CN116133371A - 半导体结构及其形成方法 - Google Patents

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CN116133371A CN202110941165.9A CN202110941165A CN116133371A CN 116133371 A CN116133371 A CN 116133371A CN 202110941165 A CN202110941165 A CN 202110941165A CN 116133371 A CN116133371 A CN 116133371A
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肖德元
邱云松
吴敏敏
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Abstract

本申请实施例提供一种半导体结构及其形成方法，其中，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层；其中，所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间具有一空隙，所述空隙位于所述位线隔离沟槽的底部拐角处且沿所述第二方向延伸，且所述空隙暴露出部分所述位线隔离沟槽的底部；通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽；在所述位线沟槽中形成位线。

Description

半导体结构及其形成方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种半导体结构及其形成方法。
背景技术
半导体器件通常包括多个晶体管，例如，在诸如动态随机存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)的存储器件中，存储器单元包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。通常，在MOSFET中，源极/漏极区域形成在半导体衬底的表面，并且在这样的布置下，源极区域与漏极区域之间形成平面沟道。
随着存储器件的集成度的不断增加，MOSFET制造将达到物理极限，且随着MOSFET尺寸的不断缩小，存储器件对数据维持性能确越来越差。在这种情况下，垂直沟道晶体管(Vertical Channel Transistor，VCT)应运而生。在VCT中，源极区域和漏极区域形成在柱体的相应端部，源极区域和漏极区域中的任何一个可以与位线连接，位线是通过被掩埋在半导体柱之间所限定的沟槽内而形成的，因此被称作为掩埋位线(Buried Bit Line，BBL)。
相关技术中，位线全部掩埋在沟道底部，一方面，使得位线电阻、位线电压和位线电流均比较大；另一方面，由于位线与半导体柱相接触，因此，在相邻位线之间产生了较大的寄生电容。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种半导体结构及其形成方法。
第一方面，本申请实施例提供一种半导体结构的形成方法，所述方法包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；
在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层；其中，所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间具有一空隙，所述空隙位于所述位线隔离沟槽的底部拐角处且沿所述第二方向延伸，且所述空隙暴露出部分所述位线隔离沟槽的底部；
通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽；
在所述位线沟槽中形成位线。
在一些实施例中，在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层，包括：
在所述位线隔离沟槽中形成初始位线隔离层；
去除部分所述初始位线隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
在一些实施例中，在所述位线隔离沟槽中形成初始位线隔离层，包括：
在所述位线隔离沟槽中依次形成第一初始隔离层和第二初始隔离层；
沿第三方向，依次刻蚀去除部分所述第二初始隔离层和部分所述第一初始隔离层，形成第一刻蚀凹槽；其中，所述第一刻蚀凹槽暴露出所述位线隔离沟槽的第一侧壁和所述位线隔离沟槽的部分底部；所述第三方向为所述位线隔离沟槽的深度方向；
在所述第一刻蚀凹槽中填充隔离材料，形成第三初始隔离层；
剩余的所述第一初始隔离层、剩余的所述第二初始隔离层和所述第三初始隔离层，构成所述初始位线隔离层。
在一些实施例中，所述去除部分初始位线隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙，包括：
