柵極結構及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關于一種柵極結構及其制造方法。該柵極結構具有被一間隔網(wǎng)絡所定義的多個柵極。其字元線密集區(qū)內的字元線間隔具有氣隙，其字元線密集區(qū)外的字元線間隔實質上沒有氣隙。并且可將一金屬硅化層設置于該柵極結構的該些柵極上。同時本發(fā)明還提供了一種柵極結構的制造方法。
【專利說明】柵極結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體裝置及形成一種半導體裝置的工藝及方法，特別是涉及一種具有氣隙結構的柵極結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]一種半導體裝置可包括具有多個柵極或多個記憶元柵極的柵極結構，用于電子式的數(shù)據(jù)儲存。一字元線(word line，WL)，通常沿著許多(可至數(shù)百或數(shù)千)的記憶元柵極的上方設置。圖1是繪示一種柵極結構的剖面圖，其呈現(xiàn)多個柵極或多個記憶元柵極。圖1中的柵極結構I具有多個柵極10設置于基板20之上并被一間隔30所定義。柵極10可包括通道氧化層50、浮動柵極60、ONO層70 (oxide/nitride/oxide, 0N0)以及控制柵極80。字元線(未圖示)最后會形成于完整的結構上。
[0003]柵極間隔的幾何結構的差異及字元線間隔的尺寸的變化性可導致絕緣氧化層中有極大差異的電荷增建，使得操作中半導體的柵極產(chǎn)生非預期的反應。實際上這些差異可能源自于半導體的必要設計之上。
[0004]“字元線電容”是指字元線與相鄰的控制柵極之間的電容。當與兩相鄰的控制柵極的間距被縮短時，其結構則稱為“密集字元線”，并且字元線電容之間對于控制柵極的干涉風險將增加。舉例來說，圖1中位于間隔40之間的柵極定義出一字元線密集區(qū)100或一具有增加字元線干涉風險的區(qū)域。
[0005]因此本【技術領域】需要一種改良的柵極結構以減少與字元線之間，特別是位于密集字元線內的干涉風險。本【技術領域】也需要一種改良的系統(tǒng)、工藝或方法用以制造具有多個間隙的半導體裝置。
[0006]金屬硅化層，或稱自我對準金屬硅化層，可施用于形成一半導體裝置或柵極結構之上，以減少電阻并提供良好的電阻接觸。舉例來說，含有金屬鈷的金屬硅化層施用于晶體管或藉由字元線間隔而與其他柵極相隔離的柵極，可用于降低柵極電極的電阻。盡管如此，施用含有金屬鈷的金屬硅化層于半導體裝置可能不足以降低干涉，特別是在對于具有密集字元線結構的柵極結構中。本【技術領域】需要改良的柵極結構及制造此結構的方法以降低干涉的范圍，特別是在具有字元線密集區(qū)域的柵極結構中。
[0007]由此可見，上述現(xiàn)有的柵極結構及其制造方法在產(chǎn)品結構、制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品及方法又沒有適切的結構及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新的柵極結構及其制造方法，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的柵極結構及其制造方法存在的缺陷，而提供一種新的柵極結構及其制造方法，所要解決的技術問題是使其通過將氣隙設置于柵極結構以降低字元線干涉，非常適于實用。
[0009]本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種柵極結構，包括多個柵極，被定義于一間隔網(wǎng)絡，并且該些柵極的各個柵極都具有一介電層；一導電層，設置于介電層上；以及一金屬硅化層，設置于導電層上。該柵極結構也包括一字元線密集區(qū)，字元線密集區(qū)被這些柵極中至少兩個柵極所定義；并竊包括形成于至少兩個柵極間的一氣隙，且氣隙由形成于至少兩個柵極處的一沉積層所定義。
[0010]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
[0011]前述的柵極結構，其中所述沉積層是以化學氣相沉積工藝沉積形成氣隙。
[0012]前述的柵極結構，其中所述字元線密集區(qū)外的任二個柵極被一具有一側壁及實質上鄰近該側壁的一間隔件的間隔結構所定義。間隔件可包括沉積層。此外，間隔件可包括一緩沖氧化物層及一襯墊氮化硅薄膜。而一高密度等離子體介電材料可填充于間隔結構內的所有間隙中。
[0013]前述的柵極結構，更可包括一內層介電層設置于柵極結構內。舉例來說，內層介電層可包括一緩沖氧化物層、一襯墊氮化硅薄膜、至少一氧化硅層及一未摻雜硅玻璃層。在本發(fā)明的一實施例中，該氣隙可延伸至該緩沖氧化物層內。
