CN117979690A - 一种半导体器件及其制造方法、电子设备 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件及其制造方法、电子设备，所述半导体器件包括：垂直堆叠的第一晶体管和第二晶体管；第一晶体管包括：依次堆叠的第一电极、第二电极、第一半导体层和第一栅电极；所述第二晶体管包括：在第一栅电极背离衬底一侧依次堆叠的第三电极、第二半导体层、第二栅电极；第二半导体层连接第三电极和第一栅电极；其中，第一半导体层、第二半导体层包括延伸方向与衬底交叉的半导体子层，以及，平行于衬底方向延伸的两个半导体子层。本实施例提供的方案，第一半导体层便于使用非富氧环境的沉积工艺形成，避免晶体管的源漏电极氧化，可以形成良好的欧姆接触，降低接触电阻。
Description
技术领域
本公开实施例涉及但不限于半导体技术领域的器件设计及其制造，尤指一种半导体器件及其制造方法、电子设备。
背景技术
随着集成电路技术的发展，器件的关键尺寸日益缩小，单个芯片所包含的器件种类及数量随之增加，使得工艺生产中的任何微小差异都可能对器件性能造成影响。
为了尽可能降低产品的成本，人们希望在有限的衬底上做出尽可能多的器件单元。自从摩尔定律问世以来，业界提出了各种半导体结构设计和工艺优化，以满足人们对当前产品的需求。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请提供了一种半导体器件，降低半导体层和源漏之间的接触电阻。
本公开实施例提供一种半导体器件，包括：设置在衬底上沿垂直于衬底方向堆叠的第一晶体管和第二晶体管；
所述第一晶体管包括：第一电极、设置在所述第一电极背离所述衬底一侧的第二电极、设置在所述第二电极背离所述第一电极一侧的第一半导体层和设置在所述第一半导体层背离所述第二电极一侧的第一栅电极；所述第一半导体层连接所述第一电极和所述第二电极；
所述第二晶体管包括：设置在所述第一栅电极背离所述衬底一侧的第三电极、设置在所述第三电极背离所述第一栅电极一侧的第二半导体层和设置在所述第二半导体层背离所述第三电极一侧的第二栅电极；所述第二半导体层连接所述第三电极和所述第一栅电极；
其中，所述第一半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第一半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第二半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第二半导体子层的方向延伸的第三半导体子层；
所述第二半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第四半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第五半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第五半导体子层的方向延伸的第六半导体子层。
在一些实施例中，所述第一电极与所述第二半导体子层朝向所述衬底一侧连接。
在一些实施例中，所述第二电极与所述第三半导体子层朝向所述衬底一侧连接，以及，与所述第一半导体子层朝向所述第三半导体子层一侧连接。
在一些实施例中，所述第一栅电极与所述第五半导体子层朝向所述衬底一侧连接。
在一些实施例中，所述第三电极与所述第六半导体子层朝向所述衬底一侧连接，以及，与所述第四半导体子层朝向所述第六半导体子层一侧连接。
在一些实施例中，所述第一晶体管还包括第一栅极绝缘层，所述第一栅极绝缘层覆盖所述第一半导体层背离所述衬底一侧的表面，所述第一栅电极覆盖所述第一栅极绝缘层背离所述衬底一侧的表面。
在一些实施例中，所述第一栅电极包括平行于所述衬底的第一平行部和由所述第一平行部向所述衬底方向延伸的第一倾斜部。
在一些实施例中，所述第二栅电极包括平行于所述衬底的第二平行部和由所述第二平行部向所述衬底方向延伸的第二倾斜部。
在一些实施例中，所述第二晶体管还包括第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层覆盖所述第二半导体层背离所述衬底一侧的表面，所述第二栅电极覆盖所述第二栅极绝缘层背离所述衬底一侧的表面。
在一些实施例中，所述半导体器件包括至少一层存储单元阵列，所述存储单元阵列包括沿第一方向和第二方向阵列分布的多个存储单元，所述第一方向和第二方向交叉且均平行于所述衬底，所述存储单元包括所述第一晶体管和所述第二晶体管，同行的存储单元的第一电极连接形成沿第一方向延伸的第一位线，同列的存储单元的第二电极连接形成沿第二方向延伸的第一字线，同列的存储单元的第三电极连接形成沿第二方向延伸的第二位线，同行的存储单元的第二栅电极连接到同一第二字线。
本公开实施例提供一种电子设备，包括上述任一所述的半导体器件。
本公开实施例提供一种半导体器件的制造方法，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成第一电极，在所述第一电极远离所述衬底一侧形成第二电极；
形成第一沟槽，所述第一沟槽的底壁暴露所述第一电极，侧壁暴露所述第二电极；
依次沉积第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第一导电薄膜，所述第一半导体薄膜覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的内壁，所述第一栅绝缘薄膜覆盖所述第一半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，所述第一导电薄膜填充所述第一沟槽；
形成第二沟槽，所述第二沟槽贯穿所述第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第一导电薄膜，所述第二沟槽将所述第一半导体薄膜、第一栅极绝缘薄膜和第一导电薄膜沿所述第二沟槽的底壁的延伸方向断开为两部分，形成覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的一侧壁和部分底壁的第一半导体层，覆盖所述第一半导体层的第一栅极绝缘层和覆盖所述第一栅极绝缘层的第一栅电极；
