一种半导体存储器的晶体管结构及制作方法与流程

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种半导体存储器的晶体管结构及制作方法。

背景技术：

随着器件特征尺寸的不断缩小，短沟道效应、亚阈值电流大和栅漏电等问题使传统的平面型场效应晶体管结构已经难以满足对器件性能的需求。多面栅半导体器件作为常规平面器件的替代得到了广泛的应用。

鳍式场效应晶体管(finfet)是一种典型的多面栅半导体器件，通常包括立体地设置于衬底上的一个或多个鳍部，各鳍部之间设有隔离结构，栅极结构横跨于鳍部上，覆盖一段鳍部的顶面和侧壁，源极和漏极分别位于栅极结构两侧未被栅极结构覆盖的鳍部内，被栅极结构覆盖的一段鳍部即为沟道区域。这种立体式的晶体管结构增加了栅极结构与沟道区域的接触面积，栅极结构与鳍部相接触的顶面和侧壁都成为了沟道，这有利于增大驱动电流，改善器件性能。

专利公开号为cn104733312a的一篇专利文献公开了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，所述形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有nmos区域和pmos区域，pmos区域上形成有第一鳍部，nmos区域上形成有第二鳍部；在半导体衬底上形成第一介质层，所述第一介质层的表面低于第一鳍部和第二鳍部的顶部表面；在第一介质层表面形成横跨所述第一鳍部和第二鳍部的栅极结构；去除位于栅极结构两侧的第一鳍部，在pmos区域上形成第一凹槽；在所述第一凹槽内沉积第一半导体层，使第一半导体层的表面高于第一介质层表面；采用流动性化学气相沉积工艺在所述第一介质层上形成第二介质层；去除第二鳍部顶部的部分第二介质层，暴露出第二鳍部的表面；在第二鳍部表面形成第二半导体层。

然而，随着器件尺寸的进一步缩小，现有鳍式场效应晶体管的器件性能难以满足更高的要求，如何改良晶体管结构进一步提高器件性能仍然是目前亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种半导体存储器的晶体管结构及制作方法，用于改善存储器中场效应晶体管的器件性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体存储器的晶体管结构，包括：半导体衬底，具有复数个有源区及隔离所述有源区的沟渠绝缘结构，每一有源区具有在所述半导体衬底上的第一接触区(具体为位于所述有源区中间的位线接触区)与第二接触区(具体为位于所述有源区两端的电容接点接触区)，所述半导体衬底在预定列方向设有复数个沟槽，贯穿在预定列方向上的所述有源区与所述沟渠绝缘结构，以分离所述有源区的所述第一接触区与所述第二接触区，其中所述沟槽在所述有源区的区段具有第一深度，所述沟槽在所述沟渠绝缘结构的区段具有第二深度，所述第一深度不相同于所述第二深度且不超过所述沟渠绝缘结构的第三深度；及

复数个沟槽导线(具体为字线)，埋设于所述沟槽中，其中所述沟槽在所述有源区的区段底部为微沟渠结构，所述沟槽导线更填入所述微沟渠结构，以形成朝向所述半导体衬底内部的微鳍部栅极结构，并且所述微鳍部栅极结构与所述沟槽导线的主体为一体连接。

可选地，所述微沟渠结构包括平行于所述预定列方向的复数个并排的沟渠。

可选地，所述有源区的区段底部对应每一所述微沟渠结构的截面形状选自于圆弧形、v形、u形与不规则形之其中之一。

可选地，所述有源区的区段底部为刻蚀粗糙面。

可选地，所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构包括栅介质层和位于所述栅介质层上的栅电极层。

可选地，所述沟槽导线表面覆盖有绝缘层。

进一步可选地，所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构包括栅介质层和位于所述栅介质层上的栅电极层，所述微沟渠结构的深度大于等于所述栅介质层的形成厚度且小于所述绝缘层的覆盖厚度。

可选地，所述第二深度大于所述第一深度，用于增加所述沟槽导线在所述沟渠绝缘结构中的结构强度。

可选地，所述第一深度大于所述第二深度，用于增加所述有源区沿着横切所述沟槽导线的主体与所述微鳍部栅极结构的沟道长度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种半导体存储器的晶体管结构的制作方法，包括如下步骤：

提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底表面形成复数个有源区及隔离所述有源区的沟渠绝缘结构，每一有源区具有在所述半导体衬底上的第一接触区与第二接触区；

在所述半导体衬底上在预定列方向形成复数个沟槽，贯穿在预定列方向上的所述有源区与所述沟渠绝缘结构，以分离所述有源区的所述第一接触区与所述第二接触区，其中所述沟槽在所述有源区的区段具有第一深度，所述沟槽在所述沟渠绝缘结构的区段具有第二深度，所述第一深度不相同于所述第二深度且不超过所述沟渠绝缘结构的第三深度；及