[0014]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種柵極結構的制造方法，其步驟包括:提供一柵極結構組件，配置有設置于基板上的多個柵極并被一間隔網(wǎng)絡所定義，柵極結構組件被一字元線密集區(qū)所定義；施用一沉積層以形成多個中空間隙于字元線密集區(qū)的所有間隔內；形成一第一內層介電層于柵極結構內；移除設置于柵極結構上的遮蔽層以形成中空間隙的開口 ；以及設置一金屬硅化層于柵極之上。
[0015]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
[0016]前述的柵極結構的制造方法，更可包括:施加一填充材料以填充中空間隙；移除過多的填充材料以形成柵極結構；以及形成一氧化凹槽于間隔網(wǎng)絡之上。在本發(fā)明的一實施例中，可從中空間隙移除填充材料以形成多個氣隙。
[0017]在本發(fā)明的某些實施例中，填充材料是一旋涂式介電材料。在本發(fā)明的某些實施例中，其中施加一填充材料以填充中空間隙的步驟包括:旋涂式涂布旋涂式介電材料；以軟烤工藝烘烤旋涂式介電材料；以及固化旋涂式介電材料的步驟。
[0018]前述的柵極結構的制造方法，可包括形成一第二內層介電層于柵極結構內的步驟。前述的柵極結構的制造方法，其中是利用化學氣相沉積(CVD)的工藝施加沉積層。
[0019]前述的柵極結構的制造方法，其中所述金屬硅化層可包括金屬鈷。在本發(fā)明的某些實施例中，設置一金屬硅化層于柵極之上的步驟包括:施加一金屬鈷層于柵極結構內；以第一快速加熱退火工藝加熱控制柵極；從柵極結構上移除未反應的金屬鈷；以及以第二快速加熱退火工藝加熱控制柵極。
[0020]進一步說明此實施例，第一快速加熱退火工藝操作的溫度范圍可在約400° C至約680° C之間，時間長度是約10秒到約40秒之間；而第二快速加熱退火工藝操作的溫度范圍可在約700° C至約950° C之間，時間長度是約30秒到約60秒之間。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā)明柵極結構及其制造方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明通過改良柵極結構可以降低字元線干涉的范圍，特別是在具有字元線密集區(qū)域的柵極結構中。
[0022]綜上所述，本發(fā)明是有關于一種柵極結構及其制造方法。該柵極結構具有被一間隔網(wǎng)絡所定義的多個柵極。其字元線密集區(qū)內的字元線間隔具有氣隙，其字元線密集區(qū)外的字元線間隔實質上沒有氣隙。并且可將一金屬硅化層設置于該柵極結構的該些柵極上。同時本發(fā)明還提供了一種柵極結構的制造方法。本發(fā)明在技術上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
[0023]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是繪示一種柵極結構的剖面圖。
[0025]圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一柵極結構在經(jīng)過一沉積工藝以形成孔洞于一沉積層內后的剖面圖。
[0026]圖3是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過一蝕刻工藝后的剖面圖。
[0027]圖4是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過形成一內層介電層后的剖面圖。
[0028]圖5是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過移除過多的介電材料后的剖面圖。
[0029]圖6是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)移除部分柵極結構的上部使中空間隙形成開口后的剖面圖。
[0030]圖7是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過填滿中空間隙后的剖面圖。
[0031]圖8是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過移除過多的填充材料后的剖面圖。
[0032]圖9是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過一選擇性蝕刻以形成一氧化凹槽后的剖面圖。
[0033]圖10是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過形成一金屬硅化層后的剖面圖。
[0034]圖11是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過移除該填充材料以形成多個氣隙后的剖面圖。
[0035]圖12是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過形成其他的內層介電層之后的剖面圖。
[0036]圖13是繪示本發(fā)明一實施例中，制造具有多個氣隙的一柵極結構的步驟的流程圖。
