TWI885695B

TWI885695B - 切割結構、包含該切割結構的半導體元件及其製備方法

Info

Publication number: TWI885695B
Application number: TW113101295A
Authority: TW
Inventors: 魏均諺
Original assignee: 南亞科技股份有限公司
Priority date: 2023-11-14
Filing date: 2024-01-12
Publication date: 2025-06-01
Also published as: TW202520447A; CN120015742A; US20250157923A1; CN120015741A; TWI892686B; TW202520444A; US20250157924A1

Abstract

本揭露提供一種切割結構、包含該切割結構的半導體元件及該半導體元件的製備方法。該切割結構包括二主要切割絕緣層，位於一次要切割絕緣層的兩端並向上延伸，其中，該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層共同構成一U形剖面輪廓；一導電部，位於該次要切割絕緣層上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍；以及一覆蓋部，位於該導電部上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍。

Description

切割結構、包含該切割結構的半導體元件及其製備方法

本申請案主張美國第18/508,568號專利申請案之優先權（即優先權日為「2023年11月14日」），其內容以全文引用之方式併入本文中。

本揭露關於一種切割結構、一種半導體元件及一種半導體元件的製備方法。特別是有關於一種包含該切割結構的半導體元件，以及一種半導體元件的製備方法。

半導體元件使用在不同的電子應用，例如個人電腦、手機、數位相機，或其他電子設備。半導體元件的尺寸逐漸地變小，以符合計算能力所逐漸增加的需求。然而，在尺寸變小的製程期間，增加不同的問題，且如此的問題持續增加。因此，仍然持續著在達到改善品質、良率、效能與可靠度以及降低複雜度方面的挑戰。

上文之「先前技術」說明僅提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。

本揭露之一實施例提供一種切割結構，包括二主要切割絕緣層，位於一次要切割絕緣層的兩端並向上延伸，其中該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層共同構成一U形剖面輪廓；一導電部，位於該切割絕緣層上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍；以及一覆蓋部，位於該導電部上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍。

本揭露之另一實施例提供一種半導體元件，包括一隔離層，位於一基底中，以在一頂視圖中沿一第一傾斜方向界定一預切割區域；至少二切割結構，位於該預切割區域中，分別包括：二主要切割絕緣層，位於一次要切割絕緣層的兩端並向上延伸；一導電部，位於該次要切割絕緣層上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍；以及一覆蓋部，位於該導電部上並被該二主要切割絕緣層所橫向包圍。該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層共同構成一U形剖面輪廓。一主動區藉由一對相鄰的切割結構而界定在該預切割區域內。

本揭露之另一實施例提供一種半導體元件的製備方法，包括形成一隔離層在一基底中以界定一預切割區域，該預切割區域在一頂視圖中沿一第一傾斜方向延伸，形成一下圖案層在該基底上，以及形成一中間圖案圖層在該下圖案圖層上；使用一主要遮罩層圖案化該下圖案層和該中間圖案層，該主要遮罩層在一頂視圖中沿著一第二傾斜方向延伸，形成一第一下圖案層及一第一中間圖案層，其暴露出該預切割區域；形成一上圖案圖層以覆蓋該主要下圖案圖層、該主要中間圖案圖層以及該預切割區域；使用一次要遮罩層圖案化該上圖案層，該次要遮罩層沿著與該第一傾斜方向和該第二傾斜方向交叉的一第一方向延伸，得到一主要上圖案層，其包括暴露該預切割區域的至少二第一類型空間以及暴露該主要中間圖案層的一第二類型空間；以及加深該第一類型空間以形成至少二第一類型凹陷在該預切割區域中，並形成至少二切割結構在該第一類型凹陷中。該第一傾斜方向與該第二傾斜方向相交，並且由相鄰的一對切割結構在該預切割區域內界定一主動區。

由於本揭露的半導體元件的設計，切割結構和主動區的形成可以與字元線結構的形成整合。這種整合降低了製造半導體元件的複雜度和成本。另外，藉由精心控制該等主要切割絕緣層和該等次要切割絕緣層的製程參數，可以實現切割結構的良好控制的絕緣能力。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

以下描述了組件和配置的具體範例，以簡化本揭露之實施例。當然，這些實施例僅用以例示，並非意圖限制本揭露之範圍。舉例而言，在敘述中第一部件形成於第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不會直接接觸的實施例。另外，本揭露之實施例可能在許多範例中重複參照標號及/或字母。這些重複的目的是為了簡化和清楚，除非內文中特別說明，其本身並非代表各種實施例及/或所討論的配置之間有特定的關係。

此外，為易於說明，本文中可能使用例如「之下(beneath)」、「下面(below)」、「下部的(lower)」、「上方(above)」、「上部的(upper)」等空間相對關係用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對關係用語旨在除圖中所繪示的取向外亦囊括元件在使用或操作中的不同取向。所述裝置可具有其他取向(旋轉90度或處於其他取向)且本文中所用的空間相對關係描述語可同樣相應地進行解釋。

