CN113506738A - T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法 - Google Patents

T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法，所述T型双沟道晶体管的制造方法包括：提供一晶圆，所述晶圆具有多个晶体管形成区域，每一晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁；分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极；在所述晶体管柱的第一端，形成源极；在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，其中，第一端和第二端分别为晶体管柱在第二方向上相对的两端，第二方向为所述晶圆的厚度方向，第二方向垂直于第一方向；所述源极和所述漏极之间的晶体管柱构成所述T型双沟道晶体管的双沟道区。

Description

T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法
技术领域
本申请涉及半导体领域，涉及但不限于一种T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法。
背景技术
晶体管在电子设备中被广泛地用作开关器件或驱动装置。例如，晶体管可以用于动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)中，用于控制每一DRAM存储单元中的电容。
相关技术中，晶体管的结构主要为平面晶体管和填埋式沟道晶体管，而不论是平面晶体管结构还是填埋式沟道晶体管结构，其源极(Source，S)和漏极(Drain，D)均位于栅极(Gate，G)的水平两侧，这种结构下源极和漏极分别占用了不同的位置，使得晶体管的面积较大。另外，在存储器件中，晶体管的源极和漏极形成后会分别连接不同的结构，当源极和漏极位于栅极的水平两侧时，容易导致存储器内部的电路布线复杂，制造工艺难度大。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法。
第一方面，本申请实施例提供一种T型双沟道晶体管的制造方法，所述方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆具有多个晶体管形成区域，每一所述晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一所述晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁；
分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极；
在所述晶体管柱的第一端，形成源极；
在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，其中，所述第一端和所述第二端分别为所述晶体管柱在第二方向上相对的两端，所述第二方向为所述晶圆的厚度方向，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述源极和所述漏极之间的晶体管柱构成所述T型双沟道晶体管的双沟道区。
在一些实施例中，所述晶体管形成区域通过以下方式形成：
沿所述第二方向，以所述晶圆的第一面为刻蚀起点，对所述晶圆进行部分刻蚀，形成由多个硅柱组成的网格状刻蚀沟槽；其中，每一所述硅柱具有第一预设厚度，所述第一预设厚度小于所述晶圆的初始厚度；所述晶圆的第一面为所述晶圆沿所述第二方向的任意一个面；
在所述网格状刻蚀沟槽中沉积绝缘材料，形成包围每一所述硅柱的绝缘层；
刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，得到所述晶体管形成区域。
在一些实施例中，所述刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，包括：
沿第三方向，对所述硅柱和所述绝缘层的两侧进行部分刻蚀处理，去除在所述第一方向具有第一预设厚度，且在所述第二方向上具有所述第二预设厚度的硅柱；以及，
去除在所述第一方向具有所述第一预设厚度，且在所述第二方向上具有第三预设厚度的绝缘层，形成在所述第二方向上具有第四预设厚度的台阶侧壁的晶体管柱、和与所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁相邻的刻蚀沟槽；
其中，所述第一预设厚度小于所述硅柱在所述第一方向上的初始厚度的二分之一；所述第二预设厚度小于所述第三预设厚度，且所述第二预设厚度与所述第四预设厚度之和等于所述第三预设厚度。
在一些实施例中，所述分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极，包括：
通过原位氧化的方式，分别在所述晶体管柱的所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上形成具有所述台阶结构的初始栅极氧化层；
在每一所述刻蚀沟槽中沉积多晶硅材料，形成多晶硅层；
在所述第二方向上，对每一所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和每一所述多晶硅层同时进行刻蚀处理，去除所述第二方向上的部分厚度的所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和所述多晶硅层，形成所述具有台阶结构的栅极氧化层和所述栅极。
在一些实施例中，在形成所述栅极氧化层和所述栅极之后，所述方法还包括：
