專利名稱：半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)，特別涉及一種具有用作半導(dǎo)體器件的金屬接觸的緩沖多晶硅層的改進(jìn)的接觸結(jié)構(gòu)，及其制造方法。
在半導(dǎo)體集成電路的制造技術(shù)中，要沉積一薄金屬覆層并構(gòu)圖，以形成各個(gè)器件間的互連。在硅技術(shù)的早期年代采用在接觸孔沉積金屬膜的接觸結(jié)構(gòu)。隨著電路密度的增加，接觸孔的面積不斷減小，而處于沉積金屬層和導(dǎo)電層之間的層間絕緣膜的厚度并沒有按某一參數(shù)比例變化。相對(duì)于接觸孔面積的減小接觸孔的深度沒有成比例減小。
因此在靠近垂直臺(tái)階處或側(cè)壁處產(chǎn)生了臺(tái)階覆蓋問題。在這些臺(tái)階或側(cè)壁處的薄金屬層導(dǎo)致較高的電阻和電子遷移失敗的傾向。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了改進(jìn)導(dǎo)線金屬膜的臺(tái)階覆蓋情況，曾通過(guò)一種濕/干蝕刻工藝來(lái)減小接觸通孔的側(cè)壁的斜度。
其中披露了一種制造由一個(gè)大開口面積通孔和一個(gè)小開口面積通孔組成的金屬互連接觸孔的方法。在上述現(xiàn)有技術(shù)中，蝕刻工藝包括兩個(gè)步驟各向同性濕蝕刻第一層間絕緣膜，以形成一個(gè)具有大開口面積的通孔，和各向異性干蝕刻，以形成一個(gè)具有小開口面積的通孔。
在硅集成電路中，鋁(Al)被廣泛用作相互連接的金屬層。然而，Al-Si接觸具有一些較差的接觸特性。由于在處于450～500℃之間的接觸-合金化溫度下Al向Si的擴(kuò)散較高，因此在接觸-合金化過(guò)程中Al膜吸收接觸區(qū)的硅和Al原子向硅層擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在合金化過(guò)程中Al膜從接合處吸收0.5～1％的硅。如果Al的滲透深度大于接觸區(qū)之下接合深度，接合點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生短路。這種效應(yīng)叫做接合尖鋒(iunction spiking)。
為了防止薄擴(kuò)散層產(chǎn)生接合尖鋒，在上面金屬層和下面硅擴(kuò)散層之間形成一個(gè)擴(kuò)散阻擋層。在600℃的溫度下沉積的難熔金屬氮化物膜曾被用作硅器件的阻擋材料。
參照

圖1A至1H，其顯示了具有疊層電容存儲(chǔ)單元的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的金屬接觸的傳統(tǒng)工藝步驟的一項(xiàng)實(shí)例。這些傳統(tǒng)的工藝步驟已被用來(lái)制作具有疊層存儲(chǔ)電容單元的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的搭接在中心單元區(qū)的字線的金屬接觸和外圍電路區(qū)的金屬接觸。
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，其工藝步驟如下首先，在具有導(dǎo)電層11的硅基片上形成一個(gè)氧化物層12，見圖1A。在該氧化物層12上沉積一個(gè)多晶硅層13。為了在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件的單元(未示出)中形成一個(gè)柱狀疊層電容器的側(cè)壁，采用各向異性蝕刻法蝕刻多晶硅層13。(側(cè)壁的形成未在圖中示出)。在此蝕刻步驟中，字線搭接區(qū)和外圍區(qū)的多晶硅層13被去除，見圖1B。
接下來(lái)，在氧化物層12上形成一個(gè)氧化物層14，作為層間絕緣膜，在氧化物層14上形成一個(gè)光致抗蝕劑圖形15。
然后，用光致抗蝕劑圖形15作為掩模，采用濕氧化物蝕刻工藝把接觸區(qū)的氧化層各向同性地蝕刻至某一預(yù)定厚度，見圖1D。
再用光致抗蝕劑圖形15作為掩模，采用各向異性干蝕刻工藝把上述氧化物層的剩余部分蝕刻，從而，形成一個(gè)完整的接觸孔16。
在各蝕刻步驟之后去除光致抗蝕劑圖形15。在包括氧化物層12、14和接觸孔16在內(nèi)的整個(gè)表面上沉積一個(gè)金屬阻擋層17，如難熔金屬氮化物層，見圖1F。
接下來(lái)，在金屬阻擋層17之上沉積一個(gè)用于互連的金屬層18，見圖1G。
上述接觸孔的濕/干兩步蝕刻產(chǎn)生了斜側(cè)面，減小了接觸孔垂直壁上端角緣處的金屬變薄，因此金屬層18的臺(tái)階覆蓋得到改善。
然而，在形成接觸孔的傳統(tǒng)方法中，在金屬層18形成之前應(yīng)該沉積金屬阻擋層17，以防止接合尖峰效應(yīng)和改善半導(dǎo)體器件的可靠性。
