阅读说明：本技术 位线结构及其制备方法、存储器 (Bit line structure, preparation method thereof and memory ) 是由 祝啸 于 2018-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种位线结构及其形成方法、存储器,所述方法包括：在基底上形成多条间隔排列的位线,在位线的顶部和侧壁上形成隔离材料层,在隔离材料层对应位线侧壁的部分上形成高分子聚合物材料层,然后在高分子聚合物材料层与隔离材料层上形成多孔绝缘材料层,最后执行高温退火工艺,使高分子聚合物材料层分解成气体,隔离材料层隔离气体,以保护位线和基底,并使该气体通过多孔绝缘材料层中的多个孔隙逸出,从而在隔离材料层对应位线侧壁的部分上形成空气隙,空气隙能够减小相邻位线之间的寄生电容,提升器件的性能。(The invention provides a bit line structure, a forming method thereof and a memory, wherein the method comprises the following steps: the method comprises the steps of forming a plurality of bit lines which are arranged at intervals on a substrate, forming isolation material layers on the tops and the side walls of the bit lines, forming a high polymer material layer on the portions, corresponding to the side walls of the bit lines, of the isolation material layers, then forming a porous insulating material layer on the high polymer material layer and the isolation material layers, finally performing a high-temperature annealing process to decompose the high polymer material layer into gas, isolating the gas by the isolation material layers to protect the bit lines and the substrate, and enabling the gas to escape through a plurality of pores in the porous insulating material layer, so that air gaps are formed on the portions, corresponding to the side walls of the bit lines, of the isolation material layers, and the air gaps can.)

位线结构及其制备方法、存储器

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种位线结构及其制备方法、存储器。

背景技术

存储器通常包括存储电容器以及连接到所述存储电容器的存储晶体管，所述存储电容器用来存储代表存储信息的电荷。所述存储晶体管中形成有源区、漏区和栅极，所述栅极用于控制所述源区和漏区之间的电流流动，并连接至字线，所述源区用于构成位线接触区，以连接至位线，所述漏区用于构成存储节点接触区，以连接至存储电容器。

随着半导体制作工艺中集成度的不断增加，提升存储器的集成密度已成为一种趋势，而位线的集成密度也随之增加。然而，在位线之间的间距变得越来越小的情况下，位线之间的寄生电容对器件性能的影响越来越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位线结构及其制备方法、存储器，减小位线之间的寄生电容，提升器件的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种位线结构的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有多条位线，多条所述位线间隔排列；

形成隔离材料层在所述基底和所述位线上，所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁；

形成高分子聚合物材料层在所述隔离材料层上，所述高分子聚合物材料层覆盖所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分，以使所述高分子聚合物材料层间隔所述隔离材料层覆盖所述位线的侧壁；

形成多孔绝缘材料层在所述隔离材料层和所述高分子聚合物材料层上，所述多孔绝缘材料层覆盖所述高分子聚合物材料层与所述隔离材料层；

执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层分解成气体，所述隔离材料层隔绝所述气体，并使所述气体从所述多孔绝缘材料层逸出，以界定出空气隙在所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分上，所述空气隙位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间。

可选的，所述高分子聚合物材料层的材质包含聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，所述高分子聚合物材料层分解产生的气体包含CO₂、H₂O、NH₃。

可选的，所述隔离材料层的材质包含氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅，所述多孔绝缘材料层的材质包含介孔二氧化硅。

可选的，形成所述隔离材料层的方法包括原子层沉积法；形成所述多孔绝缘材料层的方法包含化学气相沉积法或原子层沉积法。

可选的，形成所述高分子聚合物材料层的步骤包括：

形成高分子聚合物材料层在所述隔离材料层上，所述高分子聚合物材料层覆盖所述隔离材料层；

刻蚀所述高分子聚合物材料层，仅保留所述高分子聚合物材料层在所述位线侧壁上的部分，并显露出所述隔离材料层在所述位线上的第一部位以及在所述基底上的第二部位；当所述多孔绝缘材料层形成时，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层的所述第一部位和所述第二部位，以及所述高分子聚合物材料层保留在所述位线侧壁上的部分。