在每一所述刻蚀沟槽中沉积所述绝缘材料，形成隔离层；其中，所述隔离层、所述栅极和所述台阶侧壁在第三方向上的厚度之和，与所述晶体管柱在所述第三方向上的厚度相等。
在一些实施例中，在形成所述漏极之前，所述方法还包括：
从所述晶圆的第二面开始，对所述晶圆进行减薄处理，直至暴露出所述晶体管柱的第二端为止；其中，所述晶圆的第二面是与所述晶圆的第一面相对的一面。
在一些实施例中，所述在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，包括：
对所述晶体管柱的第二端进行离子注入，形成在所述第二方向上具有第五预设厚度的所述漏级；其中，所述第五预设厚度小于或等于所述第四预设厚度。
第二方面，本申请实施例提供一种T型双沟道晶体管，所述晶体管包括：
双沟道区；
源极，位于所述双沟道区的第一端；
漏极，位于所述双沟道区的第二端，其中，所述第一端和所述第二端分别为所述双沟道区在第二方向上相对的两端，所述第二方向为形成所述双沟道区的晶圆的厚度方向；所述源极、所述漏极和所述双沟道区形成T型结构；
双栅极，位于所述双沟道区的两侧，且每一所述栅极与所述双沟道区对应；
具有台阶结构的栅极氧化层，位于所述双沟道区与每一所述栅极之间。
第三方面，本申请实施例提供一种半导体器件的形成方法，所述方法包括：
形成至少一个存储器单元，其中，每一所述存储器单元至少包括：T型双沟道晶体管；所述T型双沟道晶体管包括：栅极、源极和漏极；所述T型双沟道晶体管通过T型双沟道晶体管的制造方法制造；
形成字线，所述字线与所述T型双沟道晶体管的栅极连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管导通或截止；
形成位线，所述位线与所述T型双沟道晶体管的源极或者漏极连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
第四方面，本申请实施例提供一种半导体器件，包括：至少一个存储器单元、字线和位线，每一所述存储器单元至少包括：T型双沟道晶体管；所述T型双沟道晶体管至少包括：栅极、源极和漏极；
所述字线与所述T型双沟道晶体管的栅极连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管导通或截止；
所述位线与所述T型双沟道晶体管的源极或者漏极连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
本申请实施例提供的T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法，由于形成的T型双沟道晶体管的源极和漏极分别位于沟道区在第二方向上的第一端和第二端，而第二方向为形成沟道区的晶圆的厚度方向，如此，极大地缩小了晶体管的面积，且本申请实施例提供的T型双沟道晶体管可以用于形成存储器，由于晶体管的漏极和源极位于晶圆的不同面，如此，可以将存储器中源极和漏极所连接的不同结构分别设计在晶圆的两个面中，即分别设计在晶圆相对的两个面中，从而简化了存储器内部的电路布局，降低了存储器制造的工艺难度。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1A为相关技术中平面晶体管的结构示意图；
图1B为相关技术中填埋式沟道晶体管的结构示意图；
图1C为相关技术中采用平面晶体管形成的DRAM存储单元；
图1D为相关技术中采用填埋式沟道晶体管结构形成的DRAM存储单元；
图2为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的一种可选的结构示意图；
图3A为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的制造方法的一个可选的流程示意图；
图3B为本申请实施例提供的网格状刻蚀沟槽沿第二方向的剖面图；
图3C为本申请实施例提供的网格状刻蚀沟槽的沿第二方向的俯视图；
图3D为本申请实施例提供的形成绝缘层的结构示意图；
图3E为本申请实施例提供的形成晶体管柱的俯视图；
图3F为本申请实施例提供的晶体管形成区域的结构示意图；
图3G为本申请实施例提供的形成具有台阶结构的初始栅极氧化层的结构示意图；
图3H为本申请实施例提供的形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极的结构示意图；
图3I为本申请实施例提供的形成隔离层的结构示意图；
图3J为本申请实施例提供的形成源极的结构示意图；
图3K为本申请实施例提供的对晶圆的第二面进行减薄后的晶体管的结构示意图；
图3L为本申请实施例提供的形成漏极的结构示意图；
图3M为本申请实施例提供的形成漏极的结构示意图；
图3N为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图；
图3O为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图；
图3P为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图；
图3Q为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图；
图3R为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图；
图4A为本申请实施例提供的半导体器件的一种可选的结构示意图；
图4B为本申请实施例提供的半导体器件沿第二方向的俯视图；
图4C为本申请实施例提供的DRAM存储单元的一种可选的结构示意图；
图4D为本申请实施例提供的PCM存储单元的一种可选的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的半导体器件的形成方法的一种可选的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”或“单元”可以混合地使用。
