TWI890207B - 半導體元件 - Google Patents

Abstract

半導體元件包括：主動圖案；閘極結構，位於主動圖案的 上部部分中；位元線結構，位於主動圖案上，位元線結構包含第一金屬；第一間隔件，位於位元線結構的側壁上，第一間隔件包含第二金屬的氧化物，第二金屬的電離能小於第一金屬的電離能；第二間隔件，位於第一間隔件的外側壁上，第二間隔件包含第三金屬的氧化物；第三間隔件，位於第二間隔件的外側壁的下部部分上，第三間隔件包含氮化物；第四間隔件，位於第二間隔件的外側壁的上部部分上且位於第三間隔件上；第五間隔件與第六間隔件，自第四間隔件的外側壁在水平方向上依序堆疊。

Description

半導體元件

[相關申請案的交叉參考]

本申請案主張優先於在2022年12月2日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2022-0166329號，所述韓國專利申請案的揭露內容全文併入本案供參考。

實例性實施例是有關於一種半導體元件。更具體而言，實例性實施例是有關於動態隨機存取記憶體(DRAM)元件。

在動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)元件中，位元線結構可具有依序堆疊的第一導電圖案與第二導電圖案，第一導電圖案包含經雜質摻雜的複晶矽，第二導電圖案包含金屬。位元線結構可與主動圖案接觸且電性連接至主動圖案，且可在位元線結構的側壁上形成間隔件結構。

根據實例性實施例，提供一種半導體元件。所述半導體元件可包括：主動圖案，位於基板上；閘極結構，位於主動圖案的 上部部分中；位元線結構，位於主動圖案上；下部間隔件結構，位於位元線結構的下部側壁上；上部間隔件結構，位於下部間隔件結構上，上部間隔件結構接觸位元線結構的上部側壁；接觸插塞結構，位於主動圖案的上部部分上且相鄰於位元線結構；以及電容器，位於接觸插塞結構上。下部間隔件結構包括自位元線結構的下部側壁在水平方向上依序堆疊的第一下部間隔件、第二下部間隔件及第三下部間隔件，水平方向實質上平行於基板的上表面，第一下部間隔件包含第一金屬的氧化物，第二下部間隔件包含與第一金屬不同的第二金屬的氧化物，且第三下部間隔件包含氮化物。

根據實例性實施例，提供一種半導體元件。所述半導體元件可包括：主動圖案，位於基板上；閘極結構，位於主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於主動圖案上，位元線結構包含第一金屬；第一間隔件，位於位元線結構的側壁上，第一間隔件包含第二金屬的氧化物，第二金屬的電離能小於第一金屬的電離能；第二間隔件，位於第一間隔件的外側壁上，第二間隔件包含與第二金屬不同的第三金屬的氧化物；第三間隔件，位於第二間隔件的外側壁的下部部分上，第三間隔件包含氮化物；第四間隔件，位於第二間隔件的外側壁的上部部分上且位於第三間隔件上；第五間隔件與第六間隔件，自第四間隔件的外側壁在水平方向上依序堆疊，水平方向實質上平行於基板的上表面；接觸插塞結構，位於主動圖案的上部部分上且相鄰於位元線結構；以及電容器，位於接觸插塞結構上。

根據實例性實施例，提供一種半導體元件。所述半導體元件可包括：主動圖案，位於基板上；閘極結構，位於主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於主動圖案上，位元線結構包括在與基板的上表面實質上垂直的豎直方向上依序堆疊的第一導電圖案、第二導電圖案及頂蓋圖案；第一下部間隔件，至少局部地覆蓋第一導電圖案的側壁，第一下部間隔件包含氧化矽；第二下部間隔件，至少局部地覆蓋第一下部間隔件的外側壁，第二下部間隔件包含第一金屬的氧化物；第三下部間隔件，位於第二下部間隔件的外側壁上，第三下部間隔件包含與第一金屬不同的第二金屬；第四下部間隔件，位於第三下部間隔件上，第四下部間隔件包含氮化物；上部間隔件結構，接觸第一下部間隔件的上表面、第二下部間隔件的上表面及第三下部間隔件的上表面以及位元線結構的上部側壁；接觸插塞結構，位於主動圖案的上部部分上且相鄰於位元線結構；以及電容器，位於接觸插塞結構上。

