其接觸結構有接觸隔片的半導體器件及其製造方法
2023-05-01 05:42:16 3
專利名稱：其接觸結構有接觸隔片的半導體器件及其製造方法
技術領域：
本公開涉及製造半導體器件的方法和根據這些方法製造的器件。具體地，本公開涉及形成接觸結構的方法，該接觸結構用來將半導體器件的有源區連接到上金屬層。本公開還涉及具有根據該方法製造的接觸結構的半導體器件。
背景技術：
現代的半導體器件典型地包括分立器件，如在半導體襯底上形成的電晶體、電阻器和電容器。為了將分立器件互相連接和連接到外圍器件，以形成希望的電路，可能需要幾個金屬層。這些金屬層需要接觸孔，以貫穿隔開金屬層的層間絕緣膜層。
因為半導體器件的集成度增加，可用於形成接觸孔的尺寸和空間相應地減小，因此，用於形成接觸的工藝餘量也減小。可靠地形成接觸孔的能力，即，工藝餘量，對半導體器件製造工序的總產率有影響。因此，提高半導體器件製造工序的成品率的努力必須解決用於接觸形成的工藝餘量。
圖1-5是剖面圖，圖示了形成動態隨機存取存儲器(DRAM)單元的接觸結構的常規方法。如圖1所示，在半導體襯底1的預定區域中形成器件隔離層3，以限定第一有源區3a和第一有源區3a之間的第二有源區3b。在第一有源區3a、第二有源區3b和器件隔離層3上形成第一層間絕緣膜5。然後第一層間絕緣膜5被構圖，以形成分別露出第一和第二有源區3a，3b的第一焊盤接觸孔和第二焊盤接觸孔。然後可以在第一和第二焊盤接觸孔內分別形成第一導電焊盤7d和第二導電焊盤7b。導電焊盤7d，7b可以用摻雜的多晶矽形成。
如圖2所示，第一層間介質層5被凹陷，以露出第一和第二導電焊盤7d，7b的側壁上部。鄰近於第一和第二導電焊盤7d，7b的側壁的露出上部，形成焊盤隔片9。焊盤隔片9由相對於導電焊盤7d，7b和第一層間絕緣膜5具有刻蝕選擇率的絕緣材料形成。例如，焊盤隔片9可以由氮化矽形成。
然後在具有焊盤隔片9的第一和第二導電焊盤7d，7b上形成第二層間絕緣膜11。通過構圖第二層間絕緣膜11，形成直接接觸孔13，以露出第一導電焊盤7d的區域。直接接觸孔13具有比第一導電焊盤7d的寬度更小的直徑，以增加布線金屬的重疊餘量，在後續工序步驟形成該布線金屬以覆蓋接觸孔13。因為直接接觸孔13的直徑小於第一導電焊盤7d的寬度，接觸孔13和隔片9之間的部分第二導電焊盤7d必須被露出，因此在下面將說明的後續工序中易損壞蝕刻劑。
接下來，在直接接觸孔13的側壁上形成接觸隔片15。在具有接觸隔片15的襯底1的整個表面上形成阻擋金屬層17。阻擋金屬層17是鈦和氮化鈦層的雙層。在此情況下，在阻擋金屬層17和第一導電焊盤7d之間的界面形成金屬矽化物層17a，如矽化鈦層。這是由於形成阻擋金屬層17和第一導電焊盤7d的兩種材料之間的矽化反應，矽化反應是公知的技術。
參考圖3，在包括阻擋金屬層17的所得結構上順序地形成金屬布線層和帽蓋層。金屬布線層由諸如鎢的金屬形成，帽蓋層由諸如氮化矽的絕緣材料形成。例如，當布線金屬層由鎢製成時，諸如WF6氣體的金屬源氣體可以用來形成金屬布線層。阻擋金屬層17防止金屬源氣體與第一導電焊盤7d的矽原子反應。
帽蓋層、金屬布線層以及阻擋金屬層17被構圖，以形成覆蓋直接接觸孔13的第一位線圖形22a以及第一位線圖形22a之間的第二位線圖形。結果，形成第一和第二位線圖形22a，22b，每個包括阻擋金屬層圖形17b、金屬布線層圖形19以及帽蓋層圖形21。
接下來，在位線圖形22a，22b的側壁上形成位線圖形隔片23。位線圖形隔片23可以由與帽蓋層圖形21相同的材料構成。在第二層間絕緣膜11、第一位線圖形22a以及第二位線圖形22b的上形成第三層間絕緣膜25。然後平整第三層間絕緣膜25，以露出帽蓋層圖形21。
如圖4所示，使用位線圖形(22a，22b)和位線圖形23作為掩模，構圖第三層間絕緣膜25和第二層間絕緣膜11，以形成初步存儲節點接觸孔26，由此露出第二導電焊盤7b。
如圖5所示，在包括初步存儲節點接觸孔26的所得結構上執行溼法刻蝕工序。由此，形成最終存儲節點接觸孔25a，具有在第二導電焊盤7b上的放大下部。該溼法刻蝕工序包括放大最終存儲節點接觸孔25a的下部的第二層間絕緣膜11的各向同性刻蝕以及除去刻蝕殘留物的清洗工序，例如，從第二導電焊盤7b的表面除去聚合物材料。該溼法刻蝕工序的目的是通過增加焊盤7b的露出表面面積，增加形成至第二導電焊盤7b的接觸的工藝餘量。
使用刻蝕第二層間絕緣膜11的化學溶液執行該溼法刻蝕工序。例如，可以使用包含氫氟酸溶液(HF溶液)的化學溶液溼法刻蝕工序。在此情況下，在溼法刻蝕工序過程中，可以露出第一導電焊盤7d的表面上形成的金屬矽化物層17a。通過溼法蝕刻液，可以部分除去(例如，留下部分17a′)或完全除去露出的金屬矽化物層17a，如果在溼法刻蝕工序過程中它被露出。結果，在直接接觸孔13中的阻擋金屬圖形17b下面可以形成空隙17v。這些空隙17v可以引起第一布線圖形22a和第一導電焊盤7d之間的接觸故障。諸如這些的接觸故障導致半導體器件的減小成品率。
