三维垂直栅极半导体结构与半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种三维垂直栅极半导体结构与半导体元件及其制造方法，该方法包括下列步骤：提供基板；形成多个层于基板之上，这些层包括交替的第一绝缘材料层及第二绝缘材料层；确认形成位线及字线的位置；在已确认的位线位置及字线位置之外，移除层的至少一部分，被移除的各部分是延伸穿透层至基板的至少一顶面；形成垂直的第一绝缘材料结构于被移除的部分中；进行等向刻蚀工艺，以由第二绝缘材料层移除第二绝缘材料；在已确认的位线位置中的第二绝缘材料层中形成位线；在已确认的字线位置中形成字线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般而言是有关于半导体元件。并且，本专利技术更特别是有关于半导体元件中包括三维全环绕式栅极(gate-all-around，GAA)的垂直栅极(vertical gate，VG)结构及此种结构的半导体元件的半导体结构及元件，以及制造此类半导体结构及元件的方法。
技术介绍
目前半导体元件的制造业者对于更加缩减半导体结构及元件的临界尺寸的需求已不断增加，以在较小的区域中达成较大的储存空间，且在每位的低成本的状况下进行制造。半导体的制造业者已逐渐增加于使用例如是薄膜晶体管技术(thin film transistor technique)、电荷捕捉存储器技术(charge trapping memory technique)、及交叉点阵列技术(cross-point array technique)的三维半导体元件的应用，以达成上述需求。近来，半导体科技上的发展已包括三维垂直通道(vertical channel,VC)结构及三维垂直栅极结构的形式的半导体元件的垂直结构的制造。
技术实现思路
尽管近来于半导体元件的制造上的发展，本专利技术中已理解到在制造三维半导体时可能会面临一个或多个问题。例如，三维垂直通道结构的各种层及结构的形成，一般需要相对大的覆盖区(footprint)(或者是区域)。再者，此种制造出的三维垂直通道结构通常面临可靠度的问题以及效能上的不良异常。关于三维垂直栅极结构，虽然三维垂直栅极结构相较于三维垂直通道结构而言需要较小的覆盖区(或区域)，可靠的制造(包括此类元件的垂直栅极的图案化及刻蚀、以及制造无变形、缺损、和/或弯折的此类元件)却通常难以达成。本示范实施例一般是有关于半导体元件及制造半导体元件的方法，以
解决(address)所制造的半导体元件的包括上文及本专利技术所述的一个或多个问题。在一示范性实施例中，提供一种三维全环绕式栅极(GAA)的垂直栅极(VG)半导体结构的制造方法。方法包括下列步骤。提供一基板。形成多个层于基板之上，所述层包括交替的多个第一绝缘材料层及多个第二绝缘材料层。第一绝缘材料层及第二绝缘材料层可分别通过沉积第一绝缘材料及第二绝缘材料所形成。方法更包括确认形成位线及字线的位线位置及字线位置。方法更包括在已确认的位线位置及字线位置之外，移除所述层的至少一部分，被移除的各部分是延伸穿透层至基板的至少一顶面。方法更包括形成垂直的第一绝缘材料结构于被移除的部分中。方法更包括进行一等向刻蚀工艺，以由第二绝缘材料层移除第二绝缘材料。方法更包括在已确认的位线位置中的第二绝缘材料层中形成位线。方法更包括在已确认的字线位置中形成字线。垂直的第一绝缘材料结构可用以提供支撑于剩余的第一绝缘材料层，剩余的第一绝缘材料层是在由第二绝缘材料层移除第二绝缘材料之后所剩余。在另一示范性实施例中，一种半导体结构是描述于本专利技术中。半导体结构包括一三维全环绕式栅极(GAA)的垂直栅极(VG)结构，此三维全环绕式栅极的垂直栅极结构具有形成于一基板之上的多个位线及多个字线。半导体结构更包括多个伸长支柱，这些伸长支柱是由基板的至少一顶面延伸。这些伸长支柱是邻近于三维垂直栅极结构所形成。这些伸长支柱可用以提供支撑于三维垂直栅极结构。为了更完整地理解本专利技术、示范实施例及其优点，现在请参照下文并配合所附图式，其中类似的元件符号表示类似的特征。虽然为了方便起见，类似的元件符号可用以表示图式中类似的结构，可以理解的是，各种示范实施例可被视为不同的变化。附图说明图1A绘示一二维水平通道元件(two-dimensional horizontal channel device)的示意图。图1B及图1C绘示重新配置一二维水平通道元件以垂直延伸栅极的示
