本公开的实施例涉及通孔结构及其制造方法。
互连件广泛用于将半导体器件的元件电连接成功能整体。半导体器件可以具有位于不同层级的互连，以适应器件组件的布局。不同层级的互连通常通过通孔连接。通孔及这些通孔布线的制造在半导体制造中可能是工艺密集且成本敏感的。
在20世纪90年代引入半导体制造中的双镶嵌结构可以通过在相同的沉积工艺中形成通孔和布线来简化通孔和布线的形成。在双镶嵌结构中，布线经常在通孔上方并连接到通孔。通孔和布线通常具有不同的横向尺寸。
技术实现要素：
本文公开了孔结构和制造孔结构的制造方法的实施例。
在一个示例中，一种用于在半导体器件中形成孔结构的方法包括在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模，以及去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的部分。第一蚀刻掩模可以具有第一掩模开口，第一掩模开口具有第一横向尺寸。该方法还可以包括由第一蚀刻掩模形成第二蚀刻掩模。第二蚀刻掩模可以具有第二掩模开口，第二掩模开口具有大于第一横向尺寸的第二横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第二蚀刻掩模暴露的另一部分以形成孔结构，所述孔结构具有第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。
在另一示例中，一种用于在半导体器件的堆叠结构中形成孔结构的方法包括确定硬掩模层，所述孔结构具有第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。硬掩模层的抗蚀刻率可以与第一孔部分的第一横向尺寸和第二孔部分的第二横向尺寸之间的差成反比，并且第一横向尺寸可以小于第二横向尺寸。该方法还可以包括在堆叠结构上方形成硬掩模层，以及图案化硬掩模层以形成具有第一掩模开口的第一图案化硬掩模层。第一掩模开口可具有第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中由第一图案化硬掩模层暴露的部分以在堆叠结构中形成初始孔结构，以及图案化第一图案化硬掩模层以形成具有第二掩模开口的第二图案化掩模层。第二掩模开口可以具有第二横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第二图案化硬掩模层暴露的另一部分以形成孔结构。
在又一个示例中，一种用于在半导体器件中形成孔结构的方法包括在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模，所述孔结构具有第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。第一蚀刻掩模可以具有第一掩模开口，第一掩模开口具有第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第一蚀刻掩模暴露的部分，以形成具有初始深度和第一横向尺寸的初始孔结构。初始深度可以等于或大于第一孔部分的深度。该方法还可以包括图案化第一蚀刻掩模以形成第二蚀刻掩模。可以图案化第一掩模开口以形成具有第二横向尺寸的第二掩模开口，第二横向尺寸大于第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第二蚀刻掩模暴露的另一部分，以形成具有第一横向尺寸的第一初始孔部分和具有第二横向尺寸的第二初始孔部分，所述第二初始孔部分在第一初始孔部分上方并且连接到第一初始孔部分。该方法还可以包括对第一和第二初始孔部分执行时间控制蚀刻和/或光谱端点控制蚀刻，直到第一初始孔部分的底表面到达堆叠结构的蚀刻停止层，并且第一初始化孔部分和第二初始孔部分各自到达第一孔部分和第二孔部分的相应深度。第一初始孔部分和第二初始孔部分可分别形成第一孔部分和第二孔部分。
附图说明
并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。
图1-5示出了根据本公开的一些实施例的在示例性制造工艺的各个阶段的示例性堆叠结构的截面图。
图6示出了根据本公开的一些实施例的用于形成孔结构的示例性工艺的流程图。
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于形成孔结构的另一示例性工艺的流程图。
图8示出了根据本公开的一些实施例的用于形成孔结构的又一示例性工艺的流程图。
将参考附图来描述本公开的实施例。
具体实施方式
尽管对具体配置和布置进行了讨论，但应当理解，这只是出于示例性目的而进行的。相关领域中的技术人员将认识到，可以使用其它配置和布置而不脱离本公开的精神和范围。对相关领域的技术人员显而易见的是，本公开还可以用于多种其它应用中。
