本公開涉及半導(dǎo)體，特別是涉及一種疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中晶體管對(duì)應(yīng)制程的工藝節(jié)點(diǎn)遵循摩爾定律在不斷縮小。并且，隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的進(jìn)一步微縮，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)工藝已逐漸進(jìn)入瓶頸。在此基礎(chǔ)上，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dynamic?random?accessmemory，dram)從二維結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)發(fā)展，可以帶來較多突破，以有效提升dram性能。

2、目前，對(duì)于采用多層水平結(jié)構(gòu)的三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，多采用外延生長工藝進(jìn)行各水平薄膜的制備，以基于重復(fù)堆疊的多層水平薄膜制備出三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。然而，受限于外延生長缺陷的累積，水平薄膜的堆疊層數(shù)難以有效提升。從而容易限制三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的持續(xù)性發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本公開實(shí)施例提供了一種疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，可以降低三維堆疊薄膜的工藝難度，并有效提升三維堆疊薄膜的堆疊層數(shù)及薄膜質(zhì)量，從而利于提升三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開一方面提供了一種疊層結(jié)構(gòu)的制備方法。所述制備方法包括：于承載晶圓上沿垂直承載晶圓方向依次堆疊多個(gè)重復(fù)單元；其中，重復(fù)單元包括沿遠(yuǎn)離承載晶圓方向?qū)盈B的犧牲層和半導(dǎo)體層。重復(fù)單元的形成方法包括如下步驟。

3、獲取與承載晶圓規(guī)格同等的制程晶圓。

4、于制程晶圓表面形成犧牲層。

5、采用離子注入工藝，于制程晶圓的預(yù)設(shè)深度位置形成待分離界面。

6、將制程晶圓通過犧牲層鍵合至承載晶圓表面。

7、沿待分離界面分離制程晶圓，使制程晶圓鍵合至承載晶圓上的部分作為半導(dǎo)體層。

8、根據(jù)一些實(shí)施例，所述重復(fù)單元的形成方法還包括：在沿待分離界面分離制程晶圓之后，平坦化制程晶圓鍵合至承載晶圓上部分的表面，形成半導(dǎo)體層。

9、根據(jù)一些實(shí)施例，犧牲層采用外延生長工藝形成。犧牲層包括：氧化物層、多晶硅層或金屬硅化物層。

10、根據(jù)一些實(shí)施例，所述待分離界面通過向制程晶圓的預(yù)設(shè)深度位置注入氫離子形成。

11、根據(jù)一些實(shí)施例，制程晶圓與承載晶圓的鍵合溫度小于300℃。

12、根據(jù)一些實(shí)施例，所述沿待分離界面分離制程晶圓，包括：將制程晶圓通過犧牲層鍵合至承載晶圓表面后的所得結(jié)構(gòu)，置于400℃～600℃的環(huán)境中加熱，以使得制程晶圓沿待分離界面分離。

13、根據(jù)一些實(shí)施例，所述制備方法還包括：將制程晶圓沿待分離界面分離后的獨(dú)立部分，作為重復(fù)單元上方其他重復(fù)單元中用于形成對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體層的制程晶圓。

14、根據(jù)一些實(shí)施例，所述制備方法還包括：以堆疊目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元為一個(gè)工藝周期，在工藝周期內(nèi)，采用離子注入工藝對(duì)目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行摻雜。

15、根據(jù)一些實(shí)施例，重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域包括：半導(dǎo)體層的源漏延伸擴(kuò)展區(qū)和源漏區(qū)。所述在工藝周期內(nèi)，采用離子注入工藝對(duì)目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行摻雜，包括如下步驟。

16、在目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元上方形成第一掩膜層。第一掩膜層具有用于定義源漏延伸擴(kuò)展區(qū)的第一開口圖案。

17、基于第一開口圖案，對(duì)目標(biāo)數(shù)量內(nèi)各重復(fù)單元的源漏延伸擴(kuò)展區(qū)依序進(jìn)行離子注入。

18、去除第一掩膜層。

19、在目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元上方形成第二掩膜層。第二掩膜層具有用于定義源漏區(qū)的第二開口圖案。

20、基于第二開口圖案，對(duì)目標(biāo)數(shù)量內(nèi)各重復(fù)單元的源漏區(qū)依序進(jìn)行離子注入。

21、去除第二掩膜層。

22、根據(jù)一些實(shí)施例，所述在工藝周期內(nèi)，采用離子注入工藝對(duì)目標(biāo)數(shù)量的重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行摻雜，還包括：對(duì)去除第一掩膜層后的所得結(jié)構(gòu)以及去除第二掩膜層后的所得結(jié)構(gòu)，分別進(jìn)行退火。

23、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開另一方面提供了一種疊層結(jié)構(gòu)。所述疊層結(jié)構(gòu)包括：承載晶圓以及沿垂直承載晶圓方向依次堆疊于承載晶圓上的多個(gè)重復(fù)單元；所述重復(fù)單元包括沿遠(yuǎn)離承載晶圓方向?qū)盈B的犧牲層和半導(dǎo)體層。所述疊層結(jié)構(gòu)采用如上一些實(shí)施例中所述的制備方法形成。

24、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開又一方面提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟。

25、提供如上一些實(shí)施例所述的疊層結(jié)構(gòu)；

26、于承載晶圓上形成支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)位于各重復(fù)單元中半導(dǎo)體層一端；

