制造半导体元件的方法与流程

1.本揭露是有关于一种制造半导体元件的方法。


背景技术：

2.现今半导体元件随着体积缩小，半导体元件的制造技术也随之进步。半导体工艺中包括多次沉积以及蚀刻步骤，并且在交替实施沉积以及蚀刻的过程中，皆需要精准的控制材料设置或移除的位置，以避免影响后续工艺的执行。举例来说，在蚀刻材料后所产生的材料残料可能堆积在半导体元件的其他部位，若不精准的移除这些残料，将会对半导体元件后续的制造产生影响，并进一步降低制造出的半导体元件的效能。
3.因此，如何提出一种可解决上述问题的制造半导体元件的方法，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本揭露的一目的在于提出一种可有效解决上述问题的制造半导体元件的方法。
5.本揭露是有关于一种制造半导体元件的方法包含:形成遮罩层在位于基材上的堆叠结构上，其中遮罩层具有第一区域以及第二区域，第一区域具有图案化结构；通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻开口，其中蚀刻残物堆积于第二区域上；形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物；形成保护层在阻障层上；移除保护层的一部分、阻障层的一部分以及蚀刻残物，以暴露出遮罩层；以及蚀刻遮罩层以及保护层与阻障层位于开口外的部分，以暴露出堆叠结构。
6.在目前一些实施方式中，基材具有接点，接点暴露于基材的上表面，且通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻开口的步骤使得接点分别位于开口的底部。
7.在目前一些实施方式中，堆叠结构包含依序堆叠于基材上的金属层、绝缘层、第一氮化层、氧化层以及第二氮化层，并且通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻些开口的步骤使得金属层、绝缘层、第一氮化层、氧化层以及第二氮化层的每一者的至少一表面被暴露。
8.在目前一些实施方式中，形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物的步骤使得阻障层覆盖金属层、绝缘层、第一氮化层、氧化层、第二氮化层以及接点位于开口内的部分。
9.在目前一些实施方式中，蚀刻遮罩层以及保护层与阻障层位于开口外的部分的步骤为完全暴露第二氮化层的表面。
10.在目前一些实施方式中，移除保护层的部分、阻障层的部分以及蚀刻残物的步骤利用化学机械研磨工艺执行。
11.在目前一些实施方式中，形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物的步骤包含共形地形成阻障层于开口的内壁上。
12.在目前一些实施方式中，形成保护层在阻障层上的步骤包含共形地形成保护层于
阻障层上。
13.在目前一些实施方式中，移除保护层的部分、阻障层的部分以及蚀刻残物的步骤使得遮罩层远离堆叠结构的表面被暴露。
14.在目前一些实施方式中，移除保护层的部分、阻障层的部分以及蚀刻残物的步骤使得遮罩层的表面于第一区域以及第二区域中齐平。
15.综上所述，于本揭露的制造半导体元件的方法中，通过两步骤移除遮罩层，以降低因为蚀刻开口而堆积在遮罩层上的蚀刻残物影响遮罩层的移除。借由化学机械研磨工艺首先移除蚀刻残物，并且使遮罩层的厚度齐平，以便在移除遮罩层的第二步骤中更好的通过等向蚀刻工艺控制遮罩层的移除。此外，通过阻障层以及保护层的保护，可以避免堆叠结构在执行前述移除工艺时的结构侵蚀。同时，阻障层以及保护层也可以增加堆叠结构的稳固性。因为前述理由，本方法所制作出的半导体元件可以保有更完整以及稳固的堆叠结构，以产生具有更佳效能的半导体元件。
附图说明
16.当结合随附诸图阅读时，得以自以下详细描述最佳地理解本揭露的态样。应注意，根据行业上的标准实务，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。
17.图1为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法的示意图。
18.图2a为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
19.图2b为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
20.图2c为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
21.图2d为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
22.图2e为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