相关技术中，主流的存储器晶体管结构主要为平面晶体管(Planar)和填埋式沟道晶体管(Buried Channel Array Transistor，BCAT)，而不论是平面晶体管还是填埋式沟道晶体管，其结构上源极和漏极均位于栅极的水平两侧。图1A为相关技术中平面晶体管的结构示意图，图1B为相关技术中填埋式沟道晶体管的结构示意图，如图1A和1B所示，相关技术中的晶体管的源极S和漏极D分别位于栅极G的水平两侧。这种结构下，源极和漏极分别占用了不同的位置，使得晶体管的面积较大。
另外，由于晶体管可以制备在硅衬底上，因此，晶体管可以被用在各种存储器中，例如：DRAM。通常，DRAM是由多个存储单元构成，每一个存储单元主要是由一个晶体管与一个由晶体管所操控的电容所构成，即1个晶体管1个电容C(1T1C)的存储单元。图1C为相关技术中采用平面晶体管形成的DRAM存储单元，图1D为相关技术中采用填埋式沟道晶体管结构形成的DRAM存储单元，如图1C和1D所示，DRAM存储单元中的晶体管的源极(或漏极)101与位线102连接，漏极(或源极)103与电容104连接。对于采用BCAT形成的芯片，通常使用板上芯片封装(Chips on Board，COB)的方式进行封装，以形成存储器。由于平面晶体管和填埋式沟道晶体管的源极和漏极分别位于栅极水平的两侧，因此，DRAM存储单元中的位线和电容也会位于栅极的同一侧，且后续工艺中还需要实现位线、晶体管和电容之间的连接，字线(Word line，WL)和晶体管之间连接等，从而导致存储器的存储阵列区中，电路布线较复杂，制造工艺难度较大。
基于相关技术中的存在的上述问题，本申请实施例提供一种T型双沟道晶体管及制造方法、半导体器件及制造方法，能够提供一种具有较小面积的T型双沟道晶体管结构，且通过本申请实施例提供的T型双沟道晶体管结构，可以简化存储器内部的电路布局，降低了存储器制造的工艺难度。
图2为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的一种可选的结构示意图，如图2所示，所述T型双沟道晶体管20包括：双沟道区201、源极202、漏极203、栅极204和具有台阶结构的栅极氧化层205。
其中，源极202位于双沟道区201的第一端；漏极203位于双沟道区201的第二端，其中，第一端和第二端分别为双沟道区在第一方向上相对的两端，所述第一方向为形成所述双沟道区的晶圆的厚度方向(如图2中的Z轴方向)。本申请实施例中，源极202和漏极203的位置可以互换。
栅极204为位于双沟道区201的两侧且对称的双栅极结构，且每一栅极204与双沟道区201对应，具有台阶结构的栅极氧化层205位于双沟道区201和每一栅极204之间。
本申请实施例中，从整体上来看，最终所形成的晶体管为T型双沟道晶体管，也就是说，晶体管的源级、漏极和双沟道区共同形成T型结构，其中，双沟道区可以是垂直的双沟道区，也可以是具有T型结构的双沟道区。当双沟道区为垂直的双沟道区时，位于双沟道区一侧的源级(或漏极)具有T型结构；当双沟道区为T型结构时，位于双沟道区一侧的源级(或漏极)具有平面型结构。当然，双沟道区也可以理解成由两个单沟道区合并形成的沟道区，即两个单沟道区连接形成了该双沟道区，其中每一单沟道区与一个栅极对应。
本申请实施例中，源极和漏极分别位于形成双沟道区的晶圆厚度方向上的相对的两端，即本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的源极和漏极位于晶圆的相对的两个面中，如此，极大地缩小了晶体管的面积。
本申请实施例所提供的T型双沟道晶体管可以通过下述实施例提供的T型双沟道晶体管的制造方法形成。
图3A为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的制造方法的一个可选的流程示意图，如图3A所示，所述T型双沟道晶体管的制造方法包括以下步骤：
步骤S301、提供一晶圆，所述晶圆具有多个晶体管形成区域，每一所述晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一所述晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁。
步骤S302、分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极。
步骤S303、在所述晶体管柱的第一端，形成源极。
步骤S304、在所述晶体管柱的第二端，形成漏极。
其中，在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，其中，所述第一端和所述第二端分别为所述晶体管柱在第二方向上相对的两端，所述第二方向为所述晶圆的厚度方向，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述源极和所述漏极之间的晶体管柱构成所述T型双沟道晶体管的双沟道区。
接下来请参考图3B至图3M，对本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的制造方法进行进一步地详细说明。
本申请实施例中，所述T型双沟道晶体管形成区域为晶圆上用于形成所述晶体管的区域，每一所述T型双沟道晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁，其中，第一台阶侧壁(或第二台阶侧壁)可以由垂直的两个面形成，例如第一台阶侧壁(或第二台阶侧壁)可以由一竖直面和一水平面形成，且竖直面垂直于水平面；或者，第一台阶侧壁(或第二台阶侧壁)也可以由具有一定夹角的两个面形式，例如第一台阶侧壁(或第二台阶侧壁)可以由一竖直面和一平面形成，且竖直面与平面之间具有预设夹角，预设夹角可以是大于0度且小于90度的任意角度，或者也可以是大于90度且小于135度的任意角度。本申请实施例中，所述晶体管形成区域还具有包裹所述晶体管柱其它侧壁的绝缘层。
