[發明專利]半導體元件

有效

• 申請號: 201010509334.3
• 申請日: 2007-09-05
• 公開（公告）號: CN102024785A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 余振華;邱文智;吳文進
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L21/762
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

本申請為申請日為2007年9月5日、申請號為200710149603.8、發明名稱為“半導體元件及其制造方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及半導體元件，特別涉及半導體元件的導孔以及其類似結構的制造方法，該方法特別適用于制造非常窄且具有高的深寬比的導孔。

背景技術

一般而言，半導體元件為在半導體晶圓上制造的電子元件，并用以傳送或操縱電子信號。半導體晶圓為半導體材料例如硅制成的薄片，在晶圓上可以制造大量的電子元件，這些元件互相連接而形成集成電路。為了提高效率，在每一片晶圓上通常會形成許多芯片，每個芯片可包含數百萬個元件。當芯片制造完成后，將芯片分割并將每個獨立的芯片封裝，以安裝至電子設備例如移動電話、個人電腦或是MP3播放器中。

在晶圓上制造電子元件包括一連串的工藝步驟，其中大部分或全部都已經自動化，通常這些步驟包含注入離子以賦予硅晶圓半導體特性，以及選擇性地形成和除去絕緣及導電材料組成的交替層。當個別的元件或結構非常小時，開發各種特定的工藝以符合這些元件的制造需求。雖然目前可以制造非常小的元件，但是微型及節能電子設備的需求會促使生產更小且同時更有性能的元件，因此需要不斷創新的制造技術。

提供電子元件形成的晶圓表面有時稱為襯底，在半導體襯底上可形成各種半導體結構。圖1為典型的半導體元件10的剖面圖，值得注意的是，在此所使用的名詞“元件(device)”為一般的名詞，指的是特定功能的元件、元件的一部分或元件的集合，換言之，在此所討論的特定元件是通過其特色或所列舉的特征以及通過上下文而定義的。名詞“半導體元件”指的是應用在半導體上的元件，該名詞本身并非針對特定元件或是特定性質。

在圖1的半導體元件10中，第一晶體管11和第二晶體管16形成于襯底22的表面21上，除了柵極結構12之外，第一晶體管11還包括源極區14以及漏極區15，以定義溝道13。同樣，晶體管16也包含柵極結構17以及定義溝道19的源極區18和漏極區20。在特定情況下，例如施加電荷至個別的柵極結構12和17上，可使得電流流過在個別的源極和漏極區之間定義出的溝道13和19，因此，晶體管可作為操縱電子信號的基本小開關。在圖1的例子中，柵極結構12和17被隔離結構25分開，隔離結構25在溝槽24中形成，以避免兩個晶體管的操作互相干擾，這種隔離結構有時稱為淺溝槽隔離結構(shallow?trench?isolation，簡稱STI)，STI的形成可參照圖2a至圖2d。

圖2a至圖2d為半導體元件30依序在各個制造過程中的剖面圖，在圖2a中，所形成的緩沖氧化層34直接覆蓋在襯底32上方，襯底可為硅，氧化層34可為二氧化硅。光致抗蝕劑層36直接在緩沖氧化層34上形成，其中的光致抗蝕劑為可圖案化的材料，當其曝光時成分會改變，可形成預定結構的圖案及開口。為了產生圖案，通過具有圖案的光掩模將光致抗蝕劑層選擇性地曝光，被曝光的部分留下或用合適的溶劑沖走(視光致抗蝕劑種類而定)，留下的結構通常用以保護位于該結構下的區域，而讓未受保護的區域被蝕刻。當不再需要光致抗蝕劑層時，用溶劑將殘留的光致抗蝕劑結構除去，此工藝通常稱為光刻蝕刻技術。

在此例中，先形成光致抗蝕劑結構43和44，然后在襯底32內蝕刻出凹陷38而形成隔離結構，并且在光致抗蝕劑結構和襯底之間設置氧化層34，其結構如圖2b所示。當凹陷38形成之后，沉積氧化物材料40，在此例中，氧化物材料40填充凹陷38并覆蓋半導體元件30周圍的部分，其結構如圖2c所示，氧化層40位于襯底32的凹陷38內的部分稱為隔離結構39。為了完成工藝，需除去氧化層40的殘留物，這例如通過化學機械研磨工藝(CMP)來達成，同時也一并除去光致抗蝕劑結構43和44，所得到的半導體元件30包含隔離結構39，其結構如圖2d所示。

可用此方式形成許多類似的結構，例如圖3所示的通常稱為導孔的結構。圖3為典型已填充的導孔結構50的剖面圖，如同上述的凹陷38，導孔50是通過在襯底55內蝕刻出凹陷54，并以填充材料53填充而形成的。值得注意的是，填充材料53可以是介電材料例如二氧化硅或是低介電常數材料，并且通常可為導電材料例如銅。在圖3的例子中，導孔凹陷54以導電性填充材料53加以填充，作為從襯底55的正面51到背面52的導體。