一种半导体晶体管的制备方法和结构技术

本发明专利技术教示一种半导体晶体管的制备方法和结构，包括，半导体衬底；栅极结构，位于半导体衬底的上表面，包括栅极导电层及位于栅极导电层上的栅极绝缘层；栅绝缘侧壁，位于栅极结构的侧壁；栓导电结构，位于栅极结构的两侧，各栓导电结构之间通过空气绝缘结构或绝缘层进行电学隔离；空气侧壁，位于栓导电层及所述栅绝缘侧壁之间，空气侧壁包括空气间隙和绝缘封口层，空气间隙通过所述绝缘封口层密封。与现有技术相比，空气间隙和空气间隔室的引入不仅降低了栅极和栓导电结构之间的寄生电容，而且降低了栓导电结构和栓导电结构之间的寄生电容，改善了晶体管的稳定性和可靠性，为晶体管尺寸的进一步缩小提供了一种有效的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体晶体管的制备方法和结构
本专利技术涉及一种半导体器件的制造工艺，特别是涉及一种半导体晶体管的制备方法和结构。
技术介绍
金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)是集成电路中使用最普遍的单元。由于MOSFET在正常工作状态下，栅极、源极及漏极的电压都不相等所以他们之间的电场存在着一耦合作用，这种耦合作用就表现为他们之间有电容的存在。随着集成电路的发展，器件小型化是必然的趋势，但工艺中寄生电容不随器件尺寸的减小而成比例的减小，而本证电容随着器件尺寸的减小而成比例的减小，这样寄生电容在总电容中的占的比例就大大增加了，严重影响了器件的稳定性和可靠性，因此对小尺寸器件寄生电容的研究就更有意义。随着动态随机存储器(DRAM，DynamicRandomAccessMemory)的工艺缩小到纳米尺度，在元件大幅缩小的条件下，改善栅极和源漏极电极间的寄生电容是一大挑战，栅极和源漏极等效于一个平行板电容器的两个极板，在平行板电容器中，电容C，平行板电容器的介电层的介电系数k，极板面积A，极板间距d，极板电荷量Q，充放电电流I，充放电功率P，充放电能量W，充放电时间t，极板间电压V之间存在以下关系：C＝kA/d，Q＝It，C＝Q/V，P＝W/t＝IV，对于一个特定的器件，我们假设极板电压、充放电电流，极板面积和极板间距离不变的情况下，由此可以推导出电阻电容延迟t∝C∝k，开关能量W∝C∝k，从中可以看出选用一种介电系数低的间隔层，可以有效降低栅极和漏源极之间的寄生电容，进而降低电容电阻延迟和减少开关能耗。图1是一现有技术的MOSFET的结构示意图，包括半导体衬底11’，栅极导电层121’，栅极绝缘层122’，栅绝缘侧壁13’，栓结构，所述栅绝缘侧壁13’依次由氮化硅层131’，氧化硅层132’及氮化硅层131’组成，所述栓结构由栓导电结构15’和栓绝缘结构16’沿所述栅绝缘侧壁13’的长度方向重复排列组成，所述栓绝缘结构16’为绝缘层162’，所述氮化硅层131’介电常数(k:7.8)和所述氧化硅层132’介电常数(k:3.9)较高，这将不利于降半导体晶体管中的寄生电容，影响器件的可靠性和稳定性。因此，如何降低栅极和栓导电结构之间的寄生电容，以及栓导电结构和栓导电结构之间的寄生电容，提高半导体器件的可靠性，已成为本领域技术人员亟待解决的一个重要问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体晶体管的制备方法和结构，用于解决现有技术中栅极和栓导电结构之间，以及栓导电结构和栓导电结构之间的寄生电容大的问题，提高器件稳定性和可靠性。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述半导体晶体管结构的制备方法至少包含以下步骤：步骤S1、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成栅极导电层和栅极绝缘层，通过刻蚀形成栅极结构；步骤S2、于所述栅极结构的侧壁依次形成栅绝缘侧壁和牺牲侧壁，相邻的两所述牺牲侧壁围成第一凹槽；步骤S3、于所述牺牲侧壁围成的所述第一凹槽中形成栓导电层，通过刻蚀形成由若干第二凹槽隔离的若干栓导电结构；步骤S4、于所述栓导电结构之间的所述第二凹槽中形成栓绝缘结构；步骤S5、去除所述牺牲侧壁，以于所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间形成空气间隙；步骤S6、于所述空气间隙内形成绝缘封口层，以将所述空气间隙封闭成空气侧壁。