半导体结构及其制备方法、存储结构与流程

本公开涉及集成电路设计及制造，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法、存储结构。

背景技术：

1、随着集成电路制造工艺的不断发展，市场对半导体存储产品的存储能力及存储性能提出了更高的要求。如何在确保半导体存储产品的存储性能的前提下，提高半导体存储产品的存储能力成为研发者不断追求的目标，因此，立体堆叠型存储结构应运而生。

2、立体堆叠型存储结构中栅极结构与字线结构的宽度与长度直接影响立体堆叠型存储结构的整体性能，然而传统的立体堆叠型存储结构的制备方法中，若增加栅极结构与字线结构的宽度与长度，容易导致沿厚度方向相邻的字线结构之间存在互联风险，并给制备沿长度方向互联的共享字线结构的工艺带来挑战，同时会降低制成半导体结构的性能与可靠性。

技术实现思路

1、基于此，本公开提供一种半导体结构及其制备方法、存储结构，至少能够在确保单位体积内存储单元数量不减少的情况下，增加单个存储单元结构中栅极结构与字线结构的宽度，降低制备共享字线结构工艺的复杂度，同时提高制备产品的性能及可靠性。

2、根据本公开的各种实施例，一方面提供一种半导体结构，包括：沿第一方向延伸且沿第二方向间隔的第一有源柱、第二有源柱，以及位于第一有源柱的、第二有源柱的沿第三方向相对两侧的第一字线结构、第二字线结构；第一字线结构与第二字线结构沿第三方向相互绝缘；第一方向、第二方向及第三方向两两相交；第一有源柱包括沿第三方向相对的第一侧表面及第二侧表面，第二有源柱包括沿第三方向相对的第一侧表面及第二侧表面；第一有源柱的第一侧表面与第二有源柱的第一侧表面位于第一有源柱沿第三方向的同侧；第一字线结构包括覆盖第一有源柱的部分第一侧表面、第二有源柱的部分第一侧表面的第一部分，及连接第一部分的第二部分，第一字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶；第二字线结构包括覆盖第一有源柱的部分第二侧表面、第二有源柱的部分第二侧表面的第一部分，及连接第一部分的第二部分；第二字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶。

3、上述实施例中的半导体结构，由于第一字线结构与第二字线结构共用第一有源柱，可以形成双栅晶体管，相较于传统的立体堆叠型存储结构中采用单极晶体管，本实施例可以提高单位体积内的存储密度；由于第一字线结构与第二字线结构沿第三方向相互绝缘，可以增加单个存储单元结构中栅极结构与字线结构的宽度，并且可以基于第一有源柱形成第一存储单元结构，基于第二有源柱形成第二存储单元结构，使得沿第二方向相邻的第一存储单元结构、第二存储单元结构共用第一字线结构与第二字线结构，从而可以在同一工艺步骤中制备第一字线结构与第二字线结构，能够有效地降低制备工艺的复杂性并提高制备半导体结构的性能及可靠性。通过设置第一字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶，及第二字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶，实现在不增加第一有源柱与第二有源柱的间距的情况下，增加第一字线结构的第一部分与第二部分的接触面积及第二字线结构的第一部分与第二部分的接触面积，从而相对减少字线阻抗。

4、根据一些实施例，第一字线结构的第二部分包括第一柱、第二柱及第三柱，第一柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第一柱的第一端的部分侧壁与覆盖第一有源柱的第一部分的部分侧壁连接；第二柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第二柱的第一端的部分侧壁与第一柱的第二端的部分侧壁连接；第三柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第三柱的第一端的部分侧壁与第二柱的第二端的部分侧壁连接且第二端的部分侧壁与覆盖第二有源柱的第一部分的部分侧壁连接；其中，第二柱位于第一有源柱及第二有源柱之间且位于第一柱及第三柱沿第一方向的同侧。

5、根据一些实施例，第二字线结构位于第一字线结构沿第三方向的正下方，第一字线结构在第二字线结构的顶面的正投影与第二字线结构的顶面重合。

6、根据一些实施例，半导体结构还包括字线隔离结构及支撑隔离部，字线隔离结构位于第一字线结构与第二字线结构之间；支撑隔离部位于第一柱的第二端与第三柱的第一端之间，并位于第二柱沿第一方向靠近第一柱的一侧，支撑隔离部与字线隔离结构接触连接。

7、根据一些实施例，第一字线结构的第一部分包括第一栅导电层及第一栅介质层，第一栅导电层位于第一有源柱的第一侧表面、第二有源柱的第一侧表面；第一栅介质层位于第一有源柱的第一侧表面、第二有源柱的第一侧表面与第一栅导电层之间；第一字线结构的第二部分连接第一栅导电层；第二字线结构的第一部分包括第二栅导电层及第二栅介质层，第二栅导电层位于第一有源柱的第二侧表面、第二有源柱的第二侧表面；第二栅介质层位于第一有源柱的第二侧表面、第二有源柱的第二侧表面与第二栅导电层之间，第二字线结构的第二部分连接第二栅导电层。