在所述第一栅电极远离所述衬底一侧形成第三电极；
形成第三沟槽，所述第三沟槽的底壁暴露所述第一栅电极，侧壁暴露所述第三电极；
依次沉积第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第二导电薄膜，所述第二半导体薄膜覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的内壁，所述第二栅绝缘薄膜覆盖所述第二半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，所述第二导电薄膜填充所述第三沟槽；
形成第四沟槽，所述第四沟槽贯穿所述第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第二导电薄膜，所述第四沟槽将所述第二半导体薄膜、第二栅极绝缘薄膜和第二导电薄膜沿所述第三沟槽的底壁的延伸方向断开为两部分，形成覆盖所述第三电极远离衬底一侧的表面和所述第三沟槽的一侧壁和部分底壁的第二半导体层，覆盖所述第二半导体层的第二栅极绝缘层和覆盖所述第二栅极绝缘层的第二栅电极。
本申请实施例包括一种半导体器件及其制造方法、电子设备，所述半导体器件包括：设置在衬底上沿垂直于衬底方向堆叠的第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管包括：第一电极、设置在所述第一电极背离所述衬底一侧的第二电极、设置在所述第二电极背离所述第一电极一侧的第一半导体层和设置在所述第一半导体层背离所述第二电极一侧的第一栅电极；所述第一半导体层连接所述第一电极和所述第二电极；所述第二晶体管包括：设置在所述第一栅电极背离所述衬底一侧的第三电极、设置在所述第三电极背离所述第一栅电极一侧的第二半导体层和设置在所述第二半导体层背离所述第三电极一侧的第二栅电极；所述第二半导体层连接所述第三电极和所述第一栅电极；其中，所述第一半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第一半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第二半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第二半导体子层的方向延伸的第三半导体子层；所述第二半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第四半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第五半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第五半导体子层的方向延伸的第六半导体子层。本实施例提供的方案，第一电极和第二电极沿垂直于衬底方向堆叠，第一半导体层形成垂直平面型沟道，第二晶体管与第一晶体管类似，第二半导体层形成垂直平面型沟道，该结构具有较小的深宽比，对半导体层形成的沉积工艺限制小，支持使用非富氧环境的沉积工艺形成半导体层，避免晶体管的源漏电极氧化，可以形成良好的欧姆接触，降低接触电阻。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1A为一些实施例提供的半导体器件俯视图，图1B为沿图1A中AA’方向的垂直于衬底的截面图，图1C为沿图1A中BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图1D为一些实施例提供的半导体器件的等效电路图；
图2A为一些实施例提供的形成第一位线和第一字线后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图2B为一些实施例提供的形成第一位线和第一字线后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图3A为一些实施例提供的形成第一沟槽后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图3B为一些实施例提供的形成第一沟槽后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图4A为一些实施例提供的形成第一半导体结构层、第一栅极绝缘结构层和第一栅电极层后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图4B为一些实施例提供的形成第一半导体结构层、第一栅极绝缘结构层和第一栅电极层后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图；
图5A为一些实施例提供的形成第一半导体层、第一栅极绝缘层和第一栅电极后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图5B为一些实施例提供的形成第一半导体层、第一栅极绝缘层和第一栅电极后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图；
图6A为一些实施例提供的形成第一绝缘层后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图6B为一些实施例提供的形成第一绝缘层后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图7A为一些实施例提供的形成第二位线后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图7B为一些实施例提供的形成第二位线后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图8A为一些实施例提供的形成第三沟槽后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图8B为一些实施例提供的形成第三沟槽后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图9A为一些实施例提供的形成第二半导体结构层、第二栅极绝缘结构层和第二栅电极层后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图9B为一些实施例提供的形成第二半导体结构层、第二栅极绝缘结构层和第二栅电极层后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图；
