專利名稱：在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，尤其涉及一種在半導(dǎo)體裝置中形成接觸孔的方法。
背景技術(shù)：
最近在內(nèi)存裝置的大規(guī)模集成、微型化及高速上的趨勢已導(dǎo)致了電容器面積的減小。不過，即使在半導(dǎo)體裝置已高度集成化并微型化，也應(yīng)該充分保障用于驅(qū)動半導(dǎo)體裝置的電容器的最小電容量。
最近，當(dāng)半導(dǎo)體裝置已減小到納米級別的超微細(xì)尺寸時，反而增加電容器氧化物層的高度以保障所需要的電容量。結(jié)果，大幅地彰顯了電容器氧化物層與第一金屬接點(M1C)之間的高度差。其中，該第一金屬接點(M1C)是與周圍區(qū)域內(nèi)的位線、上電極連接的第一金屬線與晶體管的源極/漏極的接點。
圖1所示為一種習(xí)知半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的截面視圖。
如圖所示，首先在內(nèi)部形成有晶體管的基板11上形成第一層間絕緣層12。然后，通過位線接點13形成連接于基板11的位線14，并于該位線14上形成第二層間絕緣層15。其中，雖然于一單元區(qū)域及一周圍區(qū)域內(nèi)形成多個位線14，然而圖1只顯示了形成于該周圍區(qū)域內(nèi)的位線14。
形成穿過該第一層間絕緣層12及第二層間絕緣層15的多個存儲節(jié)接點16。之后，形成通過對應(yīng)存儲節(jié)接點16連接到基板11上的多個電容器。更具體地，該電容器包含一下電極17、一介電層18及一上電極19，該下電極17以圓柱體型式形成于電容器氧化物層20的開口內(nèi)。
接下來，在包含各電容器的上述最終結(jié)構(gòu)上形成第三層間絕緣層21并蝕刻，為第一M1C 22A形成接觸孔，以便使上電極19連接到形成于單元區(qū)域內(nèi)的第一金屬線23上。同時，對該第三層間絕緣層21、電容器氧化物層20及第二層間絕緣層15進(jìn)行蝕刻，為一第二M1C 22B形成接觸孔，以便使位線14連接到周圍區(qū)域內(nèi)所形成的另一第一金屬線23上。
在如上所述的習(xí)知半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)中，將該電容器氧化物層20的高度H增加到25000，因此使該電容器氧化物層20與和位線14連接的第二M1C 22B之間的高度差大于35000。因為高度差的增加，使得在該第二M1C 22B上閃光曝光工藝及蝕刻工藝的應(yīng)用受到限制。也就是說，由于用以形成該第二M1C 22B的接觸孔深，因此存在開鑿接觸孔及增加接觸電阻出現(xiàn)缺陷的問題。
在用于形成半導(dǎo)體裝置尺寸通常為100nm的M1C的光曝光工藝中，通過使用KrF光曝光設(shè)備及對波長0.86μm的深紫外線(DUV)光源具敏感性的光敏層將厚度為33000的層間絕緣層加以蝕刻。此情況中，使用該光敏層作為蝕刻阻擋層以形成各M1C。
不過，當(dāng)形成深的M1C時，可將上述以光敏層作為蝕刻阻擋層的例子應(yīng)用在100nm的半導(dǎo)體裝置上但是無法將其應(yīng)用在80nm的半導(dǎo)體裝置上。此外，與100nm的半導(dǎo)體裝置相比，必需在80nm的半導(dǎo)體裝置上定義有更小尺寸的M1C。因此，指定使用利用波長較短的光源例如ArF的光曝光設(shè)備。因此，必需使用較薄的光敏層并使得光敏層在80nm的半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成M1C時沒有任何選擇性。
即使通過氪氟光源定義出M1C所需要的尺寸時，仍然必需減小光敏層的厚度，以保障計劃施行的臨界尺度(CD)及焦距深度(DOF)。由于必需在用于形成M1C的蝕刻工藝期間減小光敏層的厚度，因此實際上無法在蝕刻工藝期間應(yīng)用該光敏層作為蝕刻阻擋層。因此，已嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匮芯坑财帘?hard mask)顯影以形成深M1C。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在半導(dǎo)體裝置中形成深金屬接點的方法，且即使在增加電容器氧化物層的高度以保障所需要的電容量時也能施行。