專利名稱：半導(dǎo)體基片中的小型接頭及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體基片中用于連接上層連接部位和擴(kuò)散層的的小型接頭結(jié)構(gòu)，以及形成這種結(jié)構(gòu)的方法。
使單個(gè)半導(dǎo)體元件小型的研究工作依然在迅速發(fā)展，這些元件是在半導(dǎo)體基片中制成的，其目的是為了獲得一種包括以高密度集成在半導(dǎo)體基片中的這些半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。而僅僅依靠由光刻技術(shù)決定的最小特征尺寸(F)的發(fā)展，來得到如此小型和高密度，是不可能取得一個(gè)令人滿意的結(jié)果的。
例如，如果將注意力集中在半導(dǎo)體基片的表面上，則下層連接部位的最小線寬和最小間距就易于達(dá)到(F)。如果將注意力集中在用于連接下層連接部位和形成于絕緣層內(nèi)覆蓋半導(dǎo)體基片的上層連接部位的接觸孔上，則上層連接部位的最小線寬和最小間距也易于達(dá)到(F)。
然而，在實(shí)際的半導(dǎo)體中，綜合了具有這種特征的下層連接部位、接觸孔和上層連接部位的半導(dǎo)體是不易生產(chǎn)的。其原因是由與光刻技術(shù)相關(guān)的一些問題所引起的。任意使用多個(gè)光刻過程或類似過程，就可以生產(chǎn)出包括集成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。在此階段，在光刻過程之間就需要設(shè)置一條用于校準(zhǔn)光罩的校準(zhǔn)邊線。從而，下層連接部位的線寬就必需設(shè)為(F)×2或更大。
最近幾年，已經(jīng)可以通過采用自對(duì)齊接觸孔，在下層連接部位的至少接觸孔達(dá)到的部分實(shí)現(xiàn)(F)的線寬。在連接部位之間的間隔內(nèi)，也可以形成具有接觸尺寸(設(shè)計(jì)尺寸)等于(F)的線間距。
下面例示了一個(gè)由IEICE學(xué)報(bào)，Vol.E74,No.4,pp.818-826,1991提出的方法。
圖1(a)-(e)是對(duì)于接觸孔通過減小實(shí)際接觸孔尺寸使得(F)的設(shè)計(jì)線間距等于設(shè)計(jì)接觸孔尺寸而實(shí)現(xiàn)其開孔的工藝過程的截面視圖。
在這個(gè)過程中，如果(F)的設(shè)計(jì)線間距等于設(shè)計(jì)接觸孔尺寸，則接觸孔開孔可以首先通過減小實(shí)際接觸孔尺寸而得以實(shí)現(xiàn)。
為便于理解本發(fā)明和先前的在連接部位和接觸孔之間沒有校準(zhǔn)邊線的工藝之間的不同之處，在此，詳細(xì)描述了一種在連接部位和接觸孔之間沒有間隔的情形。
如圖1(a)所示，在半導(dǎo)體基片(圖中未附)的表面上形成一個(gè)器件絕緣部分201和一個(gè)擴(kuò)散層202。在沉積在整個(gè)基片上的下部層間膜204a上形成了許多下層連接部位203。然后，如圖1(b)所示，再沉積一層上部層間膜204b以覆蓋連接部位203。進(jìn)一步，在上部層間膜204b上沉積一層光刻膠205，并且，將其限定為在上部層間膜204b內(nèi)的連接部位203之間的位置能夠開出一個(gè)接觸孔。然后，通過干法蝕刻工藝，在擴(kuò)散層202以上部分開出一個(gè)接觸孔206，其尺寸等于光刻膠的孔徑。
除去光刻膠后，在下部層間膜204b的上表面以及接觸孔206的側(cè)壁和底部，形成一層HTO膜(LPCVD高溫氧化膜)207(如圖1(c)所示)。利用干法蝕刻工藝，將HT0膜207從接觸孔206的底部除去后，部分HTO膜207’僅留在接觸孔206的內(nèi)壁上(如圖1(d)所示)。