图10A为一些实施例提供的形成第二半导体层、第二栅极绝缘层和第二栅电极后沿AA’方向的垂直于衬底的截面图，图10B为一些实施例提供的形成第二半导体层、第二栅极绝缘层和第二栅电极后沿BB’方向的垂直于衬底的截面图；
图11A为一些实施例提供的半导体器件俯视图；图11B为一些实施例提供的沿图11A中AA’方向的垂直于衬底的截面图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本公开实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，本公开实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本公开的实施方式并不一定限定附图所示尺寸，附图中各部件的形状和大小不反映真实比例。此外，附图示意性地示出了理想的例子，本公开的实施方式不局限于附图所示的形状或数值。
本公开中的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混同而设置，并不表示任何顺序、数量或者重要性。
在本公开中，为了方便起见，使用“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的词句以参照附图说明构成要素的位置关系，仅是为了便于描述本说明书和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于在公开中说明的词句，根据情况可以适当地更换。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是物理连接或信号连接，可以是接触连接或一体地连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，晶体管是指至少包括栅电极、漏电极以及源电极这三个端子的元件。晶体管在漏电极(漏电极端子、漏区域或漏电极)与源电极(源电极端子、源区域或源电极)之间具有沟道区域，并且电流能够流过漏电极、沟道区域以及源电极。在本公开中，沟道区域是指电流主要流过的区域。
在本公开中，可以是第一电极为漏电极、第二电极为源电极，或者可以是第一电极为源电极、第二电极为漏电极。在使用极性相反的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，“源电极”及“漏电极”的功能有时互相调换。因此，在本公开中，“源电极”和“漏电极”可以互相调换。
在本公开中，“连接”包括构成要素通过具有某种电作用的元件连接在一起的情况。“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接的构成要素间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。“具有某种电作用的元件”的例子不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等开关元件、电阻器、电感器、电容器、其它具有各种功能的元件等。
在本公开中，“平行”是指大约平行或几乎平行，比如，两条直线形成的角度为-10°以上且10°以下的状态，因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。另外，“垂直”是指大约垂直，比如，两条直线形成的角度为80°以上且100°以下的状态，因此，也包括85°以上且95°以下的角度的状态。
本公开实施例中的“A和B为一体式结构”可以是指在微观结构上无明显的断层或间隙等明显的分界界面。一般地，在一个膜层上图案化形成连接的膜层为一体式。比如A和B使用相同的材料成一个膜层并通过同一次图案化工艺同时形成具有连接关系的结构。
本公开实施例中“B的正投影位于A的正投影的范围之内”，是指B的正投影的边界落入A的正投影的边界范围内，或者A的正投影的边界与B的正投影的边界重叠。
图1A为一些实施例提供的半导体器件俯视图，图1B为沿图1A中AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图1C为沿图1A中BB’方向的垂直于衬底1的截面图。图1A中仅示出部分半导体器件部分组件的俯视图。如图1A、图1B和图1C所示，本公开实施例可以提供一种半导体器件，所述半导体器件可以包括设置在衬底1上沿垂直于衬底1方向堆叠的第一晶体管和第二晶体管；
所述第一晶体管可以包括：第一电极51、设置在所述第一电极51背离所述衬底1一侧的第二电极52、设置在所述第二电极52背离所述第一电极51一侧的第一半导体层21和设置在所述第一半导体层21背离所述第二电极52一侧的第一栅电极26；所述第一半导体层21连接所述第一电极51和所述第二电极52；第二电极52与所述衬底1沿垂直于衬底1方向的距离大于所述第一电极51与所述衬底1沿垂直于衬底1方向的距离；
所述第二晶体管可以包括：设置在所述第一栅电极26背离所述衬底1一侧的第三电极53、设置在所述第三电极53背离所述第一栅电极26一侧的第二半导体层22和设置在所述第二半导体层22背离所述第三电极53一侧的第二栅电极27；所述第二半导体层22连接所述第三电极53和所述第一栅电极26；即第一栅电极26可以复用为第二晶体管的一个电极；第三电极53与所述衬底1沿垂直于衬底1方向的距离大于所述第一栅电极26与所述衬底1沿垂直于衬底1方向的距离；
