[發明專利]三維單片集成器件結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202110103643.9
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112928154B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 劉盛富;胡云斌;楊超;劉海彬;劉森
• 申請（專利權）人: 微龕（廣州）半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336;H01L27/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

1.一種三維單片集成器件結構，其特征在于，所述三維單片集成器件結構包括：

半導體基底；

柵氧化層，形成在所述半導體基底上；

源極結構及漏極結構，形成在所述半導體基底上且位于所述柵氧化層兩側，所述源極結構上表面高于所述柵氧化層上表面，所述漏極結構上表面高于所述柵氧化層上表面；

柵極結構，形成在所述柵氧化層表面，且與兩側的所述源極結構和所述漏極結構之間均具有間距，所述柵極結構上表面均高于所述源極結構和所述漏極結構上表面；

隔離結構，至少填充所述柵極結構與兩側的所述源極結構和所述漏極結構之間的區域并延伸至所述源極結構表面和所述漏極結構表面，其中，所述隔離結構中形成有空氣腔；所述隔離結構依次包括第一隔離層、第二隔離層、第三隔離層及第四隔離層，其中，所述第一隔離層位于所述柵極結構側部表面且與所述源極結構和所述漏極結構之間具有間距，所述第二隔離層位于所述第一隔離層上，所述第三隔離層位于所述第二隔離層上，所述空氣腔位于所述第二隔離層和所述第三隔離層之間，所述第四隔離層延伸至所述源極結構和所述漏極結構的表面。

2.根據權利要求1所述的三維單片集成器件結構，其特征在于，所述柵極結構的外緣尺寸小于所述柵氧化層的外緣尺寸，所述柵氧化層與兩側的所述源極結構及漏極結構相接觸。

3.根據權利要求1所述的三維單片集成器件結構，其特征在于，所述半導體基底自下而上依次包括底層硅、中間埋氧層以及頂層硅，以形成全耗盡絕緣層上硅器件。

4.根據權利要求1所述的三維單片集成器件結構，其特征在于，所述空氣腔位于所述柵極結構與兩側的所述源極結構和所述漏極結構之間的區域。

5.根據權利要求1所述的三維單片集成器件結構，其特征在于，所述第二隔離層包括形變介電材料層，所述第三隔離層包括非形變介電材料層。

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的三維單片集成器件結構，其特征在于，所述三維單片集成器件結構的截止頻率為：其中，g_m為跨導，C_M為密勒電容，C_M等效為：C_M＝C_gd(1+R_L)，其中，R_L為負載電阻，C_gs和C_gd正比于所述空氣腔與所述隔離結構構成的混合介電層的介電常數。

7.根據權利要求6所述三維單片集成器件結構，其特征在于，所述三維單片集成器件結構包括底層器件層，其中，所述半導體基底及形成在其上的所述柵氧化層、所述源極結構、所述漏極結構、所述柵極結構及所述隔離結構構成所述底層器件層。

8.一種如權利要求1-7中任意一項所述的三維單片集成器件結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

提供半導體基底；

在所述半導體基底上制備柵氧化層、源極結構、漏極結構和柵極結構，其中：

所述源極結構和所述漏極結構分別位于所述柵氧化層兩側，且所述源極結構上表面高于所述柵氧化層上表面，所述漏極結構上表面高于所述柵氧化層上表面；

所述柵極結構形成在所述柵氧化層表面，且與兩側的所述源極結構和所述漏極結構之間均具有間距，所述柵極結構上表面均高于所述源極結構和所述漏極結構上表面；

在所述半導體基底上制備隔離結構，所述隔離結構至少填充所述柵極結構與兩側的所述源極結構和所述漏極結構之間的區域并延伸至所述源極結構表面和所述漏極結構表面，其中，所述隔離結構中形成有空氣腔；所述隔離結構依次包括第一隔離層、第二隔離層、第三隔離層及第四隔離層，其中，所述第一隔離層位于所述柵極結構側部表面且與所述源極結構和所述漏極結構之間具有間距，所述第二隔離層位于所述第一隔離層上，所述第三隔離層位于所述第二隔離層上，所述空氣腔位于所述第二隔離層和所述第三隔離層之間，所述第四隔離層延伸至所述源極結構和所述漏極結構的表面。