优选地，于所述栓导电结构之间形成所述栓绝缘结构的方法包括：在步骤S4中，于所述牺牲侧壁、所述栓导电结构的侧壁及所述半导体衬底的上表面形成栓绝缘侧壁，所述栓绝缘侧壁包围形成空气间隔室；并在步骤S6形成所述绝缘封口层的同时，将所述空气间隔室封闭成空气绝缘结构。优选地，于各栓导电结构之间形成所述栓绝缘结构的方法包括：在步骤S4中，于所述牺牲侧壁、所述栓导电结构的侧壁及所述半导体衬底的上表面包围的所述第二凹槽中填充形成绝缘层。优选地，形成所述绝缘封口层的方法包括原子层沉积，通过多个沉积过程的循环实现原子层沉积，其中单个循环的沉积过程包括第一前驱体在所述空气间隙的侧壁表面化学吸附形成单原子层，通过惰性气体吹洗去除多余的所述第一前驱体，第二前驱体与所述单原子层发生反应形成绝缘封口膜层，通过惰性气体吹洗去除多余的所述第二前驱体及副产物。优选地，所述第一前驱体以脉冲的方式进入反应腔，并化学吸附在所述空气间隙的侧壁表面，此时机台后端主阀打开比率介于60％至100％。优选地，所述第一前驱体以脉冲的方式进入反应腔，在所述空气间隙的侧壁表面化学吸附反应的时间介于1秒至3秒之间。优选地，采用原子层沉积法沉积氮化硅形成所述绝缘封口层，第一前驱体包括二氯化硅烷，第二前驱体包括氨气，单个循环的沉积时间介于20秒至60秒之间，过程温度介于400度至700度之间。优选地，采用原子层沉积法沉积二氧化硅形成所述绝缘封口层，第一前驱体包括单丙基胺硅，第二前驱体包括氧气，单个循环的沉积时间介于20秒至60秒之间，过程温度为室温。本专利技术还提供一种半导体晶体管结构，所述半导体晶体管结构至少包括：半导体衬底；栅极结构，位于所述半导体衬底的上表面，包括栅极导电层及位于所述栅极导电层上的栅极绝缘层；栅绝缘侧壁，位于所述栅极结构的侧壁；栓导电结构，位于所述栅极结构的两侧，相邻的所述栓导电结构之间通过栓绝缘结构进行电学隔离；其中，所述栓导电结构和所述栅极结构之间的间隙大于所述栅绝缘侧壁的沉积厚度，以于所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间形成空气间隙；及，第一绝缘封口层，形成于所述空气间隙上，以将所述空气间隙封闭成空气侧壁，由于空气介电常数小，所述空气侧壁可有效降低栅极和栓导电结构之间的寄生电容，降低电阻电容延迟，进而增加开关速度，降低开关能量。优选地，所述第一绝缘封口层局部填入在所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间的空气间隙开口，所述第一绝缘封口层的往内填入深度不超过水平于所述栅极导电层顶面的平面高度。优选地，所述第一绝缘封口层的第一顶面、所述栅绝缘侧壁的第二顶面、所述栓导电结构的第三顶面及所述栅极结构的所述栅极绝缘层的第四顶面形成于同一研磨平面，用以确保所述半导体晶体管结构在一相对低高度下还保持所述空气侧壁仍被气密封闭。优选地，所述栓绝缘结构具有第五顶面，亦形成于同一研磨平面。优选地，所述栓绝缘结构的第五顶面包含绝缘层的实体表面，所述绝缘层填充形成于由相邻所述栓导电结构和相邻所述空气侧壁包围的第二凹槽中。优选地，所述栓绝缘结构的第五顶面包含栓绝缘侧壁的环形表面及在所述环形表面包围内的第二绝缘封口层的表面，所述栓绝缘侧壁连接相邻所述栓导电结构的端缘并形成于所述栓导电结构的侧壁及所述半导体衬底的上表面，以包围形成空气间隔室；所述第二绝缘封口层将所述空气间隔室封闭成空气绝缘结构，由于空气介电常数小，所述空气绝缘结构可有效降低栅极和栓导电结构之间的寄生电容，降低电阻电容延迟，进而增加开关速度，降低开关能量。优选地，所述第二绝缘封口层局部填入所述栓绝缘侧壁包围形成的空气间隔室开口，所述第二绝缘封口层的往内填入深度不超过水平于所述栅极导电层顶面的平面高度，所述第二绝缘封口层的材料选自于由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述半导体晶体管结构的制备方法至少包含以下步骤：步骤S1、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成栅极导电层和栅极绝缘层，通过刻蚀形成栅极结构；步骤S2、于所述栅极结构的侧壁依次形成栅绝缘侧壁和牺牲侧壁，相邻的两所述牺牲侧壁围成第一凹槽；步骤S3、于所述牺牲侧壁围成的所述第一凹槽中形成栓导电层，通过刻蚀形成由若干第二凹槽隔离的若干栓导电结构；步骤S4、于所述栓导电结构之间的所述第二凹槽中形成栓绝缘结构；步骤S5、去除所述牺牲侧壁，以于所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间形成空气间隙；步骤S6、于所述空气间隙上形成绝缘封口层，以将所述空气间隙封闭成空气侧壁。

