本發(fā)明涉及一種半導體結構的形成方法，尤其是一種在此半導體結構的一開口的一側壁上形成一間隔物的半導體結構的形成方法。

背景技術：

近來，由于對于更優(yōu)異的存儲元件的需求已逐漸增加，已提供各種三維(3D)存儲元件，例如是具有多疊層結構的單柵極垂直溝槽(Single-Gate Vertical-Channel，SGVC)三維與非門(NAND)存儲元件。此類三維存儲元件可達到更高的儲存容量，具有更優(yōu)異的電子特性，例如是具有良好的資料保存可靠性和操作速度。

在一種U型SGVC 3D NAND存儲元件中，使用一反轉門(inversion gate)協(xié)助控制。在制造此一反轉門期間，可能會發(fā)生過蝕刻(over-etching)現(xiàn)象，且此存儲元件的結構可能會受到破壞。因此，改善存儲元件中反轉門的形成方法是相當重要的。

技術實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明中，提供一種半導體結構的形成方法，以解決至少一部分上述問題。

根據(jù)一實施例，一半導體結構的形成方法包括下列步驟。首先，在位于一埋層上的一緩沖層上形成一疊層，這一疊層由交替的多個導電層和多個絕緣層構成。接著，形成穿過疊層及一部分的緩沖層的一第一開口。此后，在第一開口的一側壁上形成一間隔物。

為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。然而，本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求書所界定的范圍為準。

附圖說明

圖1A至圖1E表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導體元件的形成方法的剖面圖；

圖2A至圖2F表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體元件的形成方法的剖面圖。

【符號說明】

100：基板

110：埋層

113：第一蝕刻劑

115：第二蝕刻劑

120：緩沖層

121、221：反轉柵極

122：第一開口

126、226：第二開口

130：疊層

131：絕緣層

133：導電層

140：第一硬掩膜層

150：第二硬掩膜層

160、260：間隔物

211：蝕刻工藝

224：溝槽

W₁、W₂：寬度

具體實施方式

在下文的詳細描述中，為了便于解釋，提供各種的特定細節(jié)以整體理解本發(fā)明的實施例。然而，應理解的是，一或多個實施例能夠在不采用這些特定細節(jié)的情況下實現(xiàn)。在其他情況下，為了簡化附圖，已知的結構及元件以示意圖表示。

以下將說明所述半導體結構的形成方法。為易于解釋，以下的實施例將特別以三維存儲元件(例如是三維垂直通道存儲元件，特別是U型SGVC3D NAND存儲元件)為例。然而，本發(fā)明并不限于此，舉例來說，所述方法可應用于其他非揮發(fā)性存儲器、一般的存儲器或一般的半導體結構。

圖1A至圖1E表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導體元件的形成方法。

請參照圖1A，提供一基板100，此一基板100選擇性地伴隨著形成于其上的層和/或元件?？稍诨?00上形成一埋層110?？稍诼駥?10上形成一緩沖層120。在緩沖層120上形成一疊層130，此一疊層130由交替的多個絕緣層131及多個導電層133構成。在一實施例中，疊層130的頂層及底層皆為絕緣層131。

埋層110及絕緣層131可由氧化物形成。各個絕緣層的厚度例如可以是200埃緩沖層120可由導電性半導體材料形成，例如是N型摻雜(例如是磷(phosphorus)或砷(arsenic)摻雜)多晶硅或P型摻雜(例如是硼(boron)摻雜)多晶硅。導電層133可由導電性半導體材料形成，例如是用硼(boron)進行摻雜的P型摻雜多晶硅。緩沖層120的厚度可以大于各個導電層133的厚度。在一實施例中，緩沖層120的厚度可以是在至的范圍之間，且各個導電層133的厚度可以是導電層133可以作為此一半導體結構中的字線及接地選擇線。

選擇性地，可以在疊層130上形成一第一硬掩膜層140，且可以在第一硬掩膜層140上形成一第二硬掩膜層150。第一硬掩膜層140可以由氮化硅(SiN)形成。第一硬掩膜層140可以用于保護半導體結構，避免其彎折或崩壞，和/或可以在化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的步驟中作為一停止層。第二硬掩膜150可以由氧化物形成，且可以在接續(xù)步驟(例如是施加一第二蝕刻劑，如圖1E所示)進行期間保護第一硬掩膜層140。

請參照圖1B，可形成穿過疊層130及一部分的緩沖層120的一第一開口122。第一開口122停止于緩沖層120上，且緩沖層120的剩余部分仍覆蓋埋層110。也就是說，埋層110的表面并未暴露出來。第一開口122的形成可作為字線的圖案化。此外，第一開口122也可以穿過第一硬掩膜層140及第二硬掩膜層150。第一開口122可通過一蝕刻工藝形成。

請參照圖1C，可以在第一開口122的一側壁上形成一間隔物160。間隔物160的厚度可以是在至的范圍之間。間隔物160的材料可以是氮化硅(SiN)、鍺化硅(SiGe)或鍺(Ge)。在一實施例中，間隔物160可通過一沉積工藝(deposition process)形成，且可以在此沉積工藝之后進行一蝕刻工藝。在此蝕刻工藝中，蝕刻可穿過沉積的材料并停止于第二硬掩膜層150及緩沖層120上，以形成間隔物160。