下面，请参考图3B至图3E，执行步骤S301中的步骤：提供一晶圆，所述晶圆具有多个晶体管形成区域，每一所述晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一所述晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁。在一些实施例中，所述T型双沟道晶体管形成区域通过以下步骤形成：
步骤S3011、沿所述第二方向，以所述晶圆的第一面为刻蚀起点，对所述晶圆进行部分刻蚀，形成由多个硅柱组成的网格状刻蚀沟槽。
其中，每一所述硅柱具有第一预设厚度，所述第一预设厚度小于所述晶圆的初始厚度；所述晶圆的第一面为所述晶圆沿所述第二方向的任意一个面。
这里，定义所述晶圆的厚度方向为第二方向。在晶圆的顶表面或底表面中定于两彼此相交的第一方向和第三方向，基于所述第一方向和所述第三方向可以确定出晶圆的顶表面或者底表面。
在一些实施例中，所述第三方向与所述第二方向和所述第一方向两两相互垂直。需要说明的是，在其他实施例中，所述第三方向也可以不与所述第二方向垂直，所述第三方向与所述第二方向之间的夹角可以为任意角度。
这里，所述第一方向可以为X轴方向，所述第二方向可以为Z轴方向，所述第三方向可以为Y轴方向。
图3B为本申请实施例提供的网格状刻蚀沟槽沿第二方向的剖面图，图3C为本申请实施例提供的网格状刻蚀沟槽的沿第二方向的俯视图，结合图3B和3C，可以看出，沿第二方向，以所述晶圆的第一面30-1为刻蚀起点，对晶圆30进行部分刻蚀，形成由多个硅柱301组成的网格状刻蚀沟槽31，其中，每一硅柱301位于网格中的交点处，任意两个相邻硅柱之间存在相等的间隙。本申请实施例中，每一所述硅柱301在Z轴方向具有第一预设厚度A，所述第一预设厚度小于所述晶圆的初始厚度B；所述晶圆的第一面30-1为所述晶圆沿Z轴方向的任意一个面，晶圆的第二面30-2为沿Z轴方向与晶圆的第一面30-1对应的面。
这里，可以采用干法刻蚀工艺对晶圆进行刻蚀，例如，等离子体刻蚀工艺或者反应离子刻蚀工艺。值得注意的是，本申请实施例中，对所述晶圆的刻蚀是在所述晶圆的厚度方向上进行的部分刻蚀，即所述刻蚀过程不会将晶圆刻穿。
步骤S3012、在所述网格状刻蚀沟槽中沉积绝缘材料，形成包围每一所述硅柱的绝缘层。
本申请实施例中，所述绝缘材料可以是二氧化硅材料或其他绝缘材料。图3D为本申请实施例提供的形成绝缘层的结构示意图，如图3D所示，在网格状刻蚀沟槽31中沉积绝缘材料SiO2，每一硅柱301的周围都填充有绝缘材料SiO2，形成绝缘层302。
需要说明的是，在实际沉积绝缘材料的过程中，绝缘材料SiO2会覆盖在硅柱301的表面，通常在沉积完成后，采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，打磨去除多余的绝缘材料SiO2，以暴露出硅柱301的表面。
步骤S3013、刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，得到所述晶体管形成区域。
在一些实施例中，刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，得到所述晶体管形成区域，包括：沿第三方向，对所述硅柱和所述绝缘层的两侧进行部分刻蚀处理，去除在所述第一方向具有第一预设厚度，且在所述第二方向上具有所述第二预设厚度的硅柱；以及，去除在所述第一方向具有所述第一预设厚度，且在所述第二方向上具有第三预设厚度的绝缘层，形成在所述第二方向上具有第四预设厚度的台阶侧壁的晶体管柱、和与所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁相邻的刻蚀沟槽；其中，所述第一预设厚度小于所述硅柱在所述第一方向上的初始厚度的二分之一；所述第二预设厚度小于所述第三预设厚度，且所述第二预设厚度与所述第四预设厚度之和等于所述第三预设厚度。
基于图3D，图3E为本申请实施例提供的形成晶体管柱的俯视图，图3F为本申请实施例提供的晶体管形成区域的结构示意图，如图3E和图3F所示，沿Z轴方向，对硅柱301和绝缘层302中的部分绝缘层303的两侧进行部分刻蚀处理(这里，部分绝缘层是指一个晶体管形成区域中的绝缘层，如图3E中303所示)，去除在所述第一方向具有第一预设厚度C，且在所述第二方向上具有所述第二预设厚度E的硅柱；以及，去除在所述第一方向具有所述第一预设厚度C，且在所述第二方向上具有第三预设厚度F的绝缘层，得到刻蚀沟槽304,形成在所述第二方向上具有第四预设厚度G的台阶侧壁的晶体管柱305、和与所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁相邻的刻蚀沟槽304(图3G未示出)，进而形成了晶体管形成区域30'(如图3E中虚线框所示)，其中，所述晶体管柱305两侧具有裸露的第一台阶侧壁305-1和第二台阶侧壁305-2。
本申请实施例中，所述第一预设厚度C小于所述硅柱302在所述X轴方向上的初始尺寸D的二分之一；所述第二预设厚度E小于所述第三预设厚度F，且所述第二预设厚度E与所述第四预设厚度G之和等于所述第三预设厚度F。
需要说明的是，一个晶圆上会形成很多个晶体管，因此，一个晶圆中存在多个晶体管形成区域，本申请实施例中，为了便于说明，只是示例性地示出了有限个数的晶体管形成区域。
接下来请参见图3F和图3H，执行步骤S302，分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极。