100:基板

105:主動圖案

110:隔離圖案

130:閘極絕緣圖案

140:閘極電極

150:閘極罩幕

160:閘極結構

200:第一絕緣層

205:第一絕緣圖案

210:第二絕緣層

215:第二絕緣圖案

220:第三絕緣層

225、325:第三絕緣圖案

230:絕緣層結構

235:第一絕緣圖案結構

240:第一開口

250:第一導電層

255:第一導電圖案

260:第一障壁層

265:第一障壁圖案

270:第二導電層

275:第二導電圖案

280:第一罩幕層

285:第一罩幕

365:第一蝕刻停止圖案

385:第一頂蓋圖案

395:位元線結構

400:第八間隔件層

405:第八間隔件

410:第一間隔件層

415:第一間隔件

420:第二間隔件層

425:第二間隔件

430:第三間隔件層

435:第三間隔件

437:下部間隔件結構

440:第四間隔件層

445:第四間隔件

450:第五間隔件層

455:第五間隔件

457:第二開口

459:空氣間隔件

460:第六間隔件

465:初步上部間隔件結構

467:上部間隔件結構

470:犧牲圖案

475:下部接觸插塞

477:第二頂蓋圖案

480:第七間隔件

485:金屬矽化物圖案

530:第二障壁層

535:第二障壁圖案

540:第二金屬層

545:第二金屬圖案

555:上部接觸插塞

560:第六開口

570:第四絕緣圖案

580:第五絕緣圖案

590:第二絕緣圖案結構

600:第二蝕刻停止圖案

610:下部電極

620:介電層

630:上部電極

640:電容器

A-A'、B-B':線

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

藉由參照附圖詳細闡述示例性實施例，各特徵對於熟習此項技術者而言將變得顯而易見，在附圖中：圖1及圖2是示出根據實例性實施例的半導體元件的平面圖及剖視圖。

圖3至圖21是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的 方法中的各階段的平面圖及剖視圖。

圖22是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。

圖23及圖24是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方法中的各階段的剖視圖。

圖25是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。

圖26是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方法中的各階段的剖視圖。

圖27是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。

圖28是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方法中的各階段的剖視圖。

參照附圖根據以下詳細說明，將容易地理解根據實例性實施例的半導體元件及其製造方法的上述及其他態樣及特徵。應理解，儘管可在本文中使用用語「第一」、「第二」及/或「第三」來闡述各種材料、層、區、接墊、電極、圖案、結構及/或製程，但該些各種材料、層、區、接墊、電極、圖案、結構及/或製程不應受該些用語限制。該些用語僅用於將一個材料、層、區、接墊、電極、圖案、結構或製程與另一材料、層、區、接墊、電極、圖案、結構或製程區分隔開。因此，可分別選擇性地或可互換地將「第一」、「第二」及/或「第三」用於每一材料、層、區、電極、接墊、圖案、結構或製程。

在下文中，水平方向之中與基板100的上表面實質上平行的兩個方向(所述兩個方向可實質上彼此正交)分別被稱為第一方向D1與第二方向D2，且水平方向之中可相對於第一方向D1及第二方向D2中的每一者具有銳角的方向被稱為第三方向D3。另外，與基板100的上表面實質上垂直的方向被稱為豎直方向。

圖1是示出根據實例性實施例的半導體元件的平面圖，且圖2是沿著圖1所示線A-A'的剖視圖。

參照圖1及圖2，半導體元件可包括位於基板100上的主動圖案105、隔離圖案110、閘極結構160、位元線結構395、下部間隔件結構437、上部間隔件結構467、第七間隔件480、接觸插塞結構及電容器640。半導體元件可更包括第一絕緣圖案結構235、第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第二蝕刻停止圖案600以及第一頂蓋圖案385及第二頂蓋圖案477(圖15)。

基板100可包含：半導體材料，例如矽、鍺、矽-鍺等；或者III-V族半導體化合物，例如GaP、GaAs、GaSb等。在一些實施例中，基板100可包括絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板或絕緣體上鍺(germanium-on-insulator，GOI)基板。

主動圖案105可在第三方向D3上(例如，縱向地)延伸，且多個主動圖案105可在第一方向D1及第二方向D2上彼此間隔開。主動圖案105的側壁可被隔離圖案110覆蓋。主動圖案105可包含與基板100實質上相同的材料，且隔離圖案110可包含氧化物(例如氧化矽)。

參照圖1及圖2以及圖4，閘極結構160可形成於第二凹槽中，第二凹槽穿過主動圖案105的上部部分及隔離圖案110的上部部分在第一方向D1上(例如，縱向地)延伸。閘極結構160可包括：閘極絕緣圖案130，位於第二凹槽的底部及側壁上；閘極電極140，位於閘極絕緣圖案130的處於第二凹槽的底部及下部側壁上的部分上；以及閘極罩幕150，位於閘極電極140上且對第二凹槽的上部部分進行填充。

閘極絕緣圖案130可包含氧化物(例如氧化矽)，閘極電極140可包含例如金屬、金屬氮化物、金屬矽化物等，且閘極罩幕150可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)。在實例性實施例中，閘極結構160可在第一方向D1上(例如，縱向地)延伸，且多個閘極結構160可在第二方向D2上彼此間隔開。

參照圖1及圖2以及圖5及圖6，可形成第一開口240，第一開口240延伸穿過絕緣層結構230且暴露出主動圖案105的上表面、隔離圖案110的上表面及閘極結構160的閘極罩幕150的上表面，且可藉由第一開口240暴露出主動圖案105在第三方向D3上的中心部分的上表面。

在實例性實施例中，第一開口240的底部的面積可大於主動圖案105的上表面的面積。因此，第一開口240亦可暴露出隔離圖案110的與主動圖案105相鄰的部分的上表面。另外，第一開口240可延伸穿過主動圖案105的上部部分及隔離圖案110的與主動圖案105的上部部分相鄰的部分，且因此第一開口240 的底部可低於主動圖案105在第三方向D3上的相對邊緣部分中的每一者的上表面。

參照圖2，位元線結構395可包括在第一開口240或第一絕緣圖案結構235中在豎直方向上依序堆疊的第一導電圖案255、第一障壁圖案265、第二導電圖案275、第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385。第一導電圖案255、第一障壁圖案265及第二導電圖案275可共同形成導電結構，且第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385可共同形成絕緣結構。

第一導電圖案255可包含例如經摻雜的複晶矽，第一障壁圖案265可包含金屬氮化物(例如氮化鈦)或者金屬矽氮化物(例如氮化鈦矽)，第二導電圖案275可包含第一金屬(例如鎢)，且第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385中的每一者可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)。在實例性實施例中，位元線結構395可在基板100上在第二方向D2上(例如，縱向地)延伸，且多個位元線結構395可在第一方向D1上彼此間隔開。

