TWI859690B

TWI859690B - 半導體裝置

Info

Publication number: TWI859690B
Application number: TW112100709A
Authority: TW
Inventors: 朴俓旭; 姜相敏; 姜玧求; 徐昌佑; 宋秀姸; 李多仁
Original assignee: 南韓商三星電子股份有限公司
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2023-01-07
Publication date: 2024-10-21

Abstract

本發明提供一種半導體裝置，可包含：接觸插塞結構，位於基底上；以及絕緣結構，填充接觸插塞結構之間的空間以使接觸插塞結構彼此絕緣。接觸插塞結構可在第一方向上彼此間隔開。絕緣結構可包含第一絕緣圖案及第二絕緣圖案。第二絕緣圖案可包含相對於氧化矽具有蝕刻選擇性的絕緣材料。第一絕緣圖案可接觸第二絕緣圖案的側壁的一部分以及接觸插塞結構的側壁的一部分。第一絕緣圖案可包含能帶間隙高於第二絕緣圖案的能帶間隙的材料。

Description

半導體裝置

相關申請的交叉參考

本申請案主張2022年3月11日在韓國智慧財產局(Korean Intellectual Property Office；KIPO)申請的韓國專利申請案第10-2022-0030595號的優先權，所述申請案的內容以全文引用的方式併入本文中。

實施例是關於一種半導體裝置。更特定言之，實施例是關於DRAM裝置。

在半導體裝置中，所提供的接觸插塞中的一些可重複地安置以彼此均勻地間隔開。當半導體裝置高度整合時，接觸插塞之間的距離可減小，且接觸插塞的配置密度可為極高的。因此，接觸插塞之間的電隔離可為困難的。

實例實施例提供一種具有接觸插塞的半導體裝置。

根據實例實施例，提供一種半導體裝置。半導體裝置可包含：接觸插塞結構，位於基底上；以及絕緣結構，填充接觸插塞結構之間的空間以使接觸插塞結構彼此絕緣。接觸插塞結構可在第一方向上彼此間隔開。絕緣結構可包含第一絕緣圖案及第二絕緣圖案。第二絕緣圖案可包含相對於氧化矽具有蝕刻選擇性的絕緣材料。第一絕緣圖案可接觸第二絕緣圖案的側壁的一部分以及接觸插塞結構的側壁的一部分。第一絕緣圖案可包含能帶間隙高於第二絕緣圖案的能帶間隙的材料。

根據實例實施例，提供一種半導體裝置。半導體裝置可包含：位元線結構，位於基底上；接觸插塞結構，位於基底上，位於位元線結構之間；以及絕緣結構，填充接觸插塞結構之間的開口以使接觸插塞結構彼此絕緣。位元線結構中的各者可在第一方向上延伸。位元線結構可在垂直於第一方向的第二方向上彼此間隔開。接觸插塞結構可在第一方向上彼此間隔開。絕緣結構可包含第一絕緣圖案及第二絕緣圖案。第二絕緣圖案可包含相對於氧化矽具有蝕刻選擇性的絕緣材料。第一絕緣圖案可包圍第二絕緣圖案的側壁及底部。第一絕緣圖案可包含能帶間隙高於第二絕緣圖案的能帶間隙的材料。

根據實例實施例，提供一種半導體裝置。半導體裝置可包含：主動圖案，位於基底上；閘極結構，內埋於主動圖案的上部部分中；位元線結構，位於基底上；間隔件結構，位於位元線結構中的各者的側壁上；接觸插塞結構，形成於基底上的位元線結構之間的開口中；絕緣結構，填充位元線結構之間及接觸插塞之間的區以使接觸插塞結構彼此絕緣。閘極結構可在第一方向上彼此間隔開，且閘極結構可在垂直於第一方向的第二方向上延伸。位元線結構可在第一方向上延伸，且位元線結構可在第二方向上彼此間隔開。接觸插塞結構可在第一方向上彼此間隔開。第二絕緣圖案可包含氮化矽。第一絕緣圖案可接觸第二絕緣圖案的側壁的一部分以及接觸插塞結構的側壁的一部分。第一絕緣圖案可包含能帶間隙高於第二絕緣圖案的能帶間隙的材料。

在實例實施例中，在半導體裝置中，用於使鄰近接觸插塞結構絕緣的絕緣結構可包含相對於接觸插塞結構具有高能帶間隙的第一絕緣圖案。因此，歸因於相鄰接觸插塞結構之間的電洞及電子的穿隧的漏電流可減少。因此，包含接觸插塞結構的半導體裝置的缺陷可減少，且半導體裝置的電特性可改良。