要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一个实施例。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”或“所述”的术语可以被理解为传达单数使用或传达复数使用。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
应当容易理解，本公开中的“在…上”、“在…之上”和“在…上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在…上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在…之上”或“在…上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层(即，直接在某物上)的含义。
此外，诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向(旋转90度或在其它取向)，并且本文中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。
如本文中使用的，术语“衬底”是指向其上增加后续材料的材料。可以对衬底自身进行图案化。增加在衬底的顶部上的材料可以被图案化或可以保持不被图案化。此外，衬底可以包括宽范围的半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。替代地，衬底可以由诸如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆的非导电材料制成。
如本文中使用的，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构的厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可以位于在连续结构的顶表面和底表面之间或在顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以横向、竖直和/或沿倾斜表面延伸。衬底可以是层，其中可以包括一个或多个层，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一个或多个层。层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和接触层(其中形成互连线和/或通孔触点)和一个或多个电介质层。
如本文使用的，术语“标称/标称地”是指在生产或过程的设计阶段期间设置的针对部件或过程操作的特性或参数的期望或目标值，以及高于和/或低于期望值的值的范围。值的范围可能是由于制造过程或容限中的轻微变化导致的。如本文使用的，术语“大约”指示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定技术节点，术语“大约”可以指示给定量的值，其例如在值的10％-30％(例如，值的±10％、±20％或±30％)内变化。
如本文所用，x轴和y轴(垂直于x-z平面)水平延伸并形成水平面。水平面基本平行于衬底的顶表面。如这里所使用的，z轴垂直延伸，即沿垂直于水平面的方向延伸。术语“x轴”和“y轴”可以与“横向”、“水平方向”等互换使用，术语“x-y平面”可以与“水平面”等互换使用，并且术语“z轴”可以与“垂直方向”等互换使用。
在半导体器件中，可以在衬底上方形成多层级导电层，作为不同层级/高度的部件之间的互连。随着半导体器件的尺寸保持收缩，导电层也按比例缩小以适应尺寸减小的部件之间的连接。双镶嵌结构通常用于连接以紧凑的器件布局布置的部件(例如，由薄膜分开的部件)。在双镶嵌结构中，不是分别形成通孔及其对应的布线，而是通过将导电材料填充到通路孔和在通路孔上方并连接到通路孔的布线孔中来同时形成通孔和通孔的布线，从而减少制造步骤。
然而，双镶嵌结构的形成通常需要至少两个光刻工艺来形成通路孔和布线孔，例如，当双镶嵌结构的底表面和顶表面的关键尺寸(例如，最小特征尺寸或横向尺寸)之间的差异足够大时。两个光刻工艺可能是昂贵且耗时的。
