半导体结构及其形成方法与流程

文档序号:23795085发布日期:2021-02-02 08:31阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:提供基底,所述基底包括衬底、凸出于所述衬底的半导体柱、包围所述半导体柱部分侧壁的第一半导体掺杂层、位于所述第一半导体掺杂层上且包围所述半导体柱部分侧壁的第一栅极结构、以及位于所述半导体柱顶部的第二半导体掺杂层,所述第一半导体掺杂层上还形成有层间介质层,且所述层间介质层露出所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层的顶部;在所述层间介质层中形成位于所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层顶部的保护层,在与衬底平行的投影面上所述保护层凸出于所述第一栅极结构的侧壁;形成所述保护层后,在所述层间介质层中形成与所述第一半导体掺杂层相接触的第一插塞。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一插塞的步骤包括:在所述层间介质层中形成露出所述第一半导体掺杂层顶部的第一接触孔;形成填充所述第一接触孔的第一插塞;形成所述第一接触孔的步骤包括:采用自对准刻蚀工艺,以所述保护层作为刻蚀阻挡层,刻蚀所述第一半导体掺杂层顶部的层间介质层。3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一栅极结构的步骤中,还形成与所述第一栅极结构的底部相连、位于所述第一半导体掺杂层上且沿平行于所述衬底方向延伸的第二栅极结构;形成所述保护层的步骤中,所述保护层在与衬底平行的投影面上露出所述第二栅极结构。4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述保护层后,所述形成方法还包括:在所述层间介质层中形成与所述第二栅极结构相接触的栅极插塞。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述保护层的步骤中,所述保护层还覆盖所述第一栅极结构的部分侧壁。6.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述半导体柱远离所述第二栅极结构一侧的层间介质层用于形成第一插塞,所述半导体柱指向所述第二栅极结构的方向为第一方向,所述半导体柱指向用于形成第一插塞位置的方向为第二方向;在与衬底平行的投影面上,所述保护层在所述第二方向凸出于所述第一栅极结构侧壁的尺寸,大于所述保护层在所述第一方向凸出于所述第一栅极结构侧壁的尺寸。7.如权利要求1或3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一栅极结构和层间介质层的步骤包括:形成初始栅极结构,位于所述第一半导体掺杂层上且包围半导体柱的顶部和部分侧壁;在所述第一半导体掺杂层上形成第一介质层,覆盖所述初始栅极结构的部分侧壁且露出所述初始栅极结构的顶部;在所述第一介质层露出的初始栅极结构侧壁上形成第一保护层;在所述第一介质层上形成第二介质层,所述第二介质层覆盖所述第一保护层的侧壁且露出所述初始栅极结构的顶部,所述第一介质层和第二介质层构成所述层间介质层;去除位于所述半导体柱顶部、以及所述半导体柱侧壁上部分高度的初始栅极结构,剩余所述初始栅极结构作为所述栅极结构;形成所述保护层的步骤包括:在所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层的顶部形成第二保护层,所述第二保护层和所述第一保护层构成所述保护层。
8.如权利要求1或3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一栅极结构的步骤包括:形成初始栅极结构,位于所述第一半导体掺杂层上且包围半导体柱的顶部和部分侧壁;在所述第一半导体掺杂层上形成介质材料层,覆盖所述初始栅极结构的侧壁且露出初始栅极结构的顶部;去除位于所述半导体柱顶部、以及所述半导体柱侧壁上部分高度的初始栅极结构,剩余所述初始栅极结构作为所述第一栅极结构;形成所述第一栅极结构后,所述第一栅极结构与第二半导体掺杂层、以及介质材料层围成初始凹槽,形成所述层间介质层的步骤包括:沿垂直于所述半导体柱侧壁的方向,刻蚀所述初始凹槽侧壁露出的所述介质材料层,形成凹槽,剩余所述介质材料层作为所述层间介质层;形成所述保护层的步骤包括:在所述凹槽中填充所述保护层。9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一栅极结构的步骤中,还形成与所述第一栅极结构的底部相连、位于所述第一半导体掺杂层上且沿平行于所述衬底方向延伸的第二栅极结构,所述半导体柱远离所述第二栅极结构一侧的层间介质层用于形成第一插塞,所述半导体柱指向所述第二栅极结构的方向为第一方向;形成所述初始凹槽之后,刻蚀所述初始凹槽侧壁露出的所述介质材料层之前,所述形成方法还包括:对所述初始凹槽在第一方向的侧壁露出的介质材料层进行离子注入,适于增大掺杂有离子的介质材料层的耐刻蚀度。10.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述离子注入的工艺参数包括:注入离子包括硅离子,注入能量为1kev至10kev,注入剂量为4.0e14原子每平方厘米至3.0e16原子每平方厘米,注入方向与所述衬底表面法线的夹角为15
