DE10334406B4

DE10334406B4 - Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes in einem Halbleiterprozeß

Info

Publication number: DE10334406B4
Application number: DE10334406A
Authority: DE
Inventors: Jae-Seung Suwon Hwang; Sung-Un Kwean
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: DE10334406A1; KR20040013613A; US20040038524A1; KR100457046B1; JP2004096105A; US6815335B2

Abstract

Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes (130, 232) in einer Halbleitervorrichtung, mit den folgenden Prozessschritten:
i) Ausbilden eines dielektrischen Zwischenschichtfilmes (110, 210) auf einem Halbleitersubstrat (100, 200), welches einen Kontaktausbildungsabschnitt aufweist;
ii) aufeinander folgendes Ausbilden eines Polysiliziumfilms (112, 212) und einer Antireflexionsschicht (114, 214) auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm;
iii) Ausbilden eines ersten Maskenmusters (116, 216) auf der Antireflexionsschicht, wobei das erste Maskenmuster einen ersten geöffneten Abschnitt A enthält, der dem Kontaktausbildungsabschnitt entspricht;
iv) Ausbilden eines zweiten Maskenmusters (118, 218), welches den Polysiliziumfilm freilegt durch Ätzen der Antireflexionsschicht, die durch das erste Maskenmuster freigelegt ist;
v) Ausbilden eines dritten Maskenmusters (122, 222) durch Anbringen eines Polymers (120, 220) an einer Seitenwand des zweiten Maskenmusters, wobei das dritte Maskenmuster einen zweiten geöffneten Abschnitt B enthält, der kleiner ist als der erste geöffnete Abschnitt A;
vi) Ausbilden eines Kontaktloches, welches den Kontaktausbildungsabschnitt freilegt durch Ätzen des Polysiliziumfilms...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes in einer Halbleitervorrichtung nach dem Anspruch 1.

Aus der US 6,028,001 ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktloches in einer Halbleitervorrichtung bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird auf einem dielektrischen Zwischenschichtfilm eine Polysiliziumschicht und eine als Antireflexionsschicht bezeichnete SiNO-Schicht aufgebracht. Mit einem Fotoresist wird dann ein Maskenmuster erzeugt. Dann wird die ARC-Schicht durch die erste Maske mittels CHF₃ geätzt, wobei gleichzeitig eine Polymer-Seitenwand entsteht. Mit der so erzeugten Maske wird dann die Polysiliziumschicht und Zwischenschicht senkrecht geätzt, um ein Kontaktloch zu bilden, welches mit leitendem Material aufgefüllt wird.

Aus der US 5,719,089 ist ein Verfahren zur Herstellung kleiner Kontaktöffnungen in einer Polysilizium/Metall-Dielektrikumsschicht auf einem Halbleitersubstrat bekannt, wobei Polymer-Seitenwandabstandshalter verwendet werden. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird eine Polysiliziumschicht auf einer PMD-Schicht unter Verwendung einer Fotoresistmaske niedergeschlagen, in der Öffnungen über Vorrichtungskontaktbereichen in dem Substrat ausgebildet sind. Die Polysiliziumschicht wird dann in ein Muster gebracht, um Öffnungen mit vertikalen Seitenwänden an der PMD-Isolierschicht auszubilden. Die Kontaktöffnungen werden dann anisotrop geätzt, und zwar in einer Gasmischung, mit der gleichzeitig Polymer-Seitenwandabstandshalter an den Seitenwänden in den Öffnungen in der Polysiliziumschicht ausgebildet werden.

Aus der US 6,103,588 ist die Herstellung einer Halbleitervorrichtung bekannt, wobei ein sequenzielles Herstellen einer Polymer-Seitenwand mit einer In-situ-Plasmaabscheidung in derselben RIE-Kammer realisiert wird. Auch wird bei diesem bekannten Verfahren eine Polymer-Seitenwand in einem separaten Verfahrensschritt gebildet.

Gemäß der US 5,670,401 wird eine Polymer-Seitenwand in ein und derselben RIE-Kammer ausgebildet und nach einem Ätzen einer Zwischenschicht durch das Fotoresistmuster in einem separaten Schritt vor dem Durchätzen der Zwischenschicht gebildet. Das bekannte Verfahren dient zur Herstellung einer Öffnung für die Ausbildung einer besonders kurzen Kanallänge eines MOSFETs, so dass hier kein einfaches Kontaktloch ausgebildet wird.