可选的，形成所述高分子聚合物材料层的方法包含旋转涂覆法；刻蚀所述高分子聚合物材料层的方法包含等离子刻蚀。

可选的，所述高温退火工艺的温度大于350℃，且在执行所述高温退火工艺时通入氧气。

可选的，形成所述空气隙之后还包括：形成位线隔离层在所述多孔绝缘材料层上，所述位线隔离层覆盖所述多孔绝缘材料层并填充相邻所述位线之间的间隙，所述位线隔离层的材质包含二氧化硅。

可选的，所述位线包含依次形成于所述基底上的第一导电材料层、第二导电材料层与保护材料层，所述第一导电材料层的材质包含掺杂多晶硅，所述第二导电材料层的材质包含钛或氮化钛或钨，所述保护材料层的材质包含氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅。

基于以上所述的存储器的制备方法，本发明还提供一种位线结构，包括：

基底，位于所述基底上的多条位线，多条所述位线间隔排列；

隔离材料层，位于所述基底和所述位线上，所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁；

多孔绝缘材料层，位于所述隔离材料层上，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层，且所述多孔绝缘材料层中具有多个孔隙；

空气隙，位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，且所述空气隙与所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙连通。

可选的，还包括位线隔离层，所述位线隔离层覆盖所述多孔绝缘材料层并填充相邻所述位线之间的间隙。

可选的，所述隔离材料层的材质包含氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅，所述多孔绝缘材料层的材质包含介孔二氧化硅，所述位线隔离层的材质包含二氧化硅。

可选的，所述位线包含依次位于所述基底上的第一导电材料层、第二导电材料层与保护材料层，所述第一导电材料层的材质包含掺杂多晶硅，所述第二导电材料层的材质包含钛或氮化钛或钨，所述保护材料层的材质包含氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅。

可选的，所述隔离材料层具有在所述位线上的第一部位以及在所述基底上的第二部位，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层的所述第一部位和所述第二部位，以包覆所述空气隙。

本发明还提供一种存储器，包括：

基底，位于所述基底上的多条位线，多条所述位线间隔排列；

隔离材料层，位于所述基底和所述位线上，所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁；

多孔绝缘材料层，位于所述隔离材料层上，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层，且所述多孔绝缘材料层中具有多个孔隙；

空气隙，位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，且所述空气隙与所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙连通。

在本发明提供的位线结构及其制备方法、存储器中，在基底上形成多条间隔排列的位线，在所述位线的顶部和侧壁上形成隔离材料层，在所述隔离材料层对应位线侧壁的部分上形成高分子聚合物材料层，然后在所述高分子聚合物材料层与所述隔离材料层上形成多孔绝缘材料层，最后执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层分解成气体，所述隔离材料层隔离所述气体，以保护所述位线和所述基底，并使所述气体通过所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙逸出，从而在所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分上形成空气隙，所述空气隙位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，所述空气隙能够减小位线之间的寄生电容，提升器件的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的位线结构的制备方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例在执行步骤S100与S200过程中的剖面图；

图3与图4为本发明一实施例在执行步骤S300过程中的剖面图；

图5为本发明一实施例在执行步骤S400过程中的剖面图；

图6为本发明一实施例在执行步骤S500过程中的剖面图；

图7为本发明一实施例在形成位线绝缘层过程中的剖面图。

其中，附图标记如下：

20-基底；

21-位线；211-第一导电材料层；212-第二导电材料层；213-保护材料层；

22-隔离材料层；22a-第一部位；22b-第二部位；

23-高分子聚合物材料层；23’-空气隙；

24-多孔绝缘材料层；

25-位线隔离层。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，提供一种位线结构及其制备方法、存储器，以减小位线之间的寄生电容，提升器件的性能。

其中，请参考图1所示，所述位线结构的制备方法主要包括如下步骤：

步骤S100，提供基底，所述基底上形成有多条位线，多条所述位线间隔排列；

步骤S200，形成隔离材料层在所述基底和所述位线上，所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁；

