具有自對準接觸結構的半導體器件及其形成方法
2023-04-23 02:19:51
專利名稱：具有自對準接觸結構的半導體器件及其形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件及其製造方法，更具體地說，涉及半導體器件中的自對準接觸結構及其形成方法。
背景技術：
隨著半導體器件集成度的提高，互連線之間的間隔減小了。隨著互連線之間間隔的減小，當採用光刻技術限定接觸孔時，可能出現不對準。這些接觸孔通常穿透層間絕緣層，層間絕緣層位於設置為彼此平行的互連線之間。為了解決這個不對準問題，近來已經提出了自對準接觸技術(SAC)。
傳統的SAC工藝通常包含在半導體襯底上形成用絕緣層例如氮化矽層覆蓋的多個互連線，然後在生成的具有多條互連線的結構的整個表面上形成層間絕緣層，例如氧化矽層，此後，利用由氮化矽層形成的絕緣層作為蝕刻掩模，蝕刻位於互連線之間的層間絕緣層的預定區。該工藝形成了暴露半導體襯底的自對準接觸孔。
儘管自對準接觸孔的寬度比相鄰互連線之間的間隔寬，但該工藝能防止通過自對準接觸孔而暴露互連線。這是因為互連線被氮化矽層(即絕緣層)包圍，該氮化矽層相對於由氧化矽形成的層間絕緣層具有蝕刻選擇性。據此，在進行限定自對準接觸孔的光刻工藝過程中，增加了不對準的裕度(margine)。
然而，氮化矽層的介電常數比氧化矽高。這樣，在互連線和用於填充自對準接觸孔的導電層之間，增加了耦合電容即寄生電容，結果降低了半導體器件的電特性。另外，在上述傳統的SAC工藝中，為了減小互連線的電阻，可以由金屬層(例如鎢層)、或多晶金屬矽化物(metal polycide)層(例如多晶矽化鎢(tungsten polycide)層)來形成互連線。金屬互連線一般通過布圖金屬層或多晶金屬矽化物層來形成。然而，在進行用來布圖金屬層的光刻和蝕刻工藝過程中，由於金屬層的粗糙表面形態，在相鄰的互連線之間可能存在橋接。因此，相鄰的互連線可能彼此電連接。
通過雙鑲嵌技術製造多極互連結構，在美國專利No.5,614,765、名稱為「利用雙鑲嵌工藝的自對準(Self-aligned via dual damascene)」中由Avazino et a1.描述了，它所公開的內容這裡全文引入作為參考。根據美國專利No.5,614,765，在襯底上形成具有溝槽的層間絕緣層和露出下互連的通孔，並形成上互連以填充溝槽和通孔。這裡，通過一個光刻工序形成上述通孔和溝槽。
根據上面提到的專利，形成溝槽包括在層間絕緣層上形成光致抗蝕劑圖形，然後利用光致抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模，將層間絕緣層蝕刻到比層間絕緣層的厚度淺的深度。現在溝槽將包含通孔部分和導電線部分，其中通孔部分比導電線部分寬。而且，形成通孔的工序包含在生成的具有溝槽的結構的整個表面上，形成保形材料層。然後各向異性蝕刻保形材料層，以在溝槽的側壁上形成隔離層，在通孔部分中選擇蝕刻層間絕緣層以暴露下互連。這裡保形材料層應比通孔部分的一半寬度細，應比互連線部分的一半寬度粗。這樣在形成隔離層之後，露出了通孔部分的底部，用隔離層覆蓋導電線部分的底部。
因此美國專利No.5,614,765描述了在下互連和上互連之間夾有通孔。儘管有這樣的自對準技術，仍然需要改進在相鄰的互連之間形成穿透層間絕緣層的自對準接觸孔的方法。
發明內容
因此本發明的實施例的特徵在於提供具有自對準接觸孔的半導體器件。本發明的實施例的另一個特徵在於提供半導體器件的自對準接觸結構以及形成自對準接觸結構的方法，能夠減小填充在自對準接觸孔中的導電層圖形和鄰接自對準接觸孔的互連之間的寄生容量。本發明實施例的另一個特徵在於提供形成自對準接觸孔結構的方法，在進行蝕刻、形成穿透相鄰互連之間的層間絕緣層的自對準接觸孔過程中，能夠增加過蝕刻工藝的裕度。本發明實施例的另一個特徵在於提供形成自對準接觸孔結構的方法，能夠容易地布圖鄰接自對準接觸孔的互連。
根據本發明各種實施例的上述和其他特徵，在半導體器件中提供一種自對準接觸結構，包括具有有源區的半導體襯底，覆蓋至少除了每個有源區部分之外的半導體襯底的層間絕緣層，層間絕緣層上的至少兩個平行的互連，相對地設在至少兩個平行的互連之間的至少一個有源區，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)、形成在每個互連上的具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形和至少滲透到掩模圖形之間的層間絕緣層部分的一部分導電層圖形，該導電層圖形與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z並且x＜z。在本發明實施例的優選特徵中，每個有源區包括導電焊盤。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，第二層間絕緣層具有比掩模圖形的介電常數低的介電常數。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，互連包括順序疊置的阻擋金屬層和互連金屬層。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，互連包括具有底部和側壁的互連金屬層以及環繞互連金屬層的底部和側壁的阻擋金屬層。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，掩模圖形包括形成在互連上的具有側壁的蝕刻停止層圖形以及形成在蝕刻停止層圖形側壁上的、具有內和外側壁的第一隔離層，第一隔離層的外側壁具有垂直於半導體襯底上表面的垂直形狀。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，本發明的半導體器件中的自對準接觸結構還包括夾在導電層圖形和第一隔離層之間的第二隔離層。在本發明的實施例的另一個優選特徵中，掩模圖形包括具有垂直側壁的蝕刻停止圖形，該垂直側壁垂直於半導體襯底的上表面。優選地，層間絕緣層由氧化矽製成。
根據本發明另一個實施例的特徵，提供一種在半導體器件中形成自對準接觸孔結構的方法。根據本發明另一個優選實施例的特徵，提供一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包括提供具有有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成至少兩個平行的互連，在至少兩個平行的互連之間夾有至少一個有源區，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)、在每個互連上形成具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形；以及形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透在掩模圖形之間暴露的層間絕緣層部分，並與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