因此，希望一種在第一布線圖形22a和第一導電焊盤7d之間形成接觸的方法，該方法對導電焊盤上的空隙形成不敏感。當直接接觸孔13的直徑被製成小於第一導電焊盤7d的寬度，以增加布線金屬的重疊餘量時，這些是特別正確的，因此在直接接觸孔13和易損壞蝕刻劑的焊盤隔片9之間留下第一導電焊盤7d的頂部部分，如圖5所示。此外，該方法必須與用來增加布線金屬圖形和第二導電焊盤之間的重疊餘量的現代工藝相符合。
由此，需要一種新的接觸結構和形成這種新接觸結構的方法，該接觸結構可以防止接觸故障。
發明內容
本發明的實施例提供一種製造半導體器件的方法，該方法對上布線金屬圖形和下接觸焊盤之間的空隙形成不敏感。實施例提供一刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層被配置來防止刻蝕工序在下接觸焊盤和上布線金屬層之間形成空隙。
在一個實施例中，在半導體襯底上形成絕緣層，該絕緣層具有在其中形成的導電焊盤。在該絕緣層和導電焊盤上形成介質層。該介質層的區域被刻蝕，以形成重疊導電焊盤的接觸孔，該接觸孔露出導電焊盤的頂部拐角。在該接觸孔內形成刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層覆蓋導電焊盤的頂部拐角。
參考以下附圖，通過對其優選示例性實施例的詳細描述，將使本發明的上述及其他特點和優點變得更明白。
圖1是半導體器件的剖面圖，圖示了接觸焊盤形成。
圖2是半導體器件的剖面圖，圖示了阻擋金屬層形成。
圖3是半導體器件的剖面圖，圖示了位線圖形形成。
圖4是半導體器件的剖面圖，圖示了初步接觸孔形成。
圖5是半導體器件的剖面圖，圖示了下接觸焊盤和上布線金屬層圖形之間的空隙形成。
圖6是適合於本發明實施例使用的DRAM單元陣列區的平面圖。
圖7a至14a是對應於圖6的線I-I′的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的接觸結構形成。
圖7b至14b是對應於圖6的線II-II′的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的接觸結構形成。
圖15a至19a是對應於圖6的線I-I′的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的製造方法。
圖15b至19b是對應於圖6的線II-II′的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的製造方法。
具體實施例方式
現在將參考附圖更完全地描述本公開的示例性實施例。但是，本公開可以以許多不同的形式體現，不應該被認為是僅限於在此闡述的實施例；相反，提供這些實施例是為了本公開將是徹底的和完全的，並且將本公開的原理完全傳遞給所屬領域的技術人員。在圖中，相同的參考數字表示相同的元件，為了清楚放大了層和區域的尺寸和厚度。還應該理解，當一個層被稱為在另一層或襯底「上」時，它可以直接在另一層或襯底上，或也可以存在插入層。在說明書中，相同的參考數字表示相同的元件。
參考圖6，存儲單元陣列區，例如，DRAM單元陣列區，包括平行於x軸延伸的字線圖形60。第一和第二位線圖形82a和82b交叉字線圖形60。例如，第一和第二位線圖形(82a，82b)可以平行於y軸延伸並垂直於x軸。但是，本發明不局限於該布置，以及所屬領域的技術人員應當理解，上述元件之間的其他位置關係可以在本發明的精神和範圍內。例如，第一和第二位線圖形(82a，82b)不必垂直於x軸。
第一位線圖形82a可以對應於奇數列，以及第二位線圖形82b可以對應於偶數列。例如，第一位線圖形82a可以對應於第一列C1和第三列C3，以及第二位線圖形82b可以對應於第二列C2和第四列(未示出)。結果，第二位線圖形82b被布置在第一位線圖形82a之間的區域中。
該DRAM單元陣列區還包括被布置互相平行延伸的第一有源區53a和第二有源區53b。此外，每個有源區(53a，53b)可以被布置為交叉一對字線60和一個位線圖形(82a或82b)。第一和第二有源區(53a，53b)可以不必平行於字線圖形60或位線圖形(82a，82b)的任何一個。換句話說，第一和第二有源區(53a，53b)可以以除了90度之外的角度，例如，小於90度，交叉字線圖形60或位線圖形(82a，82b)。