步骤S300，形成高分子聚合物材料层在所述隔离材料层上，所述高分子聚合物材料层覆盖所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分，以使所述高分子聚合物材料层间隔所述隔离材料层覆盖所述位线的侧壁；

步骤S400，形成多孔绝缘材料层在所述隔离材料层和所述高分子聚合物材料层上，所述多孔绝缘材料层覆盖所述高分子聚合物材料层与所述隔离材料层；

步骤S500，执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层分解成气体，所述隔离材料层隔绝所述气体并使所述气体从所述多孔绝缘材料层逸出，以界定出空气隙在所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分上，所述空气隙位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间。

请参考图7所示，所述位线结构包括：

基底，位于所述基底上的多条位线，多条所述位线间隔排列；

隔离材料层，位于所述基底和所述位线上，所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁；

多孔绝缘材料层，位于所述隔离材料层上，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层，且所述多孔绝缘材料层中具有多个孔隙；

空气隙，位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，且所述空气隙与所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙连通。

另外，本发明还提供一种包含上述位线结构的存储器。

本发明提供的位线结构及其制备方法、存储器中，在基底上形成多条间隔排列的位线，在所述位线的顶部和侧壁上形成隔离材料层，在所述隔离材料层对应位线侧壁的部分上形成高分子聚合物材料层，然后在所述高分子聚合物材料层与所述隔离材料层上形成多孔绝缘材料层，最后执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层分解成气体，所述隔离材料层隔离所述气体，以保护所述位线和所述基底，并使所述气体通过所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙逸出，从而在所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分上形成空气隙，所述空气隙位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，所述空气隙能够减小位线之间的寄生电容，提升器件的性能。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的位线结构及其制备、存储器方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图2为本发明一实施例在执行步骤S100与S200过程中的剖面图。请参考图2所示，在步骤S100中，提供基底20，所述基底20上形成有多条位线21，多条所述位线21间隔排列。

所述基底20的材质可以为单晶硅、多晶硅、无定型硅、硅锗化合物或绝缘体上硅(SOI)等，或者本领域技术人员已知的其他材料。在所述基底20内可以形成有有源区、隔离结构、字线以及位线接触等，所述有源区呈阵列排布，所述隔离结构位于有源区的***，用于隔离相邻的所述有源区，所述字线为掩埋字线，与有源区相交，其表面不高于所述基底20的表面。由于在形成位线之前的结构均为本领域技术人员所熟知，在此不再进行详细描述。

所述位线21包含依次形成于所述基底20上的第一导电材料层211、第二导电材料层212与保护材料层213，其中，所述第一导电材料层211的材质包含但不限于掺杂多晶硅，所述第二导电材料层212的材质包含但不限于钛或氮化钛或钨，所述保护材料层213的材质包含但不限于氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅。所述位线21的形成方法也与现有技术相同。

在步骤S200中，请继续参考图2所示，形成隔离材料层22在所述基底20和所述位线21上，所述隔离材料层22覆盖所述位线21的顶部和侧壁。

具体的，采用原子层沉积技术在所述基底20和所述位线21的上表面形成隔离材料层22，所述隔离材料层22覆盖所述位线21暴露出的表面，即所述隔离材料层22覆盖所述位线21的顶部以及侧壁，同时所述隔离材料层22还覆盖所述基底20上未被所述位线21所遮挡的上表面。即所述隔离材料层22包含在所述位线21上的第一部位22a、在所述基底20上的第二部位22b以及在所述位线21的侧壁上的第三部位(未图示)。

所述隔离材料层22的材质包含但不限于氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)或二氧化硅(SiO2)，所述隔离材料层22必须对后续的高分子聚合物材料层分解产生的气体具有隔绝作用，以防止所述气体对所述位线21和所述基底20造成影响。

图3与图4为本发明一实施例在执行步骤S300过程中的剖面图。在步骤S300中，请参考图3与图4所示，形成高分子聚合物材料层23在所述隔离材料层22上，所述高分子聚合物材料层23覆盖所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分，以使所述高分子聚合物材料层23间隔所述隔离材料层22覆盖所述位线21的侧壁。