在一些实施例中，在执行步骤S302之前，所述晶体管的制造方法还包括：
步骤S10、在每一所述刻蚀沟槽的底部沉积所述绝缘材料，形成第三绝缘层。
在一些实施例中，请继续参照图3F，在每一刻蚀沟槽(图3F中未示出)中绝缘层在X轴方向上的投影位置的底部沉积绝缘材料，形成厚度为H的第三绝缘层(图3F中未示出)，所述第三绝缘层的厚度与晶体管柱305的台阶侧壁的厚度I相同。
这里，所述第三绝缘层的材料包括但不限于以下任意一种：氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或者二氧化硅。
下面，以晶圆上的一个晶体管柱为例，说明后续的形成过程。
在一些实施例中，在形成第三绝缘层之后，执行上述形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极的过程，所述在每一所述晶体管柱的台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极，包括以下步骤：
步骤S3021、通过原位氧化的方式，分别在所述晶体管柱的所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上形成具有所述台阶结构的初始栅极氧化层。
图3G为本申请实施例提供的形成具有台阶结构的初始栅极氧化层的结构示意图，如图3F和图3G所示，这里，可以通过加热或者加压的方式，将所述晶体管柱305暴露的部分第一台阶侧壁305-1和第二台阶侧壁305-2进行原位氧化，形成初始栅极氧化层306。
步骤S3022、在每一所述刻蚀沟槽中沉积多晶硅材料，形成多晶硅层。
这里，可以通过化学气相沉积Chemical Vapor Deposition，PVD)、物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)或者原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)的工艺在沉积了第三绝缘层后的刻蚀沟槽中沉积多晶硅材料形成多晶硅层。
步骤S3023、在所述第二方向上，对每一所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和每一所述多晶硅层同时进行刻蚀处理，去除所述第二方向上的部分厚度的所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和所述多晶硅层，形成所述具有台阶结构的栅极氧化层和所述栅极。
图3H为本申请实施例提供的形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极的结构示意图，如图3H所示，沿Z轴方向，对上述形成的具有台阶结构的初始栅极氧化层306和多晶硅层同时进行部分刻蚀处理，得到具有台阶结构的栅极氧化层307和栅极308。本申请实施例中，可以采用干法刻蚀技术，刻蚀所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和所述多晶硅层。
在一些实施例中，在形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极之后，所述晶体管的制造方法还包括：
步骤S11、在每一所述刻蚀沟槽中沉积所述绝缘材料，形成隔离层；其中，所述隔离层、所述栅极和所述台阶侧壁在第三方向上的厚度之和，与所述晶体管柱在所述第三方向上的厚度相等。
这里，所述隔离层的材料包括但不限于以下任意一种：氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或者二氧化硅；所述隔离层与绝缘层的材料相同或不同。
在一些实施例中，在形成隔离层时，绝缘材料会覆盖在硅柱的表面，通常在沉积完成后，采用CMP工艺，打磨去除多余的绝缘材料，以暴露出硅柱的表面。
图3I为本申请实施例提供的形成隔离层的结构示意图，如图3I所示，所述隔离层309位于晶体管柱305和刻蚀后的绝缘层在X轴方向上的投影区域内，且隔离层309、栅极308和晶体管柱305的台阶侧壁在Z轴方向上的厚度之和，与晶体管柱305在Z轴方向上的厚度相等。
接下来参考图3J，执行步骤S303，在所述晶体管柱的第一端，形成源极。
这里，所述晶体管柱的第一端为晶体管柱在Z轴方向上的一端。图3J为本申请实施例提供的形成源极的结构示意图，如图3L所示，通过对晶体管柱的第一端进行注入，从而形成源极310。
在一些实施例中，所述源极的形状包括以下任意一种：方形、半圆形、三角形或任意多边形。
在一些实施例中，在执行步骤S304之前，所述晶体管的制造方法还包括：
步骤S12、从所述晶圆的第二面开始，对所述晶圆进行减薄处理，直至暴露出所述晶体管柱的第二端为止；其中，所述晶圆的第二面是与所述晶圆的第一面相对的一面。
这里，请继续参见图3J，所述晶圆的第二面30-2是与所述晶圆的第一面30-1相对的一面。本申请实施例中，在对晶圆的第二面进行减薄处理之前，需要先将晶圆的第一面固定在一支撑结构上，防止在对晶圆的第二面30-2进行减薄时，破坏晶体管的结构。
所述第一端和所述第二端分别为所述晶体管柱在第一方向上相对的两端。图3K为本申请实施例提供的对晶圆的第二面进行减薄后的晶体管的结构示意图，如图3K所示，对晶圆的第二面进行减薄处理，暴露出了晶体管柱的第二端311'。
接下来，参考图3L，执行步骤S304，对所述晶体管柱的第二端进行离子注入，形成在所述第二方向上具有第五预设厚度的所述漏级。
图3L和图3M为本申请实施例提供的形成漏极的结构示意图，通过对晶体管柱的第二端311'进行离子注入，从而形成在Z轴方向上具有第五预设厚度I的漏极311；其中，如图3N所示，漏极311的厚度J小于台阶侧壁的厚度I；如图3M所示，漏极311的厚度J等于台阶侧壁的厚度I。