根据本公开的各种实施例提供了在任何合适的半导体器件中使用的双镶嵌结构的孔结构的结构和制造方法，从而解决了与冗长且昂贵的制造工艺相关联的上述问题。根据本公开，孔结构的形成采用单个光刻工艺，从而减少了形成双镶嵌结构的时间和成本。可以执行单个光刻工艺以形成第一蚀刻掩模，其限定双镶嵌结构的较小临界尺寸(例如，通路孔的尺寸)。可以采用各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺来扩大第一蚀刻掩模的图案特征并形成第二蚀刻掩模。然后可以使用第二蚀刻掩模来限定双镶嵌结构的较大临界尺寸(例如，布线孔的尺寸)。在本公开中仅采用一次光刻来形成双镶嵌结构的通路孔和布线孔，从而降低了制造工艺的时间和成本。
本公开中提供的方法可用于在任何合适的结构(例如3d存储器件或其中形成导电连接的其他半导体器件)中形成孔结构。该方法还可用于形成具有连接在一起的多于两个部分的通孔结构，其中每个部分的横向尺寸沿z轴向上增加。在描述中，术语“横向尺寸”表示在制造工艺中形成的任何合适的尺寸，例如临界尺寸。在描述中，术语“孔结构”广泛地包括由所公开的方法形成的任何合适类型的开口(例如，狭缝或沟槽)。孔结构可具有由相应的应用确定的任何合适的形状和/或尺寸。孔结构的具体形状、尺寸、材料和应用不应受本公开实施例的限制。
图1-5各自示出了根据一些实施例的在制造工艺的不同阶段的具有孔结构的堆叠结构的截面图。图6-8各自示出了根据一些实施例的形成图1-5中所示的孔结构的工艺流程(例如，600、700和800)。孔结构可以具有第一孔部分和在第一孔部分上方并连接到第一孔部分的第二孔部分。第一孔部分可以具有第一横向尺寸，并且第二孔部分可以具有第二横向尺寸，该第二横向尺寸大于第一横向尺寸。
参考图6，在制造工艺开始时，在堆叠结构上方形成掩模层(操作602)。图1示出了对应的结构100。
如图1所示，掩模层104可以形成在堆叠结构106上方，堆叠结构106形成在衬底102上方。掩模层104可以包括一个或多个软/硬掩模层，用于随后形成蚀刻掩模。堆叠结构106可以是单层结构或多层结构，其中随后可以形成双镶嵌结构。衬底102可包括其上形成堆叠结构106的任何结构/材料。例如，衬底102可以包括晶片，并且可以由硅(例如，单晶硅)、硅锗(sige)、砷化镓(gaas)、锗(ge)、绝缘体上硅(soi)、玻璃、塑料、复合材料和/或任何其他合适的材料构成。在一些实施例中，衬底102包括半导体晶片。
堆叠结构106可表示在其内形成双镶嵌结构的任何结构，并且可包括一层或多层。取决于不同的应用，双镶嵌结构的底表面可以在堆叠结构106中的任何期望深度处(例如，在衬底102上方)，并且堆叠结构106可以包括各种类型和布置的层。在一些实施例中，堆叠结构106包括位于堆叠结构106的底部的蚀刻停止层106-1。蚀刻停止层106-1可以在形成孔结构期间停止堆叠结构106的蚀刻。蚀刻停止层106-1可以包括抗蚀材料，例如铜(cu)、铬(cr)、钨(w)、钴(co)、铝(al)、多晶硅和/或钛(ti)。堆叠结构106还可以包括在蚀刻停止层106-1上方的一个或多个层。在一些实施例中，堆叠结构106包括多个电介质材料层，其可以使双镶嵌结构与堆叠结构106的其他部分绝缘。例如，堆叠结构106包括在蚀刻停止层106-1上方的氮化硅层106-2、氮化硅层106-2上方的氧化硅层106-4、氧化硅层106-4上方的氮化硅层106-6、以及氮化硅层106-6上方的氧化硅层106-8。
掩模层104可以是单层结构或多层结构，其随后限定孔结构的图案和尺寸。掩模层104可以包括在堆叠结构106上方的软掩模层104-4。在一些实施例中，掩模层104还包括在软掩模层104-4和堆叠结构106之间的硬掩模层104-2。软掩模层104-4可以被图案化以限定堆叠结构106中的孔结构的图案和/或硬掩模层104-2的图案。可以采用硬掩模层104-2作为所需抗蚀刻率的蚀刻掩模，以改善孔结构的蚀刻均匀性。在一些实施例中，软掩模层104-4包括光刻胶层。
软掩模层104-4可具有足够的厚度(例如，沿z轴或垂直方向)以维持堆叠结构106的蚀刻。在一些实施例中，掩模层104不包括硬掩模层104-2，并且图案化软掩模层104-4，以形成用于形成孔结构的第一和第二孔部分的蚀刻掩模。软掩模层104-4可以足够厚以维持蚀刻以形成第一和第二孔部分。在一些实施例中，掩模层104包括硬掩模层104-2。然后，软掩模层104-4可以足够厚以维持蚀刻，直到形成至少第二图案化硬掩模。