23.图2f为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法其中一个阶段的剖面示意图。
具体实施方式
24.以下揭露内容提供用于实施所提供目标的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述部件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，此些仅为实例，且并不意欲为限制性的。举例而言，在如下描述中第一特征在第二特征之上或在第二特征上形成可包括其中第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且亦可包括其中额外特征可在第一特征与第二特征之间形成而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清楚目的，且其自身并不表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
25.另外，为了描述简单，可在本文中使用诸如“在
……
下面”、“在
……
下方”、“下部”、“在
……
上方”、“上部”及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所示的一个元件或特征与另一(另外)元件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，此些空间相对术语意欲涵盖元件在使用中或操作中的不同定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且可同样相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。
26.本文中使用的“大约”、“约”、“近似”或者“实质上”一般表示落在给定值或范围的百分之二十之中，或在百分之十之中，或在百分之五之中。本文中所给予的数字量值为近似值，表示使用的术语如“大约”、“约”、“近似”或者“实质上”在未明确说明时可以被推断。
27.图1为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1的示意图。请参照图1，本揭露是有关于一种制造半导体元件的方法m1包含形成遮罩层在位于基材上的堆叠结构上，其中遮罩层具有第一区域以及第二区域，第一区域具有图案化结构(步骤s101)；通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻开口，其中蚀刻残物堆积于第二区域上(步骤s102)；形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物(步骤s103)；形成保护层在阻障层上(步骤s104)；移除保护层的一部分、阻障层的一部分以及蚀刻残物，以暴露出遮罩层(步骤s105)；以及蚀刻遮罩层以及保护层与阻障层位于开口外的部分，以暴露出堆叠结构(步骤s106)。
28.图2a为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。在图2a中绘示了基材110以及位于基材110上的堆叠结构120。堆叠结构120借由多个层依序堆叠在基材110上方所组成。在一些实施例中，堆叠结构120包含依序堆叠于基材110上的金属层122、绝缘层124、第一氮化层126a、氧化层128以及第二氮化层126b。然而，在其他实施例中的堆叠结构120可以由其他材料或其他不同的多个层所组成。此外，在一些实施例中，基材110具有接点112，接点112暴露于基材110的上表面。在图2a所绘制的实施例中，位于基材110上的堆叠结构120覆盖多个接点112。然而，接点112可以依照需求被形成在基材110中的任何位置。
29.图2a绘示方法m1中形成遮罩层在位于基材上的堆叠结构上，其中遮罩层具有第一区域以及第二区域，第一区域具有图案化结构的步骤s101。具体来说，遮罩层130完全覆盖堆叠结构120的顶部表面，但本揭露并不以此为限。遮罩层130可以根据需求仅部分地覆盖堆叠结构120的顶部表面。遮罩层130的第一区域132以及第二区域134可以借由是否具有图案化结构被区分。具体来说，图案化结构可以由多个开口所组成(如后续图2b的开口140)。遮罩层130的图案化可以借由任何适当的方式，例如光刻工艺，被执行。
30.图2b为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。图2b绘示方法m1中通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻开口，其中蚀刻残物堆积于第二区域上的步骤s102。具体来说，开口140借由蚀刻工艺被延伸至堆叠结构120中，并且在绘示的实施例中，步骤s102使得接点112分别位于开口140的底部。开口140位置可以对应位于基材110中的接点112的位置，并且通过蚀刻开口140完全地暴露出接点112的表面，然而，开口140的位置也可以依需求调整至其他位置而部分地暴露或不暴露接点112。承前述的堆叠结构120的多个层，在一些实施例中，步骤s102使得金属层122、绝缘层124、第一氮化层126a、氧化层128以及第二氮化层126b的每一者的至少一表面被暴露。具体来说，开口140完全地穿过了堆叠结构120使得部分的基材110以及接点112被暴露，并且开口140的
