專利名稱：改進(jìn)微電子電路的性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路布線，特別涉及使用氣隙來減小電阻和電容的布線結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以下描述如何減小連接布線的電阻和電容。在本發(fā)明的RC減小方案的執(zhí)行過程中，在多晶硅布線層面上的電阻從本質(zhì)上大大高于其他金屬層面，并且有效的電容耦合也比其他金屬層面更大。本發(fā)明應(yīng)用許多方法，如金屬擴(kuò)散或聚合物分解等，沿著布線的側(cè)面和/或在布線頂上建立一個(gè)氣體通道。通過本發(fā)明，用一種自對(duì)齊接觸方法建立柵極結(jié)構(gòu)，排除了可能出現(xiàn)的柵極與接頭短路的高風(fēng)險(xiǎn)性。通過本發(fā)明，所述氣體通道被嵌入在一個(gè)硬殼中，從而保持連接構(gòu)造的完整性。
為了達(dá)到上述目的，依照本發(fā)明的一個(gè)方面，集成電路晶體管結(jié)構(gòu)包括具有第一導(dǎo)電材料和第二材料的柵極導(dǎo)體。本發(fā)明有一種靠近所述柵極導(dǎo)體的不可變形的襯墊，并且在所述柵極導(dǎo)體和所述襯墊之間有一間隙。所述第一導(dǎo)電材料可以是多晶硅，而第二材料可以是金屬或者聚合物。所述第二材料作為所述間隙的填充物。在本發(fā)明中，所述間隙保存環(huán)境氣體，以降低所述柵極導(dǎo)體的電阻。
本發(fā)明還包括一種在集成電路結(jié)構(gòu)中形成晶體管的方法。本發(fā)明首先形成柵極導(dǎo)體。接著，本發(fā)明在所述柵極導(dǎo)體上淀積一種第二材料。然后，本發(fā)明在第二材料上形成不可變形的襯墊，并且使集成電路結(jié)構(gòu)退火，以在柵極導(dǎo)體和不可變形的襯墊之間形成間隙。在本發(fā)明淀積第二材料以前，用一種方法切削所述柵極導(dǎo)體的側(cè)面。在第二材料淀積后，用一種方法移除一部分所述第二材料，這樣第二材料基本上僅僅殘留在所述柵極導(dǎo)體的側(cè)面被切削的部分中。所述切削和移除的方法保持了所希望得到的柵極導(dǎo)體的長度。所述退火處理驅(qū)使所述第二材料進(jìn)入所述柵極導(dǎo)體。此外，所述柵極導(dǎo)體可以是多晶硅，而第二材料可以是一種金屬或者一種聚合物。所述間隙降低了導(dǎo)體的電阻。該導(dǎo)體可以是柵極導(dǎo)體、接頭或者布線。


從下文參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，上述和其他目的、方面和優(yōu)點(diǎn)將得到更好的理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖3A和3B為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖6A和6B為根據(jù)本發(fā)明的部分完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的整體完成的集成電路結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的完成的集成電路結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖9是闡明本發(fā)明優(yōu)選方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明使用許多不同的方法在集成電路結(jié)構(gòu)中沿導(dǎo)線形成間隙。例如，一種方法依靠金屬擴(kuò)散進(jìn)入一種硅柵極材料以建立所述間隙。第二種方法依靠聚合物分解形成通道(間隙)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述通道定位于一個(gè)柵極導(dǎo)體的兩側(cè)，并且埋藏在襯墊下。其創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)與無邊界接頭的設(shè)計(jì)兼容，并且為與接頭栓的共用提供足夠的物理強(qiáng)度。
為了形成所述通道，本發(fā)明依照在大多數(shù)金屬硅化反應(yīng)中，材料的體積縮小的原理，該原理可能用于擴(kuò)散周圍材料或者形成一個(gè)空間。是否形成一個(gè)空間(或氣隙)將取決于分界面(粘著)的完整性和在擴(kuò)散方法的具體情況，即擴(kuò)散原子的位置是否被空隙或被其他擴(kuò)散的原子所代替。在本發(fā)明中，作為所述周圍材料，選擇在硅化物形成過程中不變形的材料，因此有利于一個(gè)空間或間隙的形成。