在所述位线隔离沟槽的端部，沿所述第三方向，依次刻蚀所述剩余的第二初始隔离层和所述剩余的第一初始隔离层，形成至少一个开口；
通过所述开口，去除所述初始位线隔离层中的所述剩余的第一初始隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
在一些实施例中，所述通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽，包括：
通过所述空隙，沿所述第一方向，部分刻蚀所述第一半导体柱，形成第二刻蚀凹槽；其中，所述第二刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第二刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸小于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸；
所述第二刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
在一些实施例中，所述通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽，包括：
通过所述空隙，沿所述第一方向，全部刻蚀所述第一半导体柱，形成第三刻蚀凹槽；其中，所述第三刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第三刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸等于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸；
所述第三刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
在一些实施例中，在形成所述位线之前，所述方法还包括：
沿所述第三方向，刻蚀去除所述剩余的第二初始隔离层，形成第四刻蚀凹槽；其中，所述第四刻蚀凹槽暴露出所述空隙和所述位线隔离沟槽的第二侧壁；
通过所述第四刻蚀凹槽，在所述位线沟槽中，形成所述位线。
在一些实施例中，通过所述第四刻蚀凹槽，在所述位线沟槽中形成所述位线，包括：
在所述第四刻蚀凹槽和所述位线沟槽中形成初始位线层；
对所述初始位线层进行回刻，去除位于所述第四刻蚀凹槽中的初始位线层，形成所述位线。
在一些实施例中，在形成所述位线之后，所述方法还包括：
在所述第四刻蚀凹槽中填充绝缘材料，形成绝缘层；
其中，所述绝缘层的顶表面与所述第三初始隔离层的顶表面平齐。
在一些实施例中，在形成所述绝缘层之后，所述方法还包括：
在所述第一半导体柱中形成多个字线沟槽，所述字线沟槽沿所述第一方向延伸；
在所述字线沟槽中形成字线。
在一些实施例中，所述在所述第一半导体柱中形成多个字线沟槽，包括：
沿所述第三方向，刻蚀所述第一半导体柱，形成多个沿所述第二方向间隔排布的所述字线沟槽和第二半导体柱；
其中，所述字线沟槽的底部超出于所述位线的顶部。
在一些实施例中，所述在所述字线沟槽中形成字线，包括：
在所述字线沟槽的侧壁形成栅极绝缘层；
在形成有所述栅极绝缘层的字线沟槽中，依次形成底部初始阻挡层、初始字线层和顶部初始阻挡层；
沿所述第三方向，依次刻蚀部分所述顶部初始阻挡层、部分所述初始字线层和部分所述底部初始阻挡层，形成位于所述字线沟槽中心的字线隔离沟槽，剩余的所述初始字线层构成所述字线；
其中，所述字线隔离沟槽的底部保留有部分底部初始阻挡层。
在一些实施例中，在形成所述字线之后，所述方法还包括：
在所述字线隔离沟槽中填充绝缘材料，形成字线隔离层。
第二方面，本申请实施例提供一种半导体结构，至少包括：
半导体衬底；所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的半导体柱和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；
位线隔离层，位于所述位线隔离沟槽中；
位线，所述位线部分掩埋于所述半导体柱的底部，且所述位线的另一部分掩埋于所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间的底部拐角处。
在一些实施例中，所述半导体衬底还包括多个沿第二方向间隔排布的字线沟槽和第二半导体柱；所述半导体结构还包括：
栅极绝缘层，位于所述字线沟槽的侧壁；
字线隔离层，位于所述字线沟槽的中心，且所述字线隔离层的顶表面与所述第二半导体柱的顶表面平齐；所述字线隔离层在第三方向上的尺寸小于所述字线沟槽在所述第三方向上的尺寸；所述第三方向为所述字线沟槽的深度方向；
顶部阻挡层，位于所述字线沟槽顶部的栅极绝缘层与对应的字线隔离层之间；
字线，位于所述字线沟槽中间的栅极绝缘层与对应的字线隔离层之间；
底部阻挡层，位于形成有所述栅极绝缘层的字线沟槽的底部，且所述底部阻挡层与所述字线和部分所述字线隔离层相接触。
在一些实施例中，所述半导体结构还包括：沟道；
所述沟道位于相邻两个栅极绝缘层之间，且所述沟道为与所述字线对应的、相邻两个栅极绝缘层之间的第二半导体柱区域。