形成复数个沟槽导线，埋设于所述沟槽中，其中所述沟槽在所述有源区的区段底部为微沟渠结构，所述沟槽导线更填入所述微沟渠结构，以形成朝向所述半导体衬底内部的微鳍部栅极结构，并且所述微鳍部栅极结构与所述沟槽导线的主体为一体连接。

可选地，所述微沟渠结构包括平行于所述预定列方向的复数个并排的沟渠。

可选地，所述有源区的区段底部对应每一所述微沟渠结构的截面形状选自于圆弧形、v形、u形与不规则形之其中之一。

可选地，所述有源区的区段底部为刻蚀粗糙面。

可选地，在所述有源区上形成硬掩膜层，然后在所述硬掩膜层上形成图形化光阻层以定义所述沟槽在所述有源区的区段位置，并沿所述图形化光阻层向下刻蚀以形成所述沟槽在所述有源区的区段。

可选地，采用干法刻蚀或湿法刻蚀使所述沟槽在所述有源区的区段形成所述微沟渠结构，所述微沟渠结构包括平行于所述预定列方向的复数个并排的沟渠，所述沟渠底部为圆弧型。

可选地，先保留所述沟渠绝缘结构，形成所述微沟渠结构后，再移除所述沟槽在所述沟渠绝缘结构的区段以形成完整的所述沟槽。

进一步可选地，形成所述微沟渠结构时，先刻蚀出所述沟槽在所述有源区的区段的侧壁，再在所述侧壁及邻接所述侧壁的所述沟渠绝缘结构上形成刻蚀阻挡层，露出所述沟槽在所述有源区的区段的底部，然后采用湿法刻蚀处理所述底部，形成所述微沟渠结构，随后去除所述刻蚀阻挡层。

可选地，先移除所述沟槽在所述沟渠绝缘结构的区段，再形成所述微沟渠结构。

可选地，形成所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构时，先形成栅介质层，再在所述栅介质层上形成栅电极层。

可选地，在所述沟槽导线表面形成绝缘层。

可选地，形成所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构时，先形成栅介质层，再在所述栅介质层上形成栅电极层，所述微沟渠结构的深度大于等于所述栅介质层的形成厚度且小于所述绝缘层的覆盖厚度。

可选地，所述第二深度大于所述第一深度，用于增加所述沟槽导线在所述沟渠绝缘结构中的结构强度。

可选地，所述第一深度大于所述第二深度，用于增加所述有源区沿着横切所述沟槽导线的主体与所述微鳍部栅极结构的沟道长度。

如上所述，本发明的半导体存储器的晶体管结构及制作方法，具有以下有益效果：

本发明的半导体存储器的晶体管结构及制作方法，通过在有源区制作特殊的微沟渠结构，在保持原有器件尺寸的基础上，使沟道面积得以增加，可进一步增加传输通道的宽度，从而可大大提高场效应晶体管的器件性能。

附图说明

图1a-1c显示为本发明提供的一种半导体存储器的晶体管结构示意图，其中，图1a为俯视示意图，图1b和图1c分别为图1a上所示截面方向a和截面方向b的截面示意图。

图2a-2m显示为本发明实施例一提供的半导体存储器的晶体管结构的制作方法示意图。

图3a-3d显示为本发明实施例二提供的半导体存储器的晶体管结构的制作方法示意图。

元件标号说明

100有源区

101第一接触区

102第二接触区

200沟渠绝缘结构

300沟槽

301微鳍部栅极结构

3011栅介质层

3012栅电极层

3013绝缘层

401硬掩膜层

402图形化光阻层

501刻蚀阻挡层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

为了改善场效应晶体管的器件性能，本发明提供一种半导体存储器的晶体管结构，请参阅图1a-1c，其中，图1a为俯视示意图，图1b和图1c分别为图1a上所示截面方向a和截面方向b的截面示意图，该器件结构包括：半导体衬底，具有复数个有源区100及隔离所述有源区的沟渠绝缘结构200，每一有源区100具有在所述半导体衬底上的第一接触区101(具体为位于所述有源区100中间的位线接触区)与第二接触区102(具体为位于所述有源区100两端的电容接点接触区)，所述半导体衬底在预定列方向形成复数个沟槽300，贯穿在预定列方向上的所述有源区100与所述沟渠绝缘结构200，以分离所述有源区100的所述第一接触区101与所述第二接触区102，其中所述沟槽300在所述有源区100的区段具有第一深度d1，所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段具有第二深度d2，所述第一深度d1不相同于所述第二深度d2且不超过所述沟渠绝缘结构200的第三深度d3；及复数个沟槽导线(具体为字线)，埋设于所述沟槽300中，其中所述沟槽300在所述有源区100的区段底部为微沟渠结构，所述沟槽导线更填入所述微沟渠结构，以形成朝向所述半导体衬底内部的微鳍部栅极结构301，并且所述微鳍部栅极结构301与所述沟槽导线的主体为一体连接。

