自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法
2023-06-05 22:02:31 3
專利名稱：自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲器(Memory)的製造方法，且特別是涉及一種自行對準(Self-aligned)位線接觸窗(Bit line Contact)與節點接觸窗(Node Contact)的製造方法。
在現行的半導體製造方法中，自行對準接觸窗(Self-aligned Contact；SAC)製造方法常用來增加接觸窗的對準裕度(Alignment Margin)。自行對準接觸窗製造方法的步驟如下首先，形成上方有一帽蓋層(Cap Layer)的金屬氧化物半導體(MOS)柵極(Gate)，然後於柵極與帽蓋層的側壁(Sidewalls)形成間隙壁(Spacer)。接下來於基底上沉積一介電層(Dielectric Layer)，再進行一光刻腐蝕製造方法(Lithography Etching Process)，以於柵極兩側的介電層中蝕出寬度大於柵極間距的自行對準接觸窗開口，以確保此金氧半導體的源極/漏極區(S/D)能暴露出來。在此蝕刻過程中，由於柵極上方與側邊有帽蓋層與間隙壁保護，所以柵極不會暴露出來。這種自行對準接觸窗製造方法的重點即是因為自行對準接觸窗開口的寬度很大，所以即使在定位有明顯誤差的情形下，後續形成的接觸窗也能夠接觸到源極/漏極區，亦即表示此自行對準接觸窗製造方法的對準裕度較大。
在存儲器的製造方法中，存儲單元的金氧半導體中的源極/漏極區上方所需形成的自行對準接觸窗分別是「自行對準位線接觸窗(Self-aligned Bit-lineContact)」與「自行對準節點接觸窗(Self-aligned Node Contact)」。此外，存儲器中某些周邊金氧半導體(Periphery MOS)的柵極上方，尚須形成電連接此柵極的周邊柵極接觸窗(Periphery Gate Contact)，以控制這些周邊MOS的開關。現有存儲器的自行對準接觸窗與周邊柵極接觸窗的製造方法略述如下。
請參照
圖1A，首先提供基底100，此基底100上已形成有存儲單元MOS 120與周邊MOS有源區110，其中周邊MOS有源區110上已形成有柵介電層122、柵介電層122上方的周邊MOS柵極130a、周邊MOS柵極130a上方的氮化矽材質的帽蓋層133a，以及周邊MOS柵極130a兩側的基底100中的低摻雜漏極(LDD)150。存儲單元MOS 120中包含柵介電層122、柵介電層122上方的存儲單元MOS柵極130b、存儲單元MOS柵極130b上方的氮化矽材質的帽蓋層133b，以及存儲單元MOS柵極130b兩側的基底100中的存儲單元源極/漏極區154，而以隔離層102作隔離。接著於基底100上依序形成共形的襯氧化層142與氮化矽層(未顯示)，其中襯氧化層142的功用為降低氮化矽層的應力。接著各向異性地蝕刻此氮化矽層，以於周邊MOS柵極130a與帽蓋層133a的側壁形成間隙壁143a，同時於存儲單元MOS柵極130b與帽蓋層133b的側壁形成間隙壁143b。此處須特別說明的是，在本說明書中僅以一個周邊MOS 110有源區的處理過程來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區的處理過程，以使其描述還為簡潔。
請參照圖1B，接著進行兩次光刻製作工藝(分別針對周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區)，以於存儲單元MOS 120上覆蓋光致抗蝕劑層158。因為本說明書中僅以一個周邊MOS 110有源區來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區，故此光致抗蝕劑層158代表兩次光刻製作工藝所形成的兩個光致抗蝕劑層中，位於存儲單元MOS 120上方的部分。然後以光致抗蝕劑層158、帽蓋層133a與間隙壁143a為掩模，注入離子159，以於間隙壁143a兩側的基底100中形成周邊源極/漏極區160，而完成了周邊MOS 110a。因為本說明書中僅以一個周邊MOS 110有源區來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區，所以此處的間隙壁143a蝕刻與離子159注入步驟亦代表每一次光刻製作工藝後，對周邊NMOS有源區(PMOS有源區)所進行的間隙壁蝕刻與離子注入步驟。