Aus der US 5,932,491 ist ein Verfahren zur Ausbildung einer seitenwandmäßig ausgerichteten Kontaktstruktur bekannt. Die Seitenwand wird unter anderem auch aus Polymeren in einem separaten Verfahrensschritt nach dem Ätzen einer Zwischenschicht durch ein Fotoresistmuster gebildet, um damit eine Ätzmaske für die restliche Zwischenschicht mit einem verkleinerten Durchmesser zu bilden. Dort wird die Ausgestaltung des Materials der Seitenwand aus Polymeren gleichwertig neben die Materialien SiO₂, Polysilizium, Wolfram und TiW gestellt.

Die US 5,861,343 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung eines Eigenkontaktloches in einem Halbleitersubstrat. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird auf einem Halbleitersubstrat eine Polysiliziumschicht ausgebildet und es wird auf der Polysiliziumschicht ein Fotoresistmuster gebildet. Es wird dann die Polysiliziumschicht geätzt und es werden während des Ätzvorganges Polymere an der Seitenwand der Polysiliziumschicht und dem Fotoresistmuster gebildet. Unter Verwendung der Polymer-Seitenwandabstandshalter als Maske wird eine Öffnung in der Siliziumschicht gebildet. Nachfolgend werden das Fotoresistmuster und der Seitenwandabstandshalter entfernt. Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens wird eine Öffnung ausgebildet, die kleiner ist als bei herkömmlichen Verfahren, so dass mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens die Genauigkeit der Kontaktlochausrichtung verbessert werden kann.

Aus der US 2002/64945 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktloches in einer Halbleitervorrichtung bekannt, wonach eine Polymerschicht auf einem oberen Abschnitt derselben und eine Seitenwand aus einer Fotoresistmaske ausgebildet werden. Unter der Fotoresistmaske wird eine Oxidschicht geätzt, um ein Kontaktloch auszubilden, wobei ein Ätzgas verwendet wird, welches CH₂F₂-Gas enthält.

Aus der US 6,008,123 ist ein Verfahren zur Ausbildung einer Öffnung in einer Dielektrikumsschicht einer Halbleitervorrichtung bekannt. Es wird dabei auf einer Zwischenschicht eine Polysiliziumschicht ausgebildet und zusätzlich eine als Ätzstoppschicht bezeichnete Siliziumoxidschicht und es erfolgt ein Ätzvorgang durch beide Schichten hindurch, und zwar unter Verwendung eines Fotoresistmusters, um dann in den in der Polysiliziumschicht und der Siliziumoxidschicht gebildeten Öffnungen eine Polysiliziumschicht bzw. eine Seitenwand zu bilden, um den Durchmesser der Öffnungen zu reduzieren.

Hochintegrierte Halbleitervorrichtungen sind dafür erforderlich, um mit der sich heutzutage rapid entwickelnden Informationsgesellschaft Schritt zu halten. Als ein Ergebnis werden die Abmessungen der elektrischen Verdrahtung in einer Halbleitervorrichtung zunehmend miniaturisiert, was aber eine vielschichtige Struktur verhindert. Um eine elektrische Verbindung zwischen den Verdrahtungen der Halbleitervorrichtung zu erreichen, sind Kontakte erforderlich.

Die 1A bis 1E zeigen Querschnittsansichten, die ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Kontaktes in einer Halbleitervorrichtung veranschaulichen.

Gemäß 1A wird eine Ätzstoppschicht 12 mit einer Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å auf einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet, welches einen Abschnitt 10a für die Ausbildung eines Kontaktes enthält. Es wird ein dielektrischer Zwischenschichtfilm 14 auf der Ätzstoppschicht 12 ausgebildet. In diesem Fall kann der Abschnitt 10a zur Ausbildung des Kontaktes die obere Fläche einer Gateelektrode, eines Sourceanschlusses oder eines Drainanschlusses enthalten. Auch kann der Abschnitt 10a für den Kontakt der Oberfläche eines Kontaktpfropfens entsprechen.