傳統(tǒng)的制造方法的缺點(diǎn)是工藝步驟的復(fù)雜性。因?yàn)榻佑|孔16的深度較深和在接觸孔內(nèi)形成的金屬的回流特性不夠好，所以在現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件的金屬接觸需要上述包括濕/干蝕刻和金屬沉積前先形成金屬阻擋層在內(nèi)的復(fù)雜工藝。本發(fā)明將給出一種形成半導(dǎo)體器件的金屬接觸的更簡(jiǎn)單的和更經(jīng)濟(jì)有效的工藝。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種制造改進(jìn)了的半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過(guò)引入一個(gè)層間虛設(shè)導(dǎo)電膜或緩沖多晶硅層而改進(jìn)的半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是通過(guò)減小用于金屬互連的有效接觸孔的深度，提供一種用于制造半導(dǎo)體金屬接觸的改進(jìn)了的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)了的用于制造半導(dǎo)體的金屬接觸的方法，該方法通過(guò)省略絕緣層的濕蝕刻和金屬阻擋層的形成兩個(gè)步驟而減少工藝過(guò)程的復(fù)雜性。
本發(fā)明的目的和特征是通過(guò)在優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)描述的一種改進(jìn)的金屬接觸結(jié)構(gòu)及其制造方法而達(dá)到的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一導(dǎo)電層；一個(gè)設(shè)置在上述第一導(dǎo)電層上的第一絕緣層；一個(gè)連接至上述第一導(dǎo)電層的第一接觸孔；其中上述第一接觸孔在上述第一絕緣層內(nèi)形成；一個(gè)在上述第一接觸孔內(nèi)形成的虛設(shè)導(dǎo)電圖形(dummy conducting pattern)，其中導(dǎo)電虛設(shè)圖形通過(guò)上述第一接觸孔與第一導(dǎo)電層接觸，該虛設(shè)膜的一部分覆蓋在上述第一絕緣層上；一個(gè)布置在上述第一絕緣層上的第二絕緣層；一個(gè)第二接觸孔，其中該第二接觸孔在上述第二絕緣層上形成，并且，第一接觸孔和第二接觸孔大致上形成一個(gè)通孔；和一個(gè)布置在上述第二絕緣層上的第二導(dǎo)電層，它通過(guò)上述第二導(dǎo)電孔與上述虛設(shè)導(dǎo)電層圖形接觸。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟在一個(gè)基片上制備一個(gè)第一導(dǎo)電層；在上述基片上形成一個(gè)第一絕緣層；在上述第一絕緣層的某個(gè)區(qū)域開一個(gè)第一接觸孔；在上述第一絕緣層和第一接觸孔的整個(gè)結(jié)構(gòu)上沉積一個(gè)虛設(shè)導(dǎo)電膜，對(duì)所述虛設(shè)導(dǎo)電膜構(gòu)圖，形成虛設(shè)導(dǎo)電圖形，其中，該虛設(shè)導(dǎo)電圖形覆蓋上述導(dǎo)電孔的整個(gè)表面并重疊于第一絕緣層的一部分；在上述第一絕緣層和虛設(shè)導(dǎo)電圖形上形成一第二絕緣層；蝕刻該第二絕緣層，形成一個(gè)第二接觸孔，其中，上述第一接觸孔和第二接觸孔大致上形成一個(gè)貫通孔；以及沉積一個(gè)第二導(dǎo)電層，通過(guò)上述第二接觸孔形成一個(gè)與上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形連結(jié)的金屬接觸。
本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)及發(fā)明本身通過(guò)參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述將會(huì)得到更好的理解。附圖中圖1A至1G是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的形成半導(dǎo)體器件的一個(gè)接觸結(jié)構(gòu)的制造程序的橫截面視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明形成的半導(dǎo)體器件的一個(gè)接觸結(jié)構(gòu)的截面視圖；和圖3A至3G是根據(jù)本發(fā)明形成一個(gè)半導(dǎo)體器件接觸結(jié)構(gòu)的制造程序的一系列截面視圖。