根據本發明另一個實施例的特徵，半導體襯底上的層間絕緣層是第一層間絕緣層，形成至少兩個平行的互連包括在第一層間絕緣層上順序形成第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層；依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以便形成至少具有側壁的第一凹槽區和至少具有側壁的第二凹槽區，每個第一和第二凹槽區基本上彼此平行；在每個第一和第二凹槽區的側壁上形成第一隔離層；利用第三蝕刻停止層和第一隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣層和第一蝕刻停止層，以便形成第一互連溝槽和第二互連溝槽；以及分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。第一至第三層間絕緣層優選由相對於第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層具有蝕刻選擇性的絕緣層構成。第一至第三層間絕緣層優選由其介電常數比第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層的介電常數低的絕緣層構成。形成掩模圖形優選包括在生成的具有第一和第二互連的結構的表面上形成第四蝕刻停止層；填充第一和第二凹槽區；依次均厚蝕刻第四蝕刻停止層和第三蝕刻停止層，直到露出第三層間絕緣層，從而在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形，其中第四蝕刻停止層圖形和形成在其側壁上的第一隔離層構成掩模圖形。優選地，第四蝕刻停止層由與第三蝕刻停止層相同的材料構成。優選形成第四蝕刻停止層圖形以後接著除去露出的第三層間絕緣層，以便露出第二蝕刻停止層的上表面和第一隔離層的側壁，在第一隔離層的側壁上形成第二隔離層，以及蝕刻第二蝕刻停止層以露出第二層間絕緣層。
在本發明的另一個優選方面，形成導電層優選包括利用掩模圖形作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第三層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成露出導電焊盤的接觸孔；在生成的具有接觸孔的結構的表面上形成導電層；填充接觸孔並且布圖導電層。優選地，第一至第三蝕刻停止層、第四蝕刻停止層圖形和隔離層由氮化矽構成。優選地第三蝕刻停止層厚於第一蝕刻停止層和第二蝕刻停止層的總厚度。
在本發明的另一個優選實施例中，提供一種在半導體器件中形成自對準結構的方法，包括提供具有有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成第一層間絕緣層；在第一層間絕緣層上形成第二層間絕緣層以便形成至少兩個平行的溝槽；在每個溝槽的下部形成互連，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)；各向同性蝕刻第二層間絕緣層以增加每個溝槽的暴露部分的寬度；在每個溝槽的暴露部分中，形成具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形；以及形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透互連之間的第一和第二層間絕緣層部分，其中該互連是形成在兩個平行溝槽中的，並且導電層圖形與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
根據本發明的另一個優選實施例中，提供一種在半導體器件中形成自對準結構的方法，包括提供具有至少一個有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成第一層間絕緣層；在第一層間絕緣層上形成至少兩個平行的互連圖形，至少一個導電焊盤夾在至少兩個平行的互連圖形之間，每個互連圖形具有側壁、底部和寬度(x)；在互連圖形上形成覆蓋層，形成第二層間絕緣層，使第二層間絕緣層平面化直到露出互連圖形的上表面；蝕刻覆蓋層及第二層間絕緣層，以便形成第二層間絕緣層中的至少一個凹槽區、互連圖形上的具有頂部(z)和底部(y)的凹槽區；用掩模材料填充凹槽區；形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透互連圖形之間的第一和第二層間絕緣層的一部分，並與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
優選地，覆蓋層是通過順序層疊第一覆蓋層和第二覆蓋層形成的。第一覆蓋層和第二覆蓋層優選由第一材料和第二材料製成，第二材料對溼蝕的選擇性比第一材料大。優選地，覆蓋層的蝕刻包括用第一材料溼蝕以除去第二覆蓋層，此後用第二材料溼蝕以除去第一覆蓋層。優選地，第一覆蓋層由氧化矽層形成，第二覆蓋層由氮化矽層或多晶矽層形成。
根據本發明另一個實施例的特徵，在半導體中形成自對準接觸孔結構的方法包含提供半導體襯底；在半導體襯底上形成導電焊盤；在生成的具有導電焊盤的結構表面上形成第一層間絕緣層。然後在第一層間絕緣層上形成設置成基本上彼此平行的第一互連和第二互連。該方法還包含在各個第一和第二互連上形成掩模圖形，每個掩模圖形比其下面的互連寬，以及形成導電層，該導電層穿透掩模圖形之間的區、第一和第二互連之間的區和第一層間絕緣層的預定區。在自對準接觸結構中，導電層與導電焊盤電連接。
根據本發明實施例的另一個特徵，提供一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法。該方法包含提供半導體襯底；在生成的具有導電焊盤的結構表面上形成第一層間絕緣層、第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層。該方法還包含依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以形成至少具有至少一個側壁的第一凹槽以及具有至少一個側壁的第二凹槽，每個第一和第二凹槽基本上彼此平行。
該方法還必須在各個第一和第二凹槽的側壁上形成隔離層，以及利用第三蝕刻停止層和上述隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣層和第一蝕刻停止層，以形成第一和第二互連溝槽。然後可以分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。然後可以在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形，同時除去第三蝕刻停止層。該方法是通過下列方式實現的，即利用隔離層和第四蝕刻停止層圖形作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第三層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成暴露出導電焊盤的接觸孔。
根據本發明另一個實施例附加的特徵，提供一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包含提供半導體襯底；以及在半導體襯底上形成導電焊盤。該方法還包含在生成的具有導電焊盤的結構表面上順序形成第一層間絕緣層、第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層。可以依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以形成具有至少一個側壁的第一凹槽以及至少具有側壁的第二凹槽，每個第一和第二凹槽基本上彼此平行。