Gemäß 1B wird auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 14 eine Antireflexionsschicht 16 ausgebildet, um das Streuen von Licht von den darunter liegenden Filmen zu verhindern, und zwar während des nachfolgenden fotolithographischen Prozesses. Es wird dann ein Fotoresistmaterialmuster 18 auf der Antireflexionsschicht 16 ausgebildet. Das Fotoresistmaterialmuster 18 öffnet den Abschnitt der Antireflexionsschicht 16 entsprechend dem Abschnitt 10a für die Ausbildung des Kontaktes.

Gemäß 1C werden Abschnitte der Antireflexionsschicht 16 und des dielektrischen Zwischenschichtfilms 14 sukzessive geätzt, und zwar unter Verwendung des Fotoresistmaterialmusters 18 als Ätzmaske, bis die Ätzstoppschicht 12 freigelegt ist.

Das Fotoresistmaterialmuster 18 wird über einen Abstreifprozeß entfernt. Die freigelegte Ätzstoppschicht 12 wird in solcher Weise geätzt, daß ein Kontaktloch 20, welches den Abschnitt 10a für die Ausbildung des Kontaktes freilegt, ausgebildet wird, was zu der Anordnung gemäß 1D führt. Wenn die Ätzstoppschicht geätzt wird, wird gleichzeitig die Antireflexionsschicht 16 entfernt.

Gemäß 1E wird ein leitendes Material in das Kontaktloch 20 gefüllt, um den Kontakt 22 zu bilden.

Gemäß dem herkömmlichen Verfahren wird die Größe des Kontaktes durch den fotolithographischen Prozeß festgelegt, der ausgeführt wird, um das Fotoresistmuster auszubilden. Jedoch kann die kleinste Größe des Kontaktloches beschränkt sein, da das Fotoresistmuster nicht so ausgebildet werden kann, daß es extrem kleine Abmaße besitzt, und zwar durch einen fotolithographischen Prozeß hindurch. Speziell müssen Kontaktlöcher der kürzlich hergestellten Halbleitervorrichtungen Größen besitzen, die unterhalb von angenähert 100 nm haben, ein Kontaktloch von dieser Größe kann jedoch nur schwierig unter Verwendung der herkömmlichen Prozesse ausgebildet werden.

Um einen Kontakt herzustellen, der kleiner ist als die Größe des Fotoresistmusters, welches durch herkömmliche Mittel ausgebildet wird, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein zusätzlicher Fotoresistrückschwallprozeß ausgeführt wird, um das Fotoresistmaterial auf die Seitenwand des Fotoresistmusters fließen zu lassen, und zwar nachdem das Fotoresistmuster ausgebildet worden ist, wie dies in 1B gezeigt ist. Da jedoch das Fotoresistmaterial nicht einheitlich fließt, und zwar an jeder Zone des Halbleitersubstrats, besitzen Kontakte nicht die gleiche Größe über die gesamte Zone des Substrats hinweg. Spezifischer ausgedrückt, können die Kontakte eines relativ kleinere Größe in Zonen erreichen, bei denen die Kontakte dicht angeordnet sind, da die Fließrate des Fotoresistmaterials in solchen Zonen größer ist als in derjenigen des Fotoresistmaterials in der Zone, wo die Kontakte relativ weit verstreut angeordnet sind.

Um einen Kontakt mit einer winzigen Größe auszubilden, wurde ein Schräg-Ätzverfahren (slant-etching method) vorgeschlagen, bei dem der obere Abschnitt des Kontaktloches einen größeren Durchmesser besitzt als derjenige des unteren Abschnitts des Kontaktloches. Jedoch kann die Ätzrate verlangsamt werden, wenn ein groß bemessener Kontakt ausgebildet wird, obwohl ein identischer Film geätzt wird, um das Kontaktloch auszubilden, und zwar vermittels des Schräg-Ätzprozesses. Somit kann ein relativ großes Kontaktloch weniger geätzt werden, um einen Kontakt-nicht-offen-Fehler zu erzeugen, oder es kann ein relativ kleines Kontaktloch überätzt werden, wenn Kontaktlöcher mit unterschiedlichen Größen in den gleichen Zonen des Substrats mit einem Ätzprozeß ausgebildet werden.

