形成接觸孔的方法

2023-05-06 00:40:36

專利名稱：形成接觸孔的方法
技術領域：
本發明涉及一種在半導體工藝中形成接觸孔的方法，特別是涉及一種用以防止在一多晶矽硬掩模的頂部上形成矽化鈦(TiSi2)及防止一MOS電晶體的源/漏極區域氧化的形成接觸孔的方法。
背景技術：
我們知道，由於在一半導體襯底中的個別裝置及用以連接該裝置的內連圖案化導電層尺寸的縮小，而使得不斷地增加該半導體襯底上的集成電路密度成為一種趨勢。為了進一步大大地增加封裝密度，半導體需要具有額外的要求，例如光刻成像技術的改良解析度及改良的等離子體蝕刻技術。
由於集成電路的密度越來越高，所以形成於一內層介電層中的接觸孔的尺寸會變得更小。當接觸孔影像的尺寸小於0.25μm時，則必須使用更短波長的紫外線來曝露″潛像(Latent Images)″於一光致抗蝕劑層中，該光致抗蝕劑層隨後用以作為該等接觸孔的蝕刻掩模。結果，下一代工藝技術將需要更薄的光致抗蝕劑層來完成所需的高解析度。不幸地，該內層介電層必須保留合理的厚度，以便最小化該內層介電層的電容量及一RC電路弛豫。結果，該等接觸孔需要相當大的長徑比(深度/寬度)。因而，當蝕刻接觸孔時，蝕刻深的接觸孔而不會侵蝕到相對薄的光致抗蝕劑將會變得更困難。
為了解決上述問題，美國專利第6,025,273號引進一形成於一薄光致抗蝕劑下方的多晶矽硬掩模層。然而，在美國專利第6,025,273號中，作為一硬掩模的圖案化多晶矽層氧化成為一氧化矽層16之後，對應於接觸孔15的不被期望的氧化層19會形成於一第一多晶矽層12中(如圖1所示)，其中元件符號10代表一襯底以及元件符號14代表一內層介電層。結果，該氧化層19下方的第一多晶矽層12會變薄，進而在裝置正常操作期間容易造成經由該第一多晶矽層12及該襯底10的漏電流。

發明內容
因此，本發明目的之一在於提供一種用以防止在一多晶矽硬掩模的頂部上形成矽化鈦(TiSi2)及防止一MOS電晶體的源極/漏極區域被氧化的形成接觸孔的方法。
為了完成上述目的，本發明的方法包括下列步驟。提供一襯底，該襯底上形成有一多晶矽柵極結構，並且在該多晶矽柵極結構的兩側的襯底中形成有源/漏極區域。形成一擴散阻擋層於該襯底、該多晶矽柵極層及該源極/漏極區域上。至少一內層介電層形成於該擴散阻擋層上。形成一圖案化的多晶矽層於該內層介電層上，該圖案化的多晶矽層具有一對應於該源極/漏極區域中之一的開口。使用該圖案化的多晶矽層作為一硬掩模，以蝕刻該內層介電層，直到曝露出該擴散阻擋層為止，藉以在該源極/漏極區域中之一的上方的內層介電層中形成一接觸孔。將該圖案化的多晶矽層氧化成為一氧化矽層。去除在該源極/漏極區域中之一上的所曝露的該擴散阻擋層。
本發明的上述方法可使不易拋光的TiSi2不會形成於該多晶矽硬掩模的頂部，如此將有利於後續化學機械拋光的實施。再者，可有效地防止該源極/漏極區域在該圖案化多晶矽層的氧化期間被氧化。因為該源/漏極區域不會因氧化而變薄，所以在該MOS電晶體操作期間並不會產生經由該源極/漏極區域及該襯底的漏電流。


藉由以下詳細說明及附圖將可更了解本發明，然而下面的詳細說明及所附圖式只是用以作為描述用，並非用以限定本發明，其中圖1顯示出依據現有技術的小接觸孔的結構的示意剖面圖；以及圖2A-2H顯示出依據本發明的優選實施例的用以防止一MOS電晶體的源極/漏極區域在接觸孔形成期間受氧化的方法的示意剖面圖。
附圖中的附圖標記說明如下10襯底12第一多晶矽層14內層介電層 15接觸孔16氧化矽層19氧化層20襯底22多晶矽柵極結構23間隔層 24氧化層26多晶矽層28WSi層
29氮化矽層30、32源/漏極區域34擴散阻擋層 36內層介電層38第二內層介電層 40圖案化的多晶矽層40』氧化矽層 41開口42接觸孔 44Ti/TiN層46插塞具體實施方式