8、根据一些实施例，本公开另一方面提供一种存储结构，包括沿第三方向层叠的目标层；目标层包括若干个如上述的半导体结构；第一有源柱包括沿第一方向相对的第一端与第二端，第二有源柱包括沿第一方向相对的第一端与第二端；沿第三方向相邻的第一有源柱的第一端均连接至第一位线柱，第一位线柱沿第三方向延伸，沿第三方向相邻的第二有源柱的第一端均连接至第二位线柱，第二位线柱沿第三方向延伸，第一有源柱的第二端及第二有源柱的第二端分别连接至一对一设置的电容柱。

9、根据一些实施例，不同目标层中的半导体结构沿第二方向、第三方向阵列排布。

10、根据一些实施例，电容柱沿第二方向延伸，第一有源柱的第二端及第二有源柱的第二端分别连接至对应的电容柱的中部；及/或，电容柱的沿第一方向的长度小于其沿第二方向的宽度。

11、根据一些实施例，本公开再一方面提供一种半导体结构的制备方法，包括：提供衬底，于衬底上形成沿第一方向延伸且沿第二方向间隔的第一有源柱、第二有源柱；第一有源柱包括沿第三方向相对的第一侧表面及第二侧表面，第二有源柱包括沿第三方向相对的第一侧表面及第二侧表面；第一有源柱的第一侧表面与第二有源柱的第一侧表面位于第一有源柱沿第三方向的同侧；第一方向、第二方向及第三方向两两相交；形成位于第一有源柱的、第二有源柱的沿第三方向相对两侧的第一字线结构、第二字线结构；第一字线结构包括覆盖第一有源柱的部分第一侧表面、第二有源柱的部分第一侧表面的第一部分，及连接第一部分的第二部分，第一字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶；第二字线结构包括覆盖第一有源柱的部分第二侧表面、第二有源柱的部分第二侧表面的第一部分，及连接第一部分的第二部分；第二字线结构的第一部分与第二部分的连接处具有台阶。

12、根据一些实施例，第一字线结构的第二部分包括第一柱、第二柱及第三柱，第一柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第一柱的第一端的部分侧壁与覆盖第一有源柱的第一部分的部分侧壁连接；第二柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第二柱的第一端的部分侧壁与第一柱的第二端的部分侧壁连接；第三柱包括沿第二方向相对的第一端及第二端，第三柱的第一端的部分侧壁与第二柱的第二端的部分侧壁连接且第二端的部分侧壁与覆盖第二有源柱的第一部分的部分侧壁连接；第二柱位于第一有源柱及第二有源柱之间且位于第一柱及第三柱沿第一方向的同侧。

13、根据一些实施例，形成位于第一有源柱的、第二有源柱的沿第三方向相对两侧的第一字线结构、第二字线结构的过程中，包括：形成字线隔离结构及支撑隔离部；字线隔离结构位于第一字线结构与第二字线结构之间；支撑隔离部位于第一柱的第二端与第三柱的第一端之间，并位于第二柱沿第一方向靠近第一柱的一侧，支撑隔离部与字线隔离结构接触连接。

14、根据一些实施例，于衬底上形成沿第一方向延伸且沿第二方向间隔的第一有源柱、第二有源柱，包括：于衬底上形成初始层叠结构，初始层叠结构包括沿第三方向交替叠置的初始半导体层及初始有源层，初始半导体层与衬底相邻；去除部分初始半导体层及部分初始有源层，得到中间层叠结构，剩余的初始半导体层构成目标半导体层，剩余的初始有源层构成目标有源层；目标半导体层位于目标有源层沿第三方向的正下方，且目标有源层在目标半导体层的顶面的正投影与目标半导体层的顶面重合；目标有源层包括沿第一方向延伸且沿第二方向间隔的第一有源柱、第二有源柱。

15、根据一些实施例，目标有源层还包括第一段、第二段及第三段；第一段包括沿第二方向相对的第一端及第二端；第二段包括沿第二方向相对的第一端及第二端；第三段包括沿第二方向相对的第一端及第二端；第一段的第一端与第一有源柱接触连接；第二段位于第一有源柱、第二有源柱之间，且位于第一段、第三段的沿第一方向的同侧；第二段的第一端的部分侧壁与第一段的第二端的部分侧壁接触连接，第二段的第二端的部分侧壁与第三段的第一端的部分侧壁接触连接；第三段的第二端与第二有源柱接触连接；形成字线隔离结构及支撑隔离部，包括：于中间层叠结构上形成绝缘间隔层，绝缘间隔层填满中间层叠结构内的间隙且覆盖中间层叠结构的顶面；采用侧向刻蚀工艺去除目标有源层中的第二段，得到目标层叠结构；形成第一介质材料层，第一介质材料层填满目标层叠结构内的间隙；

