本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體技術(shù)，且特別是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)：

刻蝕為相當(dāng)重要的工藝模塊，且刻蝕主要采取濕法刻蝕與干法刻蝕二種形式。干法刻蝕是將反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)氣體離子化或解離以產(chǎn)生等離子體，并使具有反應(yīng)性的離子向晶圓加速，通過離子與晶圓表面的欲刻蝕材料間的化學(xué)反應(yīng)以驅(qū)使刻蝕反應(yīng)進(jìn)行。

目前，為了提高生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的晶圓產(chǎn)能，利用高功率等離子體以增加刻蝕的速度是必須的。然而，當(dāng)利用高功率等離子體刻蝕法以形成介層窗開口或接觸窗開口時(shí)，開口底部的金屬層容易因高功率等離子體而濺擊至開口的側(cè)壁上，如此一來將導(dǎo)致開口的側(cè)壁上產(chǎn)生殘留物(如金屬聚合物)。上述殘留物在后續(xù)的工藝中不容易去除，進(jìn)而導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的不正常導(dǎo)通，因而產(chǎn)生短路的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，其在定義開口的步驟中可避免于開口的側(cè)壁上產(chǎn)生殘留物。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，于阻障層(barrier layer)上形成介電層。接著，于介電層中形成第一開口。第一開口裸露出部分阻障層。繼而，于第一開口的底部的阻障層上形成保護(hù)層。保護(hù)層的中央部分的厚度大于邊緣部分的厚度。然后，以保護(hù)層為掩模，移除部分阻障層，以形成第二開口。第二開口具有至少一個(gè)次開口，所述次開口位于鄰近第二開口的側(cè)壁的阻障層中。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述第二開口的底部具有W型的剖面形狀。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，形成上述第一開口以及第二開口的方法各自包括進(jìn)行等離子體刻蝕法。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，形成上述第一開口所使用的刻蝕氣體包括氮?dú)?，且氮?dú)獾牧髁侩S著第一開口的深度增加而增加。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，形成上述第二開口所使用的刻蝕氣體包括六氟化硫(SF₆)、三氟化氮(NF₃)、氬氣(Ar)、氟烴氣體(C_xF_y)及氮?dú)?，其中x、y均大于零。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，于上述介電層中形成第一開口的同時(shí)，于第一開口的底部的阻障層上形成保護(hù)層。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述方法還包括：在介電層中形成第一開口之前，于介電層中形成一淺開口；以及進(jìn)行非等向性刻蝕工藝以加深淺開口，進(jìn)而于介電層中形成第一開口，其中形成淺開口所使用的氣體不包含氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體元件，其包括阻障層以及介電層。介電層位于阻障層上。介電層中具有一開口，所述開口裸露出部分阻障層，其中開口具有至少一個(gè)次開口，所述次開口位于鄰近開口的側(cè)壁的阻障層中。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述開口的底部具有W型的剖面形狀。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述開口的中間底部的阻障層的厚度大于次開口的底部的阻障層的厚度且小于介電層下方的阻障層的厚度。

基于上述，在本發(fā)明的方法中，在進(jìn)行一刻蝕工藝以形成U型開口的同時(shí)，于U型開口底部的阻障層上形成保護(hù)層，再以保護(hù)層為掩模，繼續(xù)進(jìn)行上述刻蝕工藝，并調(diào)整氮?dú)獾牧髁?，以形成W型開口。并且，上述保護(hù)層可用于避免阻障層因使用高無(wú)線射頻功率的等離子體而濺擊至開口的側(cè)壁上，防止于開口的側(cè)壁上產(chǎn)生殘留物，進(jìn)而使元件的效能提升。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1A至圖1G為依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件的制造方法的剖面示意圖。

圖2為依照本發(fā)明的一實(shí)例的半導(dǎo)體元件的透射式電子顯微鏡(TEM)的照片。

【符號(hào)說明】

10：基底

12：阻障層

14：介電層

15：淺開口

16：圖案化掩模層

17、19：開口

19a：次開口

20：沉積物

22、24：保護(hù)層

26：導(dǎo)體層

D、D1：深度

h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8：厚度

S1、S2：刻蝕工藝

具體實(shí)施方式

圖1A至圖1G為依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的半導(dǎo)體元件的制造方法的剖面示意圖。