請參照圖1C，接著於基底100上覆蓋氧化矽層170，再進行第三光刻製作工藝與一腐蝕製作工藝，以於氧化矽層170中形成自行對準位線接觸窗開口175、自行對準節點接觸窗開口176與周邊柵極接觸窗開口177，並順便除去暴露出的襯氧化層142。此自行對準位線接觸窗開口175與自行對準節點接觸窗開口176暴露出存儲單元源極/漏極區154，且其寬度大於存儲單元MOS柵極130b的間距；周邊柵極接觸窗開口177則暴露出周邊MOS 110a的帽蓋層133a。
請參照圖1D，接著進行第四光刻製作工藝，以在存儲單元MOS 120上覆蓋光致抗蝕劑層180，藉此保護存儲單元MOS 120的帽蓋層133b與間隙壁143b。然後進行一氮化矽蝕刻步驟，以蝕穿周邊MOS柵極130a上方的帽蓋層133a，而暴露出此周邊MOS柵極130a，使得周邊MOS柵極130a能與後續將形成的接觸窗連接。
由上述內容與圖示可知，在現有的存儲器自行對準接觸窗與周邊柵極接觸窗製造方法中，當存儲單元源極/漏極區154與周邊MOS 110a的低摻雜漏極(LDD)150形成之後，直到完成各接觸窗開口(175，176，177)為止，總共需要四次光刻製作工藝，其中(1)形成周邊源極/漏極區160時需要兩次；(2)形成周邊柵極接觸窗開口177與自行對準位線(節點)接觸窗開口175(176)時需要一次；(3)蝕穿周邊MOS 110a的帽蓋層133a時亦需要一次。由於光刻製作工藝的步驟很多，所以現有的製造方法較為麻煩。再者，由於在蝕刻形成自行對準位線(節點)接觸窗開口175(176)時，氮化矽材質的帽蓋層133b也會損失不少，所以帽蓋層133b必須具有相當的厚度，而常常造成應力(Stress)過大的問題。
本發明的目的是提出一種自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，其僅需三次光刻製作工藝即可形成周邊MOS源極/漏極區、周邊柵極接觸窗開口與自行對準位線(節點)接觸窗開口，並蝕穿周邊MOS柵極上方的帽蓋層。
為實現上述目的，本發明的一種自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法的步驟如下首先提供一基底，此基底上已形成有一周邊MOS有源區與一存儲單元MOS，其中周邊MOS有源區上已形成有第一柵極與其上方的第一帽蓋層，且存儲單元MOS中包含第二柵極、第二柵極上方的第二帽蓋層，及第二柵極兩側基底中的存儲單元源極/漏極區。
續上段，接著於基底上形成共形的一絕緣層，此絕緣層與第一帽蓋層及第二帽蓋層的材質相同。然後於存儲單元MOS上覆蓋一光致抗蝕劑層，再以此光致抗蝕劑層為掩模，各向異性地蝕刻周邊MOS有源區上方的絕緣層，以於第一柵極與第一帽蓋層的側壁形成第一間隙壁。接下來以此光致抗蝕劑層、第一間隙壁與第一帽蓋層為掩模進行離子注入步驟，以在第一間隙壁兩側的基底中形成一周邊源極/漏極區，而完成一周邊MOS。接著去除光致抗蝕劑層，再於基底上沉積一介電層，然後於第二柵極兩則的介電層中形成一自行對準位線接觸窗開口與一自行對準節點接觸窗開口，而暴露出部分的絕緣層；同時於第一柵極上方的介電層中形成一周邊柵極接觸窗開口，而暴露出第一帽蓋層。最後備向異性地蝕刻自行對準位線接觸窗開口與自行對準節點接觸窗開口中的絕緣層，以於第二柵極與第二帽蓋層的側壁形成第二間隙壁；同時蝕穿周邊柵極接觸窗開口中的第一帽蓋層，而暴露出第一柵極。
在上述本發明中，介電層的材質例如為氧化矽，且此製造方法還可包括在於基底上形成絕緣層之前，先於基底上形成共形的一襯氧化層的步驟，並在第二間隙壁形成之後，接著蝕去暴露出的襯氧化層。另外，上述的周邊MOS有源區已形成者還包括一低摻雜漏極(LDD)，其系位於第一柵極兩側的基底中。此外，上述的周邊柵極接觸窗開口例如為一周邊位線接觸窗開口(Periphery Bit-line Contact)。