該方法還必須在各個凹槽區的側壁上形成第一隔離層，以及利用第三蝕刻停止層和第一隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣層和第一蝕刻停止層，以形成第一和第二互連溝槽。然後可以分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。然後可以在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形，同時除去第三蝕刻停止層。該方法還包含除去第三層間絕緣層以露出第一隔離層的側壁，在第一隔離層暴露的側壁上形成第二隔離層，以及蝕刻存在於第二隔離層之間的第二蝕刻停止層。自對準接觸可以通過下列方式實現，即利用第四蝕刻停止層圖形、第一隔離層和第二隔離層作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成暴露導電焊盤的接觸孔。
附圖的簡要描述
圖1是顯示動態隨機存取存儲器單元陣列區的部分平面圖；圖2A是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明實施例的自對準接觸結構；圖2B是沿圖1的II-II線取得的截面圖，說明根據本發明實施例的自對準接觸結構；圖2C是沿圖1的I-I線取得的與圖2A類似的截面圖，說明根據本發明實施例具有雙隔離層的自自對準接觸結構；圖2D是沿圖1的II-II線取得的與圖2B類似的截面圖，說明根據本發明實施例具有雙隔離層的自自對準接觸結構；圖2E是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明實施例的自對準接觸結構，對應於圖2A所顯示的隔離層還沒有通過蝕刻工序被消耗；圖2F是沿圖1的II-II線取得的截面圖，說明根據本發明實施例的自對準接觸結構，對應於圖2B所顯示的隔離層還沒有通過蝕刻工序被消耗；圖3A-3G是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明另一個實施例的自對準接觸結構的形成方法；圖4A-4C是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明另一個實施例的自對準接觸結構的形成方法；圖5A-5G是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明再一個實施例的自對準接觸結構的形成方法；圖6A-6F是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明又一個實施例的自對準接觸結構的形成方法；和圖7A-7C是沿圖1的I-I線取得的截面圖，說明根據本發明再一個實施例的自對準接觸結構的形成方法。
實現發明的最佳方式這裡全文引用分別於1999年12月8日、2000年1月24日和2000年7月26日申請的名稱分別為「在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法(Methods of Forming Self-aligned Contact Structure inSemiconductor Device)」、「在平行導體圖形之間具有接觸通路的半導體器件及其形成方法(Semiconductor Device Having Contacts PassingThrough Between Parallel Conductor Patterns and Methods of Forming theSame)」和「在平行導體圖形之間形成具有接觸通路的方法(Methods ofForming Semiconductor Device Having Contacts Passing ThroughBetween Parallel Conductor Patterm」的韓國專利申請Nos.99-55862、00-03249和00-43125作為參考。
下面將參考附圖更全面地描述本發明的各個最佳實施例，附圖中示出了本發明的最佳實施例。然而本發明可以採用多種不同的形式來實施，不應認為只限於這裡給出的實施例。相反，提供這些實施例，為的是使本說明書內容透徹而全面，並且將本發明的範圍全面轉達給本領域的技術人員。在附圖中，為了清楚誇大了層和區的厚度。還應理解，所謂在另一層或襯底「上」的層可以是直接位於另一層或襯底上的層，也可以是插入層。在整篇說明書中，附圖中相同的標號和說明指的是相同的部件。
在整篇說明書中，「基本平行」的意思是優選與另一個平行的結構，儘管它們可能偏離平行，只要它們以和平行設置所起的作用基本相同的方式起作用即可。
本方法包含提供半導體襯底；在半導體襯底上形成導電焊盤；以及在生成的具有導電焊盤的結構的表面上形成第一層間絕緣層。然後，在第一層間絕緣層上形成基本上彼此平行的第一互連和第二互連。該方法還包含在各個第一和第二互連上形成的掩模圖形，每個掩模圖形比它下邊的互連寬；以及形成導電層，該導電層穿透掩模圖形之間的區域、第一和第二互連之間的區域和第一層間絕緣層的預定區域。在自對準接觸結構中，該導電層與導電焊盤電接觸。
在本發明的實施例中，優選通過在第一層間絕緣層上順序形成第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層來形成第一和第二互連。然後可以順序布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以形成具有側壁的第一凹槽區和具有側壁的第二凹槽區，第一和第二凹槽區基本上彼此平行(優選平行)。然後可以在第一和第二凹槽區的側壁上形成第一隔離層。然後可以利用第三蝕刻停止層和第一隔離層作為蝕刻掩模依次蝕刻第二層間絕緣層和第一蝕刻停止層，從而形成第一互連溝槽和第二互連溝槽。然後分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連(優選是第一互連線)和第二互連(優選是第二互連線)，優選利用鑲嵌技術形成第一互連和第二互連。
第一至第三層間絕緣層優選由相對於第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層具有蝕刻選擇性的絕緣層形成。另外，當與第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層的介電常數相比較時，第一至第三層間絕緣層優選由具有比較低的介電常數的絕緣層形成。例如第一至第三絕緣層可以由氧化矽構成，第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層可以由氮化矽製成。當製造高性能的半導體器件時，第一和第二互連優選由金屬層(例如鎢層)構成。優選地，第三蝕刻停止層比第一蝕刻停止層和第二蝕刻停止層的總厚度厚。
形成掩模塗層優選包含在生成的具有第一和第二互連的結構的表面上(優選整個表面)，形成第四蝕刻停止層，從而第四蝕刻停止層填充第一和第二凹槽區。然後依次均厚蝕刻第四蝕刻停止層和第三蝕刻停止層，直到暴露出第三層間絕緣層，從而在凹槽區內側形成第四蝕刻停止層圖形。在本實施例中，第四蝕刻停止層圖形和其側壁上的第一隔離層構成掩模圖形。結果掩模圖形比它下面的互連寬，第四蝕刻停止層優選用與第三蝕刻停止層相同的材料形成。
形成第四蝕刻停止層圖形之後，可以選擇性地除去通過均厚蝕刻工藝而暴露的第三層間絕緣層，從而暴露出第一隔離層的側壁和第二蝕刻停止層的上表面。然後可以在暴露的第一隔離層的側壁上形成第二隔離層。此時，在形成第二隔離層之後，可以依次蝕刻第二蝕刻停止層，以暴露第二層間絕緣層。
形成導電層包含利用掩模圖形作為蝕刻圖形，依次各向異性蝕刻第三層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成暴露導電焊盤的自對準接觸孔。然後用導電層填充自對準接觸孔。