其中，所述第一半导体层21可以包括延伸方向与所述衬底1交叉的第一半导体子层211，以及，由所述第一半导体子层211的一端向平行于衬底1方向延伸的第二半导体子层212，以及，由所述第一半导体子层211的另一端向平行于衬底1且背离所述第二半导体子层212的方向延伸的第三半导体子层213；第三半导体子层213与衬底1沿垂直于衬底1方向的距离可以大于第二半导体层212与衬底1沿垂直于衬底1方向的距离；
所述第二半导体层22可以包括延伸方向与所述衬底1交叉的第四半导体子层221，以及，由所述第四半导体子层221的一端向平行于衬底1方向延伸的第五半导体子层222，以及，由所述第四半导体子层221的另一端向平行于衬底1且背离所述第五半导体子层222的方向延伸的第六半导体子层223。第六半导体子层223与衬底1沿垂直于衬底1方向的距离可以大于第五半导体层222与衬底1沿垂直于衬底1方向的距离。
本实施例提供的方案，第一电极和第二电极沿垂直于衬底方向堆叠，第一半导体层形成垂直平面型沟道，第二晶体管与第一晶体管类似，第二半导体层形成垂直平面型沟道，该结构具有较小的深宽比，对半导体层形成的沉积工艺限制小，可以使用非富氧环境的沉积工艺形成半导体层，避免晶体管的源漏电极氧化，可以形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，且可以使用成本更低效率更高的沉积工艺，降低成本，减少工艺时间。
在一些实施例中，所述第一半导体子层211、第二半导体子层212、第三半导体子层213可以连接形成一体式结构。
在一些实施例中，所述第四半导体子层221、第五半导体子层222、第六半导体子层223可以连接形成一体式结构。
在一些实施例中,所述第一电极51可以沿平行于所述衬底1的方向延伸。
在一些实施例中，所述第二电极52可以沿平行于所述衬底1的方向延伸。
在一些实施例中，所述第三电极53可以沿平行于所述衬底1的方向延伸。
在一些实施例中，所述第一晶体管还包括第一栅极绝缘层24，所述第一栅极绝缘层24覆盖所述第一半导体层21背离所述衬底1一侧的表面，所述第一栅电极26覆盖所述第一栅极绝缘层24背离所述衬底1一侧的表面。所述第一栅极绝缘层24形状与所述第一半导体层21形状相适应，即第一栅极绝缘层24延伸方向与第一半导体层21一致。
在一些实施例中，所述第一栅电极26可以包括平行于所述衬底1的第一平行部和由所述第一平行部向所述衬底1方向延伸的第一倾斜部。
在一些实施例中，所述第二晶体管还包括第二栅极绝缘层25，所述第二栅极绝缘层25覆盖所述第二半导体层22背离所述衬底1一侧的表面，所述第二栅电极27覆盖所述第二栅极绝缘层25背离所述衬底1一侧的表面。所述第二栅极绝缘层25形状与所述第二半导体层22形状相适应，即第二栅极缘层25延伸方向与第二半导体层22一致。
在一些实施例中，所述第二栅电极27可以包括平行于所述衬底1的第二平行部和由所述第二平行部向所述衬底1方向延伸的第二倾斜部。
在一些实施例中，所述第一电极51可以与所述第二半导体子层212朝向所述衬底1一侧连接。但本公开实施例不限于此，所述第一电极51还可以与所述第一半导体子层211连接，比如，与第一半导体子层211朝向第二电极52一侧连接，等等。所述第一电极51仅与所述第二半导体子层212朝向所述衬底1一侧连接，工艺上更易实现。
在一些实施例中，所述第二电极52可以与所述第三半导体子层213朝向所述衬底1一侧连接，以及，与所述第一半导体子层211朝向所述第三半导体子层213一侧连接。但本公开实施例不限于此，所述第二电极52可以与所述第三半导体子层213朝向所述衬底1一侧、所述第一半导体子层211朝向所述第三半导体子层213一侧其中之一连接。
在一些实施例中，所述第一半导体层21可以覆盖所述第二电极52背离所述衬底1一侧的表面和所述第二电极52朝向所述第一半导体层21的侧壁。
在一些实施例中，所述第一栅电极26可以与所述第五半导体子层222朝向所述衬底1一侧连接。但本公开实施例不限于此，所述第一栅电极26还可以与所述第四半导体子层221连接，比如，与第四半导体子层221朝向第三电极53一侧连接，等等。所述第一栅电极26仅与所述第五半导体子层222朝向所述衬底1一侧连接，工艺上更易实现。
在一些实施例中，所述第三电极53可以与所述第六半导体子层223朝向所述衬底1一侧连接，以及，与所述第四半导体子层221朝向所述第六半导体子层223一侧连接。但本公开实施例不限于此，所述第三电极53可以与所述第六半导体子层223朝向所述衬底1一侧、所述第四半导体子层221朝向所述第六半导体子层223一侧其中之一连接。
在一些实施例中，所述第二半导体层22可以覆盖所述第三电极53背离所述衬底1一侧的表面和所述第三电极53朝向所述第二半导体层22的侧壁。
在一些实施例中，所述第一半导体层21、第二半导体层22在所述衬底1的正投影可以重叠。本实施例提供的方案，在制造第一半导体层21、第二半导体层22时可以复用掩膜，降低成本。另外，可以减小第一晶体管、第二晶体管在衬底上占用的面积，减少器件面积。
在一些实施例中，所述第二电极52、第三电极53在所述衬底1的正投影可以重叠。本实施例提供的方案，在制造第二电极52、第三电极53时可以复用掩膜，降低成本。另外，可以减小第一晶体管、第二晶体管在衬底上占用的面积，减少器件面积。
在一些实施例中，沿第二方向Y，所述第一半导体层21的尺寸可以大于所述第一电极51的尺寸。
在一些实施例中，沿第二方向Y，所述第一栅电极26的尺寸可以大于所述第一电极51的尺寸。
在一些实施例中，所述第一栅电极26、第二栅电极27在所述衬底1的正投影可以重叠。本实施例提供的方案，在制造第一栅电极26、第二栅电极27时可以复用掩膜，降低成本。另外，可以减小第一晶体管、第二晶体管在衬底1上占用的面积，减少器件面积。
在一些实施例中，所述半导体器件可以包括多层沿垂直于衬底1方向堆叠的存储单元阵列，如图1A所示，所述存储单元阵列可以包括沿第一方向X和第二方向Y阵列分布的多个存储单元(图1B中虚线框出的区域为一个存储单元)，所述第一方向X和第二方向Y交叉且均平行于所述衬底1，所述存储单元可以包括所述第一晶体管和所述第二晶体管，沿第一方向X分布的同行的存储单元的第一电极51连接形成沿第一方向X延伸的第一位线31，沿第二方向Y分布的同列的存储单元的第二电极52连续形成沿第二方向延伸的第一字线41，同列的存储单元的第三电极53连接形成沿第二方向延伸的第二位线32，同行的存储单元的所述第二栅电极27连接到同一第二字线。在一些实施例中，在一些实施例中，所述第一方向X和第二方向Y可以垂直。所述第二字线可以设置在第二晶体管远离衬底1一侧。