10、12:參考標號

100:基底

102:隔離溝渠

104:絕緣圖案

106:主動圖案

108:第一凹槽

110:第一閘極絕緣層

112:第一閘極電極

112a:障壁金屬層圖案

112b:金屬層圖案

112c:多晶矽層圖案

114:第一封蓋層圖案

116:閘極結構

120:第一緩衝絕緣層

120a:第一緩衝絕緣圖案

122:第二緩衝絕緣層

122a:第二緩衝絕緣圖案

124:第一導電層

126:第一開口

130:第二導電層圖案

132:下部導電層

132a:下部導電圖案

134:障壁層

134a:障壁層圖案

136:第一金屬層

136a:第一金屬圖案

140:第二封蓋層

140a:第二封蓋層圖案

150:位元線結構

160:間隔件結構

160a:第一間隔件

160b:第二間隔件

160c:第三間隔件

161:第三間隔件層

162:下部絕緣圖案

164、204:第二開口

170:初級導電圖案

170a:初級接觸插塞

170b:下部接觸插塞

174:第二蝕刻遮罩圖案

176:第三開口

178:初級障壁絕緣層

180、178a、206、220、222:障壁絕緣層

180a、206a、220a、302:障壁絕緣圖案

182:柵絕緣層

182a、208、304:柵絕緣圖案

184、210、300、300a:柵絕緣結構

190:上部接觸插塞

190a:金屬矽化物圖案

190b:障壁金屬圖案

190c:金屬圖案

192:上部絕緣圖案

194:接觸插塞結構

198:電容器

198a:下部電極

198b:介電層

198c:上部電極

200:填充絕緣層

202:蝕刻遮罩圖案

212、230a:接觸孔

230:初級接觸孔

302a:第一障壁絕緣圖案

302b:第二障壁絕緣圖案

304a:第一柵絕緣圖案

304b:第二柵絕緣圖案

A-A'、B-B':線

C:部分

自結合隨附圖式進行的以下詳細描述，將更清晰地理解實例實施例。圖1至圖41表示如本文中所描述的非限制性實例實施例。

圖1為根據實例實施例的半導體裝置的平面視圖。

圖2為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。

圖3為半導體裝置的一部分的放大平面視圖。

圖4至圖19為示出製造根據實例實施例的半導體裝置的方法的橫截面視圖及平面視圖。

圖20及圖21為示出用於製造根據實例實施例的半導體裝置的方法的橫截面視圖。

圖22至圖27為示出製造根據實例實施例的半導體裝置的方法的橫截面視圖。

圖28至圖32為示出製造根據實例實施例的半導體裝置的方法的橫截面視圖。

圖33為根據實例實施例的半導體裝置的平面視圖。

圖34為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面視圖。

圖35及圖36為示出製造根據實例實施例的半導體裝置的方法的橫截面視圖。

圖37為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面視圖。

圖38為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。

圖39為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面視圖。

圖40為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。

圖41示出根據實例實施例的半導體裝置中的接觸插塞結構及柵絕緣結構的能量位準。

圖1為根據實例實施例的半導體裝置的平面視圖。圖2為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。圖3為半導體裝置的一部分的放大平面視圖。

特定言之，圖3為圖1的部分C的放大視圖。圖3繪示接觸插塞結構及柵結構。

下文中，位元線結構的延伸方向稱為第一方向，且垂直於第一方向的方向(例如閘極結構的延伸方向)稱為第二方向。另外，主動圖案的縱向方向稱為第三方向。第三方向相對於第一方向及第二方向中的各者可具有傾斜。

參考圖1、圖2以及圖3，隔離溝渠102可包含於基底100的上部部分處，且主動圖案106可位於隔離溝渠102之間。主動圖案106可在垂直於第一方向及第二方向的第四方向上自基底100突出。主動圖案106可具有在第三方向上延伸的條形狀。主動圖案106可經配置以使得第三方向為縱向方向。絕緣圖案104可形成於絕緣溝渠102中。

在第二方向上延伸的第一凹槽108可形成於主動圖案106及絕緣圖案104上。閘極結構116可形成於第一凹槽108中。多個閘極結構116可在第一方向上彼此間隔開。閘極結構116可稱為「內埋」閘極結構。如本文中所使用，術語「內埋」可指代至少部分地形成於另一結構、圖案及/或層的頂部表面下方的結構、圖案及/或層。在一些實施例中，當第一結構、圖案及/或層「埋入」於第二結構、圖案及/或層中時，第二結構、圖案及/或層可包圍第一結構、圖案及/或層的至少一部分。舉例而言，第一結構、圖案及/或層首先可視為在其至少部分地嵌入於第二結構、圖案及/或層中時內埋。

閘極結構116可包含第一閘極絕緣層110、第一閘極電極112以及第一封蓋層圖案114。在實例實施例中，第一閘極電極112可包含障壁金屬層圖案112a、金屬層圖案112b以及多晶矽層圖案112c。

位元線結構150可形成於閘極結構116及基底100上。位元線結構150可在第一方向上延伸。多個位元線結構150可在第二方向上彼此間隔開。位元線結構150可包含在第四方向上依序堆疊的下部導電圖案132a、障壁層圖案134a、第一金屬圖案136a 以及第二封蓋層圖案140a。

位元線結構150的底部的一部分可接觸主動圖案106的上部表面的中心部分。第一緩衝絕緣圖案120a及第二緩衝絕緣圖案122a可堆疊於位元線結構150的底部之下的基底100上。位元線結構150的底部的一部分可接觸第二緩衝絕緣圖案122a。間隔件結構160可形成於位元線結構150的側壁上。

接觸插塞結構194可形成於位元線結構150之間，且接觸插塞結構194可接觸主動圖案106的上部表面的兩個邊緣部分。接觸插塞結構194可安置於位元線結構150之間，且接觸插塞結構194可接觸閘極結構116之間的主動圖案106的上部表面。應理解，當元件稱為「連接至」或「耦接至」另一元件或「在」另一元件「上」時，元件可直接連接至或耦接至另一元件或在另一元件上，或可存在介入元件。相比之下，當元件稱為「直接連接」或「直接耦接」至另一元件，或稱為「接觸」另一元件或「與」另一元件「接觸」時，接觸點處不存在介入元件。

接觸插塞結構194可包含金屬及/或多晶矽或可由金屬及/或多晶矽形成。接觸插塞結構194可包含金屬或可由金屬形成，使得接觸插塞結構194可具有低電阻。

在實例實施例中，接觸插塞結構194可包含下部接觸插塞170b及上部接觸插塞190。下部接觸插塞170b可包含多晶矽或可由多晶矽形成，且上部接觸插塞190可包含金屬或可由金屬形成。舉例而言，上部接觸插塞190可包含金屬矽化物圖案190a、障壁金屬圖案190b以及金屬圖案190c或可由金屬矽化物圖案190a、障壁金屬圖案190b以及金屬圖案190c形成。金屬矽化物圖案190a可包含矽化鈷、矽化鎳、矽化鈦或類似者或可由矽化鈷、矽化鎳、矽化鈦或類似者形成。障壁金屬圖案190b可包含氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭或類似者或可由氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭或類似者形成。金屬圖案190c可包含鎢或類似者或可由鎢或類似者形成。

在一些實例實施例中，包含金屬的上部接觸插塞190可具有高於包含多晶矽的下部接觸插塞170b的高度的高度。如本文中所使用，「高度」可指代相對於第四方向所進行的量測。

在一些實例實施例中，接觸插塞結構194可僅包含金屬或金屬合金。舉例而言，接觸插塞結構194可包含金屬矽化物圖案、障壁金屬圖案以及金屬圖案或可由金屬矽化物圖案、障壁金屬圖案以及金屬圖案形成。