下部間隔件結構437可形成於第一開口240中，且可接觸位元線結構395的下部側壁。下部間隔件結構437可包括在水平方向上依序堆疊的第一間隔件415、第二間隔件425及第三間隔件435。第二間隔件425可覆蓋第三間隔件435的側壁及下表面，且第一間隔件415可覆蓋第二間隔件425的側壁及下表面。舉例而言，如圖2中所示，下部間隔件結構437的上表面的高度可低 於第一導電圖案255的上表面的高度，例如相對於基板100的底部而言。

第一間隔件415可包含例如第二金屬的氧化物，第二間隔件425可包含例如第三金屬的氧化物，且第三間隔件可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)。在實例性實施例中，第二金屬可包括例如鋁(Al)，且第三金屬可包括例如鋯(Zr)或鉿(Hf)。因此，第一間隔件415可包含例如氧化鋁，且第二間隔件425可包含例如氧化鋯或氧化鉿。

第一絕緣圖案結構235可在位元線結構395下面形成於主動圖案105及隔離圖案110上，且可包括在豎直方向上依序堆疊的第一絕緣圖案205、第二絕緣圖案215及第三絕緣圖案225(圖13)。第一絕緣圖案205及第三絕緣圖案225可包含氧化物(例如氧化矽)，且第二絕緣圖案215可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)。

接觸插塞結構可包括在主動圖案105及隔離圖案110上在豎直方向上依序堆疊的下部接觸插塞475、金屬矽化物圖案485及上部接觸插塞555。

下部接觸插塞475可接觸主動圖案105在第三方向D3上的相對邊緣部分中的每一者的上表面。在實例性實施例中，多個下部接觸插塞475可在第二方向D2上彼此間隔開，且第二頂蓋圖案477可形成於下部接觸插塞475中在第二方向D2上鄰近的下部接觸插塞475之間(圖15)。第二頂蓋圖案477可包含絕緣氮化 物(例如氮化矽)。下部接觸插塞475可包含例如經摻雜的複晶矽，且金屬矽化物圖案485可包含例如矽化鈦、矽化鈷、矽化鎳等。

上部接觸插塞555可包括第二金屬圖案545及覆蓋第二金屬圖案545的下表面的第二障壁圖案535。第二金屬圖案545可包含金屬(例如鎢)，且第二障壁圖案535可包含金屬氮化物(例如氮化鈦)。

在實例性實施例中，多個上部接觸插塞555可在第一方向D1及第二方向D2上彼此間隔開，且在平面圖中可被佈置成蜂巢狀圖案或柵格圖案(圖19)。上部接觸插塞555中的每一者在平面圖中可具有例如圓形、橢圓形或多邊形的形狀。

上部間隔件結構467可包括：第四間隔件445，覆蓋位元線結構395的上部側壁及第三絕緣圖案225的側壁；空氣間隔件459，位於第四間隔件445的外側壁的下部部分上；以及第六間隔件460，位於空氣間隔件459的外側壁及第一絕緣圖案結構235的側壁上且位於下部間隔件結構437的上表面的一部分上。

在實例性實施例中，第四間隔件445在第一方向D1上的橫截面可具有「L」形狀。第四間隔件445及第六間隔件460中的每一者可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)，且空氣間隔件459可包含空氣。

第七間隔件480可形成於第四間隔件445的位於位元線結構395的上部側壁上的外側壁上，且可覆蓋空氣間隔件459的上端部及第六間隔件460的上表面。第七間隔件480可包含絕緣 氮化物(例如氮化矽)。

參照圖1及圖2以及圖27及圖28，第二絕緣圖案結構590可包括：第四絕緣圖案570，位於第六開口560的內壁上，第四絕緣圖案570可延伸穿過上部接觸插塞555、位元線結構395的絕緣結構的一部分以及上部間隔件結構467的一部分且在平面圖中可環繞上部接觸插塞555；以及第五絕緣圖案580，位於第四絕緣圖案570上且對第六開口560的剩餘部分進行填充。空氣間隔件459的上端部可被第四絕緣圖案570封閉。第四絕緣圖案570及第五絕緣圖案580中的每一者可包含絕緣氮化物(例如氮化矽)。

第二蝕刻停止圖案600可形成於第二絕緣圖案結構590上。第二蝕刻停止圖案600可包含絕緣氮化物，例如氮化矽硼。

電容器640可設置於上部接觸插塞555上。電容器640可包括：下部電極610，具有柱狀形狀或圓柱狀形狀；介電層620，位於下部電極610的表面上；以及上部電極630，位於介電層620上。下部電極610及上部電極630中的每一者可包含例如金屬、金屬氮化物、金屬矽化物、經雜質摻雜的複晶矽等，且介電層620可包含例如金屬氧化物。

在實例性實施例中，下部間隔件結構437可形成於具有第一導電圖案255的位元線結構395的側壁上，第一導電圖案255包含經n型雜質摻雜的複晶矽。下部間隔件結構437的與位元線結構395的側壁接觸的第一間隔件415可包含第二金屬的氧化物，且與第一間隔件415接觸的第二間隔件425可包含第三金屬的氧 化物。

舉例而言，假若第一間隔件415包含絕緣氮化物(例如氮化矽)，則第一導電圖案255的電子將陷獲於第一間隔件415內以攜帶負電荷，且因此，將在第一導電圖案255的與第一間隔件415接觸的每一側處產生耗盡區。耗盡區可將位元線結構395內的電流中斷而減小位元線結構395的有效直徑。