本申请实施例提供的半导体结构及其形成方法，其中，半导体结构的形成方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽；位线隔离沟槽沿第二方向延伸；在位线隔离沟槽中形成位线隔离层，位线隔离层与位线隔离沟槽之间具有一空隙，空隙位于位线隔离沟槽的底部拐角处且沿第二方向延伸；通过空隙，沿第一方向刻蚀第一半导体柱，形成位线沟槽；在位线沟槽中形成位线。通过本申请实施例提供的半导体结构的形成方法所形成的半导体结构，位线部分掩埋于位线隔离沟槽中，位线的另一部分掩埋于第一半导体柱的底部，如此，可以降低形成的半导体结构的位线电阻、电压和电流，并降低了相邻位线之间的寄生电容，提高半导体结构的性能。
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1为本申请实施例提供的半导体结构的形成方法的一种可选的流程示意图；
图2a～2t、3a～3h为本申请实施例提供的半导体结构形成过程的结构示意图；
图4a为本申请实施例提供的半导体结构的一种可选的俯视图；
图4b～4d为本申请实施例提供的半导体结构沿不同方向的剖视图；
附图标记说明：
20-半导体衬底；201-位线隔离沟槽；201-1-位线隔离沟槽的第一侧壁；201-2-位线隔离沟槽的第二侧壁；202-第一半导体柱；203a-第一初始隔离层；203-剩余的第一初始隔离层203；204a-第二初始隔离层；204-剩余的第二初始隔离层；205-第三初始隔离层；206a-初始位线隔离层；206/404-位线隔离层；207a-初始位线层；207/402-位线；208-绝缘层；301/405-第二半导体柱；302-字线沟槽；303/406-栅极绝缘层；304a-底部初始阻挡层；304/409-底部阻挡层；305a-初始字线层；305/403-字线；306a-顶部初始阻挡层；306/408-顶部阻挡层；307a-字线隔离沟槽；307/407-字线隔离层；40-半导体结构；401-半导体柱；410-沟道；A-第一刻蚀凹槽；B-开口；C-空隙；D-第二刻蚀凹槽；D’-第三刻蚀凹槽；E/E’-位线沟槽；F-第四刻蚀凹槽。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种半导体结构及其形成方法，其中，半导体结构的形成方法包括提供半导体衬底，半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽；位线隔离沟槽沿第二方向延伸；在位线隔离沟槽中形成位线隔离层，位线隔离层与位线隔离沟槽之间具有一空隙，空隙位于位线隔离沟槽的底部拐角处且沿第二方向延伸；通过空隙，沿第一方向刻蚀第一半导体柱，形成位线沟槽；在位线沟槽中形成位线。通过本申请实施例提供的半导体结构的形成方法所形成的半导体结构，位线部分掩埋于位线隔离沟槽中，位线的另一部分掩埋于第一半导体柱的底部，如此，可以降低形成的半导体结构的位线电阻、电压和电流，并降低了相邻位线之间的寄生电容，提高半导体结构的性能。
本申请实施例提供一种半导体结构的形成方法，如图1所示，所述半导体结构的形成方法包括以下步骤：
步骤S101、提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽。
其中，所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向。
所述半导体衬底可以是硅衬底，所述半导体衬底也可以包括其他半导体元素，例如：锗(Ge)，或包括半导体化合物，例如：碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、砷化铟(InP)或锑化铟(InSb)，或包括其他半导体合金，例如：硅锗(SiGe)、磷化砷镓(GaAsP)、砷化铟铝(AlInAs)、砷化镓铝(AlGaAs)、砷化铟镓(GaInAs)、磷化铟镓(GaInP)、及/或磷砷化铟镓(GaInAsP)或其组合。
所述半导体衬底可以包括处于正面的顶表面以及处于与正面相对的背面的底表面；在忽略顶表面和底表面的平整度的情况下，定义垂直半导体衬底顶表面和底表面的方向为第三方向。在半导体衬底顶表面和底表面(即半导体衬底所在的平面)方向上，定义两彼此相交(例如彼此垂直)的第一方向和第二方向，例如，可以定义多个位线隔离沟槽的排列方向为第一方向，定义所述位线隔离沟槽的延伸方向为第二方向，基于所述第一方向和所述第二方向可以确定所述半导体衬底的平面方向。这里，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。本申请实施例中，定义所述第一方向为X轴方向，定义所述第二方向为Y轴方向，定义所述第三方向为Z轴方向。
本申请实施例中，所述位线隔离沟槽用于填充隔离材料，以隔离最终形成的位线。所述第一半导体柱为刻蚀所述半导体衬底形成多个位线隔离沟槽之后，位于相邻两个位线隔离沟槽之间的半导体衬底。位线隔离沟槽与第一半导体柱沿第一方向间隔排布。