請(qǐng)參照?qǐng)D1A，首先，提供基底10?；?0的材料可包括半導(dǎo)體材料、絕緣體材料、導(dǎo)體材料或上述材料的任意組合?；?0的材料例如是選自于由Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs與InP所構(gòu)成的群組中的至少一種材料。在一實(shí)施例中，基底10的材料例如是硅或硅化鍺。此外，基底10可為單層結(jié)構(gòu)?；蛘?，基底10也可以為包括導(dǎo)體層、介電層、柵極結(jié)構(gòu)等的多層結(jié)構(gòu)。

接著，于基底10上形成阻障層(barrier layer)12。阻障層12的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢或其組合。在一實(shí)施例中，阻障層12的材料例如是鈦和氮化鈦的組合。在另一實(shí)施例中，阻障層12的材料例如是鉭和氮化鉭的組合。阻障層12的形成方法例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。阻障層12的厚度例如是介于至之間。

然后，于阻障層12上形成介電層14。介電層14的材料包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。在一實(shí)施例中，介電層14的材料例如是氧化硅。在另一實(shí)施例中，介電層14也可以是介電常數(shù)低于4的介電材料 層。形成介電層14的方法例如是進(jìn)行熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法。介電層14的厚度例如是介于至之間。之后，于介電層14上形成圖案化掩模層16。圖案化掩模層16的材料例如是光刻膠。

接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，以圖案化掩模層16為掩模，進(jìn)行刻蝕工藝S1，移除部分介電層14，以于介電層14中形成淺開口15?？涛g工藝S1包括非等向性刻蝕工藝，例如是干法刻蝕法。干法刻蝕法可以是等離子體刻蝕法。在此實(shí)施例中，刻蝕工藝S1例如是具有高無(wú)線射頻功率(radio frequency power，RF power)的等離子體刻蝕法。高無(wú)線射頻功率的等離子體刻蝕法的能量例如是介于1000瓦至5000瓦之間?？涛g工藝S1所使用的刻蝕氣體包括六氟化硫(SF₆)、三氟化氮(NF₃)、氬氣(Ar)及氟烴氣體(C_xF_y)，其中x、y均大于零，例如x是介于1-5之間的整數(shù)，y是介于4-8之間的整數(shù)。氟烴氣體可包括氟烷類、氟烯類或氟炔類氣體。在一實(shí)施例中，刻蝕工藝S1所使用的刻蝕氣體中不含氮?dú)狻?/p>

值得一提的是，于介電層14中形成淺開口15的同時(shí)，于淺開口15的底部的介電層14上形成沉積物20。沉積物20例如是經(jīng)由刻蝕工藝S1所使用的上述刻蝕氣體反應(yīng)而得到的聚合物殘留物。

淺開口15的深度D例如是介電層14的厚度h1的約1/2至4/5。更具體地說，淺開口15并未貫穿介電層14，且淺開口15的深度D與淺開口15下方的介電層的厚度h2的總和實(shí)質(zhì)上等于介電層14的厚度h1。在一實(shí)施例中，介電層14的厚度h1例如是介至之間，且淺開口15的深度D例如是介于至之間。然而，上述數(shù)值范圍僅為舉例說明，并不用以限定本發(fā)明。

然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，以圖案化掩模層16為掩模，進(jìn)行刻蝕工藝S2，以使淺開口15加深，進(jìn)而于介電層14中形成開口17，且開口17裸露出部分阻障層12。并且，于開口17的底部的阻障層12上形成保護(hù)層22?？涛g工藝S2包括非等向性刻蝕工藝，例如是干法刻蝕法。干法刻蝕法可以是等離子體刻蝕法?？涛g工藝S2所使用的刻蝕氣體與刻蝕工藝S1所使用的刻蝕氣體不同?？涛g工藝S2所使用的刻蝕氣體中包含有氮?dú)?；而刻蝕工藝S1所使用的刻蝕氣體不包含有氮?dú)?。在一?shí)施例中，刻蝕工藝S2例如是具有高無(wú)線射頻功率的等離子體刻蝕法，其能量例如是介于1000 瓦至5000瓦之間?？涛g工藝S2所使用的刻蝕氣體包括六氟化硫(SF₆)、三氟化氮(NF₃)、氬氣(Ar)、氟烴氣體(C_xF_y)及氮?dú)?，其中x、y均大于零，例如x是介于1-5之間的整數(shù)，y是介于4-8之間的整數(shù)。此外，氮?dú)馀c氟烴氣體的流量比例如是約1∶6至1∶4。