首先，请参考图3所示，形成高分子聚合物材料层23在所述隔离材料层22上，所述高分子聚合物材料层23覆盖所述隔离材料层22。所述高分子聚合物材料层23的材质包含但不限于聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，可以通过选择涂覆等方法沉积在所述隔离材料层22的表面。所述高分子聚合物材料层23能够在高温下分解成气体，所述气体包含但不限于CO₂、H₂O、NH₃，而所述隔离材料层22需要隔绝所述气体，防止所述气体对位线21与基底20造成影响。

然后，请参考图4所示，刻蚀所述高分子聚合物材料层23，仅保留所述高分子聚合物材料层23在所述位线21侧壁上的部分，并显露出所述隔离材料层22在所述位线21上的第一部位22a以及在所述基底20上的第二部位22b；当所述多孔绝缘材料层形成时，所述多孔绝缘材料层附着于所述隔离材料层22的所述第一部位22a和所述第二部位22b，以包覆所述高分子聚合物材料层23。

本实施例中，可以采用等离子刻蚀技术去除多余的所述高分子聚合物材料层23，仅保留所述位线21侧壁上的所述高分子聚合物材料层23。

图5为本发明一实施例在执行步骤S400过程中的剖面图。在步骤S400中，请参考图5所示，形成多孔绝缘材料层24在所述隔离材料层22和所述高分子聚合物材料层24上，所述多孔绝缘材料层24覆盖所述高分子聚合物材料层23以及所述隔离材料层22。所述多孔绝缘材料层24附着于所述隔离材料层22的所述第一部位22a和所述第二部位22b，以包覆所述高分子聚合物材料层23。

所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙能够让所述高分子聚合物材料层23分解产生的气体通过，即所述气体能够通过所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙，从而逸出半导体器件外，同时所述气体不能通过所述隔离材料层22，不会对所述位线21以及所述基底20造成损伤。

可以采用化学气相沉积、原子层沉积等相关技术形成所述多孔绝缘材料层24，所述多孔绝缘材料层24覆盖所述高分子聚合物材料层23以及暴露出的所述隔离材料层22。所述多孔绝缘材料层24的材质包含但不限于介孔二氧化硅，其多孔的特性能够让所述高分子聚合物材料层23分解成的气体通过。

图6为本发明一实施例在执行步骤S500过程中的剖面图。在步骤S500中，执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层23分解成气体，所述隔离材料层22隔绝所述气体并使所述气体从所述多孔绝缘材料层24逸出，以界定出空气隙23’在所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分上，所述空气隙23’位于所述位线21两侧并在所述隔离材料层22和所述多孔绝缘材料层24之间。

本实施例中，优选的，所述高温退火工艺的温度大于350℃，且在执行所述高温退火工艺时通入氧气，所述高分子聚合物材料层23在受到高温退火时会发生分解，完全转化为CO₂、H₂O、NH₃等气体，这些气体被所述隔离材料层22所阻挡，不会伤害到所述位线21以及基底20，而所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙能够让该气体通过，所述气体从所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙逸出，从而在所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分(刻蚀之后的所述高分子聚合物材料层23所在的位置处)形成空气隙23’，所述空气隙23’位于所述隔离材料层22与所述多孔绝缘材料层24之间。

寄生电容的大小与隔离材料的介电常数的大小呈正比，为了减小位线21之间的寄生电容，需要选择介电常数小的材料作为位线之间的隔离材料，而空气的介电常数为1，是降低寄生电容的绝佳选择。所述空气隙23’位于所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分上，即在相邻的所述位线21之间设置有两个空气隙23’，能够减小位线21之间的寄生电容，有助于器件性能的提升。

图7为本发明一实施例在形成位线绝缘层过程中的剖面图。请参考图7所示，在形成所述空气隙23’之后，还包括：形成位线隔离层25在所述多孔绝缘材料层24上，所述位线隔离层25覆盖所述多孔绝缘材料层24并填充相邻所述位线21之间的间隙。所述位线隔离层25的材质包含但不限于二氧化硅，以隔离所述位线21与后续形成的器件结构。

