半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体元件的制造方法。首先，于阻障层上形成介电层。接着，于介电层中形成第一开口。第一开口裸露出部分阻障层。继而，于第一开口的底部的阻障层上形成保护层。保护层的中央部分的厚度大于边缘部分的厚度。然后，以保护层为掩模，移除部分阻障层，以形成第二开口。第二开口具有至少一个次开口，所述次开口位于邻近第二开口的侧壁的阻障层中。本发明专利技术另提供了一种由上述方法所工艺的半导体元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体技术，且特别是关于一种半导体元件及其制造方法。
技术介绍
刻蚀为相当重要的工艺模块，且刻蚀主要采取湿法刻蚀与干法刻蚀二种形式。干法刻蚀是将反应室内的反应气体离子化或解离以产生等离子体，并使具有反应性的离子向晶圆加速，通过离子与晶圆表面的欲刻蚀材料间的化学反应以驱使刻蚀反应进行。目前，为了提高生产机台的晶圆产能，利用高功率等离子体以增加刻蚀的速度是必须的。然而，当利用高功率等离子体刻蚀法以形成介层窗开口或接触窗开口时，开口底部的金属层容易因高功率等离子体而溅击至开口的侧壁上，如此一来将导致开口的侧壁上产生残留物(如金属聚合物)。上述残留物在后续的工艺中不容易去除，进而导致半导体元件的不正常导通，因而产生短路的现象。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体元件及其制造方法，其在定义开口的步骤中可避免于开口的侧壁上产生残留物。本专利技术提供一种半导体元件的制造方法。首先，于阻障层(barrier layer)上形成介电层。接着，于介电层中形成第一开口。第一开口裸露出部分阻障层。继而，于第一开口的底部的阻障层上形成保护层。保护层的中央部分的厚度大于边缘部分的厚度。然后，以保护层为掩模，移除部分阻障层，以形成第二开口。第二开口具有至少一个次开口，所述次开口位于邻近第二开口的侧壁的阻障层中。在本专利技术一实施例中，上述第二开口的底部具有W型的剖面形状。在本专利技术一实施例中，形成上述第一开口以及第二开口的方法各自包括进行等离子体刻蚀法。在本专利技术一实施例中，形成上述第一开口所使用的刻蚀气体包括氮气，且氮气的流量随着第一开口的深度增加而增加。在本专利技术一实施例中，形成上述第二开口所使用的刻蚀气体包括六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氩气(Ar)、氟烃气体(CxFy)及氮气，其中x、y均大于零。在本专利技术一实施例中，于上述介电层中形成第一开口的同时，于第一开口的底部的阻障层上形成保护层。在本专利技术一实施例中，上述方法还包括：在介电层中形成第一开口之前，于介电层中形成一浅开口；以及进行非等向性刻蚀工艺以加深浅开口，进而于介电层中形成第一开口，其中形成浅开口所使用的气体不包含氮气。本专利技术另提供一种半导体元件，其包括阻障层以及介电层。介电层位于阻障层上。介电层中具有一开口，所述开口裸露出部分阻障层，其中开口具有至少一个次开口，所述次开口位于邻近开口的侧壁的阻障层中。在本专利技术一实施例中，上述开口的底部具有W型的剖面形状。在本专利技术一实施例中，上述开口的中间底部的阻障层的厚度大于次开口的底部的阻障层的厚度且小于介电层下方的阻障层的厚度。基于上述，在本专利技术的方法中，在进行一刻蚀工艺以形成U型开口的同时，于U型开口底部的阻障层上形成保护层，再以保护层为掩模，继续进行上述刻蚀工艺，并调整氮气的流量，以形成W型开口。并且，上述保护层可用于避免阻障层因使用高无线射频功率的等离子体而溅击至开口的侧壁上，防止于开口的侧壁上产生残留物，进而使元件的效能提升。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1A至图1G为依照本专利技术的一实施例所绘示的半导体元件的制造方法的剖面示意图。图2为依照本专利技术的一实例的半导体元件的透射式电子显微镜(TEM)的照片。【符号说明】10：基底12：阻障层14：介电层15：浅开口16：图案化掩模层17、19：开口19a：次开口20：沉积物22、24：保护层26：导体层D、D1：深度h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8：厚度S1、S2：刻蚀工艺具体实施方式图1A至图1G为依照本专利技术的一实施例所绘示的半导体元件的制造方法的剖面示意图。请参照图1A，首先，提供基底10。基底10的材料可包括半导体材料、绝缘体材料、导体材料或上述材料的任意组合。基底10的材料例如是选自于由Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs与InP所构成的群组中的至少一种材料。在一实施例中，基底10的材料例如是硅或硅化锗。此外，基底10可为单层结构。或者，基底10也可以为包括导体层、介电层、栅极结构等的多层结构。接着，于基底10上形成阻障层(barrier layer)12。阻障层12的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨或其组合。在一实施例中，阻障层12的材料例如是钛和氮化钛的组合。在另一实施例中，阻障层12的材料例如是钽和氮化钽的组合。阻障层12的形成方法例如是进行化学气相沉积法或物理气相沉积法。阻障层12的厚度例如是介于至之间。然后，于阻障层12上形成介电层14。介电层14的材料包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。在一实施例中，介电层14的材料例如是氧化硅。在另一实施例中，介电层14也可以是介电常数低于4的介电材料
