半导体结构及其形成方法与流程

本申请涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、隧穿场效应晶体管(tunneling field effect transistor，tfet)的工作原理是带间隧穿(band to band tunneling，btbt)，拥有优良的开关特性，适用于低功耗，被广泛认为是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effecttransistor，mosfet)下一代候选替代者。

2、目前tfet的研究主要集中在tfet单管或者tfet跟mosfet的平面整合。然而由于tfet是非对称结构，tfet跟mosfet的平面整合仍然存在缺陷。因此，需要提供更有效、更可靠的tfet跟mosfet的整合方案。

技术实现思路

1、本申请提供一种半导体结构及其形成方法，将tfet跟mosfet进行三维堆叠整合，充分利用tfet和mosfet的优势，提高器件性能。

2、本申请的一个方面提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆中形成有晶体管结构；提供第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底以及位于所述第二衬底表面的键合介质层，将所述键合介质层与所述第一晶圆键合；在所述第二晶圆上形成tfet结构，所述tfet结构与所述第一晶圆中的晶体管结构电连通。

3、在本申请的一些实施例中，所述第一晶圆包括：第一衬底，所述第一衬底中形成有源极和漏极以及位于所述源极和漏极两侧的第一隔离结构；第一层间介质层，位于所述第一衬底表面，所述第一层间介质层中形成有位于所述源极和漏极之间的第一衬底表面的栅极结构以及贯穿所述第一层间介质层且分别电连接所述源极和漏极的第一接触结构和第二接触结构，所述晶体管结构包括所述源极、漏极和栅极结构。

4、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第一晶圆表面形成第一介质层以及位于所述第一介质层中分别电连接所述第一接触结构和第二接触结构的第一金属层和第三金属层。

5、在本申请的一些实施例中，所述第一金属层延伸至靠近所述晶体管结构的漏极的第一隔离结构上方，所述第三金属层延伸至靠近所述晶体管结构的源极的第一隔离结构上方。

6、在本申请的一些实施例中，在所述第二晶圆上形成tfet结构的方法包括：在所述第二衬底中形成若干第二隔离结构；在相邻第二隔离结构之间的第二衬底表面形成栅极结构；在所述栅极结构两侧的第二衬底中形成源极和漏极；在所述第二晶圆上形成覆盖所述第二晶圆和栅极结构的第二层间介质层；在所述第二层间介质层中形成贯穿所述第二层间介质层且分别电连接所述源极和漏极的第三接触结构和第四接触结构。

7、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第二晶圆上形成贯穿所述第二晶圆延伸至所述第一介质层中分别电连接所述第一金属层和第三金属层的第一金属连接结构和第二金属连接结构。

8、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述第二晶圆上形成电连接所述第四接触结构以及第二金属连接结构的第二金属层、电连接所述第一金属连接结构的第四金属层、电连接所述第三接触结构的第五金属层。

9、在本申请的一些实施例中，将所述键合介质层与所述第一晶圆键合后，还包括：减薄所述第二衬底。

10、在本申请的一些实施例中，减薄所述第二衬底的方法包括：在所述第二衬底的特定深度进行离子注入形成剥离层；执行退火工艺使所述剥离层处的第二衬底材料膨胀；沿所述剥离层剥离部分第二衬底使所述第二衬底减薄。

11、在本申请的一些实施例中，所述第一晶圆中的晶体管结构包括平面mosfet、finfet或gaafet中的任意一种。

12、本申请的另一个方面还提供一种半导体结构，包括：第一晶圆，所述第一晶圆中形成有晶体管结构；第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底以及位于所述第二衬底表面的键合介质层，所述键合介质层与所述第一晶圆键合，所述第二晶圆上形成有tfet结构，所述tfet结构与所述第一晶圆中的晶体管结构电连通。