更具體來說，在金屬和硅的反應(yīng)中，發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域的體積典型地小于反應(yīng)開始時(shí)，金屬加上硅的體積。例如，在鈦與硅的反應(yīng)中，在大約800℃形成二硅化鈦的過程中，硅是主要的擴(kuò)散元素。所述反應(yīng)元素的相對(duì)厚度為1納米的鈦與2.27納米的硅反應(yīng)，生成2.51納米的二硅化鈦(見《硅化物在超大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用》，S.P.Murarka，第130頁，學(xué)術(shù)出版社1983，下文中以＂Murarka＂代替)因此，最終生成的二硅化鈦的體積與初始的鈦加上硅的體積的比值為2.51/3.27，或0.77因此，所述體積減小了23％。
在另一個(gè)例子，鈷與硅的反應(yīng)中，隨溫度升高，主要的擴(kuò)散元素由鈷到硅然后再回到鈷變化，最終以7502℃的溫度下得到二硅化鈷。所述鈷-硅反應(yīng)的相對(duì)厚度為1納米的鈷與3.64納米的硅反應(yīng)，生成3.52納米的二硅化鈷。這樣，所述材料的體積減少了24％。其他過渡金屬相應(yīng)的數(shù)值見Murarka。
由本發(fā)明者完成的實(shí)驗(yàn)顯示基于典型的0.11微米基本規(guī)則，如果50％的GC側(cè)面的氧化物和氮化物襯墊被一個(gè)通道間隙取代，則線路電容和線-線耦合電容分別減少30％和38％。在限制情況下，如果整個(gè)GC側(cè)面的氧化物和氮化物襯墊被取代，則線路電容和線-線耦合電容分別減少44％和54％。因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了運(yùn)用在導(dǎo)線周圍的氣隙可以實(shí)現(xiàn)以一個(gè)間隙僅僅部分地取代鄰近的襯墊材料的較大的好處，并且整個(gè)襯墊不必被取代。
圖1表示一個(gè)基片100的截面圖，其包含一個(gè)柵極10(例如，被一層厚的氮化物20所覆蓋)、源/漏LDD(微量雜質(zhì)漏區(qū))區(qū)40和淺溝道區(qū)50A和50B。以下描述將舉本發(fā)明的兩個(gè)例子加以說明，一般熟練的技術(shù)人員可能了解許多等效的構(gòu)造和方法。如圖2所示，薄層60淀積在柵極堆10、20以及柵極氧化物30上。在一個(gè)實(shí)施例中，該層60包括一種金屬，如＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿或以上任何幾種的合金。因?yàn)樗鼋饘?0將與多晶硅10反應(yīng)，其中一部分將擴(kuò)散到多晶硅10中。金屬擴(kuò)散到多晶硅10中，不但沿柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)面建立一個(gè)空區(qū)，而且柵極導(dǎo)電性可以有效地增強(qiáng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，層60包括一種自分解聚合物，如降煙堿類聚合物＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿或上述任何幾種的混合物。該犧牲層60隨后將分解成為與擴(kuò)散無關(guān)的氣體。這就沿所述柵極導(dǎo)體建立了一個(gè)腔(間隙)。
如圖3A所示，在所述層60淀積后，完成一個(gè)深腐蝕的步驟，從沿著柵極側(cè)面的材料60上形成一個(gè)臨時(shí)的襯墊(例如填充物)70。圖3B更加詳細(xì)地示出該部分的結(jié)構(gòu)。如圖3B所示，為了不改變柵極的長度，本發(fā)明輕微地切削所述柵極。該切削的方法在材料60被淀積之前，移除一部分所述材料，這樣所述材料60基本上僅僅殘留在柵極導(dǎo)體的側(cè)面的切削部分中。所述切削和移除的方法保持了所希望得到的柵極導(dǎo)體的長度。在退火步驟中，被切削的尺寸將由在柵極的側(cè)面上的金屬硅化物的形成所補(bǔ)償，如下文所討論并且展示在圖6B的詳細(xì)說明中。
一個(gè)襯墊80A、80B(例如氮化物，＿＿＿＿＿＿＿＿，等等)用一種常規(guī)的襯墊方法來形成(如圖4所示)，并且完成一個(gè)源/漏注入擴(kuò)散步驟(如圖5所示)，以形成源/漏結(jié)。所述襯墊厚度和臨時(shí)襯墊的尺寸按照切削來控制，以致源/漏結(jié)得以適當(dāng)?shù)匕仓?。例如，一個(gè)厚度約10納米的襯墊應(yīng)該足以支持無邊界接頭以及栓的形成。
完成一個(gè)退火步驟，以驅(qū)使金屬60進(jìn)入柵極導(dǎo)體10(第一實(shí)施例)，或以分解聚合物60(第二實(shí)施例)，使通道(如氣隙、間隙、腔，等等)95A、95B沿柵極導(dǎo)體(圖6)的側(cè)面形成。根據(jù)前面提到的，襯墊80A，80B有充分的剛性(如在退火處理中不可變形)所以間隙95A，95B被正確地形成。換句話說，襯墊80A，80B不一致(變形)配合材料60尺寸的減小。相反，襯墊80A，80B在退火處理中保持有充分的剛性，以致間隙95A，95B形成。