硬掩模层104-2可具有足够的厚度和抗蚀刻率，以确保孔结构的横向尺寸在堆叠结构106中或在堆叠结构106的不同位置处具有期望的均匀性。软掩模层104-4的抗蚀刻率可以低于硬掩模层104-2的抗蚀刻率。在一些实施例中，硬掩模层104-2可具有与孔结构的第一和第二横向尺寸之间的差成反比的抗蚀刻率。在一些实施例中，硬掩模层104-2包括含碳材料，其碳含量与硬掩模层104-2的抗蚀刻率成比例地关联。在一些实施例中，较高的碳含量与较高的抗蚀刻率相关联。作为示例，当第一横向尺寸是第二横向尺寸的x1％时，硬掩模层104-2的碳含量可以是y1；当第一横向尺寸为第二横向尺寸的x2％(x1<x2)时，硬掩模层104-2的碳含量可以为y2(y2<y1)。在一些实施例中，硬掩模层104-2足够厚以维持蚀刻以形成整个孔结构(例如，第一和第二孔部分)。在一些实施例中，硬掩模层104-2包括旋涂碳层、无定形碳层和碳化合物层中的一个或多个。在一些实施例中，硬掩模层104-2可以包括其他合适的材料，其抗蚀刻率可以基于孔结构的尺寸来调节，例如，第一和第二孔部分的尺寸之间的差异。在一些实施例中，还可以在软掩模层104-4和堆叠结构106之间形成其他合适的层以用于各种目的，例如减少光反射，改善掩模强度等。例如，可以在软掩模层104-4和堆叠结构106之间形成抗反射层、氮化硅层和/或氮氧化硅层。硬掩模层104-2的材料的具体选择应该是基于诸如孔结构的尺寸、制造条件和堆叠结构106的材料等因素来确定，并且不应限于本公开的实施例。
参照图6，在形成掩模层之后，在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模，第一蚀刻掩模具有第一掩模开口，第一掩模开口具有第一横向尺寸(操作604)。图2示出了对应的结构200。
如图2所示，可以在堆叠结构106上方形成第一蚀刻掩模204。可以形成第一掩模开口202，其延伸穿过第一蚀刻掩模204以暴露堆叠结构106的一部分。第一掩模开口202的位置可以对应于孔结构的第一孔部分的位置。第一掩模开口202的横向尺寸d1可以标称上与第一孔部分的横向尺寸相同。
在一些实施例中，第一蚀刻掩模204包括图案化的光刻胶层的第一图案化软掩模层204-4，并且通过光刻工艺形成。可以在掩模层104上方施加印刷有图案以形成第一掩模开口202的光刻掩模208(例如，具有印刷在石英上的铬图案)。在一些实施例中，软掩模层104-4包括正性光刻胶。掩模层104中要保留的部分可以被光刻掩模208的阴影区域(例如，印刷有铬的石英)覆盖，并且掩模层104中的用于形成第一掩模开口202的部分可以被光刻掩模208的透明区域(例如，石英)覆盖。在一些实施例中，紫外光(由箭头指示)可以入射在掩模层104上以进行曝光。在曝光之后，可以显影掩模层104以去除掩模层104中由光刻掩模208暴露的部分以形成第一掩模开口202。在一些实施例中，第一掩模开口202沿着x轴的横向尺寸(例如，宽度或直径)近似为d1，其标称上与孔结构的第一孔部分的第一横向尺寸相同。
在一些实施例中，第一蚀刻掩模204还包括第一图案化硬掩模层204-2，其包括含碳材料。可以使用第一图案化软掩模层204-4作为蚀刻掩模，通过合适的蚀刻工艺来形成第一图案化硬掩模层204-2。在一些实施例中，第一图案化软掩模层204-4可以暴露硬掩模层104-2中要被去除以形成第一掩模开口202的部分。可以执行合适的各向异性蚀刻工艺，例如，干法蚀刻(电感耦合等离子体(icp)蚀刻和/或反应离子蚀刻(rie))，以去除硬掩模层104-2的部分以形成第一图案化硬掩模层204-2。可以相应地形成第一掩模开口202，其包括第一图案化软掩模层204-4中的一部分和第一图案化硬掩模层204-2中的另一部分。
返回参考图6，在形成第一蚀刻掩模之后，去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的部分以形成初始孔结构(操作606)。图3示出了对应的结构300。
如图3所示，可以去除堆叠结构106中由第一蚀刻掩模204暴露的部分以形成初始孔结构302和堆叠结构306。堆叠结构306可以包括由初始孔结构302的形成而导致的蚀刻层(例如，306-4、306-6和306-8)。初始孔结构302可以在堆叠结构306中延伸(例如，延伸穿过一层或多层)，并且初始孔结构302的底表面可以在堆叠结构306中处于任何合适的位置。在一些实施例中，初始孔结构302的底表面可以在蚀刻停止层106-1上方。在一些实施例中，初始孔结构302的初始深度t可以等于或大于第一孔部分的深度。可以使用第一蚀刻掩模204作为蚀刻掩模来执行合适的各向异性蚀刻工艺，例如干法蚀刻(icp蚀刻和/或rie)，以去除堆叠结构106的部分并形成初始孔结构302。可以控制蚀刻工艺的蚀刻时间，从而可以获得所需的初始深度t。在一些实施例中，在形成初始孔结构302之后的第一图案化软掩模层204-4可以足够厚以形成第二图案化硬掩模(下面描述)。
返回参考图6，在形成初始孔结构之后，由第一蚀刻掩模形成第二蚀刻掩模，第二蚀刻掩模具有第二掩模开口，第二掩模开口具有大于第一横向尺寸的第二横向尺寸(操作608)。图4示出了对应的结构400。