在一些實例實施例中，接觸插塞結構194可僅包含多晶矽。

柵絕緣結構184可在第一方向上形成於接觸插塞結構194之間。接觸插塞結構194可藉由柵絕緣結構184彼此電絕緣。舉例而言，柵絕緣結構可指在豎直方向上延伸的個別絕緣柱或支柱，或可包含沿著第一方向配置的多個此類柱或支柱(亦描述為「樁」)，所述柱或支柱各自在豎直方向上延伸。此類柱或支柱的集合可同時類似於柵形狀。在第一方向上配置的柱群組或個別柱可大體上描述為絕緣結構。

柵絕緣結構184可包含障壁絕緣圖案180a及柵絕緣圖案182a。在實例實施例中，障壁絕緣圖案180a可包圍柵絕緣圖案182a的側壁及底部。障壁絕緣圖案180a可完全包圍柵絕緣圖案182a的外壁。障壁絕緣圖案及柵絕緣圖案亦可在本文中分別稱為第一絕緣圖案及第二絕緣圖案。

柵絕緣結構184可形成於由相鄰接觸插塞結構194及相鄰位元線結構150界定的開口中。間隔件結構160的側壁可由開口暴露。

可沿著開口的內部表面形成障壁絕緣圖案180a。柵絕緣圖案182a可形成於障壁絕緣圖案180a上以填充開口。因此，障壁絕緣圖案180a可接觸由開口暴露的間隔件結構160的側壁的一部分。

柵絕緣圖案182a可包含相對於氧化矽具有蝕刻選擇性的絕緣材料。障壁絕緣圖案180a可包含能帶間隙高於柵絕緣圖案182a的能帶間隙的材料。

在實例實施例中，柵絕緣圖案182a可包含氮化矽或可由氮化矽形成。在此情況下，障壁絕緣圖案180a可包含能帶間隙高於氮化矽的能帶間隙的材料或可由所述材料形成。

在一些實例實施例中，柵絕緣圖案182a可包含介電常數低於氮化矽的介電常數的SiOCN、BN或SiOC或可由SiOCN、BN或SiOC形成。

在實例實施例中，障壁絕緣圖案180a可包含氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽或BN或可由氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽或BN形成。舉例而言，障壁絕緣圖案180a可由摻鋁氮化矽或摻鋁氮氧化矽形成。

障壁絕緣圖案180a可接觸接觸插塞結構194的外壁的一部分。障壁絕緣圖案180a可分別接觸在第一方向上面向彼此的兩個接觸插塞結構194的側壁。

如圖3中所繪示，接觸插塞結構194/柵絕緣結構184/接觸插塞結構194/柵絕緣結構184可在第一方向上在位元線結構150之間的區處重複地配置。

當接觸插塞結構194之間的距離極小且形成於接觸插塞結構194之間的柵絕緣結構184的能能帶間隙較低時，電子及電洞經由柵絕緣結構184的穿隧可增加。因此，接觸插塞結構194之間的漏電流可出現。特定言之，當接觸插塞結構194包含具有低電阻的金屬時，柵絕緣結構184的能能帶間隙可降低。因此，接觸插塞結構194之間的漏電流可增大。

然而，由於柵絕緣結構184包含柵絕緣圖案182a及能帶間隙高於柵絕緣圖案182a的能帶間隙的障壁絕緣圖案180a，電子及電洞經由柵絕緣結構184的穿隧可減少。因此，可防止接觸插塞結構194之間的漏電流。

如圖3中所繪示，當柵絕緣結構184藉由執行實際半導體製造製程(例如，光微影製程等)來形成時，柵絕緣結構184的各拐角部分可具有圓形形狀。在平面視圖中，柵絕緣結構184可具有矩形形狀或橢圓形形狀，其中頂點部分具有圓形或彎曲形狀。在此情況下，障壁絕緣圖案180a在圓形拐角部分處可具有相對厚的厚度。因此，可減少在圓形拐角部分處產生的漏電流。

在實例實施例中，接觸插塞結構194的上部表面可充當用於連接電容器198的著陸襯墊。在實例實施例中，接觸插塞結構194的最上部表面在第四方向上可高於位元線結構150及柵絕緣結構184的上部表面。

電容器198可接觸接觸插塞結構194的上部表面。電容器198可包含堆疊的下部電極198a、介電層198b以及上部電極198c。

在下文中，更詳細地描述製造半導體裝置的方法及半導體裝置的元件中的各者。

特定言之，圖4、圖9、圖12以及圖16為平面視圖，且圖5至圖8、圖10、圖11、圖13至圖15以及圖17至圖19為橫截面視圖。橫截面視圖中的各者包含圖4的線A-A'及線B-B'的橫截面。

參考圖4及圖5，基底100的一部分可經蝕刻以形成對應於場區的隔離溝渠102。

基底100可包含例如諸如矽、鍺、矽鍺或類似者的半導體材料，或諸如GaP、GaAs或GaSb的III-V化合物。在一些實例實施例中，基底100可為絕緣層上矽(silicon-on-insulator；SOI)基底或絕緣層上鍺(germanium-on-insulator；GOI)基底。

上面未形成隔離溝渠102的基底100的突出部分可充當主動圖案106。主動圖案106的上部表面可充當主動區。主動區可經配置以使得第三方向為縱向方向。

絕緣圖案104可經形成以填充絕緣溝渠102。絕緣層可經形成以完全填充隔離溝渠102，且絕緣層的上部部分可經平坦化以形成隔離圖案104。平坦化製程可包含化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)及/或回蝕製程。

主動圖案106及隔離圖案104可藉由例如離子植入製程摻雜有雜質以在主動圖案106及隔離圖案104的上部部分處形成雜質區(未繪示)。

主動圖案106及絕緣圖案104可經部分蝕刻以形成在第二方向上延伸的第一凹槽108。此後，閘極結構116可形成於第一凹槽108中。

閘極結構116可包含第一閘極絕緣層110、第一閘極電極112以及第一封蓋層圖案114。第一閘極絕緣層110可保形地形成於第一凹槽108的內部表面上。第一閘極電極112可形成於第一閘極絕緣層110上以填充第一凹槽108的下部部分。第一封蓋層圖案114可形成於第一閘極電極112上以填充第一凹槽108的上部部分。在實例實施例中，第一閘極電極112可包含障壁金屬層圖案112a、金屬層圖案112b以及多晶矽層圖案112c。