本申请实施例中，从整体上来看，最终所形成的晶体管为T型双沟道晶体管，也就是说，晶体管的源级、漏极和双沟道区共同形成T型结构，其中，双沟道区可以是垂直的双沟道区(如图3M所示)，也可以是具有T型结构的双沟道区(如图3L所示)。当双沟道区为垂直的双沟道区时，位于双沟道区一侧的源级(或漏极)具有T型结构；当双沟道区为T型结构时，位于双沟道区一侧的源级(或漏极)具有平面型结构。当然，双沟道区也可以理解成由两个单沟道区合并形成的沟道区，即两个单沟道区连接形成了该双沟道区，其中每一单沟道区与一个栅极对应。
在一些实施例中，本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的双沟道区平行于Z轴方向，源极、漏极和沟道(C)的横截面形状包括以下任意一种：长方形(正方形)、半圆形、三角形或任意多边形。
在一些实施例中，晶体管中T型双沟道为垂直方向，晶体管水平截面可以是长方形(正方形)，半圆型，三角形，以及多边形。晶体管中源极和漏极在晶体管的上下两端，因此，源极和漏极可以互换，源极和漏极可以分别在同一片晶圆的两个面进行加工处理，因此源极和漏极的形状可以不同。由于工艺需要，源极和漏极其中一端其水平截面可以是具有两条平行边的长方形(正方形)，割圆，以及多边形，源极和漏极其中另一端水平截面可以为任意形状。
图3N和3R为本申请实施例提供的T型双沟道晶体管沿第三方向的剖视图，如3N所示，所述T型双沟道晶体管的源极、漏极和沟道的横截面形状可以是长方形(正方形)；如3O所示，所述T型双沟道晶体管的源极、漏极和沟道的横截面形状可以是半圆形；如图3P所示，所述T型双沟道晶体管的源极、漏极和沟道的横截面形状可以是多边形；如图3Q所示，所述T型双沟道晶体管的源极、漏极和沟道的横截面形状可以是多边形；如图3R所示，所述T型双沟道晶体管的源极、漏极和沟道的横截面形状可以是割圆。
本申请实施例中，源极和漏极的位置可以互换，且本申请实施例形成的T型双沟道晶体管源极和漏极的形状可以相同，也可以不同。
通过本申请实施例提供的T型双沟道晶体管制造方法所形成的T型双沟道晶体管，由于源极和漏极分别位于沟道区在第一方向上的第一端和第二端，而第一方向为形成沟道区的晶圆的厚度方向，如此，极大地缩小了晶体管的面积。
在一些实施例中，当本申请实施例提供的T型双沟道晶体管应用于存储器中时，由于T型双沟道晶体管的漏极和源极位于晶圆的不同面，如此，可以将存储器中源极和漏极所连接的不同结构分别设计在晶圆的两个面中，从而简化了存储器内部的电路布局，降低了存储器制造的工艺难度。
本申请实施例提供一种半导体器件，图4A为本申请实施例提供的半导体器件的一种可选的结构示意图，图4B为本申请实施例提供的半导体器件沿第二方向的俯视图，如图4A和4B所示，所述半导体器件40包括：至少一个存储器单元、字线402(图4A未示出)和位线403。
其中，每一所述存储器单元包括至少一个T型双沟道晶体管401，所述T型双沟道晶体管401至少包括双栅极G、源极S和漏极D。
所述T型双沟道晶体管401还包括双沟道区，每一所述T型双沟道晶体管的源极位于双沟道区的第一端；每一所述T型双沟道晶体管的漏极位于双沟道区的第二端；其中，所述第一端和所述第二端分别为所述双沟道区在第一方向上相对的两端，所述第一方向为形成所述双沟道区的晶圆的厚度方向。即本申请实施例中的T型双沟道晶体管401具有T型双沟道或垂直双沟道，且所述T型双沟道晶体管401的源极和漏极分别位于双沟道区的两端。
所述位线403与所述T型双沟道晶体管401的源极S或者漏极D连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
本申请实施例中，由于本申请实施例中的T型双沟道晶体管为双栅极结构，因此字线可以与双栅极的连接部位连接，如图4B所示，可以通过连接部位G-1连接双栅极G(图4B中未示出)，字线402与连接部位G-1连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管401导通或截止。
在一些实施例中，当所述T型双沟道晶体管401的源极S连接位线403时，所述T型双沟道晶体管的漏极接地；当所述T型双沟道晶体管401的漏极连接位线403时，所述T型双沟道晶体管的源极接地。
本申请实施例提供的半导体器件包括各种类型的存储器。例如，NAND闪存(Flash)、Nor Flash、DRAM、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)和相变存储器(Phase-Change Memory，PCM)。
在一些实施例中，当所述半导体器件为DRAM时，所述存储单元还包括：存储电容。
如图4C所示，图4C为本申请实施例提供的DRAM存储单元的一种可选的结构示意图，可以看出，DRAM存储单元40'中，存储电容404的一端与所述T型双沟道晶体管401的漏极或者源极连接，所述存储电容404的另一端接地，所述存储电容404用于存储写入所述存储器单元的数据。这里，字线与T型双沟道晶体管的双栅极的连接部位连接(图4C中未示出)。
在一些实施例中，当所述半导体器件为PCM时，所述存储单元还包括：可调电阻。
如图4D所示，图4D为本申请实施例提供的PCM存储单元的一种可选的结构示意图，可以看出，PCM存储单元40”中，可调电阻405连接于所述位线403和所述T型双沟道晶体管401的源极之间，或者，所述可调电阻405连接于所述位线403和所述T型双沟道晶体管401的漏极之间，所述可调电阻405用于通过所述位线提供的位线电压调节所述存储器单元中所存储的数据的状态。这里，字线与T型双沟道晶体管的双栅极的连接部位连接(图4D中未示出)。
在一些实施例中，当所述半导体器件包括多个所述存储器单元时，所述半导体器件为NAND Flash或Nor Flash。当多个所述存储器单元之间并联时，所述半导体器件为NorFlash；当多个所述存储器单元之间串联时，所述半导体器件为NAND Flash。