16、形成暴露出衬底的目标沟槽，目标沟槽用于限定支撑隔离部；以第一有源柱、第二有源柱为刻蚀停止层，基于目标沟槽采用侧向刻蚀工艺刻蚀第一段及第三段，得到目标间隙，目标间隙用于限定字线隔离结构；于目标沟槽内形成支撑隔离部且于目标间隙内形成字线隔离结构。

17、根据一些实施例，字线隔离结构包括沿第一方向相对的第一侧表面及第二侧表面，第一有源柱位于第一侧表面沿第一方向远离第二侧表面的一端用于形成电容结构；形成位于第一有源柱的、第二有源柱的沿第三方向相对两侧的第一字线结构、第二字线结构，还包括：于目标沟槽内形成支撑隔离部且于目标间隙内形成字线隔离结构之后，去除剩余的绝缘间隔层及剩余的目标半导体层，得到位于沿第二方向相邻的支撑隔离部之间的字线桥梁间隙，使得剩余的目标有源层悬空；形成第二介质材料层，第二介质材料层填充满字线桥梁间隙、剩余的目标有源层之间的间隙，且覆盖目标层叠结构的顶面；以字线隔离结构的第一侧表面为刻蚀停止层，采用侧向刻蚀工艺刻蚀并去除第二介质材料层位于第一侧表面沿第一方向远离电容结构一侧的部分，以及去除字线桥梁间隙内的第二介质材料层，暴露出部分目标有源层；于目标有源层的裸露表面形成目标介质层；形成导电材料层，导电材料层位于字线隔离结构沿第三方向的相对两侧的部分分别构成第一字线结构的第二部分、第二字线结构的第二部分，导电材料层覆盖第一有源柱的部分第一侧表面、第二有源柱的部分第一侧表面的部分构成第一栅导电层，导电材料层覆盖第一有源柱的部分第二侧表面、第二有源柱的部分第二侧表面的部分构成第二栅导电层，目标介质层位于第一有源柱的部分第一侧表面、第二有源柱的部分第一侧表面与第一栅导电层之间的部分构成第一栅介质层，目标介质层位于第一有源柱的部分第二侧表面、第二有源柱的部分第二侧表面与第二栅导电层之间的部分构成第二栅介质层；第一栅导电层、第一栅介质层构成第一字线结构的第一部分，第二栅导电层、第二栅介质层构成第二字线结构的第一部分；第一字线结构的第一部分、第一字线结构的第二部分构成第一字线结构，第二字线结构的第一部分、第二字线结构的第二部分构成第二字线结构。

18、根据一些实施例，形成导电材料层之后，还包括：形成顶面与目标层叠结构的顶部的第二介质材料层的顶面齐平的第三介质层，第三介质层填充满目标层叠结构的剩余间隙；以字线隔离结构的第二侧表面为刻蚀停止层，采用侧向刻蚀工艺刻蚀并去除导电材料层位于第二侧表面沿第一方向远离第一侧表面的部分、第三介质层位于第二侧表面沿第一方向远离第一侧表面的部分，以得到第一间隙；于第一间隙内形成字线绝缘结构。

19、根据一些实施例，于第一间隙内形成字线绝缘结构之后，还包括：以字线隔离结构的第一侧表面为刻蚀停止层，采用侧向刻蚀工艺刻蚀并去除剩余的第二介质材料层、目标介质层位于第一侧表面沿第一方向远离第二侧表面的部分、导电材料层位于第一侧表面沿第一方向远离第二侧表面的部分，以及导电材料层位于字线桥梁间隙沿第一方向相对的侧壁表面上的部分，以得到第二间隙，使得第一字线结构与第二字线结构沿第三方向相互绝缘。

20、根据一些实施例，目标有源层还包括均沿第二方向延伸的第四段及第五段，第一有源柱沿第一方向远离字线绝缘结构的一端与第四段的中部接触连接，第二有源柱沿第一方向远离字线绝缘结构的一端与第五段的中部接触连接；在形成第二间隙之后，还包括：形成第四介质材料层，第四介质材料层填充满第二间隙，并覆盖目标层叠结构中顶层的目标有源层的顶面；去除部分第四介质材料层，以暴露出第四段、第五段；于第四段的裸露表面、第五段的裸露表面形成对应的电容柱。