在一些实施例中，可以两列存储单元为一组，同组内沿第一方向X相邻的存储单元的第一半导体层21的第二半导体子层212相邻，第三半导体子层213设置在第二半导体子层212背离相邻的存储单元一侧。沿第一方向X相邻的存储单元的第二半导体层22的第五半导体子层222相邻，第六半导体子层223设置在第五半导体子层222背离相邻的存储单元一侧。即同组内相邻的存储单元的第一半导体层21的第二半导体子层212和第三半导体层213沿第一方向X的布局可以相反。本实施例提供的方案，可以通过一个沟槽形成两列晶体管，减少制造过程中沟槽的数量，简化工艺。
在一些实施例中，如图11A和图11B所示，沿第一方向X相邻的存储单元中，第二半导体子层212与相邻的存储单元的第三半导体子层213靠近，即相邻的存储单元的第一半导体层21的第二半导体子层212和第三半导体子层213沿第一方向X的布局可以相同。第五半导体子层222与相邻的存储单元的第六半导体子层223靠近，即相邻的存储单元的第二半导体层22的第五半导体子层222和第六半导体子层223沿第一方向X的布局可以相同。
在一些实施例中，沿第一方向X相邻的存储单元可以镜像对称。
图1D为一些实施例提供的半导体器件的等效电路图。本实施例中，第一晶体管为读晶体管Tr_r，第二晶体管为写晶体管Tr_w，第一字线41可以是读字线RWL，第二字线可以是写字线WWL，第一位线31可以是读位线，第二位线32可以是写位线。如图1D所示，本实施例提供一种存储电路，包括写晶体管Tr_w和读晶体管Tr_r，读晶体管Tr_r包括第一电极51、第二电极52和第一栅电极26；写晶体管Tr_w包括第三电极53、第四电极和第二栅电极27，其中，第一栅电极26连接到写晶体管Tr_w的第四电极，或者，第一栅电极26复用为第四电极，第一栅电极26作为存储节点SN。第一电极51连接读位线RBL，第二电极52连接读字线RWL，第三电极53连接写位线WBL，第二栅电极26连接写字线WWL。读写过程如下：1)写入“1”时，给WWL施加导通电压，写晶体管Tr_w沟道导通，第三电极53和第四电极之间联通。写位线WBL施加数据“1”对应的电压，第三电极53向存储节点SN注入数据“1”对应的电荷；读取“1”时，在读字线RWL施加读取电压，由于存储节点SN中存有一定电荷，在读位线RBL与读字线RWL之间有电流通过，由***电路放大识别后，完成读取“1”过程。(2)写入“0”时，写位线WBL加载低于阈值电压的电压抽取电荷，写晶体管不导通；读取“0”时，在读字线RWL施加读取电压，由于存储节点SN中无电荷，读位线RBL与读字线RWL之间，没有或者较小电流通过，再由***电路放大识别后完成读取“0”过程。另外，非读写阶段，可以对存储节点SN进行数据回写。
下面通过本实施例半导体器件的制造过程进一步说明本实施例的技术方案。本实施例中所说的“构图工艺”包括沉积膜层、涂覆光刻胶、掩模曝光、显影、刻蚀、剥离光刻胶等处理，是相关技术中成熟的制造工艺。沉积可采用溅射、蒸镀、化学气相沉积等已知工艺，涂覆可采用已知的涂覆工艺，刻蚀可采用已知的方法，在此不做具体的限定。在本实施例的描述中，需要理解的是，“薄膜”是指将某一种材料在基底上利用沉积或涂覆工艺制作出的一层薄膜。若在整个制作过程当中该“薄膜”无需构图工艺或光刻工艺，则该“薄膜”还可以称为“层”。若在整个制作过程当中该“薄膜”还需构图工艺，则在构图工艺前称为“薄膜”，构图工艺后称为“层”。经过构图工艺后的“层”中包含至少一个“图案”。
在一些实施例中，所述半导体器件的制作过程可以包括：
1)形成第一位线31和第一字线41；
提供衬底1，在所述衬底1上沉积第一导电薄膜，构图形成沿第一方向X延伸的多条第一位线31，所述多条第一位线31沿第二方向Y间隔分布；在所述第一位线31上覆盖绝缘薄膜；
沉积第二导电薄膜，构图形成沿第二方向Y延伸的多条第一字线41，如图2A和图2B所示，其中，图2A为一些实施例提供的形成第一位线31和第一字线41后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图2B为一些实施例提供的形成第一位线31和第一字线41后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。所述第一字线41沿第二方向Y延伸，且所述多条第一字线41沿第一方向X间隔分布。
在一些实施例中，所述第一导电薄膜可以是如下不同类型材料中的一种或多种：
比如，含有钨、铝、钛、铜、镍、铂、钌、钼、金、铱、铑、钽、钴等金属；可以是含有前述提到的这些金属中的金属合金；
或者，可以是导电的金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物、金属碳化物等，如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟的氧化物(InO)等导电的金属氧化物材料；比如，氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)、氮化钛铝(TiAlN)等导电的金属氮化物材料；
或者，可以是掺杂后导电的多晶硅、硅、锗、硅锗等。
所述第二导电薄膜以及后续的第三导电薄膜、第四导电薄膜、第五导电薄膜与第一导电薄膜类似，不再赘述。
2)形成第一沟槽T1；
形成第一沟槽T1；所述第一沟槽T1的侧壁暴露相邻的第一字线41，底壁暴露所述第一位线31；如图3A和图3B所示，其中，图3A为一些实施例提供的形成第一沟槽T1后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图3B为一些实施例提供的形成第一沟槽T1后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
3)形成第一半导体结构层21a、第一栅极绝缘结构层24a和第一栅电极层26a；
