[发明专利]半导体元件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体元件的制造方法。于基底上形成多个栅极结构，并于相邻两个栅极结构之间形成第一介电层；第一介电层的上表面低于栅极结构的上表面，且具有凹槽；再形成覆盖栅极结构、第一介电层与凹槽的中间层，并于其中形成多个开口；每一开口位于相邻两个栅极结构之间，并经由开口移除第一介电层；接着，于中间层上形成第二介电层，以在相邻两个栅极结构之间定义出空气间隙。本发明还提出一种半导体元件。

技术领域

本发明是有关于一种半导体元件及其制造方法。

背景技术

在目前提高半导体元件集成度的趋势下，会依据设计规则缩小元件的尺寸。然而，随着尺寸愈来愈小，电容-电阻延迟(resistor-capacitor delay，RC delay)以及各组成构件之间的电性干扰使得集成电路的速度受限，并影响其可靠性与稳定性。因此，电容-电阻延迟所造成的半导体元件工作效率降低，为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种半导体元件的制造方法，其在栅极结构之间形成空气间隙，而能够有效地防止栅极结构之间的电容-电阻延迟，并改善各组成构件之间的电性干扰，以进一步提升半导体元件的效率。

本发明的半导体元件的制造方法如下。于基底上形成多个栅极结构，并于相邻两个栅极结构之间形成第一介电层，其上表面低于栅极结构的上表面，且具有第一凹槽。接着，形成覆盖栅极结构、第一介电层与第一凹槽的中间层，并于其中形成多个开口，每一开口位于相邻两个栅极结构之间。经由开口以移除相邻两个栅极结构之间的第一介电层。最后，于中间层上形成第二介电层，以在相邻两个栅极结构之间定义出空气间隙。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的制造方法，其中每一第一凹槽上的中间层具有第二凹槽。此时，于中间层中形成开口的方法包括于每一第二凹槽的侧壁形成间隙壁，以裸露出中间层。以间隙壁为掩模来移除部分中间层，以形成这些开口，再移除间隙壁。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的制造方法，其中形成中间层的方法包括于栅极结构与第一介电层上形成第一中间材料层，并于第一中间材料层上形成第二中间材料层，其中第二中间材料层的材料与第一中间材料层不同，且与间隙壁的材料不同。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的制造方法，其中经由些开口移除相邻两个栅极结构之间的第一介电层时，更包括移除第一介电层上的部分第一中间材料层。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的制造方法，其中在形成第一中间材料层之前，更包括进行一金属硅化工艺，于每一栅极结构的栅极导体层上形成硅化金属层，且空气间隙的高度高于栅极导体层的上表面。

本发明还提出一种半导体元件的结构，包括配置于基底上的多个栅极结构，位于栅极结构上以及相邻两个栅极结构之间的基底上方的中间层，以及位于中间层上的介电层。其中相邻两个栅极结构之间具有空气间隙。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的结构，其中每一空气间隙包括由相邻的两个栅极结构的侧壁、基底表面以及中间层所定义的主体空间，以及位于主体空间上，由中间层与介电层所定义的凸起空间。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的结构，其中中间层包括位于栅极结构的表面与侧壁上的第一中间材料层，以及位于第一中间材料层上的第二中间材料层，于相邻两个栅极结构之间具有开口，其中第二中间材料层的材料与第一中间材料层不同。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的结构，其中每一栅极结构包括栅极导体层与硅化金属层，主体空间的高度大于栅极导体层表面的高度。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件的结构，其中每一空气间隙的体积为相邻两个栅极结构之间的间隙的5％至95％。