述第二方向的宽度大于或等于所述线状半导体图形沿所述第二方向的宽度；

20、形成填充满所述第二开口的支撑保护柱。

21、在一些实施例中，形成第一保护层，包括：

22、去除所述第一沟槽中的第一填充层；

23、沿所述第一沟槽去除所述第二半导体层，以形成第一空隙；

24、在所述第一沟槽中以及所述第一空隙中填充满第一保护层。

25、在一些实施例中，所述字线结构的形成过程包括：

26、去除所述第二有源区域和第一有源区域的所述第一保护层；

27、在所述第二有源区域和所述第一有源区域去除所述第一保护层的位置形成第二保护层；所述第二保护层的材料与第一保护层的材料不相同；

28、形成第二保护层后，去除所述沟道区域的所述第一保护层，形成与所述第一开口连通的空腔，使得所述沟道区域的第一半导体层和沟道层悬空；

29、在悬空的第一半导体层和沟道层的表面形成字线介质层；

30、在所述字线介质层的表面、空腔的侧壁表面以及堆叠结构的顶部表面形成金属字线材料层。

31、在一些实施例中，所述字线结构的形成过程还包括：

32、形成金属字线材料层后，形成填充满剩余的第一开口和空腔并覆盖沟道区域的金属字线材料层表面的字线隔离层，所述字线隔离层的材料与所述第二保护层的材料不相同；

33、去除所述第二有源区域和所述第一有源区域的所述金属字线材料层；

34、去除所述第二有源区域和所述第一有源区域的所述第二保护层，暴露出所述第一沟槽侧壁的金属字线材料层，并使得所述第二有源区域和第一有源区域的线状半导体图形悬空；

35、去除第二保护层后，去除所述第一沟槽侧壁的金属字线材料层，剩余的金属字线材料层作为金属字线。

36、在一些实施例中，所述方法还包括：

37、在所述第一有源区域的所述线状半导体图形表面外延形成第一有源层，在所述第二有源区域的所述线状半导体图形表面外延形成第二有源层，所述第一有源层和所述第二有源层分别与所述沟道层连接。

38、在一些实施例中，采用自掺杂选择性外延工艺形成所述第一有源层和所述第二有源层，且所述第一有源层和所述第二有源层为第一掺杂类型，所述沟道层为第二掺杂类型。

39、在一些实施例中，所述方法还包括：

40、在所述沟道层的沿所述第一方向上的相对两侧分别形成沿第二方向延伸且环绕部分所述第一有源层和所述第二有源层的侧墙。

41、在一些实施例中，所述方法还包括：形成多个分立的位线，所述位线与竖直方向上的多个第一有源层电连接；形成与所述第二有源层一一对应电连接的电容器。

42、本公开一些实施例还提供了一种半导体结构，包括：

43、半导体衬底；

44、位于所述半导体衬底上的堆叠结构，所述堆叠结构包括沿垂直方向分立排布的多层第一半导体层，所述堆叠结构沿第一方向依次包括第一有源区域、沟道区域和第二有源区域，所述第一有源区域和第二有源区域的第一半导体层包括沿第二方向分立排布的多个线状半导体图形，所述沟道区域的第一半导体层中具有沿垂直方向贯穿所述第一半导体层且沿第二方向延伸的字线隔离层，所述字线隔离层贯穿所述第一半导体层的部分位于所述第一有源区域的线状半导体图形和所述第二有源区域的相应的线状半导体图形之间；

45、位于所述沟道区域的部分第一半导体衬底表面的沟道层，相邻所述沟道层之间是分立的；

46、位于所述沟道层表面以及所述沟道区域的第一半导体衬底表面的字线结构。

47、在一些实施例中，所述沟道层的材料与所述第一半导体层的材料相同或不同，所述沟道层的材料为si或sige。

48、在一些实施例中，所述字线结构包括所述沟道层表面以及所述沟道区域的第一半导体衬底表面的字线介质层和位于字线介质层上的金属字线。

49、在一些实施例中，还包括：位于第一有源区域的线状半导体图形表面上的第一有源层，位于所述第二有源区域的线状半导体图形表面上的第二有源层，所述第一有源层和所述第二有源层分别与所述沟道层连接；多个分立的位线，所述位线将竖直方向上的多个第一有源层电连接；与所述第二有源层一一对应电连接的电容器。

50、本技术前述一些实施例的半导体的形成方法，在半导体衬底上形成堆叠结构，所述堆叠结构的沟道区域的第一半导体层中具有沿垂直方向贯穿所述第一半导体层且沿第二方向分立排布的多个第一开口，所述第一开口位于所述第一有源区域的线状半导体图形和所述第二有源区域的相应的线状半导体图形之间，所述第一开口沿所述第一方向的宽度小于所述沟道区域沿所述第一方向的宽度，且所述第一开口沿所述第二方向的宽度小于所述线状半导体图形沿所述第二方向的宽度，所述第一开口的位置限定了后续形成的沟道层的位置，使得每一个第一开口的位置对应可以形成一个沟道层，多个开口对应形成对的多个沟道层可以沿第二方向分立排布，因而可以对应到多个横向晶体管的沟道区，所述第一开口的特定宽度使得所述沟道区域的第一半导体层沿第二方向上仍是连接在一起的，后续形成沟道层后，可以在沿第二方向排布的多个沟道层表面上以及沟道区域的连接在一起的第一半导体层上形成沿第二方向延伸的字线结构，从而可以减小形成字线结构时候的工艺难度，并能防止上下层之间的字线结构接触带来的短路等缺陷。