在一實(shí)施例中，形成開口17所使用的氮?dú)獾牧髁侩S著開口17的深度增加而增加。舉例而言，刻蝕工藝S2一開始所使用的氮?dú)獾牧髁坷缡墙橛?sccm至50sccm之間。之后，隨著開口17的深度增加，再將氮?dú)獾牧髁空{(diào)整至介于50sccm至300sccm之間。然而，本發(fā)明并不以此為限。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可依所需自行調(diào)整氮?dú)獾牧髁俊?/p>

在一實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行刻蝕工藝S2時(shí)，在介電層14中形成開口17的同時(shí)，于開口17的底部的阻障層12上形成保護(hù)層22。換句話說，保護(hù)層22與開口17為同時(shí)形成。在此實(shí)施例中，保護(hù)層22例如是經(jīng)由刻蝕工藝S2所使用的上述刻蝕氣體反應(yīng)而得的聚合物殘留物。保護(hù)層22的材料包括含碳、氟以及氮的聚合物。在一實(shí)施例中，保護(hù)層22的材料例如是C_xF_yN_z聚合物，其中x、y、z均大于零。保護(hù)層22的厚度可為均勻或不均勻。在一實(shí)施例中，保護(hù)層22的中央部分的厚度h3例如是大于保護(hù)層22的邊緣部分的厚度h4。在另一實(shí)施例中，保護(hù)層22例如是覆蓋部分阻障層12，以裸露出鄰近開口17的側(cè)壁的部分阻障層12。或者，保護(hù)層22的邊緣部分可具有極薄的厚度，以利后續(xù)刻蝕工藝移除此極薄的邊緣部分以及位于其下方的部分阻障層12。

之后，請(qǐng)參照?qǐng)D1D與圖1E，以保護(hù)層22和圖案化掩模層16為掩模，移除部分阻障層12，以在介電層14中形成開口19，且開口19貫穿介電層14。具體來說，保護(hù)層22會(huì)在形成開口19的步驟中逐漸消耗，同時(shí)在保護(hù)層22至少一側(cè)的阻障層12中形成至少一個(gè)次開口19a，如圖1D所示。在一實(shí)施例中，次開口19a可環(huán)繞保護(hù)層22而設(shè)置。當(dāng)保護(hù)層22消耗殆盡時(shí)，開口19的中間底部的部分阻障層12也會(huì)被移除且次開口19a也會(huì)加深，如圖1E所示。在一實(shí)施例中，圖1E的步驟中，保護(hù)層24也會(huì)同時(shí)形成在開口19的中間底部的阻障層12上。保護(hù)層24與保護(hù)層22的材料相似。具體來說，保護(hù)層24與保護(hù)層22的主成分(例如C、F和N)相同，但元素間比例不同。在一實(shí)施例中，開口19的底部具有W型 的剖面形狀。開口19可具有至少一個(gè)次開口19a。次開口19a例如是位于鄰近開口19的側(cè)壁的部分阻障層12中。次開口19a的深度D1例如是介于阻障層12的厚度的約1/3至2/3之間。在此實(shí)施例中，開口19的中間底部的阻障層12的厚度h5例如是大于次開口19a的底部的阻障層12的厚度h6。此外，位于介電層14下方的阻障層12的厚度h7例如是大于開口19的中間底部的阻障層12的厚度h5。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，刻蝕工藝S2例如是包括形成開口17以及開口19的步驟。具體地說，在上述制造方法中，當(dāng)?shù)獨(dú)獾牧髁侩S著開口17的深度增加至裸露出阻障層12時(shí)，此時(shí)再以保護(hù)層22為掩模，移除保護(hù)層22的至少一側(cè)的部分阻障層12，以形成具有至少一個(gè)次開口19a的開口19。形成開口19所使用的氮?dú)獾牧髁坷缡墙橛?0sccm至300sccm之間。并且，通過調(diào)整氮?dú)獾牧髁浚尚纬善拭鏋閃型的開口19。

