CN116053198A

CN116053198A - 制作半导体的方法

Info

Publication number: CN116053198A
Application number: CN202210112335.7A
Authority: CN
Inventors: 慎志轩
Original assignee: Nanya Technology Corp
Current assignee: Nanya Technology Corp
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2022-01-29
Publication date: 2023-05-02
Also published as: US20240047221A1; US11817322B2; TW202318503A; US12224178B2; US20230132759A1; TWI817318B

Abstract

一种制作半导体的方法包含：提供堆叠结构，堆叠结构包含第一氧化层、第二氧化层以及堆叠在第一氧化层以及第二氧化层之间的金属层；形成遮罩层在第二氧化层上；通入混和气体至堆叠结构，其中混和气体包含至少两碳氢化合物以及氧气；以及通过遮罩层对堆叠结构执行脉冲等离子体工艺，以图案化第二氧化层并通过经图案化的第二氧化层暴露金属层。其功效在于提升通孔侧壁的笔直性。

Description

制作半导体的方法

技术领域

本发明是有关于一种制作半导体的方法。

背景技术

半导体工业被开发并且制造半导体结构的工艺被提升，同时元件的微缩持续地在进行。结构的尺寸以及形状的精确性变得愈发重要。为了制作氮导体结构的通孔，反应离子蚀刻方法常被使用。离子的种类借由等离子体的化合物成分而被决定，其必须要考虑离子种类对应不同材料的选择性蚀刻率。合适的蚀刻工艺配方是必要且不可或缺的。

发明内容

本发明提供一种制作半导体的方法。

本发明是有关于一种制作半导体的方法包含提供堆叠结构，堆叠结构包含第一氧化层、第二氧化层以及堆叠在第一氧化层以及第二氧化层之间的金属层；形成遮罩层在第二氧化层上；通入混和气体至堆叠结构，其中混和气体包含至少两碳氢化合物以及氧气；以及通过遮罩层对堆叠结构执行脉冲等离子体工艺，以图案化第二氧化层并通过经图案化的第二氧化层暴露金属层。

在目前一些实施方式中，形成遮罩层的步骤包含：形成第一覆盖层在第二氧化层上；以及图案化第一覆盖层以暴露第二氧化层的表面的部位。

在目前一些实施方式中，方法进一步包含：形成第二覆盖层在经图案化的第一覆盖层上以覆盖并且接触第二氧化层的表面的部位。

在目前一些实施方式中，形成第二覆盖层的步骤利用毯式沉积工艺执行。

在目前一些实施方式中，第二覆盖层包含高介电材料。

在目前一些实施方式中，第一覆盖层包含氧化锆或氧化铪。

在目前一些实施方式中，方法进一步包含：形成另一遮罩层在经图案化的第二氧化层上；以及通过另一遮罩层对堆叠结构执行另一脉冲等离子体工艺，以形成穿过第一氧化层、金属层以及第二氧化层的通孔。

在目前一些实施方式中，形成另一遮罩层的步骤包含：形成第一覆盖层在经图案化的第二氧化层上；以及形成第二覆盖层在第一覆盖层上以覆盖并且接触金属层的表面的部位。

在目前一些实施方式中，第二覆盖层包含高介电材料。

在目前一些实施方式中，第一覆盖层包含氧化锆或氧化铪。

在目前一些实施方式中，执行脉冲等离子体工艺的步骤进一步形成穿过第一氧化层、金属层以及第二氧化层的通孔。

在目前一些实施方式中，至少两碳氢化合物包含饱和碳氢化合物以及不饱和碳氢化合物或包含两不饱和碳氢化合物。

在目前一些实施方式中，至少两碳氢化合物的一者相比至少两碳氢化合物的另一者具有额外双键。

在目前一些实施方式中，金属层包含钨。

应当理解的是前述一般性的叙述以及下文针对细节的描述仅旨为示例，并且意在进一步针对本发明的权利要求提供解释。

附图说明

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发明的态样。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。