應當理解，當一元件或層被稱為「連接到(connected to)」或「耦接到(coupled to)」另一個元件或層時，其可以直接連接到或耦接到另一個元件或層，或者可以存在中間元件或層。

應當理解，儘管這裡可以使用術語第一，第二，第三等來描述各種元件、部件、區域、層或區段(sections)，但是這些元件、部件、區域、層或區段不受這些術語的限制。相反，這些術語僅用於將一個元件、組件、區域、層或區段與另一個區域、層或區段所區分開。因此，在不脫離本發明進步性構思的教導的情況下，下列所討論的第一元件、組件、區域、層或區段可以被稱為第二元件、組件、區域、層或區段。

除非內容中另有所指，否則當代表定向(orientation)、布局(layout)、位置(location)、形狀(shapes)、尺寸(sizes)、數量(amounts)，或其他量測(measures)時，則如在本文中所使用的例如「同樣的(same)」、「相等的(equal)」、「平坦的(planar)」，或是「共面的(coplanar)」等術語(terms)並非必要意指一精確地完全相同的定向、布局、位置、形狀、尺寸、數量，或其他量測，但其意指在可接受的差異內，包含差不多完全相同的定向、布局、位置、形狀、尺寸、數量，或其他量測，而舉例來說，所述可接受的差異可因為製造流程(manufacturing processes)而發生。術語「大致地(substantially)」可被使用在本文中，以表現出此意思。舉例來說，如大致地相同的(substantially the same)、大致地相等的(substantially equal)，或是大致地平坦的(substantially planar)，為精確地相同的、相等的，或是平坦的，或者是其可為在可接受的差異內的相同的、相等的，或是平坦的，而舉例來說，所述可接受的差異可因為製造流程而發生。

在本揭露中，一半導體元件通常意指可藉由利用半導體特性(semiconductor characteristics)運行的一元件，而一光電元件(electro-optic device)、一發光顯示元件(light-emitting display device)、一半導體線路(semiconductor circuit)以及一電子元件(electronic device)，均包括在半導體元件的範疇中。

應當理解，在本揭露的描述中，上方(above)(或之上(up))對應Z方向箭頭的該方向，而下方(below)(或之下(down))對應Z方向箭頭的相對方向。

圖1是流程示意圖，例示本揭露一實施例的半導體元件1A的製備方法10。圖2是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖3及圖4是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖2中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。

請參考圖1至圖4，在步驟S11中，可以提供一基底101，一隔離層103可形成在基底101中以界定多個預切割區域PCA，一下圖案層211可以形成在基底101上，並且一中間圖案層221可以形成在下圖案層211上。

請參考圖2和圖3，基底101可以包括一塊狀半導體基底。舉例來說，塊狀半導體基底可以包括一元素半導體，例如矽或鍺；一化合物半導體，如矽銠、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、銻化銦等III-V族化合物半導體或II-VI族化合物半導體；或其組合。

請參考圖2和圖3，一隔離層103可以形成在基底101中。可執行一系列沉積製程以沉積一墊氧化物層(圖未示)和一墊氮化物層(圖未示)在基底101上。可以執行一微影製程和隨後的一蝕刻製程，例如一非等向性乾蝕刻製程，以形成穿透該墊氧化物層、該墊氮化物層並延伸到基底101的多個溝槽。一絕緣材料可以沉積到該溝槽中，並且可以隨後執行一平坦化製程，例如化學機械研磨，直到暴露基底101的上表面為止，以移除多餘的填充材料，為後續處理步驟提供一大致平坦的表面，同時形成隔離層103。舉例來說，絕緣材料可以是氧化矽或其他適用的絕緣材料。

隔離層103可以界定基底101的多個預切割區域PCA。在一些實施例中，多個預切割區域PCA中的每一個可以是一線性剖面輪廓並且可以在頂視圖中沿著一第一傾斜方向D1延伸。也就是說，在頂視圖中，多個預切割區域PCA可以呈現一系列線性剖面輪廓，每個線性剖面輪廓沿著第一傾斜方向D1延伸且彼此間隔開。第一傾斜方向D1可以與Y方向(也稱為第一方向)和X方向(也稱為第二方向)交叉。

在後續製程中，各個區域可能表現出不同的薄膜成分或特徵。因此，對區域R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7進行詳細說明以說明在以下階段中觀察到的不同膜成分或特性。

請參考圖2和圖3，多個預切割區域PCA可以暴露在區域R1、R2、R4、R5中。隔離層103可以暴露在區域R3、R6、R7中。

請參考圖4，下圖案層211可以毯覆式地形成在基底101上以覆蓋多個預切割區域PCA和隔離層103。在一些實施例中，下圖案層211可以包括對基底101和隔離層103具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，舉例來說，下圖案層211可以包括氮化矽、氮化硼、氮化矽硼、磷氮化硼、硼碳氮化矽、鎢、鈷、鋯、鉭、鈦、鋁、釕、銅、金屬碳化物(例如碳化鉭、碳化鈦、碳化鉭鎂)、金屬氮化物(例如氮化鈦)、過渡金屬鋁化物或其組合。在一些實施例中，舉例來說，下圖案層211的製作技術可以包括化學氣相沉積、物理氣相沉積或其他適用的沉積製程。