請參照圖1D，可施加一第一蝕刻劑113，以形成停止于埋層110上的一第二開口126。在形成第二開口126的步驟之后，緩沖層120可變?yōu)榉珠_的多個反轉柵極121。第二開口126可通過第一蝕刻劑113進行濕蝕刻形成。第一蝕刻劑113可包括氨水(NH₄OH)或四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAOH)，例如是稀釋的氨水溶液或稀釋的四甲基氫氧化銨溶液。第一蝕刻劑113對于埋層110及緩沖層120分別具有一第一蝕刻速率及一第二蝕刻速率，且此第二蝕刻速率大于此第一蝕刻速率。在一實施例中，此第二蝕刻速率遠大于此第一蝕刻速率，使得第一蝕刻劑113可選擇性地蝕刻緩沖層120，而讓埋層110幾乎完整無缺地留下。

請參照圖1E，可施加一第二蝕刻劑115，以移除間隔物160。在一些情況中，第一硬掩膜層140可能被第二蝕刻劑115切除一些。第二蝕刻劑115可以是磷酸(H₃PO₄)，例如是熱磷酸。

在移除間隔物160的步驟之后，可在第一開口122及第二開口126的側壁上形成存儲層(圖中未示出)。存儲層可能具有一氧化物-氮化物-氧化物(Oxide-Nitride-Oxide，ONO)結構或一氧化物-氮化物-氧化物-氮化物-氧化物(Oxide-Nitride-Oxide-Nitride-Oxide，ONONO)結構。接著，可在存儲層上形成一導體(圖中未示出)，以形成一通道層。此導體可以是多晶硅或其他合適的通道材料。此后，可選擇性地進行一化學機械拋光工藝。進行此化學機械拋光工藝可移除形成存儲層(圖中未示出)及導體(圖中未示出)時的多余材料。此化學機械拋光工藝停止于第一硬掩膜層140。在此情況中，第一硬掩膜層140可作為化學機械拋光工藝中的停止層。第一硬掩膜層140及第二硬掩膜層150可在化學機械拋光工藝之后移除。

圖2A至圖2F表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體元件的形成方法。此實施例與圖1A至圖1E所示實施例的不同之處在于間隔物260，以及在施加第一蝕刻劑113之前增加一蝕刻工藝211的步驟。因此，相似的描述在此處將不再重復。

請參照圖2A至圖2B，可形成第一開口122。此后，請參照圖2C，可在第一開口122的側壁上形成間隔物260。間隔物260的厚度可以是在至的范圍之間。間隔物260的材料可以是氮化硅、鍺化硅或鍺。在一實施例中，間隔物260可通過一沉積工藝形成。

請參照圖2D，在施加第一蝕刻劑113之前，可進行一蝕刻工藝211，并可在緩沖層120中形成一溝槽224。蝕刻工藝211可包括干蝕刻，例如是高選擇性干蝕刻。在進行蝕刻工藝211之后，溝槽224可具有一傾斜輪廓(taper profile)。間隔物260可保護疊層130，避免其受到蝕刻工藝211的破壞。

請參照圖2E，可施加第一蝕刻劑113，以形成停止于埋層120上的一第二開口226。在施加第一蝕刻劑113之后，溝槽224可改變?yōu)榈诙_口226。通過形成第二開口226，緩沖層120被分開且形成多個反轉柵極221。此時，緩沖層120的傾斜輪廓可能會消失。通過使用第一蝕刻劑113進行濕蝕刻可形成第二開口226，濕蝕刻例如是等向蝕刻(isotropic etching)。間隔物260可能不會受到第一蝕刻劑113的破壞，且間隔物260可保護疊層130，避免其受到第一蝕刻劑113的破壞。間隔物260在堿性溶液中可能幾乎完整無缺。

在對第一開口122進行蝕刻工藝211之后，緩沖層120具有一第一間距(例如是寬度W₁)，且在施加第一蝕刻劑113之后，緩沖層120具有一第二間距(例如是寬度W₂)，且此第二間距大于此第一間距。

請參照圖2F，可施加一第二蝕刻劑115以移除間隔物260。在一些情況中，第一硬掩膜層140可被第二蝕刻劑115切除一些。第二蝕刻劑115可能是磷酸(H₃PO₄)，例如是熱磷酸。

在移除間隔物260的步驟之后，可在第一開口122及第二開口226的側壁上形成存儲層(圖中未示出)。接著，可在存儲層上形成一導體(圖中未示出)，以形成一通道層。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一半導體結構的形成方法。通過在第一開口(122)的側壁上形成間隔物(160或260)，可保護由交替的多個絕緣層(131)和多個導電層(133)所構成的疊層(130)，避免疊層(130)在形成第二開口(126或226)時受到第一蝕刻劑(113)的破壞，或者避免疊層(130)在形成溝槽(224)時受到蝕刻工藝(211)的破壞。即使蝕刻工藝(211)包括一高選擇性干蝕刻，疊層(130)仍受到間隔物(260)的良好的保護。由在第一蝕刻劑(113)蝕刻緩沖層(120)的速率可能遠大于蝕刻埋層(110)的速率，埋層(110)可能幾乎沒有凹口，且能夠避免過蝕刻的情形。由于在埋層(110)中沒有形成太多的凹口，反轉柵極(121或221)可具有良好的結構，且因此具有良好的控制能力。此外，通過使用間隔物(160或260)及第一蝕刻劑(113)，可提供較大的間隔給存儲層及通道材料，且即使疊層更高，通道的形成仍能更加連續(xù)。

相較之下，若未在疊層開口的側壁上形成間隔物，且未使用適合的蝕刻劑以選擇性地蝕刻緩沖層，埋層中可能會產生許多凹口，疊層可能會受到高選擇性蝕刻的破壞，且反轉柵極可能會具有傾斜輪廓。在此情況中，介于各個反轉柵極之間的通道區(qū)較不易控制，且較小間隔的反轉柵極會在存儲層及通道材料的填充上造成困難，因而恐造成通道的形成為非連續(xù)。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。