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法，包括下述步驟在基板上形成一連接有金屬線的底部線；在包含基板及底部線的基板結(jié)構(gòu)的整個表面上形成一層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成一金屬接點硬屏蔽層；形成一光敏層圖案，其定義在該金屬接點硬屏蔽層上的接觸孔；通過使用該光敏層圖案作為蝕刻阻擋層對該金屬接點硬屏蔽層進(jìn)行蝕刻；使用該已蝕刻金屬接點硬屏蔽層作為蝕刻阻擋層對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻，因此形成接觸孔；以及在該接觸孔內(nèi)形成連接于基板的金屬接點。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法，包括下述步驟在基板上形成一連接有金屬線的底部線；在包含基板及底部線的基板結(jié)構(gòu)的整個表面上形成一層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成一金屬接點硬屏蔽層；在該金屬接點硬屏蔽層上形成一抗反射涂層(ARC)；形成一光敏層圖案，其定義在該ARC層上的接觸孔；通過使用該光敏層圖案作為蝕刻阻擋層同時對該ARC層及金屬接點硬屏蔽層進(jìn)行蝕刻；使用該ARC層及金屬接點硬屏蔽層作為蝕刻阻擋層對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻，因此形成接觸孔；以及在該接觸孔內(nèi)形成連接于基板的金屬接點。
通過下述優(yōu)選實施例結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的上述及其它目的與特征將會變得更加明顯，其中圖1所示為一種習(xí)知半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的截面視圖。
圖2A到圖2F所示為一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法的截面視圖。
具體實施例方式
以下將參照各附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實施例。
圖2A到圖2F所示為一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法的截面視圖。
參照圖2A，在設(shè)置有晶體管的基板31上形成一第一層間絕緣層32，然后，通過位線接點33形成連接于基板31的位線34。之后，在該位線34上形成第二層間絕緣層35。而后，通過已知方法形成該晶體管及位線34。同時，雖然在一單元區(qū)域及一周圍區(qū)域內(nèi)形成多個位線34，然而，只有形成于該周圍區(qū)域內(nèi)的位線14在圖2A至圖2F有顯示。
接下來，對該第二層間絕緣層35及第一層間絕緣層32進(jìn)行蝕刻以形成多個存儲節(jié)點接觸孔，每一個接觸孔露出基板31的一部分，通常為晶體管的源極/漏極的部分。然后，將用于形成多個存儲節(jié)接點36的材料填充到每一個存儲節(jié)點接觸孔內(nèi)。此時，以多晶硅制成存儲節(jié)接點36。一陸栓塞接點(LPC，landing plug contact)可在該存儲節(jié)接點36與基板31之間形成。
形成存儲節(jié)接點36之后，在上述已蝕刻的第二層間絕緣層35上形成電容器氧化物層37，再進(jìn)行蝕刻以形成用于形成電容器的各下電極的開口(未標(biāo)示)。此處，每一個開口都打開了對應(yīng)的存儲節(jié)接點36。之后，將用于形成下電極的導(dǎo)電層沉積于該電容器氧化物層37上及進(jìn)入每一個開口內(nèi)再使其接受回蝕處理，因此在每一個開口內(nèi)形成圓柱體型式的各下電極38。然后，在包含該電容器氧化物層37及各下電極38的上述最終結(jié)構(gòu)上形成一介電層39。在該介電層39上形成多個上電極。
在形成上述電容器后，在包含多個電容器的上述最終結(jié)構(gòu)的整個表面上，沉積一也稱作金屬間介電層的第三層間絕緣層41。之后，執(zhí)行用于形成連接到形成于周圍區(qū)域內(nèi)的位線34及上電極40的第一金屬線M1的工藝。