图1为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的流程图。

图2A为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的一个中间阶段的示意图。

图2B为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的一个中间阶段的示意图。

图2C为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的一个中间阶段的示意图。

图2D为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的一个中间阶段的示意图。

图2E为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法的一个中间阶段的示意图。

图3为根据图2D中的一个实施例绘示的放大示意图。

具体实施方式

以下发明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。尽可能地在图式中以相同标号指代图式中以及说明书内的相同或类似部件。

请参照图1。图1为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的流程图。如图1所示，制造半导体的方法M1包含提供堆叠结构，堆叠结构包含第一氧化层、第二氧化层以及堆叠在第一氧化层以及第二氧化层之间的金属层(步骤S110)；形成遮罩层在第二氧化层上(步骤S120)；通入混和气体至堆叠结构，其中混和气体包含至少两碳氢化合物以及氧气(步骤S130)；以及通过遮罩层对堆叠结构执行脉冲等离子体工艺，以图案化第二氧化层并通过经图案化的第二氧化层暴露金属层(步骤S140)。

请接着参照图2A以及图1。图2A为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的一个中间阶段的示意图。如图2A以及图1所示，堆叠结构110在步骤S110被提供。堆叠结构110借由依序堆叠第一氧化层112、金属层114以及第二氧化层116而被形成。在一个实施例中，金属层114包含钨。在实际应用中，金属层114可以包含其他金属。在一些实施例中，金属层114的厚度可以大约为80纳米。在一些实施例中，第一氧化层112、金属层114以及第二氧化层116的比例为2:1:1。然而，任何合适的第一氧化层112、金属层114以及第二氧化层116的厚度皆可以被应用。

请参照图2B以及图1。图2B为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的一个中间阶段的示意图。如图2B以及图1所示，遮罩层120在步骤S120中被提供。遮罩层120可以包含多个子层，并且不同的子层可以借由不同工艺被形成。在一个实施例中，步骤S120包含：形成第一覆盖层在第二氧化层上(步骤S121)；以及图案化第一覆盖层以暴露第二氧化层的表面的部位(步骤S122)。具体来说，第一覆盖层122可以借由任何合适的工艺，例如化学气相沉积、物理气相沉积、其组合、或其类似者，被沉积在第二氧化层116上。在一个实施例中，第一覆盖层122包含氧化锌或氧化铪，但本发明并不以此为限。在沉积第一覆盖层122之后，步骤S122被执行以图案化第一覆盖层122。第一覆盖层122可以借由，例如光微影工艺，而被图案化，但本发明并不以此为限。请参照图2B。在一个实施例中，在第一覆盖层122被图案化之后，图案化的第一覆盖层122将会暴露部分的第二氧化层116的顶表面。未被暴露的部份的第二氧化层116的顶表面可以被图案化的第一覆盖层122所保护直到第一覆盖层122被完全地移除。

请参照图2B。步骤S120进一步包含：形成第二覆盖层在经图案化的第一覆盖层上以覆盖并且接触第二氧化层的表面的部位(步骤S123)。在一个实施例中，遮罩层120包含第一覆盖层122以及第二覆盖层124，本发明并不以此为限。任何合适数目的遮罩层120的子层皆可以被应用。在一个实施例中，步骤S123利用毯式沉积工艺执行。第二覆盖层124被保形地形成在第二氧化层116以及第一覆盖层122上。具体来说，第二覆盖层124与部分的第二氧化层116的顶表面、图案化的第一覆盖层122的顶表面以及侧壁接触，但本发明并不以此为限。第二覆盖层124可以帮助在随后的脉冲等离子体工艺减少通孔的侧向蚀刻，并且借此提升通孔侧壁的笔直性。举例来说，在步骤S123中，第二覆盖层124借由，诸如原子层沉积工艺，被沉积。在一个实施例中，第二覆盖层124包含高介电材料，但本发明并不以此为限。遮罩层120的厚度(包含第一覆盖层122的厚度以及第二覆盖层124的厚度)可以大约为180纳米。然而，任何合适的第二覆盖层124的厚度皆可以被应用。