本发明所提供的位线结构的制备方法中，在基底20上形成多条间隔排列的位线21，在所述位线21的顶部和侧壁上形成隔离材料层22，在所述隔离材料层22上形成高分子聚合物材料层23，然后在所述高分子聚合物材料层23与所述隔离材料层22上形成多孔绝缘材料层24，最后执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层23分解成气体，所述隔离材料层22隔离所述气体，以保护所述位线21和所述基底20，并使所述气体通过所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙逸出，从而在所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分上形成空气隙23’，所述空气隙23’位于所述位线21两侧并在所述隔离材料层22和所述多孔绝缘材料层24之间，所述空气隙23’能够减小位线21之间的寄生电容，提升器件的性能。

相应的，本发明还提供一种位线结构，采用如上所述的位线结构的形成方法制造而成，请参考图7所示，所述位线结构包括：基底10、位于所述基底10上的多条位线21、隔离材料层22、多孔绝缘材料层24以及空气隙23’。

具体的，所述位线21设置于所述基底上，多条所述位线21间隔排列。所述隔离材料层22覆盖所述位线21的顶部和侧壁，所述多孔绝缘材料层24覆盖所述隔离材料层22，且所述多孔绝缘材料层24中具有多个孔隙，所述空气隙23’位于所述位线21两侧并在所述隔离材料层22和所述多孔绝缘材料层24之间，且所述空气隙23’与所述多孔绝缘材料层24中的多个孔隙连通。

优选的，还包括位线隔离层25，所述位线隔离层25覆盖所述多孔绝缘材料层24并填充相邻所述位线21之间的间隙。所述隔离材料层22的材质包含但不限于氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅，所述多孔绝缘材料层24的材质包含但不限于介孔二氧化硅，所述位线隔离层25的材质包含但不限于二氧化硅。

所述位线21包含依次位于所述基底20上的第一导电材料层211、第二导电材料层212与保护材料层213，所述第一导电材料层211的材质包含但不限于掺杂多晶硅，所述第二导电材料层212的材质包含但不限于钛或氮化钛或钨，所述保护材料层213的材质包含但不限于氮化硅或氮氧化硅或二氧化硅。

所述隔离材料层22具有在所述位线21上的第一部位22a以及在所述基底20上的第二部位22b，所述多孔绝缘材料层24附着于所述隔离材料层22的所述第一部位22a和所述第二部位22b，以包覆所述空气隙23’。

所述空气隙23’位于所述隔离材料层22对应所述位线21侧壁的部分上，空气的介电常数为1，能够很好的降低位线21之间的寄生电容，提升器件的性能。

相应的，本发明还提供一种存储器，包括：基板、位于所述基板上的多条位线、隔离材料层、多孔绝缘材料层以及空气隙。

具体的，所述位线设置于所述基板上，多条所述位线间隔排列。所述隔离材料层覆盖所述位线的顶部和侧壁，所述多孔绝缘材料层覆盖所述隔离材料层，且所述多孔绝缘材料层24中具有多个孔隙，所述空气隙23’位于所述位线21两侧并在所述隔离材料层22和所述多孔绝缘材料层24之间，所述空气隙与所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙连通。

所述基板内还形成有有源区、隔离结构、字线以及位线接触等部件，所述位线与所述位线接触电性连接。

综上所述，本发明提供的位线结构及其制备方法、存储器中，在基底上形成多条间隔排列的位线，在所述位线的顶部和侧壁上形成隔离材料层，在所述隔离材料层对应位线侧壁的部分上形成高分子聚合物材料层，然后在所述高分子聚合物材料层与隔离材料层上形成多孔绝缘材料层，最后执行高温退火工艺，使所述高分子聚合物材料层分解成气体，所述隔离材料层隔离所述气体，以保护所述位线和所述基底，并使所述气体通过所述多孔绝缘材料层中的多个孔隙逸出，从而在所述隔离材料层对应所述位线侧壁的部分上形成空气隙，所述空气隙位于所述位线两侧并在所述隔离材料层和所述多孔绝缘材料层之间，所述空气隙能够减小所述位线之间的寄生电容，提升器件的性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。