TWI779639B - Semiconductor structure and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
本揭露內容是關於半導體結構和其形成方法,且特別是關於具有氣隙的半導體結構和其形成方法。The present disclosure relates to semiconductor structures and methods of forming the same, and more particularly to semiconductor structures having air gaps and methods of forming the same.
隨著半導體裝置內的最小特徵寬度或臨界尺寸(critical dimension,CD)不斷縮小,提高了半導體裝置的元件密度並縮小裝置的尺寸。然而,隨著緊密排列的元件之間的間距縮小,使得元件之間的寄生電容(parasitic capacitance)可能增加。因此,如何在元件之間形成結構完整的氣隙,從而有效減少裝置的寄生電容是半導體裝置的重要開發項目。As the minimum feature width or critical dimension (CD) in a semiconductor device continues to shrink, the device density of the semiconductor device is increased and the size of the device is reduced. However, as the pitch between closely arranged elements shrinks, the parasitic capacitance between elements may increase. Therefore, how to form a structurally complete air gap between elements to effectively reduce the parasitic capacitance of the device is an important development item for semiconductor devices.
根據本揭露一實施方式,提供一種半導體結構包括基板、位於基板上的金屬位元線、位於金屬位元線的側壁上的位元線間隔層、鄰近金屬位元線的接觸件。半導體結構包括覆蓋金屬位元線、位元線間隔層和接觸件的覆蓋層,其中覆蓋層包括覆蓋位元線間隔層的側壁的第一部分、覆蓋接觸件的側壁的第二部分及覆蓋接觸件的頂表面的第三部分。半導體結構包括介於覆蓋層的第一部分及第二部分之間的氣隙,其中氣隙的頂部部分朝向位元線間隔層傾斜,覆蓋層的第一部分及第三部分在氣隙上方彼此接觸。According to an embodiment of the present disclosure, a semiconductor structure is provided that includes a substrate, metal bit lines on the substrate, bit line spacers on sidewalls of the metal bit lines, and contacts adjacent to the metal bit lines. The semiconductor structure includes a capping layer covering the metal bitlines, the bitline spacers, and the contacts, wherein the capping layer includes a first portion covering sidewalls of the bitline spacers, a second portion covering sidewalls of the contacts, and covering the contacts The third part of the top surface. The semiconductor structure includes an air gap between first and second portions of the capping layer, wherein a top portion of the air gap is sloped toward the bit line spacer, and the first and third portions of the capping layer contact each other above the air gap.
在本揭露一實施方式中,氣隙的底部寬度大於頂部寬度。In an embodiment of the present disclosure, the bottom width of the air gap is larger than the top width.
在本揭露一實施方式中,氣隙的底部寬度介於1nm至10nm間。In an embodiment of the present disclosure, the width of the bottom of the air gap is between 1 nm and 10 nm.
在本揭露一實施方式中,接觸件的上部寬度大於下部寬度。In an embodiment of the present disclosure, the upper width of the contact element is larger than the lower width.
在本揭露一實施方式中,接觸件的頂表面具有第一寬度,接觸件與基板的頂表面共平面的部分具有第二寬度,第一寬度和第二寬度的差距介於5nm至20nm間。In an embodiment of the present disclosure, the top surface of the contact has a first width, the portion of the contact that is coplanar with the top surface of the substrate has a second width, and the difference between the first width and the second width is between 5 nm and 20 nm.
在本揭露一實施方式中,金屬位元線包括閘極金屬層,接觸件的頂表面介於金屬位元線的頂表面及閘極金屬層的頂表面之間。In an embodiment of the present disclosure, the metal bit line includes a gate metal layer, and the top surface of the contact is interposed between the top surface of the metal bit line and the top surface of the gate metal layer.
在本揭露一實施方式中,覆蓋層的厚度介於3nm至5nm間。In an embodiment of the present disclosure, the thickness of the covering layer is between 3 nm and 5 nm.