進(jìn)一步，形成上層連接部位208，并由此可以完成如圖1(e)所示的接觸部分，而這一點(diǎn)現(xiàn)有技術(shù)中未被描述過。
如上所述，甚至最終在下層連接部位之間無設(shè)計(jì)校準(zhǔn)邊線的設(shè)計(jì)中，通過減小接觸孔尺寸，在確保絕緣性的情況下，利用傳統(tǒng)技術(shù)就可以布置下層連接部位和接觸孔。
然而，傳統(tǒng)技術(shù)卻可能存在以下缺點(diǎn)。
如圖1(d)所示，按照傳統(tǒng)工藝，接觸孔206的開口底部進(jìn)行了兩次刻蝕，這就會(huì)導(dǎo)致在擴(kuò)散層中和在基片中產(chǎn)生極多的缺陷?？紤]刻蝕本身，第二次刻蝕目的在于，通過蝕刻工藝，在狹窄的深部截面處除去HT0(高溫氧化物)膜。其結(jié)果則可能是，得到理想的孔的可能性就非常小了。
如果減小接觸孔206的尺寸，接觸孔和擴(kuò)散層之間的接觸區(qū)域的面積可被減小，而接觸區(qū)域的電阻也會(huì)相應(yīng)地與接觸面積成反比地增加。另外，減小尺寸可能會(huì)在沿著接觸的深部方向(具有大的深寬比的接觸)產(chǎn)生一個(gè)窄而深的接觸孔。由此，甚至在此階段，接觸電阻也會(huì)增加(正比于接觸深度，反比于接觸面積)。進(jìn)一步，通過用互連層充填接觸孔而完成這種接觸，將可能引起非常嚴(yán)重的后果，如當(dāng)?shù)玫骄哂羞@種結(jié)構(gòu)的更大的深寬比時(shí)，根據(jù)連接部位的覆蓋性，在連接部位中產(chǎn)生隔斷。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種能夠形成優(yōu)異接觸而不會(huì)在形成時(shí)引起致命問題的小型接頭結(jié)構(gòu)，例如接觸電阻的增加以及斷開。甚至對(duì)于在線間隔中無校準(zhǔn)邊線的條件下必須形成接觸時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)這種接觸結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有這種結(jié)構(gòu)的小型接頭的形成方法。
本發(fā)明提供了一種在半導(dǎo)體基片中的小型接頭。其接觸包括一個(gè)在半導(dǎo)體基片的表面上形成的一個(gè)擴(kuò)散層；一個(gè)覆蓋此擴(kuò)散層的層間膜；埋于層間膜中的多個(gè)下層連接部位；布于層間膜上的上層連接部位；以及一個(gè)接觸孔，該槽孔通過用于連接擴(kuò)散層和上層連接部位的層間膜。接觸孔的孔徑等于下層連接部位之間的間距。這種小型接頭進(jìn)一步包括一個(gè)置于接觸孔內(nèi)的第一埋式導(dǎo)體，該導(dǎo)體的從底部到頂部的距離小于下層連接部位的底部到頂部的距離；位于第一埋式導(dǎo)體之上的置于接觸孔側(cè)壁上的側(cè)壁絕緣層；置于接觸孔內(nèi)的第一埋式導(dǎo)體之上的第二埋式導(dǎo)體，其高度足以達(dá)到與上層連接部位相接觸。
第一埋式導(dǎo)體優(yōu)先包括多晶硅、金屬硅化物、難熔金屬。第二埋式導(dǎo)體最好是多晶硅。進(jìn)一步，單層連接部位替代第二埋式導(dǎo)體。
按照以上結(jié)構(gòu)，確定線間距和接觸孔的設(shè)計(jì)尺寸等于(F)的最小特征尺寸，可以使占用面積最小化，并可以實(shí)現(xiàn)一種甚至具有使用最小特征尺寸的極好的小型接頭。
本發(fā)明也包括在半導(dǎo)體基片上形成上述小型接頭的方法。此半導(dǎo)體基片包括在半導(dǎo)體基片的表面上形成的一個(gè)擴(kuò)散層；布于半導(dǎo)體基片上的用于覆蓋擴(kuò)散層的一個(gè)層間膜；布于層間膜內(nèi)的多個(gè)下層連接部位；以及布于層間膜上的一個(gè)上層連接部位。此方法包括以下步驟開出一個(gè)直通層間膜的接觸孔以連接擴(kuò)散層和上層連接部位，其中，擴(kuò)散槽的孔徑等于下層連接部位之間的空間間隔；形成一個(gè)第一導(dǎo)體以覆蓋層間膜，其中，第一導(dǎo)體充填接觸孔；