°
至50
°
。11.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一保护层的步骤包括:形成第一保护材料层,保形覆盖所述第一介质层露出的初始栅极结构顶部和侧壁、以及所述第一介质层的顶部;去除位于所述初始栅极结构和第一介质层顶部的所述第一保护材料层,剩余所述第一保护材料层作为所述第一保护层。12.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第二保护层的步骤包括:在所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层的顶部形成第二保护材料层,所述第二保护材料层还覆盖所述第一保护层的顶部;采用平坦化工艺,去除高于所述第一保护层顶部的所述第二保护材料层,剩余所述第二保护材料层作为所述第二保护层。13.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述保护层的步骤包括:形成填充于所述凹槽中的保护材料层,所述保护材料层还覆盖所述层间介质层的顶部;采用平坦化工艺,去除高于所述层间介质层顶部的所述保护材料层,剩余所述保护材料层作为所述保护层。14.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一插塞之前,还包括:在所述层间介质层中形成露出所述第一半导体掺杂层的第一接触孔;在所述第一接触孔露出的所述第一半导体掺杂层顶部形成第一硅化物层;所述形成方法还包括:在所述保护层和所述层间介质层上形成金属层间介质层;在所述金属层间介质层和保护层中形成露出所述第二半导体掺杂层顶部的第二接触孔;在所述第二接触孔露出的第二半导体掺杂层上形成第二硅化物层;其中,所述第一硅化物层的厚度大于所述第二硅化物层的厚度。
15.一种半导体结构,其特征在于,包括:衬底;半导体柱,凸出于所述衬底;第一半导体掺杂层,位于所述半导体柱露出的衬底上且包围所述半导体柱的部分侧壁;第一栅极结构,位于所述第一半导体掺杂层上且包围半导体柱的部分侧壁;第二半导体掺杂层,位于所述半导体柱的顶部;层间介质层,位于所述第一半导体掺杂层上,且所述层间介质层露出所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层的顶部;保护层,位于所述层间介质层中且覆盖于所述第一栅极结构和第二半导体掺杂层的顶部,在与衬底平行的投影面上所述保护层凸出于所述第一栅极结构的侧壁;第一插塞,位于所述层间介质层中且与所述第一半导体掺杂层相接触。16.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:位于所述第一半导体掺杂层上且沿平行于所述衬底方向延伸的第二栅极结构,所述第二栅极结构与所述第一栅极结构的底部相连;所述保护层在与所述衬底平行的投影面上露出所述第二栅极结构。17.如权利要求16所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:栅极插塞,位于所述层间介质层中且与所述第二栅极结构相接触。18.如权利要求16所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体柱指向所述第二栅极结构的方向为第一方向,所述半导体柱指向第一插塞位置的方向为第二方向;在与衬底平行的投影面上,所述保护层在所述第二方向凸出于所述第一栅极结构侧壁的尺寸,大于所述保护层在所述第一方向凸出于所述第一栅极结构侧壁的尺寸。19.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,所述保护层还覆盖所述第一栅极结构的部分侧壁。20.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,位于所述第一栅极结构顶部的所述保护层的厚度为5纳米至10纳米。21.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,在与衬底平行的投影面上,所述保护层凸出于所述第一栅极结构侧壁的尺寸为1纳米至5纳米。22.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,所述保护层的材料包括氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、或碳氮化硅硼一种或多种。23.如权利要求15所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:第一硅化物层,位于所述第一插塞与所述第一半导体掺杂层之间;金属层间介质层,覆盖于所述保护层和层间介质层的顶部;第二插塞,位于所述保护层和金属层间介质层中且与所述第二半导体掺杂层相接触;第二硅化物层,位于所述第二插塞与所述第二半导体掺杂层之间;其中,所述第一硅化物层的厚度大于所述第二硅化物层的厚度。
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