在形成前述结构的衬底1上依次沉积第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第三导电薄膜，形成第一半导体结构层21a、第一栅极绝缘结构层24a和第一栅电极层26a，所述第三导电薄膜填充所述第一沟槽T1；所述第一半导体薄膜覆盖所述第一字线41背离衬底1一侧的表面，以及，覆盖所述第一沟槽T1的内壁(包括第一沟槽T1的底壁和侧壁)，所述第一栅绝缘薄膜覆盖所述第一半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，如图4A和图4B所示，其中，图4A为一些实施例提供的形成第一半导体结构层21a、第一栅极绝缘结构层24a和第一栅电极层26a后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图4B为一些实施例提供的形成第一半导体结构层21a、第一栅极绝缘结构层24a和第一栅电极层26a后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
在本公开的示例性实施例中，所述第一半导体薄膜的材料可以为带隙小于1.65eV的硅或多晶硅等材料，或者，可以是宽带隙材料，比如带隙大于1.65eV的金属氧化物材料。
举例来说，金属氧化物半导体层或沟道的材料可包括如下金属中的至少之一的金属氧化物：铟、镓、锌、锡、钨、镁、锆、铝、铪等材料。当然，该金属氧化物中也不排除含有其他元素的化合物，比如，N、Si等元素；也不排除含有其他少量掺杂元素。
一些实施例中，金属氧化物半导体层或沟道的材料可以包含以下中的一或多者：铟镓锌氧化物(InGaZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟镓(InGaO)、氧化铟锡(InSnO)、氧化铟镓锡(InGaSnO)、氧化铟镓锌锡(InGaZnSnO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化锌锡(ZnSnO，ZTO)、氧化铟铝锌金(InAlZnO)、氧化锌(ZnO)、铟镓硅氧化物(InGaSiO)、氧化铟钨(InWO，IWO)、氧化钛(TiO)、氮氧化锌(ZnON)、氧化镁锌(MgZnO)、锆铟锌氧化物(ZrInZnO)、铪铟锌氧化物(HfInZnO)、锡铟锌氧化物(SnInZnO)、铝锡铟锌氧化物(AlSnInZnO)、硅铟锌氧化物(SiInZnO)、铝锌锡氧化物(AlZnSnO)、镓锌锡氧化物(GaZnSnO)、锆锌锡氧化物(ZrZnSnO)等材料，只要保证晶体管的漏电流能满足要求即可，具体可根据实际情况进行调整。
这些材料的带隙较宽，具有较低的漏电流，比如，当金属氧化物材料为IGZO时，晶体管的漏电流小于或者等于10-15A，由此可以改善动态存储器的工作性能。
上述金属氧化物半导体层或沟道的材料仅强调材料的元素类型，不强调材料中原子占比以及材料的膜质。
在本公开的示例性实施例中，所述第一栅绝缘薄膜的材料可以包含一层或多层High-K介质材料，比如介电常数K≥3.9的介质材料。一些实施例中，可以包括铪、铝、镧、锆等一个或多个的氧化物。示例性的，比如，可以包括但不限于以下至少之一：氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)，铪铝氧化物(HfAlO)，铪镧氧化物(HfLaO)、锆的氧化物(ZrO2)等高K材料。
后续第二半导体薄膜与第一半导体薄膜材料类似，第二栅绝缘薄膜与第一栅绝缘薄膜材料类似，不再赘述。
本实施例中，第一沟槽T1沿第一方向X的宽度可以是两个晶体管的半导体层占据的部分区域，因此，宽度可以较大，深宽比较小，对沉积工艺的限制较小，比如，可以使用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺，比如使用溅射(sputtering)工艺生长形成第一半导体层，该工艺可以在富氩(Ar)的氛围下进行，从而避免氧化第一位线31和第一字线41，在第一半导体层21和第一位线31、第一字线41之间形成欧姆接触，降低接触电阻。另外，该工艺相对于深宽比较大时采用的原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺，还可以可以降低成本，减少工艺时间。后续第二半导体层的沉积类似，不再赘述。
4)形成第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26；
对所述第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第三导电薄膜进行构图，形成第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26；此时，第一半导体结构层21a、第一栅极绝缘结构层24a和第一栅电极层26a沿第二方向Y和第一方向X分割为多个独立的第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26；相邻的第一位线31之间存在沿第一方向X延伸的第一子沟槽T21，将沿第二方向Y相邻的晶体管的第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26断开，沿第一方向X相邻的晶体管之间存在沿第二方向Y延伸的第二子沟槽T22，所述第二子沟槽T22的底壁暴露所述第一位线31，将沿第一方向X相邻的晶体管的第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26断开，如图5A和图5B所示，其中，图5A为一些实施例提供的形成第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图5B为一些实施例提供的形成第一半导体层21、第一栅极绝缘层24和第一栅电极26后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。第二子沟槽T22两侧的第一半导体层21、第一栅极绝缘层24、第一栅电极26可以镜像对称，但本公开实施例不限于此，可以不镜像对称。第二子沟槽T22和第一子沟槽T21相交的区域中的第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第三导电薄膜被去除。