閘極結構116可在第二方向上延伸。多個閘極結構可在第一方向上彼此間隔開。

參考圖6，第一緩衝絕緣層120及第二緩衝絕緣層122可依序形成於主動圖案106、絕緣圖案104以及第一封蓋層圖案114的上部表面上。第一緩衝絕緣層120及第二緩衝絕緣層122可形成為在形成於其上的導電圖案(例如，位元線結構)與主動圖案106之間絕緣。第一緩衝絕緣層120及第二緩衝絕緣層122可分別包含絕緣材料。第一緩衝絕緣層120及第二緩衝絕緣層122的材料可相對於彼此具有蝕刻選擇性。

在實例實施例中，第一緩衝絕緣層120可包含氧化矽或可由氧化矽形成，且第二緩衝絕緣層122可包含氮化矽或可由氮化矽形成。

第一導電層124可形成於第二緩衝絕緣層122上。第一導電層124可包含例如摻雜有雜質的多晶矽。可依序蝕刻第一導電層124、第二緩衝絕緣層122以及第一緩衝絕緣層120的部分，且接著可將主動圖案106及絕緣圖案104以及鄰近於主動圖案106的閘極結構116的上部部分一起過度蝕刻以形成第一開口126。在實例實施例中，主動圖案106中的各者的在縱向方向上的中心部分的上部表面可藉由第一開口126的底部暴露。

第二導電層圖案130可形成於第一開口126中。第二導電層圖案130可包含與第一導電層124的材料實質上相同的材料。第二導電層圖案130可包含例如摻雜有雜質的多晶矽或可由所述多晶矽形成。第一導電層124及第二導電層圖案130可合併至單一下部導電層132中。如本文中所使用的諸如「相同」、「相等」、「平面」或「共面」的術語涵蓋包含可能例如由於製造製程而發生的變化的相同或近似相同。除非上下文或其他陳述另外指示，否則本文中可使用術語「實質上」來強調此含義。

障壁層134及第一金屬層136可依序形成於下部導電層132上。在實例實施例中，第一金屬層136可包含例如鎢。

第二封蓋層140可形成於第一金屬層136上。在實例實施例中，第二封蓋層140可包含氮化矽。

參考圖7，第一蝕刻遮罩圖案(未繪示)可形成於第二封蓋層140上。用於形成第一蝕刻遮罩圖案的製程可包含光微影製程。

可使用第一蝕刻遮罩圖案作為蝕刻遮罩來蝕刻第二封蓋層140以形成第二封蓋層圖案140a。第二封蓋層圖案140a可充當用於形成位元線結構的蝕刻遮罩。

可使用第二封蓋層圖案140a作為蝕刻遮罩來依序蝕刻第一金屬層136、障壁層134以及下部導電層132以形成位元線結構150。位元線結構150可包含依序堆疊的下部導電圖案132a、障壁層圖案134a、第一金屬圖案136a以及第二封蓋層圖案140a。

位元線結構150可具有在第一方向上延伸的線形狀。多個位元線結構150可在第二方向上配置，且可藉由規則間距彼此間隔開。

位元線結構150的底部的第一部分可接觸主動圖案106的上部表面。位元線結構150可接觸藉由第一開口126的底部暴露的主動圖案106。位元線結構150的底部的第二部分可接觸第二緩衝絕緣層122的上部表面。

參考圖8，第一間隔件層可保形地形成於基底100上，位元線結構150形成於所述基底上。下部絕緣層可依序形成於第一間隔件層上。下部絕緣層可完全填充第一開口126的剩餘部分。

第一間隔件層可包含例如氮化物(諸如氮化矽)或可由所述氮化物形成。下部絕緣層可包含例如氧化矽層及氮化矽層或可由例如氧化矽層及氮化矽層形成。

此後，可藉由蝕刻製程蝕刻下部絕緣層。在實例實施例中，蝕刻製程可藉由使用例如磷酸(H2PO3)、標準清潔1(SC1)溶液以及氫氟酸(HF)作為蝕刻劑的濕式蝕刻製程來執行。除填充第一開口126的一部分以外的下部絕緣層可藉由蝕刻製程完全移除以形成填充第一開口126的下部絕緣圖案162。因此，可暴露第一間隔件層的表面的大部分(例如，第一間隔件層的除了填充第一開口126的部分以外的所有部分)。形成於第一開口126中的下部絕緣層可充當下部絕緣圖案162。

此後，第二間隔件層可形成於第一間隔件層及下部絕緣圖案162的經暴露表面上。第二間隔件層可異向性地蝕刻以在第一間隔件層的表面上及下部絕緣圖案162上形成第二間隔件160b以覆蓋位元線結構150的側壁。第二間隔件層可包含例如氧化物(諸如氧化矽)或可由所述氧化物形成。

此後，可執行使用第二封蓋層圖案140a及第二間隔件160b作為蝕刻遮罩的乾式蝕刻製程以暴露主動圖案106的上部表面。在此情況下，亦可暴露絕緣圖案104的上部表面及第一封蓋層圖案114的上部表面。

藉由乾式蝕刻製程，可移除形成於第二封蓋層圖案140a及第二緩衝絕緣層122的上部表面上的第一間隔件層的部分以形成第一間隔件160a。第一間隔件160a可覆蓋位元線結構150的側壁。在乾式蝕刻製程中，亦可部分移除第一緩衝絕緣層120及第二緩衝絕緣層122以在位元線結構150中的各者下形成第一緩衝絕緣圖案120a及第二緩衝絕緣圖案122a。

參考圖9及圖10，第三間隔件層可形成於第二封蓋層圖案140a的上部表面、第二間隔件160b的外壁、下部絕緣圖案162的上部表面以及主動圖案106、絕緣圖案104以及第一封蓋層圖案114的上部表面上。可異向性地蝕刻第三間隔件層以形成覆蓋位元線結構150的側壁的第三間隔件160c。第三間隔件層可包含例如氮化物(諸如氮化矽)或可由所述氮化物形成。