然而，假若為了增大位元線結構395的有效直徑而擴大位元線結構395的實體直徑，則在下部接觸插塞475中相鄰的下部接觸插塞475之間可能發生電性短路。此外，假若增大第一導電圖案255的導電性(藉由增大第一導電圖案255中所包含的雜質的濃度)以增大有效直徑，則在用於形成位元線結構395的蝕刻製程期間，第一導電圖案255可能被過度蝕刻，藉此破壞第一導電圖案255或使得矽自第一導電圖案255朝向第一障壁圖案265擴散以在第一導電圖案255內形成空隙。

相反，根據實例性實施例，位元線結構395的第一導電圖案255的側壁上的第一間隔件415及第二間隔件425中的每一者可包含除絕緣氮化物之外的材料。舉例而言，第一間隔件415及第二間隔件425可分別包含氧化鋁及氧化鉿。

詳言之，氧化鉿包含電洞陷阱(hole trap)，且因此第二間隔件425(由氧化鉿形成)可攜帶正電荷。然而，假若第二間隔件425直接接觸包含矽的第一導電圖案255的側壁，則在第一導電圖案255與第二間隔件425之間的介面處將出現缺陷，且電子 陷阱的密度可因缺陷而增大。假若電子陷阱的數目超過第二間隔件425中的電洞陷阱的數目，則第二間隔件425將攜帶負電荷。

相反，根據實例性實施例，包含氧化鋁的第一間隔件415可設置於第一導電圖案255(包含矽)與第二間隔件425(包含氧化鉿)之間。因此，當第一間隔件415在第一導電圖案255與第二間隔件425之間進行分隔(例如，完全分隔)時，可防止在第一導電圖案255與第二間隔件425之間進行直接接觸，藉此降低第二間隔件425中的電子陷阱的缺陷密度。因此，第二間隔件425可攜帶正電荷。另外，由於第一間隔件415設置於第一導電圖案255與第二間隔件425之間，因此亦可防止鉿進行擴散或者實質上使鉿的擴散最小化。

此外，包含氧化鋁的第一間隔件415本身可包括電洞陷阱，且因此第一間隔件415可如第二間隔件425那般攜帶正電荷。因此，第一導電圖案255的側壁上的第一間隔件415及第二間隔件425中的每一者可攜帶正電荷，且因此，位元線結構395的有效直徑可增大。

因此，電流可在位元線結構395內平穩地流動而不增大位元線結構395的直徑或者增大第一導電圖案255中所包含的n型雜質的濃度。因此，半導體元件可具有改善的電性特性。

圖3至圖21是根據實例性實施例的製造半導體元件的方法中的各階段的平面圖及剖視圖。具體而言，圖3、圖5、圖8、圖15及圖19是平面圖，圖4包括分別沿著圖3所示線A-A'及B- B'的剖視圖，且圖6至圖7、圖9至圖14、圖16至圖18及圖20至圖21分別是對應平面圖的沿著線A-A'的剖視圖。

參照圖3及圖4，可移除基板100的上部部分以形成第一凹槽，且可在第一凹槽中形成隔離圖案110。當在基板100上形成隔離圖案110時，可界定側壁被隔離圖案110覆蓋的主動圖案105。

可局部地對基板100上的主動圖案105及隔離圖案110進行蝕刻以形成在第一方向D1上延伸的第二凹槽，且可在第二凹槽中形成閘極結構160。在實例性實施例中，閘極結構160可在第一方向D1上延伸，且多個閘極結構160可在第二方向D2上彼此間隔開。

參照圖5及圖6，可在主動圖案105、隔離圖案110及閘極結構160上形成絕緣層結構230。絕緣層結構230可包括依序堆疊的第一絕緣層200、第二絕緣層210及第三絕緣層220。

可對絕緣層結構230進行圖案化，且可使用經圖案化的絕緣層結構230作為蝕刻罩幕來局部地對主動圖案105、隔離圖案110及閘極結構160中所包括的閘極罩幕150進行蝕刻以形成第一開口240。在實例性實施例中，絕緣層結構230在平面圖中可具有圓形形狀或橢圓形形狀，且多個絕緣層結構230可在第一方向D1及第二方向D2上彼此間隔開。絕緣層結構230中的每一者可在與基板100的上表面實質上正交的豎直方向上與第一主動圖案105中在第三方向D3上鄰近的第一主動圖案105的可彼此面對的 端部部分交疊。

參照圖7，可在絕緣層結構230以及藉由第一開口240暴露出的主動圖案105、隔離圖案110及閘極結構160上依序堆疊第一導電層250、第一障壁層260、第二導電層270及第一罩幕層280。第一導電層250可對第一開口240進行填充。

參照圖8及圖9，可在導電結構層上依序形成第一蝕刻停止層與第一頂蓋層，可對第一頂蓋層進行蝕刻以形成第一頂蓋圖案385，且可使用第一頂蓋圖案385作為蝕刻罩幕來依序對第一蝕刻停止層、第一罩幕層280、第二導電層270、第一障壁層260及第一導電層250進行蝕刻。在實例性實施例中，第一頂蓋圖案385可在第二方向D2上延伸，且多個第一頂蓋圖案385可在第一方向D1上彼此間隔開。

藉由蝕刻製程，可在第一開口240上依序堆疊第一導電圖案255、第一障壁圖案265、第二導電圖案275、第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385，且可在第一開口240的外側處在絕緣層結構230的第二絕緣層210上依序堆疊第三絕緣圖案225、第一導電圖案255、第一障壁圖案265、第二導電圖案275、第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385。

在下文中，依序堆疊的第一導電圖案255、第一障壁圖案265、第二導電圖案275、第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385可被統稱為位元線結構395。第一導電圖案 255、第一障壁圖案265及第二導電圖案275可共同形成導電結構，且第一罩幕285、第一蝕刻停止圖案365及第一頂蓋圖案385可共同形成絕緣結構。在實例性實施例中，位元線結構395可在第二方向D2上延伸，且多個位元線結構395可在第一方向D1上彼此間隔開。