【技术特征摘要】
1.一种半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述半导体晶体管结构的制备方法至少包含以下步骤：步骤S1、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成栅极导电层和栅极绝缘层，通过刻蚀形成栅极结构；步骤S2、于所述栅极结构的侧壁依次形成栅绝缘侧壁和牺牲侧壁，相邻的两所述牺牲侧壁围成第一凹槽；步骤S3、于所述牺牲侧壁围成的所述第一凹槽中形成栓导电层，通过刻蚀形成由若干第二凹槽隔离的若干栓导电结构；步骤S4、于所述栓导电结构之间的所述第二凹槽中形成栓绝缘结构；步骤S5、去除所述牺牲侧壁，以于所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间形成空气间隙；步骤S6、于所述空气间隙上形成绝缘封口层，以将所述空气间隙封闭成空气侧壁。2.如权利要求1所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，于所述栓导电结构之间形成所述栓绝缘结构的方法包括：在步骤S4中，于所述牺牲侧壁、所述栓导电结构的侧壁及所述半导体衬底的上表面形成栓绝缘侧壁，所述栓绝缘侧壁包围形成空气间隔室；并在步骤S6形成所述绝缘封口层的同时，将所述空气间隔室封闭成空气绝缘结构。3.如权利要求1所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，于各栓导电结构之间形成所述栓绝缘结构的方法包括：在步骤S4中，于所述牺牲侧壁、所述栓导电结构的侧壁及所述半导体衬底的上表面包围的所述第二凹槽中填充形成绝缘层。4.如权利要求1、2或3所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，形成所述绝缘封口层的方法包括原子层沉积，通过多个沉积过程的循环实现原子层沉积，其中单个循环的沉积过程包括第一前驱体在所述空气间隙的侧壁表面化学吸附形成单原子层，通过惰性气体吹洗去除多余的所述第一前驱体，第二前驱体与所述单原子层发生反应形成绝缘封口膜层，通过惰性气体吹洗去除多余的所述第二前驱体。5.如权利要求4所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体以脉冲的方式进入反应腔，并化学吸附在所述空气间隙的侧壁表面，此时机台后端主阀打开比率介于60％至100％之间。6.如权利要求4所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体以脉冲的方式进入反应腔，在所述空气间隙的侧壁表面化学吸附反应的时间介于1秒至3秒之间。7.如权利要求4所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，采用原子层沉积法沉积氮化硅形成所述绝缘封口层，第一前驱体包括二氯化硅烷，第二前驱体包括氨气，单个循环的沉积时间介于20秒至60秒之间，过程温度介于400度至700度之间。8.如权利要求4所述的半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于，采用原子层沉积法沉积二氧化硅以形成所述绝缘封口层，第一前驱体包括单丙基胺硅，第二前驱体包括氧气，单个循环的沉积时间介于20秒至60秒之间，过程温度包括25度。9.一种半导体晶体管结构，其特征在于，所述半导体晶体管结构至少包括：半导体衬底；栅极结构，位于所述半导体衬底的上表面，包括栅极导电层及位于所述栅极导电层上的栅极绝缘层；栅绝缘侧壁，位于所述栅极结构的侧壁；栓导电结构，位于所述栅极结构的两侧，相邻的所述栓导电结构之间通过栓绝缘结构进行电学隔离；其中，所述栓导电结构和所述栅极结构之间的间隙大于所述栅绝缘侧壁的沉积厚度，以于所述栅绝缘侧壁及所述栓导电结构之间形成空气间隙；及，第一绝缘封口层，形...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：睿力集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34