在半導體器件中形成接觸孔的方法
2023-09-23 10:30:55 2
專利名稱：在半導體器件中形成接觸孔的方法
技術領域：
本發明涉及一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，特別涉及一種在高集成化半導體器件製造中形成具有臨界尺寸的接觸孔的方法。
通常，半導體器件隨著集成度的增加具有減小的單元面積，由於這種減小的單元，使相鄰導體之間的空間也被減小。由此，也要減小用於連接下和上導體的接觸尺寸。
最終，需要提供一種技術，採用該技術可使上導體與下導體如矽襯底接觸，同時保持與窄的中間導體的絕緣。
因此，本發明的目的就是提供一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它能夠使上導體同下導體接觸，同時保持與窄的中間導體的絕緣。
按照本發明的一個方面，它提供了一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括下列步驟在一半導體襯底上形成多個均勻間隔的導體，同時使導體與半導體襯底絕緣；在形成各導體之後所獲得的結構上澱積第一絕緣膜，將第一絕緣膜平面化，然後在第一絕緣膜上澱積第二絕緣膜和第三絕緣膜；在與要形成接觸孔的區域相對應的在第三絕緣膜的部分上形成第一接觸掩模；各向異性地蝕刻沒被第一接觸掩模覆蓋的第三和第二絕緣膜，由此形成第三和第二絕緣膜構成圖型，然後以所選擇的方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜的圖型，由此形成第二絕緣膜構成的變窄圖型；除去第一接觸掩模，然後在第三和第二絕緣膜圖型的側壁上形成環形墊；在該墊形成以後所得結構上形成第四絕緣膜，然後在除其對應於接觸孔區域的部分以外的第四絕緣膜上形成第二接觸掩模；和蝕刻沒被第二接觸掩模覆蓋的第四絕緣膜部分，除去第三和第二絕緣膜圖型，然後在將環形墊用作蝕刻阻擋層的條件下各向異性地蝕刻設置在第二絕緣膜圖型下的第一絕緣膜，由此形成具有臨界尺寸的接觸孔。
按照本發明的另一方面，它提供一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括下列步驟在一半導體襯底上形成多個均勻間隔的導體，同時使導體與半導體襯底絕緣；在形成各導體之後所獲得的結構上澱積第一絕緣膜，將第一絕緣膜平面化，然後順序在第一絕緣膜上澱積第一蝕刻阻擋膜、第二絕緣膜和第三絕緣膜；在要形成接觸孔的區域對應的第三絕緣膜的部分上形成第一接觸掩模；各向異性地蝕刻沒被第一接觸掩模覆蓋的第三和第二絕緣膜部分，由此形成第三和第二絕緣膜構成圖型，然後以所選擇的方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜的圖形，由此形成變窄的第二絕緣膜的圖型；除去第一接觸掩模，在去掉第一接觸掩模以後所獲得的結構上去除第二蝕刻阻擋膜，然後各向異性地蝕刻第二蝕刻阻擋膜，由此在第三和第二絕緣膜的側壁上形成第二蝕刻阻擋隔離層；除去第三和第二絕緣膜圖型，然後各向異性地蝕刻第二蝕刻阻擋隔離層和第一蝕刻阻擋膜，由此形成環形墊；在該墊形成之後所獲得結構上形成第四絕緣膜，然後在除其與接觸孔區域相對應的部分以外的第四絕緣膜上形成第二接觸掩模；和蝕刻沒被第二接觸掩模覆蓋的第四絕緣膜部分，然後在半環形墊用作蝕刻阻擋層的條件下各向異性地蝕刻設置在第四絕緣膜蝕刻部分下的第一絕緣膜，由此形成具有臨界尺寸的接觸孔。