[0037]1:柵極結構10:柵極
[0038]20:基板30:間隔
[0039]40:字元線間 隔50:通道氧化層
[0040]60:浮動柵極70:0N0層[0041]80:控制柵極90:遮蔽層
[0042]100:字元線密集區(qū)110:沉積層
[0043]120:中空間隙130:襯墊氮化硅薄膜
[0044]140:高密度等離子體介電材料150:開口
[0045]160:旋涂式介電材料170:氧化凹槽
[0046]180:金屬娃化層190:氣隙
[0047]200:緩沖氧化物層210:襯墊氮化硅薄膜
[0048]220:第三層
【具體實施方式】
[0049]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的柵極結構及其制造方法其【具體實施方式】、結構、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
[0050]有關本發(fā)明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過【具體實施方式】的說明，應當可對本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
[0051]在本說明書及后附的權利要求書中，所使用單數(shù)形式的“一”及“該”為包括多個對象，除非前后文另有說明。舉例來說，“一氣隙”為包括多個此類氣隙。
[0052]盡管特定的用語被使用于本文中，但僅為一般性及描述性的字眼，并非用于限制本發(fā)明的目的。所有用語使用于本文中，包括技術性及專業(yè)術語，對于本發(fā)明所屬領域的具有通常知識得技術人員在一般常識下應有相同的意義，除非另外定義其用語。其中應該了解該用語，例如是定義于一般使用的字典內的用語，則本發(fā)明所屬領域的具有通常知識的技術人員應具有相同的解讀。其中應該了解該用語，例如是定義于一般使用的字典內的用語，則其在所揭露內容的前后文中的含意與在相關領域的含意是一致的。此類一般性慣用詞語常并不會被解釋為理想化的或過度正式的含意，除非在本文中被明確定義。
[0053]本文中交替使用的“間隔”或“字元線間隔”，是指定義了某種半導體的柵極結構的字元線間隔。一般來說，字元線間隔被一側壁和一底部所定義。然而，在某些情況下，部分的字元線間隔根據(jù)該間隔的縱橫比及深度會形成一特殊的底部，可能無法清楚地將部分間隔的該底部與和側壁聚合處作區(qū)別。
[0054]本發(fā)明提出一種形成間隔于內部的半導體裝置及其系統(tǒng)、工藝、以及該裝置的制造方法。
[0055] 圖12揭示了本發(fā)明的一實施例，其繪示了該半導體裝置中一柵極結構的部分剖面圖。圖中繪示的一柵極結構I具有多個柵極10設置于一基板20上且被一間隔網(wǎng)絡所定義，舉例來說，間隔網(wǎng)絡具有位于一字元線密集區(qū)100外的一間隔30并且具有位于字元線密集區(qū)100內的一字元線間隔40。
[0056]各個柵極10均有一第一介電層、一第一導電層、一第二介電層以及一第二導電層。更清楚地說明，第一介電層可為一通道氧化層50，第一導電層可為一浮動柵極60，第二介電層可為一 ONO層70，以及第二導電層可為一控制柵極80。[0057]各個柵極10更可包括設置于第二導電層上的一金屬硅化層180。多個氣隙190可形成于字元線密集區(qū)100的字元線間隔40之內。氣隙190被一沉積層110所定義。在本發(fā)明的一實施例中，沉積層110是以化學氣相沉積(CVD)工藝沉積設置。
[0058]字元線密集區(qū)100外任意兩柵極可被間隔30所定義，間隔30至少被一側壁及或許可包括明確的一底部所定義出。間隔30可進一步包括實質上相鄰設置于側壁上的一間隔件。在本發(fā)明的某些實施例中，間隔件包括沉積層110。間隔件也可包括一緩沖氧化物層，及相鄰設置于側壁及間隔30的底部的一襯墊氮化硅薄膜130。在本發(fā)明的某些實施例中，字元線密集區(qū)100外任意的間隔30實質上不具有任何氣隙。在某些發(fā)明實施例中，一高密度等離子體介電材料140可填充于間隔30內的所有間隙。
[0059]在本發(fā)明的一實施例中，一內層介電層設置于柵極結構I中。在本發(fā)明的某些實施例中，內層介電層可包括一緩沖氧化物層200、一襯墊氮化硅薄膜210及一第三層220之一或其的任何組合，其中第三層220可包一氧化硅層、一未摻雜硅玻璃層或其的任何組合。在本發(fā)明的一實施例中，進一步說明該些氣隙190或該些氣隙190的任一氣隙，可延伸進緩沖氧化物層200進而露出開口。
[0060]此系統(tǒng)中，依發(fā)明人構想的工藝及方法，包括制造氣隙于包括一柵極結構的結構內，并且形成一金屬鈷硅化層的步驟。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氣隙會抑制字元線間的電容致使降低字元線干涉，并且金屬鈷硅化層會減少字元線電容以避免電阻一電容(RC)延遲。更進一步地，本發(fā)明提出一柵極結構具有集成氣隙及金屬鈷硅化層以維持其回復力，并且其將不會成為增加基板損壞風險的對象。更進一步地，本發(fā)明的半導體裝置及其制造方法產(chǎn)生的柵極結構實質上不會殘留金屬鈷的殘渣。