第一位線圖形82a可以交叉第一有源區53a的中心部分。第二位線圖形82b可以交叉第二有源區53b的中心部分。此外，第一有源區53a的中心部分可以位於奇數行(R1，R3，R5)和奇數列(C1，C3)的交叉點。第二有源區53b的中心部分可以位於偶數行(R2，R4，R6)和偶數列(C2)的交叉點。第一接觸孔72a，也稱為直接接觸孔或位線接觸孔，可以位於(53a，53b)的中心部分，以及第二接觸孔89s，也稱為掩埋接觸孔或存儲節點接觸孔，可以位於有源區的兩個端部(53a，53b)。
圖7a至14a是對應於圖6的線I-I′(即，字線方向)的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的接觸結構形成。圖7b至14b是對應於圖6的線II-II′(即，有源區方向)的剖面圖，圖示了根據本發明的某些實施例的接觸結構形成。
參考圖7a和7b，使用器件隔離層53，在半導體襯底51上限定第一有源區53a和第二有源區53b。在器件隔離層53之間的半導體襯底51上形成字線圖形60，即，柵極結構。此外，使用常規技術如離子注入，在半導體襯底51上的字線圖形60之間形成雜質區，如公共漏區61d、第一源區61s′以及第二源區61s″。字線圖形60每個包括在半導體襯底51上順序地層疊的柵介質層55、字線57、字線帽蓋圖形59。在字線圖形60的側壁上可以附加地形成字線圖形隔片63。
該工序導致形成第一存取電晶體TA1和第二存取電晶體TA2。第一存取電晶體TA1包括公共漏區6Id、第一源區61s′、柵介質層55以及字線57。第二存取電晶體TA2包括公共漏區61d、第二源區61s″、柵介質層55以及字線57。
隨後在包括字線圖形60的所得結構上形成第一層間介質層(或絕緣層)65。可以通過例如化學-機械拋光(CMP)工序平整第一層間介質層65，以露出字線圖形60的字線帽蓋圖形59的頂表面。然後在第一層間介質層65中使用字線帽蓋圖形59和字線圖形隔片63形成自對準接觸孔。用導電材料填充該接觸孔，以形成重疊公共漏區61d的第一導電焊盤67d和重疊第一源區61s′或第二源區61s″的第二導電焊盤67b。
參考圖6，7a和7b，第一導電焊盤67d可以對應於DRAM單元陣列區的直接接觸焊盤(位線接觸焊盤)。第二導電焊盤67b可以對應於DRAM單元陣列區的掩埋接觸焊盤(存儲節點接觸焊盤)。第一和第二導電焊盤67d，67b可以通過使用自對準接觸(SAC)技術來形成。
根據本發明的某些實施例，第一和第二導電焊盤(67d，67b)可以包括多晶矽。
參考圖8a和8b，在具有第一層間介質層65、第一和第二導電焊盤(67d，67b)和字線圖形60的襯底51上形成第二層間介質層72。如圖所示，第二層間介質層72可以包括下介質層69和在下介質層69上形成的上介質層71。下介質層69可以具有相對於上介質層71的刻蝕選擇率。例如，下介質層69可以具有比上介質層71更快的刻蝕速率，即，上介質層71具有比下介質層69更低的刻蝕速率。
根據本發明的某些實施例，下介質層69和上介質層71可以由諸如硼磷矽玻璃(BPSG)的介質材料形成。下介質層69可以由具有第一硼濃度的BPSG形成，上介質層71可以由具有第二硼濃度的BPSG形成，其中第二硼濃度小於第一硼濃度。在此情況下，如果上和下介質層69，71被暴露於諸如包括氫氟酸(HF溶液)的蝕刻液，那麼下介質層69具有比上介質層71更高的溼法刻蝕速率。
根據一個方面，在上介質層71上可以形成第一光刻膠層73。然後第一光刻膠層73可以被構圖，以形成露出上介質層71的區域的接觸刻蝕開口73a。
參考圖9a和9b，上介質層71和下介質層69被刻蝕，以形成至少露出部分第一導電焊盤67d的第一接觸孔72a。第一接觸孔72a，即，位線接觸孔，可以包括上接觸孔72a′和下接觸孔72a″。如圖所示，上接觸孔72a′的寬度可以小於第一導電焊盤67d的頂部部分(「上寬度」)的寬度。以及，下接觸孔72a″的寬度可以大於第一導電焊盤67d的上寬度。因此，第一導電焊盤67d被下接觸孔72a″露出。根據一個實施例，下接觸孔72a″的寬度比上接觸孔72a′的寬度更寬。上接觸孔72a′的較小寬度希望地保證用於布線金屬層的足夠對準餘量，在後續工序步驟中該布線金屬層覆蓋上接觸孔72a。
但是，如果在後續工序步驟中可以保證對準餘量，那麼本發明可以不必限於這些。例如，上接觸孔72a′可以具有基本上等於下接觸孔72a″的寬度。