請參考圖4，中間圖案層221可以毯覆式形成在下圖案層211上。在一些實施例中，中間圖案層221可以包括相對於下圖案層211具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，中間圖案層221可以包括對下圖案層211、基底101和隔離層103具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，舉例來說，中間圖案層221可以包括氮化矽、氮化硼、矽硼氮化物、磷氮化硼、硼碳氮化矽、鎢、鈷、鋯、鉭、鈦、鋁、釕、銅、金屬碳化物(例如碳化鉭、碳化鈦、碳化鉭鎂)、金屬氮化物(例如氮化鈦)、過渡金屬鋁化物或其組合。在一些實施例中，舉例來說，中間圖案層221的製作技術可以包括化學氣相沉積、物理氣相沉積或其他適用的沉積製程。中間圖案層221可以藉由區域R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7而暴露。應當理解，為了清楚起見，圖2中未示出下圖案層211和中間圖案層221。

圖5是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖6到圖8是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖5中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。

請參考圖1和圖5至圖8，在步驟S13中，可以藉由多個主要遮罩層311而圖案化下圖案層211和中間圖案層221，以形成一主要下圖案層213和一主要中間圖案層223，且可以形成一上圖案層231以覆蓋主要下圖案層213和主要中間圖案層223。

請參考圖5和圖6，多個主要遮罩層311可以形成在中間圖案層221上。在一些實施例中，多個主要遮罩層311中的每一個可以是一線性剖面輪廓並且可以在頂視圖中沿著一第二傾斜方向D2延伸。也就是說，在頂視圖中，多個主要遮罩層311可以呈現一系列線性剖面輪廓，每一個線性剖面輪廓沿著第二傾斜方向D2延伸且彼此間隔開。主要遮罩層311的這些描繪的輪廓可以共同辨識為第一圖案。第二傾斜方向D2可以與第一傾斜方向D1相交。第一傾斜方向D1可以與Y方向和X方向交叉。

在一些實施例中，多個主要遮罩層311可以是一光阻層。多個主要遮罩層311的第一圖案的製作技術可以包括執行一微影製程。未圖案化的主要遮罩層(圖5和圖6中未示)可以根據遮罩(圖5和圖6中未示)而暴露於處理光。處理光的一波長可以與圖案的臨界尺寸相關聯。在一些實施例中，處理光可以是一深紫外線(DUV)。在一些實施例中，處理光可以是一極紫外線(EUV)光，且微影製程可以是一EUV微影。在暴露於處理光之後，遮罩上的圖案轉換為未圖案化的主要遮罩層。然後可以根據轉換後的圖案而蝕刻未圖案化的主要遮罩層，以形成多個主要遮罩層311的第一圖案。在一些實施例中，多個主要遮罩層311的製作技術可以包括多重微影-蝕刻(LE)圖案化製程、自對準雙重圖案化(SADP)製程、自對準四重圖案化(SAQP)製程、自對準八重圖案化(SAOP)製程，或其他適用的微影製程。

請參考圖5、圖6，區域R1、R4、R7可以不被多個主要遮罩層311所遮蔽。換句話說，區域R1、R4、R7中的中間圖案層221可以經由相鄰對的多個主要遮罩層311之間的空間而暴露。反之，區域R2、R3、R5、R6可以被多個主要遮罩層311所遮蔽。應當理解，為了清楚起見，圖5中未示出下圖案層211和中間圖案層221。

請參考圖7，可以使用多個主要遮罩層311作為遮罩來執行一蝕刻製程(也稱為第一蝕刻製程)，以移除下圖案層211和中間圖案層221的一些部分。在第一蝕刻製程之後，下圖案層211可以變成主要下圖案層213且中間圖案層221可以變成主要中間圖案層223。空間331可以形成在主要下圖案層213和主要中間圖案層223中，以暴露多個預切割區域PCA和隔離層103。在一些實施例中，第一蝕刻製程可以是一多階段蝕刻製程。舉例來說，第一蝕刻製程可以是兩階段非等向性乾蝕刻製程。每一個階段的蝕刻化學物質可以不同，以提供不同的蝕刻選擇性。

請參考圖5和圖7，在區域R1、R4中，預切割區域PCA可以經由空間331而暴露。在區域R7中，隔離層103可以經由空間331而暴露。反之，區域R2、R3、R5、R6均被多個主要遮罩層311所遮蔽；因此，這些區域沒有暴露出預切割區域PCA或隔離層103。應當理解，為了清楚起見，圖5中未示出主要下圖案層213和主要中間圖案層223。