范概念图。图2A至图2C绘示一三维垂直栅极元件的示范性示意图。图3A绘示一三维垂直通道元件的所需的覆盖区(footprint)的示范性概念图。图3B绘示一三维垂直栅极元件的所需的覆盖区的示范性概念图。图4绘示三维元件的部分垂直结构的扭曲、变形、及/或弯折的示范影像。图5绘示一三维半导体元件的制造方法的示范实施例。图6A绘示形成于基板之上的交替的第一绝缘材料层及第二绝缘材料层的示范实施例的剖面图。图6B绘示确认位线及字线的位置的示范实施例的上视图。图7A绘示半导体元件的示范实施例的侧视图。图7B绘示半导体元件的示范实施例的上视图。图7C绘示半导体元件的示范实施例的透视图。图8A绘示半导体元件的示范实施例的侧视图。图8B绘示半导体元件的示范实施例的透视图。图9A及图9K绘示半导体元件的示范实施例的制造方法的一示范实施例的示意图。图10A及图10K绘示半导体元件的示范实施例的制造方法的另一示范实施例的示意图。【符号说明】500：方法502、504、506、508、510：步骤600：半导体结构602：基板604：第一绝缘材料层604’：已圆弧化的第一绝缘材料层604a：薄导电材料层604b：电荷储存层606：第二绝缘材料层608：位线610：字线612：垂直的第一绝缘材料结构612’、613’：部分613：垂直的导电材料结构具体实施方式现在将参照所附图式说明示范实施例，图式是形成本专利技术的一部分且绘示可能实行的示范实施例。本专利技术及所附的权利要求范围中所使用的用语「示范实施例」、「示范性实施例」、及「本实施例」并不需要意指单一实施例(虽然有可能)，且各种的示范实施例可在不脱离示范实施例的范畴或精神之下易于进行结合和/或交换。再者，本专利技术及所附的权利要求范围所使用的术语仅是用于描述示范实施例的目的，并非用于限定。在此方面，如本专利技术及所附的权利要求范围所使用的用语「之中」可包括「之内」及「之上」，且用语「一」、「该」可包括单数及复数形式。再者，如本专利技术及所附的权利要求范围所使用的用语「通过」可亦意指「由」，视上下文而定。再者，如本专利技术及所附的权利要求范围所使用的用语「若」可亦意指「当」或「于」，视上下文而定。再者，如本专利技术及所附的权利要求范围所使用的字汇「及/或」可意指并包含一个或多个相关所列的项目的任一及所有可能的结合。尽管近来于半导体元件的制造上的发展，本专利技术中已理解到在制造三维半导体时、及在所制造的半导体元件本身中可能会面临一个或多个问题。图1A至1C图提供一二维水平通道元件是如何有关于一三维垂直通道元件的示范概念图。如图1A及图1B所示，三维垂直通道元件的制造可概念性地视为一二维水平通道元件(图1A)由一水平方向至一垂直方向(图1B)进行第一重新配向(first re-orienting)。此后，一全环绕式栅极(gate-all-around,GAA)结构可以被形成(图1C绘示2条位线结构)。关于三维垂直通道结构，三维垂直通道结构的各种层及结构的形成一般需要相对大的覆盖区(或区域)。再者，此种三维垂直通道结构通常面临有关可靠度的问题及效能上的不良异常、以及垂直结构的变形、缺损、和/或弯折。近来的发展已导向采用并发展三维垂直栅极结构。一般而言，一三维垂直栅极结构相较于三维垂直通道结构需要相对较小的覆盖区(或区域)。图2A至图2C提供一二维水平通道元件是如何有关于一三维垂直栅极结构的示范概念性示意图。