其後，可另外蝕刻第三間隔件160c之間的主動圖案106 以形成暴露主動圖案106的第二開口164。第二開口164可定位於位元線結構150之間。位元線結構150之間的主動圖案106可藉由第二開口164暴露。在蝕刻製程中，亦可部分蝕刻鄰近於主動圖案106的絕緣圖案104的上部部分。因此，絕緣圖案104的一部分可藉由第二開口164的底部暴露。

第一間隔件160a、第二間隔件160b以及第三間隔件160c可在平行於基底100的上部表面的水平方向上依序堆疊於位元線結構150的側壁上。第一間隔件160a、第二間隔件160b以及第三間隔件160c稱為間隔件結構160。儘管描述包含第一間隔件160a、第二間隔件160b以及第三間隔件160c的間隔件結構160，但間隔件結構160中堆疊的間隔件的數目及材料可不限於此。

參考圖11，可形成第三導電層以填充第二開口164。第三導電層的上部部分可經平坦化，直至第二封蓋層圖案140a的上部表面可經暴露以形成初級導電圖案170。初級導電圖案170可在第一方向上延伸，且可形成於位元線結構150之間。

初級導電圖案170可包含例如摻雜有雜質的多晶矽或可由所述多晶矽形成。

參考圖12及圖13，第二蝕刻遮罩圖案174可形成於第二封蓋層圖案140a、間隔件結構160以及初級導電圖案170上。第二蝕刻遮罩圖案174中的各者可在第二方向上延伸。第二蝕刻遮罩圖案可在第一方向上彼此間隔開。溝槽可形成於第二蝕刻遮罩圖案174之間。

在實例實施例中，溝槽中的各者可在豎直方向(亦即，第四方向)上與閘極結構116交疊。舉例而言，溝槽中的各者可定位於閘極結構116上方。

初級導電圖案170可使用第二蝕刻遮罩圖案174來蝕刻。在蝕刻製程中，可不蝕刻第二封蓋層圖案140a及間隔件結構160。

可選擇性地蝕刻藉由位元線結構150之間的溝槽暴露的初級導電圖案170的一部分。因此，初級導電圖案170可在第一方向上彼此間隔開，使得可形成初級接觸插塞170a。初級接觸插塞170a中的各者的底部可接觸主動圖案106。

第三開口176可形成於初級接觸插塞170a之間。閘極結構116中的第一封蓋層圖案114的上部表面可由第三開口176的底部暴露。

如圖3中所繪示，藉由以上製程形成的第三開口176的拐角中的各者的側壁可具有圓形形狀。

參考圖14，障壁絕緣層180可保形地形成於第三開口176的表面及第二蝕刻遮罩圖案174的表面上。障壁絕緣層180可藉由沈積製程形成。在實例實施例中，障壁絕緣層180可藉由原子層沈積(atomic layer deposition；ALD)製程或化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)製程來形成。

儘管未繪示，但當第三開口176的拐角中的各者的側壁在平面圖中具有圓形形狀時，障壁絕緣層可在沈積製程期間摺疊於第三開口176的圓角部分處。因此，障壁絕緣層在圓角部分處可具有相對較厚厚度。

障壁絕緣層180可包含能帶間隙高於柵絕緣層的能帶間隙的材料，所述材料完全填充隨後形成的第三開口176。在實例實施例中，障壁絕緣層180可包含能帶間隙高於氮化矽的能帶間隙的材料。舉例而言，障壁絕緣層180可包含氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽、BN或類似者或可由所述氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽、BN或類似者形成。

參考圖15，柵絕緣層182可形成於障壁絕緣層180上以完全填充第三開口176。柵絕緣層182可藉由沈積製程形成。在實例實施例中，柵絕緣層182可藉由ALD製程或CVD製程形成。

柵絕緣層182可包含具有相對於氧化矽的蝕刻選擇性的材料。在實例實施例中，柵絕緣層182可包含氮化矽。在一些實例實施例中，柵絕緣層可包含SiOCN、BN或SiOC或可由SiOCN、BN或SiOC形成，所述SiOCN、BN或SiOC具有低於氮化矽的介電常數的介電常數。

在實例實施例中，當障壁絕緣層180及柵絕緣層182的沈積溫度範圍類似或相同時，可原位形成障壁絕緣層180及柵絕緣層182。舉例而言，當障壁絕緣層180由氮化鋁形成且柵絕緣層182由氮化矽形成時，可原位形成障壁絕緣層180及柵絕緣層182。

在一些實例實施例中，當障壁絕緣層180及柵絕緣層182的沈積溫度範圍不同時，可異位形成障壁絕緣層180及柵絕緣層182。舉例而言，當障壁絕緣層180由氧化鋁或BN形成且柵絕緣層182由氮化矽形成時，可異位形成障壁絕緣層180及柵絕緣層182。

在實例實施例中，在形成柵絕緣層182之前，可進一步執行預清潔製程以控制障壁絕緣層180與柵絕緣層182之間的介面電阻。

在實例實施例中，可在形成障壁絕緣層180之後及/或在形成柵絕緣層182之後進一步執行熱處理製程。可藉由熱處理製程來控制障壁絕緣層180及柵絕緣層182中的各者的蝕刻耐久性及絕緣屬性。

參考圖16及圖17，柵絕緣層182、障壁絕緣層180以及第二蝕刻遮罩圖案174可經平坦化，直至第二封蓋層圖案140a的上部表面可經暴露以在第三開口176中形成柵絕緣結構184。柵絕緣結構184可包含障壁絕緣圖案180a及柵絕緣圖案182a。障壁絕緣圖案180a可完全包圍柵絕緣圖案182a的側壁及底部。障壁絕緣圖案180a可接觸初級接觸插塞170a的外部側壁的一部分。