下面通過參照附圖對實施例的描述將使發明其它目的和各方面變得更清楚，其中
圖1至5是截面圖，其分別是表示根據本發明的第一實施例的一種在半導體器件中形成接觸孔的方法的各順序步驟；圖6至10是截面圖，其分別地表示根據本發明的第二實施例的一種使用環形多晶矽墊形成接觸孔的方法的各順序步驟；和圖11至13是截面圖，其分別地表示根據本發明的第三實施例的一種使用多晶矽墊形成接觸孔的方法的各順序步驟。
圖1至5分別表示根據本發明第一實施例的一種在半導體器件中形成接觸孔的方法的各順序步驟。本發明的該實施例適用於這樣的情況，其中動態隨機存取存儲單元的比特線和存儲電極可與半導體襯底相接觸。
參照圖1，在半導體襯底1上，形成多個均勻間隔的柵氧化膜2A，在柵氧化膜2A上形成多個均勻間隔的字線2，字線2是由多晶矽膜製成，並可用作柵電極。在相鄰字線2之間，通過注入與半導體襯底1不同的導電型雜質離子而在半導體襯底1上形成源或漏結13。在形成源或漏結13以後，在所得結構上澱積第一絕緣膜3，然後將第一絕緣膜3平面化。在平面化的第一絕緣膜3上，順序地澱積第二絕緣膜4和第三絕緣膜5，第一至第三絕緣膜3至5是分別是由顯示出高蝕刻選擇率的材料製成。然後，在對應於將要形成接觸孔的區域的第三絕緣膜5的部分上形成第一接觸掩模6。在圖1中，參考符號A表示相鄰字線2之間的間距，而參考符號B表示第一接觸掩模6的尺寸。這些尺寸可以通過使用光刻技術而具有最小的圖型尺寸。
如圖2中所示，然後各向異性地蝕刻沒被第一接觸掩模6覆蓋的第三和第二絕緣膜5和4的各部分，由此形成第三絕緣膜圖型5′和第二絕緣膜圖型4′。接著，根據在第一至第三絕緣膜中蝕刻率的差異以選擇的方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜圖型4′，此時，第二絕緣膜圖型4′在其每側上橫向地被蝕刻掉寬度M。結果，所保留的第二絕緣膜圖型4′具有B－2M的寬度。
以後，除去圖2中所示的第一接觸掩模6，如圖3中所示。在所得結構上，然後澱積多晶矽膜7，代替多晶矽膜7，可以澱積氮化膜。多晶矽膜7澱積的完成，使得它分別地填入各向異性地蝕刻以後在第二絕緣膜圖型4′的兩側上所限定的凹槽中。
然後各向異性地蝕刻多晶矽膜7以形成多晶矽墊7′，其具有環的形狀，該形狀具有突起的邊緣，如圖4中所示。在所得結構上，形成第四絕緣膜8。在圖4中，參考符號N表示多晶矽墊7′的突起寬度。
然後除其對應於將要形成接觸孔的區域的部分以外，在第四絕緣膜8上形成第二接觸掩模9，如圖5中所示，接著，蝕刻沒被接觸掩模9覆蓋的第四絕緣膜8和第三絕緣膜圖型5′，由此露出第二絕緣膜圖型4′。由於使用環形多晶矽墊7′作為蝕刻阻擋層，便可各向異性地蝕刻設置在第二絕緣膜圖型4′下的第一絕緣膜3的一部分和第二絕緣膜圖型4′，使得露出半導體襯底1。結果，形成接觸孔20。由於環形多晶矽墊7′具有比第一接觸掩模的尺寸B大2N的B＋2N的外徑Q，所以接觸孔20的內徑對應於「B－2M」。
因此，在接觸孔20和每個字線2之間提供(A－B＋2M)/2的加工裕度R。甚至對於第二接觸掩模9，也可獲得對準裕度，其對應於多晶矽墊7′的突起寬度N。
在形成接觸孔20以後，除去第二接觸掩模9。在所得結構上，澱積上導電層，使得它可同通過接觸孔20而露出的漏或源結13相接觸。
圖6至10是截面圖，其分別地表示根據本發明的第二實施例的一種使用環形多晶矽墊形成接觸孔的方法的各順序步驟。在圖6至10中，分別對應於圖1至5中的各元件採用相同參考數字表示。