本發明的另一個實施例涉及在半導體器件中形成自對準接觸結構的形成方法。該方法包含提供半導體襯底；在半導體襯底上形成導電焊盤；在生成的具有導電焊盤的結構的表面上順序形成第一層間絕緣層、第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層。該方法還包含依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以形成具有至少一個側壁的第一凹槽區和具有至少一個側壁的第二凹槽區，從而每個第一和第二凹槽區基本上彼此平行。
該方法還需要在各個第一和第二凹槽區的側壁上形成隔離層，並且利用第三蝕刻停止層和該隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣膜和第一蝕刻停止層，以形成第一和第二互連溝槽。然後可以分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。然後可以在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形並同時去除第三蝕刻停止層。通過利用隔離層和第四蝕刻停止層圖形作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第三層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成暴露出導電焊盤的接觸孔，就完成了所述方法。
在本發明的實施例中，優選通過在生成的具有第一和第二互連溝槽的結構的表面上(優選整個表面)形成金屬層來形成第一和第二互連，並且填充第一和第二互連溝槽。可以通過深蝕刻金屬層直到暴露出第三蝕刻停止層和隔離層來實現第一和第二互連。
還優選在生成的具有第一和第二互連的結構的表面上(優選整個表面)，通過形成第四蝕刻停止層形成第四蝕刻停止層圖形，以及填充第一和第二凹槽區。可以通過依次均厚蝕刻第四蝕刻停止層和第三蝕刻停止層，直到暴露出第三層間絕緣層來完成第四蝕刻停止層圖形。
本發明的另一個實施例涉及在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包含提供半導體襯底；以及在半導體襯底上形成導電焊盤。該方法還包含在生成的具有導電焊盤的結構的表面上，順序形成第一層間絕緣膜、第一蝕刻停止層、第二層間絕緣膜、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣膜和第三蝕刻停止層。可以依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣膜和第二蝕刻停止層，形成具有至少一個側壁的第一凹槽區和具有至少一個側壁的第二凹槽區，從而每個第一和第二凹槽區基本上彼此平行。
該方法還需要在各個凹槽區的側壁上形成第一隔離層，並且利用第三蝕刻停止層和第一隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣膜和第一蝕刻停止層，以形成第一和第二互連溝槽。然後可以分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。然後可以在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形並和同時去除第三蝕刻停止層。該方法還包含除去第三層間絕緣層以暴露出第一隔離層的側壁，在第一隔離層的暴露出的側壁上形成第二隔離層，以及蝕刻存在於第二隔離層之間的第二蝕刻停止層。通過利用第四蝕刻停止層圖形、第一隔離層和第二隔離層作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成暴露導電焊盤的接觸孔，就實現了所述自對準接觸。
現在將參考圖1和2A至2F描述根據本發明實施例的自對準接觸結構。參考圖1，優選將有源區1限定在p型半導體襯底的預定區，字線對3a和3b以基本上彼此平行的設置經過有源區1。這樣，將有源區1分為三個區。字線3a和3b之間的有源區1對應於公用漏區，圖1中用D表示，該區優選用n型雜質摻雜。在公用漏區D兩側的有源區1(例如在字線3a和3b周邊)對應於第一源區S1和第二源區S2，S1區優選用n型雜質摻雜，S2區優選用n型雜質摻雜。隔離層(未示出)通常形成在有源區1的外側區域。
可以在第一源區S1上設置第一存儲節點焊盤17a，從而使第一存儲節點焊盤17a與第一源區S1電連接。類似地，可以在第二源區S2上設置第二存儲節點焊盤17b，從而使第二存儲節點焊盤17b與第二源區S2電連接。另外，可以在公用漏區D上設置位線焊盤17d，從而使位線焊盤17d與公用漏區D電連接。位線焊盤17d優選包含向有源區1的一側延伸的突起。可以將第一和第二位線35a和35b設置成與字線對3a和3b相交。第一位線35a優選通過位線接觸孔7與位線焊盤17d電連接，位線接觸孔7暴露出位線焊盤17d的突起。同理，第二位線35b可以和另一個位線焊盤(未示出)電連接。
圖2A顯示了沿圖1的I-I線得到的自對準接觸結構的截面圖，並顯示了形成在半導體襯底11的預定區、用於限定有源區(例如圖1的有源區1)的隔離層13。有源區1的預定區作好用具有與襯底11不同的導電類型的雜質摻雜，從而形成源區，例如，第二源區S2。可以用平面化絕緣層15覆蓋第二源區S2和隔離層13。可以將導電焊盤例如第二存儲節點焊盤17b設置在第二有源區S2上。第二存儲節點焊盤17b優選通過穿透平面化絕緣層15的預定區的孔與第二源區S2電連接。然後可以用第一層間絕緣層19覆蓋第二存儲節點焊盤17b和平面化絕緣層15，然後用第二層間絕緣層21覆蓋第一層間絕緣層19。優選地，第一和第二層間絕緣層19和21具有比較低的介電常數，例如氧化矽層。
穿透第一和第二層間絕緣層19和21的導電層圖形45優選位於第二存儲節點焊盤17b上。而且，第一和第二互連35a和35b可以設置在導電層圖形45的兩側。第一和第二互連35a和35b優選埋置在第二層間絕緣層21中，並且基本上彼此平行。這樣，第二層間絕緣層21夾在了導電層圖形45和各個互連35a及35b之間。第一和第二互連35a和35b優選由導電層材料，例如金屬層來形成。更具體地說，第一和第二互連35a和35b可以包含順序疊置的阻擋金屬層和互連金屬層。阻擋金屬層可以是氮化鈦(TiN)層或氮化鉭(TaN)層。互連層可以是鎢(W)層。
T形掩模圖形37優選位於每個互連35a或35b上。該T形掩模圖形37一般包括在每個互連35a或35b上的蝕刻停止層圖形37b和優選設置在蝕刻停止層圖形37b的至少一個側壁上的第一隔離層37a。這樣，在其上部，優選在第二層間絕緣層21的上面，掩模圖形37的寬度比它下面的互連35a或35b的寬度大。這樣的關係可以用公式來說明，其中如果互連35a和35b的寬度用x表示，掩模圖形37頂部的寬度用z表示，掩模圖形底部的寬度用y表示，那麼在本發明的範圍內，x≤y≤z且x＜z。這個公式是本發明的臨界情況，它確保接觸結構是自對準的。優選延伸導電層圖形45，以穿透相鄰的掩模圖形37之間的區域。
圖2B顯示了沿圖1的II-II線得到的自對準接觸結構的截面圖，並顯示了形成在半導體襯底11的預定區、用於限定有源區(例如圖1的有源區1)的隔離層13。字線3b形成在有源區1上並與有源區1電連接。在字線3b上形成了平面化絕緣層15，在平面化絕緣層15上形成了第一層間絕緣層19。在第一層間絕緣層19上形成了第二層間絕緣層21，第一位線35a和第二位線35b埋置在第二層間絕緣層21中。掩模圖形37設置在位線35a和35b上。如前所述，掩模圖形37具有蝕刻停止層37b和第一隔離層37a。