[0061]本發(fā)明的柵極結構的制造方法可包括不同的步驟以達成一完整結構，其相似于圖12所繪示的實施例。舉例來說，圖1繪示的一柵極結構可被施加其他工藝的步驟(如圖13繪示)以達成如圖12繪示的完整結構。圖1的柵極結構I具有設置于一基板20上的多個柵極10，并且柵極10被一間隔30所定義。圖1的字元線間隔40，或稱間隔網(wǎng)絡，定義出一字元線密集區(qū)100?；?0可包括硅、鍺、硅鍺、半導體化合物或其他已知的半導體材料。間隔30或字元線間隔40可由本領域任何的現(xiàn)有習知技術所形成。
[0062]各個柵極10通常包括一第一介電層、一第一導電層，一第二介電層以及一第二導電層。更具體地說明，第一介電層可為一通道氧化層50,第一導電層可為一浮動柵極60,第二介電層可為一 ONO層70，以及第二導電層可為一控制柵極80，而本發(fā)明的上述步驟也可施用其他配置有不同晶體管及/或化合物的半導體裝置。一遮蔽層90，例如一硬光罩氧化物，可被圖案化及蝕刻，以將遮蔽層90設置于控制柵極層80之上。
[0063]一沉積步驟被施用于柵極結構I之上，使得中空間隙形成于字元線間隔的字元線密集區(qū)內。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，如圖2所示，圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一柵極結構在經(jīng)過一沉積工藝以形成孔洞于一沉積層內后的剖面圖。一沉積層110被設置于柵極結構I之中，并且使得中空間隙120形成于字元線密集區(qū)100的字元線間隔40內。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，多于一層的沉積層110被施加于柵極結構I中。在本發(fā)明的某些實施例中，如圖2所繪示的實施例所揭示，可沉積一過多的材料以確保所有字元線區(qū)外的間隔內所有間隙均被填滿。
[0064]在本發(fā)明的某些實施例中，化學氣相沉積(CVD)工藝被用于形成一系列的中空間隙，特別是形成于字元線密集區(qū)100的字元線間隔40內。沉積層110可利用任何的CVD技術沉積?？捎糜谛纬稍撔┲锌臻g隙120的CVD工藝的例子包括等離子體沉積法、熱沉積法以及其他任何現(xiàn)有習知技術的CVD工藝。只要中空間隙120可被形成于字元線密集區(qū)100的字元線間隔40內，任何沉積技術均可用于形成沉積層110。
[0065]其他形成中空間隙120的CVD工藝的例子包括:使用化學氣相沉積的高縱深比填溝工藝(eHARP)反應室；高密度等離子體沉積系統(tǒng)，例如是高密度等離子體化學氣相沉積；等離子體增強氧化物沉積(PEOX)工藝；未摻雜硅玻璃用于，例如是，化學氣相沉積；四乙氧基硅烷(TEOS)沉積；高溫氧化(HTO)薄膜沉積。
[0066]沉積層110包括一介電材料。在本發(fā)明的一實施例中，介電材料是一氧化物。在本發(fā)明的某些實施例中，沉積層110可包括一氧化娃、一氮化娃、其他高介電材料、以及其的任何組合中的至少一種。在本發(fā)明的某些實施例中，可沉積一種類的氧化硅。在本發(fā)明的其他實施例中，可沉積多于一種類的氧化硅。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，至少一部分的沉積層110從柵極結構I上被移除。更清楚地說明，是從柵極結構I上移除所有過多的沉積材料。圖3是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過一蝕刻工藝后的剖面圖。在不使字元線密集區(qū)100的字元線間隔40內的中空間隙120形成開口下，回蝕沉積層110?；匚g會導致一側壁間隔件形成于間隔30內?？墒褂萌魏伪绢I域已知技術的蝕刻工藝。在非限定性的例子中，蝕刻工藝可為一干式蝕刻工藝或一濕式蝕刻工藝。干式蝕刻工藝的非限定性的例子包括等離子體蝕刻、濺擊蝕刻、離子化蝕刻及反應性離子蝕刻。濕式蝕刻工藝的非限定性的例子包括化學氣相蝕刻、金屬輔助蝕刻及無電鍍蝕刻。舉例來說，化學氣相蝕刻可用一酸性蝕刻溶液例如HNO3與HF的混合物施行。
[0068]在本發(fā)明的某些實施例中，蝕刻工藝可為一選擇性蝕刻工藝，其中沉積層110較佳地會被移除。在本發(fā)明的其他實施例中，可應用一遮罩以達成選擇式蝕刻。在本發(fā)明的其他實施例中，沉積層110可利用其他工藝移除，舉例來說，包括化學機械平坦化(CMP)工藝。在本發(fā)明的其他實施例中，沉積層110可被幾種工藝移除。在一非限定性的例子中，一部分的沉積層110可藉由一化學機械研磨工藝被移除，而其他部分的沉積層110是藉由一回蝕工藝被移除。