步骤S102、在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层；其中，所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间具有一空隙，所述空隙位于所述位线隔离沟槽的底部拐角处且沿所述第二方向延伸，且所述空隙暴露出部分所述位线隔离沟槽的底部。
步骤S103、通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽。
这里，通过所述空隙，沿第一方向刻蚀所述第一半导体柱可以是刻蚀第一方向上的部分第一半导体柱，也可以是刻蚀第一方向上的全部第一半导柱。
步骤S104、在所述位线沟槽中形成位线。
图2a～2t、3a～3h为本申请实施例提供的半导体结构形成过程的结构示意图，接下来请参考图2a～2t、3a～3h对本申请实施例提供的半导体结构的形成方法进一步地详细说明。
首先，可以参考图2a至2e，执行步骤S101、提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽。
在一些实施例中，所述步骤S101可以包括以下步骤：
步骤S1011、提供半导体衬底。
步骤S1012、在所述半导体衬底的表面形成一图形化的光阻层。
步骤S1013、通过所述图形化的光阻层，刻蚀所述半导体衬底，形成多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽。
如图2a和2b所示，沿Z轴方向刻蚀所述半导体衬底20，形成沿X轴方向间隔排布的位线隔离沟槽201和第一半导体柱202，位线隔离沟槽201沿Y轴方向延伸。图2c为刻蚀后的半导体柱的俯视图，图2d和2e分别为沿图2c中的a-a’、b-b’和c-c’方向的剖视图，可以看出，位线隔离沟槽201的底部仍然保留有部分厚度的半导体衬底。
接下来，可以参考图2f至2j，执行步骤S102、在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层；其中，所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间具有一空隙，所述空隙位于所述位线隔离沟槽的底部拐角处且沿所述第二方向延伸，且所述空隙暴露出部分所述位线隔离沟槽的底部。
在一些实施例中，步骤S102可以通过以下步骤形成：
步骤S1021、在所述位线隔离沟槽中形成初始位线隔离层。
在一些实施例中，所述初始位线隔离层可以通过以下步骤形成：
步骤S10、在所述位线隔离沟槽中依次形成第一初始隔离层和第二初始隔离层。
所述第一初始隔离层和所述第二初始隔离层的材料均可以为任意一种合适的绝缘材料，但是第一初始隔离层与第二初始隔离层不同。示例性地，所述第一初始隔离层可以是氧化硅层，所述第二初始隔离层可以是氮化硅层。
本申请实施例中，可以通过任意一种合适的沉积工艺形成第一初始隔离层和第二初始隔离层，例如，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺、旋涂工艺或者涂敷工艺。
需要说明的是，在形成第二初始隔离层时，由于工艺的影响，第二初始隔离层往往会覆盖在第一半导体柱的顶表面，此时，需要对第二初始隔离层进行干法刻蚀处理或者化学机械抛光处理(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，以暴露出第一半导体柱的顶表面，因此，本申请实施例中，所述第二初始隔离层的顶表面与所述第一半导体柱的顶表面平齐。
如图2f所示，在位线隔离沟槽中依次形成了第一初始隔离层203a和第二初始隔离层204a，其中，第二初始隔离层204a的顶表面与第一半导体柱202的顶表面平齐。
步骤S11、沿第三方向，依次刻蚀去除部分所述第二初始隔离层和部分所述第一初始隔离层，形成第一刻蚀凹槽；其中，所述第一刻蚀凹槽暴露出所述位线隔离沟槽的第一侧壁和所述位线隔离沟槽的部分底部；所述第三方向为所述位线隔离沟槽的深度方向。
本申请实施例中，可以采用干法刻蚀工艺去除部分所述第二初始隔离层和部分所述第一初始隔离层，例如，等离子刻蚀工艺，反应离子刻蚀工艺或者离子铣工艺。
如图2g所示，沿Z轴方向，依次刻蚀所述第二初始隔离层204a和所述第一初始隔离层203a，去除部分所述第二初始隔离层204a和部分第一初始隔离层203a，暴露出位线隔离沟槽的第一侧壁201-1和部分位线隔离沟槽的底部，形成了第一刻蚀凹槽A。在形成了第一刻蚀凹槽A后，位线隔离沟槽中保留有剩余的第一初始隔离层203和剩余的第二初始隔离层204。
本申请实施例中，去除部分第二初始隔离层204a和部分第一初始隔离层203a可以是去除每一位线隔离沟槽中的一半的第二初始隔离层204a和去除每一位线隔离沟槽中的一半的第一初始隔离层203a。在其它实施例中，也可以是去除其它比例的第二初始隔离层和第一初始隔离层，例如，去除3/5的第二初始隔离层和第一初始隔离层。
步骤S12、在所述第一刻蚀凹槽中填充隔离材料，形成第三初始隔离层。
在一些实施例中，所述隔离材料可以是任意一种绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。本申请实施例中，所述隔离材料与所述第二初始隔离层的组成材料相同。