參考圖2C，可以在第一隔離層37a的至少一個側壁上另外形成第二隔離層37c。這裡，第二隔離層可以夾在導電層圖形45和掩模圖形37的第一隔離層37a之間。掩模圖形37包含蝕刻停止圖形37b、第一隔離層37a和第二隔離層37c，並且當和第一和第二層間絕緣層19和21相比較時，掩模圖形37優選由具有比較高的介電常數的絕緣層材料形成。優選地，蝕刻停止圖形37b、第一隔離層37a和第二隔離層37c都由相同的材料製成，例如氮化矽。
圖2D顯示了圖2B所示的、附帶有第二隔離層37c的自對準接觸結構。
參考圖2E，限定有源區1的隔離層13形成在半導體襯底11的預定區。用平面化絕緣層15覆蓋隔離層13。導電焊盤17b穿過有源區1上的平面化絕緣層15，並且導電焊盤17b與半導體襯底11電連接。用第一層間絕緣層19覆蓋導電焊盤17b和平面化絕緣層15。用第二層間絕緣層211覆蓋第一層間絕緣層19。任選地，可以將蝕刻停止層211a夾在第一和第二層間絕緣層19和211b之間。穿過第一和第二層間絕緣層19和211的導電層圖形45優選位於導電焊盤17b上。而且，第一和第二互連35a和35b可以設置在導電層圖形45的兩側。第一和第二互連35a和35b優選埋置在第二層間絕緣層211中，它們基本上彼此平行。這樣，第二層間絕緣層211夾在了導電層45和各個互連35a及35b之間。
第一和第二互連35a和35b優選由導電層材料例如金屬層形成。更詳細地說，每個第一和第二互連35a和35b可以包含互連金屬層202和阻擋金屬層201。阻擋金屬層201可以圍繞在互連金屬層202的側壁和底部。阻擋金屬層201可以是氮化鈦(TiN)層或氮化鉭(TaN)層。互連層可以是鎢(W)層。
掩模圖形37優選位於每個互連35a和35b上，該掩模圖形37也可以埋置在第二層間絕緣層211中，並且就像互連35a和35b那樣基本上彼此平行。在其上部，掩模圖形37的寬度比下面的互連寬度寬。更具體地說，掩模圖形37優選具有垂直於襯底11的上表面的垂直側壁。
導電層圖形45優選延伸以穿透相鄰掩模圖形37之間的區域。與第一和第二層間絕緣層19和211相比較，掩模圖形37優選由具有比較高的介電常數的絕緣層材料形成。優選地，掩模圖形37由氮化矽製成。
圖2F顯示了沿圖1的II-II線得到的圖2E所示的自對準接觸結構的截面圖。
下面將參考附圖描述形成本發明的各種實施例的自對準結構的方法。圖3A-3G是說明根據本發明的一個實施例的自對準結構的形成方法的截面圖。圖3A-3G中的截面圖是沿圖1的I-I線得到的。
現在參考圖3A，為了限定有源區，可以在p型半導體襯底11的預定區形成隔離層13。隔離層13可以利用傳統的層形成技術例如LOCOS(矽的局部氧化)工藝或溝槽隔離技術來形成。技術人員能夠利用這裡提供的指導形成隔離層13。然後可以在有源區上形成字線對(圖1中的3a和3b，但在圖3A中未示出)。然後利用字線作為離子注入掩模，優選將N型雜質離子注入到半導體襯底11中，以形成第二源區S2。此時，圖1的公用漏區D和第一源區S1也可以以同樣的方式形成。
然後可以用平面化絕緣層15覆蓋隔離層13、有源區S1和S2以及公用漏區D。可以布圖平面化絕緣層15以形成暴露出第二源區S2的焊盤接觸孔。此時，暴露出第一源區S1的焊盤接觸孔和公用漏區D也以同樣的方式形成了。然後可以在生成的具有焊盤接觸孔的結構的表面上(優選在整個表面上)形成導電層，例如摻雜的多晶矽層(未示出)。優選布圖導電層以形成導電焊盤，例如，第二存儲節點焊盤17b，該焊盤與第二源區S2電連接。此時，與第一源區S1連接的第一存儲節點焊盤(圖1的17a)和與公用漏區D連接的位線焊盤(圖1的17d)也可以同樣的方式形成。
參考圖3B，優選在生成的具有第二存儲節點焊盤17b的結構的表面上(優選整個表面)順序形成第一層間絕緣層19、第一蝕刻停止層21、第二層間絕緣層23、第二蝕刻停止層25、第三層間絕緣層27和第三蝕刻停止層29。第一至第三層間絕緣層19、23和27優選由氧化矽形成。而且，第一至第三層間絕緣層19、23和27優選由相對於第一至第三蝕刻停止層21、25、29具有蝕刻選擇性的絕緣層材料形成。蝕刻停止層21、25、29優選是氮化矽層。另外，第三蝕刻停止層29優選比第一蝕刻停止層21和第二蝕刻停止層25的總的結合厚度厚。第三蝕刻停止層更厚，使得在後續工藝中的形成自對準接觸孔過程中，即穿透第一和第二蝕刻停止層21和25的過程中，第三蝕刻停止層沒被完全除去。然後在第三蝕刻停止層29上形成第一光致抗蝕劑圖形31。技術人員利用這裡提供的指導能夠順序形成層間絕緣層、蝕刻停止層和第一光致抗蝕劑圖形31。
現在參考圖3C，利用第一光致抗蝕劑圖形31作為蝕刻掩模，優選依次蝕刻第三蝕刻停止層29、第三層間絕緣層27和第二蝕刻停止層25，從而形成基本上彼此平行的第一凹槽區G1和第二凹槽區G2。優選地，第一凹槽區G1和第二凹槽區G2彼此平行。然後可以利用傳統技術除去第一光致抗蝕劑圖形31。然後用相對於第一和第二層間絕緣層19和23具有蝕刻選擇性的保形絕緣層覆蓋所生成的除去了第一光致抗蝕劑圖形31的結構。該保形絕緣層優選是氮化矽層。然後可以各向異性蝕刻該保形層，以便在第一和第二凹槽區G1和G2的側壁上形成隔離層37a。可以選擇的是，第一和第二凹槽區G1和G2可以通過利用第一光致抗蝕劑圖形31作為蝕刻掩模，順序蝕刻第三蝕刻停止層29和第三層間絕緣層27來形成。在本實施例中，在形成隔離層37a之後，可以蝕刻第二蝕刻停止層25以暴露出第二層間絕緣層23。
現在參考圖3D，然後可以利用第三蝕刻停止層29和隔離層37a作為蝕刻掩模，順序蝕刻第二層間絕緣層23和第一蝕刻停止層21，從而形成基本上彼此平行的(優選平行)第一互連溝槽G1』和第二互連溝槽G2』。接著，儘管在圖3D中未示出，但可以蝕刻通過第一和第二互連溝槽G1』和G2』而暴露的第一層間絕緣層19的預定區，以形成暴露位線焊盤(圖1的17d)的位線接觸孔(圖1的7)。
參考圖3E，優選用金屬層覆蓋所生成的已經形成位線接觸孔的結構，該金屬層至少填充位線接觸孔和互連溝槽G1』和G2』。優選地，該金屬層通過順序層疊阻擋金屬層和互連金屬層來形成。優選採用氮化鈦(TiN)層或氮化鉭(TiN)層作為阻擋金屬層，並採用鎢(W)層作為互連金屬層。然後可以深蝕刻互連金屬層直到暴露出第三蝕刻停止層29和隔離層37a，從而在第一互連溝槽G1』和第二互連溝槽G2』中分別形成第一互連35a和第二互連35b。此時，可以過蝕互連金屬層直到暴露出第一互連溝槽G1』和第二互連溝槽G2』的上側壁，如圖3E所示。
如上所述，優選利用鑲嵌工藝形成第一和第二互連35a和35b。換句話說，不需要利用用於直接布圖金屬層的光刻和蝕刻工藝。據此，本發明實施例的工藝可以基本上避免在相鄰的互連之間形成橋接或縱梁。更具體地說，當利用光刻和蝕刻工藝直接布圖金屬層來形成互連時，可能在互連之間留下由剩餘金屬組成的橋。這是由於在光刻工藝過程中可能出現的不規則反射，導致金屬層上的光致抗蝕劑具有不良的側壁形狀所致。當金屬層具有粗糙表面時，不規則反射表現得更嚴重。另外，與用於蝕刻絕緣層(例如氧化矽或氮化矽)的材料相比，用於蝕刻金屬層的材料具有比較低的相對於光致抗蝕劑圖形的選擇性。這樣，難以進行過蝕刻工藝以便除去橋。結果，利用如本發明的鑲嵌工藝來形成互連(相對於利用光刻工藝)，使其容易地解決了金屬橋接的問題。
然後可以在所生成的具有第一和第二互連35a和35b的結構的表面上(優選整個表面)形成填充第一和第二凹槽區G1和G2的第四蝕刻停止層37b。第四蝕刻停止層37b優選由與形成第一至第三蝕刻停止層21、25和29相同的材料組成。優選地，第四蝕刻停止層37b由氮化矽構成。