圖2A-2H顯示出依據本發明的優選實施例的用以防止一MOS電晶體的源極/漏極區域在接觸孔形成期間受氧化的方法的示意剖面圖。參考圖2A，提供一襯底(例如一P型矽襯底)20，其具有一形成於該襯底上的多晶矽柵極結構22及形成於該多晶矽柵極結構22的兩側的襯底20中的源極/漏極區域(例如N+型擴散區域)30、32。該多晶矽柵極結構22包括藉由傳統半導體工藝(例如熱氧化法、化學氣相沉積、光刻成像及幹蝕刻工藝)所形成的間隔層23、一氧化層24、一多晶矽層26、一wSi層28及一氮化矽層29。
接下來，如圖2B所示，藉由化學氣相沉積法形成一擴散阻擋層(例如一SiN或SiON層)34於該襯底20、該多晶矽結構22及該源極/漏極區域30、32上，該擴散阻擋層具有一10-18nm範圍間的厚度。
之後，參考圖2C，藉由化學氣相沉積法形成一具有400-600nm厚度的內層介電層36(例如一BPSG層)於該擴散阻擋層34上，然後，藉由化學機械式拋光工藝平坦化該擴散阻擋層34，藉以形成一具有280-350nm厚度的第一內層介電層36。
在形成該第一內層介電層36步驟之後，藉由化學氣相沉積法形成一具有220-300nm厚度的第二內層介電層(例如TEOS)38於該第一內層介電層36上(如圖2D所示)。
參考圖2E所示，藉由化學氣相沉積、光刻成像及幹蝕刻工藝形成一圖案化的多晶矽層40於該第二內層介電層38上，該圖案化的多晶矽層40具有一30-100nm的厚度及一對應於該源極/漏極區域中之一的開口41。
然後參考圖2F，使用該圖案化的多晶矽層40作為一硬掩模，幹蝕刻該第一及第二內層介電層36、38，直到曝露出該擴散阻擋層34為止，藉以在該源極/漏極區域30、32中之一上方的該第一及第二內層介電層中形成一接觸孔42。隨後，實施熱氧化工藝以便將該圖案化的多晶矽層40氧化成為一氧化矽層40』。
在形成該接觸孔42之後，藉由毯覆式幹蝕刻法(Blanket Dry Etching)去除在該源極/漏極區域30、32中之一上及該接觸孔42中的所曝露的該擴散阻擋層34(如圖2G所示)。
參考圖2H，藉由金屬濺射或化學氣相沉積工藝形成一具有20-60nm厚度的Ti/TiN層44於該氧化矽層40』及該接觸孔42的內壁。接下來，藉由化學氣相沉積法形成一插塞(例如一鎢插塞)46於該Ti/TiN層44上，並且完全地填充該接觸孔42。藉由化學機械式拋光工藝平坦化該插塞46、該Ti/TiN層44及該氧化矽層40』。
在本發明的另一實施例中，一種用以防止一圖案化的電性導電層在接觸孔形成期間受氧化的方法除了提供一具有一部分已完成的裝置結構的襯底，其包括一圖案化電性導電層外，其包括幾乎與第一實施例完全相同的步驟。該圖案化的電性導電層對應於該先前實施例的源極/漏極區域。
本發明的優點在於不易拋光的TiSi2不會形成於該氧化矽層40』的頂部，此將有利於隨後化學機械式拋光的實施。本發明另外的優點在於在圖案化的多晶矽層40的氧化期間，在該接觸孔42中所曝露的該擴散阻擋層34可防止該源極/漏極區域30、32的氧化。因為該源極/漏極區域不會因氧化而變薄，所以在該MOS電晶體操作時不會產生經由該源極/漏極區域30、32及該襯底20的漏電流。
雖然本發明巳以一優選實施例公開如上，但是其並非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可做各種更改與潤飾，而本發明的保護範圍當以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種形成接觸孔的方法，其包括下列步驟提供一襯底，其具有一多晶矽柵極結構，形成於該襯底上，以及源極/漏極區域，形成於該多晶矽柵極結構的兩側的襯底中；形成一擴散阻擋層於該襯底、該多晶矽結構、該源/漏極區域上；形成至少一內層介電層於該擴散阻擋層上；形成一圖案化的多晶矽層於該內層介電層上，該圖案化的多晶矽層具有一對應於該源極/漏極區域中之一的開口；使用該圖案化的多晶矽層作為一硬掩模，以蝕刻該內層介電層，直到該擴散阻擋層曝露為止，藉以形成一接觸孔於該源/漏極區域中之一的上方的該內層介電層中；將該圖案化的多晶矽層氧化成為一氧化矽層；以及去除在該源/漏極區域中之一上的所曝露的該擴散阻擋層。