下面結(jié)合附圖來(lái)詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的截面視圖。該優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)接觸結(jié)構(gòu)包括一個(gè)導(dǎo)電層21，一個(gè)布置在上述導(dǎo)電層21上的絕緣層22，一個(gè)形成于導(dǎo)電層21上且穿過(guò)絕緣層22的導(dǎo)電孔，一些部分覆蓋于絕緣層22的虛設(shè)導(dǎo)電層圖形23A，其中虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A通過(guò)接觸孔26與導(dǎo)電層21接觸，一個(gè)布置在絕緣層22上的絕緣層24，一個(gè)形成于上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A上且穿過(guò)絕緣層24的接觸孔27，其中接觸孔26和接觸孔27基本上形成一個(gè)貫通孔，和一個(gè)布置在絕緣層24上且通過(guò)接觸孔27與緩沖導(dǎo)電圖形23A接觸的導(dǎo)電層28。
導(dǎo)電層21優(yōu)選是一個(gè)摻雜多晶層，用于在半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片中作為位線，或一個(gè)高度摻雜的擴(kuò)散結(jié)，用作半導(dǎo)體集成電路器件的一個(gè)電極。
下面將詳述采用改進(jìn)的工藝形成半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)的方法。圖3A至3G圖示了形成優(yōu)選實(shí)施例的金屬接觸結(jié)構(gòu)的工藝流程。
參考圖3A，一個(gè)硅基片(未圖示)具有一個(gè)諸如重?fù)诫s接合面或一個(gè)摻雜多晶硅層的導(dǎo)電層21。一個(gè)絕緣層22，如一個(gè)二氧化硅層或氮化硅層，采用已知的技術(shù)如化學(xué)氣相沉積法(CVD)形成于上述導(dǎo)電層21上。采用已知的光刻工藝界定一個(gè)接觸孔26的區(qū)域，并用光致抗蝕劑圖形(未圖示)作掩模選擇性地去除絕緣層22以形成接觸孔26。
見圖3B，在絕緣層22上表面和接觸孔26側(cè)面沉積一個(gè)導(dǎo)電膜23。在本優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電膜23是用化學(xué)氣相沉積工藝形成的摻雜多晶硅層。
見圖3C，在上述導(dǎo)電層上形成一個(gè)光致抗蝕劑圖形25以對(duì)導(dǎo)電膜23構(gòu)圖。
見圖3D，用蝕刻工藝形成虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A并去除光致抗蝕劑圖形25。該虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A覆蓋接觸孔26的整個(gè)表面和側(cè)面以及絕緣層22的部分表面。
應(yīng)用虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A的重要特點(diǎn)是應(yīng)當(dāng)填充導(dǎo)線金屬的接觸孔26的有效深度減小了。虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A的另一重要作用是提供一處緩沖層，以防止Al-Si接觸的接合尖蜂。因此，Al膜和Si層之間不再需要一個(gè)阻擋金屬膜。
見圖3E，在絕緣層22表面和虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A上沉積一絕緣層24，之后，形成光致抗蝕劑圖形25′以界定一個(gè)第二接觸孔的區(qū)域。
見圖3F，以光致抗蝕劑圖形25′作為掩模，采用各向異性干蝕刻方法，如反應(yīng)離子蝕刻或等離子蝕刻選擇性地去除絕緣層24，形成第二接觸孔27。
見圖3G，干蝕刻步驟之后去除光致抗蝕劑圖形25′。接觸孔27形成以后，一導(dǎo)電層28，如Al膜或摻雜Si的Al層，沉積在絕緣層24上和接觸孔27的整個(gè)表面。在這一步驟，虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A與金屬層28接觸。