如图4所示，第二蚀刻掩模404可以由第一蚀刻掩模204形成。第二蚀刻掩模404可以包括第二掩模开口402，第二掩模开口402具有大约第二横向尺寸d2的横向尺寸。第二掩模开口402可以延伸穿过第二蚀刻掩模404并且暴露下面的结构/层(例如，初始孔结构302和围绕初始孔结构302的堆叠结构306的一部分，或第一图案化硬掩模层204-2)。可以通过横向或水平地扩大第一掩模开口202(例如，具有第一横向尺寸d1)以形成第二掩模开口402(例如，具有第二横向尺寸d2)来形成第二掩模开口402。在一些实施例中，通过横向和/或垂直地去除第二蚀刻掩模404的部分的各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺来形成第二图案化软掩模层404-4。通过在第二掩模开口402中沿横向指向的箭头示出第二图案化软掩模层404-4中所去除的部分。
第二蚀刻掩模404可以包括第二图案化软掩模层404-4。在一些实施例中，第二图案化软掩模层404-4包括通过氧等离子体蚀刻工艺形成的图案化光刻胶层，氧等离子体蚀刻工艺横向和垂直地去除第一图案化软掩模层204-4的部分以形成第二图案化软掩模层404-4。在氧等离子体蚀刻工艺中，可以使用氧气来轰击第一图案化软掩模层204-4并与之反应(例如，氧化)。第一图案化软掩模层204-4的光刻胶可以被分解成挥发性和/或小分子，然后通过放置的真空/泵送系统结构300将其去除。氧等离子体蚀刻工艺可以沿各种不同的方向蚀刻/修整第一图案化软掩模层204-4。因此，第一掩模开口202可以横向扩大，直到形成具有第二横向尺寸d2的第二掩模开口402。在一些实施例中，控制氧等离子体蚀刻工艺的时间，使得当第一掩模开口202扩大到第二掩模开口402时，第一图案化软掩模层204-4的蚀刻可以停止。在一些实施例中，第二掩模开口402的侧壁可以是垂直的(例如，沿z轴标称上是直的)并且可以使用氧等离子体蚀刻工艺而具有很少或没有底切。在一些实施例中，第二掩模开口402具有锥形截面形状，例如，第二掩模开口402的横向宽度沿z轴从顶部到底部逐渐减小。在一些实施例中，第二图案化软掩模层404-4用作用于形成第二图案化硬掩模层的蚀刻掩模，并且具有足够的厚度(例如，沿z轴)以维持随后的蚀刻工艺，直到形成第二图案化的硬掩模层。
在一些实施例中，第二蚀刻掩模404包括第二图案化硬掩模层404-2。可以通过使用第二图案化软掩模层404-4作为蚀刻掩模、利用诸如干法蚀刻(例如，icp蚀刻和/或rie)的合适蚀刻工艺去除第一图案化硬掩模层204-2的部分，来形成第二图案化硬掩模层404-2。然后，第二图案化硬掩模层404-2可以暴露出初始孔结构302和围绕初始孔结构302的堆叠结构306的一部分。在一些实施例中，第二图案化硬掩模层404-2用作用于形成孔结构的蚀刻掩模，并具有足够的厚度(例如，沿z轴)以维持随后的蚀刻工艺，直到形成孔结构。
返回参考图6，在形成第二蚀刻掩模之后，去除堆叠结构中由第二蚀刻掩模暴露的另一部分以形成孔结构，该孔结构具有第一孔部分和在第一孔部分上方并连接到第一孔部分的第二孔部分(操作610)。图5示出了对应的结构500。
如图5所示，去除堆叠结构306中由第二蚀刻掩模404暴露的另一部分以形成孔结构502，该孔结构502具有第一孔部分502-1和在第一孔部分502-1上方并连接到第一孔部分502-1的第二孔部分502-2。堆叠结构306的其他部分的去除可以形成堆叠结构506，其中孔结构502在其一个或多个蚀刻层(例如，506-2、506-4、506-6和506-8)中延伸。第一孔部分502-1可具有第一横向尺寸d1和第一深度t1，第二孔部分502-2可具有第二横向尺寸d2和第二深度t2。在一些实施例中，孔结构502可以延伸穿过层506-2、506-4、506-6和506-8，并且第一孔部分的底表面可以与蚀刻停止层106-1接触。第一深度t1可以小于或等于初始孔结构302的初始深度t。
可以通过使用第二蚀刻掩模404作为蚀刻掩模蚀刻堆叠结构306来形成孔结构502，以由初始孔结构302形成第一初始孔部分和在第一初始孔部分上方并连接至第一初始孔部分的第二初始孔部分。第一初始孔部分可以具有第一横向尺寸d1，第二初始孔部分可以具有第二横向尺寸d2。当堆叠结构306被蚀刻时，第一初始孔部分的底表面502-10继续向下移动直到到达蚀刻停止层106-1。同时，随着蚀刻工艺的继续，第二初始孔部分502-2的底表面502-20也可以向下移动。可以控制蚀刻工艺的时间，使得第二初始孔部分502-2的底表面502-20可以停止在期望的位置，从而第二初始孔部分的深度(例如，堆叠结构506的顶表面和第二初始孔部分的底表面502-20之间的垂直距离)可以达到t2，并且第一初始孔部分的深度(例如，第二初始孔部分的底表面502-20与第一初始孔部分的底表面502-10之间的垂直距离)可以达到t1。因此，第一初始孔部分可以形成第一孔部分502-1，第二初始孔部分可以形成第二孔部分502-2。在一些实施例中，可以执行诸如干法蚀刻(例如，icp蚀刻和/或rie)的各向异性蚀刻工艺以形成孔结构502。