在第一蝕刻製程之後，可以移除多個主要遮罩層311。

請參考圖8，可以形成上圖案層231以覆蓋主要下圖案層213和主要中間圖案層223。空間331可以被上圖案層231完全填滿。在一些實施例中，上圖案層231可以包括對基底101和隔離層103具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，上圖案層231可以包括對基底101、隔離層103和主要中間圖案層223具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，上圖案層231可以包括對基底101、隔離層103、主要中間圖案層223和主要下圖案層213具有蝕刻選擇性的一材料。在一些實施例中，舉例來說，上圖案層231可以包括氮化矽、氮化硼、氮化矽硼、磷氮化硼、硼碳氮化矽、鎢、鈷、鋯、鉭、鈦、鋁、釕、銅、金屬碳化物(例如碳化鉭、碳化鈦、碳化鉭鎂)、金屬氮化物(例如氮化鈦)、過渡金屬鋁化物或其組合。在一些實施例中，舉例來說，上圖案層231的製作技術可以包括化學氣相沉積、物理氣相沉積或其他適用的沉積製程。在一些實施例中，可以執行一平坦化製程，例如化學機械研磨，以為後續處理步驟提供一大致平坦的表面。

應當理解，為了清楚起見，圖5中未示出上圖案層231。

圖9是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖10和圖11是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖9中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。圖12是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖13是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖12中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。

請參考圖1和圖9至圖13，在步驟S15中，可以藉由多個次要遮罩層321而圖案化上圖案層231，以形成主要上圖案層233，主要上圖案層233包括暴露多個預切割區域PCA的多個第一類型空間341和暴露主要中間圖案層223的多個第二類型空間343，且可以加深多個第一類型空間341以形成多個第一類型凹陷351在多個預切割區域PCA內。

請參考圖9和圖10，多個次要遮罩層321可以形成在上圖案層231上。在一些實施例中，多個次要遮罩層321中的每一個可以是一線性剖面輪廓並且可以在頂視圖中沿著方向Y延伸。也就是說，在頂視圖中，多個次要遮罩層321可以呈現一系列線性剖面輪廓，每一個線性剖面輪廓沿著方向Y延伸並且彼此間隔開。次要遮罩層321的這些描繪的輪廓可以被共同識別為第二圖案。在一些實施例中，第二圖案也可以作為字元線結構的圖案。

在一些實施例中，多個次要遮罩層321可以是一光阻層。多個次要遮罩層321的第二圖案的製作技術可以包括執行一微影製程。未圖案化的次要遮罩層(圖9和圖10中未示)可以根據遮罩(圖9和圖10中未示)暴露於處理光。處理光的一波長可以與圖案的臨界尺寸相關聯。在一些實施例中，處理光可以是一DUV。在一些實施例中，處理光可以是一EUV，且微影製程可以是一EUV微影。在曝露於處理光之後，遮罩上的圖案被轉換為未圖案化的次要遮罩層。然後可以根據轉換後的圖案而蝕刻未圖案化的次要遮罩層，以形成多個次要遮罩層321的第二圖案。在一些實施例中，多個次要遮罩層321的製作技術可以包括多次LE圖案化製程、SADP製程、SAQP製程、SAOP製程或其他適用的微影製程。

請參考圖9和圖10，區域R1、R2、R3可以不被多個次要遮罩層321所遮蔽。換句話說，區域Rl、R2、R3中的上圖案層231可以經由相鄰對的多個次要遮罩層321之間的空間而暴露。反之，區域R4、R5、R6、R7可以被多個次要遮罩層321所遮蔽。應當理解，為了清楚起見，圖9中未示出上圖案層231。

請參考圖11，可以使用多個次要遮罩層321作為遮罩來執行一蝕刻製程(也稱為第二蝕刻製程)，以移除上圖案層231的一些部分。在第二蝕刻製程之後，上圖案層231可以轉變成一主要上圖案層233。多個第一類型空間341可以形成在主要上圖案層233中以暴露多個預切割區域PCA。多個第二類型空間343可以形成在主要上圖案層233中以暴露主要中間圖案層223。

在區域R1中，預切割區域PCA可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2、R3中，主要中間圖案層223可以經由多個第二類型空間343而暴露。在區域R4、R5、R6、R7中，主要上圖案層233可以被多個次要遮罩層321所遮蔽。在一些實施例中，第二蝕刻製程可以是一非等向性乾蝕刻製程。

在第二蝕刻製程之後，可以移除多個次要遮罩層321。

請參考圖12和圖13，多個第一類型空間341可以朝著基底101加深，以形成多個第一類型凹陷351在多個預切割區域PCA中。在一些實施例中，多個第一類型凹陷351的各側壁可以是漸縮的。在一些實施例中，多個第一類型凹陷351的各下表面351BS可以處於垂直位面VL1，高於隔離層103的下表面103BS的垂直位面VL2。