请参照图2C。图2C为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的一个中间阶段的示意图。如图2C以及图1所示，在形成第二覆盖层124之后，混和气体在步骤S130被通入。混和气体用于在特定元素以及化合物的基础下产生等离子体，并且可以在堆叠结构110以及遮罩层120之间提供合适的选择性蚀刻率。在随后的脉冲等离子体工艺中使用的混和气体中的化合物可以主要借由金属层114、第一覆盖层122以及第二覆盖层124的材料的蚀刻率所决定。混和气体包含至少两碳氢化合物(C_xF_y)以及氧气以在堆叠结构110以及遮罩层120(其包含第一覆盖层122以及第二覆盖层124)之间提供合适的选择性蚀刻率。

具体来说，在一个实施例中，至少两碳氢化合物包含饱和碳氢化合物以及不饱和碳氢化合物或包含两不饱和碳氢化合物。举例来说，饱和的碳氢化合物可以是诸如CF₄或其类似者，并且不饱和碳氢化合物可以是诸如C₄F₆、C₄F₈或其类似者，但本发明并不以此为限。任何合适并满足饱和或不饱和定义的碳氢化合物皆可以被使用。至少两碳氢化合物借此可以由上述气体中被选择，诸如CF₄以及C₄F₆，其为混和气体包含饱和碳氢化合物以及不饱和碳氢化合物的一个实施例，或者，包含C₄F₆以及C₄F₈的饱和气体为包含两不饱和碳氢化合物的饱和气体提供了一种实施例。在混和气体中，两个或多个化合物之间的比例可以根据在堆叠结构110以及遮罩层120之间提供合适的选择性蚀刻率作为根据而被选择，然而其他任何合适的化合物比例皆可以被使用。在其他实施例中，至少两碳氢化合物的一者相比至少两碳氢化合物的另一者具有额外双键。举例来说，在一个实施例中，混和气体中的化合物可以包含C₄F₈以及C₅F₈，其中C₄F₈在碳元素之间包含四个单键，并且C₅F₈在碳元素之间包含四个单键以及一个双键。然而，任何满足上述关系的合适的碳氢化合物皆可以被使用。

起参照图2C以及图1。在通入混和气体之后，脉冲等离子体工艺在步骤S140中被执行。电场被施加在堆叠结构110上，其将吸引等离子体中的离子沿着一个方向与堆叠结构110碰撞。电场可以借由在电性分离的电极之间施加偏压而被提供。电场的强度可以借由调整施加在电击上的偏压而被控制。举例来说，脉冲偏压被施加在电极上将可以产生应用于脉冲等离子体工艺的脉冲电场。偏压的能量可以大约为4000W，但本发明并不以此为限。任何合适的偏压能量皆可以被使用。当电场被施加后，等离子体中的离子将会与堆叠结构110碰撞。更具体来说，离子将会与遮罩层120以及被遮罩层120暴露的第二氧化层116的部分碰撞。以钨作为材料的金属层114举例来说，在施加电场时，钨以及离子之间的碰撞产生高挥发性反应物，诸如WF₆或其类似者，其将被气体泵抽出。选择脉冲等离子体工艺蚀刻堆叠结构110的其中一个原因在于，其可以更好的借由降低任何会产生非预期蚀刻轮廓的不可控粒子(诸如反应物粒子)进一步控制蚀刻工艺。

请参照图2D。图2D为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的一个中间阶段的示意图。如图2D所示，方法M1的蚀刻工艺可以包含多个脉冲蚀刻工艺，并且每一个脉冲蚀刻工艺可以具有蚀刻堆叠结构110中的不同层的目标，但本发明并不以此为限。举例来说，方法M1进一步包含：形成另一遮罩层在经图案化的第二氧化层上(步骤S150)；以及通过另一遮罩层对堆叠结构执行另一脉冲等离子体工艺，以形成穿过第一氧化层、金属层以及第二氧化层的通孔(步骤S160)。执行多次脉冲等离子体工艺的原因在于要开发合适的混和气体的配方以及脉冲偏压制成相应的参数以提供高笔直性侧壁的通孔，但本发明并不仅限于此。