需要说明的是，在形成第三初始隔离层时，由于工艺的影响，第三初始隔离层往往会覆盖在第一半导体柱和第二初始隔离层的顶表面，此时，需要对第三初始隔离层进行干法刻蚀处理或者CMP处理，以暴露出第一半导体柱和第二初始隔离层的顶表面，因此，本申请实施例中，所述第三初始隔离层的顶表面与所述第一半导体柱和所述剩余的第二初始隔离层的顶表面平齐。
如图2h所示，在所述第一刻蚀凹槽A中填充隔离材料，形成了第三初始隔离层205，第三初始隔离层的顶表面与第一半导体柱202和剩余的第二初始隔离层204的顶表面平齐。剩余的第一初始隔离层203、剩余的第二初始隔离层204和所述第三初始隔离层205，构成所述初始位线隔离层206a。
步骤S1022、去除部分所述初始位线隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
在一些实施例中，所述位线隔离层和所述空隙可以通过以下步骤形成：
步骤S13、在所述位线隔离沟槽的端部，沿所述第三方向，依次刻蚀所述剩余的第二初始隔离层和所述剩余的第一初始隔离层，形成至少一个开口。
这里，形成开口的过程可以通过干法刻蚀工艺形成。
如图2i所示，在位线隔离沟槽的任意一端或两端，沿Z轴方向，依次刻蚀剩余的第二初始隔离层204和剩余的第一初始隔离层203，形成一个或者两个开口B，所述开口B的底部位于剩余的第一初始隔离层203的内部。
步骤S14、通过所述开口，去除所述初始位线隔离层中的所述剩余的第一初始隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
如图2j所示，采用湿法刻蚀工艺，通过在开口B中注入腐蚀液，例如磷酸溶液(H3PO4)、硫酸溶液或者氢氟酸溶液，以去除初始位线隔离层206a中的剩余的第一初始隔离层203，形成位线隔离层206和空隙C，所述空隙C沿Y轴方向延伸。
接下来，可以参考图2k和2l，执行步骤S103，通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽。
本申请实施例中，通过空隙，刻蚀第一半导体柱的过程为湿法刻蚀过程，刻蚀第一半导体柱的过程可以包括以下两种刻蚀过程：
第一种刻蚀过程是：通过所述空隙，沿所述第一方向，部分刻蚀所述第一半导体柱，形成第二刻蚀凹槽。其中，所述第二刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第二刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸小于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸。所述第二刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
如图2k所示，通过空隙C，沿X轴方向，部分刻蚀第一半导体柱202，形成了第二刻蚀凹槽D，所述第二刻蚀凹槽D在Z轴方向上的尺寸h1等于空隙C在Z轴方向上的尺寸h2，且第二刻蚀凹槽D在Y轴方向上的尺寸w1小于空隙C在Y轴方向上的尺寸w2。本申请实施例中，第二刻蚀凹槽D和空隙C共同构成位线沟槽E。
第二种刻蚀过程是：通过所述空隙，沿所述第一方向，全部刻蚀所述第一半导体柱，形成第三刻蚀凹槽。其中，所述第三刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第三刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸等于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸。所述第三刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
如图2l所示，通过空隙C，沿X轴方向，全部刻蚀第一半导体柱202，形成了第三刻蚀凹槽D’，所述第三刻蚀凹槽D’在Z轴方向上的尺寸h3等于空隙C在Z轴方向上的尺寸h2，且第三刻蚀凹槽D’在Y轴方向上的尺寸w3等于空隙C在Y轴方向上的尺寸w2。本申请实施例中，第三刻蚀凹槽D’和空隙C共同构成位线沟槽E’。
接下来，可以参考图2m至2t，执行步骤S104、在所述位线沟槽中形成位线。
在一些实施例中，在形成所述位线之前，所述方法还包括：
步骤S15、沿所述第三方向，刻蚀去除所述剩余的第二初始隔离层，形成第四刻蚀凹槽；其中，所述第四刻蚀凹槽暴露出所述空隙和所述位线隔离沟槽的第二侧壁。
本申请实施例中，可以采用干法刻蚀工艺刻蚀去除剩余的第二初始隔离层，形成所述第四刻蚀凹槽。
如图2m和2n所示，沿Z轴方向，刻蚀去除剩余的第二初始隔离层204，形成第四刻蚀凹槽F。第四刻蚀凹槽F暴露出空隙C和位线隔离沟槽的第二侧壁201-2。
步骤S16、通过所述第四刻蚀凹槽，在所述位线沟槽中，形成所述位线。
在一些实施例中，步骤S16可以通过以下步骤实现：
步骤S161、在所述第四刻蚀凹槽和所述位线沟槽中形成初始位线层。
如图2o和2p所示，采用任意一种合适的沉积工艺，在所述第四刻蚀凹槽F和位线沟槽E或位线沟槽E’中形成初始位线层207a。