在一個實施例中，可以根據多步驟刻蝕工序形成第一接觸孔72a。例如，各向異性刻蝕工序在上和下介質層71，69中形成初步接觸孔。通過各向異性刻蝕工序形成的初步接觸孔的底部部分(即，下介質層69中形成的初步接觸孔的部分)具有初始側壁外形，如用圖9a和9b所示的虛線表示。該初步接觸孔露出第一導電焊盤67d的頂部部分。然後，後續的各向同性刻蝕工序將該初步接觸孔的底部部分的寬度放大數量D1，例如，至少5nm，以形成下接觸孔72a″。在一個實施例中，各向同性刻蝕工序可以是計時刻蝕工序。在另一實施例，該各向同性刻蝕工序可以是溼法刻蝕工序並包括，例如，包含氫氟酸(HF溶液)的氧化物刻蝕溶液。在另一實施例，各向同性刻蝕工序也可以增加初步接觸孔的深度，以形成延伸到第一層間介質層65中並在第一導電焊盤67d的頂表面下面為D2的量的下接觸孔72a″，例如，約5nm以上，由此露出第一導電焊盤67d的側壁上部。
由於該多步驟刻蝕工序，形成基本上露出第一導電焊盤67d的整個頂表面的下接觸孔72a″，在另一實施例中，也露出第一導電焊盤67d的上側壁，如圖9a所示。如圖9a所示，在上介質層71中形成的初步接觸孔的上部限定上接觸孔72a′。
在另一實施例中，下接觸孔72a″可以被形成為不延伸到第一層間介質層65中。因此，該各向同性刻蝕工序可以形成不延伸或僅僅非常輕微地延伸到第一層間介質層65中，同時基本上露出第一導電焊盤67d的整個頂表面的下接觸孔72a″。在此情況下，儘管未示出，可以沿第一導電焊盤67d的上側壁形成導電焊盤隔片，以防止第一導電焊盤67d被各向同性刻蝕工序過程中使用的蝕刻劑影響。如果沿第一導電焊盤67d的側壁形成矽化物層，這些將是特別有益的。
根據某些實施例，在下介質層69暴露於各向同性刻蝕工序之前，第一光刻膠層73可以被除去。
根據其它實施例，在沿有源區方向的剖面圖中，第一導電焊盤67d的頂表面可以基本上與柵帽蓋圖形59的頂表面相齊。在此情況下，第一導電焊盤67d的上側壁可以不必被放大的下接觸孔72a″完全露出。
參考圖10a和10b，然後在具有第一接觸孔72a的所得結構上形成屏蔽層75，以便覆蓋第一接觸孔72a的側壁和覆蓋被第一接觸孔72a露出的部分第一導電焊盤67d，該第一接觸孔72a不希望電接觸(例如，在第一導電焊盤67d的頂表面的外圍區，以及，在某些實施例中，也在第一導電焊盤67d的上側壁)。例如，刻蝕屏蔽材料可以保形地(conformally)澱積在第一接觸孔72a內，隨後被刻蝕，以露出希望電接觸的第一導電焊盤67d的頂表面的露出部分(即，在第一導電焊盤67d的接觸區)。因此，可以看到刻蝕屏蔽層75具有一開口，其露出被外圍區圍繞的第一導電焊盤67d的中心區。
刻蝕屏蔽層75可以具有約50至約300埃的厚度。刻蝕屏蔽層75可以包括，例如，使用常規化學氣相澱積(CVD)工序形成的氮化矽材料。然後在刻蝕屏蔽層75、上介質層71以及第一導電焊盤67d的露出頂表面上形成阻擋金屬層77。阻擋金屬層77可以包括，例如，鈦材料。此時，由於阻擋金屬層77的金屬原子與第一導電焊盤67d中的矽原子反應，在第一導電焊盤67d的頂表面中可以形成金屬矽化物層77a。
根據某些實施例，深度D2可以大於金屬矽化物層77a的厚度。因此，覆蓋第一導電焊盤67d的上部拐角的刻蝕屏蔽層75的最低部分(即，接觸焊盤67d的頂表面的外圍區和/或第一接觸焊盤67d的上側壁)可以至少低於金屬矽化物層77a進入第一導電焊盤67中的程度。在此情況下，即使金屬矽化物層77a延伸到導電焊盤67d的邊緣，即使當沿導電焊盤67d的側壁形成金屬矽化物層時，金屬矽化物層也將被覆蓋並被刻蝕屏蔽層75保護。結果，與現有技術方法相比，根據本發明的一個方面，不必分開地形成圖2中所示的焊盤隔片9，由此簡化總的工序步驟。
參考圖11a和11b，在阻擋金屬層77上形成布線金屬層和布線帽蓋層。詳細地，可以形成布線金屬層，以填充被阻擋金屬層77圍繞的第一接觸孔72a。布線帽蓋層、布線金屬層以及阻擋金屬層77被順序地構圖，以形成包括位線80和位線帽蓋圖形81以及第二位線圖形82b的第一位線圖形82a。因此，部分上介質層71被露出。位線80包括阻擋金屬層圖形77b和布線金屬層圖形79。在第一位線圖形82a的側壁上可以形成位線圖形隔片83。布線金屬層可以包括諸如鎢薄膜的金屬膜，以及布線帽蓋層可以包括諸如氮化矽層的絕緣膜。如果布線金屬層包括鎢薄膜，那麼可以使用常規CVD工序，使用諸如WF6的金屬源氣體形成布線金屬層。由此，阻擋金屬層77防止WF6氣體與第一導電焊盤67d的矽原子反應。然後在上介質層71的露出部分上形成第三層間介質層85。
參考圖12a和12b，第三層間介質層85、上介質層71以及下介質層69可以被構圖，以使用各向異性刻蝕工序形成初步存儲節點接觸孔89。第二導電焊盤67b的全部頂表面可以不必被初步接觸孔89露出，如圖12a和12b所示。
根據某些實施例，在將被用作蝕刻掩模的第三層間介質層85上可以形成第二光刻膠層87，以形成初步存儲節點接觸孔89。第二光刻膠層87可以被構圖，以露出部分第三層間介質層85。