參照圖2B，在第三層間絕緣層41上形成用于硬屏蔽內(nèi)的鋁(Al)層42。此時，在兩個步驟中沉積該鋁層42。更具體的是，首先在未執(zhí)行熱處理下以大約400℃及大約12kW的功率形成種子(seed)鋁層。此時，該種子鋁層的厚度大約為1500。然后，通過熱處理以大約3kW的功率沉積鋁層42。此時，鋁層42的厚度大約為1500。因此，最后沉積成的鋁層42的總厚度大約是3000。
其中，不像習(xí)知金屬線，不需要形成通常用作黏膠層的鈦(Ti)層，因此，可在大約12kW的高功率下形成該種子鋁層。然后，再伴隨著熱處理在低功率下以很慢的速率沉積該鋁層42而允許鋁層42產(chǎn)生充分的回流，以致能在該第三層間絕緣層41的整個表面上形成均勻而平坦的鋁層42。
之后，通過使用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)在鋁層42上沉積氮化鈦(TiN)層43，其是用于形成圖案的抗反射涂層(ARC)，直至厚度達(dá)到大約200。再在該氮化鈦層43上沉積氮氧化硅(SiON)層44，其是用于KrF及DUV內(nèi)的ARC層，直至厚度達(dá)到大約300。
參照圖2C，在該氮氧化硅層44上涂覆一光敏層，并通過光曝光及顯影工藝形成圖案，因此形成了定義第一金屬接點M1C的光敏層圖案45。此時，使用KrF光曝光設(shè)備，光敏層圖案45的厚度大約為0.86μm。
接下來，使用該光敏層圖案45作為蝕刻阻擋層，依序?qū)υ摰趸鑼?4、氮化鈦層43及鋁層42進(jìn)行蝕刻。此時，在大約12mTorr的壓力下使用由供應(yīng)數(shù)量分別為大約50sccm、大約35sccm及大約15sccm的氯氣(Cl2)、氬氣(Ar2)及三氟甲烷(CHF3)構(gòu)成的蝕刻氣體對該氮氧化硅層44進(jìn)行蝕刻。同時，在大約10mTorr的壓力下使用由供應(yīng)數(shù)量分別為大約160sccm及大約80sccm的Cl2及三氯化硼(BCl3)構(gòu)成的蝕刻氣體對該氮化鈦層43及鋁層42進(jìn)行蝕刻。其后，將包含由該光敏層圖案45形成的鋁層42、氮化鈦層42及氮氧化硅層44的上述堆層結(jié)構(gòu)稱作M1C硬屏蔽層100。
參照圖2D，移除該光敏層圖案45，及通過使用該M1C硬屏蔽層100，更佳的是該鋁層42作為蝕刻阻擋層執(zhí)行第一金屬接點(M1C)工藝。
更具體地，使用該M1C硬屏蔽層100作為蝕刻阻擋層對該第三層間絕緣層41進(jìn)行蝕刻以形成可露出該上電極40的表面的第一接觸孔46A。其中，該第一接觸孔46A用于形成連接到該上電極40的第一M1C。在形成該第一接觸孔46A的同時，使用該M1C硬屏蔽層100作為蝕刻阻擋層，依序?qū)υ摰谌龑娱g絕緣層41、電容器氧化物層37及第二層間絕緣層35進(jìn)行蝕刻，以形成用于打開該位線34的上邊部分的第二接觸孔46B。其中，該第二接觸孔46B用于形成連接到位線34的第二M1C。在該第一和第二接觸孔46A和46B的形成期間，施行過蝕刻以便打開該位線34的上邊部分，因此無可避免地造成對該M1C硬屏蔽層100的破壞。結(jié)果，在形成該第一和第二接觸孔46A和46B之后，只有鋁層42的一部分保持其預(yù)定厚度。以下，將該鋁層42的剩余部分標(biāo)示為參考數(shù)字42A。
對用于形成第一和第二接觸孔46A和46B的蝕刻工藝而言，以用于蝕刻氧化物層的諸如四氟化碳(CF4)、四氟化四碳(C4F4)及二氟甲烷(CH2F2)的氣體作為蝕刻氣體。由于鋁層42對上述氣體的容忍度(tolerance)比光敏層更強(qiáng)，因此能執(zhí)行蝕刻工藝以形成有更大邊界的深的第二接觸孔46B。
參照圖2E，在包含第一和第二接觸孔46A和46B的上述結(jié)構(gòu)的整個表面上，形成作為抵住各M1C的阻擋金屬層的TiN及Ti的阻擋金屬47。以下，將由TiN及Ti構(gòu)成的阻擋金屬47稱作TiN/Ti阻擋金屬層。然后，在該TiN及Ti阻擋金屬層47上沉積鎢(W)層48，直到充分地填充入該第一接觸孔46A和第二接觸孔46B內(nèi)。此時，該TiN及Ti阻擋金屬層47通過依序沉積一Ti層然后再沉積一TiN層而形成。同時，通過使用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)沉積該鎢層48。
參照圖2F，對該鎢層48執(zhí)行回蝕工藝以移除沉積在該第三層間絕緣層41上鎢層48的一部分。由此回蝕工藝，可形成各填充到該第一接觸孔46A和第二接觸孔46B內(nèi)的多個鎢栓塞48A。此時，移除該第三層間絕緣層41上所具有的剩余鋁層42A、TiN/Ti阻擋金屬層47及鎢層48。同時，將填充到該第一接觸孔46A和第二接觸孔46B內(nèi)的TiN/Ti阻擋金屬層47稱作剩余TiN/Ti阻擋金屬層并標(biāo)示為參考數(shù)字47A。