現在參考圖3F，然後可以均厚蝕刻第四蝕刻停止層37b，直到露出第三層間絕緣層27的上表面，從而在第一和第二凹槽區G1和G2中形成第四蝕刻停止層圖形37b。現在第四蝕刻停止層37b和第四蝕刻停止層37b側壁上的隔離層37a構成掩模圖形37。這裡，當第一和第二互連35a和35b的上表面比第二層間絕緣層23的上表面低時，掩模圖形37為T形。在本實施例中，如圖3F所示，掩模圖形37比下面的互連寬。
然後可以在生成的形成了第四蝕刻停止層37a的結構的表面(優選整個表面)上形成第四層間絕緣層39。如果需要，形成第四層間絕緣層39的工藝可以省略。第四層間絕緣層39優選用與第一至第三層間絕緣層19、23和27相同的材料形成。優選地，第四層間絕緣層由氧化矽構成。
然後可以在第四層間絕緣層39上形成第二光致抗蝕劑圖形41。該第二光致抗蝕劑圖形41在存儲節點焊盤17a和17b上具有開口。此時，開口的寬度可以比存儲節點焊盤17a和17b的寬度寬。這是為了增加第二光致抗蝕劑圖形41的對準裕度。
參考圖3G，利用第二光致抗蝕劑圖形41和掩模圖形37作為蝕刻掩模，順序蝕刻第四層間絕緣層39、第三層間絕緣層27、第二蝕刻停止層25、第二層間絕緣層23、第一蝕刻停止層21和第一層間絕緣層19。以這種方式依次蝕刻各個層形成接觸孔43和暴露出存儲節點焊盤17a和17b。此時，在蝕刻第一和第二蝕刻停止層21和25的過程中，可以將掩模圖形37的上角蝕刻到第一深度T1。
然後可以除去第二光致抗蝕劑圖形41。可以在生成的已除去第二光致抗蝕劑圖形41的結構的表面上(優選整個表面)形成填充接觸孔43的導電層(例如摻雜的多晶矽層)。然後布圖該導電層以形成導電層圖形45，該導電層圖形45與各個接觸孔43中的存儲節點焊盤17a和17b電連接。可以利用傳統的技術，例如光刻工藝或化學機械拋光(CMP)工藝來布圖導電層。本領域技術人員熟悉這些工藝，並能利用這裡提供的指導來布圖導電層。
圖4A-4C是說明根據本發明另一個實施例的自對準接觸結構形成方法的截面圖。該圖4A-4C的截面圖是沿圖1的I-I線得到的。
現在參考圖4A，可以用與上面參考圖3A-3G所描述的本發明實施例相同的方式形成第二存儲節點焊盤17b(圖1所示)、第一和第二互連35a和35b以及掩模圖形37。優選在形成第四層間絕緣層39之前，選擇性地除去第三層間絕緣層(圖3F所示的部件27)，從而露出隔離層37a的側壁(即第一隔離層和第二蝕刻停止層25)。優選利用溼蝕刻劑例如氫氟酸(HF溶液)或緩衝氧化物蝕刻劑(BOE)，除去第三層間絕緣層27。
現在參考圖4B，用相對於第一和第二層間絕緣層19和23具有蝕刻選擇性的保形絕緣層覆蓋所生成的、已除去了第三層間絕緣層27的結構。優選地，保形絕緣層由與第一和第二蝕刻停止層21和25相同的材料形成。然後可以各向異性蝕刻該保形絕緣層，以便在第一隔離層37a的暴露的側壁上形成第二隔離層37c。同時也蝕刻第二蝕刻停止層25以露出第二層間絕緣層23。然後可以在所生成的具有第二隔離層37c的結構表面上(優選在整個表面)形成平面化層間絕緣層33。該平面化層間絕緣層33優選由與第一至第三層間絕緣層相同的材料，例如氧化矽製成。如果需要可以省略用於形成平面化層間絕緣層33的工序。
現在參考圖4C，然後可以在平面化層間絕緣層33上形成與圖3F所示的第二光致抗蝕劑圖形41形狀相同的光致抗蝕劑圖形(未示出)。然後可以利用光致抗蝕劑圖形、掩模圖形37和第二隔離層37C作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻平面化層間絕緣層33、第二層間絕緣層23、第一蝕刻停止層21和第一層間絕緣層19。以這種方式依次蝕刻各個層，形成接觸孔43，並露出存儲節點焊盤17a和17b。同時在蝕刻第一蝕刻停止層21的過程中，可以將掩模圖形37的上角和第二隔離層37c的上部蝕刻到第二深度T2。第二深度T2比圖3G所示的第一深度T1淺。
接著，可以除去光致抗蝕劑圖形。然後可以用與上面參考圖3A-3G所描述的本發明實施例相同的方式，形成與存儲節點焊盤17b電連接的導電層45。
圖5A-5G是說明根據本發明另一個實施例的自對準接觸結構形成方法的截面圖。這些截面圖是沿圖1的I-I線而得到的。
參考圖5A，可以用與上面參考圖3A-3G所描述的本發明實施例相同的方式，形成平面化絕緣層15、導電焊盤17b(第二存儲節點焊盤)和第一層間絕緣層19。在第一層間絕緣層19上順序形成導電層和覆蓋層，導電層可以通過順序疊置阻擋金屬層(如氮化鈦層)和互連金屬層(例如鎢層)而形成。而且覆蓋層可以通過順序疊置第一覆蓋層和第二覆蓋層而形成。優選地，第一覆蓋層可以由CVD氧化矽層例如PE-TEOS(等離子加強四乙基原矽酸酯)氧化物層或HDP(高密度等離子)氧化物層來形成，第二覆蓋層可以由氮化矽層或多晶矽層來形成。
布圖覆蓋層和導電層以形成平行的互連圖形對113a和113b。結果一個互連圖形113a包括順序疊置的第一互連35a、第一覆蓋層圖形111和第二覆蓋層圖形112，另一個互連圖形113b包括順序疊置的第二互連35b、第一覆蓋層圖形111和第二覆蓋層圖形112。這裡第一和第二互連35a和35b可以作為半導體存儲器件如DRAM的位線。
參考圖5B，在生成的具有互連圖形113a和113b結構的整個表面上形成第二層間絕緣層115。第二層間絕緣層115優選由CVD氧化矽層形成，然後利用CMP(化學機械拋光)技術使第二層間絕緣層115平面化，直到露出互連圖形113a和113b的上表面。
參考圖5C，利用適當的溼蝕刻劑選擇形性地除去每個互連圖形113a和113b的第二覆蓋層圖形112，以在各個第一覆蓋層圖形111上分別形成凹槽區G3和G4。第一覆蓋層圖形111保護互連35a和35b免受溼蝕刻劑的損傷。
參考圖5D，各向同性蝕刻第二層間絕緣層115以擴大凹槽區G3和G4。在該各向同性蝕刻工序過程中，也可以除去第一覆蓋層圖形111。這樣分別在互連35a和35b上形成了擴大凹槽區G3』和G4』，結果擴大的凹槽區G3』和G4』的寬度比下面的互連35a和35b的寬度寬。如圖5D所示，而且擴大的凹槽區G3』和G4』的側壁具有與半導體襯底11的上表面垂直的形狀。
參考圖5E，在已經形成了擴大的凹槽區G3』和G4』的結構的整個表面上形成掩模層，優選用掩模層材料完全填充擴大的凹槽區G3』和G4』中。掩模層可以由氮化矽層形成，使掩模層平面化直到露出第二層間絕緣層115的上表面。結果在擴大的凹槽區G3』和G4』中形成了掩模圖形37，掩模圖形37也具有像擴大的凹槽區G3』和G4』一樣的垂直側壁。然後在具有掩模圖形37的結構的整個表面上形成犧牲層39，例如氧化矽層。
參考圖5F和5G，在犧牲層39上形成了光致抗蝕劑圖形41。抗蝕劑圖形41露出了犧牲層39的預定區域。利用抗蝕劑圖形41作為蝕刻掩模，順序蝕刻所暴露的犧牲層39的預定區域、第二層間絕緣層115和第一層間絕緣層19，從而形成穿過相鄰的掩模圖形37之間的區域並露出導電焊盤17b的自對準接觸孔。在這個蝕刻工序過程中，掩模圖形37作為蝕刻停止層。然後在生成的具有自對準接觸孔結構的整個表面上形成填充自對準接觸孔的導電層，該導電層可以由多晶矽層形成。
利用CMP技術使導電層平面化，直到露出掩模圖形37。掩模圖形37作為CMP停止層。結果在自對準接觸孔中形成了導電層圖形45。該導電層圖形45可以對應於DRAM的存儲節點栓塞。
圖6A至6F是說明根據本發明另一個實施例的自對準接觸結構形成方法的截面圖，這些截面圖是沿圖1的I-I線而得到的。