根據本揭露一實施方式,提供一種形成半導體結構的方法,包括形成複數個金屬位元線於基板上、形成複數個位元線間隔層於各金屬位元線的側壁上、形成第一犧牲層於各位元線間隔層的側壁上、蝕刻第一犧牲層以形成下部寬度大於上部寬度的第二犧牲層、形成接觸第二犧牲層的接觸件於相鄰的金屬位元線之間、移除第二犧牲層以形成在各位元線間隔層和接觸件之間的間隙,以及沉積覆蓋金屬位元線、位元線間隔層和接觸件的覆蓋層,以形成氣隙在間隙中,其中覆蓋層包括覆蓋位元線間隔層的側壁的第一部分、覆蓋接觸件的側壁的第二部分及覆蓋接觸件的頂表面的第三部分,第一部分及第三部分彼此接觸。According to an embodiment of the present disclosure, a method for forming a semiconductor structure is provided, including forming a plurality of metal bit lines on a substrate, forming a plurality of bit line spacers on sidewalls of each metal bit line, and forming a first sacrificial layer. Etching the first sacrificial layer on the sidewall of each bit line spacer to form a second sacrificial layer with a lower width greater than the upper width, forming contacts contacting the second sacrificial layer between adjacent metal bit lines, removing A second sacrificial layer to form a gap between the bitline spacer and the contact, and deposit a capping layer covering the metal bitline, bitline spacer, and contact to form an air gap in the gap, wherein the capping The layer includes a first portion covering a sidewall of the bitline spacer, a second portion covering a sidewall of the contact, and a third portion covering a top surface of the contact, the first portion and the third portion contacting each other.
在本揭露一實施方式中,第二犧牲層的下部寬度介於10nm至15nm間。In an embodiment of the present disclosure, the width of the lower portion of the second sacrificial layer is between 10 nm and 15 nm.
在本揭露一實施方式中,形成接觸件於相鄰的金屬位元線之間進一步包括形成覆蓋第二犧牲層的接觸材料層於相鄰的金屬位元線之間,以及蝕刻接觸材料層以形成接觸件,使得接觸件的頂表面低於金屬位元線的頂表面。In an embodiment of the present disclosure, forming a contact between adjacent metal bit lines further includes forming a contact material layer covering the second sacrificial layer between adjacent metal bit lines, and etching the contact material layer to The contacts are formed such that the top surfaces of the contacts are lower than the top surfaces of the metal bit lines.
為了實現提及主題的不同特徵,以下揭露內容提供了許多不同的實施例或示例。以下描述組件、數值、操作、材料、配置等的具體示例以簡化本公開。當然,這些僅僅是示例,而不是限制性的。例如,在以下的描述中,在第二特徵之上或上方形成第一特徵可以包括第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例,並且還可以包括在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵,使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外,本揭露可以在各種示例中重複參考數字和/或字母。此重複是為了簡單和清楚的目的,並且本身並不表示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。The following disclosure presents a number of different embodiments or examples in order to achieve the different features of the mentioned subject matter. Specific examples of components, values, operations, materials, configurations, etc. are described below to simplify the present disclosure. Of course, these are examples only, not limiting. For example, in the following description, forming a first feature on or over a second feature may include embodiments where the first feature and the second feature are formed in direct contact, and may also include embodiments where the first feature and the second feature are formed in direct contact. An embodiment in which an additional feature is formed between such that the first feature and the second feature may not be in direct contact. Additionally, the present disclosure may repeat reference numbers and/or letters in various examples. This repetition is for simplicity and clarity and does not in itself indicate a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.
此外,本文可以使用空間相對術語,諸如「在…下面」、「在…下方」、「下部」、「在…上面」、「上部」等,以便於描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個元件或特徵的關係。除了圖中所示的取向之外,空間相對術語旨在包括使用或操作中的裝置的不同取向。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向上),並且同樣可以相應地解釋在此使用的空間相對描述符號。In addition, spatially relative terms such as "below," "beneath," "lower," "above," "upper," etc. may be used herein to facilitate describing an element or feature as shown in the drawings. A relationship to another component or feature. Spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially relative descriptors used herein interpreted accordingly.
本揭露內容提供一種半導體結構和其形成方法,其中半導體結構包括覆蓋金屬位元線(bit line)、位元線間隔層和接觸件的覆蓋層。由於覆蓋層在位元線間隔層和接觸件之間形成結構完整的氣隙,使得金屬位元線與接觸件之間的寄生電容有效降低,從而增加包括半導體結構的裝置的穩定性。The present disclosure provides a semiconductor structure and a method of forming the same, wherein the semiconductor structure includes a capping layer covering metal bit lines, bit line spacers and contacts. Since the cover layer forms a structurally complete air gap between the bit line spacer and the contact, the parasitic capacitance between the metal bit line and the contact is effectively reduced, thereby increasing the stability of the device including the semiconductor structure.