具体来说，在第二氧化层116借由如图2C所示的第一脉冲等离子体工艺被蚀刻之后，另一遮罩层130被形成在图案化的第二氧化层116上。在一个实施例中，步骤S150包含：形成另一第一覆盖层在经图案化的第二氧化层上(步骤S151)；以及形成另一第二覆盖层在另一第一覆盖层上以覆盖并且接触金属层的表面的部位(步骤S152)。举例来说，另一遮罩层130也可以被包含在多个子层中，诸如另一第一覆盖层132以及另一第二覆盖层134，如图2D所示。另一第一覆盖层132以及另一第二覆盖层134的形成可以类似或相同于前述讨论的第一覆盖层122以及第二覆盖层124，但本发明并不以此为限。任何合适的工艺皆可以被使用。此外，另一第一覆盖层132以及另一第二覆盖层134的的材料以及厚度可以类似或相同于前述讨论的第一覆盖层122以及第二覆盖层124。举例来说，在一个实施例中，另一第一覆盖层132包含氧化锌或氧化铪。然而，任何合适的材料以及厚度皆可以被使用。

请参照图2D以及图3。图3为根据图2D中的一个实施例绘示的放大示意图。如图2D以及图3所示，另一遮罩层130被形成在堆叠结构110上。具体来说，在一个实施例中，另一第二覆盖层134的形成利用毯式沉积工艺执行。另一第二覆盖层134被保形地形成在第二氧化层116以及另一第一覆盖层132上。具体来说，在图2D中，另一第二覆盖层134与部分的金属层114的顶表面以及另一第一覆盖层132的顶表面以及侧壁接触，但本发明并不以此为限。另一第二覆盖层134可以帮助在随后的脉冲等离子体工艺减少通孔的侧向蚀刻，并且借此提升通孔侧壁的笔直性。举例来说，另一第二覆盖层134借由，诸如原子层沉积工艺，而被沉积。在一个实施例中，另一第二覆盖层134包含高介电材料，但本发明并不以此为限。

具体来说，在图3中，开口140的左侧壁以及右侧壁分别被定义为第一侧壁142以及第二侧壁144，并且开口140的底壁146被借由另一第一覆盖层132以及第二氧化层116所暴露的金属层114的顶表面所定义。另一第一覆盖层132的顶表面、第一侧壁142、第二侧壁144以及底壁146皆被另一第二覆盖层134所覆盖。另一第一覆盖层132以及另一第二覆盖层134包护图案挂的第二氧化层116以及位于其下方的部份的金属层114以及第一氧化层112。此采用的脉冲等离子体工艺可以是一种等向蚀刻工艺，其沿着一个特定方向(例如第一方向A1)具有高蚀刻率，同时在其他方向(例如第二方向A2)具有较小的蚀刻率。在脉冲等离子体工艺的过程中，表面蚀刻借由离子以及堆叠结构110之间的碰撞被达成。在图3中所绘示的实施例，第一方向A1可以垂直于另一第一覆盖层132的顶表面以及底壁146，同时第二方向A2可以垂直于第一侧壁142以及第二侧壁144。堆叠结构110被遮罩层130覆盖的部分可以在蚀刻工艺过后被保留。然而，借由开口140暴露的部分仅由另一第二覆盖层134所保护并且可能在蚀刻工艺的过程中或多或少的被蚀刻。另一第二覆盖层134可以保护第一侧壁142及第二侧壁144以避免被侧向蚀刻，借此提升侧壁的笔直性，同时使离子与底壁146碰撞并且将开口140延伸进入金属层114以及第一氧化层112。第二氧化层116的顶表面被另一第一覆盖层132以及另一第二覆盖层134所保护，并且将会在蚀刻工艺后被保留。