在半導體襯底1上，形成多個均勻間隔的柵氧化膜2A，如圖6所示。然後在柵氧化膜2A上分別形成多個均勻間隔的字線2。字線2是由多晶矽膜製成，並可用作柵電極。可將與半導體襯底1不同的導電型雜質離子注入相鄰字線2之間所限定的半導體襯底1的一部分上，由此形成源或漏結13。在所得結構上，澱積第一絕緣膜3，並然後將其平面化。然後在所得結構上形成可用作蝕刻阻擋層的第一多晶矽膜11。以後，在第一多晶矽膜11上，順序地澱積第二絕緣膜4和第三絕緣膜5。第一至第三絕緣膜3至5均是由顯示出高蝕刻選擇比的材料製成。在與將要形成接觸孔區域相對應的第三絕緣膜5的一部分上形成第一接觸掩膜6，然後蝕刻沒被第一接觸掩模6覆蓋的第三和第二絕緣膜5和4的各部分，由此形成第三絕緣膜圖型5′和第二絕緣膜圖型4′。接著，根據在第一至第三絕緣膜中的蝕刻速率差異的選擇方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜圖型4′。在圖6中，參考符號A表示相鄰字線2之間的間距，而參考符號B表示第一接觸掩模6的尺寸。在各向同性蝕刻以後，第二絕緣膜圖型4′具有B－2M的寬度。
然後，除去第一接觸掩模6，如圖7中所示，以後，在所得結構上澱積可用作蝕刻阻擋層的第二多晶矽膜12。在多晶矽膜12的位置上，還可澱積氮化膜。
然後，各向異性地蝕刻第二多晶矽膜12，以形成第二多晶矽膜隔離層12′，如圖8中所示，將第一多晶矽膜11用作蝕刻阻擋層，然後蝕刻第二絕緣膜圖型4′和第三絕緣膜圖型5′。第二多晶矽墊層12′具有N寬度。
以後，將第二多晶矽隔離層12′和第一多晶矽膜11進行各向異性地蝕刻，深度對應於第一多晶矽膜11的厚度，以這樣的方式使得形成具有環形突起的多晶矽墊。在這種情況下，多晶矽墊包括構成多晶矽墊基座的第一多晶矽膜11′和構成多晶矽墊的突起的第二多晶矽膜墊12″。在所得結構上，然後形成第四絕緣膜8。
接著，除對應於將要形成接觸孔區域的部分以外，在第四絕緣膜8上形成第二接觸掩模9，如圖10所示，蝕刻沒被第二接觸掩模9覆蓋的第四絕緣膜8的部分。由於將環形多晶矽墊11′和12″用作蝕刻阻擋層，因而可蝕刻第一絕緣膜3，使得露出半導體襯底1的源或漏結13。結果，形成接觸孔20，接觸孔20的內徑對應於「B－2M」，因此，在接觸孔20和每個字線2之間可提供(A－B＋2M)/2的加工裕度。在形成了第二接觸掩模9情況下，可獲得對準裕度，其對應於多晶矽墊的突起寬度N。
圖11至13是截面圖，其分別表示根據本發明第三實施例的一種使用環形多晶矽墊形成接觸孔的方法的各順序步驟。在圖11至13中，對應於圖1至5中的各元件採用了相同的參考數字。
根據第三實施例的方法，在半導體襯底1上形成多個均勻間隔的柵氧化膜2A，如圖11中所示，然後在柵氧化膜2A上分別形成多個均勻間隔的字線2，字線2是由多晶矽膜製成，並可將其用作柵電極。在相鄰字線2之間所限定的半導體襯底1的一部分上注入不同半導體襯底1的導電型雜質離子，由此形成源或漏結13。在所得結構上，澱積第一絕緣膜3，然後將其平面化。以後，在第一絕緣膜3上順序地澱積第二絕緣膜4和第三絕緣膜5。第一至第三絕緣膜3至5均是由顯示出高蝕刻選擇比的材料製成。然後在與將要形成接觸孔的區域相對應的第三絕緣膜5的一部分上形成第一接觸掩模16，然後蝕刻沒被第一接觸掩模16覆蓋的第三和第二絕緣膜5和4的各部分，由此形成一凹槽18。接著，以選擇方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜4，使得其在其每側上具有M的蝕刻寬度。在圖11中，參考符號A表示相鄰字線2之間的間距，而參考符號B表示沒被第一接觸掩模16覆蓋部分的尺寸。這些尺寸通過光刻技術可具有最小的構成圖型尺寸。