5)形成第一绝缘层10；
沉积第一绝缘薄膜并磨平，形成填充所述第一子沟槽T21和第二子沟槽T22的第一绝缘层10，所述第一绝缘层10与所述第一栅电极26齐平，如图6A和图6B所示，其中，图6A为一些实施例提供的形成第一绝缘层10后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图6B为一些实施例提供的形成第一绝缘层10后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
在一些实施例中，所述第一绝缘薄膜可以是Low-K材料，比如二氧化硅等。后续第二绝缘薄膜类似，不再赘述。
6)形成第二位线32；
在形成前述结构的衬底1上依次沉积绝缘薄膜和第四导电薄膜，构图形成多条第二位线32；所述第二位线32沿第二方向Y延伸，多条第二位线32沿第一方向X间隔分布；沉积填充相邻的第二位线32之间间隙的绝缘薄膜并磨平，如图7A和图7B所示，其中，图7A为一些实施例提供的形成第二位线32后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图7B为一些实施例提供的形成第二位线32后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
7)形成第三沟槽T3；
形成第三沟槽T3；所述第三沟槽T3的侧壁暴露相邻的第二位线32，底壁暴露沿第一方向X相邻的晶体管的第一栅电极26和所述第一绝缘层10；如图8A和图8B所示，其中，图8A为一些实施例提供的形成第三沟槽T3后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图8B为一些实施例提供的形成第三沟槽T3后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
8)形成第二半导体结构层22a、第二栅极绝缘结构层25a和第二栅电极层27a；
在形成前述结构的衬底1上依次沉积第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第五导电薄膜，形成第二半导体结构层22a和第二栅极绝缘结构层25a和第二栅电极层27a；所述第五导电薄膜填充所述第三沟槽T3；所述第二半导体薄膜覆盖所述第二位线32背离衬底1一侧的表面，以及，覆盖所述第三沟槽T3的内壁(包括第三沟槽T3的底壁和侧壁)，所述第二栅绝缘薄膜覆盖所述第二半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，如图9A和图9B所示，其中，图9A为一些实施例提供的形成第二半导体结构层22a、第二栅极绝缘结构层25a和第二栅电极层27a后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图9B为一些实施例提供的形成第二半导体结构层22a、第二栅极绝缘结构层25a和第二栅电极层27a后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。
9)形成第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27；
对所述第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第五导电薄膜进行构图，形成第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27；此时，第二半导体结构层22a、第二栅极绝缘结构层25a和第二栅电极层27a沿第二方向Y和第一方向X分割为多个独立的第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27；相邻的第一位线31之间存在沿第一方向X延伸的第三子沟槽T41，将沿第二方向Y相邻的晶体管的第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27断开，沿第一方向X相邻的晶体管之间存在沿第二方向Y延伸的第四子沟槽T42，将沿第一方向X相邻的晶体管的第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27断开，如图10A和图10B所示，其中，图10A为一些实施例提供的形成第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27后沿AA’方向的垂直于衬底1的截面图，图10B为一些实施例提供的形成第二半导体层22、第二栅极绝缘层25和第二栅电极27后沿BB’方向的垂直于衬底1的截面图。第四子沟槽T42两侧的第二半导体层22、第二栅极绝缘层25、第二栅电极27可以镜像对称，但本公开实施例不限于此，可以不镜像对称。
10)形成第二绝缘层11；
在形成前述结构的衬底1上沉积第二绝缘薄膜并磨平，形成填充所述第三子沟槽T41和第四子沟槽T42的第二绝缘层11，所述第二绝缘层11与所述第二栅电极27齐平，如图1B和图1C所示。
本公开实施例还提供了一种电子设备，包括前述任一实施例所述的半导体器件，或者，前述任一实施例所述的半导体器件的制造方法形成的半导体器件。所述电子设备可以为：存储装置、智能电话、计算机、平板电脑、人工智能设备、可穿戴设备或移动电源等。存储装置可以包括计算机中的内存等，此处不作限定。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：设置在衬底上沿垂直于衬底方向堆叠的第一晶体管和第二晶体管；
所述第一晶体管包括：第一电极、设置在所述第一电极背离所述衬底一侧的第二电极、设置在所述第二电极背离所述第一电极一侧的第一半导体层和设置在所述第一半导体层背离所述第二电极一侧的第一栅电极；所述第一半导体层连接所述第一电极和所述第二电极；