第1圖根據本揭露一些實施方式繪示形成半導體結構的方法1000的流程圖。方法1000包括步驟1002、步驟1004、步驟1006、步驟1008、步驟1010、步驟1012、步驟1014及步驟1016。在一些實施方式中,可在方法1000之前、之中及之後增加額外的步驟。在一些其他的實施方式中,可替換、減少或移動下文所描述的方法1000的一些步驟。FIG. 1 shows a flowchart of a
第2圖至第9圖為根據本揭露一些實施方式,處於各個形成階段的半導體結構10的截面圖。半導體結構10可以應用在積體電路(integrated circuit,IC)或其一部分的部件,例如邏輯電路、電阻器、電容器、電感器、記憶體(例如動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM))等。應理解,半導體結構10的一些元件未在第2圖至第9圖中示出以簡化圖式,且在半導體結構10的其他實施方式中可包括額外的元件。2 to 9 are cross-sectional views of the
參考第1圖結合第2圖,在步驟1002中,在半導體結構10的基板100上形成金屬位元線130,並形成覆蓋金屬位元線130的位元線間隔層140。具體而言,位元線間隔層140共形覆蓋在金屬位元線130上以隔離金屬位元線130的側壁與外界,使得位元線間隔層140在後續製程中可保護金屬位元線130免於受到損傷,從而增加半導體結構10的可靠性。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 2 , in
在一些實施方式中,基板100可以是半導體基板,例如塊材半導體基板、絕緣體上半導體(Semiconductor-On-Insulator,SOI)基板等,其中絕緣體可以是埋藏式氧化物(Buried Oxide,BOX)層、氧化矽層等。在一些實施方式中,基板100可以是摻雜的(例如,含有p型或n型摻雜劑)或非摻雜的。在一些實施方式中,半導體基板100的半導體材料可包括矽、鍺、化合物半導體(包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦)、合金半導體或其組合。基板100也可由其他材料形成,例如藍寶石、氧化錫銦等。In some embodiments, the
在一些實施方式中,基板100之中可包括多晶矽位元線110和多晶矽位元線120,用以電性連接至半導體結構10的其他元件,從而形成半導體結構10的電路。具體而言,多晶矽位元線110和多晶矽位元線120可設置於金屬位元線130的下方,用以傳遞電流至金屬位元線130。在一些實施方式中,多晶矽位元線110可設置於未被金屬位元線130覆蓋的基板100中,從而做為導線傳遞電流至其上方的元件(例如第7圖所示的接觸件162)。In some embodiments, the
在一些實施方式中,金屬位元線130可沿著第一方向D1(如第2圖所示,垂直於紙面的方向)延伸於基板100上。在一些實施方式中,金屬位元線130可包括多個材料層的堆疊,從而具有讀寫電子訊號的功能。如第2圖所示,金屬位元線130可包括第一導電層134和第二導電層136形成的堆疊,用以做為金屬位元線130的閘極結構。在一些實施方式中,第一導電層134和第二導電層136可包括不同的導線材料。舉例而言,第一導電層134可包括摻雜的多晶矽,第二導電層136可包括金屬或金屬氮化物。在上述的示例中,第一導電層134可稱為閘極多晶矽層,而第二導電層136可稱為閘極金屬層。在其他的示例中,第一導電層134可包括金屬或金屬氮化物,第二導電層136可包括多晶矽。在一些其他的實施方式中,金屬位元線130可包括額外的導電層,例如可在第一導電層134和第二導電層136之間包括金屬矽化物層。In some embodiments, the
在一些實施方式中,金屬位元線130可進一步包括介電層132隔離第一導電層134和其下方的結構,例如多晶矽位元線110或多晶矽位元線120。舉例而言,形成介電層132的材料可包括氧化矽、氮化矽、高介電常數介電材料、其他合適材料或其組合。在一些實施方式中,金屬位元線130可進一步介電層138形成於第二導電層136上,用以隔離第二導電層136和後續形成於金屬位元線130上的其他特徵。舉例而言,形成介電層138的材料可包括氧化矽、氮化矽、其他介電材料或其組合。In some embodiments, the
在一些實施方式中,覆蓋在金屬位元線130上的位元線間隔層140可具有適當的厚度,用以保護金屬位元線130的結構。舉例而言,位元線間隔層140厚度可介於1nm至2nm間,並均勻覆蓋介電層132、第一導電層134、第二導電層136和介電層138的側壁以及介電層138的頂表面。在一些實施方式中,位元線間隔層140可進一步延伸進基板100中,使得位元線間隔層140接觸多晶矽位元線120,從而區隔半導體結構10的多個區域。在一些實施方式中,形成位元線間隔層140的材料可為合適的介電材料,例如氮化矽、低介電常數介電材料或其組合。舉例而言,位元線間隔層140可為單層結構、雙層結構或多層結構的介電材料,且其多層材料可分別包括不同的組成。在一些實施方式中,可使用適合的沉積製程形成位元線間隔層140,例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD,PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)等。In some embodiments, the bit