在一些实施例中，第一孔部分502-1的底表面可以在蚀刻停止层106-1上方(例如，不与其接触)。第一孔部分502-1的深度t1可以标称上等于初始孔结构302的初始深度t。第二孔部分502-2的深度t2可以通过控制堆叠结构306的蚀刻时间来确定。在一些实施例中，堆叠结构106可以不包括蚀刻停止层106-1，并且可以通过控制堆叠结构306的蚀刻时间来确定第一和第二孔部分502-1和502-2的深度。初始孔结构302的特定深度、第一孔部分502-1和第二孔部分502-2应基于待形成的双镶嵌结构的不同应用/最终结构来确定，并且不应受本公开的实施例的限制。
在一些实施例中，去除第二蚀刻掩模404并且将导电材料(其包括但不限于钨(w)、钴(co)、铜(cu)、铝(al)、多晶硅(多晶硅体)、掺杂的硅、硅化物或其任何组合)沉积到孔结构502中以形成双镶嵌结构。
本公开的实施例还提供了形成孔结构的另一方法700，如图7所示。孔结构(例如，502)可具有第一孔部分(例如，502-1)以及第二孔部分(例如，502-2)，第一孔部分具有第一横向尺寸(例如，d1)和第一深度(例如，t1)，第二孔部分具有第二横向尺寸(例如，d2)和第二深度(例如，t2)。第二孔部分可以在第一孔部分上方并连接到第一孔部分。
在操作702，可以确定硬掩模层(例如，104-2)。硬掩模层可以具有与第一横向尺寸和第二横向尺寸之间的差成反比的抗蚀刻率。在一些实施例中，确定硬掩模层包括含碳材料，其中碳含量与硬掩模层的抗蚀刻率成比例地相关联。在操作704，可以在堆叠结构(例如，106)上方形成硬掩模层。在操作706，可以图案化硬掩模层以形成具有第一掩模开口(例如，202)的第一图案化硬掩模层(例如，204-2)。第一掩模开口可以具有第一横向尺寸(例如，d1)。在一些实施例中，通过使用第一图案化软掩模层(例如，204-4)作为蚀刻掩模蚀刻硬掩模层来图案化硬掩模层。在操作708，可以去除堆叠结构中由第一图案化硬掩模层暴露的部分，以在堆叠结构中形成初始孔结构(例如，302)。在操作710，可以图案化第一图案化硬掩模层以形成具有第二掩模开口(例如，402)的第二图案化掩模层(例如，404-2)，该第二掩模开口具有第二横向尺寸(例如，d2)。在一些实施例中，通过使用第二图案化软掩模层作为蚀刻掩模蚀刻第一图案化硬掩模层来图案化第一图案化硬掩模层。通过在第一图案化软掩模层上执行各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺以扩大第一掩模开口(例如，横向地)并形成第二掩模开口，来由第一图案化软掩模层形成第二图案化软掩模层。在操作712中，可以去除堆叠结构中由第二图案化硬掩模层暴露的另一部分以形成孔结构(例如，502)。在一些实施例中，使用第二图案化硬掩模层作为蚀刻掩模，通过各向异性蚀刻工艺来去除堆叠结构中由第二图案化硬掩模层暴露的部分。可以控制堆叠结构的蚀刻时间，使得孔结构的第一和第二部分(例如，502-1和502-2)可以具有期望的深度(例如，t1和t2)。
本公开的实施例还提供了用于形成孔结构的另一方法800，如图8所示。孔结构(例如，502)可具有第一孔部分(例如，502-1)以及第二孔部分(例如，502-2)，第一孔部分具有第一横向尺寸(例如，d1)和第一深度(例如，t1)，第二孔部分具有第二横向尺寸(例如，d2)和第二深度(例如，t2)。第二横向尺寸可以大于第一横向尺寸。第二孔部分可以在第一孔部分上方并连接到第一孔部分。
在操作802，可以在堆叠结构(例如，106)上方形成第一蚀刻掩模(例如，204)，第一蚀刻掩模具有拥有第一横向尺寸(例如，d1)的第一掩模开口(202)。在操作804，可以去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的一部分，以形成具有初始深度(例如，t)和第一横向尺寸的初始孔结构(例如，302)。初始孔结构的初始深度可以等于或大于第一深度(例如，t1)。在操作806，可以图案化第一蚀刻掩模以形成第二蚀刻掩模(例如，404)。可以图案化第一掩模开口以形成具有第二横向尺寸(例如，d2)的第二掩模开口(例如，402)。在一些实施例中，第一蚀刻掩模的图案化包括执行各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺以扩大第一掩模开口(例如，横向)并形成第二掩模开口。可以控制蚀刻时间，使得第二掩模开口可以由第一掩模开口形成。在操作808，可以去除堆叠结构中由第二蚀刻掩模暴露的另一部分，以形成具有第一横向尺寸的第一初始孔部分和具有第二横向尺寸的第二初始孔部分。第二初始孔部分可以在第一初始孔部分上方并连接到第一初始孔部分。在操作810，可以对第一和第二初始孔部分执行时间控制的蚀刻工艺和/或光谱端点控制的蚀刻工艺(例如，通过光学发射光谱检测到停止点的蚀刻工艺)，直到第一初始孔部分的底表面(例如，502-10)到达堆叠结构的蚀刻停止层(例如，106-1)，并且第一和第二初始孔部分各自均到达第一和第二孔部分(例如，502-1和502-2)的相应深度(例如，t1和t2)。然后，第一初始孔部分和第二初始孔部分可分别形成孔结构的第一和第二孔部分。