所述第二晶体管包括：设置在所述第一栅电极背离所述衬底一侧的第三电极、设置在所述第三电极背离所述第一栅电极一侧的第二半导体层和设置在所述第二半导体层背离所述第三电极一侧的第二栅电极；所述第二半导体层连接所述第三电极和所述第一栅电极；
其中，所述第一半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第一半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第二半导体子层，以及，由所述第一半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第二半导体子层的方向延伸的第三半导体子层；
所述第二半导体层包括延伸方向与所述衬底交叉的第四半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的一端向平行于衬底方向延伸的第五半导体子层，以及，由所述第四半导体子层的另一端向平行于衬底且背离所述第五半导体子层的方向延伸的第六半导体子层。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一电极与所述第二半导体子层朝向所述衬底一侧连接。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二电极与所述第三半导体子层朝向所述衬底一侧连接，以及，与所述第一半导体子层朝向所述第三半导体子层一侧连接。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一栅电极与所述第五半导体子层朝向所述衬底一侧连接。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第三电极与所述第六半导体子层朝向所述衬底一侧连接，以及，与所述第四半导体子层朝向所述第六半导体子层一侧连接。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管还包括第一栅极绝缘层，所述第一栅极绝缘层覆盖所述第一半导体层背离所述衬底一侧的表面，所述第一栅电极覆盖所述第一栅极绝缘层背离所述衬底一侧的表面。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述第一栅电极包括平行于所述衬底的第一平行部和由所述第一平行部向所述衬底方向延伸的第一倾斜部。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二晶体管还包括第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层覆盖所述第二半导体层背离所述衬底一侧的表面，所述第二栅电极覆盖所述第二栅极绝缘层背离所述衬底一侧的表面。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述第二栅电极包括平行于所述衬底的第二平行部和由所述第二平行部向所述衬底方向延伸的第二倾斜部。
10.根据权利要求1至9任一所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括至少一层存储单元阵列，所述存储单元阵列包括沿第一方向和第二方向阵列分布的多个存储单元，所述第一方向和第二方向交叉且均平行于所述衬底，所述存储单元包括所述第一晶体管和所述第二晶体管，同行的存储单元的第一电极连接形成沿第一方向延伸的第一位线，同列的存储单元的第二电极连接形成沿第二方向延伸的第一字线，同列的存储单元的第三电极连接形成沿第二方向延伸的第二位线，同行的存储单元的第二栅电极连接到同一第二字线。
11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至10任一所述的半导体器件。
12.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成第一电极，在所述第一电极远离所述衬底一侧形成第二电极；
形成第一沟槽，所述第一沟槽的底壁暴露所述第一电极，侧壁暴露所述第二电极；
依次沉积第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第一导电薄膜，所述第一半导体薄膜覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的内壁，所述第一栅绝缘薄膜覆盖所述第一半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，所述第一导电薄膜填充所述第一沟槽；
形成第二沟槽，所述第二沟槽贯穿所述第一半导体薄膜、第一栅绝缘薄膜和第一导电薄膜，所述第二沟槽将所述第一半导体薄膜、第一栅极绝缘薄膜和第一导电薄膜沿所述第二沟槽的底壁的延伸方向断开为两部分，形成覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的一侧壁和部分底壁的第一半导体层，覆盖所述第一半导体层的第一栅极绝缘层和覆盖所述第一栅极绝缘层的第一栅电极；在所述第一栅电极远离所述衬底一侧形成第三电极；
形成第三沟槽，所述第三沟槽的底壁暴露所述第一栅电极，侧壁暴露所述第三电极；
依次沉积第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第二导电薄膜，所述第二半导体薄膜覆盖所述第二电极远离衬底一侧的表面和所述第一沟槽的内壁，所述第二栅绝缘薄膜覆盖所述第二半导体薄膜背离所述衬底的一侧的表面，所述第二导电薄膜填充所述第三沟槽；
形成第四沟槽，所述第四沟槽贯穿所述第二半导体薄膜、第二栅绝缘薄膜和第二导电薄膜，所述第四沟槽将所述第二半导体薄膜、第二栅极绝缘薄膜和第二导电薄膜沿所述第三沟槽的底壁的延伸方向断开为两部分，形成覆盖所述第三电极远离衬底一侧的表面和所述第三沟槽的一侧壁和部分底壁的第二半导体层，覆盖所述第二半导体层的第二栅极绝缘层和覆盖所述第二栅极绝缘层的第二栅电极。
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