ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Эта заявка подана на основании заявки на патент Китая № 202111243328.2, поданной 25 октября 2021 года, раскрытие которой посредством ссылки полностью включено в настоящий документ, и испрашивает приоритет по ней.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Варианты реализации данного раскрытия относятся к области техники полупроводников, а в частности, к полупроводниковой структуре и способу ее изготовления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] С развитием степени интеграции динамических запоминающих устройств в сторону повышения также необходимо улучшать электрические характеристики функционального устройства, имеющего малый размер, путем изучения режима расположения транзисторов в структуре массива динамического запоминающего устройства и способов уменьшения размеров отдельного функционального устройства в структуре массива динамических запоминающих устройств.
[0004] Когда в качестве входного транзистора динамического запоминающего устройства используется вертикальная транзисторная структура с круговым затвором (Gate-All-Around, GAA), занимаемая ею площадь может достигать 4F2 (F - минимальный размер рисунка, который может быть получен при заданных условиях процесса), и в принципе может быть реализована более высокая эффективность плотности. Однако поскольку расстояние между соседними транзисторами невелико, при обработке полупроводникового канала легко повреждается изолирующий слой между соседними транзисторами и снижается изолирующий эффект изолирующего слоя, что влияет на электрические характеристики полупроводниковой структуры.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Варианты реализации этого раскрытия обеспечивают полупроводниковую структуру и способ ее изготовления, который обеспечивает по меньшей мере преимущество улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[0006] Один аспект вариантов реализации настоящего изобретения обеспечивает полупроводниковую структуру, включающую в себя: основание, включающее в себя линии битов, расположенные с интервалами, и полупроводниковые каналы, расположенные с интервалами, причем линии битов проходят в первом направлении, а полупроводниковые каналы расположены на части верхних поверхностей линий битов, при этом каждый полупроводниковый канал включает в себя первую область, вторую область и третью область, расположенные последовательно в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов; диэлектрические слои, расположенные между соседними линиями битов на боковых стенках полупроводниковых каналов; электроды затвора, окружающие диэлектрические слои во второй области и проходящие во втором направлении, причем первое направление отличается от второго направления; слои химического соединения металла с полупроводником, расположенные на верхних поверхностях полупроводниковых каналов; слои диффузионного барьера, по меньшей мере окружающие боковые стенки слоев химического соединения металла с полупроводником; и изолирующие слои, которые расположены между соседними полупроводниковыми каналами на той же самой линии битов и изолируют электроды затвора и слои диффузионного барьера, расположенные на каждом диэлектрическом слое, от электродов затвора и слоев диффузионного барьера, расположенных на соседних диэлектрических слоях.
[0007] В некоторых вариантах реализации слои химического соединения металла с полупроводником имеют легирующий элемент, который представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа.
[0008] В некоторых вариантах реализации полупроводниковые каналы имеют легирующий элемент, концентрация которого в слоях химического соединения металла с полупроводником превышает концентрацию легирующего элемента в полупроводниковых каналах.
[0009] В некоторых вариантах реализации верхние поверхности слоев химического соединения металла с полупроводником расположены вровень с верхними поверхностями слоев диффузионного барьера, при этом в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов, длина каждого из слоев химического соединения металла с полупроводником меньше длины каждого из слоев диффузионного барьера или равна ей.
[0010] В некоторых вариантах реализации полупроводниковая структура также содержит слои электрического соединения, расположенные на верхних поверхностях слоев химического соединения металла с полупроводником и верхних поверхностях слоев диффузионного барьера. Изолирующие слои изолируют друг от друга соседние слои электрического соединения, расположенные на верхних поверхностях соседних полупроводниковых каналов.
[0011] В некоторых вариантах реализации один электрод затвора из электродов затвора проходит во втором направлении и окружает соседние полупроводниковые каналы на соседних линиях битов. Один диффузионный барьерный слой из диффузионных барьерных слоев окружает только один полупроводниковый канал слоев химического соединения металла с полупроводником.
[0012] В некоторых вариантах реализации полупроводниковая структура также включает в себя структуру силицида металла, расположенную по меньшей мере в линиях битов, непосредственно обращенных к нижним поверхностям изолирующих слоев.
[0013] В некоторых вариантах реализации глубина структуры силицида металла постепенно увеличивается в направлении от полупроводниковых каналов, расположенных с обеих сторон изолирующих слоев, к изолирующим слоям.
[0014] В некоторых вариантах реализации в плоскости, перпендикулярной боковым стенкам полупроводниковых каналов, площадь поперечного сечения каждого из полупроводниковых каналов в первой области больше, чем площадь поперечного сечения каждого из полупроводниковых каналов во второй области.
[0015] В некоторых вариантах реализации каждый из диэлектрических слоев включает в себя: первый диэлектрический слой, расположенный между соседними линиями битов и между полупроводниковыми каналами в первой области на соседних линиях битов; второй диэлектрический слой, расположенный на боковых стенках полупроводниковых каналов в первой области и на боковой стенке первого диэлектрического слоя в первой области; и третий диэлектрический слой, окружающий боковые стенки полупроводниковых каналов в первой области и третьей области.
[0016] В некоторых вариантах реализации каждый из электродов затвора расположен по меньшей мере на части верхней поверхности первого диэлектрического слоя и части верхней поверхности второго диэлектрического слоя, а каждый из слоев диффузионного барьера расположен на верхней поверхности третьего диэлектрического слоя.
[0017] В некоторых вариантах реализации каждый из изолирующих слоев включает в себя: первый изолирующий слой, расположенный между диэлектрическими слоями соседних полупроводниковых каналов и между электродами затвора и проходящий во втором направлении, при этом верхняя поверхность первого изолирующего слоя не ниже верхней поверхности каждого из слоев химического соединения металла с полупроводником; и второй изолирующий слой, расположенный на верхней поверхности соответствующего одного из электродов затвора и между первым изолирующим слоем и соответствующим одним из слоев диффузионного барьера.
[0018] В другом аспекте вариантов реализации этого раскрытия также предложен способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий в себя следующие операции. Обеспечивают основание. Основание включает в себя линии битов, расположенные с интервалами, и исходные полупроводниковые каналы, расположенные с интервалами, причем линии битов проходят в первом направлении, при этом исходные полупроводниковые каналы расположены на части верхних поверхностей линий битов, а каждый исходный полупроводниковый канал включает в себя первую область, вторую область и исходную третью область, расположенные последовательно в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов. Формируют диэлектрические слои. Диэлектрические слои расположены между соседними линиями битов и на части боковых стенок исходных полупроводниковых каналов. Формируют электроды затвора. Электроды затвора окружают диэлектрические слои во второй области и проходят во втором направлении, при этом первое направление отличается от второго направления. Формируют диффузионные барьерные слои. Диффузионные барьерные слои окружают оставшийся участок боковых стенок исходных полупроводниковых каналов, и между каждым из слоев диффузионного барьера и соответствующим одним из электродов затвора имеется промежуток. На верхних поверхностях исходных полупроводниковых каналов выполняют обработку металлическим силицированием с преобразованием части исходных полупроводниковых каналов в исходной третьей области в слои химического соединения металла с полупроводником, в которых оставшийся участок исходной третьей области, второй области и третьей области формируют полупроводниковые каналы. Формируют изолирующие слои. Изолирующие слои расположены между соседними полупроводниковыми каналами на одной и той же линии битов.
[0019] В некоторых вариантах реализации способ также включает в себя следующую операцию, выполняемую после формирования слоев диффузионного барьера и перед формированием слоев химического соединения металла с полупроводником. Верхние поверхности исходных полупроводниковых каналов легируют таким образом, что часть исходных полупроводниковых каналов в исходной третьей области имеет легирующий элемент, который представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа.
[0020] В некоторых вариантах реализации операция обеспечения основания включает в себя следующие операции. Обеспечивают исходное основание. Исходные первые диэлектрические слои, проходящие в первом направлении, размещают в исходном основании. В исходном основании и исходных первых диэлектрических слоях получают рисунок с формированием линий битов, расположенных с интервалами, и исходных полупроводниковых каналов, расположенных с интервалами, при этом исходные первые диэлектрические слои расположены между соседними линиями битов. Верхние поверхности исходных первых диэлектрических слоев расположены не ниже верхних поверхностей исходных полупроводниковых каналов. Боковые стенки исходных полупроводниковых каналов, боковые стенки исходных первых диэлектрических слоев и часть верхних поверхностей линий битов образуют канавки, проходящие во втором направлении.