内壁暴露了堆叠结构120的多个层的表面。
31.继续参照图2b，在蚀刻开口140之后，蚀刻过程中遗留的半导体材料将会堆积在第二区域134形成蚀刻残物150。第二区域134的遮罩层130部分或完全地被蚀刻残物150所覆盖。蚀刻残物150的堆积将会对移除遮罩层130造成阻碍。若需要在不损耗堆叠结构120的状态下移除遮罩层130，需要先移除蚀刻残物150。
32.图2c为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。图2c绘示方法m1中形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物的步骤s103。在一些实施例中，步骤s103包含共形地形成阻障层160于开口140的内壁上，但本揭露并不以此为限。进一步来说，在图2c绘示的实施例中，阻障层160沿着遮罩层130的顶部表面、开口140的内壁以及蚀刻残物150的表面保形地被形成。此外，步骤s103使得阻障层160覆盖金属层122、绝缘层124、第一氮化层126a、氧化层128、第二氮化层126b以及接点112位于开口140内的部分。此外，在图2c所绘示的实施例中，因为开口140暴露了接点112，阻障层160也覆盖了接点112以及部分的基材110表面，但本揭露并不以此为限。若开口140未暴露接点112，则阻障层160将只覆盖基材110被开口140暴露的部分表面。阻障层160的功能在于更好的固定阻障层160下方及上方的不同材料层。举例来说，阻障层160可以加强下文将提到的保护层170与堆叠结构120的多个层、遮罩层130以及接点112之间的连接。
33.图2d为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。图2d绘示方法m1中形成保护层在阻障层上的步骤s104。在一些实施例中，步骤s104包含共形地形成保护层170于阻障层160上。然而，在其他实施例中保护层170也可以依照需求局部地形成在阻障层160上。保护层170的目的在于保护被保护层170覆盖的结构，以防止结构在蚀刻工艺中被侵蚀。然而，取决于保护层170生长的厚度，部分的阻障层160以及保护层170仍旧可能在蚀刻过程被移除。在一些实施例中，保护层170也可以直接共形地形成在遮罩层130、蚀刻残物150以及开口140的内壁上。此外，被阻障层160以及保护层170所覆盖的开口140内壁也可以具有更好的支撑性，被开口140所隔开的堆叠结构120将更不容易倾倒。
34.图2e为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。图2e绘示方法m1中移除保护层的一部分、阻障层的一部分以及蚀刻残物，以暴露出遮罩层的步骤s105。在步骤s105中，覆盖遮罩层130的蚀刻残物150被移除。在一些实施例中，步骤s105利用化学机械研磨工艺执行，但本揭露并不以此为限。具体来说，只要能够在不损害遮罩层130以及位于遮罩层130下方的堆叠结构120与基材110的状态下，达到局部地移除蚀刻残物150的方法皆可以被使用。要借由步骤s105先移除蚀刻残物150的理由在于，若直接以等向蚀刻的方式移除蚀刻残物150以及遮罩层130，将由于蚀刻残物150的覆盖，导致遮罩层130被蚀刻残物150所覆盖的局部区域无法完全被移除。因此，步骤s105采用化学机械研磨工艺研磨遮罩层130的表面，以去除蚀刻残物150。在一些实施例中，步骤s105使得遮罩层130远离堆叠结构120的表面被暴露。具体来说，在用化学机械研磨工艺中除了移除蚀刻残物150，也可能造成局部的遮罩层130被移除，然而，并不会因为用化学机械研磨工艺使得堆叠结构120被暴露。在一些实施例中，步骤s105使得遮罩层130的表面于第一区域132以及第二区域134中齐平。进行步骤s105的目的在于，以在后续移除遮罩层130的步骤中更完整的将遮罩层130移除。
35.图2f为根据本揭露的一些实施例绘示的制造半导体元件的方法m1其中一个阶段的剖面示意图。图2f绘示方法m1中蚀刻遮罩层以及保护层与阻障层位于开口外的部分，以暴露出堆叠结构的步骤s106。具体来说，步骤s106可以通过等向蚀刻被执行，遮罩层130、保护层170以及阻障层160将会被等量的移除，直到暴露出部分的堆叠结构120。在一些实施例中，步骤s106完全暴露第二氮化层126b的表面(亦即，遮罩层130被完全移除)。借此，图2f中所绘示的半导体元件100即被制造出。