步骤S162、对所述初始位线层进行回刻，去除位于所述第四刻蚀凹槽中的初始位线层，形成所述位线。
如图2q和2r所示，对初始位线层207a进行回刻，去除了位于第四刻蚀凹槽F中的初始位线层，形成了位线207。
本申请实施例中，初始位线层或位线的材料包括钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅、硅化物或其任何组合。
在一些实施例中，在形成所述位线之后，所述半导体结构的形成方法还包括：
步骤S17、在所述第四刻蚀凹槽中填充绝缘材料，形成绝缘层。
这里，形成所述绝缘层的绝缘材料与所述第三初始隔离层的组成材料可以相同也可以不同。
如图2s和2t所示，在第四刻蚀凹槽F中填充绝缘材料，形成了绝缘层208，其中，所述绝缘层208的顶表面与所述第三初始隔离层205的顶表面平齐。
在一些实施例中，在形成所述绝缘层之后，所述半导体结构的形成方法还包括以下步骤，下面，以部分刻蚀第一方向上的第一半导体柱(即位线沟槽E)为例，结合图3a至3h说明后续的形成过程。
步骤S18、在所述第一半导体柱中形成多个字线沟槽；所述字线沟槽沿所述第一方向延伸。
本申请实施例中，所述字线沟槽用于形成字线以及字线隔离结构。
在一些实施例中，步骤S18可以通过以下步骤形成：
步骤S181、沿所述第三方向，刻蚀所述第一半导体柱，形成多个沿所述第二方向间隔排布的所述字线沟槽和第二半导体柱。
如图3a所示，沿Z轴方向，刻蚀第一半导体柱，形成多个沿Y轴方向间隔排布的第二半导体柱301和字线沟槽302，字线沟槽302沿X轴方向延伸。图3b为刻蚀后的半导体柱的俯视图，图3c和3d分别为沿图3b中的a-a’、b-b’、c-c’和d-d’方向的剖视图，可以看出，字线沟槽302的底部超出于位线206的顶部。
步骤S19、在所述字线沟槽中形成字线。
在一些实施例中，形成字线的过程可以包括以下步骤：
步骤S191、在所述字线沟槽的侧壁形成栅极绝缘层。
步骤S192、在形成有所述栅极绝缘层的字线沟槽中，依次形成底部初始阻挡层、初始字线层和顶部初始阻挡层。
所述栅极绝缘层的材料可以是任意一种绝缘材料，例如氧化硅。所述底部初始阻挡层和所述顶部初始阻挡层的材料可以相同也可以不同，例如所述底部初始阻挡层和所述顶部初始阻挡层均可以为氮化硅。所述初始字线层的材料包括钨、钴、铜、铝、多晶硅、掺杂硅、硅化物、氮化钛或其任何组合。
本申请实施例中，可以通过任意一种合适的沉积工艺形成所述栅极绝缘层、底部初始阻挡层、初始字线层和顶部初始阻挡层。
如图3e所示，在字线沟槽302的侧壁形成栅极绝缘层303，且在形成有栅极绝缘层303的字线沟槽中，依次形成底部初始阻挡层304a、初始字线层305a和顶部初始阻挡层306a。
步骤S193、沿所述第三方向，依次刻蚀部分所述顶部初始阻挡层、部分所述初始字线层和部分所述底部初始阻挡层，形成位于所述字线沟槽中心的字线隔离沟槽，剩余的所述初始字线层构成所述字线；其中，所述字线隔离沟槽的底部保留有部分底部初始阻挡层。
如图3f所示，沿Z轴方向，依次刻蚀部分顶部初始阻挡层306a、部分初始字线层305a和部分底部初始阻挡层304a，形成位于字线沟槽中心的字线隔离沟槽307a，剩余的初始字线层构成所述字线305，且剩余的顶部初始阻挡层构成所述半导体结构的顶部阻挡层306、剩余的底部初始阻挡层构成所述半导体结构的底部阻挡层304。本申请实施例中，所形成的字线隔离沟槽307a的底部还保留有部分底部初始阻挡层304a。
在一些实施例中，在形成所述字线之后，所述半导体结构的形成方法还包括：
步骤S20、在所述字线隔离沟槽中填充绝缘材料，形成字线隔离层。
如图3g和3h所示，采用任意一种合适的沉积工艺，在字线隔离沟槽307a中沉积绝缘材料，形成字线隔离层307。所述字线隔离层用于隔离相邻的字线305。
需要说明的是，本申请实施例提供的半导体结构的形成方法可以适用于任意一种垂直全环栅(Vertical Gate-All-Around，VGAA)半导体器件，例如动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。
本申请实施例提供的半导体结构的形成方法所形成的半导体结构，包括掩埋字线和掩埋位线，其中，位线部分掩埋于位线隔离沟槽中，位线的另一部分掩埋于第一半导体柱的底部，如此，可以降低形成的半导体结构的位线电阻、电压和电流，并降低了相邻位线之间的寄生电容，提高半导体结构的性能。
除此之外，本申请实施例还提供一种半导体结构，所述半导体结构通过上述实施例提供的半导体结构的形成方法形成。图4a为本申请实施例提供的半导体结构的一种可选的俯视图，图4b～4d分别为半导体结构沿不同方向的剖视图，如图4a～4d所示，所述半导体结构40包括：半导体衬底、位线402和字线403。
其中，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的半导体柱401(对应上述实施中被刻蚀形成第二半导体柱后的第一半导体柱)和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽中填充有位线隔离层404。本申请实施例中，所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，即所述位线隔离层404沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向。