本申请实施例中，只是示例性地列举了一些常见的半导体器件，本申请的保护范围不限于此，任何包含本申请实施例提供的T型双沟道晶体管的半导体器件均属于本申请的保护范围。
本申请实施例中，通过将半导体器件的晶体管的结构设计为新型的具有竖直沟道的结构，缩小了存储单元的面积，提高存储单元的存储密度。同时，本申请实施例中的T型双沟道晶体管中源极和漏极位于竖直沟道区的上下两端，如此，在半导体器件的形成过程中，位线或其他结构可以分别设置于沟道区的竖直两面。例如，对于DRAM而言，DRAM存储单元的位线和电容可以分别设置于在同一片晶圆的两个面上，如此，可简化字线、位线和电容的电路排布，降低半导体器件的制造工艺难度。
本申请实施例提供一种半导体器件的形成方法，图5为本申请实施例提供的半导体器件的形成方法的一种可选的结构示意图，如图5所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S501、形成至少一个存储器单元，其中，每一所述存储器单元至少包括：T型双沟道晶体管。
步骤S502、形成字线，所述字线与所述T型双沟道晶体管的栅极连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管导通或截止。
步骤S503、形成位线，所述位线与所述T型双沟道晶体管的源极或者漏极连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
在一些实施例中，所述存储器单元中的T型双沟道晶体管通过以下步骤形成：
步骤S5010、通过刻蚀工艺将第一晶圆的第一面部分区域的硅去除一定厚度(对应上述实施例中的第一预设厚度)，形成中间为硅柱的网格状的沟槽(对应上述实施例中的网格状刻蚀沟槽)，在沟槽中填充二氧化硅(对应上述实施例中的绝缘层)后经化学机械研磨露出硅柱的表面。
步骤S5011、通过刻蚀工艺将第一晶圆的第一面部分区域的硅去除一定厚度，形成沟槽一结构(对应上述实施例中的第一刻蚀沟槽)。
步骤S5012、在沟槽内形成氮化硅，以作为侧面的隔离(spacer)结构(对应上述实施例中的绝缘层)。
步骤S5013、通过刻蚀工艺将第一面部分区域的硅(对应上述实施例中的硅柱)和氮化硅(对应上述实施例中的绝缘层)去除一定厚度，形成双沟槽结构(对应上述实施例中的刻蚀沟槽)，此双沟槽深度比沟槽一浅。
步骤S5014、在沟槽的侧壁和底部(对应上述实施例中的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁)通过原位生长的方式，形成氧化硅以作为栅极氧化层(对应上述实施例中具有台阶结构的初始栅极氧化层)。
步骤S5015、在沟槽内填充多晶硅(对应上述实施例中形成多晶硅层)，并通过刻蚀的方式将顶部的多晶硅去除一定的深度，然后去除顶部裸漏的氧化硅(对应上述实施例中的步骤S2023)。
步骤S5016、在沟槽二的顶部形成氮化硅并研磨平整，直到露出硅表面，以作为顶部的隔离结构(对应上述实施例中的形成隔离层)；
步骤S5017、通过离子注入在步骤S5011中预留的晶体管区域(对应上述实施例中晶体管柱的第一端)中形成源极端。
步骤S5018、在第一晶圆的第一面通过各种工艺形成后续的相应结构；然后将第一晶圆与第二晶圆键合，最后将第一晶圆的背面的硅进行减薄，保证沟槽区域要有一定厚度的硅存留，直到暴露出第一晶圆的第二面(对应上述实施例中的晶体管柱的第二端)。
这里，所述后续相应的结构包括：形成位线、形成电阻或者形成电容等结构。所述第二晶圆中设置有各种逻辑电路和传感器等元件，所述第二晶圆与所述第一晶圆共同形成存储器。
在一些实施例中，晶圆键合工艺的实现过程在背面硅减薄工艺之前，第二晶圆在减薄过程中为第一晶圆提供支撑作用，防止第一晶圆在减薄过程中的损坏。
步骤S5019、在第一晶圆的第二面，通过离子注入在步骤S5011中与源极相对的位置(对应上述晶体管柱的第二端)形成漏极，最后在第一晶圆的第二面形成后续的相应结构。
这里，所述后续相应的结构包括：形成位线、形成电阻或者形成电容等结构。
本申请实施例中，通过在预设字线位置和预设位线位置形成金属线来实现字线和位线。所述金属线包括但不限于钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅、硅化物或其任何组合。
本申请实施例中，通过将半导体器件的晶体管的结构设计为新型的具有竖直沟道的晶体管结构，缩小了存储单元的面积，提高存储单元的存储密度。同时，本申请实施例中的T型双沟道晶体管中源极和漏极位于竖直沟道区的上下两端，如此，在半导体器件的形成过程中，位线或其他结构可以分别设置于双沟道区的竖直两面。例如，对于DRAM而言，DRAM存储单元的位线和电容可以分别设置于在同一片晶圆的两个面上，如此，可简化字线、位线和电容的电路排布，降低半导体器件的制造工艺难度。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过非目标的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种T型双沟道晶体管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆具有多个晶体管形成区域，每一所述晶体管形成区域具有一晶体管柱，每一所述晶体管柱在第一方向上具有相对裸露的第一台阶侧壁和第二台阶侧壁；
分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极；
在所述晶体管柱的第一端，形成源极；
