[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一种半导体结构及其形成方法，包括：衬底；位于衬底上的若干鳍部结构，相邻的鳍部结构之间具有隔离结构以及在隔离结构之上的隔离沟槽，鳍部结构包括若干层沿衬底表面法线方向的沟道层；位于衬底上的若干横跨相邻鳍部结构的栅极结构，栅极结构包围沟道层；位于衬底上的介质层；位于隔离沟槽内的第二隔离层，栅极结构覆盖第二隔离层的部分侧壁和顶部表面，且第二隔离层与相邻的鳍部结构之间具有间隙。通过位于隔离沟槽内的第二隔离层，栅极结构覆盖第二隔离层的部分侧壁和顶部表面，且第二隔离层与相邻的鳍部结构之间具有间隙。使得栅极结构能够四面全包围沟道层，进而增大栅极结构包围沟道层所形成的沟道区面积，有效提升最终半导体结构的性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)是现代集成电路中最重要的元件之一，MOSFET的基本结构包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的栅极结构，所述栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层以及位于栅介质层表面的栅电极层；位于栅极结构两侧半导体衬底中的源漏掺杂区。

随着半导体技术的发展，传统的平面式的MOSFET对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管(Fin FET)是一种新兴的多栅器件，它一般包括凸出于半导体衬底表面的鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部表面和侧壁的栅极结构，位于栅极结构两侧的鳍部中的源漏掺杂区。与平面式的MOSFET相比，鳍式场效应晶体管具有更强的短沟道抑制能力，具有更强的工作电流。

随着半导体技术的进一步发展，传统的鳍式场效应晶体管在进一步增大工作电流方面存在限制。具体的，由于鳍部中只有靠近顶部表面和侧壁的区域用来作为沟道区，使得鳍部中用于作为沟道区的体积较小，这对增大鳍式场效应晶体管的工作电流造成限制。因此，提出了一种(gate all around，GAA)结构的MOSFET，使得用于作为沟道区的体积增加，进一步的增大了GAA结构MOSFET的工作电流。

然而，现有技术中的Forksheet结构MOSFET的电学性能相比于GAA的器件结构，由于Forksheet结构并不是全包围结构，因此其性能仍有待提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法，既能够达到GAA器件的全包围结构，又拥有Forksheet结构的电介质墙结构，有效提升最终形成的半导体结构的性能和整体芯片的微缩能力。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成若干沿平行于所述衬底表面方向的鳍部结构，相邻的所述鳍部结构之间具有隔离结构以及在所述隔离结构之上的隔离沟槽，所述鳍部结构包括若干层沿所述衬底表面法线方向交替重叠的牺牲层和沟道层；在所述鳍部结构的侧壁和顶部表面形成伪栅介质层；在至少一个隔离沟槽内的鳍部结构侧壁形成初始第一隔离层；在所述初始第一隔离层表面形成填充满所述隔离沟槽的第二隔离层；在形成所述第二隔离层之后，在所述衬底上形成伪栅材料膜，所述伪栅材料膜覆盖所述初始第一隔离层、第二隔离层以及伪栅介质层的表面；刻蚀部分所述伪栅材料膜和部分所述初始第一隔离层，形成所述伪栅层和所述第一隔离层，所述伪栅层横跨所述鳍部结构，且所述伪栅层覆盖所述第一隔离层的全部顶部表面；在所述衬底上和鳍部结构上形成介质层，所述介质层位于所述伪栅层侧壁且暴露出所述伪栅层的顶部表面；去除所述伪栅层、第一隔离层和伪栅介质层，在所述介质层内、以及所述鳍部结构和所述第二隔离层之间形成栅极开口；去除所述栅极开口暴露出的牺牲层，在相邻的所述沟道层之间形成栅极槽；在所述栅极开口和所述栅极槽内形成栅极结构，所述栅极结构包围所述沟道层。

可选的，所述初始第一隔离层和所述伪栅层的材料相同。