半导体结构及其形成方法与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、磁随机存储器(magnetic random access memory，mram)是一种新型非易失性随机存储器(non-volatile random access memory，nvram)，与其他存储技术相比，mram兼具非易失、高速度、高密度、低耗等优良特性，被认为是电子设备中的理想存储器。mram利用磁性隧道结(magnetic tunnel junction，mtj)实现数据的存储，如何提高施加在磁性隧道结上的驱动电流以提高数据写入的可靠性成为了目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种半导体结构及其形成方法。

2、为达到上述目的，本公开实施例的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本公开实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：

4、提供基底，所述基底包括沿第一方向堆叠排布的衬底、第一牺牲层和绝缘层，以及沿所述第一方向贯穿所述绝缘层，并暴露所述第一牺牲层的沟槽；所述第一方向为所述衬底的厚度方向；

5、在所述沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层；所述介质层和所述第三牺牲层沿所述第二方向交替排布；所述第二牺牲层与所述绝缘层以及所述介质层直接接触；所述第二方向与所述第一方向垂直；

6、去除所述第一牺牲层和所述多个第三牺牲层，以形成第一空隙，并在所述第一空隙中填充半导体材料；

7、沿所述第一方向去除部分所述介质层，以形成多个第二空隙，并在所述多个第二空隙中填充所述半导体材料。

8、在一种可选的实施方式中，所述在所述沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层，包括：

9、在所述沟槽中形成一个所述第二牺牲层；所述第二牺牲层覆盖所述沟槽的侧壁；

10、交替形成所述介质层和所述第三牺牲层；所述第二牺牲层包围最接近所述绝缘层的所述介质层；所述介质层包围位于所述介质层远离所述第二牺牲层一侧的所述第三牺牲层；所述第三牺牲层包围位于所述第三牺牲层远离所述第二牺牲层一侧的所述介质层。

11、在一种可选的实施方式中，所述在所述沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层，包括：

12、在所述沟槽沿所述第二方向相对的两个侧壁上分别形成两个所述第二牺牲层；

13、交替形成所述介质层和所述第三牺牲层，以形成位于所述两个第二牺牲层之间且沿所述第二方向交替排布的所述介质层和所述第三牺牲层。

14、在一种可选的实施方式中，所述去除所述第一牺牲层和所述多个第三牺牲层，以形成第一空隙，并在所述第一空隙中填充半导体材料，包括：

15、去除所述多个第三牺牲层，以形成多个第一子空隙；

16、去除所述第一牺牲层，以形成与所述多个第一子空隙连通的第二子空隙；

17、在所述第二子空隙中填充所述半导体材料，以在所述第二子空隙中形成第一电极结构，并在所述多个第一子空隙中填充所述半导体材料；

18、在所述多个第二空隙中填充所述半导体材料之后，剩余的所述介质层构成多个栅极介质层，位于所述多个栅极介质层之间的所述半导体材料构成多个沟道层，位于所述多个栅极介质层和所述多个沟道层上的所述半导体材料构成第二电极结构。

19、在一种可选的实施方式中，所述半导体结构的形成方法还包括：

20、去除所述第二牺牲层，以形成第三空隙，并在所述第三空隙中形成导电层；

21、沿所述第一方向去除部分所述导电层，以形成第四空隙，并在所述第四空隙中形成阻挡结构，剩余的所述导电层构成栅极；所述阻挡结构的底面与所述栅极介质层的顶面齐平；所述阻挡结构的顶面与所述第二电极结构的顶面齐平。

22、在一种可选的实施方式中，所述半导体结构的形成方法还包括：

23、在所述第二电极结构上形成电极接触结构；

24、形成覆盖所述电极接触结构的磁性隧道结；所述磁性隧道结包括沿所述第一方向堆叠排布的固定层、隧道层和自由层。

25、第二方面，本公开实施例提供一种半导体结构，包括：

26、沿第一方向堆叠排布的衬底、第一电极结构和绝缘层；所述第一方向为所述衬底的厚度方向；

27、位于所述绝缘层中，且位于所述第一电极结构上的沿第二方向排布的至少一个栅极、多个栅极介质层和多个沟道层；所述栅极介质层和所述沟道层沿所述第二方向交替排布；所述栅极与所述绝缘层以及所述栅极介质层直接接触；所述第二方向与所述第一方向垂直；

28、位于所述多个栅极介质层和所述多个沟道层上的第二电极结构。

29、在一种可选的实施方式中，所述半导体结构包括一个栅极；所述栅极包围最接近所述绝缘层的所述栅极介质层；所述栅极介质层包围位于所述栅极介质层远离所述栅极一侧的所述沟道层；所述沟道层包围位于所述沟道层远离所述栅极一侧的所述栅极介质层。

30、在一种可选的实施方式中，所述半导体结构包括在所述第二方向上相对的两个栅极；所述栅极介质层和所述沟道层位于所述两个栅极之间，且沿所述第二方向交替排布。

31、在一种可选的实施方式中，所述半导体结构还包括：

32、位于所述栅极上的阻挡结构；所述阻挡结构的底面与所述栅极介质层的顶面齐平；所述阻挡结构的顶面与所述第二电极结构的顶面齐平；

33、位于所述第二电极结构上的电极接触结构；

34、覆盖所述电极接触结构的磁性隧道结；所述磁性隧道结包括沿所述第一方向堆叠排布的固定层、隧道层和自由层。

35、在本公开提供的技术方案中，以垂直晶体管作为磁性隧道结的驱动器件，并通过形成在与衬底的厚度方向垂直的方向上交替排布的多个栅极介质层和沟道层来增加栅极介质层与沟道层之间的接触面积，以在保持沟道层具有较小厚度的情况下，增加载流子的浓度，从而可以同时提高栅极的控制能力和垂直晶体管的驱动能力，提高数据写入的可靠性。

技术特征：

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述在所述沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层，包括：

3.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述在所述沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层，包括：

4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述去除所述第一牺牲层和所述多个第三牺牲层，以形成第一空隙，并在所述第一空隙中填充半导体材料，包括：

5.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构的形成方法还包括：

6.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构的形成方法还包括：

7.一种半导体结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括一个栅极；所述栅极包围最接近所述绝缘层的所述栅极介质层；所述栅极介质层包围位于所述栅极介质层远离所述栅极一侧的所述沟道层；所述沟道层包围位于所述沟道层远离所述栅极一侧的所述栅极介质层。

9.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括在所述第二方向上相对的两个栅极；所述栅极介质层和所述沟道层位于所述两个栅极之间，且沿所述第二方向交替排布。

10.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：

技术总结
本公开提供了一种半导体结构及其形成方法，该半导体结构的形成方法包括：提供基底，基底包括沿第一方向堆叠排布的衬底、第一牺牲层和绝缘层，以及沿第一方向贯穿绝缘层，并暴露第一牺牲层的沟槽；第一方向为衬底的厚度方向；在沟槽中形成沿第二方向排布的至少一个第二牺牲层、多个介质层和多个第三牺牲层；介质层和第三牺牲层沿第二方向交替排布；第二牺牲层与绝缘层以及介质层直接接触；第二方向与第一方向垂直；去除第一牺牲层和多个第三牺牲层，以形成第一空隙，并在第一空隙中填充半导体材料；沿第一方向去除部分介质层，以形成多个第二空隙，并在多个第二空隙中填充半导体材料。

技术研发人员：谈亚丽
受保护的技术使用者：长鑫科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16