在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，其中，所述第一端和所述第二端分别为所述晶体管柱在第二方向上相对的两端，所述第二方向为所述晶圆的厚度方向，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述源极和所述漏极之间的晶体管柱构成所述T型双沟道晶体管的双沟道区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶体管形成区域通过以下方式形成：
沿所述第二方向，以所述晶圆的第一面为刻蚀起点，对所述晶圆进行部分刻蚀，形成由多个硅柱组成的网格状刻蚀沟槽；其中，每一所述硅柱具有第一预设厚度，所述第一预设厚度小于所述晶圆的初始厚度；所述晶圆的第一面为所述晶圆沿所述第二方向的任意一个面；
在所述网格状刻蚀沟槽中沉积绝缘材料，形成包围每一所述硅柱的绝缘层；
刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，得到所述晶体管形成区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述硅柱和所述绝缘层，形成具有所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的晶体管柱、和位于所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁的刻蚀沟槽，包括：
沿第三方向，对所述硅柱和所述绝缘层的两侧进行部分刻蚀处理，去除在所述第一方向具有第一预设厚度，且在所述第二方向上具有所述第二预设厚度的硅柱；以及，
去除在所述第一方向具有所述第一预设厚度，且在所述第二方向上具有第三预设厚度的绝缘层，形成在所述第二方向上具有第四预设厚度的台阶侧壁的晶体管柱、和与所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁相邻的刻蚀沟槽；
其中，所述第一预设厚度小于所述硅柱在所述第一方向上的初始厚度的二分之一；所述第二预设厚度小于所述第三预设厚度，且所述第二预设厚度与所述第四预设厚度之和等于所述第三预设厚度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别在所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上依次形成具有台阶结构的栅极氧化层和栅极，包括：
通过原位氧化的方式，分别在所述晶体管柱的所述第一台阶侧壁和所述第二台阶侧壁上形成具有所述台阶结构的初始栅极氧化层；
在每一所述刻蚀沟槽中沉积多晶硅材料，形成多晶硅层；
在所述第二方向上，对每一所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和每一所述多晶硅层同时进行刻蚀处理，去除所述第二方向上的部分厚度的所述具有台阶结构的初始栅极氧化层和所述多晶硅层，形成所述具有台阶结构的栅极氧化层和所述栅极。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在形成所述栅极氧化层和所述栅极之后，所述方法还包括：
在每一所述刻蚀沟槽中沉积所述绝缘材料，形成隔离层；其中，所述隔离层、所述栅极和所述台阶侧壁在第三方向上的厚度之和，与所述晶体管柱在所述第三方向上的厚度相等。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成所述漏极之前，所述方法还包括：
从所述晶圆的第二面开始，对所述晶圆进行减薄处理，直至暴露出所述晶体管柱的第二端为止；其中，所述晶圆的第二面是与所述晶圆的第一面相对的一面。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述晶体管柱的第二端，形成漏极，包括：
对所述晶体管柱的第二端进行离子注入，形成在所述第二方向上具有第五预设厚度的所述漏级；其中，所述第五预设厚度小于或等于所述第四预设厚度。
8.一种T型双沟道晶体管，其特征在于，所述T型双沟道晶体管包括：
双沟道区；
源极，位于所述双沟道区的第一端；
漏极，位于所述双沟道区的第二端，其中，所述第一端和所述第二端分别为所述双沟道区在第二方向上相对的两端，所述第二方向为形成所述双沟道区的晶圆的厚度方向；所述源极、所述漏极和所述双沟道区形成T型结构；
双栅极，位于所述双沟道区的两侧，且每一所述栅极与所述双沟道区对应；
具有台阶结构的栅极氧化层，位于所述双沟道区与每一所述栅极之间。
9.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，所述方法包括：
形成至少一个存储器单元，其中，每一所述存储器单元至少包括：T型双沟道晶体管；所述T型双沟道晶体管包括：栅极、源极和漏极；所述T型双沟道晶体管通过上述权利要求1至7任一项提供的T型双沟道晶体管的制造方法制造；
形成字线，所述字线与所述T型双沟道晶体管的栅极连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管导通或截止；
形成位线，所述位线与所述T型双沟道晶体管的源极或者漏极连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
10.一种半导体器件，其特征在于，包括：至少一个存储器单元、字线和位线，每一所述存储器单元至少包括：如权利要求8所述的T型双沟道晶体管；所述T型双沟道晶体管至少包括：栅极、源极和漏极；
所述字线与所述T型双沟道晶体管的栅极连接，所述字线用于提供字线电压，并通过所述字线电压控制所述T型双沟道晶体管导通或截止；
所述位线与所述T型双沟道晶体管的源极或者漏极连接，所述位线用于在所述T型双沟道晶体管导通时，对所述存储器单元执行读取或写入操作。
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