參考第1圖結合第3圖,在步驟1004中,移除位於基板100和金屬位元線130上的部分位元線間隔層140。具體而言,選擇性移除基板100的頂表面和金屬位元線130的頂表面上的位元線間隔層140,並保留在金屬位元線130的側壁上的位元線間隔層140。由於金屬位元線130之中位於最上層的介電層(如第2圖所示的介電層138)可保護其下方的其他材料層,因此可移除金屬位元線130的頂表面上的位元線間隔層140,從而降低半導體結構10的厚度。在一些實施方式中,移除部分位元線間隔層140可包括使用圖案化製程形成基板100和金屬位元線130上方的光阻、蝕刻基板100和金屬位元線130上由光阻暴露的位元線間隔層140,並保留金屬位元線130的側壁上的位元線間隔層140。Referring to FIG. 1 in combination with FIG. 3 , in
參考第1圖結合第4圖,在步驟1006中,在位元線間隔層140的側壁上形成第一犧牲層150。具體而言,可使用類似於形成位元線間隔層140的步驟形成第一犧牲層150。例如,形成共形覆蓋金屬位元線130、位元線間隔層140和基板100的犧牲材料層後,選擇性移除基板100和金屬位元線130上的犧牲材料層的水平部分,從而形成第一犧牲層150。第一犧牲層150形成於位元線間隔層140的側壁外側,使得後續形成其他元件(例如接觸件)在相鄰的金屬位元線130之間時,可保留金屬位元線130和其他元件之間形成氣隙(例如第9圖中所示的氣隙190)的空間。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 4 , in
在一些實施方式中,第一犧牲層150在第二方向D2上可具有寬度W1,其中第二方向D2不同於第一方向D1。在一些實施方式中,第一犧牲層150可具有適當的寬度W1,使得第一犧牲層150可為後續形成的氣隙保留足夠的空間。舉例而言,第一犧牲層150的寬度W1可介於10nm至15nm間。在一些實施方式中,形成第一犧牲層150的材料可包括不同於位元線間隔層140的介電材料,使得第一犧牲層150在後續步驟中經歷選擇性蝕刻製程(如第8圖所示)時,位元線間隔層140不受其影響。舉例而言,若位元線間隔層140是氮化矽時,第一犧牲層150可例如是氧化矽。In some embodiments, the first sacrificial layer 150 may have a width W1 in a second direction D2 different from the first direction D1. In some embodiments, the first sacrificial layer 150 may have an appropriate width W1 such that the first sacrificial layer 150 may reserve enough space for the subsequently formed air gap. For example, the width W1 of the first sacrificial layer 150 may be between 10 nm and 15 nm. In some embodiments, the material forming the first sacrificial layer 150 may include a dielectric material different from the bit
在一些實施方式中,可使用適合的沉積製程形成第一犧牲層150的犧牲材料層,例如化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積等。在一些實施方式中,選擇性移除基板100和金屬位元線130上的犧牲材料層的水平部分可包括使用圖案化製程形成基板100和金屬位元線130上方的光阻、蝕刻基板100和金屬位元線130上由光阻暴露的犧牲材料層以保留金屬位元線130的側壁上的犧牲材料層,使得第一犧牲層150的頂表面和金屬位元線130的頂表面共平面。In some embodiments, the sacrificial material layer of the first sacrificial layer 150 can be formed using a suitable deposition process, such as chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, atomic layer deposition, and the like. In some embodiments, selectively removing horizontal portions of the sacrificial material layer on the