參考圖13a和13b，為了最大化第二導電焊盤67b的表面的露出面積和除去初步存儲節點接觸孔89中的雜質，可以使用溼法刻蝕工序。溼法刻蝕工序可以採用包含氫氟酸的氧化膜蝕刻液。結果，第三層間介質層85、上介質層71和下介質層69可以被各向異性地刻蝕，由此形成從初步接觸孔89延伸的放大掩埋接觸孔89s，如虛線所示。
根據某些實施例，在執行溼法刻蝕工序之前，可以除去第二光刻膠圖形87。
參考圖14a和14b，執行已知的技術，以完成單元電容器CP，其包括掩埋的接觸孔89s中的電容器底電極93、電容器介質95以及電容器上電極97。詳細地，在形成單元電容器CP之前，在放大的掩埋接觸孔89s的側壁上可以形成掩埋接觸隔片91。
當形成放大的掩埋接觸孔89s時，因為上介質層71的過刻蝕，阻擋金屬圖形77b可能被露出。在此情況下，掩埋接觸隔片91可以防止位線80與諸如電容器上電極的導電層電連接。
根據如上所述的實施例，在掩埋接觸孔89s的形成過程中，刻蝕屏蔽層75防止第一導電焊盤67d被露出。因此，利用本發明的這些特點，可以防止蝕刻劑接觸第一導電焊盤67d，特別是在第一導電焊盤中形成的金屬矽化物層，以及防止在導電焊盤上形成空隙，如下面進一步說明。
此外，掩埋接觸隔片91可以延伸到鄰近導電焊盤67d的第一層間介質層65中，由此覆蓋導電焊盤67的上側壁。因此，當形成掩埋接觸孔89s時，掩埋接觸隔片91防止導電焊盤被露出。
圖15a至19a是對應於圖6的線I-I′的剖面圖，圖示了根據本發明的某些其它實施例的製造方法。圖15b至19b是對應於圖6的線II-II′的剖面圖，圖示了根據本發明的其它實施例的製造方法。
參考圖15a和15b，在第一層間介質層65和第一和第二導電焊盤67d和67b上形成第二層間介質層101。第二層間介質層101可以是單層介質層。例如，第二層間介質層101可以由BPSG層或諸如高密度等離子體(HDP)氧化物層的單層氧化矽層形成。然後，在第二層間介質層101上可以形成第一光刻膠圖形73。
參考圖16a和16b，使用第一光刻膠圖形73作為刻蝕掩模，部分地刻蝕第二層間介質層101，以形成重疊第一導電焊盤67d的上接觸孔101a′。在第一光刻膠圖形73被除去之後，在上接觸孔101a′的側壁上形成輔助接觸隔片103。形成相對於第二層間介質層101具有刻蝕選擇率的輔助接觸隔片103。例如，如果第二層間介質層101是氧化矽，那麼輔助接觸隔片103可以是氮化矽。
參考圖17a和17b，在具有輔助接觸隔片103的半導體襯底51上形成附加的光刻膠圖形104。然後使用附加光刻膠圖形104和輔助接觸隔片103作為刻蝕掩模，刻蝕第二層間介質層101(幹法或溼法刻蝕)。結果，形成初步下接觸孔，以具有最初如圖17a和圖17b的虛線所示的側壁外形。然後，可以使用附加光刻膠圖形104和輔助接觸隔片103作為蝕刻掩模，各向異性地刻蝕第二層間介質層101。該各向同性刻蝕工序可以包括溼法刻蝕工序。結果，在上接觸孔101a′下面形成類似於圖9a和9b中的下接觸孔72a″的下接觸孔101a″。如圖所示，可以形成露出頂表面的下接觸孔101a″，在某些實施例中，露出第一導電焊盤67d的上側壁。在下接觸孔101a″的形成過程中，輔助接觸隔片103防止上接觸孔101a′的寬度增加。由此，可以形成直接接觸孔，即，包括上接觸孔101a′和下接觸孔101a″的位線接觸孔101a。
根據某些實施例，第二層間介質層101可以由具有分級(graded)雜質濃度的材料形成。例如，該材料可以是具有分級硼濃度的BPSG。例如，層間介質層101的下半部具有高於層間介質層101的上半部的硼濃度，以便如果層間介質層被暴露於諸如包括氫氟酸(HF溶液)的蝕刻液，那麼層間介質層101的下半部具有比層間介質層101的上半部更高的溼法刻蝕速率。利用這種層間介質層101，可以形成類似於上述的直接接觸孔101a的直接接觸孔。在此情況下，因此，可以不必需要輔助接觸隔片103。第二層間介質層101的刻蝕速率可以根據硼濃度而改變。
參考圖18a和18b，然後形成刻蝕屏蔽層105，以覆蓋直接接觸孔101a的側壁、第一導電焊盤67d的頂表面的外圍區，以及，在某些實施例中，在除去附加光刻膠圖形104之後，在第一導電焊盤67d的上側壁。因此，刻蝕屏蔽層105的形成類似於上面相對於圖10a和10b論述的工序步驟。結果，形成包括輔助接觸隔片103和刻蝕屏蔽層105的直接接觸隔片106。在此情況下，不同於上述的實施例，直接接觸隔片106覆蓋通過第二介質層101形成的直接接觸孔101a的側壁。接下來，在具有直接接觸隔片106的半導體襯底51上形成阻擋金屬層77。當形成阻擋金屬層77時，在第一導電焊盤67d的上表面上可以形成金屬矽化物層77a。