13、在本申请的一些实施例中，所述第一晶圆包括：第一衬底，所述第一衬底中形成有源极和漏极以及位于所述源极和漏极两侧的第一隔离结构；第一层间介质层，位于所述第一衬底表面，所述第一层间介质层中形成有位于所述源极和漏极之间的第一衬底表面的栅极结构以及贯穿所述第一层间介质层且分别电连接所述源极和漏极的第一接触结构和第二接触结构，所述晶体管结构包括所述源极、漏极和栅极结构。

14、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：位于所述第一晶圆表面的第一介质层以及位于所述第一介质层中分别电连接所述第一接触结构和第二接触结构的第一金属层和第三金属层。

15、在本申请的一些实施例中，所述第一金属层延伸至靠近所述晶体管结构的漏极的第一隔离结构上方，所述第三金属层延伸至靠近所述晶体管结构的源极的第一隔离结构上方。

16、在本申请的一些实施例中，所述第二晶圆上还包括：若干第二隔离结构，位于所述第二衬底中；栅极结构，位于相邻第二隔离结构之间的第二衬底表面；源极和漏极，位于所述栅极结构两侧的第二衬底中；第二层间介质层，覆盖所述第二晶圆和栅极结构；第三接触结构和第四接触结构，贯穿所述第二层间介质层且分别电连接所述源极和漏极。

17、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：第一金属连接结构和第二金属连接结构，位于所述第二晶圆上贯穿所述第二晶圆延伸至所述第一介质层中分别电连接所述第一金属层和第三金属层。

18、在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：第二金属层、第四金属层和第五金属层，位于所述第二晶圆上，所述第二金属层电连接所述第四接触结构以及第二金属连接结构、所述第四金属层电连接所述第一金属连接结构、所述第五金属层电连接所述第三接触结构。

19、在本申请的一些实施例中，所述第一晶圆中的晶体管结构包括平面mosfet、finfet或gaafet中的任意一种。

20、本申请提供一种半导体结构及其形成方法，将tfet跟mosfet进行三维堆叠整合，充分利用tfet和mosfet的优势，提高器件性能。

技术特征：

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一晶圆包括：

3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第一晶圆表面形成第一介质层以及位于所述第一介质层中分别电连接所述第一接触结构和第二接触结构的第一金属层和第三金属层。

4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层延伸至靠近所述晶体管结构的漏极的第一隔离结构上方，所述第三金属层延伸至靠近所述晶体管结构的源极的第一隔离结构上方。

5.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述第二晶圆上形成tfet结构的方法包括：

6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：

8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，将所述键合介质层与所述第一晶圆键合后，还包括：减薄所述第二衬底。

9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，减薄所述第二衬底的方法包括：

10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一晶圆中的晶体管结构包括平面mosfet、finfet或gaafet中的任意一种。

11.一种半导体结构，其特征在于，包括：

12.如权利要求11所述的半导体结构，其特征在于，所述第一晶圆包括：

13.如权利要求12所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述第一晶圆表面的第一介质层以及位于所述第一介质层中分别电连接所述第一接触结构和第二接触结构的第一金属层和第三金属层。

14.如权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，所述第一金属层延伸至靠近所述晶体管结构的漏极的第一隔离结构上方，所述第三金属层延伸至靠近所述晶体管结构的源极的第一隔离结构上方。

15.如权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，所述第二晶圆上还包括：

16.如权利要求15所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

17.如权利要求16所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

18.如权利要求11所述的半导体结构，其特征在于，所述第一晶圆中的晶体管结构包括平面mosfet、finfet或gaafet中的任意一种。

技术总结
本申请提供半导体结构及其形成方法，所述半导体结构包括：第一晶圆，所述第一晶圆中形成有晶体管结构；第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底以及位于所述第二衬底表面的键合介质层，所述键合介质层与所述第一晶圆键合，所述第二晶圆上形成有TFET结构，所述TFET结构与所述第一晶圆中的晶体管结构电连通。本申请将TFET跟MOSFET进行三维堆叠，充分利用TFET和MOSFET的优势，提高器件性能。

技术研发人员：吴旭升
受保护的技术使用者：北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13