[0021] В некоторых вариантах реализации операция формирования диэлектрических слоев, электродов затвора, диффузионных барьерных слоев и изолирующих слоев включает в себя следующие операции. Между соседними линиями битов и между полупроводниковыми каналами в первой области на соседних линиях битов формируют первый диэлектрический слой. На боковых стенках канавок в первой области формируют второй диэлектрический слой. Формируют первый изолирующий слой. Первый изолирующий слой расположен в канавках и изолирует друг от друга соседние вторые диэлектрические слои. Верхняя поверхность первого изолирующего слоя расположена не ниже верхних поверхностей исходных полупроводниковых каналов. Формируют третий диэлектрический слой и второй изолирующий слой. Третий диэлектрический слой расположен на боковых стенках канавок во второй области и на части боковых стенок канавки в исходной третьей области. Второй изолирующий слой расположен между первым изолирующим слоем и вторым диэлектрическим слоем. На оставшемся участке боковых стенок канавок в исходной третьей области формируют диффузионные барьерные слои. Первый диэлектрический слой, второй диэлектрический слой и третий диэлектрический слой формируют диэлектрические слои. Первый изолирующий слой и второй изолирующий слой формируют изолирующие слои.
[0022] В некоторых вариантах реализации операция формирования первого диэлектрического слоя, второго диэлектрического слоя и третьего диэлектрического слоя включает в себя следующие операции. На боковых стенках канавок формируют исходные вторые диэлектрические слои. Между соседними исходными вторыми диэлектрическими слоями имеется первый промежуток. В первом промежутке формируют первый изолирующий слой. Исходные первые диэлектрические слои и исходные вторые диэлектрические слои вытравливают путем использования первого изолирующего слоя в качестве маски с формированием первого диэлектрического слоя и второго диэлектрического слоя.
[0023] В некоторых вариантах реализации способ включает в себя следующую операцию, выполняемую перед формированием первого изолирующего слоя и после формирования исходных вторых диэлектрических слоев. На части верхних поверхностей линий битов, оставленных открытыми исходными вторыми диэлектрическими слоями, выполняют обработку металлическим силицированием с формированием химического соединения металла с полупроводником.
[0024] В некоторых вариантах реализации операция формирования третьего диэлектрического слоя, электродов затвора и второго изолирующего слоя включает в себя следующие операции. Формируют исходный третий диэлектрический слой на боковых стенках исходных полупроводниковых каналов во второй области и исходной третьей области. Между исходным третьим диэлектрическим слоем и первым изолирующим слоем имеется второй промежуток. Формируют электроды затвора во втором промежутке во второй области. В оставшемся участке второго промежутка формируют второй изолирующий слой. Вытравливают исходный третий диэлектрический слой путем использования второго изолирующего слоя в качестве маски с формированием третьего диэлектрического слоя. Третий диэлектрический слой, второй изолирующий слой и полупроводниковые каналы образуют канавки. Формируют диффузионные барьерные слои, заполняющие канавки.
[0025] В некоторых вариантах реализации верхние поверхности изолирующих слоев расположены выше, чем верхние поверхности слоев химического соединения металла с полупроводником. Изолирующие слои, слои химического соединения металла с полупроводником и слои диффузионного барьера образуют сквозные отверстия. Способ также включает в себя следующую операцию. Формируют слои электрического соединения, заполняющие сквозные отверстия.
[0026] Техническое решение, обеспеченное вариантами реализации этого раскрытия, по меньшей мере имеет следующие преимущества.
[0027] В техническом решении, упомянутом выше, в основании сформирован вертикальный транзистор с круговым затвором (GAA), а линии битов заглублены в основании и расположены ниже полупроводниковых каналов, так что может быть сформирована трехмерная (3D) слоистая полупроводниковая структура, которая обеспечивает преимущество, состоящее в повышении степени интеграции полупроводниковой структуры. Кроме того, на верхних поверхностях полупроводниковых каналов, удаленных от линий битов, обеспечены слои химического соединения металла с полупроводником. Поскольку слой химического соединения металла с полупроводником имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым каналом, слой химического соединения металла с полупроводником может служить в качестве переходного слоя для реализации омического контакта между верхними поверхностями полупроводниковых каналов и другими проводящими структурами и уменьшения контактного сопротивления между верхними поверхностями полупроводниковых каналов и другими проводящими структурами для улучшения электрических характеристик полупроводниковых каналов. Кроме того, слои диффузионного барьера окружают по меньшей мере боковые стенки слоев химического соединения металла с полупроводником, так что слои химического соединения металла с полупроводником ограждены от изолирующих слоев слоями диффузионного барьера, что является преимуществом, способствующим предотвращению диффузии металлических элементов из слоев химического соединения металла с полупроводником в изолирующие слои, которая может привести к снижению изоляционных характеристик изолирующих слоев. Таким образом, варианты реализации настоящего изобретения являются полезными для обеспечения хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя при одновременном снижении контактного сопротивления между верхними поверхностями полупроводниковых каналов и другими проводящими структурами через слои химического соединения металла с полупроводником для улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0028] Один или более вариантов реализации проиллюстрированы фигурами на соответствующих сопроводительных чертежах, и эти приведенные для примера описания не являются ограничением вариантов реализации. Если не указано иное, фигуры на сопроводительных чертежах не являются ограничением пропорций.
[0029] На ФИГ. 1-17 показаны принципиальные схемы полупроводниковой структуры, соответствующей различным операциям способа изготовления полупроводниковой структуры, предусмотренного вариантами реализации данного раскрытия.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Из уровня техники может быть известно, что электрические характеристики полупроводниковой структуры в настоящее время нуждаются в улучшении.
[0031] Путем анализа установлено, что для реализации омического контакта между полупроводниковым каналом и другими проводящими структурами металлическими элементами будет легирован только конец полупроводникового канала с использованием соответствующих технических средств таким образом, чтобы уменьшить удельное сопротивление конца полупроводникового канала и реализовать омический контакт между концом полупроводникового канала и другими проводящими структурами. Однако, когда соседние полупроводниковые каналы электрически изолированы друг от друга посредством изолирующего слоя, металлические элементы в полупроводниковых каналах будут диффундировать в изолирующий слой, что снижает изолирующий эффект изолирующего слоя и увеличивает паразитную емкость между соседними полупроводниковыми каналами, тем самым снижая электрические характеристики полупроводниковой структуры.
[0032] В вариантах реализации этого раскрытия предложены полупроводниковая структура и способ ее изготовления. В полупроводниковой структуре для реализации омического контакта между полупроводниковым каналом и другими проводящими структурами верхняя поверхность полупроводникового канала снабжена слоем химического соединения металла с полупроводником, который служит в качестве переходного слоя для реализации омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами, а также для уменьшения контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами. Кроме того, между слоем химического соединения металла с полупроводником и изолирующим слоем расположен диффузионный барьерный слой для ограждения слоя химического соединения металла с полупроводником от изолирующего слоя, что является преимуществом для предотвращения диффузии металлических элементов в слое химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой. Таким образом, варианты реализации этого раскрытия обеспечивают преимущество для получения хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя при одновременном снижении контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами через слой химического соединения металла с полупроводником для улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[0033] Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи будут подробно описаны различные варианты реализации этого раскрытия. Однако специалисты в данной области техники могут понимать, что в различных вариантах реализации этого раскрытия было предложено множество технических подробностей деталей для того, чтобы читатель лучше понял настоящее изобретение. Однако технические решения, заявленные в настоящем изобретении, также могут быть реализованы даже без этих технических деталей и различных изменений и модификаций на основе следующих вариантов реализации.
[0034] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают полупроводниковую структуру. Полупроводниковая структура, предусмотренная вариантами реализации настоящего изобретения, будет подробно описана ниже в сочетании с сопроводительными чертежами. На ФИГ. 1-3 представлены схемы полупроводниковой структуры, предусмотренные вариантами реализации настоящего изобретения. На ФИГ. 1 представлен вид сверху полупроводниковой структуры, предусмотренной вариантами реализации настоящего изобретения. На ФИГ. 2 схематически представлен вид в разрезе полупроводниковой структуры, показанной на ФИГ. 1, взятый вдоль первого направления AA1 сечения. На ФИГ. 3 схематически представлен вид в разрезе полупроводниковой структуры, показанной на ФИГ. 1, взятый вдоль второго направления BB1 сечения. На ФИГ. 4 представлен схематический вид в разрезе электрода затвора, окружающего полупроводниковый канал, и диффузионного барьерного слоя, окружающего слой химического соединения металла с полупроводником в полупроводниковой структуре.
[0035] Со ссылкой на ФИГ. 1-4, полупроводниковая структура включает в себя основание 100, диэлектрические слои 103, электроды 104 затвора, слои 105 химического соединения металла с полупроводником, слои 106 диффузионного барьера и изолирующие слои 107. Основание 100 включает в себя линии 101 битов, расположенные с интервалами, и полупроводниковые каналы 102, расположенные с интервалами. Линии 101 битов проходят в первом направлении. Полупроводниковые каналы 102 расположены в части верхних поверхностей линий 101 битов. Каждый полупроводниковый канал 102 включает в себя первую область I, вторую область II и третью область III, расположенные последовательно в направлении Z, перпендикулярном верхним поверхностям линий 101 битов. Диэлектрические слои 103 расположены между соседними линиями 101 битов и на боковых стенках полупроводниковых каналов 102. Электроды 104 затвора окружают диэлектрические слои 103 во второй области II и проходят во втором направлении Y, при этом первое направление X отличается от второго направления Y. Слои 105 химического соединения металла с полупроводником расположены на верхних поверхностях полупроводниковых каналов 102. Диффузионные барьерные слои 106 окружают по меньшей мере боковые стенки слоев 105 химического соединения металла с полупроводником. Изолирующие слои 107 расположены между соседними полупроводниковыми каналами 102 на той же самой линии 101 битов и изолируют электроды 104 затвора и диффузионные барьерные слои 106, расположенные на каждом диэлектрическом слое 103, от электродов 104 затвора и диффузионных барьерных слоев 106, расположенных на диэлектрических слоях 103, соседних с каждым диэлектрическим слоем 103.