[0069]當至少一部分的沉積層110被移除時，一第一內層介電層(ILDl)被施用于柵極結構I。第一內層介電層可包括一層或多層。在本發(fā)明的某些實施例中，第一內層介電層可為實質上不包括任何孔洞的一無孔洞內層介電層。根據(jù)一實施例，第一內層介電層沉積于柵極結構之中并且填滿柵極間的所有間隙。
[0070]圖4是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過形成一內層介電層后的剖面圖。在圖4繪示的實施例中，一系列的沉積工藝用于形成第一內層介電層。根據(jù)圖4的實施例，第一內層介電層可包括一緩沖氧化物層及一襯墊氮化硅(SiN)薄膜130分別設置于柵極結構I中。根據(jù)此實施例，一高密度等離子體(HDP)介電材料140設置于柵極結構I上且實質上填滿存在于柵極結構I的柵極10間的所有間隙。在本發(fā)明的一些實施例中，HDP介電材料140被施用于過度填充存在于柵極結構I的柵極10間的所有間隙。
[0071]在本發(fā)明的一實施例中，過多的HDP介電材料從柵極結構上移除。圖5是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過移除過多之HDP介電材料后的剖面圖?？山逵扇魏我阎牟牧弦瞥に噺囊话雽w裝置上移除過多的HDP介電材料140。在本發(fā)明的一實施例中，過多的HDP介電材料140藉由一 CMP工藝移除。在本發(fā)明的其他實施例中，過多的HDP介電材料140藉由一回蝕工藝移除。在本發(fā)明的某些實施例中，回蝕工藝可為一選擇性蝕刻工藝。在本發(fā)明的一些實施例中，過多的HDP介電材料140可藉由組合的工藝移除。在一非限定性的例子中，過多的HDP介電材料140可藉由一 CMP工藝及一回蝕工藝移除。
[0072]在回蝕鄰近于間隔上方的過多的HDP介電材料后，所留下部分沉積的HDP介電材料140可有效地消除孔洞結構，達成一完整填充。在本發(fā)明的某些實施例中，經(jīng)過蝕刻工藝后的多于一種的HDP介電材料140的部分沉積層會被使用。
[0073]在本發(fā)明的一實施例中，過多的HDP介電材料140被移除以暴露位于該柵極結構I的上層的緩沖氧化物層及襯墊氮化硅(SiN)薄膜130。在本發(fā)明的一些實施例中，經(jīng)由移除過多的HDP介電材料，部分的HDP介電材料140填滿存在于柵極10間的間隙。在圖5繪示的實施例中，間隔30包括由沉積層110形成的一側壁間隔件，并且緩沖氧化物層及襯墊氮化硅(SiN)薄膜130沉積于沉積層110的表面。根據(jù)此實施例，HDP介電材料140填充間隔30的剩余的開放部分。
[0074]經(jīng)過移除過多的HDP介電材料140后，柵極結構I的上層被移除直到中空間隙120形成開口。圖6是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)移除柵極結構的上部以使中空間隙120形成開口后的剖面圖。
[0075]部分的緩沖氧化物層及襯墊氮化硅(SiN)薄膜130，HDP介電材料140，沉積層110及遮蔽層90可從柵極結構I的上面實質上被移除以形成多個開口 150于中空間隙120內。在本發(fā)明的某些實施例中，一部分的控制柵極層80可被移除以形成多個開口 150于中空間隙120中。
[0076]在本發(fā)明的一實施例中，開口 150可藉由一回蝕工藝形成于中空間隙120中。在本發(fā)明的其他實施例中，開口 150可藉由一 CMP工藝形成于中空間隙120中。在本發(fā)明的某些實施例中，開口 150可藉由一組合的工藝形成于中空間隙120中。在一非限定性的例子中，開口 150可藉由一 CMP工藝及一回蝕工藝形成于中空間隙120中。
[0077]在開口 150形成于中空間隙120中之后，另一層被施用于柵極結構I上。此層提供一填充材料用于中空間隙120。圖7是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在經(jīng)過填滿中空間隙120后的剖面圖。在本發(fā)明的一實施例中，填充該中空間隙120的材料為一旋涂式介電材料160。在本發(fā)明的一實施例中,旋涂式介電材料160被施用于過度填充中空間隙120。在本發(fā)明的某些實施例中，旋涂式介電材料160可施用于過度填充中空間隙120并形成具有約幾百埃至約幾千埃的厚度的一層。
[0078]在本發(fā)明的某些實施例中，旋涂式介電材料160可藉由具有高轉速的旋涂式涂布工藝施用于柵極結構I。舉例來說，旋涂式介電材料可在幾千rpm的轉速下被施用。選擇性地，一前驅旋涂式涂布工藝及晶邊清洗工藝可最先施用于柵極結構I之上。沉積于柵極結構I上的旋涂式介電材料160可能受到一軟烤工藝影響。不以理論加以限定地說，軟烤工藝會導致施用于柵極結構I上的旋涂式介電材料160所包括的溶劑被移除。
[0079]一軟烤工藝通常施用約略幾分鐘。在本發(fā)明的某些實施例中，軟烤工藝可利用一至三個加熱板。在使用多于一個的加熱板的實施例中，加熱板可被固定為不同的溫度。一個加熱板的溫度范圍可為約50° C至約250° C。在本發(fā)明的某些實施例中，三個加熱板的溫度可分別被固定約為約150° C，約200° C，及約250° C。