蝕刻第一導(dǎo)體，使得僅有從接觸孔的底部到頂部的距離小于下層連接部位的底部到頂部的距離的一部分第一導(dǎo)體得以保留下來；其中，保留下來的第一導(dǎo)體的部分形成了一個(gè)第一埋式導(dǎo)體；形成第一埋式導(dǎo)體之后，在第一埋式導(dǎo)體之上形成一個(gè)在接觸孔側(cè)壁上的側(cè)壁絕緣層；形成第二導(dǎo)體以覆蓋層間膜，其中，第二導(dǎo)體與第一導(dǎo)體相接觸；蝕刻第二導(dǎo)體，以使得僅在接觸孔內(nèi)的第二導(dǎo)體部分得以保留下來，其中，保留下來的第二導(dǎo)體形成一個(gè)第二埋式導(dǎo)體；以及形成一個(gè)上層連接部位以使其連接第二埋式導(dǎo)體。
按照本發(fā)明，在開口接觸的底部上的擴(kuò)散層的暴露部分可以只進(jìn)行一次蝕刻曝光。這樣，相對(duì)于上述的現(xiàn)有工藝，就減小了這一部分的刻蝕損傷。因此，比如由于缺陷的引入而引起的擴(kuò)散層損耗也能夠得到有效防止。
通過對(duì)附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明將會(huì)得到更為充分的理解圖1是說明在一個(gè)半導(dǎo)體基片中形成一個(gè)小型接頭的傳統(tǒng)方法的過程示意圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的在一個(gè)半導(dǎo)體基片中形成一個(gè)小型接頭的方法的前半過程示意圖；以及圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的后半過程示意圖。
圖2和圖3描述了根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的形成一個(gè)小型接頭的方法。其形成過程依次表示在圖2和圖3中。
如圖2(a)所示，在半導(dǎo)體基片(圖中未附)的表面上形成一個(gè)器件絕緣部分101和一個(gè)擴(kuò)散層102。在基片上，如通過CVD(化學(xué)氣相淀積)方法形成BPSG(硼磷硅玻璃)或者未摻雜的氧化膜以用作下部層間膜104a。
下一步，利用PVD(物理氣相淀積)或CVD(化學(xué)氣相淀積)方法形成一層金屬硅化物如WSi和TSi或一層難熔金屬如W，然后用一般的光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)限定多個(gè)下層連接部位103。連接部位之間具有由光刻的分辨極限決定的最小特征尺寸的間距。
然后，如圖2(b)所示，在整個(gè)區(qū)域包括連接部位103和下部層間膜104a上再沉積一層BPSG或未摻雜氧化膜以形成一層上部層間膜104b。采用平面化過程以除去從上部層間膜104b上的糙面，此糙面表現(xiàn)為連接部位103的臺(tái)階。從簡化后者暴露過程的方面來看，這一過程是有用的。平面化過程可以包括采用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)或鍍層SOG(旋涂玻璃)過程之后，對(duì)于BPSG，可采用在氮?dú)庵屑訜峄亓鲗娱g膜，對(duì)于未摻雜氧化膜，采用蝕刻過程。在此階段，將光刻膠105制模成罩以用于使用一般光刻技術(shù)進(jìn)行接觸孔的刻蝕過程。然后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的各向異性干蝕以開出接觸孔106。