值得注意的是，在上述刻蝕工藝S2中，保護(hù)層22/24可用于避免阻障層12因使用高無(wú)線射頻功率的等離子體而濺擊至開口17/19的側(cè)壁上，進(jìn)而防止于開口17/19的側(cè)壁上產(chǎn)生殘留物。

其后，請(qǐng)參照?qǐng)D1F，移除保護(hù)層24和圖案化掩模層16。移除保護(hù)層24和圖案化掩模層16的方法包括進(jìn)行濕法刻蝕法。

接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1G，于開口19中形成導(dǎo)體層26。導(dǎo)體層26的材料包括金屬、金屬合金、摻雜多晶硅或其組合。金屬例如是鎢。金屬合金例如是鋁硅合金。導(dǎo)體層26的形成方法例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積法。此外，在形成導(dǎo)體層26之前可以先在開口19的側(cè)壁與底部形成另一層阻障層(未繪示)。另一層阻障層的材料例如是包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢或其組合。在一實(shí)施例中，另一層阻障層的材料例如是鈦和氮化鈦的組合。在另一實(shí)施例中，另一層阻障層的材料例如是鉭和氮化鉭的組合。另一層阻障層的形成方法例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。另一層阻障層的厚度例如是介于至之間。至此，完成半導(dǎo)體元件100的制作。

以下，將利用圖1F針對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖1F所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件包括基底10、阻障層12以及介電層14。阻障層12位于基底10上，介電層14位于阻障層12上。介電層14中具有開 口19，且開口19裸露出部分阻障層12。開口19具有至少一個(gè)次開口19a，且至少一個(gè)次開口19a位于鄰近開口19的側(cè)壁的阻障層12中。在一實(shí)施例中，當(dāng)開口19為介層窗開口或接觸窗開口時(shí)，一個(gè)次開口19a沿著開口19的底部周圍配置于阻障層12中。在另一實(shí)施例中，當(dāng)開口19為溝道形式的開口時(shí)，兩個(gè)次開口19a沿著開口19的底部的相對(duì)側(cè)分別配置于阻障層12中。但是不管是上述何種情況，開口19的底部均具有W型的剖面形狀。

開口19的中間底部的阻障層12的厚度h5例如是大于次開口19a底部的阻障層12的厚度h6。此外，介電層14下方的阻障層12的厚度h7大于鄰近開口19的中間底部的阻障層12的厚度h5。也就是，h7＞h5＞h6。在一實(shí)施例中，h7介于50nm至100nm之間；h6介于15nm至75nm之間；以及h5介于25nm至100nm之間。

本發(fā)明實(shí)施例的的半導(dǎo)體元件的制造方法可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、與非門閃存(NAND flash)、NOR型閃存(NOR-flash)等，但本發(fā)明并不以此為限。

圖2為依照本發(fā)明的一實(shí)例的半導(dǎo)體元件的透射式電子顯微鏡的照片。

如圖2所示，開口的中間底部的阻障層的厚度h8大于次開口底部的阻障層的厚度h9。

綜上所述，在本發(fā)明的方法中，在進(jìn)行一刻蝕工藝以形成U型開口(如開口17)的同時(shí)，于U型開口底部的阻障層上形成保護(hù)層，再以保護(hù)層為掩模，繼續(xù)進(jìn)行上述刻蝕工藝，并調(diào)整氮?dú)獾牧髁浚孕纬蒞型開口(如開口19)。并且，上述保護(hù)層可用于避免阻障層因使用高無(wú)線射頻功率的等離子體而濺擊至開口的側(cè)壁上，防止于開口的側(cè)壁上產(chǎn)生殘留物，進(jìn)而使元件的效能提升。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作部分的更改與修飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。