Um das zuvor angesprochene Problem zu lösen, offenbart das US-Patent Nr. 5,719,089 ein Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktloches durch Ätzen eines Isolationsfilms, wobei ein Polymer auf einem Maskenmuster ausgebildet wird, welches ein Polysiliziummuster und ein Fotoresistmuster aufweist. Jedoch kann bei diesem Verfahren der Kontakt nicht die gewünschte Größe erreichen, da die dicke des Polymers, welches an dem Kontaktloch anhaftet, schwer zu steuern ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor erläuterten Probleme und es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes einer Halbleitervorrichtung anzugeben, welches eine winzige Größe aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Lösung dieser und anderer Ziele ein Verfahren geschaffen, um einen Kontakt einer Halbleitervorrichtung auszubilden, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst. Nach der Ausbildung eines dielektrischen Zwischenschichtfilms auf einem Halbleitersubstrat, welches einen Abschnitt für die Ausbildung eines Kontaktes aufweist, werden ein Polysiliziumfilm und ein Antireflexionsfilm bzw. eine Antireflexionsschicht aufeinanderfolgend auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm ausgebildet. Es wird ein erstes Maskenmuster auf der Antireflexionsschicht gebildet. Das erste Maskenmuster enthält einen ersten offenen Abschnitt entsprechend dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes. Ein zweites Maskenmuster, welches den Polysiliziumfilm freilegt, wird mit Hilfe eines Ätzvorganges der Antireflexionsschicht ausgebildet, die durch das erste Maskenmuster freigelegt wird. Ein drittes Maskenmuster wird dadurch ausgebildet, indem ein Polymer auf einer Seitenwand des zweiten Maskenmusters ausgebildet wird. Das dritte Maskenmuster enthält einen zweiten geöffneten Abschnitt, der kleiner ist als der erste geöffnete Abschnitt. Es wird ein Kontaktloch, welches den Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes freilegt, durch Ätzen des Polysiliziumfilms und des dielektrischen Zwischen schichtfilms gebildet, und zwar unter Verwendung des dritten Maskenmusters als Ätzmaske. Dann wird das Kontaktloch mit einem leitenden Material gefüllt.

Um die Ziele der Erfindung zu erreichen, wird gemäß einer anderen Ausführungsform ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes einer Halbleitervorrichtung geschaffen, welches die folgenden Schritte umfaßt. Nach der sukzessiven Ausbildung einer Ätzstoppschicht und eines dielektrischen Zwischenschichtfilms auf einem Halbleitersubstrat, welches einen Abschnitt für die Ausbildung eines Kontaktes enthält, werden ein Polysiliziumfilm und ein Antireflexionsfilm sukzessive auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm ausgebildet. Es wird ein erstes Maskenmuster auf der Antireflexionsschicht gebildet. Das erste Maskenmuster enthält einen ersten offenen Abschnitt entsprechend dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes. Es wird dann ein zweites Maskenmuster, welches den Polysiliziumfilm freilegt, durch Ätzen der Antireflexionsschicht ausgebildet, die durch das erste Maskenmuster freigelegt wird. Es wird dann ein drittes Maskenmuster durch Anbringen eines Polymers an einer Seitenwand des zweiten Maskenmusters ausgebildet. Das dritte Maskenmuster enthält einen zweiten geöffneten Abschnitt, der kleiner ist als der erste geöffnete Abschnitt. Nach dem Ätzen des Polysiliziumfilms und des dielektrischen Zwischenschichtfilms unter Verwendung des dritten Maskenmusters als Ätzmaske wird die Ätzstoppschicht freigelegt, es wird ein Kontaktloch, welches den Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes freilegt, durch Ätzen der freigelegten Ätzstoppschicht ausgebildet, wobei die Antireflexionsschicht auf dem Polysiliziumfilm verbleibt. Dann wird das Kontaktloch mit einem leitenden Material gefüllt.