如上所述，在本發明的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法中，將存儲單元MOS的間隙壁蝕刻步驟延後，而與周邊MOS的帽蓋層蝕穿步驟合併，所以不必使用第四次光刻製作工藝來保護存儲單元MOS的區域，也就是說所需的光刻製作工藝次數可減為三次。再者，由於本發明在蝕刻形成自行對準位線(節點)接觸窗時，存儲單元MOS的柵極上方除了有第一帽蓋層保護之外，第一帽蓋層上方尚有絕緣層可作為保護，所以此第一帽蓋層所需的厚度可以減少，而得以減少應力。本發明還有一特殊之處，就是周邊MOS之間隙壁蝕刻與其本身的源極/漏極區離子注入步驟共用同一光致抗蝕劑層為掩模，並不會增加光刻製作工藝的次數。
為使本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，並配合附圖作詳細說明。附圖中圖1A-1D所繪示為現有自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法的流程剖面圖；以及圖2A-2D所繪示為本發明優選實施例的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法的流程剖面圖。
附圖的標號說明100、200基底102、202隔離層(Isolation)110、210周邊MOS有源區(Periphery MOS Active Region)110a、210a周邊MOS120、220存儲單元(Memory Cell)MOS122、222柵介電層(Gate Dielectric)130a、230a周邊MOS柵極130b、230b存儲單元MOS柵極
133a、133b、233a、233b帽蓋層(Cap Layer)142、242襯氧化層(Liner Oxide)143a、143b、243a、243b間隙壁(Spacer)150、250低摻雜漏極(LDD)154、254存儲單元源極/漏極區158、180、258、280光致抗蝕劑層(Photoresist Layer)159、259離子(Ion)160、260周邊源極/漏極區170、270氧化矽層、介電層(Dielectric Layer)175、275自行對準位線接觸窗開口(Self-aligned Bit-1ine ContactOpening)176、276自行對準節點接觸窗開口(Self-aligned Node ContactOpening)177、277周邊柵極接觸窗開口(Periphery Gate Contact Opening)請參照圖2A，首先提供基底200，此基底200上已形成有周邊MOS有源區210與存儲單元MOS 220，其中周邊MOS有源區210上已形成有柵介電層222、柵介電層222上方的周邊MOS柵極230a、周邊MOS柵極230a上方的帽蓋層233a，及周邊MOS柵極230a兩側的基底200中的低摻雜漏極(LDD)250。存儲單元MOS 220包含柵介電層222、柵介電層222上方的存儲單元MOS柵極230b、存儲單元MOS柵極230b上方的帽蓋層233b，及存儲單元MOS柵極230b兩側的基底200中的存儲單元源極/漏極區254。此處須特別說明的是，本說明書中僅以一個周邊MOS有源區210的處理過程來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區的處理過程，以使其描述更為簡潔。
請繼續參照圖2A，接著依序於基底200上形成共形的襯氧化層242與絕緣層243，其中絕緣層243作為間隙壁的前身，且襯氧化層242用來減低絕緣層243的應力。此絕緣層243與帽蓋層233a(b)的材質相同，且三者皆例如為一氮化矽層，而氮化矽材質的絕緣層243的厚度介於500到1000之間。