參考第1圖結合第5圖,在步驟1008中,蝕刻第一犧牲層150以形成第二犧牲層152,使得第二犧牲層152的下部的寬度W1大於上部的寬度W2。在本文中,「上部」用以代指高於金屬位元線130的功函數區域(例如閘極金屬層)的位置。相對地,「下部」用以代指低於金屬位元線130的功函數區域的位置。具體而言,可針對第一犧牲層150的上部進行蝕刻,使得第二犧牲層152的上部具有寬度向上漸縮的結構。因此,第二犧牲層152的下部(例如接近第二犧牲層152的底表面的位置) 在第二方向D2上具有寬度W1,用以為後續形成的氣隙保留足夠的空間;而經過蝕刻的第二犧牲層152的上部在第二方向D2上具有小於寬度W1的寬度W2。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 5 , in
在一些實施方式中,第二犧牲層152的上部可經由蝕刻而具有連續平滑的弧形表面,從而形成倚靠位元線間隔層140的錐形(taper)結構。在第二導電層136是閘極金屬層的一些實施方式中,第二犧牲層152的寬度可在高於第二導電層136的頂表面位置開始漸縮,亦即,第二犧牲層152的寬度W2的位置高於第二導電層136的頂表面。In some embodiments, the upper portion of the second
參考第1圖結合第6圖,在步驟1010中,在相鄰的金屬位元線130之間形成接觸材料層160,其中接觸材料層160覆蓋第二犧牲層152。具體而言,可使用適合的沉積製程(例如化學氣相沉積)形成接觸材料層160,其填充相鄰的金屬位元線130之間的空隙並覆蓋第二犧牲層152。接著,可執行平坦化製程,使得接觸材料層160的頂表面和金屬位元線130的頂表面共平面。如第6圖所示,由於第二犧牲層152在第二方向D2上具有下部的寬度W1大於上部的寬度W2,因此接觸材料層160在第二方向D2上具有上部的寬度W4大於下部的寬度W3。應理解的是,儘管第6圖繪示三個金屬位元線130和兩個接觸材料層160的組合,半導體結構10可包括其他數量的金屬位元線130和接觸材料層160,例如可包括兩個金屬位元線130和三個接觸材料層160交錯排列在基板100上。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 6 , in
在一些實施方式中,接觸材料層160可延伸進基板100中,或進一步延伸進多晶矽位元線120中,從而形成垂直方向的導電路徑,使得半導體結構10可連接至其上層或下層的導電特徵。在一些實施方式中,形成接觸材料層160的材料可包括導電材料,例如摻雜的多晶矽、金屬、金屬矽化物、金屬氮化物、合適的材料或其組合。在一些實施方式中,接觸材料層160可進一步包括阻障層(未示出)形成於接觸材料層160的側表面和底表面上,使接觸材料層160藉由阻障層和基板100接觸。In some embodiments, the
參考第1圖結合第7圖,在步驟1012中,蝕刻接觸材料層160以形成接觸件162。具體而言,選擇性蝕刻凹陷接觸材料層160,使得接觸材料層160的頂表面低於金屬位元線130的頂表面,從而形成接觸件162。更詳細地,接觸材料層160的蝕刻製程可停止在第二犧牲層152的上部,使得接觸件162的頂表面接觸第二犧牲層152具有寬度漸縮的上部。換而言之,接觸件162類似於接觸材料層160,其在第二方向D2上具有上部的寬度大於下部的寬度。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 7 , in
在一些實施方式中,接觸件162的頂表面在第二方向D2上可具有寬度W6,且接觸件162和基板100的頂表面共平面的部分在第二方向D2上可具有寬度W5。如第7圖所示,接觸件162的寬度W5和寬度W6的差距取決於第二犧牲層152的錐形結構。舉例而言,接觸件162的寬度W5和寬度W6的差距可介於5nm至20nm間。在第二導電層136是閘極金屬層的一些實施方式中,接觸件162的頂表面接觸第二犧牲層152的上部且第二犧牲層152的上部可高於第二導電層136的頂表面,因此接觸件162的頂表面可介於金屬位元線130的頂表面及第二導電層136的頂表面之間。在第一導電層134是閘極金屬層的一些實施方式中,接觸件162的頂表面可介於金屬位元線130的頂表面及第一導電層134的頂表面之間,且可低於第二導電層136的頂表面。In some embodiments, the top surface of the
參考第1圖結合第8圖,在步驟1014中,移除金屬位元線130和接觸件162之間的第二犧牲層152以形成間隙170。具體而言,使用選擇性蝕刻製程(例如濕式蝕刻)移除第二犧牲層152,從而形成位元線間隔層140和接觸件162之間的間隙170。如第8圖所示,移除第二犧牲層152所形成的間隙170具有類似於第二犧牲層152的輪廓,使得接觸件162的上部與位元線間隔層140之間的距離小於接觸件162的下部與位元線間隔層140之間的距離。由於第二犧牲層152具有足夠的寬度W1(如第5圖所示),使得選擇性蝕刻製程可完全移除第二犧牲層152。因此,在具有多個第二犧牲層152的半導體結構10中,移除第二犧牲層152可形成具有相同深度的多個間隙170,從而在後續製程中形成深度統一、結構完整的氣隙。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 8 , in