[0036] Полупроводниковый канал 102, диэлектрический слой 103, окружающий боковую стенку полупроводникового канала 102 во второй области II, и электрод 104 затвора формируют вертикальный транзистор с круговым затвором. Основание 100 включает в себя подложку 110. Линия 101 битов расположена между подложкой 110 и транзистором с круговым затвором (GAA), так что может быть сформирована трехмерная (3D) слоистая полупроводниковая структура, что является преимуществом для повышения степени интеграции полупроводниковой структуры.
[0037] Следует отметить, что как первая область I, так и третья область II могут служить в качестве истока или стока транзистора с круговым затвором (GAA). Вторая область II соответствует диэлектрическому слою 103 и электроду 104 затвора транзистора с круговым затвором (GAA).
[0038] В некоторых вариантах реализации, со ссылкой на ФИГ. 1, первое направление X перпендикулярно второму направлению Y, так что полупроводниковый канал 102 выполнен в режиме расположения 4F2 (F - минимальный размер рисунка, получаемый при данных условиях процесса), что обеспечивает преимущество для повышения степени интеграции полупроводниковой структуры. Еще в одних вариантах реализации первое направление пересекается со вторым направлением, а угол между первым направлением и вторым направлением может быть не равен 90°.
[0039] Следует отметить, что существует множество линий 101 битов, которые расположены с интервалами в основании 100. Каждая линия 101 битов может находиться в контакте по меньшей мере с одной первой областью I. В примере, показанном на ФИГ. 1, четыре линии 101 битов расположены с интервалами, а каждая линия 101 битов находится в контакте с четырьмя первыми областями I. В случае фактического применения количество линий 101 битов и количество первых областей I, контактирующих с каждой линией 101 битов, может быть обосновано установлено в соответствии с фактическими электрическими требованиями.
[0040] Ниже в сочетании с ФИГ. 1-3 полупроводниковая структура будет описана более подробно.
[0041] В некоторых вариантах реализации материал основания 100 может представлять собой одноэлементный полупроводниковый материал или кристаллический неорганический композиционный полупроводниковый материал. Одноэлементный полупроводниковый материал может представлять собой кремний или германий. Кристаллический неорганический композиционный полупроводниковый материал может представлять собой карбид кремния, кремний-германиевый материал, арсенид галлия, индий-галлиевый материал или тому подобное.
[0042] В некоторых вариантах реализации основание 100 включает в себя линии 101 битов и полупроводниковые каналы 102. Основание 100, линии 101 битов и полупроводниковые каналы 102 имеют один и тот же полупроводниковый элемент. Полупроводниковые каналы 102 и линии 101 битов могут быть сформированы с использованием одной и той же пленочной структуры. Пленочная структура состоит из полупроводникового элемента, так что полупроводниковые каналы 102 объединены с линиями 101 битов, тем самым преодолевая дефект состояния межфазной границы между полупроводниковыми каналами 102 и линиями 101 битов и улучшая электрические характеристики полупроводниковой структуры.
[0043] Полупроводниковый элемент может включать в себя по меньшей мере одно из кремния, углерода, германия, мышьяка, галлия или индия, что будет проиллюстрировано на примере того, что как линии 101 битов, так и полупроводниковые каналы 102 включают в себя кремний.
[0044] В некоторых вариантах реализации полупроводниковая структура также может включать в себя структуру 111 силицида металла, при этом структура 111 силицида металла расположена по меньшей мере в линиях 101 битов, непосредственно обращенных к нижним поверхностям изолирующих слоев 107. Иными словами, структура 111 силицида металла расположена по меньшей мере в линиях 101 битов, непосредственно обращенных к нижней поверхности первого изолирующего слоя 117.
[0045] Структура 111 силицида металла имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым материалом, таким образом, удельное сопротивление линии 101 битов, включающей в себя структуру 111 силицида металла, ниже по сравнению с полупроводниковым каналом 102, что обеспечивает преимущество, состоящее в уменьшении сопротивления линии 101 битов, уменьшении контактного сопротивления между линией 101 битов и полупроводниковым каналом 102 в первой области I и дальнейшем улучшении электрических характеристик полупроводниковой структуры. Кроме того, удельное сопротивление линии 101 битов также ниже, чем удельное сопротивление подложки 110.
[0046] Следует отметить, что в некоторых вариантах реализации материал областей линий 101 битов, расположенных непосредственно под первой областью I, может быть полупроводниковым материалом, а материал частичных областей линий 101 битов, не охваченных первой областью I, является силицидом. Понятно, что при непрерывном уменьшении размера устройства или регулировании параметров технологического процесса материал частичных областей линий 101 битов, расположенных непосредственно под первой областью I, является полупроводниковым материалом, а материал других областей линий 101 битов, расположенных непосредственно под первой областью I, также может быть силицидом. «Другие области» в данном случае расположены на периферии «частичных областей».
[0047] Например, со ссылкой на ФИГ. 2, множество структур 111 силицида металла в линии 101 битов соединены друг с другом с формированием части линии 101 битов, при этом часть структуры 111 силицида металла может быть расположена в линии 101 битов, а другая часть структуры 111 силицида металла может быть расположена в полупроводниковом канале 102 в первой области I. Еще в одних вариантах реализации множество металлических кремниевых композиционных структур в одной и той же линии битов могут быть разнесены относительно друг друга.
[0048] На ФИГ. 2 область основания 100, ограниченная пунктирными эллипсными дугами, представляет собой структуру 111 силицида металла. В случае фактического применения размер области контакта между соседними структурами 111 силицида металла не ограничен. Еще в одних вариантах реализации линия битов может включать в себя структуру 111 силицида металла по всей толщине линии битов.
[0049] В некоторых вариантах реализации, со ссылкой на ФИГ. 2, в случае одиночной структуры 111 силицида металла глубина структуры 111 силицида металла постепенно увеличивается в направлении от полупроводниковых каналов 102, расположенных по обе стороны изолирующего слоя 107, к изолирующему слою 107, т.е. в направлениях C1 и C2.
[0050] Например, если полупроводниковым элементом является кремний, материал структуры 111 силицида металла содержит по меньшей мере одно из следующего: силицид кобальта, силицид никеля, силицид молибдена, силицид титана, силицид вольфрама, силицид тантала или силицид платины.
[0051] В некоторых вариантах реализации полупроводниковый канал 102 может иметь легирующий элемент, который обеспечивает преимущество путем улучшения электрической проводимости полупроводникового канала 102, тем самым уменьшая отпирающее напряжение между первой областью I и третьей областью III, т.е. отпирающее напряжение между истоком и стоком транзистора с круговым затвором (GAA). Легирующий элемент представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа. В частности, легирующий элемент N-типа может быть по меньшей мере одним из мышьяка, фосфора или сурьмы. Легирующий элемент P-типа может быть по меньшей мере одним из бора, индия или галлия.
[0052] В некоторых вариантах реализации транзистор с круговым затвором (GAA) может быть транзистором без перехода, т.е. типы легирующих элементов в первой области I, второй области II и третьей области II являются одинаковыми. Термин «без перехода» означает отсутствие PN-перехода, т.е. концентрация легирующих элементов в первой области I, второй области II и третьей области III одинакова. Это обеспечивает следующие преимущества. С одной стороны, отсутствует необходимость дополнительного легирования первой области I и третьей области III для устранения проблемы, заключающейся в том, что трудно управлять процессом легирования в первой области I и третьей области III. Особенно при дальнейшем уменьшении размера транзистора, если первая область I и третья область III подвергаются дополнительному легированию, управлять концентрацией легирования труднее. С другой стороны, устройство представляет собой транзистор без перехода, что обеспечивает преимущество предотвращения явления, связанного с использованием процесса легирования со сверхкрутым градиентом концентрации исток-сток для изготовления сверхкрутых PN-переходов в наноразмерном диапазоне. Следовательно, это позволяет избежать таких проблем, как дрейф порогового напряжения, увеличение тока утечки и т.п., вызванных мутацией легирования, также обеспечивает преимущество подавления эффекта короткого канала и, таким образом, обеспечивает преимущество дальнейшего повышения степени интеграции и электрических характеристик полупроводниковой структуры. Понятно, что дополнительное легирование в данном документе относится к легированию, которое выполняется таким образом, что типы легирующих элементов первой области I и третьей области III отличаются от типов легирующих элементов второй области II.