2.如權利要求1所述的方法，更包括下列步驟沿著該接觸孔的內壁形成一Ti/TiN層；以及形成一鎢插塞於該Ti/TiN層上，藉以填充該接觸孔。
3.如權利要求2所述的方法，其中形成該Ti/TiN層及形成該鎢插塞的步驟藉由金屬濺射法及化學氣相沉積工藝所完成。
4.如權利要求1所述的方法，其中形成該擴散阻擋層的步驟是藉由化學氣相沉積工藝所完成的。
5.如權利要求1所述的方法，其中形成該至少一內層介電層的步驟包括藉由化學氣相沉積及化學機械式拋光工藝依序形成一BPSG層及一TEOS層於該擴散阻擋層上。
6.如權利要求1所述的方法，其中形成該圖案化的多晶矽層的步驟藉由化學氣相沉積、光刻成像及幹蝕刻工藝所完成。
7.如權利要求1所述的方法，其中蝕刻該內層介電層的步驟藉由幹蝕刻工藝所完成。
8.如權利要求1所述的方法，其中氧化該圖案化的多晶矽層的步驟藉由熱氧化工藝所完成。
9.如權利要求1所述的方法，其中去除在該源極/漏極區域中之一上的所曝露的該擴散阻擋層藉由幹蝕刻工藝所完成。
10.一種形成接觸孔的方法，其包括下列步驟提供一具有部分已完成的裝置結構的襯底，該部分已完成的裝置結構包括一圖案化的導電層於該裝置結構上；形成一擴散阻擋層於該圖案化的導電層上；形成至少一內層介電層於該擴散阻擋層上；形成一圖案化的多晶矽層於該內層介電層上，該圖案化的多晶矽層具有一開口；使用該圖案化的多晶矽層作為一硬掩模，以蝕刻該內層介電層，直到曝露該擴散阻擋層為止，藉以形成一接觸孔於該導電層上方的該內層介電層中；將該圖案化的多晶矽層氧化成為一氧化矽層；以及去除在該導電層上的所曝露的該擴散阻擋層。
11.如權利要求10所述的方法，更包括下列步驟沿著該接觸孔的內壁形成一Ti/TiN層；以及形成一鎢插塞於該Ti/TiN層上，藉以填充該接觸孔。
12.如權利要求11所述的方法，其中形成該Ti/TiN層及形成該鎢插塞的步驟藉由金屬濺射法及化學氣相沉積工藝所完成。
13.如權利要求10所述的方法，其中形成該擴散阻擋層的步驟是藉由化學氣相沉積工藝所完成的。
14.如權利要求10所述的方法，其中形成該至少一內層介電層的步驟包括藉由化學氣相沉積及化學機械式拋光工藝依序形成一BPSG層及一TEOS層於該擴散阻擋層上。
15.如權利要求10所述的方法，其中形成該圖案化的多晶矽層的步驟藉由化學氣相沉積、光刻成像及幹蝕刻工藝所完成。
16.如權利要求10所述的方法，其中蝕刻該內層介電層的步驟藉由幹蝕刻工藝所完成。
17.如權利要求10所述的方法，其中氧化該圖案化的多晶矽層的步驟藉由熱氧化工藝所完成。
18.如權利要求10所述的方法，其中去除在該導電層上的所曝露的該擴散阻擋層的步驟藉由幹蝕刻工藝所完成。
全文摘要
本發明提供一種形成接觸孔的方法包括下列步驟首先，提供一襯底，該襯底上形成有一多晶矽柵極結構，並且在該多晶矽柵極結構的兩側的襯底中形成有源極/漏極區域。形成一擴散阻擋層於該襯底、該多晶矽柵極層及該源極/漏極區域上。至少一內層介電層形成於該擴散阻擋層上。形成一圖案化的多晶矽層於該內層介電層上，該圖案化的多晶矽層具有一對應於該源極/漏極區域中之一的開口。利用該圖案化的多晶矽層來作為一硬掩模，以蝕刻該內層介電層，直到暴露出該擴散阻擋層為止。將該圖案化的多晶矽層氧化成為一氧化矽層。去除在該源極/漏極區域中之一上的所暴露的該擴散阻擋層。
文檔編號H01L21/02GK1485887SQ0214327
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月25日 優先權日2002年9月25日
發明者葉芳裕, 陳俊哲, 董明聖 申請人:茂德科技股份有限公司