參考第1圖結合第9圖,在步驟1016中,沉積覆蓋金屬位元線130、位元線間隔層140和接觸件162的覆蓋層180,從而形成氣隙190。具體而言,可在第8圖所示的結構上共形形成覆蓋層180,使得覆蓋層180在位元線間隔層140和接觸件162之間的間隙170中形成氣隙190。形成在間隙170中的氣隙190具有類似於間隙170的輪廓,從而氣隙190的頂部部分朝向位元線間隔層140傾斜。氣隙190可減少金屬位元線130和接觸件162之間的寄生電容,從而增加半導體結構10的可靠性。Referring to FIG. 1 in conjunction with FIG. 9 , in
如第9圖所示,覆蓋層180包括覆蓋位元線間隔層140的側壁的第一部分182、覆蓋接觸件162的側壁的第二部分184,以及覆蓋接觸件162的頂表面的第三部分186。當覆蓋層180共形形成在位元線間隔層140和接觸件162上時,由於接觸件162的上部與位元線間隔層140之間的距離小於接觸件162的下部與位元線間隔層140之間的距離,第三部分186和第一部分182彼此接觸,而第二部分184和第一部分182保持分離。換而言之,覆蓋層180透過自封裝(self-seal)的方式形成氣隙190在第一部分182及第二部分184之間的間隙170中。值得注意的是,由於覆蓋層180是透過自封裝的方式形成氣隙190,可避免使用額外的材料層進行封裝而導致材料滲入氣隙190中,從而維持氣隙190結構的完整性和有效減少半導體結構10的寄生電容。As shown in FIG. 9, cover layer 180 includes a
在一些實施方式中,覆蓋層180可具有適當的厚度,使得覆蓋層180的第一部分182及第三部分186彼此接觸時,覆蓋層180的第一部分182及第二部分184保持分離。舉例而言,覆蓋層180的厚度可介於3nm至5nm間。然而,應理解,覆蓋層180的厚度可根據間隙170的寬度和半導體結構10的設計而不在上述的範圍內。在一些實施方式中,形成覆蓋層180的材料可包括氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氮化物或其他合適材料。在一些實施方式中,覆蓋層180和位元線間隔層140可包括相同的材料,用以增加覆蓋層180和位元線間隔層140之間的黏合度。在一些實施方式中,可使用適合的沉積製程形成覆蓋層180,例如化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積等。In some embodiments, the cover layer 180 may have an appropriate thickness such that the
在一些實施方式中,氣隙190的底部寬度可大於頂部寬度。舉例而言,氣隙190在第二方向D2上的底部寬度可介於1nm至10nm間。在一些實施方式中,氣隙190不必填滿空氣,其可以填充其他類型的氣體,或者可以為真空。In some embodiments, the bottom width of the
根據本揭露上述實施方式,本揭露提供一種半導體結構和其形成方法。在形成半導體結構的製程中,藉由具有足夠寬度的犧牲層保留半導體結構中的氣隙空間,使得在金屬位元線和接觸件之間可形成深度統一、結構完整的氣隙。此外,半導體結構中的覆蓋層透過自封裝的方式形成氣隙,更進一步地維持氣隙的結構完整性。因此,半導體結構的氣隙有效降低金屬位元線與接觸件之間的寄生電容,從而增加包括半導體結構的裝置的穩定性。According to the above embodiments of the present disclosure, the present disclosure provides a semiconductor structure and a method for forming the same. In the process of forming the semiconductor structure, the air gap space in the semiconductor structure is reserved by the sacrificial layer with sufficient width, so that an air gap with uniform depth and complete structure can be formed between the metal bit line and the contact. In addition, the capping layer in the semiconductor structure forms an air gap through self-encapsulation, further maintaining the structural integrity of the air gap. Therefore, the air gap of the semiconductor structure effectively reduces the parasitic capacitance between the metal bit line and the contact, thereby increasing the stability of the device including the semiconductor structure.