參照圖10，可在基板100上依序形成第一間隔件層410與第二間隔件層420。在實例性實施例中，可藉由沈積製程(例如，原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)製程或化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)製程)來形成第一間隔件層410及第二間隔件層420中的每一者。在實例性實施例中，第一間隔件層410可包含第二金屬的氧化物，且第二間隔件層420可包含第三金屬的氧化物。舉例而言，第二金屬與第三金屬可彼此不同，例如，第一間隔件層410及第二間隔件層420可分別包含氧化鋁及氧化鉿。

參照圖11，可在第一間隔件層410及第二間隔件層420上形成第三間隔件層430。第三間隔件層430可對第一開口240的剩餘部分進行填充。在實例性實施例中，可藉由沈積製程(例如，原子層沈積(ALD)製程或化學氣相沈積(CVD)製程)來形成第三間隔件層430。第三間隔件層可包含氮化物(例如氮化矽)。

參照圖12，可對第一間隔件層410、第二間隔件層420及第三間隔件層430實行蝕刻製程。在實例性實施例中，蝕刻製程可為使用例如磷酸(H₂PO₃)、SC1及氫氟酸((hydrofluoric acid， HF)作為蝕刻劑的濕式蝕刻製程，且可移除第一間隔件層410、第二間隔件層420及第三間隔件層430的除了第一間隔件層410、第二間隔件層420及第三間隔件層430的位於第一開口240中的部分之外部分。因此，可暴露出位元線結構395的表面的大部分，即，位元線結構395的表面的除了位元線結構395的表面的位於第一開口240中的部分之外的整個部分，且保留於第一開口240中的第一間隔件層410、第二間隔件層420及第三間隔件層430可分別形成第一間隔件415、第二間隔件425及第三間隔件435。舉例而言，參照圖11至圖12，可對第一間隔件層410、第二間隔件層420及第三間隔件層430進行蝕刻直至暴露出第二絕緣層210的上表面且第二絕緣層210的上表面與所得的第一間隔件415、第二間隔件425及第三間隔件435的上表面共面。第一間隔件415、第二間隔件425及第三間隔件435可共同形成下部間隔件結構437。可例如在位元線結構395的被暴露出的表面、第一間隔件415的上表面、第二間隔件425的上表面及第三間隔件435的上表面、以及第二絕緣層210的上表面上共形地形成第四間隔件層440及第五間隔件層450。

參照圖13，可以非等向性方式對第四間隔件層440及第五間隔件層450進行蝕刻以分別在位元線結構395的側壁、第三絕緣圖案325的側壁、以及第一間隔件415的上表面、第二間隔件425的上表面及第三間隔件435的上表面上形成第四間隔件層440及第五間隔件層450。可使用第一頂蓋圖案385以及第四間隔 件445及第五間隔件455作為蝕刻罩幕來實行乾式蝕刻製程以局部地移除第一絕緣層200及第二絕緣層210。另外，可藉由乾式蝕刻製程來局部地移除主動圖案105的上部部分、隔離圖案110的上部部分以及閘極罩幕150的與隔離圖案110的上部部分相鄰的上部部分以形成第二開口457。

藉由乾式蝕刻製程，可局部地移除第一絕緣層200及第二絕緣層210以分別在位元線結構395下面保留第一絕緣層200及第二絕緣層210作為第一絕緣圖案205及第二絕緣圖案215。依序堆疊於位元線結構395下面的第一絕緣圖案205、第二絕緣圖案215及第三絕緣圖案225可共同形成第一絕緣圖案結構235。

參照圖14，可在第一頂蓋圖案385的上表面、第四間隔件445的上表面、第五間隔件455的上表面及外側壁、下部間隔件結構437的上表面的一部分以及藉由第二開口457暴露出的主動圖案105、隔離圖案110及閘極罩幕150上形成第六間隔件層。可以非等向性方式對第六間隔件層進行蝕刻以在第五間隔件455的外側壁及下部間隔件結構437的上表面的所述部分上形成第六間隔件460。在水平方向上依序堆疊於位元線結構395的側壁上的第四間隔件445、第五間隔件455及第六間隔件460可統稱為初步上部間隔件結構465。

可形成犧牲層以在基板100上將第二開口457填充至足夠的高度，且可對第一犧牲層的上部部分進行平坦化直至暴露出第一頂蓋圖案385的上表面以在第二開口457中形成犧牲圖案470。 在實例性實施例中，犧牲圖案470可在第二方向D2上延伸，且多個犧牲圖案470可藉由位元線結構395而在第一方向D1上彼此間隔開。舉例而言，犧牲圖案470可包含氧化物(例如氧化矽)。

參照圖15及圖16，可在第一頂蓋圖案385、犧牲圖案470及初步上部間隔件結構465上形成包括多個第三開口的第二罩幕，且可使用第二罩幕作為蝕刻罩幕來對第一頂蓋圖案385、犧牲圖案470及初步上部間隔件結構465進行蝕刻，所述多個第三開口中的每一者可在第一方向D1上延伸且在第二方向D2上彼此隔開。

在實例性實施例中，第三開口中的每一者可在豎直方向上與閘極結構160交疊。藉由蝕刻製程，可在基板100上在位元線結構395之間形成暴露出主動圖案105的上表面及隔離圖案110的上表面的第四開口，且可將犧牲圖案470劃分成在第二方向D2上彼此間隔開的多個塊(piece)。