如图1b所示，在本发明的一些实施例中，所述微沟渠结构可以包括平行于所述预定列方向的复数个并排的沟渠。在本发明的一些实施例中，所述有源区100的区段底部对应每一所述微沟渠结构的截面形状可以选自于圆弧形、v形、u形与不规则形之其中之一。在本发明的一些实施例中，所述沟槽300在所述有源区100的区段底部可以为刻蚀粗糙面。其中，所述沟槽300在所述有源区100的区段具有的第一深度d1、所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段具有的第二深度d2、以及所述沟渠绝缘结构200的第三深度d3，如图1c所示。需说明的是图1b、图1c仅绘出了本发明实施例中可能的一种情况以作示意性说明。在本发明的一些实施例中，所述第二深度d2大于所述第一深度d1，于增加所述沟槽导线在所述沟渠绝缘结构中的结构强度。在本发明的另一些实施例中，所述第一深度d1大于所述第二深度d2，用于增加所述有源区沿着横切所述沟槽导线的主体与所述微鳍部栅极结构的沟道长度。

具体地，所述半导体衬底，通常为si基材料。在多个所述有源区100之间设置的沟渠绝缘结构可以为浅沟槽隔离结构(sti)。

具体地，所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构301包括与所述有源区100接触的栅介质层3011和位于所述栅介质层3011上的栅电极层3012。在所述栅电极层3012表面可以覆盖有绝缘层3013。所述微沟渠结构的深度可以大于等于所述栅介质层3011的形成厚度且小于所述绝缘层3013的覆盖厚度。栅介质层3011可以采用氧化硅等介质材料，绝缘层3013可以采用氮化硅等绝缘材料，栅电极层3012可以是金属或其他适合的电极材料。

另外，在半导体有源区100内可以设置源极和漏极。关于鳍型场效应晶体管器件的源极、漏极、漂移区等部分的结构、材料、制作工艺、原理已为本领域技术人员习知，故在此不作赘述，本发明器件结构中的源极、漏极、漂移区等部分可以采用任何适合的结构、材料及制作工艺，本发明对此不作限制。

下面进一步详细说明本发明提供的半导体存储器的晶体管结构的制作方法。

该方法包括如下步骤：

提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底表面形成复数个有源区100及隔离所述有源区100的沟渠绝缘结构200，每一有源区100具有在所述半导体衬底上的第一接触区101与第二接触区102；

在所述半导体衬底上在预定列方向形成复数个沟槽300，贯穿在预定列方向上的所述有源区100与所述沟渠绝缘结构200，以分离所述有源区100的所述第一接触区101与所述第二接触区102，其中所述沟槽300在所述有源区100的区段具有第一深度d1，所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段具有第二深度d2，所述第一深度d1不相同于所述第二深度d2且不超过所述沟渠绝缘结构200的第三深度d3；及

形成复数个沟槽导线，埋设于所述沟槽300中，其中所述沟槽300在所述有源区100的区段底部为微沟渠结构，所述沟槽导线更填入所述微沟渠结构，以形成朝向所述半导体衬底内部的微鳍部栅极结构301，并且所述微鳍部栅极结构301与所述沟槽导线的主体为一体连接。

其中，所述微沟渠结构可以包括平行于所述预定列方向的复数个并排的沟渠。所述有源区100的区段底部对应每一所述微沟渠结构的截面形状可以选自于圆弧形、v形、u形与不规则形之其中之一。所述沟槽300在所述有源区100的区段底部可以为刻蚀粗糙面。

在本发明的一些实施例中，所述第二深度d2大于所述第一深度d1，于增加所述沟槽导线在所述沟渠绝缘结构中的结构强度。在本发明的另一些实施例中，所述第一深度d1大于所述第二深度d2，用于增加所述有源区沿着横切所述沟槽导线的主体与所述微鳍部栅极结构的沟道长度。

具体地，可以在所述有源区100上形成硬掩膜层，然后在所述硬掩膜层上形成图形化光阻层以定义所述沟槽300在所述有源区100的区段位置，并沿所述图形化光阻层向下刻蚀以形成所述沟槽300在所述有源区100的区段。为了形成特殊的底部结构，即微沟渠结构，可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀，通过控制刻蚀时间、刻蚀条件等手段，形成所述微沟渠结构。