然后，形成摻雜多晶硅膜以作為第一導(dǎo)體107(如圖2(c)所示)。從多晶硅的上表面看，所形成的膜的厚度應(yīng)足以充填整個(gè)接觸孔106，并且能夠防止凹坑，這些凹坑表現(xiàn)為接觸孔的凹坑。
此后，在各向同性的條件下蝕刻多晶硅，以使僅在接觸孔內(nèi)低于下層連接部位103的底面的部分多晶硅得以保留下來，從而形成如圖2(d)所示的第一埋式導(dǎo)體108。圖2(c)中所描述的為防止接觸孔的近上部分表面的凹坑而對(duì)多晶硅表面采用的平面化工藝，與圖2(d)所顯示的情形類似重要。這是因?yàn)橥ǔ０伎右部沙霈F(xiàn)在第一埋式導(dǎo)體108的表面，并且在圖2(d)中的最壞情形下可到達(dá)擴(kuò)散層102上。
進(jìn)一步，在接觸孔106的底部和側(cè)壁上沉積一層氧化硅或氮化硅以使其顯示良好的覆蓋性，從而產(chǎn)生圖3(a)中所示的絕緣層109。此后，在各向異性條件下蝕刻絕緣層109以僅保留接觸孔的側(cè)壁上的側(cè)壁絕緣層110(如圖3(b)所示)。為了覆蓋下層連接部位103的至少側(cè)面部分，設(shè)置側(cè)壁絕緣層110十分重要。
下一步，形成一層摻雜多晶硅以充填接觸孔106，從而得到第二導(dǎo)體111(如圖3(c)所示)。然后，以各向同性蝕刻多晶硅，形成第二埋式導(dǎo)體112(如圖3(d)所示)。
如果第一和第二埋式導(dǎo)體108和112是摻雜的多晶硅，就需要進(jìn)行退火處理以活化雜質(zhì)。退火過程既可采用在相對(duì)低溫下的電爐上進(jìn)行，也可采用為了快速退火而在相對(duì)高溫下的燈光退火裝置中進(jìn)行，如在1000攝氏度下退火60秒，即可達(dá)到理想的效果。使用電子管退火裝置進(jìn)行退火，更利于控制在基片中形成的擴(kuò)散層中的雜質(zhì)的擴(kuò)散，從而增加在多晶硅中的活化過的雜質(zhì)的比率。
然后，使用一種主要包括鋁或者金屬硅化物如WSi的金屬形成一個(gè)上層連接部位113。
這樣，就形成了具有如圖3(d)所示結(jié)構(gòu)的小型接頭。此結(jié)構(gòu)是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的形成一個(gè)接觸孔，其孔徑等于下層連接部位之間的間距，在低于下層連接部位的位置從底部到頂部充填第一埋式導(dǎo)體108，在第一埋式導(dǎo)體108之上開口部位的側(cè)壁上提供一層側(cè)壁絕緣層，主要用來防止下層連接部位103與接觸孔的側(cè)壁進(jìn)行接觸，充填第二埋式導(dǎo)體112，形成下層連接部位113以連接第二埋式導(dǎo)體。
在圖2和圖3中稱為下層連接部位的部分也可作為DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)單元中的靜態(tài)電容的下端電極。對(duì)于DRAM存儲(chǔ)單元，采用這種接觸結(jié)構(gòu)來減小存儲(chǔ)單元的單元尺寸也許是有效的。
在以上實(shí)施例中，第二埋式導(dǎo)體是埋在接觸孔的上部。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，如果允許覆蓋，單層連接部位也可在具有側(cè)壁絕緣層的接觸孔內(nèi)形成，以替代第二埋式導(dǎo)體。在這種情形中，第二絕緣層也可是包括多晶硅和WSi的的薄膜，并可進(jìn)一步是主要包括鋁的金屬覆層。在金屬覆層下部也可沉積一層包括Ti和TiN的薄層阻隔膜。包含阻隔劑的單層W膜和多層W膜也可作為金屬覆層。在具有這種第二埋式導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)中，可以省略蝕刻過程或類似過程。因此，就可以實(shí)現(xiàn)減少過程步驟、降低成本、減小電阻率。