可移除第二罩幕，且可形成第二頂蓋圖案477以對第四開口進行填充。可移除犧牲圖案470以形成第五開口，第五開口暴露出主動圖案105的上表面及與主動圖案105相鄰的隔離圖案110的上表面，可形成下部接觸插塞層以在第一頂蓋圖案385及第二頂蓋圖案477、犧牲圖案470及初步上部間隔件結構465上對第五開口進行填充，且可將下部接觸插塞層的上部部分平坦化直至暴露出第一頂蓋圖案385的上表面以及犧牲圖案470的上表面及初步上部間隔件結構465的上表面。因此，可在位元線結構395之 間藉由第二頂蓋圖案477而將下部接觸插塞層劃分成在第二方向D2上彼此間隔開的多個下部接觸插塞475。

參照圖17，可移除下部接觸插塞475的上部部分以暴露出位於位元線結構395的側壁上的初步上部間隔件結構465的上部部分，且可移除被暴露出的初步上部間隔件結構465的第五間隔件455及第六間隔件460的上部部分。可附加地移除下部接觸插塞475的上部部分。因此，下部接觸插塞475的上表面可低於第五間隔件455的上表面及第六間隔件460的上表面，例如相對於基板100的底部而言。

可在位元線結構395、初步上部間隔件結構465、第二頂蓋圖案477及下部接觸插塞475上形成第七間隔件層，且可以非等向性方式對第七間隔件層進行蝕刻以形成第七間隔件480，第七間隔件480覆蓋位於位元線結構395在第一方向D1上的側壁上的初步上部間隔件結構465的上部部分，且可藉由蝕刻製程暴露出下部接觸插塞475的上表面。

可在下部接觸插塞475的被暴露出的上表面上形成金屬矽化物圖案485。在實例性實施例中，可藉由以下方法來形成金屬矽化物圖案485：在第一頂蓋圖案385及第二頂蓋圖案477、第七間隔件480及下部接觸插塞475上形成第一金屬層；對第一金屬層實行熱處置；以及移除第一金屬層的未反應部分。

參照圖18，可在第一頂蓋圖案385及第二頂蓋圖案477、第七間隔件480、金屬矽化物圖案485及下部接觸插塞475上形成 第二障壁層530，且可在第二障壁層530上形成第二金屬層540以對位元線結構395之間的空間進行填充。

可對第二金屬層540的上部部分實行平坦化製程。平坦化製程可包括例如化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程及/或回蝕製程。

參照圖19及圖20，可對第二金屬層540及第二障壁層530進行圖案化以形成上部接觸插塞555。在實例性實施例中，可形成多個上部接觸插塞555，且可在上部接觸插塞555之間形成第六開口560。

可藉由局部地移除第一頂蓋圖案385及第二頂蓋圖案477、初步上部間隔件結構465及第七間隔件480以及第二金屬層540及第二障壁層530來形成第六開口560。依序堆疊於基板100上的下部接觸插塞475、金屬矽化物圖案485及上部接觸插塞555可共同形成接觸插塞結構。

參照圖21，可移除藉由第六開口560暴露出的初步上部間隔件結構465中所包括的第五間隔件455以形成空氣隙，可在第六開口560的底部及側壁上形成第四絕緣圖案570，且可形成第五絕緣圖案580來對第六開口560的剩餘部分進行填充。第四絕緣圖案570與第五絕緣圖案580可共同形成第二絕緣圖案結構590。

可藉由第四絕緣圖案570來覆蓋空氣隙的頂端部，且因此可形成空氣間隔件459。第四間隔件445、空氣間隔件459及第六間隔件460可共同形成上部間隔件結構467。

再次參照圖1及圖2，可形成用於與上部接觸插塞555的上表面進行接觸的電容器640。即，可在上部接觸插塞555以及第四絕緣圖案570及第五絕緣圖案580上依序形成第二蝕刻停止圖案600與模具層，可藉由局部地對第二蝕刻停止圖案600及模具層進行蝕刻以暴露出上部接觸插塞555的上表面來形成第七開口。由於在平面圖中，上部接觸插塞555例如在第一方向D1及第二方向D2上佈置成蜂巢狀圖案，因此在平面圖中，第七開口亦可例如在第一方向D1及第二方向D2上佈置成蜂巢狀圖案。

可在第七開口中形成具有例如柱狀形狀的下部電極610。可移除模具層，且可在下部電極610及第二蝕刻停止圖案600上依序形成介電層620與上部電極630。因此，可形成包括依序堆疊的下部電極610、介電層620及上部電極630的電容器640。在一些實施例中，下部電極610在第七開口中可具有圓柱狀形狀。

可在電容器640上進一步形成上部配線，且可完成半導體元件的製造。

圖22是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。圖22中的此半導體元件可與圖1及圖2所示半導體元件實質上相同或類似，且因此在本文中不再對其予以贅述。

參照圖22，半導體元件可包括：第一間隔件415，位於位元線結構395的側壁上；第二間隔件425，位於第一間隔件415的外側壁上；第三間隔件435，位於第二間隔件425的外側壁的下部部分上；第四間隔件445，位於第三間隔件435上且覆蓋第二間 隔件425的外側壁的上部部分；空氣間隔件459，位於第四間隔件445的外側壁的下部部分上；第六間隔件460，位於空氣間隔件459的外側壁上；以及第七間隔件480，與第四間隔件445的外側壁的上部部分、空氣間隔件459的上表面、以及第六間隔件460的上表面及第六間隔件460的外側壁的上部部分接觸，而非包括下部與上部間隔件結構437及467。