需要说明的是，本发明并不限定干法刻蚀和湿法刻蚀的具体参数范围和实施条件，根据实际应用的需要，刻蚀所述沟槽300在所述有源区100的区段、处理底部、形成所述微沟渠结构可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀或其他适合的方法，具体实施条件和参数可以根据实际情况来选择和调整。

具体地，可以先保留所述沟槽300在所述有源区100的区段周围的所述沟渠绝缘结构200，形成所述微沟渠结构后，再移除所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段以形成完整的所述沟槽300。在本发明的一些实施例中，形成所述微沟渠结构时，可以先刻蚀出所述沟槽300在所述有源区100的区段的侧壁，再在所述侧壁及邻接所述侧壁的所述沟渠绝缘结构200上形成刻蚀阻挡层，露出所述沟槽300在所述有源区100的区段的底部，然后采用湿法刻蚀处理所述底部，形成所述微沟渠结构，随后去除所述刻蚀阻挡层。在本发明的另一些实施例中，可以直接采用干法刻蚀形成所述微沟渠结构。或者，可以先移除所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段，再采用干法刻蚀等方法形成所述微沟渠结构。

另外，在形成所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构301时，可以先形成栅介质层3011，再在所述栅介质层3011上形成栅电极层3012。在所述栅电极层3012表面可以形成绝缘层3013。所述微沟渠结构的深度可以大于等于所述栅介质层3011的形成厚度且小于所述绝缘层3013的覆盖厚度。

下面通过具体的实例来详细说明上述制作方法。

实施例一

首先，如图2a、2b、2c所示(图2a为俯视图，图2b为有源区方向a截面图，图2c为预定列方向b截面图)，提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底表面形成复数个有源区100及隔离所述有源区100的沟渠绝缘结构200。

然后，如图2d和2e所示(图2d为有源区方向a截面图，图2e为预定列方向b截面图)形成硬掩膜层401，然后在所述硬掩膜层401上形成图形化光阻层402以定义所述沟槽300在所述有源区100的区段位置，并沿所述图形化光阻层402向下刻蚀以形成所述沟槽300在所述有源区100的区段。此步骤可以先保留所述沟槽300在所述有源区100的区段周围的所述沟渠绝缘结构200。

接着，如图2f和2g所示(图2f为有源区方向a截面图，图2g为预定列方向b截面图)形成所述微沟渠结构时，先刻蚀出所述沟槽300在所述有源区100的区段的侧壁，再在所述侧壁及邻接所述侧壁的所述沟渠绝缘结构200上形成刻蚀阻挡层501，露出所述沟槽300在所述有源区100的区段的底部。具体地，可以先沉积一层刻蚀阻挡层501，然后刻蚀去除凹槽外部及底部不需要的部分，使凹槽底部暴露出来。

然后，如图2h和2i所示(图2h为有源区方向a截面图，图2i为预定列方向b截面图)采用湿法刻蚀处理所述底部，形成所述微沟渠结构，随后去除所述刻蚀阻挡层。

随后，如图2j和2k所示(图2j为有源区方向a截面图，图2k为预定列方向b截面图)移除所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段以形成完整的所述沟槽300。

最后，如图2l和2m所示(图2l为有源区方向a截面图，图2m为预定列方向b截面图)形成所述沟槽导线，埋设于所述沟槽300中。在形成所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构301时，可以先形成栅介质层3011，再在所述栅介质层3011上形成栅电极层3012。在所述栅电极层3012表面可以形成绝缘层3013。

实施例二

首先，与实施例一相同，提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底表面形成复数个有源区100及隔离所述有源区100的沟渠绝缘结构200。

然后，如图3a和3b所示(图3a为有源区方向a截面图，图3b为预定列方向b截面图)形成硬掩膜层401，然后在所述硬掩膜层401上形成图形化光阻层402以定义所述沟槽300位置，并沿所述图形化光阻层402向下刻蚀以形成所述沟槽300在所述有源区100的区段以及所述沟槽300在所述沟渠绝缘结构200的区段。其中，可以采用干法刻蚀在所述有源区100的区段直接形成所需微沟渠结构。

最后，如图3c和3d所示(图3c为有源区方向a截面图，图3d为预定列方向b截面图)形成所述沟槽导线，埋设于所述沟槽300中。在形成所述沟槽导线与所述微鳍部栅极结构301时，可以先形成栅介质层3011，再在所述栅介质层3011上形成栅电极层3012。在所述栅电极层3012表面可以形成绝缘层3013。

综上所述，本发明的半导体存储器的晶体管结构及制作方法，通过制作特殊的鳍部结构，在保持原有器件尺寸的基础上，使沟道面积得以增加，这可进一步增加传输通道的宽度，从而可大大提高场效应晶体管的器件性能。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。