[0053] Со ссылкой на ФИГ. 2 и 3, в плоскости, перпендикулярной боковым стенкам полупроводниковых каналов 102, площадь поперечного сечения полупроводникового канала 102 в первой области I больше площади поперечного сечения полупроводникового канала 102 во второй области II.
[0054] Площадь поперечного сечения полупроводникового канала 102 во второй области II меньше площади поперечного сечения полупроводникового канала 102 в первой области I. Полупроводниковый канал 102 во второй области II может служить в качестве канальной области транзистора с круговым затвором (GAA), что обеспечивает преимущество путем формирования канальной области с меньшей площадью поперечного сечения, обеспечивает преимущество путем улучшения способности электрода 104 затвора, окружающего боковую стенку канальной области, управления канальной областью, тем самым облегчая управление включением или выключением транзистора с круговым затвором (GAA).
[0055] Со ссылкой на ФИГ. 2 и 3, каждый диэлектрический слой 103 может включать в себя первый диэлектрический слой 113, второй диэлектрический слой 123 и третий диэлектрический слой 133. Первый диэлектрический слой 113 расположен между соседними линиями 101 битов и между полупроводниковыми каналами 102 в первой области I на соседних линиях 101 битов. Второй диэлектрический слой 123 расположен на боковых стенках полупроводниковых каналов 102 в первой области I и на боковой стенке первого диэлектрического слоя 113 в первой области I. Третий диэлектрический слой 133 окружает боковые стенки полупроводниковых каналов 102 во второй области II и третьей области III.
[0056] Первый диэлектрический слой 113, расположенный между соседними линиями 101 битов, выполнен с возможностью осуществления электрической изоляции между соседними линиями 101 битов. Первый диэлектрический слой 113, второй диэлектрический слой 123 и изолирующий слой 107, расположенный между полупроводниковыми каналами 102 в первых областях I на соседних линиях 101 битов, действуют совместно для осуществления электрической изоляции между полупроводниковыми каналами 102 в первых областях I, разнесенных друг от друга в первом направлении X и/или во втором направлении Y. Третий диэлектрический слой 133, окружающий боковую стенку полупроводникового канала 102 во второй области II, может служить в качестве диэлектрического слоя затвора между последовательно сформированными электродом 104 затвора и полупроводниковым каналом 102 во второй области II. Третий диэлектрический слой 133, окружающий боковую стенку полупроводникового канала 102 в третьей области III, и изолирующий слой 107 действуют совместно для реализации электрической изоляции между полупроводниковыми каналами 102 в третьих областях III, разнесенных друг от друга в первом направлении X и/или во втором направлении Y.
[0057] В некоторых вариантах реализации третий диэлектрический слой 133 также может быть расположен на части боковой стенки второго диэлектрического слоя 123, что обеспечивает преимущество дополнительного обеспечения изоляции между электродом 104 затвора и полупроводниковым каналом 102.
[0058] В некоторых вариантах реализации материал первого диэлектрического слоя 113 является таким же, как и материал второго диэлектрического слоя 123. Кроме того, как материал первого диэлектрического слоя 113, так и материал второго диэлектрического слоя 123 могут представлять собой оксид кремния. Еще в одних вариантах реализации материал третьего диэлектрического слоя 133, материал второго диэлектрического слоя 123 и материал первого диэлектрического слоя 113 могут быть одинаковыми. Еще в одних вариантах реализации материал третьего диэлектрического слоя 133 может отличаться от материала второго диэлектрического слоя 123 и материала первого диэлектрического слоя 113. Материал третьего диэлектрического слоя 133, материал второго диэлектрического слоя 123 и материал первого диэлектрического слоя 113 должны удовлетворять только тому, чтобы материал третьего диэлектрического слоя 133, материал второго диэлектрического слоя 123 и материал первого диэлектрического слоя 113 являлись материалами с хорошими изоляционными свойствами.
[0059] В некоторых вариантах реализации, со ссылкой на ФИГ. 4, одиночный электрод 104 затвора проходит во втором направлении Y и окружает соседние полупроводниковые каналы 102 на соседних линиях 101 битов, а одиночный диффузионный барьерный слой 106 окружает только один слой 105 химического соединения металла с полупроводником. В некоторых вариантах реализации ортогональная проекция третьего диэлектрического слоя 133 на подложку 110 может перекрываться с ортогональной проекцией диффузионного барьерного слоя 106 на подложку 110.
[0060] Во втором направлении Y одиночный электрод 104 затвора может окружать множество полупроводниковых каналов 102. Третий диэлектрический слой 133 расположен между электродом 104 затвора и каждым из множества полупроводниковых каналов 102. Соседние диффузионные барьерные слои 106 могут быть разнесены друг от друга вторым изолирующим слоем 127.
[0061] Материал электрода 104 затвора включает в себя по меньшей мере одно из поликремния, нитрида титана, нитрида тантала, меди или вольфрама, а материал диффузионного барьерного слоя 106 может быть нитридом титана.
[0062] В некоторых вариантах реализации в плоскости, перпендикулярной боковой стенке полупроводникового канала 102, площадь поперечного сечения полупроводникового канала 102 в первой области I больше площади поперечного сечения полупроводникового канала 102 во второй области II. Диэлектрический слой 103 содержит первый диэлектрический слой 113, второй диэлектрический слой 123 и третий диэлектрический слой 133. Таким образом, электрод 104 затвора расположен по меньшей мере на части верхней поверхности первого диэлектрического слоя 113 и части верхней поверхности второго диэлектрического слоя 123, а диффузионный барьерный слой 106 расположен на верхней поверхности третьего диэлектрического слоя 133.
[0063] Диффузионный барьерный слой 106 окружает боковую стенку слоя 105 химического соединения металла с полупроводником, что обеспечивает преимущество предотвращения диффузии металлических элементов из слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой 107 для получения хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя 107. Кроме того, диффузионный барьерный слой 106 расположен на верхней поверхности третьего диэлектрического слоя 133, что также может предотвращать диффузию соответствующих проводящих элементов из других проводящих структур, расположенных на верхней поверхности диффузионного барьерного слоя 106, в третий диэлектрический слой 133 для обеспечения хороших изоляционных характеристик третьего диэлектрического слоя 133.
[0064] В некоторых вариантах реализации ортогональная проекция диффузионного барьерного слоя 106 на подложку 110 может покрывать ортогональную проекцию третьего диэлектрического слоя 133 на подложку 110, что обеспечивает преимущество более полного предотвращения диффузии соответствующих проводящих элементов из других проводящих структур на верхней поверхности диффузионного барьерного слоя 106 в третий диэлектрический слой 133.
[0065] Еще в одних вариантах реализации, если диэлектрический слой содержит первый диэлектрический слой, второй диэлектрический слой и третий диэлектрический слой, а в плоскости, перпендикулярной боковой стенке полупроводникового канала, площадь поперечного сечения полупроводникового канала в первой области равна площади поперечного сечения полупроводникового канала во второй области, то третий диэлектрический слой и электрод затвора вместе покрывают верхнюю поверхность второго диэлектрического слоя.
[0066] К тому же, слой 105 химического соединения металла с полупроводником имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым материалом, таким образом, слой 105 химического соединения металла с полупроводником имеет более низкое удельное сопротивление по сравнению с полупроводниковым каналом 102. Если слой 108 электрического соединения расположен на верхней поверхности каждого слоя 105 химического соединения металла с полупроводником, слой 105 химического соединения металла с полупроводником может использоваться в качестве переходного слоя для формирования омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения, при этом предотвращен непосредственный контакт слоя 108 электрического соединения с полупроводниковым материалом для формирования контакта с барьером Шоттки. Омический контакт обеспечивает преимущество, состоящее в снижении контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения таким образом, чтобы снизить энергопотребление полупроводниковой структуры во время работы, улучшить эффект резистивно-емкостной (RC) задержки и улучшить электрические характеристики полупроводниковой структуры. Материал слоя 105 химического соединения металла с полупроводником содержит по меньшей мере одно из силицида кобальта, силицида никеля, силицида молибдена, силицида титана, силицида вольфрама, силицида тантала или силицида платины.
[0067] В некоторых вариантах реализации слой 105 химического соединения металла с полупроводником может содержать легирующий элемент, который представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа. Таким образом, обеспечено преимущество, состоящее в дополнительном улучшении электрической проводимости слоя 105 химического соединения металла с полупроводником.
[0068] К тому же, на основании того, что слой 105 химического соединения металла с полупроводником имеет легирующий элемент, полупроводниковый канал 102 может иметь легирующий элемент того же типа, что и легирующий элемент слоя 105 химического соединения металла с полупроводником, при этом концентрация легирующего элемента в слое 105 химического соединения металла с полупроводником больше, чем концентрация легирующего элемента в полупроводниковом канале 102. Таким образом, это обеспечивает преимущество дополнительного уменьшения контактного сопротивления между слоем 105 химического соединения металла с полупроводником и полупроводниковым каналом 102 при одновременном улучшении электрической проводимости полупроводникового канала 102.