在第一方向上彼此間隔開的初級接觸插塞170a可藉由柵絕緣結構184而彼此絕緣。

如參考圖14至圖17所描述，可藉由沈積製程形成障壁絕緣圖案180a。

參考圖18，初級接觸插塞170a的上部部分可經蝕刻以形成下部接觸插塞170b。由位元線結構150及柵絕緣結構184界定的開口可形成於下部接觸插塞170b上。

第二上部導電層可形成於下部接觸插塞170b上以填充開口。第二上部導電層可具有高於位元線結構150的上部表面的上部表面。第二上部導電層可包含金屬。舉例而言，金屬可包含鎢。

此後，第二上部導電層的一部分可經蝕刻以在下部接觸插塞170b上形成上部接觸插塞190。上部接觸插塞190的上部部分之間的第四開口亦可藉由第二上部導電層的蝕刻製程形成。

包含下部接觸插塞170b及上部接觸插塞190的堆疊結構可充當接觸插塞結構194。上部絕緣圖案192可經形成以填充第四開口。

在實例實施例中，第二上部導電層可包含金屬矽化物圖案、障壁金屬層以及金屬層。在此情況下，上部接觸插塞190可包含金屬矽化物圖案190a、障壁金屬圖案190b以及金屬圖案190c。

在一些實例實施例中，可蝕刻大部分初級接觸插塞170a，使得開口在第四方向上可具有高於下部接觸插塞170b的高度的高度。在此情況下，包含金屬的上部接觸插塞190可具有高於包含多晶矽的下部接觸插塞170b的高度的高度。

在一些實例實施例中，可蝕刻所有初級接觸插塞170a，且接著第二上部導電層可形成於開口中。在此情況下，舉例而言，接觸插塞結構可包含金屬矽化物圖案、障壁金屬圖案以及金屬圖案。

在一些實例實施例中，可不蝕刻初級接觸插塞170a，使得可形成僅包含多晶矽的接觸插塞結構。

參考圖19，電容器198可形成於上部接觸插塞190上。電容器198可接觸上部接觸插塞190的表面。

電容器198可包含堆疊的下部電極198a、介電層198b以及上部電極198c。

當執行上述製程時，可製造DRAM裝置。

用於製造半導體裝置的方法包含與參考圖4至圖19所描述的彼等製程實質上相同或類似的製程，除用於形成柵絕緣結構的方法除外。因此，可省略其冗餘描述。

參考圖20，可執行與參考圖1至圖13所描述的製程實質上相同或類似的製程。此後，初級障壁絕緣層178可保形地形成於第三開口176的表面及第二蝕刻遮罩圖案174的表面上。初級障壁絕緣層178可藉由沈積製程形成。在實例實施例中，初級障壁絕緣層178可藉由ALD製程或CVD製程形成。

初級障壁絕緣層178可包含氮化矽或可由氮化矽形成。

參考圖21，初級障壁絕緣層178可摻雜有鋁以形成障壁絕緣層178a。在此情況下，障壁絕緣層178a可包含摻鋁氮化矽。摻雜製程可包含離子植入製程。

在一些實例實施例中，初級障壁絕緣層178可經氧化以形成障壁絕緣層178a。在此情況下，障壁絕緣層178a可包含氧化矽或氮氧化矽。氧化製程可包含自由基氧化製程。

在一些實例實施例中，初級障壁絕緣層178可摻雜有鋁，且接著經氧化以形成障壁絕緣層178a。在此情況下，障壁絕緣層178a可為摻鋁氮氧化矽。

如上文所描述，為了形成能帶間隙高於柵絕緣層的能帶間隙的障壁絕緣層178a，可形成具有較薄厚度的氮化矽層。接著，氮化矽層可摻雜有雜質，或可經氧化。

此後，可執行與參考圖15至圖19所描述的製程實質上相同或類似的製程，使得可製造半導體裝置。

用於製造半導體裝置的方法包含與參考圖4至19所描述的彼等製程實質上相同或類似的製程。因此，可省略其冗餘描述。在以下方法中，首先，可形成柵絕緣結構，且接著可形成接觸插塞結構。

參考圖22，首先，可執行與參考圖4至圖8所描述的製程實質上相同或類似的製程。

此後，第三間隔件層161可形成於第二封蓋層圖案140a的上部表面、第二間隔件160b的外壁、下部絕緣圖案162的上部表面、主動圖案106、絕緣圖案104以及第一封蓋層圖案114上。

填充絕緣層200可形成於第三間隔件層161上以填充第三間隔件層161之間的間隙。此後，填充絕緣層200可經平坦化，直至第二封蓋層圖案140a可暴露於填充絕緣層200的上部表面處。填充絕緣層200可包含氧化矽。舉例而言，填充絕緣層200可包含色調矽氮烷(Tone SilaZene；TOSZ)材料。

參考圖23，用於形成柵絕緣圖案的蝕刻遮罩圖案202可形成於填充絕緣層200及第二封蓋層圖案140a上。蝕刻遮罩圖案202可選擇性地暴露用於形成柵絕緣圖案的區。用於形成蝕刻遮罩圖案202的製程可包含光微影製程。

蝕刻遮罩圖案202可具有在第二方向上延伸的線形狀。多個蝕刻遮罩圖案202可在第一方向上配置，且可按規則間距彼此間隔開。蝕刻遮罩圖案202可暴露對應於閘極結構116的部分。

可使用蝕刻遮罩圖案202作為蝕刻遮罩來蝕刻填充絕緣層200以形成第二開口204。在用於形成第二開口204的製程中，可將第三間隔件層161及第一封蓋層圖案114的上部部分部分地蝕刻在一起。

第二開口204可在第四方向上與閘極結構116豎直地交疊。可移除蝕刻遮罩圖案202。

參考圖24，障壁絕緣層206可保形地形成於填充絕緣層200、第二封蓋層圖案140a以及第三間隔件層161上。障壁絕緣層206可沿著第二開口204的表面保形地形成。障壁絕緣層206可藉由沈積製程形成。在實例實施例中，障壁絕緣層206可藉由ALD製程或CVD製程形成。

障壁絕緣層206可包含能帶間隙高於隨後形成的柵絕緣層的能帶間隙的材料。舉例而言，障壁絕緣層206可包含氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽或BN或可由所述氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽或BN形成。