請參照圖2B，接下來進行兩次光刻製作工藝(分別針對NMOS有源區與PMOS有源區)，以於存儲單元MOS 220上覆蓋光致抗蝕劑層258。由於本說明書中僅以一個周邊MOS有源區210來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區，所以此光致抗蝕劑層258代表兩次光刻製作工藝所形成的兩個光致抗蝕劑層中，位於存儲單元MOS 220上方的部分。接著以光致抗蝕劑層258為掩模，各向異性地蝕刻周邊MOS有源區210上方的絕緣層243，以於周邊MOS柵極230a與帽蓋層233a的側壁形成間隙壁243a。然後以光致抗蝕劑層258、帽蓋層233a與間隙壁243a為掩模進行離子注入，以於間隙壁243a兩側的基底200中形成周邊源極/漏極區260，而完成周邊MOS 210a。由於本說明書中僅以一個周邊MOS有源區210來代表周邊電路中的NMOS有源區與PMOS有源區，所以此處間隙壁243a蝕刻與離子259注入步驟亦代表每一次光刻製作工藝後，對周邊NMOS有源區(PMOS有源區)所進行的間隙壁蝕刻與離子注入步驟。
請參照圖2C，接著於基底200上沉積介電層270，其材質例如為氧化矽，再進行第三次光刻製作工藝，以於介電層270上形成圖案化的光致抗蝕劑層280。接著以光致抗蝕劑層280為掩模蝕刻介電層270，以於存儲單元MOS柵極230b兩側的介電層270中形成「自行對準位線接觸窗開口275」與「自行對準節點接觸窗開口276」，而暴露出部分的絕緣層243。同時，於周邊MOS柵極230a上方的介電層270中形成周邊柵極接觸窗開口277，而共露出帽蓋層233a，此周邊柵極接觸窗開口277例如為一周邊位線接觸窗開口(Periphery Bit-line Contact)。
請參照圖2D，接著以光致抗蝕劑層280為掩模，各向異性地蝕刻自行對準位線接觸窗開口275與自行對準節點接觸窗開口276中的絕緣層243，以於存儲單元MOS柵極230b與帽蓋層233b的側壁形成間隙壁243b；同時蝕穿周邊柵極接觸窗開口277中的帽蓋層233a，而暴露出周邊MOS柵極230a，以供稍後將形成的柵極接觸窗連接。然後進行一氧化矽蝕刻步驟，蝕去暴露出的襯氧化層242，而暴露出存儲單元源極/漏極區254，以供稍後將形成的位線接觸窗與節點接觸窗連接。
如上所述，在本發明優選實施例的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法中，將存儲單元MOS 220的間隙壁243b的蝕刻步驟延後，而與周邊MOS 210a的帽蓋層233a的蝕穿步驟合併(圖2D)。因此，使用本發明時不必如現有技術那樣需要進行第四次光刻製作工藝來保護存儲單元MOS 120的帽蓋層133b與間隙壁143b(圖1D)，也就是說，本發明優選實施例所需的光刻製作工藝次數可減為三次。再者，請參照圖2C，由於本發明優選實施例在蝕刻形成自行對準位線(節點)接觸窗275(276)時，存儲單元MOS柵極230b上方除了有帽蓋層233b保護之外，帽蓋層233b上方尚有絕緣層243可作為保護，故所需的帽蓋層233b的厚度可以減少，而得以減少應力。本發明還有一特殊之處，就是周邊MOS 210a的間隙壁243a蝕刻與周邊源極/漏極區260離子注入共用同一光致抗蝕劑層258為掩模(圖2B)，並不會增加光刻製作工藝的次數。
雖然本發明已結合一優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作出各種更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求的界定為準。
權利要求
1.一種自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，包括下列步驟提供一基底，該基底上已形成有一周邊MOS有源區與一存儲單元MOS，其中該周邊MOS有源區上已形成有第一柵極與該第一柵極上方的一第一帽蓋層，且該存儲單元MOS包含一第二柵極、位於該第二柵極上方的一第二帽蓋層，及位於該第二柵極兩側的該基底中的一存儲單元源極/漏極區；於該基底上形成共形的一絕緣層，該絕緣層、該第一帽蓋層與該第二帽蓋層的材質都相同；於該存儲單元MOS上覆蓋一光致抗蝕劑層；以該光致抗蝕劑層為掩模，各向異性地蝕刻該周邊MOS有源區上方的該絕緣層，以於該第一柵極與該第一帽蓋層的側壁形成一第一間隙壁；以該光致抗蝕劑層、該第一帽蓋層與該第一間隙壁為掩模進行離子注入步驟，以於該第一間隙壁兩側的該基底中形成一周邊源極/漏極區，而完成一周邊MOS；去除該光致抗蝕劑層；於該基底上沉積一介電層；在該第二柵極兩側的該介電層中形成一自行對準位線接觸窗開口與一自行對準節點接觸窗開口，而暴露出部分的該絕緣層，同時在該第一柵極上方的該介電層中形成一周邊柵極接觸窗開口，而暴露出該第一帽蓋層；以及各向異性地蝕刻該自行對準位線接觸窗開口與該自行對準節點接觸窗開口中的該絕緣層，以在該第二柵極與該第二帽蓋層的側壁形成一第二間隙壁，同時蝕穿暴露於該周邊柵極接觸窗開口中的該第一帽蓋層，而暴露出該第一柵極。