在形成鎢栓塞48A的回蝕工藝中，在大約8mTorr的壓力下使用供應(yīng)數(shù)量分別為大約10sccm及大約100sccm的氮氣(N2)及六氟化硫(SF6)對該鎢層48進(jìn)行蝕刻。此時，以SF6氣體作為主蝕刻氣體。蝕刻終止于該TiN/Ti阻擋金屬層47的TiN層。
在施行回蝕工藝之后，在大約9mTorr的壓力下使用供應(yīng)數(shù)量分別為大約110sccm及大約10sccm的Cl2及BCl3，在臨場情況下移除該TiN/Ti阻擋金屬層47及剩余鋁層42A。一般而言，設(shè)計一用于上述回蝕工藝的室，以供應(yīng)由SF6、Cl2及BCl3構(gòu)成的蝕刻氣體。因此，當(dāng)對鎢層48上執(zhí)行回蝕工藝時，首先供應(yīng)對鎢具有良好蝕刻選擇性的SF6作為主蝕刻氣體，以移除鎢層48。之后，對該室供應(yīng)由Cl2及BCl3構(gòu)成的蝕刻氣體，以移除該TiN/Ti阻擋金屬層47。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，由于在蝕刻該M1C硬屏蔽層100的鋁層42的過程中使用的蝕刻氣體和移除該TiN/Ti阻擋金屬層47的過程中使用的蝕刻氣體同樣是Cl2及BCl3，因此可在未在蝕刻室內(nèi)作任何改變且未造成額外成本的情況下，將剩余鋁層42A蝕刻掉。
同時，可能在使用由Cl2及BCl3構(gòu)成的蝕刻氣體移除該TiN/Ti阻擋金屬層47的過程中使鎢栓塞48A受到破壞。不過，由于鎢層48對由Cl2及BCl3構(gòu)成的蝕刻氣體具有很強(qiáng)的容忍度，因此各鎢栓塞48A不致出現(xiàn)嚴(yán)重的凹陷。
在上述回蝕工藝之后，分別于該第一和第二接觸孔46A和46B內(nèi)形成各包含剩余TiN/Ti阻擋金屬層47A及鎢栓塞48A的第一M1C和第二M1C。再在每一個鎢栓塞48A上沉積鋁層并施行圖案制作，以形成多個第一金屬線49。
如上所述，通過使用具有比光敏層更高選擇性的鋁層作為M1C硬屏蔽層而執(zhí)行M1C處理。因此，即使在使用于習(xí)知100nm的半導(dǎo)體裝置的光曝光設(shè)備及工藝下，也能夠在具有納米級別的超微細(xì)尺寸的半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成例如大約80nm及大約60nm的深M1C。
上述較佳實施例解釋了一種將M1C連接到位線的例子。不過，也能夠形成一深的M1C以連接到周圍區(qū)域內(nèi)的晶體管柵極以及一晶體管的源極/漏極。
本申請含有和2003年12月15日向韓國專利局提交的專利申請第KR2003-0091100號相關(guān)的主題，在此將其全部內(nèi)容加以參考引用。
雖然結(jié)合較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯而易見的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離下述權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神和范圍的情況下，做出各種變化和修改。
11 基板12 第一層間絕緣層13 位線接點14 位線15 第二層間絕緣層16 儲存節(jié)接點17 下電極18 介電層19 上電極20 電容器氧化物層21 第三層間絕緣層22A 第一金屬接點22B 第二金屬接點23 第一金屬線31 基板32 第一層間絕緣層33 位線接點34 位線35 第二層間絕緣層36 儲存節(jié)接點37 電容器氧化物層38 下電極39 介電層40 上電極41 第三層間絕緣層42 鋁層42A 剩余鋁層
43 氮化鈦層44 氮氧化硅層45 光敏層圖案46A 第一接觸孔46B 第二接觸孔47 氮化鈦/鈦阻擋金屬層47A 剩余的氮化鈦/鈦阻擋金屬層48 鎢層48A 鎢栓塞49 第一金屬線100 M1C硬屏蔽層M1 第一金屬線M1C 第一金屬接點