本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例是從減小電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，第一埋式導(dǎo)體可采用一種金屬硅化物如WSi，而不是多晶硅。為更進(jìn)一步有效地降低電阻率，第一埋式導(dǎo)體可采用一種難熔金屬如W。在采用W的情形中，有必要防止在W膜形成過程中出現(xiàn)在擴(kuò)散層內(nèi)的侵蝕。因此，第一導(dǎo)體可以通過以下步驟進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)先在接觸孔的底部形成一層Ti膜，然后在含氮?dú)夥罩羞M(jìn)行退火處理以形成TiSi2(Ti的硅化物)，下一步在硅化加固之后用反應(yīng)劑液體如APM蝕刻除去過剩的Ti。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在開口接觸底部的擴(kuò)散層的暴露部分可以只進(jìn)行一次蝕刻暴露。這樣，相對(duì)于上述的以前工藝，對(duì)于這部分的刻蝕損傷就可以減小。
可以不減少接觸孔和擴(kuò)散層之間的接觸部分和接觸面積。這樣，以設(shè)計(jì)的最小特征尺寸開出接觸孔、防止由于接觸面積的減少而產(chǎn)生的電阻的增加、有效使用接觸的底部區(qū)域，均可以實(shí)現(xiàn)。另外，下層連接部位和接觸孔之間的接觸的隔離性也可以通過提供側(cè)壁絕緣層以自對(duì)齊方式得以保證。
而且，減小接觸尺寸，可以不在低于下層連接部位底部的部位進(jìn)行。這樣，對(duì)比沿整個(gè)深度方向減小接觸孔尺寸的情形，這一部位的電阻就不會(huì)增加，而且接觸電阻也不會(huì)降低。
另外，對(duì)比沿整個(gè)深度方向形成側(cè)壁絕緣層而減小接觸孔尺寸的情形，缺少上層連接部位的覆蓋層可以不直接影響接觸電阻和公開缺陷的產(chǎn)生。這是由于的減小的部分限于接觸的上部，并且第一埋式導(dǎo)體已被充入低于上面部分的下部。這樣就可以避免在形成第二埋式導(dǎo)體和上層連接部位時(shí)填滿具有高深寬比的接觸孔。使用難熔金屬而不是埋式多晶硅作為第一和第二埋式導(dǎo)體可以進(jìn)一步減小電阻。將兩種不同材料填入接觸孔中，增加了根據(jù)每個(gè)充填深度、充填性質(zhì)和材料覆蓋性、以及所需電阻進(jìn)行自由選擇的程度。
對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行描述之后，包含這些概念的其它實(shí)施例可被使用的這種工藝的一般技術(shù)就變得很明顯了。據(jù)此提出，本發(fā)明不局限于所述實(shí)施例，而只應(yīng)受其附加的權(quán)利要求的范圍和精神所限制。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭，其特征在于，其中包括一個(gè)在所述半導(dǎo)體基片的表面上形成的一個(gè)擴(kuò)散層；一個(gè)布于所述擴(kuò)散層上的層間膜；埋于所述層間膜中的多個(gè)下層連接部位；一個(gè)布于所述層間膜上的上層連接部位；一個(gè)接觸孔，該槽孔通過用于連接所述擴(kuò)散層和所述上層連接部位的所述層間膜，所述接觸孔的孔徑等于所述下層連接部位之間的間距；一個(gè)置于所述接觸孔內(nèi)的第一埋式導(dǎo)體，該導(dǎo)體的從底部到頂部的距離小于所述下層連接部位的底部到頂部的距離；位于所述第一埋式導(dǎo)體之上的置于所述接觸孔側(cè)壁上的第一側(cè)壁絕緣層；以及置于所述接觸孔內(nèi)的所述第一埋式導(dǎo)體之上的第二埋式導(dǎo)體，其高度足以達(dá)到與所述上層連接部位相接觸。