[0069] В некоторых вариантах реализации верхние поверхности слоев 105 химического соединения металла с полупроводником могут находиться на одном уровне с верхними поверхностями диффузионных барьерных слоев 106. В направлении Z, перпендикулярном верхним поверхностям линий 101 битов, длина слоя 105 химического соединения металла с полупроводником меньше длины диффузионного барьерного слоя 106 или равна ей. Таким образом, диффузионный барьерный слой 106 может окружать по меньшей мере боковую стенку всего слоя 105 химического соединения металла с полупроводником и увеличивать общую площадь, на которой функционирует диффузионный барьерный слой 106 для предотвращения диффузии, чтобы улучшить эффект предотвращения диффузии металлических элементов из слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой 107. Кроме того, длина диффузионного барьерного слоя 106 больше, чем длина слоя 105 химического соединения металла с полупроводником, т.е. диффузионный барьерный слой 106 дополнительно окружает боковую стенку части полупроводникового канала 102, что обеспечивает преимущество улучшения предотвращения диффузии легирующего элемента из полупроводникового канала 102 в изолирующий слой 107.
[0070] В направлении Z, перпендикулярном верхней поверхности линии 101 битов, отношение длины слоя 105 химического соединения металла с полупроводником к длине диффузионного барьерного слоя 106 может составлять от 0,8 до 1,2. Таким образом, это обеспечивает преимущество получения надлежащего расстояния между диффузионным барьерным слоем 106 и электродом 104 затвора, а также устранения паразитной емкости между диффузионным барьерным слоем 106 и электродом 104 затвора.
[0071] В некоторых вариантах реализации каждый изолирующий слой 107 содержит первый изолирующий слой 117 и второй изолирующий слой 127. Первый изолирующий слой 117 расположен между диэлектрическими слоями 103 соседних полупроводниковых каналов 102 и между электродами 104 затвора и проходит во втором направлении Y, а верхняя поверхность первого изолирующего слоя 117 расположена не ниже верхней поверхности слоя 105 химического соединения металла с полупроводником. Второй изолирующий слой 127 расположен на верхней поверхности соответствующего одного из электродов 104 затвора и между первым изолирующим слоем 117 и соответствующим одним из диффузионных барьерных слоев 106.
[0072] Первый изолирующий слой 117 и второй изолирующий слой 127 действуют совместно, реализуя электрическую изоляцию между соседними полупроводниковыми каналами 102 и между соседними электродами 104 затвора. Кроме того, второй изолирующий слой 127, расположенный на верхней поверхности электрода 104 затвора, может осуществлять электрическую изоляцию между электродом 104 затвора и другими проводящими структурами.
[0073] В некоторых вариантах реализации полупроводниковая структура может дополнительно включать в себя слои 108 электрического соединения, расположенные на верхних поверхностях слоев 105 химического соединения металла с полупроводником и верхних поверхностях слоев 106 диффузионного барьера. Изолирующие слои 107 изолируют друг от друга соседние слои 108 электрического соединения на верхних поверхностях соседних полупроводниковых каналов 102.
[0074] Слой 108 электрического соединения может быть выполнен с возможностью осуществления электрического соединения между полупроводниковым каналом 102 и емкостной структурой (не показана на чертежах).
[0075] В заключение, слой 105 химического соединения металла с полупроводником имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым каналом 102, что обеспечивает преимущество путем реализации омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и другими проводящими структурами, такими как слой 108 электрического соединения, через слой 105 химического соединения металла с полупроводником и снижения контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения для улучшения электрических характеристик полупроводникового канала 102. Кроме того, слой 105 химического соединения металла с полупроводником огражден от изолирующего слоя 107 диффузионным барьерным слоем 106, что обеспечивает преимущество, предотвращая диффузию металлических элементов из слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой 107, приводящую к снижению изоляционных характеристик изолирующего слоя 107. Таким образом, варианты реализации этого раскрытия обеспечивают преимущество путем обеспечения хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя 107 при одновременном снижении контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения через слой 105 химического соединения металла с полупроводником для улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[0076] В другом варианте реализации настоящего изобретения также предложен способ изготовления полупроводниковой структуры, который может быть использован для формирования упомянутой выше полупроводниковой структуры.
[0077] На ФИГ. 1-17 показаны схематические виды в разрезе полупроводниковой структуры, соответствующие различным этапам способа изготовления полупроводниковой структуры, предусмотренного вариантами реализации настоящего изобретения. Ниже в сочетании с сопроводительными чертежами будет подробно описан способ изготовления полупроводниковой структуры, предусмотренной вариантами реализации настоящего изобретения. Части, которые являются такими же или соответствуют вариантам реализации, упомянутым выше, не будут подробно описаны ниже.
[0078] Следует отметить, что для облегчения описания и наглядной иллюстрации операций способа изготовления полупроводниковой структуры на ФИГ. 1-17 в настоящем варианте реализации представлены частичные принципиальные схемы полупроводниковой структуры.
[0079] На ФИГ. 7 показаны схематические виды в разрезе структуры, как показано на ФИГ. 6, взятые вдоль направления AA1 первого поперечного сечения и направления BB1 второго поперечного сечения. Следует отметить, что один или два из схематических видов в разрезе, выполненных вдоль направления AA1 первого поперечного сечения и направления BB1 второго поперечного сечения, будут заданы в соответствии с требованием последующей формулировки.
[0080] Со ссылкой на ФИГ. 5-7, обеспечивают основание 100. Основание 100 содержит расположенные с интервалами линии 101 битов и расположенные с интервалами исходные полупроводниковые каналы 112. Линии 101 битов проходят в первом направлении X. Исходные полупроводниковые каналы 102 расположены в части верхних поверхностей линий 101 битов. Каждый исходный полупроводниковый канал 112 включает в себя первую область I, вторую область II и исходную третью область IV, расположенные последовательно в направлении Z, перпендикулярном верхним поверхностям линий 101 битов. Формируют диэлектрические слои 103. Диэлектрические слои 103 расположены между соседними линиями 101 битов и на части боковых стенок исходных полупроводниковых каналов 112.
[0081] Следует отметить, что первая область I и вторая область II исходного полупроводникового канала 112 представляют собой первую область и вторую область последующего полупроводникового канала. Исходная третья область IV исходного полупроводникового канала 112 подготавливает последующее формирование третьей области полупроводникового канала и слоя химического соединения металла с полупроводником. Понятно, что как первая область I, так и впоследствии образованная третья область II могут служить в качестве истока или стока впоследствии образованного транзистора с круговым затвором (GAA), имеющего полупроводниковый канал, а вторая область II соответствует диэлектрическому слою и электроду затвора впоследствии образованного транзистора с круговым затвором (GAA).
[0082] В некоторых вариантах реализации операция, в которой обеспечивают основание 100, может включать в себя следующие операции.
[0083] Со ссылкой на ФИГ. 5, обеспечивают исходное основание 120. Исходные первые диэлектрические слои 143, проходящие в первом направлении X, расположены в исходном основании 120. Со ссылкой на ФИГ. 6-7, исходное основание 120 и исходные первые диэлектрические слои 143 имеют рисунок для формирования линий 101 битов, расположенных с интервалами, а также исходных полупроводниковых каналов 112, расположенных с интервалами, и исходных первых диэлектрических слоев 143, расположенные между соседними линиями 101 битов. Верхние поверхности исходных первых диэлектрических слоев 143 расположены не ниже верхних поверхностей исходных полупроводниковых каналов 112. Боковые стенки исходных полупроводниковых каналов 112, боковые стенки исходных первых диэлектрических слоев 143 и часть верхних поверхностей линий 101 битов образуют канавки 109. Канавки 109 проходят во втором направлении Y.
[0084] Тип материала исходного основания 120 может представлять собой одноэлементный полупроводниковый материал или кристаллический неорганический композиционный полупроводниковый материал. Одноэлементный полупроводниковый материал может представлять собой кремний или германий. Кристаллический неорганический композиционный полупроводниковый материал может представлять собой карбид кремния, кремний-германиевый материал, арсенид галлия, индий-галлиевый материал или тому подобное. Исходное основание 120 является основой для формирования линии 101 битов и исходного полупроводникового канала 112. Подложку 110 также формируют путем получения рисунка в исходном основании 120 и исходном первом диэлектрическом слое 143 с формированием линии 101 битов и исходного полупроводникового канала 112.
[0085] Способ нанесения рисунка на исходное основание 120 и исходный первый диэлектрический слой 143 включает в себя самовыравнивающееся четырехкратное нанесение рисунка (Self-Aligned Quadruple Patterning, SAQP) или самовыравнивающееся двойное нанесение рисунка (Self-aligned Double Patterning, SADP).