在一些实施例中，一种用于在半导体器件中形成孔结构的方法包括在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模，以及去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的部分。第一蚀刻掩模可以具有第一掩模开口，第一掩模开口具有第一横向尺寸。该方法还可以包括由第一蚀刻掩模形成第二蚀刻掩模。第二蚀刻掩模可以具有第二掩模开口，第二掩模开口具有大于第一横向尺寸的第二横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中由第二蚀刻掩模暴露的另一部分以形成孔结构，该孔结构具有第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。
在一些实施例中，去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的部分包括使用第一蚀刻掩模作为相应的蚀刻掩模来蚀刻堆叠结构，以形成在堆叠结构中延伸的初始孔结构。
在一些实施例中，去除堆叠结构中由第二蚀刻掩模暴露的另一部分包括使用第二蚀刻掩模作为相应掩模来蚀刻堆叠结构，以由初始孔结构形成第一初始孔部分和连接到第一初始孔部分并在第一初始孔部分上方的第二初始化孔部分。
在一些实施例中，去除堆叠结构中由第二蚀刻掩模暴露的另一部分还包括蚀刻堆叠结构，直到第一初始孔部分的底表面到达堆叠结构的蚀刻停止层并且第二初始孔部分的深度到达第二孔部分的深度。第一初始孔部分可以形成第一孔部分，并且第二初始孔部分可以形成第二孔部分。
在一些实施例中，去除堆叠结构的部分和去除堆叠结构的另一部分各自均包括各向异性蚀刻工艺。
在一些实施例中，各向异性蚀刻工艺包括干法蚀刻。
在一些实施例中，由第一蚀刻掩模形成第二蚀刻掩模包括执行各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺以将第一横向尺寸增加到第二横向尺寸。
在一些实施例中，在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模包括在堆叠结构上方形成光刻胶层并图案化光刻胶层以形成第一蚀刻掩模。在一些实施例中，执行图案化工艺(例如，各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺)包括对第一蚀刻掩模执行氧等离子体蚀刻工艺。
在一些实施例中，在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模还包括在光刻胶层和堆叠结构之间形成硬掩模层，图案化光刻胶层以形成第一图案化光刻胶层，以及去除硬掩模层中由第一图案化光刻胶层暴露的部分，以形成第一图案化硬掩模层。在一些实施例中，由第一蚀刻掩模形成第二蚀刻掩模还包括图案化第一图案化光刻胶层以形成第二图案化光刻胶层，以及去除第一图案化硬掩模层中由第二图案化光刻胶层暴露的部分以形成第二图案化硬掩模层。
在一些实施例中，形成第一蚀刻掩模和形成第二蚀刻掩模包括使用单个光刻工艺图案化光刻胶层。
在一些实施例中，形成第二蚀刻掩模不包括光刻工艺。
在一些实施例中，一种用于在半导体器件的堆叠结构中形成孔结构的方法包括确定硬掩模层，所述孔结构具有第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。硬掩模层的抗蚀刻率可以与第一孔部分的第一横向尺寸和第二孔部分的第二横向尺寸之间的差成反比，并且第一横向尺寸可以小于第二横向尺寸。该方法还可以包括在堆叠结构上方形成硬掩模层，以及图案化硬掩模层以形成具有第一掩模开口的第一图案化硬掩模层。第一掩模开口可具有第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第一图案化硬掩模层暴露的部分以在堆叠结构中形成初始孔结构，以及图案化第一图案化硬掩模层以形成具有第二掩模开口的第二图案化掩模层。第二掩模开口可以具有第二横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中由第二图案化硬掩模层暴露的另一部分以形成孔结构。