在一些實施例中，多個第一類型凹陷351的形成可以藉由一蝕刻製程(也稱為第三蝕刻製程)來實現。在一些實施例中，在第三蝕刻製程期間還可以移除經由多個第二類型空間343而暴露的主要中間圖案層223。在第三蝕刻製程之後，多個第二類型空間343可以穿透主要中間圖案層223並將主要中間圖案層223轉變為次要中間圖案層225。在一些實施例中，主要下圖案層213可以用作第三蝕刻製程的一蝕刻終止層或一終點。

請參考圖12和圖13，在區域Rl中，第一類型凹陷351可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2、R3中，主要下圖案層213可以經由第二類型空間343而暴露。在區域R4、R5、R6、R7中，下層(即，次要中間圖案層225、主要下圖案層213、預切割區域PCA或隔離層103)可以被第一上圖案層233所覆蓋。

圖14是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖15是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖14中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。圖16是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖17是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖16中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。

請參考圖1和圖14至圖17，在步驟S17中，可以沿著多個第一類型凹陷351而形成多個主要切割絕緣層410以界定多個主動區AA，並且可以加深多個第二類型空間343以暴露多個預切割區域PCA和隔離層103 。

請參考圖14和圖15，可以執行一氧化製程以氧化多個第一類型凹陷351的各側壁和各下表面351BS。在一些實施例中，氧化製程可以是一濕氧化製程。在氧化製程之後，基底101的多個氧化部分可以稱為多個主要切割絕緣層410。多個主要切割絕緣層410中的每一個可包括一底部413和二側部411。可以沿著第一類型凹陷351的側壁而形成側部411。可以沿著第一類型凹陷351的下表面351BS而形成底部413。在一些實施例中，多個主要切割絕緣層410可以包括氧化矽。

對於形成在同一預切割區域PCA內的多個主要切割絕緣層410，每一對相鄰的主要切割絕緣層410界定一主動區AA。

請參考圖14和圖15，在區域R1中，底部413和側部411的一部分可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2中，主要下圖案層213可以經由第二類型空間343而暴露，並且預切割區域PCA可以被主要下圖案層213所覆蓋。在區域R3中，主要下圖案層213可以經由第二類型空間343而暴露，並且隔離層103可以被主要下圖案層213所覆蓋。在區域R4中，預切割區域PCA可以被主要上圖案層233所覆蓋。在區域R5中，主要上圖案層233可以形成在第二中間圖案層225、主要下圖案層213和預切割區域PCA上方。在區域R6中，主要上圖案層233可以形成在次要中間圖案層225、主要下圖案層213和隔離層103上方。在區域R7中，隔離層103可以被主要上圖案層233所覆蓋。

請參考圖16和圖17，可以藉由移除主要下圖案層213的一些部分來加深多個第二類型空間343。多個第二類型空間343的加深可以藉由例如一非等向性乾蝕製程的一蝕刻製程(也稱為第四刻蝕製程)來實現。在第四蝕刻製程之後，主要下圖案層213可以轉變成次要下圖案層215。多個第二類型空間343可以變成暴露多個預切割區域PCA的多個第三類型空間345和暴露隔離層103的多個第四類型空間347。

請參考圖16和圖17，在區域R1中，主要切割絕緣層410可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2中，預切割區域PCA可以經由第三類型空間345而暴露。在區域R3中，隔離層103可以經由第四類型空間347而暴露。區域R5、R6、R7的膜成分與圖14和圖15所示的膜成分相同，在此不再重複描述。

圖18是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖19到圖21是剖視示意圖，例示本揭露一實施例沿著圖18中的剖線A-A’、B-B’和C-C’的製造半導體元件1A的部分流程。圖22是示意性特寫剖視示意圖，例示圖21中的區域A1、A2和A3的剖面。

請參考圖1和圖18至圖22，在步驟S19中，多個第二類型凹陷353可以形成在多個預切割區域PCA中，多個第三類型凹陷355可以形成在隔離層103中，多個第一字元線(WL)結構500可以形成在多個第二類型凹陷353中，多個第二字元線(WL)結構600可以形成在多個第三類型凹陷355中，以及多個切割結構400可以形成在多個第一類型凹陷351中。

請參考圖18和圖19，可以執行一蝕刻製程(也稱為第五蝕刻製程)以加深多個第三類型空間345和多個第四類型空間347。在第五蝕刻製程之後，可以加深多個第三類型空間345以形成多個第二類型凹陷353在多個主動區AA內。多個第四類型空間347可以加深以形成多個第三類型凹陷355在隔離層103內。在一些實施例中，第五蝕刻製程可以是一非等向性乾蝕刻製程。在一些實施例中，多個第二類型凹陷353的各下表面353BS可以處於垂直位面VL3，高於多個第三類型凹陷355的各下表面355BS的垂直位面VL4。