現在參考圖6A可以利用與上面參考圖3A-3G所描述的本發明實施例相同的方式形成平面化絕緣層15、導電焊盤17b(第二存儲節點焊盤)和第一層間絕緣層19。在第一層間絕緣層19上順序形成蝕刻停止層21和第二層間絕緣層23。蝕刻停止層21優選由相對於第一和第二層間絕緣層19和23具有蝕刻選擇性的絕緣層構成。例如，蝕刻停止層21優選由氮化矽層構成。順序布圖第二層間絕緣層23和蝕刻停止層21，以便形成平行的互連溝槽對G5和G6。
參考圖6B，在生成的包含互連溝槽G5和G6的結構的表面上順序形成阻擋金屬層201和互連金屬層202。阻擋金屬層201和互連金屬層202構成互連層，阻擋金屬層201優選由氮化鈦(TiN)層或氮化鉭(TaN)層構成，互連金屬層202優選由鎢(W)層構成。
參考圖6C，過蝕刻互連金屬層202和阻擋金屬層201，直到露出第二層問絕緣層23的上表面和互連溝槽G5』和G6』的上側壁。據此，分別在互連溝槽G5和G6的下部形成了第一和第二互連35a和35b，分別在互連35a和35b上形成了凹槽區G5』和G6』。第一和第二互連35a和35b包括第一互連金屬層圖形202和圍繞第一互連金屬層圖形202的側壁及底部的第一阻擋金屬層圖形201。
參考圖6D，利用溼蝕刻劑，例如氫氟酸(HF)或緩衝氧化物蝕刻劑(BOE)，各向同性蝕刻第二層間絕緣層23，從而形成擴大的凹槽區G5」和G6」，也可以，利用幹蝕工藝各向同性蝕刻第二層間絕緣層23。如圖6D所示，因此每個擴大的凹槽區G5」和G6」具有比它下面的互連更寬的寬度和垂直的側壁。
參考6E和6F，用與上面參考圖5E-5G所描述的本發明實施例相同的方式形成掩模圖形37、犧牲層39和導電圖形45。
圖7A-7C是說明根據本發明再一個實施例的自對準接觸結構形成方法的截面圖。該實施例的重要特徵在於利用雙層掩模圖形。這些截面圖是沿圖1的I-I線而取得的。
參考圖7A，利用與上面參考圖5A-5D描述的本發明實施例相同的方式，可以形成平面化絕緣層15、導電焊盤17b(第二存儲節點焊盤)、第一層間絕緣層19、第一和第二互連35a和35b以及具有擴大的凹槽區37的第二層間絕緣層。在生成的、形成了擴大的凹槽區37的結構的整個表面上形成第一掩模層。第一掩模層優選由氮化矽層構成。深蝕刻第一掩模層以便在互連35a和35b上形成第一掩模圖形37，同時暴露出第二層間絕緣層23的上表面和擴大的凹槽區37的上側壁。結果，擴大的凹槽區37的上部是空的。
接著，在生成的、已經形成了第一掩模圖形37的結構的整個表面上形成第二掩模層。優選用第二掩模層完全填充整個擴大的凹槽區37。第二掩模層優選由相對於第一和第二層間絕緣層19和23具有高蝕刻選擇性的材料層構成。例如，第二掩模層可以由多晶矽層構成。然後深蝕刻第二掩模層，直到露出第二層間絕緣層23的上表面，從而在第一掩模圖形37上形成第二掩模圖形39』。其上的第一掩模圖形37和第二掩模圖形39』構成掩模圖形40。
參考圖7B，在形成了第二掩模圖形39』的結構上形成光致抗蝕劑圖形41。光致抗蝕劑圖形41暴露了相鄰的第二掩模圖形39』之間的第二層間絕緣層23的預定區。利用光致抗蝕劑圖形41作為蝕刻掩模，順序蝕刻暴露的第二層間絕緣層23和第一層間絕緣層19，從而形成暴露出導電焊盤17b的自對準接觸孔H。掩模圖形40(特別是第二掩模圖形39』)作為蝕刻停止層。這樣防止了在用於形成自對準接觸孔H的蝕刻過程中對第一掩模圖形37造成損傷。
參考圖7C，在除去光致抗蝕劑圖形41之後，在生成的具有自對準接觸孔H的結構上形成導電層，例如多晶矽層。優選用導電層完全填充自對準接觸孔H。然後利用CMP技術使導電層和第二掩模圖形39』平面化，直到露出第一掩模圖形37。這樣，在自對準接觸孔H中，形成了導電層圖形45，即存儲節點栓塞。
如上所述，根據本發明的各個實施例，具有比較低的介電常數的絕緣層夾在導電層和導電層兩側的互連之間。這樣減小了導電層和互連之間的寄生容量，提高了半導體器件的工作速度。而且通過利用鑲嵌工藝形成互連，能容易地布圖互連。因此即使互連由金屬層構成，當採用本發明的方法時，在相鄰的互連之間也不會留下橋接。
參考具體的最佳實施例，已經詳細地描述了本發明，本領域技術人員應當理解，在不離開本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明作出各種修改。
權利要求
1.一種半導體器件中的自對準接觸結構，包括具有有源區的半導體襯底；覆蓋至少除了每個有源區部分之外的半導體襯底的層間絕緣層；層間絕緣層上的至少兩個平行的互連，相對地設在至少兩個平行的互連之間的至少一個有源區，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)；形成在每個互連上的具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形；和至少穿透掩模圖形之間的層間絕緣層的一部分的導電層圖形，該導電層圖形與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
2.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，每個有源區包括導電焊盤。
3.如權利要求2所述的半導體器件中的自對準接觸結構，還包括覆蓋所述半導體襯底的所述層間絕緣層上的第二層間絕緣層，其中，第二層間絕緣層具有比掩模圖形的介電常數低的介電常數。
4.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，每個互連包括順序疊置的阻擋金屬層和互連金屬層。
5.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，互連包括具有底部和側壁的互連金屬層以及圍繞互連金屬層的底部和側壁的阻擋金屬層。
6.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，掩模圖形包括形成在互連上的具有側壁的蝕刻停止層圖形；以及形成在蝕刻停止層圖形側壁上的、具有內和外側壁的第一隔離層，第一隔離層的外側壁具有垂直於半導體襯底上表面的垂直形狀。
7.如權利要求6所述的半導體器件中的自對準接觸結構，還包括設置在導電層圖形和第一隔離層之間的第二隔離層。
8.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，掩模圖形包括蝕刻停止圖形，該蝕刻停止圖形具有垂直於半導體襯底上表面的垂直側壁。
9.如權利要求1所述的半導體器件中的自對準接觸結構，其中，層間絕緣層由氧化矽製成。
10.一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包括提供具有有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成至少兩個平行的互連，在所述至少兩個平行的互連之間設有至少一個有源區，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)；在每個互連上形成具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形；以及形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透在掩模圖形之間暴露的層間絕緣層部分，並與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
11.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，每個有源區包括導電焊盤。