參考圖25，柵絕緣層可形成於障壁絕緣層206上以填充第二開口204。柵絕緣層可包含例如氮化矽或可由氮化矽形成。

此後，柵絕緣層及障壁絕緣層206可經平坦化，直至填充絕緣層200及第二封蓋層圖案140a的上部表面可經暴露以在第二開口204中形成柵絕緣結構210。柵絕緣結構210可包含障壁絕緣圖案206a及柵絕緣圖案208。因此，填充絕緣層200可藉由位元線結構150及柵絕緣結構210而具有隔離圖案形狀。

參考圖26，可移除填充絕緣層200以形成初級接觸孔。此後，可另外蝕刻藉由初級接觸孔暴露的第三間隔件層161及其下的主動圖案106。在蝕刻製程中，可將隔離圖案104的鄰近於主動圖案106的上部部分部分地蝕刻在一起。第三間隔件160c可形成於第二間隔件160b上。

因此，可形成由位元線結構150及柵絕緣結構210隔離的接觸孔212。主動圖案106可藉由接觸孔212的底部暴露。用於移除填充絕緣層200的製程可包含濕式蝕刻製程。

參考圖27，接觸插塞結構194可形成於接觸孔212中。接觸插塞結構194可包含金屬及/或多晶矽或可由金屬及/或多晶矽形成。

舉例而言，可形成導電層以填充接觸孔212，且可移除導電層的上部部分以形成下部接觸插塞170b。下部接觸插塞170b可包含多晶矽或可由多晶矽形成。包含金屬的上部接觸插塞190可形成於下部接觸插塞170b上。舉例而言，上部接觸插塞190可藉由與參考圖18所描述的相同製程形成。

此後，電容器198可形成於接觸插塞結構194的上部表面上。

當執行以上製程時，可製造半導體裝置。

製造半導體裝置的方法包含與參考圖22至圖27所描述的彼等製程實質上相同或類似的製程，使得可省略其冗餘描述。在以下製造方法中，首先，可形成柵絕緣結構，且接著可形成接觸插塞結構。此外，當形成柵絕緣結構時，可在形成柵絕緣圖案之後形成障壁絕緣圖案。

參考圖28，可執行與參考圖4至圖8所描述的製程實質上相同或類似的製程。此後，可執行與參考圖22及圖23所描述的相同製程。

柵絕緣層可形成於填充絕緣層200、第二封蓋層圖案140a以及第三間隔件層161上以完全填充第二開口204。柵絕緣層可包含例如氮化矽或可由氮化矽形成。

此後，柵絕緣層可經平坦化，直至填充絕緣層200及第二封蓋層圖案140a的上部表面可經暴露以在第二開口204中形成柵絕緣圖案208。在此情況下，首先，可在形成障壁絕緣層之前形成柵絕緣圖案208。

填充絕緣層200可藉由位元線結構150及柵絕緣圖案208而具有經隔離圖案形狀。

參考圖29，可移除填充絕緣層200以形成藉由位元線結構150及柵絕緣圖案208隔離的初級接觸孔230。移除填充絕緣層200的製程可包含濕式蝕刻製程。

當執行以上製程時，可暴露柵絕緣圖案208的側壁的一部分。舉例而言，可暴露柵絕緣圖案208的在第一方向上的側壁。柵絕緣圖案208的在第二方向上的側壁可接觸位元線結構150的側壁上的第三間隔件層161。

參考圖30，障壁絕緣層220可保形地形成於柵絕緣圖案208的所暴露側壁及上部表面、初級接觸孔230的表面以及位元線結構150的上部表面上。障壁絕緣層220可藉由沈積製程形成。在實例實施例中，障壁絕緣層220可藉由ALD製程或CVD製程形成。

舉例而言，障壁絕緣層220可包含氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽、BN或類似者或可由所述氮化鋁、氧化矽、氧化鋁、氮氧化鋁、氮氧化矽、BN或類似者形成。

參考圖31，定位於初級接觸孔230的底部上的障壁絕緣層220可藉由異向性蝕刻製程移除。在蝕刻製程中，柵絕緣圖案 208的上部表面上的障壁絕緣層220及位元線結構150的上部表面可一起移除。

因此，障壁絕緣圖案220a可經形成以覆蓋柵絕緣圖案208的側壁的一部分。障壁絕緣圖案220a可經形成以覆蓋柵絕緣圖案208的在第一方向上的側壁。障壁絕緣圖案220a可包圍初級接觸孔230的側壁。

此後，可進一步蝕刻初級接觸孔230的底部上的第三間隔件層161及其下的主動圖案106。在蝕刻製程中，可將隔離圖案104的鄰近於主動圖案106的上部部分部分地蝕刻在一起。因此，可形成由位元線結構150及柵絕緣圖案208隔離的接觸孔230a。

參考圖32，接觸插塞結構194可形成於接觸孔230a中。接觸插塞結構194可包含金屬及/或多晶矽。舉例而言，接觸插塞結構194可藉由執行與參考圖27所描述的相同製程來形成。

此後，電容器198可形成於接觸插塞結構194的上部表面上。

如上文所描述，可製造半導體裝置。半導體裝置可具有與圖1至圖3中所示出的半導體裝置略微不同的結構。舉例而言，半導體裝置中的柵絕緣結構可具有與圖1至圖3中所示出的半導體裝置中的柵絕緣結構不同的結構。在下文中，可簡要地描述半導體裝置中的結構特徵。

圖33為根據實例實施例的半導體裝置的平面圖。圖34為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面圖。

特定言之，圖34繪示接觸插塞結構194、柵絕緣圖案208以及障壁絕緣圖案220a。

參考圖32至圖34，在半導體裝置中，障壁絕緣圖案220a可不覆蓋柵絕緣圖案208的整個側壁。障壁絕緣圖案220a可覆蓋柵絕緣圖案208的在第一方向上的側壁。此外，障壁絕緣圖案220a可不形成於柵絕緣圖案208的下部表面上。