顯然，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以在一個(gè)很大的范圍內(nèi)形成各種不同的可行實(shí)施例。例如，當(dāng)本發(fā)明的工藝步驟用于制造具有圓柱形DRAM單元的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件時(shí)，上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形23A可以是多晶硅層，以形成圓柱形DRAM單元的側(cè)面間隔層。因此，本發(fā)明不限于上述具體的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)第一導(dǎo)電層；一個(gè)布置在上述第一導(dǎo)電層上的第一絕緣層；一個(gè)連接至上述第一導(dǎo)電層的第一接觸孔；其中上述第一接觸孔形成于上述第一絕緣層內(nèi)；形成于上述第一接觸孔內(nèi)的虛設(shè)導(dǎo)電圖形，其中，上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形通過(guò)上述第一接觸孔與上述第一導(dǎo)電層接觸，且上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形覆蓋上述第一絕緣層的一部分；一個(gè)布置在上述第一絕緣層上的第二絕緣層；一個(gè)第二接觸孔，其中，該第二接觸孔形成于上述第二絕緣層內(nèi)，且第一接觸孔和第二接觸基本上形成一個(gè)貫通孔；和一個(gè)布置于上述第二絕緣層上的第二導(dǎo)電層，其通過(guò)上述第二接觸孔與上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)，其中，所述第一導(dǎo)電層為半導(dǎo)體基片上的摻雜擴(kuò)散層或摻雜多晶硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)，其中，上述金屬接觸結(jié)構(gòu)用于集成電路中心單元區(qū)的字線的金屬接觸或半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片周邊電路的金屬接觸。
4.一種制造半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)的方法，其步驟包括在一個(gè)基片上制備一個(gè)第一導(dǎo)電層；在上述基片上形成一個(gè)第一絕緣層；在上述第一絕緣層的特定部位開一個(gè)第一接觸孔；在上述第一絕緣層和上述第一接觸孔的整個(gè)表面上沉積一虛設(shè)導(dǎo)電膜；對(duì)上述虛設(shè)導(dǎo)電膜構(gòu)圖，以形成虛設(shè)導(dǎo)電圖形，其中，該虛設(shè)導(dǎo)電圖形覆蓋上述接觸孔的全部表面并重疊于第一絕緣層的一部分；在上述第一絕緣層和上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形之上形成一第二絕緣層；蝕刻上述第二絕緣層，以形成一個(gè)第二接觸孔，其中上述第一接觸孔和第二接觸孔基本上形成一個(gè)貫通孔；和沉積一個(gè)第二導(dǎo)電層，以形成一個(gè)通過(guò)上述第二接觸孔與上述虛設(shè)導(dǎo)電圖形接觸的金屬接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，上述第一導(dǎo)電層是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的一條字線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中上述第一絕緣層和第二絕緣層是由二氧化硅或氮化硅膜構(gòu)成的電介質(zhì)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，上述第二導(dǎo)電膜是多晶硅層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的金屬接觸結(jié)構(gòu)包括:第一導(dǎo)電層;第一導(dǎo)電層上的第一絕緣層;連接至第一導(dǎo)電層的第一接觸孔,其形成于第一絕緣層內(nèi);形成于第一接觸孔內(nèi)的虛設(shè)導(dǎo)電圖形,其中,虛設(shè)導(dǎo)電圖形通過(guò)第一接觸孔與第一導(dǎo)電層接觸,且虛設(shè)導(dǎo)電圖形覆蓋第一絕緣層的一部分;布置在第一絕緣層上的第二絕緣層;第二接觸孔,形成于第二絕緣層內(nèi),且第一接觸孔和第二接觸基本上形成一個(gè)貫通孔;和布置于第二絕緣層上的第二導(dǎo)電層,其通過(guò)第二接觸孔與虛設(shè)導(dǎo)電圖形接觸。本發(fā)明還該結(jié)構(gòu)的制造方法。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1170962SQ97113819
公開日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月29日
發(fā)明者韓相竣, 權(quán)元澤, 金政會(huì) 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社