[0086] В некоторых вариантах реализации исходное основание 120 также может быть легировано и отожжено, так что легирующий элемент N-типа или легирующий элемент P-типа легирован в исходном основании 120, что обеспечивает преимущество улучшения электрической проводимости исходного полупроводникового канала 102, сформированного путем использования исходного основания 120 в качестве основы, тем самым уменьшая отпирающее напряжение между первой областью I и исходной третьей областью III, т.е. уменьшая отпирающее напряжение между истоком и стоком во впоследствии образованном транзисторе с круговым затвором (GAA). Кроме того, легирующий элемент N-типа или легирующий элемент P-типа легирован в исходном основании 120, что обеспечивает преимущество улучшения электрической проводимости линии 101 битов, сформированной путем использования исходного основания 120 в качестве основы, тем самым уменьшая контактное сопротивление между первой областью I и линией 101 битов и улучшая электрические характеристики полупроводниковой структуры.
[0087] Легирующий элемент представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа. В частности, легирующий элемент N-типа может быть по меньшей мере одним из мышьяка, фосфора или сурьмы. Легирующий элемент P-типа может быть по меньшей мере одним из бора, индия или галлия.
[0088] Со ссылкой на ФИГ. 8-17, формируют электроды 104 затвора. Электроды 104 затвора окружают диэлектрические слои 103 во второй области II и проходят во втором направлении Y, при этом первое направление X отличается от второго направления Y. Формируют диффузионные барьерные слои 106. Диффузионные барьерные слои 106 окружают оставшийся участок боковых стенок исходных полупроводниковых каналов 112, при этом между каждым из диффузионных барьерных слоев 106 и соответствующим одним из электродов 104 затвора имеется промежуток. На верхних поверхностях исходных полупроводниковых каналов 112 выполняют обработку металлическим силицированием для преобразования части исходных полупроводниковых каналов 112 в исходной третьей области IV в слои 105 химического соединения металла с полупроводником, при этом оставшийся участок исходной третьей области IV, второй области II и третьей области III формируют полупроводниковые каналы 102. Формируют изолирующие слои 107. Изолирующие слои 107 расположены между соседними полупроводниковыми каналами 102 на одной и той же линии 101 битов.
[0089] В некоторых вариантах реализации операция формирования слоя 105 химического соединения металла с полупроводником путем обработки с использованием металлического силицирования может включать в себя следующую операцию. На верхней поверхности исходного полупроводникового канала 112 формируют первый металлический слой (не показан на чертежах), при этом первый металлический слой обеспечивает металлические элементы для слоя 105 химического соединения металла с полупроводником. Материал первого металлического слоя включает по меньшей мере одно из кобальта, никеля, молибдена, титана, вольфрама, тантала или платины.
[0090] В некоторых вариантах реализации, когда боковая стенка исходного полупроводникового канала 112, боковая стенка исходного первого диэлектрического слоя 143 и часть верхней поверхности линии 101 битов формируют канавку 109, операция формирования диэлектрического слоя 103, электрода 104 затвора, диффузионного барьерного слоя 106 и изолирующего слоя 107 может включать в себя следующие операции.
[0091] Со ссылкой на ФИГ. 8-10, первый диэлектрический слой 113 сформирован между соседними линиями 101 битов и между полупроводниковыми каналами 102 в первой области I на соседних линиях 101 битов. Второй диэлектрический слой 123 сформирован на боковых стенках канавок 109 в первой области I. Формируют первый изолирующий слой 117. Первый изолирующий слой 117 расположен в канавке 109 и изолирует друг от друга соседние вторые диэлектрические слои 123. Верхняя поверхность первого изолирующего слоя 117 расположена не ниже верхней поверхности исходного полупроводникового канала 112.
[0092] Верхняя поверхность первого изолирующего слоя 117 расположена не ниже верхней поверхности исходного полупроводникового канала 112, что обеспечивает преимущество формирования второго промежутка между первым изолирующим слоем 117 и полупроводниковыми каналами 102 во второй области II и третьей области III. Затем электрод затвора с точным размером может быть сформирован во втором промежутке самовыравнивающим способом. Электрод затвора с размером высокой точности может быть сформирован без процесса травления, что обеспечивает преимущество упрощения операции формирования электрода затвора, при этом электрод затвора малого размера может быть получен путем регулирования и управления размером второго промежутка.
[0093] В некоторых вариантах реализации операция формирования первого диэлектрического слоя 113, второго диэлектрического слоя 123 и первого изолирующего слоя 117 может включать в себя следующие операции.
[0094] Со ссылкой на ФИГ. 8, исходные вторые диэлектрические слои 153 сформированы на боковых стенках канавок 109 (со ссылкой на ФИГ. 7), при этом между соседними исходными вторыми диэлектрическими слоями 153 имеется первый промежуток 119. В некоторых вариантах реализации исходные вторые диэлектрические слои 153 могут быть сформированы с помощью следующей технологической операции. Процесс осаждения осуществляют с формированием поверхности, которая покрывает верхние поверхности и все открытые боковые стенки полупроводниковых каналов 102, а также покрывает открытые верхние поверхности и боковые стенки исходных первых диэлектрических слоев 143. Материал исходного второго диэлектрического слоя 153 включает в себя оксид кремния.
[0095] Со ссылкой на ФИГ. 8 и 9, первый изолирующий слой 117 сформирован в первом промежутке 119. В некоторых вариантах реализации первый изолирующий слой 117 может быть сформирован с использованием следующих технологических операций. Формируют первую изолирующую пленку, которая покрывает верхнюю поверхность исходного второго диэлектрического слоя 153 и заполняет первый промежуток 119. Выполняют химико-механическую обработку выравнивания на первой изолирующей пленке до тех пор, пока не будет обнажен исходный второй диэлектрический слой 153, при этом оставшийся участок первой изолирующей пленки формирует первый изолирующий слой 117. Материал первого изолирующего слоя 117 включает в себя нитрид кремния.
[0096] Материал исходного первого диэлектрического слоя 143 и материал исходного второго диэлектрического слоя 153 являются одинаковыми, что обеспечивает преимущество удаления части исходного первого диэлектрического слоя 143 и части исходного второго диэлектрического слоя 153 посредством одной и той же операции удаления, так что формируется второй промежуток.
[0097] В некоторых вариантах реализации, со ссылкой на ФИГ. 8, обработку металлическим силицированием выполняют на части верхней поверхности линии 101 битов, открытой исходным вторым диэлектрическим слоем 153, с формированием структуры 111 силицида металла перед формированием первого изолирующего слоя 117 и после формирования исходного второго диэлектрического слоя 153.
[0098] Структура 111 силицида металла имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым материалом, таким образом, удельное сопротивление линии 101 битов, включающей в себя структуру 111 силицида металла, ниже по сравнению с полупроводниковым каналом 102, что обеспечивает преимущество, состоящее в уменьшении сопротивления линии 101 битов, уменьшении контактного сопротивления между линией 101 битов и полупроводниковым каналом 102 в первой области I и дальнейшем улучшении электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[0099] В некоторых вариантах реализации операция, в которой выполняют обработку металлическим силицированием на части верхней поверхности линии 101 битов, открытой исходным вторым диэлектрическим слоем 153, может включать в себя следующую операцию. На открытой верхней поверхности линии 101 битов формируют второй металлический слой (не показан на чертежах), при этом второй металлический слой обеспечивает металлические элементы для структуры 111 силицида металла. Материал второго металлического слоя включает в себя по меньшей мере одно из кобальта, никеля, молибдена, титана, вольфрама, тантала или платины.
[00100] Еще в одних вариантах реализации также можно не выполнять обработку металлическим силицированием на открытой верхней поверхности линии битов, а первый изолирующий слой может быть непосредственно сформирован на открытой верхней поверхности линии битов.
[00101] Затем, со ссылкой на ФИГ. 10, вытравливают исходный первый диэлектрический слой 143 и исходный второй диэлектрический слой 153, используя в качестве маски первый изолирующий слой 117, с формированием первого диэлектрического слоя 113 и второго диэлектрического слоя 123.
[00102] При операции травления исходного первого диэлектрического слоя 143 и исходного второго диэлектрического слоя 153 также открывают верхнюю поверхность полупроводникового канала 102, что облегчает последующую обработку металлическим силицированием на верхней поверхности полупроводникового канала 102 для формирования слоя химического соединения металла с полупроводником.
[00103] Со ссылкой на ФИГ. 11-17, формируют третий диэлектрический слой 133 и второй изолирующий слой 127. Третий диэлектрический слой 133 расположен на боковых стенках канавок 109 во второй области II и части боковых стенок канавок 109 в исходной третьей области IV. Второй изолирующий слой 127 расположен между первым изолирующим слоем 117 и третьим диэлектрическим слоем 133. Диффузионные барьерные слои 106 формируют в оставшемся участке боковых стенок канавок 109 в исходной третьей области IV. Первый диэлектрический слой 113, второй диэлектрический слой 123 и третий диэлектрический слой 133 формируют диэлектрические слои 103. Первый изолирующий слой 117 и второй изолирующий слой 127 формируют изолирующие слои 107.