在制造過程中，所述間隙一般包含環(huán)境氣體。例如，如果在制造過程中存在有空氣，則間隙中的氣體將包含氮?dú)?、氧氣、氫氣，等等。因?yàn)橐r墊70的體積在退火處理中減小，材料60可以作為間隙95A，95B的一個(gè)填充物。
如圖7和8所示，剩下的步驟是用于提供栓130和下一個(gè)布線層面110的常規(guī)步驟。如圖7所示，由于間隙95A，95B的存在，第一布線到柵極導(dǎo)體的耦合電容大幅度減小。該創(chuàng)造性的高性能器件及其相互連接的頂視圖在圖8中示出。這里，第一金屬線110通過一個(gè)接頭栓130與器件的漏結(jié)90A接觸。
圖9是集成電路結(jié)構(gòu)的流程圖。首先，本發(fā)明形成一個(gè)柵極導(dǎo)體90，然后切削柵極導(dǎo)體91的側(cè)面，并且在柵極導(dǎo)體92上淀積一種第二材料。接著，本發(fā)明移除第二材料93的一部分，在第二材料94的上面形成不可變形的襯墊，最終退火該集成電路結(jié)構(gòu)95。
本發(fā)明減小了連接布線的電阻和電容。在本發(fā)明的RC減小方案中，在多晶硅布線層面上的電阻從本質(zhì)上大大高于其他金屬層面，并且有效的電容耦合也比其他金屬層面更加顯著。本發(fā)明應(yīng)用許多方法，如金屬擴(kuò)散或聚合物分解等，沿著布線的側(cè)面和(或)在布線頂上建立一個(gè)氣體通道。關(guān)于本發(fā)明，用一種自對(duì)齊接觸方法建立柵極結(jié)構(gòu)，排除了可能出現(xiàn)的柵極與接頭短路的高風(fēng)險(xiǎn)性。利用本發(fā)明，所述氣體通道被注入一個(gè)硬殼，所以連接構(gòu)造的完整性得以保持盡管通過優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，但是熟練的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以通過在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的變型來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種集成電路布線結(jié)構(gòu)，包括包含第一導(dǎo)電材料和第二材料的導(dǎo)體；與所述導(dǎo)體相鄰的一個(gè)不可變形的襯墊；以及在所述導(dǎo)體和所述襯墊之間的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述第一導(dǎo)電材料包括多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述第二材料包括一種金屬或者一種聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述第二材料作為所述間隙的填充物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述間隙保存環(huán)境氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述間隙降低了所述柵極導(dǎo)體的電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路布線結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)體包括柵極導(dǎo)體、接頭或布線。
8.一種集成電路晶體管結(jié)構(gòu)包括一個(gè)包括第一導(dǎo)電材料和第二材料的柵極導(dǎo)體；一個(gè)鄰近所述柵極導(dǎo)體的不可變形的襯墊；以及一個(gè)在所述柵極導(dǎo)體和所述襯墊之間的間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述第一導(dǎo)電材料包括多晶硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述第二材料包括一種金屬或者一種聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述第二材料作為所述間隙的填充物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述間隙保存環(huán)境氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述間隙降低了所述柵極導(dǎo)體的電阻。
14.一種集成電路布線結(jié)構(gòu)包括一種導(dǎo)體包括多晶硅和一種第二材料包括一種金屬或一種聚合物；一個(gè)鄰近所述導(dǎo)體的不可變形的襯墊；以及一個(gè)在所述導(dǎo)體和所述襯墊之間的間隙
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，其中所述第二材料作為所述間隙的填充物
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，其中所述間隙保存環(huán)境氣體