如图2A及图2B所示，一二维水平通道元件(图2A)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维垂直栅极半导体结构的制造方法，该方法包括：提供一基板；形成多个层于该基板之上，这些层具有交替的多个第一绝缘材料层及多个第二绝缘材料层，这些第一绝缘材料层及这些第二绝缘材料层分别通过沉积一第一绝缘材料及一第二绝缘材料所形成；确认用以形成多个位线及多个字线的多个位线位置及多个字线位置；在已确认的这些位线位置及这些字线位置之外，移除这些层的至少一部分，被移除的各该部分是延伸穿透这些层至该基板的至少一顶面；形成多个垂直的第一绝缘材料结构于被移除的这些部分中；进行一等向刻蚀工艺，以由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料；在已确认的这些位线位置之中的该第二绝缘材料层中形成这些位线；以及在已确认的这些字线位置之中形成这些字线；其中这些垂直的第一绝缘材料结构是可用以提供支撑于剩余的这些第一绝缘材料层，剩余的这些第一绝缘材料层是在由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料之后所剩余。

【技术特征摘要】
2015.03.24 US 14/666,7031.一种三维垂直栅极半导体结构的制造方法，该方法包括：提供一基板；形成多个层于该基板之上，这些层具有交替的多个第一绝缘材料层及多个第二绝缘材料层，这些第一绝缘材料层及这些第二绝缘材料层分别通过沉积一第一绝缘材料及一第二绝缘材料所形成；确认用以形成多个位线及多个字线的多个位线位置及多个字线位置；在已确认的这些位线位置及这些字线位置之外，移除这些层的至少一部分，被移除的各该部分是延伸穿透这些层至该基板的至少一顶面；形成多个垂直的第一绝缘材料结构于被移除的这些部分中；进行一等向刻蚀工艺，以由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料；在已确认的这些位线位置之中的该第二绝缘材料层中形成这些位线；以及在已确认的这些字线位置之中形成这些字线；其中这些垂直的第一绝缘材料结构是可用以提供支撑于剩余的这些第一绝缘材料层，剩余的这些第一绝缘材料层是在由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料之后所剩余。2.根据权利要求1所述的方法，其中这些层中被移除的各该部分是类似于这些层中的一孔洞。3.根据权利要求2所述的方法，其中各该垂直的第一绝缘材料结构是通过沉积该第一绝缘材料于该孔洞中所形成。4.根据权利要求3所述的方法，更包括移除已确认的位线位置之外的这些层的多个剩下部分。5.根据权利要求1所述的方法，其中这些位线的形成步骤更包括：对于剩余的各该第一绝缘材料层进行圆弧化，剩余的各该第一绝缘材料层是在由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料之后所剩余；以及形成一薄导电层于这些位线位置之中的剩余的各该第一绝缘材料层之上，剩余的各该第一绝缘材料层是在由这些第二绝缘材料层移除该第二绝缘材料之后所剩余。6.根据权利要求5所述的方法，其中这些位线的形成步骤更包括形成一电荷储存层于各该薄导电层之上。7.根据权利要求7所述的方法，其中该电荷储存结构是一氧化物-氮化物-氧化物层(oxide nitride oxide layer,ONO layer)。8.根据权利要求4所述的方法，这些字线的形成步骤包括：在已确认的位线位置之外且在已确认的字线位置之中，沉积导电材料于至少被移除的这些层的这些剩下部分之中。9.根据权利要求8所述的方法，更包括通过从这些垂直的第一绝缘材料结构移除该第一绝缘材料，以再形成多个该孔洞。10.根据权利要求9所述的方法，更包括进行一不对称刻蚀工艺，以移除沉积于已确认的这些字线位置之外的任何沉积的导电材料。11.根据权利要求10所述的方法，更包括沉积该第一绝缘材料于再形成的这些孔洞中。12.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大弘，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71