36.以上对于本揭露的具体实施方式的详述，可以明显地看出，于本揭露的制造半导体元件的方法，通过两步骤移除遮罩层，以降低因为蚀刻开口而堆积在遮罩层上的蚀刻残物影响遮罩层的移除。借由化学机械研磨工艺首先移除蚀刻残物，并且使遮罩层的厚度齐平，以便在移除遮罩层的第二步骤中更好的通过等向蚀刻工艺控制遮罩层的移除。此外，通过阻障层以及保护层的保护，可以避免堆叠结构在执行前述移除工艺时的结构侵蚀。同时，阻障层以及保护层也可以增加堆叠结构的稳固性。因为前述理由，本方法所制作出的半导体元件可以保有更完整以及稳固的堆叠结构，以产生具有更佳效能的半导体元件。
37.前文概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可较佳地理解本揭露的态样。本领域技术人员应了解，他们可容易地使用本揭露作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中所介绍的实施例的相同优势的其他工艺及结构的基础。本领域技术人员亦应认识到，此些等效构造不脱离本揭露的精神及范畴，且他们可在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下于本文作出各种改变、代替及替换。
38.【符号说明】
39.100:半导体元件
40.110:基材
41.112:接点
42.120:堆叠结构
43.122:金属层
44.124:绝缘层
45.126a,126b:氮化层
46.128:氧化层
47.130:遮罩层
48.132:第一区域
49.134:第二区域
50.140:开口
51.150:蚀刻残物
52.160:阻障层
53.170:保护层
54.m1:方法
55.s101,s102,s103,s104,s105,s106:步骤。

技术特征：
1.一种制造半导体元件的方法，其特征在于，该方法包含：形成遮罩层在位于基材上的堆叠结构上，其中该遮罩层具有第一区域以及第二区域，该第一区域具有图案化结构；通过该图案化结构在该堆叠结构上蚀刻复数个开口，其中蚀刻残物堆积于该第二区域上；形成阻障层以覆盖该遮罩层、该些开口的内壁以及该蚀刻残物；形成保护层在该阻障层上；移除该保护层的一部分、该阻障层的一部分以及该蚀刻残物，以暴露出该遮罩层；以及蚀刻该遮罩层以及该保护层与该阻障层位于该些开口外的部分，以暴露出该堆叠结构。2.根据权利要求1所述的制造半导体元件的方法，其中该基材具有复数个接点，该些接点暴露于该基材的上表面，且该通过该图案化结构在该堆叠结构上蚀刻该些开口的步骤使得该些接点分别位于该些开口的底部。3.根据权利要求2所述的制造半导体元件的方法，其中该堆叠结构包含依序堆叠于该基材上的金属层、绝缘层、第一氮化层、氧化层以及第二氮化层，并且该通过该图案化结构在该堆叠结构上蚀刻该些开口的步骤使得该金属层、该绝缘层、该第一氮化层、该氧化层以及该第二氮化层的每一者的至少一表面被暴露。4.根据权利要求3所述的制造半导体元件的方法，其中该形成该阻障层以覆盖该遮罩层、该些开口的内壁以及该蚀刻残物的步骤使得阻障层覆盖该金属层、该绝缘层、该第一氮化层、该氧化层、该第二氮化层以及该些接点位于该些开口内的部分。5.根据权利要求3所述的制造半导体元件的方法，其中该蚀刻该遮罩层以及该保护层与该阻障层位于该些开口外的部分的步骤为完全暴露该第二氮化层的表面。6.根据权利要求1所述的制造半导体元件的方法，其中该移除该保护层的该部分、该阻障层的该部分以及该蚀刻残物的步骤利用化学机械研磨工艺执行。7.根据权利要求1所述的制造半导体元件的方法，其中该形成该阻障层以覆盖该遮罩层、该些开口的内壁以及该蚀刻残物的步骤包含共形地形成该阻障层于该些开口的内壁上。8.根据权利要求1所述的制造半导体元件的方法，其中该形成该保护层在该阻障层上的步骤包含共形地形成该保护层于该阻障层上。9.根据权利要求1所述的制造半导体元件的方法，其中该移除该保护层的该部分、该阻障层的该部分以及该蚀刻残物的步骤使得该遮罩层远离该堆叠结构的表面被暴露。10.根据权利要求9所述的制造半导体元件的方法，其中该移除该保护层的该部分、该阻障层的该部分以及该蚀刻残物的步骤使得该遮罩层的该表面于该第一区域以及该第二区域中齐平。

技术总结
一种制造半导体元件的方法包含：形成遮罩层在位于基材上的堆叠结构上，其中遮罩层具有第一区域以及第二区域，第一区域具有图案化结构；通过图案化结构在堆叠结构上蚀刻开口，其中蚀刻残物堆积于第二区域上；形成阻障层以覆盖遮罩层、开口的内壁以及蚀刻残物；形成保护层在阻障层上；移除保护层的一部分、阻障层的一部分以及蚀刻残物，以暴露出遮罩层；以及蚀刻遮罩层以及保护层与阻障层位于开口外的部分，以暴露出堆叠结构。其功效在于，降低半导体元件于制造过程中的结构损耗并提升半导体元件的效能。件的效能。件的效能。


技术研发人员：林宏宣
受保护的技术使用者：南亚科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/8/23