障壁絕緣圖案220a可形成於接觸孔230a的側壁上以用於形成接觸插塞結構194。因此，障壁絕緣圖案220a可包圍接觸插塞結構194。

製造半導體裝置的方法包含與參考圖28至圖32所描述的彼等製程實質上相同或類似的製程，使得可省略其冗餘描述。在以下製造方法中，首先，可形成柵絕緣結構，且接著可形成接觸插塞結構。此外，當形成柵絕緣結構時，可在形成柵絕緣圖案之後形成障壁絕緣圖案。

參考圖35，可執行與參考圖28及圖29所描述的製程實質上相同或類似的製程。

此後，鋁可摻雜於柵絕緣圖案208的經暴露側壁及上部表面上。因此，障壁絕緣層222可形成於柵絕緣圖案208的側壁及上部表面上。在此情況下，障壁絕緣層222可為摻鋁氮化矽。

由於鋁亦摻雜於初級接觸孔230的內部表面上，因此障壁絕緣層222亦可形成於初級接觸孔230的內部表面上。舉例而言，障壁絕緣層222亦可形成於藉由初級接觸孔230暴露的第三間隔件層161的表面上。在一些實例實施例中，障壁絕緣層222可取決於第三間隔件層161的材料而不形成於第三間隔件層161的表面上。

在一些實例實施例中，障壁絕緣層222可藉由氧化柵絕緣圖案208的經暴露側壁及上部表面而形成。在此情況下，障壁絕緣層222可為氧化矽。在氧化製程中，亦可部分地氧化由初級接觸孔230暴露的第三間隔件層161的表面。因此，障壁絕緣層222亦可形成於第三間隔件層161的表面上。

在一些實例實施例中，柵絕緣圖案208的經暴露側壁及上部表面可摻雜有鋁，且接著經氧化以形成障壁絕緣層222。在此情況下，障壁絕緣層222可包含摻鋁氮氧化矽。

因此，在形成柵絕緣圖案208之後，障壁絕緣層222可藉由摻雜雜質或對柵絕緣圖案208的經暴露表面執行氧化製程而形成。

參考圖36，定位於初級接觸孔230的底部上的障壁絕緣層222可藉由異向性蝕刻製程移除。在蝕刻製程中，柵絕緣圖案208的上部表面上的障壁絕緣層222及位元線結構150的上部表面可一起移除。

因此，障壁絕緣圖案220a可經形成以覆蓋柵絕緣圖案208的側壁的一部分。障壁絕緣圖案220a可覆蓋柵絕緣圖案208的在第一方向上的側壁。在實例實施例中，障壁絕緣圖案220a可包圍初級接觸孔230的側壁。

此後，亦可部分蝕刻初級接觸孔230中的第三間隔件層161及絕緣圖案104的鄰近於主動圖案106的上部部分。因此，可形成由位元線結構150及柵絕緣圖案208隔離的接觸孔230a。

在藉由以上製程形成的半導體裝置中，包含於柵絕緣結構中的障壁絕緣圖案可覆蓋柵絕緣圖案的在第一方向上的側壁。障壁絕緣圖案可不形成於柵絕緣圖案的下部表面上。

此後，可執行參考圖32所描述的相同製程，使得可製造半導體裝置。

半導體裝置中的柵絕緣結構可具有包含障壁絕緣圖案及柵絕緣圖案的各種堆疊結構。在下文中，可描述柵絕緣結構的結構的實例。

圖37為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面視圖。圖38為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。

參考圖37及圖38，柵絕緣結構300可包含第一障壁絕緣圖案302a、柵絕緣圖案304以及第二障壁絕緣圖案302b。第一障壁絕緣圖案302a及柵絕緣圖案304可保形地形成於位元線結構150與接觸插塞結構194之間的開口的表面上。第二障壁絕緣圖案302b可填充開口。

圖39為根據實例實施例的半導體裝置的一部分的放大平面視圖。圖40為根據實例實施例的半導體裝置的橫截面視圖。

參考圖39及圖40，柵絕緣結構300a可包含第一柵絕緣圖案304a、障壁絕緣圖案302以及第二柵絕緣圖案304b。第一柵絕緣圖案304a及障壁絕緣圖案302可保形地形成於位元線結構150與接觸插塞結構194之間的開口的表面上。第二柵絕緣圖案304b可填充開口。

在圖41中，參考標號10指示電子的能量位準，且參考標號12指示孔的能量位準。

在圖41中，不同電壓可分別施加至鄰近接觸結構。舉例而言，當不同資料寫入至包含接觸結構的各DRAM單元時，不同電壓可施加至接觸結構中的各者。

在圖41中，接觸插塞結構194/柵絕緣結構184/接觸插塞結構194可在第一方向上安置。在第一方向上所截取的橫截面視圖中，可依序安置接觸插塞結構194、障壁絕緣圖案180a、柵絕緣圖案182a、障壁絕緣圖案180a以及接觸插塞結構194。

參考圖41，可極大地增加障壁絕緣圖案180a中的孔的能量位準的能帶間隙。此外，障壁絕緣圖案180a中的電子的能量位準的能帶間隙亦可增大。

當障壁絕緣圖案180a形成時，接觸插塞結構之間的電子穿隧及孔穿隧可減少。特定言之，可減少孔的穿隧。因此，可減少由於電子及孔穿隧穿過柵絕緣結構184而在接觸插塞結構194之間產生漏電流的缺陷。

如上文所描述，在半導體裝置中，接觸插塞結構之間的漏電流可減少。因此，半導體裝置可具有極佳電特性。

前述內容示出實例實施例，且不解釋為對其的限制。儘管已描述幾個實例實施例，但所屬領域中具通常知識者將易於瞭解，在不實質上背離本發明概念的新穎教示內容及優點的情況下，許多修改在實例實施例中為可能的。因此，所有此類修改意欲包含於如申請專利範圍中所限定的本發明概念的範疇內。在申請專利範圍中，手段加功能條款(means-plus-function clause)意欲涵蓋在本文中描述為執行所述功能的結構，且不僅涵蓋結構等效物且亦涵蓋等效結構。因此，應理解，前述內容說明各種實例實施例且不應解釋為限於所揭示的特定實例實施例，且對所揭示實例實施例以及其他實例實施例的修改意欲包含在所附申請專利範圍的範疇內。