[0080]在軟烤工藝之后，施用于柵極結構I的旋涂式介電材料160會接受一固化工藝。在本發(fā)明的某些實施例中，固化工藝至少約3到約5分鐘，但固化時間最長時間被限制為約10分鐘。在本發(fā)明的某些實施例中，柵極結構I可被固化于具有氧氣且含量低于約IOOppm的一密封室中。固化的溫度被施用于約350° C至約500° C的范圍內。在軟烤固化之后，柵極結構I會被冷卻。在本發(fā)明的某些實施例中，柵極結構被冷卻于約15 ° C至約35 ° C的溫度范圍內。
[0081]在所實施或任何更進一步的旋涂式介電材料160的相關工藝之后，過多的旋涂式介電材料會被從柵極結構I上移除。圖8是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在移除過多的填充材料后的剖面圖?？衫萌魏我谎心スに嚒⒒匚g工藝以及其組合從旋涂式介電層上移除過多的旋涂式介電材料160。在本發(fā)明的某些實施例中，可利用一化學機械平坦化(CMP)工藝從旋涂式介電層上移除過多的旋涂式介電材料160。在本發(fā)明的某些實施例中，可利用一蝕刻工藝，例如是回蝕工藝或其他任何的已揭示蝕刻方法，從旋涂式介電層上移除過多的旋涂式介電材料160。實際上，所屬領域中任何已知的蝕刻工藝均可被用于從旋涂式介電層上移除過多的旋涂式介電材料160。
[0082]在本發(fā)明的一實施例中，過多的旋涂式介電材料160從旋涂式介電層上被移除直到達成相似于圖8中的中空間隙120的開口 150。
[0083]在本發(fā)明的某些實施例中，柵極結構I可被另外施加一介電材料，例如旋涂式介電材料，并且利用研磨及/或回蝕操作確保任何存在于中空間隙120內的間隙被完全地填滿。
[0084]在填滿中空間隙120后，柵極結構I接受一選擇性蝕刻以形成一氧化凹槽170于柵極結構I上的間隔30及字元線間隔40內。圖9是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在在經(jīng)過一選擇性蝕刻以形成一氧化凹槽后的剖面圖。在本發(fā)明的某些實施例中，一遮罩可被使用于選擇性蝕刻工藝中以形成該氧化凹槽170。在正遮罩蝕刻工藝中，蝕刻之后部分的光阻材料會在保留遮罩之處露出。在負遮罩蝕刻工藝中，蝕刻之后部分的光阻材料會在移除遮罩之處露出。
[0085]在形成氧化凹槽170的結構于柵極結構I上之后，一金屬鈷硅化層被形成于柵極10的控制柵極80中。圖10是繪不本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在形成一金屬娃化層180后的剖面圖。在本發(fā)明的某些實施例中，金屬硅化層180可為一含有金屬鈷的金屬硅化層。
[0086]金屬硅化層180可根據(jù)本領域的任何已知技術形成。在本發(fā)明的一實施例中，一金屬鈷層被沉積于柵極結構I上。接著一第一快速加熱退火工藝(RTPl)可被施用。該RTPl通常將施加了金屬鈷層的柵極結構I暴露于高溫一段時間。在本發(fā)明的某些實施例中，施加了金屬鈷層的柵極結構I可暴露于一高溫范圍介于約400° C約至680° C間并且約10秒至約40秒。
[0087]在本發(fā)明的某些實施例中，RTPl的溫度會從約400° C快速升高至約680° C在一非?？焖俚臅r間內，此時間約為10秒。該RTPl的溫度會維持于約10秒至約40秒。最后，溫度接著被快速降低。不以理論加以限定地說，RTPl會導致金屬鈷與控制柵極80內的硅反應形成硅化鈷(CoSi)及硅化二鈷(Co2SiX部分較弱的化學反應也可能會依附激烈的RTPl中產(chǎn)生，如二硅化鈷(CoSi2)也可能形成。CoSi2為上述組成中最低電阻者并且為最后金屬硅化層的最佳組成。
[0088]在RTPl后，柵極結構I會接受一選擇性蝕刻以移除一反應物層遺留的未反應金屬鈷。由于金屬鈷容易與控制柵極80中多娃晶內的娃反應,而不一定與沉積層110、氮化娃薄膜130、HDP介電材料層140、或旋涂式介電材料160的中空間隙120內的任何硅反應，因此如圖10的實施例的一外形便開始成形。
[0089]在該選擇性蝕刻工藝之后，柵極結構I可接著接受一第二快速加熱退火工藝(RTP2)。RTP2通常將施加了已反應的金屬鈷與娃層的柵極結構I暴露于一高溫一段時間，其溫度通常高于RTPl，且其時間通常大于RTPl。在本發(fā)明的某些實施例中，施加了已反應的金屬鈷及硅層的該柵極結構I可暴露于一高溫范圍介于約700° C至約950° C間并且約30秒至約60秒。
[0090]在本發(fā)明的某些實施例中，在RTP2的溫度會從約700° C快速升高至約950° C于一非?？焖俚臅r間內，此時間為約10秒至約20秒。RTP2的溫度會維持于約30秒至約60秒。最后，溫度接著被快速降低。不以理論加以限定地說，RTP2會轉換CoSi與CoSi2成為CoSi2使金屬娃化層180的電阻降低。