以後，除去第一接觸掩模16，如圖12中所示。在所得結構上，然後澱積第一多晶矽膜，在該多晶矽膜的位置上，可澱積氮化膜。然後各向異性的蝕刻第一多晶矽膜，以在凹槽18的側壁上形成一環形多晶矽墊10。多晶矽墊10具有N寬度的突起，多晶矽墊10還具有B＋2M的外徑和B－2N的內徑。
參照圖13，在所得結構上，然後形成第四絕緣膜8，以後，除與將要形成接觸孔的區域相對應的部分以外，在第四絕緣膜8上形成第二接觸掩模17。將環形多晶矽墊10用作蝕刻阻擋層，然後蝕刻第一絕緣膜3，使得露出半導體襯底1的源或漏結13。結果，形成了接觸孔20，接觸孔20的尺寸P對應於「B－2N」，因此，在接觸孔20和每個字線2之間提供了(A－B＋2M)/2的加工裕度R。在形成了第二接觸掩模的情況下，可獲得對準裕度，其對應於多晶矽墊的突起寬度N。
通過上述描述可以清楚地看到，本發明提供一種具有臨界尺寸的形成接觸孔的方法，它能夠獲得增大的加工裕度，還保持了相鄰導體之間的絕緣。
雖然為了說明的目的已公開了本發明的優選實施例，但本技術領域的普通專業人員將會知道，各種改進、添加和替換均是可能的，但其均不會脫離在所附權利要求中所公開的發明的範圍和精神。
權利要求
1.一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括下列步驟在半導體襯底上形成多個均勻間隔的導體，同時使各導體與半導體襯底絕緣；在導體形成之後所獲得的結構上澱積第一絕緣膜，將第一絕緣膜平面化，然後在第一絕緣膜上澱積第二絕緣膜和第三絕緣膜；在與要形成接觸孔的區域相對應的第三絕緣膜的部分上形成第一接觸掩模；各向異性地蝕刻沒被第一接觸掩模覆蓋的第三和第二絕緣膜各部分，由此形成第三和第二絕緣膜圖型，然後以選擇方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜圖型，由此形成變窄的第二絕緣膜的圖型；除去第一接觸掩模，然後在第三和第二絕緣膜圖型的側壁上形成環形墊；在墊形成之後所獲得的結構上形成第四絕緣膜，然後在除與接觸孔區域相對應的部分以外的第四絕緣膜上形成第二接觸掩模；和蝕刻沒被第二接觸掩模覆蓋的第四絕緣膜部分，除去第三和第二絕緣膜圖型，然後在將環形墊用作蝕刻阻擋層的條件下各向異性地蝕刻設置在第二絕緣膜圖型下的第一絕緣膜，由此形成具有臨界尺寸的接觸孔。
2.按照權利要求1的方法，其中在半導體襯底上所形成的各導體適於用作字線。
3.按照權利要求1的方法，其中形成環形墊的步驟包括下列步驟在第二絕緣膜圖型形成之後所獲得結構上形成蝕刻阻擋膜；和各向異性地蝕刻該蝕刻阻擋膜。
4.按照權利要求3的方法，其中蝕刻阻擋膜是由多晶矽膜或氮化膜組成的。
5.按照權利要求1的方法，其中半導體襯底在其沒被導體覆蓋的部分上形成有漏或源結。
6.按照權利要求1的方法，其中第一至第三絕緣膜分別是由顯示出高蝕刻選擇化的材料製成。