在實例性實施例中，位元線結構395的第二導電圖案275可包含第一金屬(例如鎢)，且與第二導電圖案275接觸的第一間隔件415可包含第四金屬，第四金屬的電離能小於第一金屬的電離能。在實例性實施例中，第四金屬可包含例如鈦、鋁、鉿、鋯等。

由於第一間隔件415所包含的第四金屬的電離能小於第二導電圖案275中所包含的第一金屬的電離能，因此第一間隔件415可用作氧清除劑，此可防止第二導電圖案275被氧化。

圖23至圖24是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方法的剖視圖，且分別對應於圖12及圖13。此方法可包括與參照圖3至圖21及圖1至圖2所示的製程實質上相同或類似的製程，且因此在本文中不再對其予以贅述。

首先，可實行與參照圖2至圖11闡述的製程實質上相同或類似的製程。

參照圖23，與參照圖12所示的製程不同，蝕刻製程可僅在第三間隔件層430上實行而不在第一間隔件層410及第二間 隔件層420上實行。因此，第三間隔件層430可轉變成第三間隔件435，且第三間隔件435可在第一開口240內形成於第二間隔件層420上。

參照圖24，與參照圖13所示的製程不同，可以非等向性方式對第一間隔件層410及第二間隔件層420以及第四間隔件層440及第五間隔件層450一起進行蝕刻以在位元線結構的側壁上分別形成第一間隔件415、第二間隔件425、第四間隔件445及第五間隔件455。半導體元件的製造可藉由實行與參照圖14至圖21以及圖1及圖2所示的製程實質上相同或類似的製程來完成。

圖25是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。除了更包括第八間隔件405之外，此半導體元件可與圖1及圖2所示半導體元件實質上相同或類似，且因此在本文中不再對其予以贅述。

參照圖25，可形成第八間隔件405以覆蓋第一導電圖案255的側壁。因此，下部間隔件結構437可接觸第八間隔件405的外側壁的下部部分，且上部間隔件結構467可接觸第八間隔件405的外側壁的上部部分。

第八間隔件405不僅可形成於第一導電圖案255的側壁上亦可在第一開口240中形成於與第一導電圖案255相鄰的主動圖案105的上部部分的邊緣上。在實例性實施例中，第八間隔件405可包含氧化矽或經雜質摻雜的氧化矽。

圖26是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方 法的剖視圖，且對應於圖10。此方法可包括與參照圖3至圖21及圖1至圖2所示的製程實質上相同或類似的製程，且因此在本文中不再對其予以贅述。

首先，可實行與參照圖2至圖9闡述的製程實質上相同或類似的製程。

參照圖26，與參照圖10所示的製程不同，在形成第一間隔件層410及第二間隔件層420之前，可對位元線結構395的側壁實行熱處置製程。因此，可在包含經n型雜質摻雜的複晶矽的第一導電圖案255的第一方向D1的側壁上形成包含經n型雜質摻雜的氧化矽的第八間隔件405。第八間隔件405亦可形成於包含矽的主動圖案105的上表面的一部分上。

半導體元件的製造可藉由實行與參照圖11至圖21以及圖1及圖2所示的製程實質上相同或類似的製程來完成。

圖27是示出根據實例性實施例的半導體元件的剖視圖。除了第八間隔件405的位置之外，此半導體元件可與圖25所示半導體元件實質上相同或類似，且因此在本文中不再對其予以贅述。

參照圖27，第八間隔件405可覆蓋第一導電圖案255的側壁及第一開口240的底部。因此，下部間隔件結構437可不接觸位元線結構395的下部側壁。在實例性實施例中，第八間隔件405可覆蓋第一導電圖案255的下部側壁及第一間隔件415的下表面。

圖28是示出根據實例性實施例的製造半導體元件的方 法的剖視圖，且對應於圖10。此方法可包括與參照圖3至圖21及圖1至圖2所示的製程實質上相同或類似的製程，且因此在本文中不再對其予以贅述。

首先，可實行與參照圖2至圖9闡述的製程實質上相同或類似的製程。

參照圖28，不同於參照圖10所示的製程，可藉由對上面形成位元線結構395的基板100實行沈積製程來形成第八間隔件層400。因此，可在位元線結構395的側壁上依序堆疊第八間隔件層400以及第一間隔件層410及第二間隔件層420。

半導體元件的製造可藉由實行與參照圖11至圖21以及圖1及圖2所示的製程實質上相同或類似的製程來完成。在實例性實施例中，可在位元線結構395的側壁上自然地形成第八間隔件405，而無需實行單獨的熱處置製程或沈積製程。

綜上所述，隨著DRAM元件變被高度積體化，位元線結構可具有減小的寬度，藉此降低了流經位元線結構的電性電流(electric current flow)的穩定性。然而，若增大位元線結構的寬度以改善流經位元線結構的電性電流，則在位元線結構中鄰近的位元線結構之間可發生電性短路。

相反，實例性實施例提供一種特性得到改善的半導體。即，在實例性實施例中，位元線結構內的電流可為平滑的，且因此，包括位元線結構的半導體元件可具有改善的電性特性。另外，可防止頸縮現象(necking phenomenon)，在頸縮現象中，包括於位元 線結構中且包含經雜質摻雜的複晶矽的導電圖案因過度蝕刻而斷裂。此外，可不在導電圖案內形成空隙。

在本文中已揭露了實例性實施例，且儘管採用了特定用語，然而使用該些用語僅是為了在一般性及說明性意義上加以解釋而非用於限制目的。在一些情形中，在提出本申請案時對於此項技術中具有通常知識者而言將顯而易見，除非另外具體地指明，否則結合具體實施例闡述的特徵、特性及/或元件可單獨使用或者與結合其他實施例闡述的特徵、特性及/或元件組合使用。因此，熟習此項技術者應理解，可在不背離以下申請專利範圍中陳述的本發明的精神及範圍的條件下進行形式及細節上的各種改變。