本申请实施例中，定义第一方向为X轴方向，定义第二方向为Y轴方向，定义第三方向为Z轴方向。
所述位线402部分掩埋于所述半导体柱401的底部，且所述位线402的另一部分掩埋于所述位线隔离层404与所述位线隔离沟槽之间的底部拐角处，所述位线402沿Y轴方向延伸。
在一些实施例中，所述半导体衬底还包括多个沿Y轴方向间隔排布的字线沟槽和第二半导体柱405，所述第一半导体柱401包括所述第二半导体柱405，所述半导体结构40还包括：栅极绝缘层406，位于所述字线沟槽的侧壁；字线隔离层407，位于所述字线沟槽的中心，且所述字线隔离层407的顶表面与所述第二半导体柱405的顶表面平齐；所述字线隔离层在第三方向上的尺寸h4小于所述字线沟槽在所述第三方向上的尺寸h5；所述第三方向为所述字线沟槽的深度方向。
在一些实施例中，字线403，位于所述字线沟槽中间的栅极绝缘层406与对应的字线隔离层407之间；所述半导体结构40还包括：顶部阻挡层408，位于所述字线沟槽顶部的栅极绝缘层406与对应的字线隔离层407之间；底部阻挡层409，位于形成有所述栅极绝缘层406的字线沟槽的底部，且所述底部阻挡层409与所述字线403和部分所述字线隔离层407相接触。
在一些实施例中，所述半导体结构还包括：沟道410；所述沟道401位于相邻两个栅极绝缘层406之间，且所述沟道401为与所述字线403对应的、相邻两个栅极绝缘层406之间的第二半导体柱区域。
在其它实施例中，所述半导体结构还可以包括：存储电容或者可调电阻等功能器件，这里不再详细说明。
本申请实施例中的半导体结构与上述实施例中的半导体结构的形成方法类似，对于本申请实施例未详尽披露的技术特征，请参考上述实施例进行理解，这里，不再赘述。
本申请实施例提供的半导体结构，由于位线部分掩埋于位线隔离沟槽中，另一部分掩埋于半导体柱的底部，如此，可以降低形成的半导体结构的位线电阻、电压和电流，并降低了相邻位线之间的寄生电容，提高了半导体结构的性能。
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，仅为本申请实施例的一些实施方式，但本申请实施例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申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，所述方法包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的第一半导体柱和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；
在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层；其中，所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间具有一空隙，所述空隙位于所述位线隔离沟槽的底部拐角处且沿所述第二方向延伸，且所述空隙暴露出部分所述位线隔离沟槽的底部；
通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽；
在所述位线沟槽中形成位线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述位线隔离沟槽中形成位线隔离层，包括：
在所述位线隔离沟槽中形成初始位线隔离层；
去除部分所述初始位线隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述位线隔离沟槽中形成初始位线隔离层，包括：
在所述位线隔离沟槽中依次形成第一初始隔离层和第二初始隔离层；
沿第三方向，依次刻蚀去除部分所述第二初始隔离层和部分所述第一初始隔离层，形成第一刻蚀凹槽；其中，所述第一刻蚀凹槽暴露出所述位线隔离沟槽的第一侧壁和所述位线隔离沟槽的部分底部；所述第三方向为所述位线隔离沟槽的深度方向；
在所述第一刻蚀凹槽中填充隔离材料，形成第三初始隔离层；
剩余的所述第一初始隔离层、剩余的所述第二初始隔离层和所述第三初始隔离层，构成所述初始位线隔离层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述去除部分初始位线隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙，包括：
在所述位线隔离沟槽的端部，沿所述第三方向，依次刻蚀所述剩余的第二初始隔离层和所述剩余的第一初始隔离层，形成至少一个开口；
通过所述开口，去除所述初始位线隔离层中的所述剩余的第一初始隔离层，形成所述位线隔离层和所述空隙。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽，包括：
