[发明专利]3D半导体器件及其形成方法

权利要求书

1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有多个分立的鳍结构以及位于相邻所述鳍结构之间的第一沟槽，且在各所述鳍结构的侧壁的中间部分位置处形成有沟道保护层；

对位于所述第一沟槽侧壁暴露的所述鳍结构进行源漏离子注入，以在每一所述鳍结构的上端形成相应MOS器件所需的漏区、下端形成相应MOS器件所需的源区以及位于所述源区和漏区之间的沟道区；

在所述第一沟槽中填充隔离氧化物层，所述隔离氧化物层的顶面至少与所述鳍结构的顶面齐平；

刻蚀所述隔离氧化物层，以在所述半导体衬底上形成第二沟槽，所述第二沟槽定义出间隔开的相邻两个鳍结构组成的双栅极结构器件区中的每个MOS器件；

再次刻蚀所述隔离氧化物层，以暴露出各所述鳍结构的顶面和部分高度的侧壁；

形成栅极结构层，所述栅极结构层包括依次堆叠设置的栅间隔离层和栅极材料层，所述栅间隔离层覆盖在所述暴露出的各所述鳍结构的顶面和侧壁上，所述栅极材料层覆盖在所述栅间隔离层的表面上，并同时至少填满各所述鳍结构侧壁上形成的所述栅间隔离层之间的空隙；

刻蚀所述栅极材料层，以在所述半导体衬底上形成第三沟槽，所述第三沟槽定义出相应的双栅极结构器件区并使得每个所述双栅极结构器件区中的两个相邻的MOS器件共享同一栅极结构。

2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在各所述鳍结构的侧壁的中间部分位置处形成有沟道保护层的步骤，包括：

沉积第一氧化层，所述第一氧化层至少填满所述第一沟槽；

回刻蚀所述第一氧化层，以暴露出所述鳍结构的目标高度的侧壁；

沉积第二氧化层，所述第二氧化层覆盖在所述鳍结构的目标高度的侧壁上；

回刻蚀所述第二氧化层，以使剩余的第二氧化层覆盖在各所述鳍结构的两侧的侧壁的中间部分位置处，并将所述剩余的第二氧化层作为沟道保护层。

3.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在对位于所述第一沟槽侧壁暴露的所述鳍结构进行源漏离子注入之后，利用刻蚀工艺去除所述沟道保护层。

4.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在对位于所述第一沟槽侧壁暴露的所述鳍结构进行源漏离子注入时，采用倾斜离子注入的方式对位于所述第一沟槽侧壁暴露的所述鳍结构的侧壁进行源漏离子注入。

5.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在刻蚀所述隔离氧化物层，以在所述半导体衬底上形成第二沟槽之后且在再次刻蚀所述隔离氧化物层之前，所述方法还包括：

至少在所述第二沟槽的部分侧壁和底面上形成氮化物隔离层，并在形成有所述氮化物隔离层的第二沟槽的底部形成依次堆叠的目标高度的源线层和源区接触窗口层；

回刻蚀所述氮化物隔离层，以使剩余的氮化物隔离层的顶面与所述源线层的顶面齐平。

6.如权利要求5所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在回刻蚀所述氮化物隔离层之后且在再次刻蚀所述隔离氧化物层之前，再次沉积隔离氧化物层，且沉积的隔离氧化物层至少填满形成有所述源区接触窗口层的第二沟槽。

7.如权利要求5所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，刻蚀所述栅极材料层，以在所述半导体衬底上形成第三沟槽的步骤，包括：

在所述栅极材料层的表面上形成图案化的光刻胶层；

以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述栅极材料层，并在所述第二沟槽定义出的所述双栅极结构器件区的两侧分别形成第三沟槽，以在所述半导体衬底上形成被第三沟槽隔离开且以阵列方式排布的多个双栅极结构器件区。