100:基板

105:主動圖案

110:隔離圖案

200:第一絕緣層

210:第二絕緣層

225:第三絕緣圖案

235:第一絕緣圖案結構

240:第一開口

255:第一障壁圖案

265:第一障壁圖案

275:第二導電圖案

285:第一罩幕

365:第一蝕刻停止圖案

385:第一頂蓋圖案

395:位元線結構

415:第一間隔件

425:第二間隔件

435:第三間隔件

437:下部間隔件結構

445:第四間隔件

457:第二開口

459:空氣間隔件

460:第六間隔件

467:上部間隔件結構

475:下部接觸插塞

480:第七間隔件

485:金屬矽化物圖案

535:第二障壁圖案

545:第二金屬圖案

555:上部接觸插塞

570:第四絕緣圖案

580:第五絕緣圖案

590:第二絕緣圖案結構

600:第二蝕刻停止圖案

610:下部電極

620:介電層

630:上部電極

640:電容器

A-A':線

D1:第一方向

D2:第二方向

Claims (8)

1. 一種半導體元件，包括：基板；主動圖案，位於所述基板上；閘極結構，位於所述主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於所述主動圖案上；下部間隔件結構，位於所述位元線結構的下部側壁上；上部間隔件結構，位於所述下部間隔件結構上，所述上部間隔件結構接觸所述位元線結構的上部側壁；接觸插塞結構，位於所述主動圖案的所述上部部分上，所述接觸插塞結構相鄰於所述位元線結構；以及電容器，位於所述接觸插塞結構上，其中所述下部間隔件結構包括自所述位元線結構的所述下部側壁在水平方向上依序堆疊的第一下部間隔件、第二下部間隔件及第三下部間隔件，所述水平方向實質上平行於所述基板的上表面，且其中所述第一下部間隔件包含第一金屬的氧化物，所述第二下部間隔件包含與所述第一金屬不同的第二金屬的氧化物，且所述第三下部間隔件包含氮化物，其中所述第一金屬包括鋁且所述第二金屬包括鋯或鉿。
2. 如請求項1所述的半導體元件，其中所述第一下部間隔件與所述位元線結構的所述下部側壁接觸。
3. 如請求項1所述的半導體元件，其中所述第二下部間隔件覆蓋所述第三下部間隔件的側壁及下表面，且所述第一下部間隔件覆蓋所述第二下部間隔件的側壁及下表面。
4. 如請求項1所述的半導體元件，其中：所述位元線結構包括在與所述基板的所述上表面實質上垂直的豎直方向上依序堆疊的第一導電圖案、障壁圖案、第二導電圖案及頂蓋圖案，且所述第一導電圖案包含經n型雜質摻雜的複晶矽。
5. 如請求項1所述的半導體元件，其中：所述上部間隔件結構包括自所述位元線結構的所述上部側壁在所述水平方向上依序堆疊的第一上部間隔件、第二上部間隔件及第三上部間隔件，且所述第一上部間隔件及所述第三上部間隔件中的每一者包含氮化物，且所述第二上部間隔件包含空氣。
6. 一種半導體元件，包括：基板；主動圖案，位於所述基板上；閘極結構，位於所述主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於所述主動圖案上，所述位元線結構包含第一金屬；第一間隔件，位於所述位元線結構的側壁上，所述第一間隔件包含第二金屬的氧化物，所述第二金屬的電離能小於所述第一 金屬的電離能；第二間隔件，位於所述第一間隔件的外側壁上，所述第二間隔件包含與所述第二金屬不同的第三金屬的氧化物；第三間隔件，位於所述第二間隔件的外側壁的下部部分上，所述第三間隔件包含氮化物；第四間隔件，位於所述第二間隔件的所述外側壁的上部部分上且位於所述第三間隔件上；第五間隔件與第六間隔件，自所述第四間隔件的外側壁在水平方向上依序堆疊，所述水平方向實質上平行於所述基板的上表面；接觸插塞結構，位於所述主動圖案的所述上部部分上且相鄰於所述位元線結構；以及電容器，位於所述接觸插塞結構上，其中所述第一金屬包括鋁且所述第二金屬包括鋯或鉿。
7. 如請求項6所述的半導體元件，其中所述第二金屬包括鋁，且所述第三金屬包括鉿或鋯。
8. 一種半導體元件，包括：基板；主動圖案，位於所述基板上；閘極結構，位於所述主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於所述主動圖案上，所述位元線結構包括在與所述基板的上表面實質上垂直的豎直方向上依序堆疊的第一導 電圖案、第二導電圖案及頂蓋圖案；第一下部間隔件，包含氧化矽；第二下部間隔件，包含第一金屬的氧化物；第三下部間隔件，包含與所述第一金屬不同的第二金屬；第四下部間隔件，位於所述第三下部間隔件上，所述第四下部間隔件包含氮化物；上部間隔件結構，接觸所述第一下部間隔件的上表面、所述第二下部間隔件的上表面及所述第三下部間隔件的上表面以及所述位元線結構的上部側壁；接觸插塞結構，位於所述主動圖案的所述上部部分上且相鄰於所述位元線結構；以及電容器，位於所述接觸插塞結構上，其中所述第二間隔件覆蓋所述第三間隔件的側壁及下表面，所述第一間隔件覆蓋所述第二間隔件的側壁及下表面，且其中所述第一金屬包括鋁且所述第二金屬包括鋯或鉿。