前面概述一些實施例的特徵,使得本領域技術人員可更好地理解本揭露的觀點。本領域技術人員應該理解,他們可以容易地使用本揭露作為設計或修改其他製程和結構的基礎,以實現相同的目的和/或實現與本文介紹之實施例相同的優點。本領域技術人員還應該理解,這樣的等同構造不脫離本揭露的精神和範圍,並且在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下,可以進行各種改變、替換和變更。The foregoing outlines features of some embodiments so that those skilled in the art may better understand the aspects of this disclosure. Those skilled in the art should appreciate that they may readily use the present disclosure as a basis for designing or modifying other processes and structures to achieve the same purposes and/or achieve the same advantages as the embodiments described herein. Those skilled in the art should also understand that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and that they can make various changes, substitutions and alterations without departing from the spirit and scope of the present disclosure.
10:半導體結構
100:基板
110,120:多晶矽位元線
130:金屬位元線
132:介電層
134:第一導電層
136:第二導電層
138:介電層
140:位元線間隔層
150:第一犧牲層
152:第二犧牲層
160:接觸材料層
162:接觸件
170:間隙
180:覆蓋層
182:第一部分
184:第二部分
186:第三部分
190:氣隙
1000:方法
1002,1004,1006,1008,1010,1012,1014,1016:步驟
D1:第一方向
D2:第二方向
W1,W2,W3,W4,W5,W6:寬度
10:Semiconductor structure
100: Substrate
110,120: polysilicon bit lines
130: metal bit line
132: dielectric layer
134: the first conductive layer
136: the second conductive layer
138: dielectric layer
140: bit line spacing layer
150: the first sacrificial layer
152: The second sacrificial layer
160: contact material layer
162: contact piece
170: Gap
180: Overlay
182:
當結合附圖閱讀時,從以下詳細描述中可以最好地理解本揭露的各方面。應注意,根據工業中的標準方法,各種特徵未按比例繪製。實際上,為了清楚地討論,可任意增加或減少各種特徵的尺寸。 第1圖依據本揭露的一實施方式繪示形成半導體結構的方法流程圖。 第2圖至第9圖依據本揭露的一實施方式繪示形成半導體裝置的各種中間階段的截面圖。 Aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description when read with the accompanying figures. It should be noted that, according to the standard practice in the industry, various features are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of discussion. FIG. 1 is a flowchart of a method for forming a semiconductor structure according to an embodiment of the present disclosure. 2-9 illustrate cross-sectional views of various intermediate stages in the formation of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure.
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無 Domestic deposit information (please note in order of depositor, date, and number) none Overseas storage information (please note in order of storage country, institution, date, and number) none
10:半導體結構 10:Semiconductor structure
100:基板 100: Substrate
110,120:多晶矽位元線 110,120: polysilicon bit lines
130:金屬位元線 130: metal bit line
140:位元線間隔層 140: bit line spacing layer
162:接觸件 162: contact piece
180:覆蓋層 180: Overlay
182:第一部分
182:
184:第二部分 184: Part Two
186:第三部分 186: Part Three
190:氣隙 190: air gap
D1:第一方向 D1: the first direction
D2:第二方向 D2: Second direction
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