12.如權利要求11所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，還包括在覆蓋半導體襯底的所述層間絕緣層上提供第二層間絕緣層，第二層間絕緣層具有比掩模圖形的介電常數低的介電常數。
13.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，通過順序疊置阻擋金屬層和互連金屬層來形成每個互連。
14.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，通過形成具有底部和側壁的互連金屬層以及環繞互連金屬層的底部和側壁的阻擋金屬層來形成每個互連。
15.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，通過以下步驟形成掩模圖形形成在互連上的、具有側壁的蝕刻停止層圖形；和形成在所述蝕刻停止層圖形側壁上的、具有內和外側壁的第一隔離層，該第一隔離層的外側壁具有垂直於半導體襯底上表面的垂直形狀。
16.如權利要求15所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，還包括形成夾在導電層圖形和第一隔離層之間的第二隔離層。
17.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，掩模圖形是通過形成蝕刻停止圖形而形成的，該蝕刻停止圖形具有垂直於半導體襯底上表面的垂直側壁。
18.如權利要求10所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，層間絕緣層由氧化矽構成。
19.權利要求10的方法，其中，半導體襯底上的層間絕緣層是第一層間絕緣層，以及形成至少兩個平行的互連包括以下步驟在第一層間絕緣層上順序形成第一蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第三蝕刻停止層；依次布圖第三蝕刻停止層、第三層間絕緣層和第二蝕刻停止層，以便形成具有至少一個側壁的第一凹槽區和具有至少一個側壁的第二凹槽區，每個第一和第二凹槽區基本上彼此平行；在第一和第二凹槽區的側壁上形成第一隔離層；利用第三蝕刻停止層和第一隔離層作為蝕刻掩模，依次蝕刻第二層間絕緣層和第一蝕刻停止層，以便形成第一互連溝槽和第二互連溝槽；以及分別在第一互連溝槽和第二互連溝槽中形成第一互連和第二互連。
20.權利要求19的方法，其中，第一至第三層間絕緣層由相對於第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層具有蝕刻選擇性的絕緣層形成。
21.權利要求20的方法，其中，第一至第三層間絕緣層由具有比第一至第三蝕刻停止層和第一隔離層的介電常數低的介電常數的絕緣層形成。
22.權利要求19的方法，其中，形成掩模圖形包括以下步驟在生成的具有第一和第二互連的結構的表面上形成第四蝕刻停止層，以及填充第一和第二凹槽區；和依次均厚蝕刻第四蝕刻停止層和第三蝕刻停止層，直到露出第三層間絕緣層，從而在各個第一和第二凹槽區中形成第四蝕刻停止層圖形，其中第四蝕刻停止層圖形和形成在其側壁上的第一隔離層構成掩模圖形。
23.權利要求22的方法，其中，第四蝕刻停止層由與第三蝕刻停止層相同的材料構成。
24.權利要求22的方法，其中，形成第四蝕刻停止層圖形以後接著除去露出的第三層間絕緣層，以便露出第二蝕刻停止層的上表面和第一隔離層的側壁；在第一隔離層的側壁上形成第二隔離層；以及蝕刻第二蝕刻停止層以露出第二層間絕緣層。
25.權利要求22的方法，其中，形成導電層包括以下步驟利用掩模圖形作為蝕刻掩模，依次各向異性蝕刻第三層間絕緣層、第二蝕刻停止層、第二層間絕緣層、第一蝕刻停止層和第一層間絕緣層，從而形成露出導電焊盤的接觸孔；在生成的具有接觸孔的結構的表面上形成導電層，填充接觸孔；和布圖導電層。
26.權利要求22的方法，其中，第一至第三蝕刻停止層、第四蝕刻停止層圖形和隔離層由氮化矽構成。
27.權利要求19的方法，其中，第三蝕刻停止層比第一蝕刻停止層和第二蝕刻停止層的總厚度厚。
28.一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包括提供具有有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成第一層間絕緣層；在第一層間絕緣層上形成第二層間絕緣層以便形成至少兩個平行的溝槽；在每個溝槽的下部形成互連，每個互連具有側壁、底部和寬度(x)；各向同性蝕刻第二層間絕緣層以增加每個溝槽的暴露部分的寬度；在每個溝槽的暴露部分中，形成具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形；和形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透互連之間的第一和第二層間絕緣層的一部分，其中該互連是形成在兩個平行溝槽中的，並且上述導電層圖形與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
29.一種在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，包括提供具有至少一個有源區的半導體襯底；在半導體襯底上形成第一層間絕緣層；在第一層間絕緣層上形成至少兩個平行的互連圖形，至少一個導電焊盤設置在所述至少兩個平行的互連圖形之間，每個互連圖形具有側壁、底部和寬度(x)；在互連圖形上形成覆蓋層；形成第二層間絕緣層；使第二層間絕緣層平面化直到露出互連圖形的上表面；和蝕刻所述覆蓋層及第二層間絕緣層，以便形成第二層間絕緣層中的至少一個凹槽區，凹槽區在互連圖形上的具有頂部(z)和底部(y)；用掩模材料填充凹槽區；形成導電層圖形，該導電層圖形至少穿透互連圖形之間的第一和第二層間絕緣層的一部分，並與至少一個有源區電連接，其中x≤y≤z且x＜z。
30.根據權利要求29所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，覆蓋層是通過順序層疊第一覆蓋層和第二覆蓋層形成的。
31.根據權利要求30所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，第一覆蓋層和第二覆蓋層由第一材料和第二材料製成，第二材料具有比第一材料更大的對溼蝕的選擇性。
32.根據權利要求30所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，覆蓋層的蝕刻包括溼蝕第一材料以除去第二覆蓋層，此後溼蝕第二材料以除去第一覆蓋層。
33.根據權利要求30所述的在半導體器件中形成自對準接觸結構的方法，其中，第一覆蓋層由氧化矽層形成，第二覆蓋層由氮化矽層或多晶矽層形成。
全文摘要
一種半導體器件中的自對準接觸結構以及製造該接觸結構的方法,其中半導體器件具有帶有有源區的半導體襯底,覆蓋至少除了每個有源區之外的半導體襯底的層間絕緣層,層間絕緣層上的至少兩個平行的互連,相對地設在所述至少兩個平行互連之間的至少一個有源區。每個互連具有側壁、底部和寬度(x),形成在每個互連上的具有頂部(z)和底部(y)的掩模圖形以及至少滲透到掩模圖形之間的層間絕緣層部分的導電層圖形,該導電層圖形與至少一個有源區電連接,其中x≤y≤z和x<z。具有比較低的介電常數的第二層間絕緣層夾在導電層和互連之間。這減小了其間的寄生容量。
文檔編號H01L21/768GK1339172SQ00803522
公開日2002年3月6日 申請日期2000年12月8日 優先權日1999年12月8日
發明者林炳俊, 黃有商 申請人:三星電子株式會社