在一些實施例中，主要切割絕緣層410的底部413可以在第四蝕刻製程期間被消耗。也就是說，在第五蝕刻製程之後，主要切割絕緣層410可以只包含側部411。在第四蝕刻製程之後可以暴露多個第一類型凹陷351的各下表面351BS。在一些實施例中，多個第一類型凹陷351的各下表面351BS可以處於垂直位面VL1，低於多個第二類型凹陷353的各下表面353BS的垂直位面VL3以及多個第三類型凹陷355的下表面355BS的垂直位面VL4。

請參考圖18和圖19，在區域R1中，第一類型凹陷351的下表面351BS和主要切割絕緣層410可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2中，第二類型凹陷353的下表面353BS可以經由第三類型空間345而暴露。在區域R3中，第三類型凹陷355的下表面355BS可以經由第四類型空間347而暴露。區域R4、R5、R6、R7的膜成分與圖16和圖17所示的膜成分相同，在此不再重複描述。

請參考圖20，多個次要切割絕緣層420可以共形地形成在多個第一類型凹陷351中，多個第一字元線介電層510可以共形地形成在多個第二類型凹陷353中，以及多個第二字元線介電層610可以共形地形成在多個第三類型凹陷355中。在一些實施例中，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610可以具有一U形剖面輪廓。

在一些實施例中，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610可以同時形成。在一些實施例中，舉例來說，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610可以包括一高k材料、一氧化物、一氮化物、一氮氧化物或其組合。在一些實施例中，舉例來說，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610的製作技術可以包括原子層沉積、化學氣相沉積或其他適用的沉積製程。

在一些實施例中，高k介電材料可以包括一含鉿材料。舉例來說，含鉿材料可以是氧化鉿、氧化鉿矽、氮氧化鉿矽、或其組合。在一些實施例中，舉例來說，高k介電材料可以是氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化矽鋯、氮氧化鋯矽、氧化鋁或其組合。

在一些實施例中，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610可以在主要上圖案層233、此藥中間圖案層225之前形成，且移除次要下圖案層215。在一些實施例中，次要切割絕緣層420、第一字元線介電層510和第二字元線介電層610可以在主要上圖案層233、次要中間圖案層225之後形成，且移除次要下圖案層215(圖20中未示)。

請參考圖20，在區域Rl中，次要切割絕緣層420可以經由第一類型空間341而暴露。在區域R2中，第一字元線介電層510可以經由第三類型空間345而暴露。在區域R3中，第二字元線介電層610可以經由第四類型空間347而暴露。區域R4、R5、R6、R7的膜成分與圖16和圖17所示的膜成分相同，在此不再重複描述。

為了描述的簡潔、清楚、方便，只描述一個第一字元線結構500、一個第二字元線結構600和一個切割結構400。切割結構400可包括主要切割絕緣層410、次要切割絕緣層420、導電部430及覆蓋部440。第一字元線結構500可以包含第一字元線介電層510、一第一字元線導電層520和一第一字元線覆蓋層530。第二字元線結構600可以包含第二字元線介電層610、一第二字元線導電層620和一第二字元線覆蓋層630。

請參考圖21和圖22，在一些實施例中，可以移除主要上圖案層233、次要中間圖案層225和次要下圖案層215。導電部430可以形成在第一類型凹陷351內和次要切割絕緣層420上。在一些實施例中，導電部430可以包括一底部段431和一頂部段433。底部段431可設置在次要切割絕緣層420的底部423上並被次要切割絕緣層420的側部421所圍繞。在一些實施例中，舉例來說，底部段431可以包括鎢、鈷、鋯、鉭、鋁、釕、銅、金屬碳化物(例如，碳化鉭、碳化鈦、碳化鉭鎂)、過渡金屬鋁化物形成，或其組合。頂部段433可設置在底部段431上並被次要切割絕緣層420的側部421所圍繞。在一些實施例中，舉例來說，頂部段433可以包括多晶矽、多晶鍺、多晶矽鍺、摻雜多晶矽、摻雜多晶鍺、摻雜多晶矽鍺或其組合。

在一些實施例中，第一字元線導電層520可以包括一底部521和一頂部523。底部521可以形成在第一字元線介電層510上和第二類型凹陷353內。頂部523可以形成在底部521上。底部521和頂部523的各側壁可以被第一字元線介電層510所圍繞。

在一些實施例中，第二字元線導電層620可以包括一底部621和一頂部623。底部621可以形成在第二字元線介電層610上和第三類型凹陷355內。頂部623可以形成在底部621上。底部621和頂部623的各側壁可以被第二字元線介電層610所圍繞。

在一些實施例中，導電部430、第一字元線導電層520和第一字元線覆蓋層530可以同時形成並且可以包括相同材料。

請參考圖21和圖22，在一些實施例中，覆蓋部440可以形成在導電部430上並且在第一類型凹陷351內。在一些實施例中，覆蓋部440的上表面440TS、主要切割絕緣層410的上表面410TS以及基底101的上表面101TS(即，預切割區域PCA或主動區AA的上表面)可以大致呈共面。在一些實施例中，舉例來說，覆蓋部440可以包括氮化矽或其他適用的介電材料。