2．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭，其特征在于所述第一埋式導(dǎo)體包括多晶硅。
3．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭，其特征在于所述第一埋式導(dǎo)體包括金屬硅化物和難熔金屬其中的一種。
4．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭，其特征在于所述第二埋式導(dǎo)體由多晶硅構(gòu)成。
5．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭，其特征在于還包括替代所述的第二埋式導(dǎo)體的一單層連接部位。
6．一種在半導(dǎo)體基片中的小型接頭的形成方法，其特征在于，所述基片包括一個(gè)在所述半導(dǎo)體基片的表面上形成的一個(gè)擴(kuò)散層；一個(gè)布于所述擴(kuò)散層上的層間膜；埋于所述層間膜中的多個(gè)下層連接部位；以及一個(gè)布于所述層間膜上的上層連接部位；所述方法包括以下步驟開出一個(gè)直通層間膜的接觸孔以連接所述擴(kuò)散層和所述上層連接部位，其中，所述擴(kuò)散層的孔徑等于下層連接部位之間的空間間隔；形成一個(gè)第一導(dǎo)體以覆蓋所述層間膜，所述第一導(dǎo)體充填所述接觸孔；蝕刻所述第一導(dǎo)體，使得僅有從所述接觸孔的底部到頂部的距離小于所述下層連接部位的底部到頂部的距離的一部分第一導(dǎo)體得以保留下來；其中，保留下來的第一導(dǎo)體的部分形成了一個(gè)第一埋式導(dǎo)體；形成所述的第一埋式導(dǎo)體之后，在第一埋式導(dǎo)體之上形成一個(gè)在接觸孔側(cè)壁上的側(cè)壁絕緣層；形成第二導(dǎo)體以覆蓋所述層間膜，所述第二導(dǎo)體與的所述第一導(dǎo)體相接觸；蝕刻所述第二導(dǎo)體，使得僅在所述接觸孔內(nèi)的第二導(dǎo)體部分得以保留下來，保留下來的所述第二導(dǎo)體形成一個(gè)第二埋式導(dǎo)體；以及形成一個(gè)上層連接部位以使其連接所述第二埋式導(dǎo)體。
7．根據(jù)權(quán)利要求6中所述方法，其特征在于所述第一埋式導(dǎo)體包括一種多晶硅。
8．根據(jù)權(quán)利要求6中所述方法，其特征在于所述第一埋式導(dǎo)體包括金屬硅化物或難熔金屬
9．根據(jù)權(quán)利要求6中所述方法，其特征在于所述第二埋式導(dǎo)體包括一種多晶硅。
10．根據(jù)權(quán)利要求6中所述方法，其特征在于所述基片進(jìn)一步包括一單層連接部位，用所述的單層連接部位替代所述的第二埋式導(dǎo)體。
全文摘要
提供了一種半導(dǎo)體基片中的小型接頭。該接頭包括一個(gè)在半導(dǎo)體基片的表面上形成的一個(gè)擴(kuò)散層;一個(gè)覆蓋此擴(kuò)散層的層間膜;埋于層間膜中的多個(gè)下層連接部位;布于層間膜上的上層連接部位;以及一個(gè)接觸孔,該槽孔通過用于連接擴(kuò)散層和上層連接部位的層間膜。接觸孔的孔徑等于下層連接部位之間的間距。這種小型接頭進(jìn)一步包括一個(gè)置于接觸孔內(nèi)的第一埋式導(dǎo)體和第二埋式導(dǎo)體。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1232292SQ9910579
公開日1999年10月20日 申請(qǐng)日期1999年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月16日
發(fā)明者坂尾真人 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社