27、去除犧牲層；

28、于支撐結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)位線溝槽，位線溝槽沿垂直承載晶圓的方向延伸，并暴露出各半導(dǎo)體層一端的側(cè)壁；

29、于位線溝槽內(nèi)形成位線；

30、圖形化各半導(dǎo)體層，形成多個(gè)半導(dǎo)體單元，半導(dǎo)體單元沿第一方向延伸，且多個(gè)半導(dǎo)體單元在第二方向上排布呈行，在垂直承載晶圓的方向上排布呈列；其中，第二方向平行于承載晶圓表面并與第一方向相交，半導(dǎo)體單元的第一區(qū)域構(gòu)成晶體管的溝道區(qū)，半導(dǎo)體單元的第二區(qū)域在摻雜后構(gòu)成存儲(chǔ)電容的第一電極摻雜區(qū)，一列半導(dǎo)體單元與一條位線對(duì)應(yīng)連接；

31、形成填充相鄰半導(dǎo)體單元之間間隔的介質(zhì)層；

32、于介質(zhì)層中形成多個(gè)字線溝槽，字線溝槽沿垂直承載晶圓的方向延伸，并暴露出一列半導(dǎo)體單元的溝道區(qū)；

33、于字線溝槽內(nèi)形成隨形覆蓋字線溝槽內(nèi)壁及溝道區(qū)裸露表面的第一介電層；

34、于字線溝槽內(nèi)形成覆蓋第一介電層并填充字線溝槽的字線；

35、去除第一電極摻雜區(qū)外表面的介質(zhì)層，并形成覆蓋第一電極摻雜區(qū)外表面的第二介電層；

36、形成覆蓋第二介電層外表面的第二電極。

37、本公開實(shí)施例可以/至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

38、本公開實(shí)施例中，通過獲取與承載晶圓規(guī)格同等的制程晶圓，可以在制程晶圓表面形成犧牲層并在制程晶圓的預(yù)設(shè)深度位置形成待分離界面之后，將制程晶圓通過犧牲層鍵合至承載晶圓表面，并通過沿待分離界面分離制程晶圓的方式，使制程晶圓鍵合至承載晶圓上的部分作為半導(dǎo)體層，從而形成由犧牲層和半導(dǎo)體層層疊設(shè)置的重復(fù)單元。如此，在承載晶圓上依次堆疊多個(gè)重復(fù)單元，即可獲得由多個(gè)犧牲層和多個(gè)半導(dǎo)體層交替層疊的疊層結(jié)構(gòu)。本公開實(shí)施例打破了采用傳統(tǒng)外延生長的方式進(jìn)行疊層制作時(shí)容易累積缺陷的限制，可以根據(jù)需要自行控制重復(fù)單元的堆疊數(shù)量，從而降低三維堆疊薄膜的工藝難度，并有效提升三維堆疊薄膜的堆疊層數(shù)及薄膜質(zhì)量。進(jìn)而，有利于提升基于該疊層結(jié)構(gòu)所制備得到的三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。此外，本公開實(shí)施例匹配工藝周期，對(duì)目標(biāo)數(shù)量重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行離子注入，還可以有效提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：于承載晶圓上沿垂直所述承載晶圓方向依次堆疊多個(gè)重復(fù)單元；其中，所述重復(fù)單元包括沿遠(yuǎn)離所述承載晶圓方向?qū)盈B的犧牲層和半導(dǎo)體層；所述重復(fù)單元的形成方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述重復(fù)單元的形成方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述犧牲層采用外延生長工藝形成；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述待分離界面通過向所述制程晶圓的預(yù)設(shè)深度位置注入氫離子形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制程晶圓與所述承載晶圓的鍵合溫度小于300℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述沿所述待分離界面分離所述制程晶圓，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域包括：所述半導(dǎo)體層的源漏延伸擴(kuò)展區(qū)和源漏區(qū)；所述在所述工藝周期內(nèi)，采用離子注入工藝對(duì)所述目標(biāo)數(shù)量的所述重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行摻雜，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述在所述工藝周期內(nèi)，采用離子注入工藝對(duì)所述目標(biāo)數(shù)量的所述重復(fù)單元的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行摻雜，還包括：

11.一種疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

12.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本公開涉及一種疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法。該制備方法包括：于承載晶圓上沿垂直承載晶圓方向依次堆疊多個(gè)重復(fù)單元；其中，重復(fù)單元包括沿遠(yuǎn)離承載晶圓方向?qū)盈B的犧牲層和半導(dǎo)體層；重復(fù)單元的形成方法包括：獲取與承載晶圓規(guī)格同等的制程晶圓；于制程晶圓表面形成犧牲層；采用離子注入工藝，于制程晶圓的預(yù)設(shè)深度位置形成待分離界面；將制程晶圓通過犧牲層鍵合至承載晶圓表面；沿待分離界面分離制程晶圓，使制程晶圓鍵合至承載晶圓上的部分作為半導(dǎo)體層。本公開可以降低三維堆疊薄膜的工藝難度，并有效提升三維堆疊薄膜的堆疊層數(shù)及薄膜質(zhì)量，從而利于提升三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：賈禮賓,平延磊,石峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京超弦存儲(chǔ)器研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10