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法，包括下述步驟在基板上形成一連接有金屬線的底部線；在包含基板及底部線的基板結(jié)構(gòu)的整個表面上形成一層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成一金屬接點硬屏蔽層；形成一光敏層圖案，其定義在該金屬接點硬屏蔽層上的接觸孔；通過使用該光敏層圖案作為蝕刻阻擋層對該金屬接點硬屏蔽層進(jìn)行蝕刻；使用該已蝕刻金屬接點硬屏蔽層作為蝕刻阻擋層對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻，因此形成接觸孔；以及在該接觸孔內(nèi)形成連接于基板的金屬接點。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該金屬接點硬屏蔽層是由鋁層形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在兩個步驟中沉積該鋁層，在大約400℃的溫度及大約12kW的功率下沉積該鋁層直到鋁層的厚度為大約1500，然后以大約3kW的功率沉積該鋁層直到鋁層的厚度為大約1500。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過使用KrF光曝光設(shè)備執(zhí)行該光敏層圖案的形成步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成該接觸孔的步驟中，通過使用如四氟化碳(CF4)、四氟化四碳(C4F4)及二氟甲烷(CH2F2)的蝕刻氣體之一對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻。
6.一種在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法，包括下述步驟在基板上形成一連接有金屬線的底部線；在包含基板及底部線的基板結(jié)構(gòu)的整個表面上形成一層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成一金屬接點硬屏蔽層；在該金屬接點硬屏蔽層上形成一抗反射涂層(ARC)；形成一光敏層圖案，其定義在該ARC層上的接觸孔；通過使用該光敏層圖案作為蝕刻阻擋層對該ARC層及金屬接點硬屏蔽層同時進(jìn)行蝕刻；使用該ARC層及金屬接點硬屏蔽層作為蝕刻阻擋層對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻，因此形成接觸孔；以及在該接觸孔內(nèi)形成連接于基板的金屬接點。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該金屬接點硬屏蔽層是由鋁層形成的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在兩個步驟中沉積該鋁層，在大約400℃的溫度及大約12kW的功率下沉積該鋁層直到鋁層的厚度為大約1500，然后以大約3kW的功率沉積該鋁層直到鋁層的厚度為大約1500。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過使用KrF光曝光設(shè)備執(zhí)行該光敏層圖案的形成步驟。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在形成該接觸孔的步驟中，通過使用如CF4、C4F4及CH2F2的蝕刻氣體之一對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過依序形成一氮化鈦(TiN)層及一氮氧化硅(SiON)層而形成該ARC層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體裝置中形成金屬接點的方法，包括下述步驟在基板上形成一連接有金屬線的底部線；在包含基板及底部線的基板結(jié)構(gòu)的整個表面上形成一層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成一金屬接點硬屏蔽層；形成一光敏層圖案，其定義出在該金屬接點硬屏蔽層上的接觸孔；通過使用該光敏層圖案作為蝕刻阻擋層對該金屬接點硬屏蔽層進(jìn)行蝕刻；使用該已蝕刻金屬接點硬屏蔽層作為蝕刻阻擋層對該層間絕緣層進(jìn)行蝕刻，因此形成接觸孔；以及在該接觸孔內(nèi)形成連接于基板的金屬接點。
文檔編號H01L21/768GK1630061SQ20041008849
公開日2005年6月22日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者銀炳秀 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司