通过所述空隙，沿所述第一方向，部分刻蚀所述第一半导体柱，形成第二刻蚀凹槽；其中，所述第二刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第二刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸小于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸；
所述第二刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过所述空隙，沿所述第一方向刻蚀所述第一半导体柱，形成位线沟槽，包括：
通过所述空隙，沿所述第一方向，全部刻蚀所述第一半导体柱，形成第三刻蚀凹槽；其中，所述第三刻蚀凹槽在所述第三方向上的尺寸等于所述空隙在所述第三方向上的尺寸，且所述第三刻蚀凹槽在所述第一方向上的尺寸等于所述第一半导体柱在所述第一方向上的尺寸；
所述第三刻蚀凹槽和所述空隙共同构成所述位线沟槽。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在形成所述位线之前，所述方法还包括：
沿所述第三方向，刻蚀去除所述剩余的第二初始隔离层，形成第四刻蚀凹槽；其中，所述第四刻蚀凹槽暴露出所述空隙和所述位线隔离沟槽的第二侧壁；
通过所述第四刻蚀凹槽，在所述位线沟槽中，形成所述位线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述第四刻蚀凹槽，在所述位线沟槽中形成所述位线，包括：
在所述第四刻蚀凹槽和所述位线沟槽中形成初始位线层；
对所述初始位线层进行回刻，去除位于所述第四刻蚀凹槽中的初始位线层，形成所述位线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在形成所述位线之后，所述方法还包括：
在所述第四刻蚀凹槽中填充绝缘材料，形成绝缘层；
其中，所述绝缘层的顶表面与所述第三初始隔离层的顶表面平齐。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在形成所述绝缘层之后，所述方法还包括：
在所述第一半导体柱中形成多个字线沟槽，所述字线沟槽沿所述第一方向延伸；
在所述字线沟槽中形成字线。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在所述第一半导体柱中形成多个字线沟槽，包括：
沿所述第三方向，刻蚀所述第一半导体柱，形成多个沿所述第二方向间隔排布的所述字线沟槽和第二半导体柱；
其中，所述字线沟槽的底部超出于所述位线的顶部。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在所述字线沟槽中形成字线，包括：
在所述字线沟槽的侧壁形成栅极绝缘层；
在形成有所述栅极绝缘层的字线沟槽中，依次形成底部初始阻挡层、初始字线层和顶部初始阻挡层；
沿所述第三方向，依次刻蚀部分所述顶部初始阻挡层、部分所述初始字线层和部分所述底部初始阻挡层，形成位于所述字线沟槽中心的字线隔离沟槽，剩余的所述初始字线层构成所述字线；
其中，所述字线隔离沟槽的底部保留有部分底部初始阻挡层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在形成所述字线之后，所述方法还包括：
在所述字线隔离沟槽中填充绝缘材料，形成字线隔离层。
14.一种半导体结构，其特征在于，至少包括：
半导体衬底；所述半导体衬底包括多个沿第一方向间隔排布的半导体柱和位线隔离沟槽；所述位线隔离沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；
位线隔离层，位于所述位线隔离沟槽中；
位线，所述位线部分掩埋于所述半导体柱的底部，且所述位线的另一部分掩埋于所述位线隔离层与所述位线隔离沟槽之间的底部拐角处。
15.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体衬底还包括多个沿第二方向间隔排布的字线沟槽和第二半导体柱；所述半导体结构还包括：
栅极绝缘层，位于所述字线沟槽的侧壁；
字线隔离层，位于所述字线沟槽的中心，且所述字线隔离层的顶表面与所述第二半导体柱的顶表面平齐；所述字线隔离层在第三方向上的尺寸小于所述字线沟槽在所述第三方向上的尺寸；所述第三方向为所述字线沟槽的深度方向；
顶部阻挡层，位于所述字线沟槽顶部的栅极绝缘层与对应的字线隔离层之间；
字线，位于所述字线沟槽中间的栅极绝缘层与对应的字线隔离层之间；
底部阻挡层，位于形成有所述栅极绝缘层的字线沟槽的底部，且所述底部阻挡层与所述字线和部分所述字线隔离层相接触。
16.根据权利要求15所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：沟道；
所述沟道位于相邻两个栅极绝缘层之间，且所述沟道为与所述字线对应的、相邻两个栅极绝缘层之间的第二半导体柱区域。
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