在一些實施例中，第一字元線覆蓋層530可以形成在第一字元線導電層520上和第二類型凹陷353內。第一字元線覆蓋層530的側壁可以被第一字元線介電層510所圍繞。在一些實施例中，第二字元線覆蓋層630可以形成在第二字元線導電層620上和第三類型凹陷355內。第二字元線覆蓋層630的側壁可以被第二字元線介電層610所圍繞。在一些實施例中，覆蓋部440、第一字元線覆蓋層530和第二字元線覆蓋層630可以同時形成並且可以包括相同材料。

在一些實施例中，在形成覆蓋部440之後，可以移除主要上圖案層233、次要中間圖案層225和次要下圖案層215。

圖23及圖24是示意性特寫剖視示意圖，例示本揭露一些實施例的各半導體元件1B、1C。

請參考圖23，半導體元件1B可以具有與圖22所示的結構類似的一結構。圖23中與圖22相同或類似的元件已經用類似的元件編號來標記，並且已經省略了重複的描述。

在半導體元件1B中，由於在形成次要切割絕緣層420期間第一類型凹陷351的底部和側壁處的沉積速率不同，因此次要切割絕緣層420可以僅設置在第一類型凹陷351的底部上。兩個主要切割絕緣層410可設置在次要切割絕緣層420的兩端420E上並向上延伸。兩個主要切割絕緣層410和次要切割絕緣層420一起構成一U形剖面輪廓。兩個主要切割絕緣層的各下表面410BS和次要切割絕緣層420的下表面420BS可以大致呈共面。

在一些實施例中，主要切割絕緣層410的厚度T1和次要切割絕緣層420的厚度T2可以大致相同。在一些實施例中，主要切割絕緣層410的厚度T1和次要切割絕緣層420的厚度T2可以不同。主要切割絕緣層410和次要切割絕緣層420的厚度T1、T2可以決定切割結構400的絕緣能力。

在一些實施例中，第一字元線介電層510的下表面510BS可以處於垂直位面VL3，高於第二字元線介電層610的下表面610BS的垂直位面VL4。在一些實施例中，次要切割絕緣層420的下表面420BS可以處於垂直位面VL1，低於第一字元線介電層510的下表面510BS的垂直位面VL3以及第二字元線介電層610的下表面610BS的垂直位面VL4。

導電部430可以設置在次要切割絕緣層420上並且被兩個主要切割絕緣層410所橫向圍繞。具體地，底部段431可以設置在次要切割絕緣層420上並且被兩個主要切割絕緣層410所橫向包圍。頂部段433可設置在底部段431上並被兩個主要切割絕緣層410所橫向圍繞。覆蓋部440可以設置在導電部430上並且被兩個主要切割絕緣層410所橫向圍繞。

請參考圖24，半導體元件1C可以具有與圖23所示的結構類似的一結構。圖24中與圖23相同或類似的元件已經用類似的元件編號來標記，並且已經省略了重複的描述。

在半導體元件1C中，如圖18和圖19所示，在蝕刻製程期間還可以移除與第一類型凹陷351的底部相鄰的一些基底101。結果，與圖23相比，次要切割絕緣層420可以形成在一較低的位置。舉例來說，次要切割絕緣層420的下表面420BS可以處於垂直位面VL5，低於主要切割絕緣層410的下表面410BS的垂直位面VL6。

由於本揭露的半導體元件的設計，切割結構400和主動區AA的形成可以與字元線結構500、600的形成整合。這種整合降低了製造半導體元件1A、1B、1C的複雜度和成本。另外，藉由精心控制該等主要切割絕緣層410和該等次要切割絕緣層420的製程參數，可以實現切割結構400的良好控制的絕緣能力。

雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。

再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質上相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟包含於本申請案之申請專利範圍內。

10:製備方法 1A:半導體元件 1B:半導體元件 1C:半導體元件 101:基底 101TS:上表面 103:隔離層 103BS:下表面 211:下圖案層 213:主要下圖案層 215:次要下圖案層 221:中間圖案層 223: 主要中間圖案層 225:次要中間圖案層 231:上圖案層 233:主要上圖案層 311:主要遮罩層 321:次要遮罩層 331:空間 341:第一類型空間 343:第二類型空間 345:第三類型空間 347:第四類型空間 351:第一類型凹陷 351BS:下表面 353:第二類型凹陷 353BS:下表面 355:第三類型凹陷 355BS:下表面 400:切割結構 410:主要切割絕緣層 410BS:下表面 410TS:上表面 411:側部 413:底部 420:次要切割絕緣層 420BS:下表面 420E:端 421:側部 423:底部 430:導電部 431:底部段 433:頂部段 440:覆蓋部 440TS:上表面 500:第一字元線結構 510:第一字元線介電層 520:第一字元線導電層 521:底部 523:頂部 530:第一字元線覆蓋層 600:第二字元線結構 610:第二字元線介電層 620:第二字元線導電層 621:底部 623:頂部 630:第二字元線覆蓋層 A1~A3:區域 AA:主動區 D1:第一傾斜方向 D2:第二傾斜方向 PCA:預切割區域 R1~R7:區域 S11:步驟 S13:步驟 S15:步驟 S17:步驟 S19:步驟 T1:厚度 T2:厚度 VL1:垂直位面 VL2:垂直位面 VL3:垂直位面 VL4:垂直位面 X:第二方向 Y:第一方向