參考圖19a和19b，執行類似於圖11a至14a所示的工序步驟的工序步驟，以形成圖19a和19b公開的結構。例如，在阻擋金屬層77上形成布線金屬層和布線帽蓋層。可以形成布線金屬層，以填充圖18a的直接接觸孔101a。該布線金屬層可以包括諸如鎢薄膜的金屬膜，以及該布線帽蓋層可以包括諸如氮化矽層的絕緣膜。然後布線金屬層和布線帽蓋層被構圖，以露出部分第二層間介質層101，由此形成包括阻擋金屬層圖形77b、位線80、位線帽蓋圖形81的第一位線圖形82a。然後在第二層間介質層101的露出部分上形成第三層間介質層85。第一層間介質層85和第二層間介質層101可以被刻蝕，以在第二導電焊盤67b上形成初步接觸孔。第二導電焊盤67b的全部頂表面可以不必被初步接觸孔露出。
為了最大化第二導電焊盤67b的表面的露出面積和除去初步接觸孔中的雜質，可以使用溼法刻蝕工序。該溼法刻蝕工序可以包括包含氫氟酸的氧化膜蝕刻液。結果，第三層間介質層85和層間介質層101可以被各向異性地刻蝕，由此形成放大的掩埋接觸孔(未圖示)。
然後在放大的掩埋接觸孔中可以形成類似於圖14a所示的單元電容器CP的單元電容器CP。單元電容器CP包括順序地層疊的電容器底電極93、電容器介質95和電容器上電極97。詳細地，在形成單元電容器CP之前，在放大的掩埋接觸孔的側壁上可以形成掩埋接觸隔片91，由於相對於圖14a論述的原因。
因此，根據上面示例性地所述的實施例，提供在其中具有第一導電焊盤的第一層間介質層。然後用第二層間介質層覆蓋第一層間介質層和第一導電焊盤，以及在第二層間介質層上布置布線圖形。布線圖形通過其中具有上和下部分的接觸孔與第一導電焊盤電連接，在某些實施例中，下部比上部更寬。
根據參考圖6a至11a論述的某些實施例，第二層間介質層包括具有不同刻蝕速率的兩個介質層。根據其他實施例，第二層間介質層101是單個介質層。在此情況下，可以通過使用諸如隔片103的輔助接觸隔片或使用具有如上所述的分級雜質濃度的層間介質層來形成直接接觸孔。
根據如上所述的實施例，刻蝕屏蔽層105防止蝕刻劑接觸第一導電焊盤67d，特別是第一導電焊盤67d中形成的金屬矽化物層和/或防止在第一導電焊盤67d上形成空隙。更詳細，在背景技術中論述的現有技術中，鄰近於焊盤隔片9的接觸焊盤67d的露出頂端部易被用來形成存儲節點接觸孔的蝕刻劑化學侵蝕所損壞。此外，為了保護接觸焊盤67d需要形成焊盤隔片9的複雜工序步驟。
但是，利用本發明的某些實施例，通過用刻蝕屏蔽層75保護第一接觸焊盤67d的拐角，即，接觸焊盤67d的頂表面的外圍部分和/或第一接觸焊盤67d的上側壁，可以避免在圖5所示的現有技術方法過程中不可避免地形成的空隙，結果，可以有效地防止源於這種化學侵蝕的接觸和/或位線之間的短路。此外，因為不必形成焊盤隔片9，所以可以簡化工序步驟。
本發明的原理可以被應用於具有類似問題的任意多層接觸結構，即，因為上接觸結構的寬度或直徑小於下接觸結構的寬度或直徑，在下接觸結構的露出部分上的化學侵蝕，由此露出下接觸結構的某些部分。
本說明書中提到的「某些實施例」或「一個實施例」意味著在本發明的至少一個實施例中包括結合該實施例描述的特定特點、結構或性能。因此，在本說明書中的各個位置中出現的措辭「某些實施例」或「一個實施例」未必都指相同的實施例。此外，在一個或多個實施例中可以用任意適合的方法結合特定的特點、結構或性能。
儘管在此為了說明已公開了本發明的各種優選實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求所提供的本發明的範圍和精神的條件下，可以進行各種修改、增加和替換。例如，各種操作已經描述為在理解發明中最有用的方法中執行的多個分立步驟。但是，其中描述該步驟的順序不暗示該操作是依賴順序的或執行步驟的順序必須是所給出該步驟的順序。
儘管已經參考其示例性實施例已經具體展示和描述了本發明，但是本領域的普通技術人員應當明白，在不脫離以下權利要求所限定的本發明的精神和範圍的條件下，可以在形式上和細節上進行各種改變。
權利要求
1.一種形成半導體器件的方法，該方法包括在半導體襯底上形成絕緣層，該絕緣層具有在其中形成的導電焊盤；在該絕緣層和導電焊盤上形成介質層；刻蝕該介質層的區域，以形成重疊該導電焊盤的接觸孔，該接觸孔露出導電焊盤的頂部拐角；以及在該接觸孔內形成刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層覆蓋導電焊盤的頂部拐角。
2.根據權利要求1的方法，其中該接觸孔延伸到絕緣層中，以及該刻蝕屏蔽層覆蓋導電焊盤的上側壁。
3.根據權利要求2的方法，其中該導電焊盤具有在其上形成的矽化物層，該刻蝕屏蔽層在該矽化物層下面延伸。