请参照图2E。图2E为根据本发明的一些实施例绘示的制造半导体的方法M1的一个中间阶段的示意图。如图2E所示，在完成多次脉冲等离子体工艺之后，穿通堆叠结构110的通孔150被形成。在一个实施例中，步骤S160进一步形成穿过第一氧化层112、金属层114以及第二氧化层116的通孔150。此外，在确认合适的混和气体配方以及脉冲等离子体工艺的参数之后，多次的脉冲等离子体工艺可以被简化为单次脉冲等离子体工艺，并且借此减少制造成本。一次性执行的脉冲等离子体工艺可以类似或相同于前述讨论的脉冲等离子体工艺。然而，其拉合适的方法也可以被使用。

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发明的态样。本领域技术人员应了解，他们可容易地使用本发明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发明的精神及范畴，且他们可在不脱离本发明的精神及范畴的情况下于本文作出各种改变、代替及替换。

【符号说明】

110:堆叠结构

112:第一氧化层

114:金属层

116:第二氧化层

120,130:遮罩层

122,132:第一覆盖层

124,134:第二覆盖层

140:开口

142:第一侧壁

144:第二侧壁

146:底壁

150:通孔

M1:方法

S110,S120,S121,S122,S123,S130,S140,S150,S151,S152,S160:步骤

A1,A2:方向。

Claims

1.一种制作半导体的方法，其特征在于，包含：

提供堆叠结构，该堆叠结构包含第一氧化层、第二氧化层以及堆叠在该第一氧化层以及该第二氧化层之间的金属层；

形成遮罩层在该第二氧化层上；

通入混和气体至该堆叠结构，其中该混和气体包含至少两碳氢化合物以及氧气；以及

通过该遮罩层对该堆叠结构执行脉冲等离子体工艺，以图案化该第二氧化层并通过经图案化的该第二氧化层暴露该金属层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该形成该遮罩层的步骤包含：

形成第一覆盖层在该第二氧化层上；以及

图案化该第一覆盖层以暴露该第二氧化层的表面的至少一部位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中进一步包含：

形成第二覆盖层在经图案化的该第一覆盖层上以覆盖并且接触该第二氧化层的该表面的该至少一部位。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该形成该第二覆盖层的步骤利用毯式沉积工艺执行。

5.根据权利要求3所述的方法，其中该第二覆盖层包含高介电材料。

6.根据权利要求2所述的方法，其中该第一覆盖层包含氧化锆或氧化铪。

7.根据权利要求1所述的方法，其中进一步包含：

形成另一遮罩层在经图案化的该第二氧化层上；以及

通过该另一遮罩层对该堆叠结构执行另一脉冲等离子体工艺，以形成穿过该第一氧化层、该金属层以及该第二氧化层的至少一通孔。

8.根据权利要求7所述的方法，其中该形成该另一遮罩层的步骤包含：

形成第一覆盖层在经图案化的该第二氧化层上；以及

形成第二覆盖层在该第一覆盖层上以覆盖并且接触该金属层的表面的至少一部位。

9.根据权利要求8所述的方法，其中该形成该第二覆盖层的步骤利用毯式沉积工艺执行。

10.根据权利要求8所述的方法，其中该第二覆盖层包含高介电材料。

11.根据权利要求8所述的方法，其中该第一覆盖层包含氧化锆或氧化铪。

12.根据权利要求1所述的方法，其中该执行该脉冲等离子体工艺的步骤进一步形成穿过该第一氧化层、该金属层以及该第二氧化层的至少一通孔。

13.根据权利要求1所述的方法，其中该至少两碳氢化合物包含饱和碳氢化合物以及不饱和碳氢化合物或包含两不饱和碳氢化合物。

14.根据权利要求1所述的方法，其中该至少两碳氢化合物的一者相比该至少两碳氢化合物的另一者具有额外双键。

15.根据权利要求1所述的方法，其中该金属层包含钨。