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，其中所述間隙降低了所述柵極導(dǎo)體的電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，其中所述導(dǎo)體包括柵極導(dǎo)體、接頭或布線。
19.一種在集成電路結(jié)構(gòu)中形成導(dǎo)體的方法，所述方法包括形成一種第一導(dǎo)電材料；在所述第一導(dǎo)電材料上淀積一種第二材料；在所述第二材料上形成不可變形的襯墊；以及退火處理所述集成電路結(jié)構(gòu)，以在所述第一導(dǎo)電材料和所述不可變形的襯墊間形成一個(gè)間隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述退火處理驅(qū)使所述第二材料進(jìn)入所述柵極導(dǎo)體。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電材料包括多晶硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二材料包括一種金屬或一種聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二材料作為所述間隙的填充物。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述間隙保存環(huán)境氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述間隙降低了所述導(dǎo)體的電阻。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述導(dǎo)體包含柵極導(dǎo)體、接頭或布線。
27.一種在集成電路結(jié)構(gòu)中形成晶體管的方法，所述方法包括形成一個(gè)柵極導(dǎo)體；在所述柵極導(dǎo)體上淀積一種第二材料；在所述第二材料上形成不可變形的襯墊；以及退火所述集成電路以在所述柵極導(dǎo)體和所述不可變形的襯墊間形成一個(gè)間隙。
28.權(quán)利要求27中所述的方法，其中進(jìn)一步包括在所述第二材料淀積之前，切削所述柵極導(dǎo)體的側(cè)面的方法；以及在所述第二材料淀積之后，移除一部分所述第二材料的方法，這樣第二材料就基本上僅僅殘留在所述柵極導(dǎo)體的側(cè)面被切削的部分中。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述切削和移除的方法保持了所希望得到的柵極導(dǎo)體的長度。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述退火處理驅(qū)使所述第二材料進(jìn)入所述柵極導(dǎo)體。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述柵極導(dǎo)體包括多晶硅。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第二材料包括一種金屬或一種聚合物。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第二材料作為所述間隙的填充物。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述間隙保存環(huán)境氣體。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述間隙減小了所述導(dǎo)體的電阻
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述導(dǎo)體包括柵極導(dǎo)體、接頭或布線。
全文摘要
適合于一種集成電路晶體管結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)，其包括具有第一導(dǎo)電材料和第二材料的柵極導(dǎo)體。本發(fā)明有一個(gè)鄰近所述柵極導(dǎo)體的不可變形的襯墊，并且在所述柵極導(dǎo)體和所述襯墊之間有一個(gè)間隙。所述第一導(dǎo)電材料可以是多晶硅，且所述第二材料可以是一種金屬或者一種聚合物。所述第二材料作為所述間隙的填充物。在本發(fā)明中，所述間隙保存環(huán)境氣體并且降低了所述柵極導(dǎo)體的電阻。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1485909SQ0312777
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者勞倫斯·A·克萊溫格爾, 喬治·C.·馮, 杰姆斯·M·E·哈普爾, 路易斯·L·蘇, L 蘇, M E 哈普爾, C. 馮, 勞倫斯 A 克萊溫格爾 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司