4.根據權利要求1的方法，其中該介質層包括上介質層和下介質層，以及其中刻蝕該介質層包括使用各向異性刻蝕來刻蝕該上介質層和下介質層，以形成貫穿該上和下介質層的初步接觸孔，該初步接觸孔露出部分導電焊盤；以及各向異性地刻蝕下介質層，以放大該初步接觸孔。
5.根據權利要求4的方法，其中該上介質層相對於下介質層具有蝕刻選擇率。
6.根據權利要求1的方法，其中刻蝕該介質層的區域包括刻蝕介質層的上部，以形成上接觸孔；在該上接觸孔的側壁上形成輔助接觸隔片；以及使用該輔助接觸隔片作為蝕刻掩模，刻蝕該介質層的下部。
7.一種製造半導體器件的方法，該方法包括在半導體襯底上形成絕緣層，該絕緣層具有在其中形成的導電焊盤；在該絕緣層和導電焊盤上形成介質層；刻蝕該介質層的第一部分，以在導電焊盤上面形成上接觸孔，該上接觸孔具有小於導電焊盤的上寬度的寬度；刻蝕該介質層的第二部分，以在該上接觸孔下面和在導電焊盤上形成下接觸孔，該下接觸孔具有大於導電焊盤的上寬度的寬度，以露出導電焊盤的頂部拐角；以及形成刻蝕屏蔽層，以覆蓋上接觸孔和下接觸孔的側壁，該刻蝕屏蔽層覆蓋導電焊盤的頂部拐角。
8.根據權利要求7的方法，其中形成該介質層包括在絕緣層和導電焊盤上形成下介質層；以及在該下介質層上形成上介質層，其中刻蝕第一部分包括刻蝕該上介質層，以及刻蝕第二部分包括刻蝕該下介質層。
9.根據權利要求8的方法，其中刻蝕該下介質層包括各向異性地刻蝕該下介質層。
10.根據權利要求8的方法，其中刻蝕該下介質層包括刻蝕鄰近於導電焊盤的絕緣層的上部，以露出該導電焊盤的上側壁。
11.根據權利要求10的方法，還包括在該導電焊盤的頂部上形成矽化物層，凹陷在該矽化物層下面延伸。
12.根據權利要求8的方法，其中該上介質層相對於下介質層具有蝕刻選擇率。
13.根據權利要求12的方法，其中該上介質層是包括第一硼濃度的硼磷矽玻璃(BPSG)，以及該下介質層是包括第二硼濃度的BPSG，其中第一硼濃度小於第二硼濃度。
14.根據權利要求7的方法，其中該介質層包括上區域和下區域，刻蝕第一部分包括刻蝕該上區域，以及刻蝕第二部分包括刻蝕該下區域。
15.根據權利要求14的方法，還包括在刻蝕該下區域之前，在上接觸孔的側壁上形成隔片。
16.根據權利要求14的方法，其中該介質層具有分級的雜質濃度，以便下區域比上區域刻蝕更快。
17.根據權利要求16的方法，其中該分級的雜質濃度包括硼磷矽玻璃(BPSG)層中的分級硼濃度。
18.一種製造半導體器件的方法，包括在半導體襯底上形成有源區；在該有源區上形成絕緣層，該絕緣層具有在其中形成的導電焊盤；在該絕緣層和接觸焊盤上形成下介質層；在該下介質層上形成上介質層；刻蝕上介質層，以形成重疊導電焊盤的上接觸孔，其中該上接觸孔具有小於導電焊盤的寬度的寬度；刻蝕下介質層，以形成重疊導電焊盤並在上接觸孔下面的下接觸孔，其中該下接觸孔具有大於導電焊盤的寬度的寬度；形成刻蝕屏蔽層，以便覆蓋上接觸孔的側壁和覆蓋導電焊盤的頂部拐角，該刻蝕屏蔽層具有露出部分導電焊盤的開口；在該刻蝕屏蔽層上形成阻擋金屬層；在該阻擋金屬層上形成布線金屬層，其中該布線金屬層填充上和下接觸孔；以及在該布線金屬層上形成布線帽蓋層。
19.根據權利要求18的方法，還包括構圖該布線帽蓋層、布線金屬層和阻擋金屬層，以形成位線圖形，每個位線圖形包括順序地層疊的阻擋金屬層圖形、位線和位線帽蓋圖形；形成在位線圖形的側壁上布置的位線圖形隔片；以及在該上介質層上形成第三層間介質層。
20.根據權利要求18的方法，其中該阻擋金屬層包括鈦材料。
21.根據權利要求18的方法，其中該布線金屬層包括鎢材料。
22.一種製造半導體器件的方法，包括在半導體襯底上形成隔離層，該隔離層限定多個第一有源區和多個第二有源區；在半導體襯底上形成絕緣層，該半導體襯底具有在其上限定的多個第一和第二有源區；構圖該絕緣層，以形成露出第一有源區的多個第一接觸孔；構圖該絕緣層，以形成露出第二有源區的多個第二接觸孔；在該第一接觸孔中形成多個第一導電焊盤；在該第二接觸孔中形成多個第二導電焊盤；在該絕緣層和第一和第二接觸焊盤上形成下介質層；在該下介質層上形成上介質層；刻蝕該上介質層，以形成重疊第一導電焊盤的多個上接觸孔；刻蝕該下介質層，以形成重疊第一導電焊盤並在上接觸孔下面的多個下接觸孔，其中該下接觸孔具有大於第一導電焊盤的上寬度的寬度；形成刻蝕屏蔽層，以便覆蓋上接觸孔的側壁和第一導電焊盤的頂部拐角；在該刻蝕屏蔽層上形成阻擋金屬層；在該阻擋金屬層上形成布線金屬層，其中該布線金屬層圖形填充上和下接觸孔；在該布線金屬層上形成布線帽蓋層；構圖該布線帽蓋層、布線金屬層、阻擋金屬層，以形成重疊刻蝕屏蔽層的位線圖形，該位線圖形每個包括順序地層疊的阻擋金屬層圖形、位線、位線帽蓋圖形；在該上介質層上形成第三層間介質層；刻蝕位線圖形之間的第三層間介質層、上介質層以及下介質層，以便露出第二導電焊盤，由此形成多個掩埋接觸孔；以及在該掩埋接觸孔中形成多個單元電容器。