在一些实施例中，图案化第一图案化硬掩模层包括图案化第一图案化硬掩模层以将第一横向尺寸增加到第二横向尺寸。
在一些实施例中，确定硬掩模层包括确定作为硬掩模层的含碳材料的碳含量。碳含量随着抗蚀刻率增加而增加。
在一些实施例中，在堆叠结构上方形成硬掩模层包括形成旋涂碳层、无定形碳层、碳化合物层或其组合。
在一些实施例中，去除堆叠结构的部分和去除堆叠结构的另一部分各自均包括各向异性蚀刻。
在一些实施例中，该方法还包括在图案化硬掩模层之前在硬掩模层上方形成软掩模层。软掩模层的抗蚀刻率可以低于硬掩模层的抗蚀刻率。该方法还可以包括图案化软掩模层以形成第一图案化软掩模层，去除硬掩模层中由第一图案化软掩模层暴露的部分以形成第一图案化硬掩模层，图案化第一图案化软掩模层以形成第二图案化软掩模层，以及去除第一图案化硬掩模层中由第二图案化软掩模层暴露的部分以形成第二图案化硬掩模层。
在一些实施例中，形成软掩模层包括涂覆光刻胶层，并且图案化软掩模层和图案化第一图案化软掩模层各自均包括光刻工艺。
在一些实施例中，形成硬掩模层还包括在软掩模层和堆叠结构之间形成抗反射层、氮化硅层、氧氮化硅层或其组合。
在一些实施例中，一种用于在半导体器件中形成孔结构的方法包括在堆叠结构上方形成第一蚀刻掩模，该孔结构包括第一孔部分和连接到第一孔部分并在第一孔部分上方的第二孔部分。第一蚀刻掩模可以具有第一掩模开口，第一掩模开口具有第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中由第一蚀刻掩模暴露的部分，以形成具有初始深度和第一横向尺寸的初始孔结构。初始深度可以等于或大于第一孔部分的深度。该方法还可以包括图案化第一蚀刻掩模以形成第二蚀刻掩模。可以图案化第一掩模开口以形成具有第二横向尺寸的第二掩模开口，第二横向尺寸大于第一横向尺寸。该方法还可以包括去除堆叠结构中的由第二蚀刻掩模暴露的另一部分，以形成具有第一横向尺寸的第一初始孔部分和具有第二横向尺寸的第二初始孔部分，该第二初始孔部分在第一初始孔部分上方并且连接到第一初始孔部分。该方法还可以包括对第一和第二初始孔部分执行时间控制蚀刻和/或光谱端点控制蚀刻，直到第一初始孔部分的底表面到达堆叠结构的蚀刻停止层，并且第一初始孔部分和第二初始孔部分各自均到达第一孔部分和第二孔部分的相应深度。第一初始孔部分和第二初始孔部分可分别形成第一孔部分和第二孔部分。
在一些实施例中，形成第一蚀刻掩模包括在堆叠结构上方形成硬掩模层以及在硬掩模层上方形成软掩模层。软掩模层的抗蚀刻率可以低于硬掩模层的抗蚀刻率。形成第一蚀刻掩模还可以包括图案化软掩模层以形成第一图案化软掩模层，以及去除硬掩模层中由第一图案化软掩模层暴露的部分以形成第一图案化硬掩模层。在一些实施例中，形成第二蚀刻掩模包括图案化第一图案化软掩模层以形成第二图案化软掩模层并去除第一图案化硬掩模层中由第二图案化软掩模层暴露的部分以形成第二图案化硬掩模层。
在一些实施例中，形成硬掩模层包括形成含碳材料层。含碳材料层的碳含量可以与第一横向尺寸和第二横向尺寸之间的差成反比。
在一些实施例中，形成硬掩模层包括形成旋涂碳层、无定形碳层、碳化合物层或其组合。
在一些实施例中，图案化第一蚀刻掩模包括执行各向同性蚀刻工艺和/或各向异性蚀刻工艺以去除第一掩模开口的一部分以形成第二掩模开口。
在一些实施例中，形成软掩模层包括形成光刻胶层。
对特定实施例的上述说明因此将揭示本公开的一般性质，使得他人能够通过运用本领域技术范围内的知识容易地对这种特定实施例进行修改和/或调整以用于各种应用，而不需要过度实验，且不脱离本公开的一般概念。因此，基于本文呈现的教导和指导，这种调整和修改旨在处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是用于说明的目的，而不是为了进行限制，从而本说明书的术语或措辞将由技术人员按照所述教导和指导进行解释。
上文已经借助于功能构建块描述了本公开的实施例，功能构建块例示了指定功能及其关系的实施方式。在本文中出于方便描述的目的任意地定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代的边界，只要适当执行指定的功能及其关系即可。
发明内容和摘要部分可以阐述发明人所设想的本公开的一个或多个示例性实施例，但未必是所有示例性实施例，并且因此，并非旨在通过任何方式限制本公开和所附权利要求。
本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，并且应当仅根据所附权利要求书及其等同物来进行限定。