[0091]此處將舉例說明形成一金屬硅化層180的方法。所屬領域中任何已知的形成金屬硅化層方法均可被用于形成金屬硅化層180。在本發(fā)明的某些實施例中，可利用多個快速加熱退火工藝形成金屬娃化層。在一實施例中，三個快速加熱退火工藝被施用，第一 RTP的溫度介于約300° C至約500° C間且持續(xù)約10秒至約50秒，第二 RTP的溫度介于約400° C至約680° C間且持續(xù)約20秒至約50秒，及該第三RTP的溫度介于約700° C至約950° C間且持續(xù)約30秒至約60秒。
[0092]在形成金屬硅化層180之后，SOD材料層160從中空間隙120上被移除以形成多個氣隙190。第11圖揭示在填充材料從中空間隙120上被移除以形成多個氣隙190后之柵極結構I之剖面圖。于本發(fā)明之一實施例中，可藉由一濕式蝕刻工藝將旋涂式介電材料160從中空間隙120上移除以形成氣隙190。
[0093]在本發(fā)明的某些實施例中，濕式蝕刻工藝的狀態(tài)及蝕刻工藝使用的溶劑可被選擇，如旋涂式介電材料160的濕式蝕刻速度為大于用以定義出中空間隙120的沉積層110材料的濕式蝕刻速度。在此種情況下，舉例來說如圖11的實施例的外形可被形成。
[0094]在本發(fā)明的某些實施例中，濕式蝕刻工藝可為氫氟酸(HF)蝕刻工藝，或使用緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)的蝕刻工藝，或使用緩沖級氫氟酸(BHF)的蝕刻工藝。
[0095]接著一第二內層介電層(ILD2)可被施用于柵極結構I上。第二內層介電層可包括一或多層。根據(jù)一實施例，第一內層介電層被沉積于柵極結構上并且填滿介于柵極間的所間隙，此種方法是為維持柵極的氣隙190。
[0096]圖12是繪示本發(fā)明一實施例中，一柵極結構在形成其他的內層介電層之后的剖面圖。在本發(fā)明的一實施例中，該第二內層介電層包括一緩沖氧化物層200。在本發(fā)明的某些實施例中，除了被施加捏塑技術的緩沖氧化物層200以外，緩沖氧化物層200被施加于柵極結構I，使得緩沖氧化物材料未被沉積于氣隙190內，或使得該氣隙190未被緩沖氧化物材料所填充，并形成如圖12繪示的實施例所示的外形。
[0097]本領域已知的合適的遮罩及捏塑技術可被施用于緩沖氧化物層200，使得氣隙190可維持其形狀并且更進一步可延伸入緩沖氧化物層200且如圖12繪示的實施例。在本發(fā)明的某些實施例中，氣隙190可延伸至接近沉積層110及緩沖氧化物層200的介面(圖12未繪示)。在本發(fā)明的某些實施例中，氣隙190可延伸入緩沖氧化物層200內約1/10、1/4、1/3、1/2、2/3 的厚度。
[0098]第二內層介電層可更包括一襯墊氮化硅(SiN)薄膜210沉積于緩沖氧化物層200上。在本發(fā)明的某些實施例中，襯墊SiN薄膜210被施用于緩沖氧化物層200上如圖12繪示的實施例所示的外形。
[0099]第二內層介電層也可包括一氧化硅層220沉積于襯墊SiN薄膜210上。在某些實施例中，沉積氧化硅層220使得柵極結構I的所有間隙實質上被填滿如圖12的實施例所不。在本發(fā)明的某些實施例中，第二內層介電層可包括一未摻雜娃玻璃(USG)層。
[0100]圖13是繪示本發(fā)明一實施例中，制造具有多個氣隙的一柵極結構的步驟的流程圖。柵極結構具有多個柵極設置于其中并且被一間隔所定義出的步驟510，或者更恰當?shù)卣f，間隔是如圖1所示的一間隔網(wǎng)絡。流程圖中具有多個間隙的柵極結構的制造方法的步驟500還包括:施加一沉積層使得中空間隙形成于柵極結構中一字元線密集區(qū)的字元線間隔內的步驟520，并且移除至少一部分的沉積層的步驟530。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，可藉由CVD工藝施加沉積層。
[0101]流程圖中具有多個氣隙的柵極結構的制造方法的步驟500還包括形成一第一內層介電層于柵極結構內的步驟540。一第一內層介電層(IDLl)進一步在此處暴露，使其可形成于柵極結構內。
[0102]流程圖中具有多個氣隙的一柵極結構的制造方法的步驟500更可包括從柵極結構上移除過多的介電材料的步驟550，并且移除柵極結構的一上方部分以使中空間隙形成開口的步驟560。流程圖的方法也可包括施加一填充材料以填充中空間隙的步驟570。被施加于柵極結構上的任何過多的填充材料可接著從柵極結構上被移除的步驟580。在本發(fā)明的一實施例中，填充材料可包括一旋涂式介電材料。
[0103]流程圖中具有多個氣隙的柵極結構的制造方法的步驟500更可包括形成一氧化凹槽于柵極結構上的多個間隔之上的步驟590，以及制造一金屬硅化層于柵極結構的柵極上的步驟600。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，金屬硅化層可包括金屬鈷。