2.如權利要求1所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，該製造方法還包括在於該基底上形成該絕緣層之前，先於該基底上形成共形的一襯氧化層的步驟，並在該第二間隙壁形成之後，接著蝕去暴露出的該襯氧化層。
3.如權利要求1所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，其中該絕緣層包括一氮化矽層。
4.如權利要求3所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，其中該氮化矽層的厚度介於500到1000之間。
5.如權利要求1所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，其中該介電層的材質包括氧化矽。
6.如權利要求1所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，其中該周邊MOS有源區上已形成者還包括一低摻雜漏極(LDD)，其位於該第一柵極兩側的該基底中。
7.如權利要求1所述的自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法，該周邊柵極接觸窗開口為一周邊位線接觸窗開口。
8.一種接觸窗製造方法，包括下列步驟提供一基底，該基底上已形成有一周邊區域及一存儲單元區域，其中，該周邊區域形成一第一柵極與該第一柵極上方的一第一帽蓋層，且該存儲單元區域形成一存儲單元電晶體，該電晶體包含一第二柵極與位於該第二柵極上方的第二帽蓋層；形成共形的一絕緣層於該基底上，該絕緣層、該第一帽蓋層與該第二帽蓋層的材質皆相同；覆蓋一光致抗蝕劑層於該存儲單元區域上；以該光致抗蝕劑層為掩模，形成一周邊電晶體，其中該周邊電晶體包括一柵極、側壁的一第一間隙壁與一對周邊源極/漏極區於該第一間隙壁兩側的該基底中；去除該光致抗蝕劑層；於該基底上沉積一介電層；於該第二柵極兩側的該介電層中形成一接觸窗開口，而暴露出部分的該絕緣層，同時在該第一柵極上方的該介電層中形成一周邊接觸窗開口，而暴露出第一帽蓋層；以及除去該接觸窗開口中的部分該絕緣層，以形成於該第二柵極與該第二帽蓋層的側壁一第二間隙壁，同時蝕穿暴露於該周邊柵極接觸窗開口中的該第一帽蓋層，而暴露出該第一柵極。
9.如權利要求8所述的接觸窗製造方法，該製造方法還包括在形成該絕緣層於該基底上之前，先於該基底上形成共形的一襯氧化層的步驟，並在該第二間隙壁形成之後，接著蝕去暴露出的該襯氧化層。
10.如權利要求8所述的接觸窗製造方法，其中該絕緣層包括一氮化矽層。
11.如權利要求10所述的接觸窗製造方法，其中該氮化矽層的厚度介於500到1000之間。
12.如權利要求8所述的接觸窗製造方法，其中該介電層的材質包括氧化矽。
13.如權利要求8所述的接觸窗製造方法，其中該周邊區域上已形成者還包括一低摻雜漏極(LDD)，其位於該第一柵極兩側的該基底中。
14.如權利要求8所述的接觸窗製造方法，該周邊柵極接觸窗開口為一周邊位線接觸窗開口。
全文摘要
一種自行對準位線接觸窗與節點接觸窗製造方法,其主要特徵如下:其一,將周邊MOS之間隙壁蝕刻步驟移至其本身的源極/漏極區離子注入步驟之前,而共用同一光致抗蝕劑層為掩模。其二,同時形成自行對準位線(節點)接觸窗開口與周邊MOS柵極上方的周邊柵極接觸窗開口。其三,將存儲單元MOS之間隙壁蝕刻步驟移至自行對準位線(節點)接觸窗開口形成之後,並同時蝕穿位於周邊MOS柵極上方,且被周邊柵極接觸窗開口暴露出來的帽蓋層。
文檔編號H01L21/8239GK1349255SQ00131448
公開日2002年5月15日 申請日期2000年10月16日 優先權日2000年10月16日
發明者高境鴻 申請人:聯華電子股份有限公司