[00104] В некоторых вариантах реализации операция формирования третьего диэлектрического слоя 133, электрода 104 затвора и второго изолирующего слоя 127 может включать в себя следующие операции.
[00105] Со ссылкой на ФИГ. 13, исходный третий диэлектрический слой 163 формируют на боковых стенках исходных полупроводниковых каналов 112 во второй области II и исходной третьей области IV, при этом существует второй промежуток 129 между исходным третьим диэлектрическим слоем 163 и первым изолирующим слоем 117. В некоторых вариантах реализации исходный третий диэлектрический слой 163 может быть сформирован с помощью следующих технологических операций. На открытых поверхностях исходных полупроводниковых каналов 112 во второй области II и исходной третьей области IV проводят обработку термическим оксидированием с формированием исходного третьего диэлектрического слоя 163. Материал исходного третьего диэлектрического слоя 163 представляет собой оксид кремния. Еще в одних вариантах реализации исходный третий диэлектрический слой, который покрывает поверхности исходных полупроводниковых каналов во второй области и исходной третьей области, также может быть сформирован посредством процесса осаждения.
[00106] Со ссылкой на ФИГ. 12-13, электрод 104 затвора формируют во втором промежутке 129 (со ссылкой на ФИГ. 11) во второй области II. Операция формирования электрода 104 затвора может включать в себя следующие операции. Со ссылкой на ФИГ. 12, формируют исходный электрод 114 затвора, при этом исходный электрод 114 затвора заполняет второй промежуток 129 и расположен на верхней поверхности исходного третьего диэлектрического слоя 163. Со ссылкой на ФИГ. 13, исходный электрод 114 затвора, который окружает боковую стенку полупроводникового канала 102 в исходной третьей области IV и который расположен на верхней поверхности исходного третьего диэлектрического слоя 163, удаляют путем травления, при этом оставшийся участок исходного затвора 114 формирует электрод 104 затвора, при этом электрод 104 затвора окружает только боковую стенку полупроводникового канала 102 во второй области II.
[00107] Со ссылкой на ФИГ. 14, в оставшемся участке второго промежутка 129 формируют второй изолирующий слой 127. В некоторых вариантах реализации второй изолирующий слой 127 может быть сформирован с использованием следующих технологических операций. Выполняют процесс осаждения для формирования второй изолирующей пленки, которая заполняет оставшийся участок второго промежутка 129 (со ссылкой на ФИГ. 11) и покрывает верхнюю поверхность исходного третьего диэлектрического слоя 163. На второй изолирующей пленке и первом изолирующем слое 117 выполняют химико-механическое шлифование до тех пор, пока не будет обнажен исходный третий диэлектрический слой 163, при этом оставшийся участок второй изолирующей пленки формирует второй изолирующий слой 127. Материал второй изолирующей пленки включает в себя нитрид кремния.
[00108] Со ссылкой на ФИГ. 15, вытравливают исходный третий диэлектрический слой 163, используя второй изолирующий слой 127 в качестве маски, с формированием третьего диэлектрического слоя 133.
[00109] Во время операции формирования третьего диэлектрического слоя 133 открывается не только верхняя поверхность исходного полупроводникового канала 112, но также и часть боковой стенки рядом с верхней поверхностью исходного полупроводникового канала 112 в исходной третьей области IV, которая подготавливает последующее формирование диффузионного барьерного слоя.
[00110] Со ссылкой на ФИГ. 15 и 16, третий диэлектрический слой 133, второй изолирующий слой 127 и исходный полупроводниковый канал 112 формируют канавки 139, при этом диффузионные барьерные слои 106 заполняют канавки 139. В некоторых вариантах реализации диффузионный барьерный слой 106 может быть сформирован с использованием следующих технологических операций. Формируют барьерную пленку, которая покрывает верхнюю поверхность исходного полупроводникового канала 112 и заполняет канавку 139. Барьерную пленку вытравливают до обнажения части боковой стенки, примыкающей к верхней поверхности исходного полупроводникового канала 112 в исходной третьей области IV, при этом оставшийся участок барьерной пленки формирует диффузионный барьерный слой 106. Материал диффузионного барьерного слоя 106 включает в себя нитрид титана.
[00111] Диффузионный барьерный слой 106 обеспечивает преимущество, состоящее в предотвращении диффузии металлических элементов из слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой 107 для обеспечения хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя 107. Кроме того, диффузионный барьерный слой 106 расположен на верхней поверхности третьего диэлектрического слоя 133, что также может предотвращать диффузию соответствующих проводящих элементов из других проводящих структур, расположенных на верхней поверхности диффузионного барьерного слоя 106, в третий диэлектрический слой 133, что способствует обеспечению хороших изоляционных характеристик третьего диэлектрического слоя 133.
[00112] Затем, со ссылкой на ФИГ. 16 и 17, на верхних поверхностях исходных полупроводниковых каналов 112 выполняют обработку металлическим силицированием для преобразования части исходных полупроводниковых каналов 112 в исходной третьей области IV в слои 105 химического соединения металла с полупроводником. Оставшийся участок исходной третьей области IV, второй области II и третьей области III формируют полупроводниковые каналы 102.
[00113] Слой 105 химического соединения металла с полупроводником имеет более низкое удельное сопротивление по сравнению с полупроводниковым каналом 102. На верхней поверхности слоя 105 химического соединения металла с полупроводником формируется слой электрического соединения, что обеспечивает преимущество использования слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в качестве переходного слоя для формирования омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем электрического соединения, а также для предотвращения прямого контакта слоя электрического соединения с полупроводниковым каналом 102 для формирования контакта с барьером Шоттки. Омический контакт обеспечивает преимущество снижения контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем электрического соединения, а также снижения энергопотребления полупроводниковой структуры во время работы, улучшения эффекта задержки цепи RC и улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[00114] В некоторых вариантах реализации после формирования слоев 106 диффузионного барьера и перед формированием слоев 105 химического соединения металла с полупроводником способ также может включать в себя следующую операцию. Легируют верхнюю поверхность исходного полупроводникового канала 112, так что часть исходных полупроводниковых каналов 112 в исходной третьей области IV имеет легирующий элемент, при этом легирующий элемент является легирующим элементом P-типа или легирующим элементом N-типа.
[00115] Кроме того, полупроводниковый канал 102 может содержать легирующий элемент того же типа, что и легирующий элемент в слое 105 химического соединения металла с полупроводником, при этом концентрация легирующего элемента в слое 105 химического соединения металла с полупроводником выше, чем концентрация легирующего элемента в полупроводниковом канале 102. Таким образом, это обеспечивает преимущество дополнительного уменьшения контактного сопротивления между слоем 105 химического соединения металла с полупроводником и полупроводниковым каналом 102 при одновременном улучшении электрической проводимости полупроводникового канала 102.
[00116] В некоторых вариантах реализации, со ссылкой на ФИГ. 17 и 2-3, верхняя поверхность изолирующего слоя 107 расположена выше, чем верхняя поверхность слоя 105 химического соединения металла с полупроводником. Изолирующий слой 107, слой 105 химического соединения металла с полупроводником и диффузионный барьерный слой 106 формируют сквозное отверстие 149. Способ также может включать в себя следующую операцию. Формируют слоем 108 электрического соединения, который заполняет сквозное отверстие 149. Слой 108 электрического соединения может быть выполнен с возможностью осуществления электрического соединения между полупроводниковым каналом 102 и емкостной структурой (не показана на чертежах).
[00117] В заключение, между первым изолирующим слоем 117 и полупроводниковыми каналами 102 во второй области II и третьей области III формируется второй промежуток 129, что обеспечивает преимущество формирования электрода 104 затвора с точным размером во втором промежутке 129 самовыравнивающимся способом. Электрод 104 затвора с размером высокой точности может быть сформирован без процесса травления, что обеспечивает преимущество, состоящее в упрощении операции формирования электрода 104 затвора, при этом электрод 104 затвора малого размера может быть получен путем регулирования и управления размером второго промежутка 129. Кроме того, слой 105 химического соединения металла с полупроводником, который служит в качестве переходного слоя, формируют на верхней поверхности полупроводникового канала 102 для осуществления омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения, а также уменьшения контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения. Кроме того, между слоем 105 химического соединения металла с полупроводником и изолирующим слоем 107 формируют диффузионный барьерный слой 106 для ограждения слоя 105 химического соединения металла с полупроводником от изолирующего слоя 107, что обеспечивает преимущество, состоящее в предотвращении диффузии металлических элементов из слоя 105 химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой 107, тем самым обеспечивая хорошие изоляционные характеристики изолирующего слоя 107 при одновременном снижении контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала 102 и слоем 108 электрического соединения через слой 105 химического соединения металла с полупроводником и улучшении электрических характеристик полупроводниковой структуры.
