半导体结构及其制备方法

本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、在摩尔定律不断深化的当下，继续推进晶体管尺寸微缩是当前业界研发的热点问题。堆叠晶体管(complementary field effect transistors，cfets)通过将两层或多层晶体管在垂直空间内集成，实现进一步提升晶体管集成密度，成为延续集成电路尺寸微缩的重要技术之一。

2、制备堆叠晶体管的工艺采用单片(monolithic)方案或是顺序(sequential)方案，均存在制备工艺难度大、复杂度高的问题。因此，为了简化工艺流程，降低制备难度，堆叠晶体管的制备工艺仍然需要持续的进行改进。

技术实现思路

1、本申请提供一种半导体结构及其制备方法，以简化堆叠晶体管的工艺流程，降低制备难度。

2、第一方面，本申请实施例提供一种半导体结构的制备方法，该方法包括：

3、提供一衬底；

4、在衬底上依次形成第一材料层和第二材料层，第一材料层和第二材料层由不同晶格常数的材料制成；

5、刻蚀第一材料层和第二材料层，形成鳍结构，鳍结构包括由刻蚀后的第一材料层形成的第一部分以及由刻蚀后的第二材料层形成的第二部分；

6、基于第二部分，形成底层晶体管；

7、倒片并去除衬底，以暴露第一部分；

8、基于第一部分，形成顶层晶体管。

9、在一些可能的实施方式中，第一材料层由硅锗制成，第二材料层由硅制成；或者，第一材料层由硅制成，第二材料层由硅锗制成。

10、在一些可能的实施方式中，基于第二部分，形成底层晶体管，包括：

11、在衬底上填充氧化物，形成第一浅沟槽隔离层；

12、刻蚀第一浅沟槽隔离层至预设高度，形成第二浅沟槽隔离层，第二浅沟槽隔离层的高度高于第一部分的高度；

13、在第二浅沟槽隔离层上方，基于第二部分，形成底层晶体管。

14、在一些可能的实施方式中，其特征在于，在刻蚀第一浅沟槽隔离层至预设高度，形成第二浅沟槽隔离层之后，方法还包括：

15、在第一部分和第二部分的连接处进行离子注入，形成隔离层，隔离层用于对第一部分和第二部分进行电学隔离。

16、在一些可能的实施方式中，其特征在于，离子注入的离子包括p型离子、n型离子或氧离子。

17、在一些可能的实施方式中，其特征在于，基于第一部分，形成顶层晶体管，包括：

18、刻蚀第二浅沟槽隔离层至预设高度，形成第三浅沟槽隔离层；

19、在第三浅沟槽隔离层的上方，基于第一部分，形成顶层晶体管；

20、其中，第一晶体管的栅极结构与第二晶体管的栅极结构用第三浅沟槽隔离层隔开。

21、第二方面，本申请实施例提供一种半导体结构，该半导体结构包括：

22、底层晶体管；

23、顶层晶体管，顶层晶体管与底层晶体管层叠设置；

24、其中，底层晶体管中的第一有源结构与顶层晶体管中的第二有源结构组成鳍结构，且第一有源结构与第二有源结构由不同晶格常数的材料制成。

25、在一些可能的实施方式中，底层晶体管中的第一栅极结构与顶层晶体管中的第二栅极结构设置在鳍结构相对的两端。

26、在一些可能的实施方式中，第一有源结构由硅锗制成，第二有源结构由硅制成；或者，第一有源结构由硅制成，第二有源结构由硅锗制成。

27、在一些可能的实施方式中，第一栅极结构和第二栅极结构之间设置有第四浅沟槽隔离层，且第一有源结构和第二有源结构中由硅制成的有源结构被第四浅沟槽隔离层包裹。

28、在一些可能的实施方式中，第一有源结构和第二有源结构的连接处设置有隔离层，隔离层为鳍结构在离子注入后形成的。

29、在一些可能的实施方式中，离子注入的离子包括p型离子、n型离子或氧离子。

30、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

31、在本申请实施例中，通过在鳍结构的第二部分形成底层晶体管，倒片后在鳍结构的第一部分形成顶层晶体管，使得底层晶体管和顶层晶体管在制备的过程中通过鳍结构中的第一部分和第二部分实现自对准，从而一方面可以减少加工步骤，降低工艺难度，另一方面还可以分离底层晶体管与顶层晶体管，避免底层晶体管与顶层晶体管在加工过程中相互影响，降低晶体管形成过程中的温度控制要求。

32、另外，由于鳍结构的第一部分与第二部分由不同晶格常数的半导体材料形成，且第一部分与第二部分用于分别形成底层晶体管和顶层晶体管，使得底层晶体管和顶层晶体管所共用的鳍结构中产生对应的沟道应力。基于鳍结构中产生的沟道应力，实现将底层晶体管和顶层晶体管的性能进行匹配，保证顶层晶体管和底层晶体管的正常工作。

33、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一材料层由硅锗制成，所述第二材料层由硅制成；或者，所述第一材料层由硅制成，所述第二材料层由硅锗制成。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基于所述第二部分，形成底层晶体管，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在刻蚀所述第一浅沟槽隔离层至预设高度，形成第二浅沟槽隔离层之后，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入的离子包括p型离子、n型离子或氧离子。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述基于所述第一部分，形成顶层晶体管，包括：

7.一种半导体结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述底层晶体管中的第一栅极结构与所述顶层晶体管中的第二栅极结构设置在所述鳍结构相对的两端。

9.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述第一有源结构由硅锗制成，所述第二有源结构由硅制成；或者，所述第一有源结构由硅制成，所述第二有源结构由硅锗制成。

10.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述第一栅极结构和所述第二栅极结构之间设置有第四浅沟槽隔离层，且所述第一有源结构和所述第二有源结构中由硅制成的有源结构被所述第四浅沟槽隔离层包裹。

11.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述第一有源结构和所述第二有源结构的连接处设置有隔离层，所述隔离层为所述鳍结构在离子注入后形成的。

12.根据权利要求11所述的半导体结构，其特征在于，所述离子注入的离子包括p型离子、n型离子或氧离子。

技术总结
本申请提供一种半导体结构及其制备方法。其中，制备方法包括：提供一衬底；在衬底上依次形成由不同晶格常数的材料制成的第一材料层和第二材料层；刻蚀第一材料层和第二材料层，形成的鳍结构包括由刻蚀后的第一材料层形成的第一部分和由刻蚀后的第二材料层形成的第二部分；基于第二部分，形成底层晶体管；倒片后基于第一部分，形成顶层晶体管。本申请通过利用鳍结构的第二部分形成底层晶体管，倒片后利用鳍结构的第一部分形成顶层晶体管，使得上下两层晶体管共用鳍结构且实现自对准。另外，由于第一部分与第二部分由不同晶格常数的材料形成，使得底层晶体管和顶层晶体管所共用的鳍结构中产生对应的沟道应力，保证了半导体结构的正常工作。

技术研发人员：吴恒,王润声,黎明,卢浩然,黄如
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16