23.根據權利要求22的方法，其中該上介質層相對於下介質層具有蝕刻選擇率。
24.根據權利要求22的方法，其中刻蝕該第三層間介質層、上介質層以及下介質層包括通過各向異性地刻蝕第三層間介質層、上介質層以及下介質層，形成多個初步掩埋接觸孔；以及通過各向異性地刻蝕第三層間介質層、上介質層以及下介質層，由初步掩埋接觸孔形成多個掩埋接觸孔。
25.根據權利要求24的方法，其中使用氫氟酸溶液刻蝕第三層間介質層、上介質層以及下介質層。
26.根據權利要求22的方法，還包括在形成單元電容器之前，在該掩埋接觸孔的側壁上形成多個掩埋接觸隔片。
27.一種形成半導體器件的方法，該方法包括在半導體襯底上形成絕緣層，該絕緣層具有在其中形成的導電焊盤；在該絕緣層和導電焊盤上形成介質層；刻蝕該介質層的區域，以形成重疊導電焊盤的接觸孔，該接觸孔露出導電焊盤的頂表面的外圍部分；以及在該接觸孔內形成刻蝕屏蔽層，其中該刻蝕屏蔽層覆蓋導電焊盤的頂表面的外圍區。
28.一種半導體器件，包括在半導體襯底上限定的有源區；在半導體襯底上布置的絕緣層；在絕緣層內布置並重疊有源區的導電焊盤；在絕緣層上布置的介質層，該介質層具有露出導電焊盤的頂部拐角的接觸孔；以及在該接觸孔內形成刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層被布置來覆蓋該導電焊盤的頂部拐角。
29.根據權利要求28的器件，其中該介質層包括下區域和上區域。
30.根據權利要求29的器件，其中該介質層的上區域相對於其下區域具有刻蝕選擇率。
31.根據權利要求28的器件，其中該導電焊盤還包括具有限定厚度的矽化物層，以及該刻蝕屏蔽層延伸到矽化物層下面的絕緣層中，以覆蓋導電焊盤的上側壁。
32.根據權利要求28的器件，其中該介質層包括在絕緣層上布置的下介質層，該下介質層具有重疊導電焊盤的下接觸孔，該下接觸孔具有大於導電焊盤的上寬度的寬度；以及在下介質層上布置的上介質層，該上介質層具有在下接觸孔上的上接觸孔。
33.根據權利要求32的器件，其中該上接觸孔具有小於導電焊盤的寬度的寬度。
34.根據權利要求32的器件，其中該上介質層包括相對於下介質層的蝕刻選擇率。
35.根據權利要求32的器件，還包括在刻蝕屏蔽層上布置的阻擋金屬層；在阻擋金屬層上布置的布線金屬層圖形；在布線金屬層圖形上布置的位線帽蓋圖形；以及在布線金屬層圖形和位線帽蓋圖形的側壁上布置的位線圖形隔片。
36.一種半導體器件，包括半導體襯底上的有源區圖形，其中被隔離層限定的有源區圖形包括多個第一有源區；以及多個第二有源區；在第一和第二有源區上布置的絕緣層，該隔離層具有重疊第一有源區的多個第一導電焊盤和重疊第二有源區的多個第二導電焊盤；在絕緣層上布置的介質層，該介質層具有露出導電焊盤的頂部拐角的位線接觸孔；在該位線接觸孔內形成的刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層被布置為覆蓋導電焊盤的頂部拐角；在刻蝕屏蔽層上布置的位線圖形；在該上介質層上布置的第三層間介質層；在該第二導電焊盤上布置的多個掩埋接觸孔，該多個掩埋接觸孔貫穿第三層間介質層、上介質層和下介質層；以及在該多個掩埋接觸孔中形成的多個單元電容器。
37.一種半導體器件，包括通過器件隔離層在半導體襯底上限定的有源區；在半導體襯底上布置的絕緣層；在該絕緣層內布置並重疊有源區的導電焊盤；在該絕緣層上布置的介質層，該介質層具有在其中形成的接觸孔，該接觸孔具有大於導電焊盤的寬度的寬度，以及在該接觸孔內形成的刻蝕屏蔽層，該刻蝕屏蔽層具有一開口，其露出導電焊盤的中心區並覆蓋導電焊盤的外圍區。
38.根據權利要求37的器件，其中該介質層包括在絕緣層上布置的下介質層，該下介質層具有重疊導電焊盤的下接觸孔，該下接觸孔具有大於導電焊盤的上寬度的寬度；以及在該下介質層上布置的上介質層，該上介質層具有在下接觸孔上的上接觸孔，其中該上接觸孔具有小於導電焊盤的上寬度的寬度。
全文摘要
提供製造半導體器件的方法，該半導體器件對於上金屬布線層和下接觸焊盤之間的空隙形成，具有減小的敏感性。根據該方法，為了防止接觸焊盤不受後續刻蝕工序影響，形成刻蝕屏蔽層。還提供根據該方法製造的半導體器件。
文檔編號H01L27/108GK101083226SQ20071010814
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月30日 優先權日2006年5月30日
發明者張潤澤 申請人:三星電子株式會社