當與附圖一起閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本揭露的各方面。應當理解，根據業界的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為了清楚討論，可以任意增加或減少各種特徵的尺寸。圖1是流程示意圖，例示本揭露一實施例的半導體元件的製備方法。圖2是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖3及圖4是剖視示意圖，例示圖2中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖5是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖6到圖8是剖視示意圖，例示圖5中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖9是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖10及圖11是剖視示意圖，例示圖9中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖12是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖13是剖視示意圖，例示圖12中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖14是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖15是剖視示意圖，例示圖12中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖16是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖17是剖視示意圖，例示圖16中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖18是頂視示意圖，例示本揭露一實施例的中間半導體元件。圖19到圖21是剖視示意圖，例示圖18中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面。圖22是示意性特寫剖視示意圖，例示圖21中的區域A1、A2和A3的剖面。圖23及圖24是示意性特寫剖視示意圖，例示本揭露一些實施例的各半導體元件。

1A:半導體元件 101:基底 101TS:上表面 103:隔離層 351:第一類型凹陷 353:第二類型凹陷 355:第三類型凹陷 400:切割結構 410:主要切割絕緣層 410TS:上表面 421:側部 423:底部 430:導電部 431:底部段 433:頂部段 440:覆蓋部 440TS:上表面 500:第一字元線結構 510:第一字元線介電層 520:第一字元線導電層 521:底部 523:頂部 530:第一字元線覆蓋層 600:第二字元線結構 610:第二字元線介電層 620:第二字元線導電層 621:底部 623:頂部 630:第二字元線覆蓋層 A1~A3:區域

Claims

一種切割結構，包括：二主要切割絕緣層，其以彼此遠離的方式向上延伸；一次要切割絕緣層，其設置在該二主要切割絕緣層之間且具有一U形剖面輪廓；一導電部，位於該次要切割絕緣層上並被該次要切割絕緣層之一側部所圍繞；以及一覆蓋部，位於該導電部上並被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞。
如請求項1所述之切割結構，其中該二主要切割絕緣層和該覆蓋部的各上表面大致呈共面。
如請求項2所述之切割結構，其中該導電部包括一底部段和一頂部段，該底部段位於該次要切割絕緣層之一底部上並被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞，且該頂部段位於該底部段和該覆蓋部之間並且被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞。
如請求項3所述之切割結構，其中該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層包括相同材料。
如請求項3所述之切割結構，其中該二主要切割絕緣層與該次要切割絕緣層的不同材料。
一種半導體元件，包括：一隔離層，位於一基底中，以在一頂視圖中沿一第一傾斜方向界定一預切割區域；至少二切割結構，位於該預切割區域中，分別包括：二主要切割絕緣層，其以彼此遠離的方式向上延伸；一次要切割絕緣層，其設置在該二主要切割絕緣層之間且具有一U形剖面輪廓；一導電部，位於該次要切割絕緣層上並被該次要切割絕緣層之一側部所圍繞；以及一覆蓋部，位於該導電部上並被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞；其中一主動區藉由一對相鄰的切割結構而界定在該預切割區域內。
如請求項6所述之半導體元件，其中該二主要切割絕緣層、該覆蓋部和該基底的各上表面大致呈共面。
如請求項6所述之半導體元件，其中該導電部包括一底部段和一頂部段，該底部段位於該次要切割絕緣層之一底部上並被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞，且該頂部段位於該底部段和該覆蓋部之間並且被該次要切割絕緣層之該側部所圍繞。
如請求項6所述之半導體元件，其中該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層包括相同材料。
如請求項6所述之半導體元件，其中該二主要切割絕緣層和該次要切割絕緣層包括不同材料。
如請求項6所述之半導體元件，還包括一第一字元線結構，位於該主動區中。
如請求項11所述之半導體元件，其中該第一字元線結構包括：一第一字元線介電層，位於該主動區中，且具有一U形剖面輪廓；一第一字元線導電層，位於該第一字元線介電層上；以及一第一字元線覆蓋層，位於該第一字元線導電層上。
如請求項12所述之半導體元件，其中該第一字元線介電層的一下表面位於一垂直位面，高於該次要切割絕緣層的一下表面的一垂直位面。
如請求項13所述之半導體元件，其中該第一字元線介電層與該次要切割絕緣層包括相同材料。