7.一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括下列步驟在半導體襯底上形成多個均勻間隔的導體，同時使各導體與半導體襯底絕緣；在各導體形成之後所獲得的最後結構上澱積第一絕緣膜，將該第一絕緣膜平面化，然後順序地在第一絕緣膜上澱積第一蝕刻阻擋膜、第二絕緣膜和第三絕緣膜；在與要形成接觸孔的區域相對應的第三絕緣膜部分上形成第一接觸掩模；各向異性地蝕刻沒被第一接觸掩模覆蓋的第三和第二絕緣膜部分，由此形成第三和第二絕緣膜圖型，然後以選擇方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜圖型，由此形成變窄的第二絕緣膜的圖型；除去第一接觸掩模，在除去第一接觸掩模之後所獲得的結構上澱積第二蝕刻阻擋膜，然後各向異性地蝕刻第二蝕刻阻擋膜，由此在第三和第二絕緣膜側壁上形成第二蝕刻阻擋隔離層；除去第三和第二絕緣膜圖型，然後各向異性地蝕刻第二蝕刻阻擋墊層和第一蝕刻阻擋膜兩者，由此形成環形墊；在該墊形成之後所獲得結構上形成第四絕緣膜，然後在除其與接觸孔區域相對應的部分以外的第四絕緣膜上形成第二接觸掩模；和蝕刻沒被第二接觸掩模覆蓋的第四絕緣膜部分，然後在將環形墊用作蝕刻阻擋層的條件各向異性地蝕刻設置在第四絕緣膜蝕刻部分下的第一絕緣膜，由此形成具有臨界尺寸的接觸孔。
8.按照權利要求7的方法，其中在半導體襯底上所形成的各導體適於用作字線。
9.按照權利要求7的方法，其中環形墊是通過各向異性地蝕刻第二蝕刻阻擋隔離層和第一蝕刻阻擋膜兩者而形成的其深度對應於第一蝕刻阻擋膜厚度。
10.按照權利要求7的方法，其中第一和第二蝕刻阻擋膜是由多晶矽膜或氮化膜組成的。
11.按照權利要求7的方法，其中第一至第三絕緣膜分別是由顯示出高蝕刻選擇化的材料製成。
12.一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括下列步驟在半導體襯底上形成多個均勻間隔的導體，同時使各導體與半導體襯底絕緣；在各導體形成之後所獲得的結構上澱積第一絕緣膜，將第一絕緣膜平面化，然後在該第一絕緣膜上澱積第二絕緣膜和第三絕緣膜；在與要形成接觸孔的區域相對應的第三絕緣膜部分上形成第一接觸掩模；蝕刻沒被第一接觸掩模覆蓋的第三和第二絕緣膜各部分，由此形成一凹槽，然後以選擇方式各向同性地蝕刻第二絕緣膜，使得凹槽具有增大的寬度；除去第一接觸掩模，然後在凹槽的側壁上形成環形墊；在該墊形成之後所獲得的結構上形成第四絕緣膜，然後在除其與接觸孔區域相對應部分以外的第四絕緣膜上形成第二接觸掩模；和蝕刻沒被第二接觸模覆蓋的第四絕緣膜部分，然後在將環形墊用作蝕刻阻擋層的條件下各向異性地蝕刻設置在第四絕緣膜蝕刻部分下的第一絕緣膜，由此形成具有臨界尺寸的接觸孔。
13.按照權利要求12的方法，其中在半導體襯底上所形成的各導體適於用作字線。
14.按照權利要求12的方法，其中形成環形墊的步驟包括下列步驟在除去第一接觸模之後所獲得的結構上澱積墊膜；和各向異性蝕刻墊膜，使得墊在凹槽的側壁上形成。
15.按照權利要求12的方法，其中蝕刻阻擋膜是由多晶矽膜或氮化膜組成的。
16.按照權利要求12的方法，其中第一至第三絕緣膜分別是由顯示出高蝕刻選擇化的材料製成。
全文摘要
一種在半導體器件中形成接觸孔的方法，它包括在接觸區域上形成環形墊。環形墊在形成接觸孔時可被用作蝕刻阻擋膜。該環形墊的使用使得很容易地形成具有臨界尺寸的接觸孔。根據該方法，便可以在形成接觸孔時增大加工裕度用的提供具有臨界尺寸的接觸孔，同時保持相鄰各導體之間的絕緣。
文檔編號H01L21/28GK1129851SQ9511684
公開日1996年8月28日 申請日期1995年9月26日 優先權日1994年9月26日
發明者樸贊光, 高堯煥, 黃聖敏 申請人:現代電子產業株式會社