[00118] Специалистам в данной области техники понятно, что описанные выше варианты реализации являются конкретными вариантами реализации настоящего изобретения. В практическом применении могут быть внесены различные изменения в формы и детали, не выходящие за пределы принципа и объема охраны настоящего изобретения. Любой специалист в данной области техники может вносить различные изменения и модификации без отступления от принципа и объема охраны настоящего изобретения. Следовательно, объем охраны этого раскрытия определяется формулой изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[00119] В вариантах реализации этого раскрытия предложены полупроводниковая структура и способ ее изготовления. Полупроводниковая структура включает в себя основание, диэлектрические слои, электроды затвора, слои химического соединения металла с полупроводником, слои диффузионного барьера и изолирующие слои. Основание включает в себя расположенные с интервалами линии битов и расположенные с интервалами полупроводниковые каналы. Линии битов проходят в первом направлении. Полупроводниковые каналы расположены на части верхних поверхностей линий битов. Каждый полупроводниковый канал включает в себя первую область, вторую область и третью область, расположенные последовательно в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов. Диэлектрические слои расположены между соседними линиями битов и на боковых стенках полупроводниковых каналов. Электроды затвора окружают диэлектрический слой во второй области и проходят во втором направлении, при этом первое направление отличается от второго направления. Слои химического соединения металла с полупроводником расположены на верхних поверхностях полупроводниковых каналов. Диффузионные барьерные слои окружают по меньшей мере боковые стенки слоев химического соединения металла с полупроводником. Изолирующие слои расположены между соседними полупроводниковыми каналами на одной и той же линии битов и изолируют электроды затвора и слои диффузионного барьера, расположенные на каждом диэлектрическом слое, от электродов затвора и слоев диффузионного барьера, расположенных на диэлектрических слоях, соседних с каждым диэлектрическим слоем.
[00120] В техническом решении, упомянутом выше, в основании сформирован вертикальный транзистор с круговым затвором, а линии битов заглублены в основании и расположены ниже полупроводниковых каналов, так что может быть сформирована трехмерная (3D) слоистая полупроводниковая структура, что обеспечивает преимущество, состоящее в повышении степени интеграции полупроводниковой структуры. Кроме того, на верхних поверхностях полупроводниковых каналов, удаленных от линий битов, выполнены слои химического соединения металла с полупроводником. Поскольку слой химического соединения металла с полупроводником имеет относительно низкое удельное сопротивление по сравнению с неметаллизированным полупроводниковым каналом, слой химического соединения металла с полупроводником может служить в качестве переходного слоя для осуществления омического контакта между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами и снижения контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами для улучшения электрических характеристик полупроводникового канала. Кроме того, слой диффузионного барьера по меньшей мере окружает боковую стенку слоя химического соединения металла с полупроводником, так что слой химического соединения металла с полупроводником огражден от изолирующего слоя слоем диффузионного барьера, что обеспечивает преимущество, состоящее в предотвращении диффузии металлических элементов из слоя химического соединения металла с полупроводником в изолирующий слой, которая может привести к снижению изоляционных характеристик изолирующего слоя. Таким образом, варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают преимущество, состоящее в получении хороших изоляционных характеристик изолирующего слоя при одновременном снижении контактного сопротивления между верхней поверхностью полупроводникового канала и другими проводящими структурами через слой химического соединения металла с полупроводником для улучшения электрических характеристик полупроводниковой структуры.
Изобретение относится к микроэлектронике. Полупроводниковая структура включает в себя основание, включающее линии битов, расположенные с интервалами, и полупроводниковые каналы, расположенные с интервалами, при этом линии битов проходят в первом направлении, причем полупроводниковые каналы расположены на части верхних поверхностей линий битов, каждый полупроводниковый канал включает в себя первую область, вторую область и третью область, расположенные последовательно в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов; диэлектрические слои, расположенные между соседними линиями битов и на боковых стенках полупроводниковых каналов; электроды затвора, окружающие диэлектрические слои во второй области и проходящие во втором направлении, при этом первое направление отличается от второго направления; слои химического соединения металла с полупроводником, расположенные на верхних поверхностях полупроводниковых каналов; слои диффузионного барьера, по меньшей мере окружающие боковые стенки слоев химического соединения металла с полупроводником; и изолирующие слои, расположенные между соседними полупроводниковыми каналами на одной и той же линии битов и изолирующие электроды затвора и слои диффузионного барьера, расположенные на каждом диэлектрическом слое, от электродов затвора и слоев диффузионного барьера, расположенных на диэлектрических слоях, соседних с каждым диэлектрическим слоем. Изобретение обеспечивает улучшение электрических характеристик полупроводниковой структуры. 9 з.п. ф-лы, 17 ил.
1. Полупроводниковая структура, содержащая:
основание, содержащее линии битов, расположенные с интервалами, и полупроводниковые каналы, расположенные с интервалами, причем линии битов проходят в первом направлении, полупроводниковые каналы расположены на части верхних поверхностей линий битов, при этом каждый полупроводниковый канал содержит первую область, вторую область и третью область, расположенные последовательно в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов;
диэлектрические слои, расположенные между соседними линиями битов и на боковых стенках полупроводниковых каналов;
электроды затвора, окружающие диэлектрические слои во второй области и проходящие во втором направлении, причем первое направление отличается от второго направления;
слои химического соединения металла с полупроводником, расположенные на верхних поверхностях полупроводниковых каналов;
слои диффузионного барьера, по меньшей мере окружающие боковые стенки слоев химического соединения металла с полупроводником; и
изолирующие слои, расположенные между соседними полупроводниковыми каналами на одной и той же линии битов и изолирующие электроды затвора и слои диффузионного барьера, расположенные на каждом диэлектрическом слое, от электродов затвора и слоев диффузионного барьера, расположенных на диэлектрических слоях, соседних с каждым диэлектрическим слоем.
2. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой слои химического соединения металла с полупроводником имеют легирующий элемент, который представляет собой легирующий элемент P-типа или легирующий элемент N-типа.
3. Полупроводниковая структура по п. 2, в которой полупроводниковые каналы имеют легирующий элемент, при этом концентрация легирующего элемента в слоях химического соединения металла с полупроводником превышает концентрацию легирующего элемента в полупроводниковых каналах.
4. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой верхние поверхности слоев химического соединения металла с полупроводником находятся на одном уровне с верхними поверхностями слоев диффузионного барьера, при этом в направлении, перпендикулярном верхним поверхностям линий битов, длина каждого из слоев химического соединения металла с полупроводником меньше длины каждого из слоев диффузионного барьера или равна ей.
5. Полупроводниковая структура по п. 1, также содержащая слои электрического соединения, расположенные на верхних поверхностях слоев химического соединения металла с полупроводником и верхней поверхности слоев диффузионного барьера, причем изолирующие слои изолируют соседние слои электрического соединения, расположенные на верхних поверхностях соседних полупроводниковых каналов, друг от друга.
6. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой один электрод затвора из электродов затвора проходит во втором направлении и окружает соседние полупроводниковые каналы на соседних линиях битов; и один диффузионный барьерный слой из диффузионных барьерных слоев окружает только один слой химического соединения металла с полупроводником из указанных слоев химического соединения металла с полупроводником.
7. Полупроводниковая структура по п. 1, также содержащая структуру силицида металла, по меньшей мере расположенную в линиях битов, непосредственно обращенных к нижним поверхностям изолирующих слоев,
причем глубина структуры силицида металла постепенно увеличивается в направлении от полупроводниковых каналов, расположенных по обе стороны от изолирующих слоев, к изолирующим слоям.
8. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой в плоскости, перпендикулярной боковым стенкам полупроводниковых каналов, площадь поперечного сечения каждого из полупроводниковых каналов в первой области больше площади поперечного сечения каждого из полупроводниковых каналов во второй области.
9. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой каждый из диэлектрических слоев содержит:
первый диэлектрический слой, расположенный между соседними линиями битов и между полупроводниковыми каналами в первой области на соседних линиях битов;
второй диэлектрический слой, расположенный на боковых стенках полупроводниковых каналов в первой области и на боковой стенке первого диэлектрического слоя в первой области; и
третий диэлектрический слой, окружающий боковые стенки полупроводниковых каналов во второй области и третьей области,
причем каждый из электродов затвора расположен по меньшей мере на части верхней поверхности первого диэлектрического слоя и части верхней поверхности второго диэлектрического слоя, при этом каждый из слоев диффузионного барьера расположен на верхней поверхности третьего диэлектрического слоя.
10. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой каждый из изолирующих слоев содержит:
первый изолирующий слой, расположенный между диэлектрическими слоями соседних полупроводниковых каналов и между электродами затвора и проходящий во втором направлении, при этом верхняя поверхность первого изолирующего слоя не ниже верхней поверхности каждого из слоев химического соединения металла с полупроводником; и
второй изолирующий слой, расположенный на верхней поверхности соответствующего одного из электродов затвора и между первым изолирующим слоем и соответствующим одним из диффузионных барьерных слоев.
| US 20130323920 A1, 05.12.2013 | |||
| US 8395139 B1, 12.03.2013 | |||
| CN 108198815 B, 22.12.2020 | |||
| US 6734484 B2, 11.05.2004. |