[0104]形成金屬硅化層后，可包括從中空間隙移除填充材料以形成多個氣隙的步驟610。流程圖中具有多個氣隙的柵極結構的制造方法的步驟500可接著包括形成一第二內層介電層于柵極結構內的步驟620。舉例來說，一第二內層介電層(IDL2)進一步在此處暴露，使其可形成于柵極結構內。
[0105]本發(fā)明的一層面，是藉由制造具有一氣隙的半導體裝置的工藝與方法以形成一具有本發(fā)明的氣隙的半導體裝置。在本發(fā)明的某些實施例中，半導體裝置可藉由此處所描述的任何方法所制造。
[0106]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種柵極結構，其特征在于其包括: 多個柵極，由一間隔網(wǎng)絡定義，該些柵極之間具有: 一介電層； 一導電層，設置于該介電層之上； 一金屬娃化層，設置于該導電層之上； 一字元線密集區(qū)，由該些柵極的至少兩個柵極之間所定義；以及 一氣隙，形成于該些至少兩個柵極處所定義的一沉積層之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的柵極結構，其特征在于其中沉積該沉積層是利用化學氣相沉積的工藝。
3.根據(jù)權利要求1所述的柵極結構，其特征在于其中該字元線密集區(qū)外的任二個柵極被具有一側壁及鄰近該側壁的一間隔件的一間隔結構所定義。
4.根據(jù)權利要求3所述的柵極結構，其特征在于其中該間隔件包括該沉積層。
5.根據(jù)權利要求4所述的柵極結構，其特征在于其中該間隔件更包括一緩沖氧化物層及一襯墊氮化娃薄膜。
6.根據(jù)權利要求5所述的柵極結構，其特征在于其中一高密度等離子體介電材料填充于該間隔結構內的所有間隙。
7.根據(jù)權利要求1所述的柵極結構，其特征在于更包括一內層介電層設置于該柵極結構中。
8.根據(jù)權利要求7所述的柵極結構，其特征在于其中該內層介電層包括:一緩沖氧化物層、一襯墊氮化硅薄膜、至少一氧化硅層以及一未摻雜硅玻璃層。
9.根據(jù)權利要求8所述的柵極結構，其特征在于其中該氣隙延伸至該緩沖氧化物層內。
10.一種柵極結構的制造方法，其特征在于其包括以下步驟: 提供一柵極結構組件，配置有設置于基板上的多個柵極并被一間隔網(wǎng)絡所定義，該柵極結構組件被一字元線密集區(qū)所定義； 施用一沉積層以形成多個中空間隙于該字元線密集區(qū)的所有間隔內； 形成一第一內層介電層于該柵極結構內； 移除設置于該柵極結構上的一遮蔽層以形成該些中空間隙的開口 ；以及 設置一金屬硅化層于該些柵極之上。
11.根據(jù)權利要求10所述的柵極結構的制造方法，其特征在于更包括: 施加一填充材料以填充該些中空間隔； 移除過多的填充材料以形成該柵極結構；以及 形成一氧化凹槽于該間隔網(wǎng)絡之上。
12.根據(jù)權利要求11所述的柵極結構的制造方法，其特征在于更包括從該些中空間隔移除該填充材料以形成多個氣隙。
13.根據(jù)權利要求11所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中該填充材料是一旋涂式介電材料。
14.根據(jù)權利要求13所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中施加該填充材料以填充該中空間隔的步驟包括:旋涂式涂布該旋涂式介電材料； 以一軟烤工藝烘烤該旋涂式介電材料；以及 固化該旋涂式介電材料。
15.根據(jù)權利要求10所述的柵極結構的制造方法，其特征在于更包括形成一第二內層介電層于該柵極結構內。
16.根據(jù)權利要求10所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中施加該沉積層是利用一化學氣相沉積工藝。
17.根據(jù)權利要求10所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中該金屬硅化層包括金屬鈷。
18.根據(jù)權利要求17所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中制造該金屬硅化層于該些柵極之上的步驟包括: 施加一金屬鈷層于該柵極結構內； 以一第一'決速加熱退火工藝加熱一控制柵極； 從該柵極結構上移除未反應的金屬鈷；以及 以一第二快速加熱退火 工藝加熱該控制柵極。
19.根據(jù)權利要求18所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中該第一快速加熱退火工藝操作的溫度范圍是400° C至680° C之間，時間長度是10秒到40秒之間。
20.根據(jù)權利要求18所述的柵極結構的制造方法，其特征在于其中該第二快速加熱退火工藝操作的溫度范圍是700° C至950° C之間，時間長度是30秒到60秒之間。
【文檔編號】H01L21/28GK103779401SQ201210417221
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權日:2012年10月26日
【發(fā)明者】黃育峰 申請人:旺宏電子股份有限公司