层。形成介电层14的方法例如是进行热氧化法或化学气相沉积法。介电层14的厚度例如是介于至之间。之后，于介电层14上形成图案化掩模层16。图案化掩模层16的材料例如是光刻胶。接着，请参照图1B，以图案化掩模层16为掩模，进行刻蚀工艺S1，移除部分介电层14，以于介电层14中形成浅开口15。刻蚀工艺S1包括非等向性刻蚀工艺，例如是干法刻蚀法。干法刻蚀法可以是等离子体刻蚀法。在此实施例中，刻蚀工艺S1例如是具有高无线射频功率(radio frequency power，RF power)的等离子体刻蚀法。高无线射频功率的等离子体刻蚀法的能量例如是介于1000瓦至5000瓦之间。刻蚀工艺S1所使用的刻蚀气体包括六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氩气(Ar)及氟烃气体(CxFy)，其中x、y均大于零，例如x是介于1-5之间的整数，y是介于4-8之间的整数。氟烃气体可包括氟烷类、氟烯类或氟炔类气体。在一实施例中，刻蚀工艺S1所使用的刻蚀气体中不含氮气。值得一提的是，于介电层14中形成浅开口15的同时，于浅开口15的底部的介电层14上形成沉积物20。沉积物20例如是经由刻蚀工艺S1所使用的上述刻蚀气体反应而得到的聚合物残留物。浅开口15的深度D例如是介电层14的厚度h1的约1/2至4/5。更具体地说，浅开口15并未贯穿介电层14，且浅开口15的深度D与浅开口15下方的介电层的厚度h2的总和实质上等于介电层14的厚度h1。在一实施例中，介电层14的厚度h1例如是介至之间，且浅开口15的深度D例如是介于至之间。然而，上述数值范围仅为举例说明，并不用以限定本专利技术。然后，请参照图1C，以图案化掩模层16为掩模，进行刻蚀工艺S2，以使浅开口15加深，进而于介电层14中形成开口17，且开口17裸露出部分阻障层12。并且，于开口17的底部的阻障层12上形成保护层22。刻蚀工艺S2包括非等向性刻蚀工艺，例如是干法刻蚀法。干法刻蚀法可以是等离子体刻蚀法。刻蚀工艺S2所使用的刻蚀气体与刻蚀工艺S1所使用的刻蚀气体不同。刻蚀工艺S2所使用的刻蚀气体中包含有氮气；而刻蚀工艺S1所使用的刻蚀气体不包含有氮气。在一实施例中，刻蚀工艺S2例如是具有高无线射频功率的等离子体刻蚀法，其能量例如是介于1000
瓦至5000瓦之间。刻蚀工艺S2所使用的刻蚀气体包括六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氩气(Ar)、氟烃气体(CxFy)及氮气，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件的制造方法，其特征在于，包括：于一阻障层上形成一介电层；于该介电层中形成一第一开口，该第一开口裸露出部分该阻障层；于该第一开口的底部的该阻障层上形成一保护层，该保护层的中央部分的厚度大于边缘部分的厚度；以及以该保护层为掩模，移除部分该阻障层，以形成一第二开口，其中该第二开口具有至少一个次开口，该次开口位于邻近该第二开口的侧壁的该阻障层中。

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件的制造方法，其特征在于，包括：于一阻障层上形成一介电层；于该介电层中形成一第一开口，该第一开口裸露出部分该阻障层；于该第一开口的底部的该阻障层上形成一保护层，该保护层的中央部分的厚度大于边缘部分的厚度；以及以该保护层为掩模，移除部分该阻障层，以形成一第二开口，其中该第二开口具有至少一个次开口，该次开口位于邻近该第二开口的侧壁的该阻障层中。2.根据权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其中该第二开口的底部具有W型的剖面形状。3.根据权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其中形成该第一开口以及该第二开口的方法各自包括进行等离子体刻蚀法。4.根据权利要求3所述的半导体元件的制造方法，其中形成该第一开口所使用的刻蚀气体包括氮气，且氮气的流量随着该第一开口的深度增加而增加。5.根据权利要求3所述的半导体元件的制造方法，其中形成该第二开口所使用的刻蚀气体包括六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氩气(Ar)...

【专利技术属性】
技术研发人员：林心冠，李鸿志，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71