Um die Ziele der Erfindung zu erreichen, wird gemäß einer noch anderen Ausführungsform ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes einer Halbleitervorrichtung geschaffen, welches die folgenden Schritte umfaßt. Nach der Ausbildung eines dielektrischen Zwischenschichtfilms auf einem Halbleitersubstrat, welches einen Abschnitt für die Ausbildung eines Kontaktes enthält, werden ein Polysiliziumfilm und eine Antireflexionsschicht aufeinanderfolgend auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm ausgebildet. Es wird ein erstes Maskenmuster auf der Antireflexionsschicht hergestellt. Das erste Maskenmuster enthält einen ersten geöffneten Abschnitt, der dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes entspricht. Es wird dann ein zweites Maskenmuster, welches den Polysiliziumfilm freilegt, durch Ätzen der Antireflexionsschicht ausgebildet, wobei diese durch das erste Maskenmuster freigelegt wird. Es wird ein drittes Maskenmuster durch Auftragen eines Polymers an einer Seitenwand des zweiten Maskenmusters hergestellt. Das dritte Maskenmuster enthält einen zweiten geöffneten Abschnitt, der kleiner ist als der erste geöffnete Abschnitt. Nach der Ausbildung eines Kontaktloches durch Freilegen des Abschnitts für die Ausbildung des Kontaktes durch Ätzen des Polysiliziumfilms und des dielektrischen Zwischenschichtfilms unter Verwendung des dritten Maskenmusters als Ätzmaske wird dann die Ätzstoppschicht freigelegt und es werden die Filme, die auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm verblieben sind, entfernt. Es wird das Kontaktloch dann mit einem leitenden Material gefüllt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Polymer an der Seitenwand des zweiten Maskenmusters aufgetragen, und es wird das Kontaktloch unter Verwendung des dritten Maskenmusters ausgebildet, dort wo das Polymer angebracht ist, und zwar als Ätzmaske. Daher kann das Kontaktloch eine kleinere Größe haben als die Größe des Kontaktes, der durch herkömmliche fotolithographische Prozesse geliefert wird. Zusätzlich kann die Größe des Kontaktloches eingestellt werden, indem die Dicke des Polymers gesteuert wird, welches an dem zweiten Maskenmuster angebracht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben angegebenen und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich unmittelbar aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1A bis 1E Querschnittsansichten, die ein herkömmliches Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes einer Halbleitervorrichtung veranschaulichen;
2A bis 2K Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;
3A bis 3L Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wiedergeben;
4 einen Graphen, der die Dicke eines Polymers relativ zu einem Fotoresistmuster veranschaulicht, wobei geöffnete Abschnitte mit unterschiedlichen Größen gemäß den Ausführungsformen der Erfindung enthalten sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 2A bis 2K zeigen Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Ausbildung des Kontaktes einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
Gemäß 2A wird ein Ätzstoppschicht 108 mit einer Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å auf einem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet, welches einen Abschnitt für die Ausbildung eines Kontaktes aufweist. Jedoch wird die Ätzstoppschicht 108 nicht auf dem Substrat 100 in Einklang mit der Ätzselektivität zwischen dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes und einem nachfolgend ausgebildeten dielektrischen Zwischenschichtfilm ausgebildet.
Der dielektrische Zwischenschichtfilm 110 wird auf der Ätzstoppschicht 108 ausgebildet. In diesem Fall kann der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes einen Metallsilizidfilm, einen Siliziumfilm oder einen Metallfilm enthalten. Bei einer Halbleitervorrichtung kann der Abschnitt für den Kontakt auch die obere Fläche einer Gateelektrode, einer Sourcezone oder einer Drainzone enthalten. Auch kann der Abschnitt für den Kontakt der Oberfläche eines Kontaktpfropfens entsprechen.
Bei dieser Ausführungsform entspricht der Abschnitt für den Kontakt der oberen Fläche der Gateelektrode eines Transistors. Um in Einzelheiten zu gehen, so ist auf einem Substrat mit Hilfe eines thermischen Oxidationsprozesses ein Oxidfilm ausgebildet. Ein Polysiliziumfilm, der mit Fremdstoffen dotiert ist, und ein Metallsilizidfilm werden aufeinanderfolgend auf dem Oxidfilm als ein Gateoxidfilm ausgebildet. Der Metallsilizidfilm enthält wenigstens ein Material aus der Gruppe, bestehend aus Wolframsilizid (WSi_x), Tantalsilizid (TaSi₂), Molybdänsilizid (MoSi₂) und Kobaltsilizid (CoSi_x).
Es wird ein Siliziumnitrid (SiN) auf dem Metallsilizidfilm niedergeschlagen, und zwar mit Hilfe eines chemischen Niederdruckdampfniedersehlagsprozesses (LPCVD), in solcher Weise, daß eine Antireflexionsschicht mit einer Dicke von angenähert 800 Å auf dem Metallsilizidfilm gebildet wird. Die Antireflexionsschicht kann verhindern, daß eine Lichtreflexion von dem Substrat erfolgt, und zwar während eines nachfolgenden fotolithographischen Prozesses, wodurch in einfacher Weise ein Fotoresistmuster auf dem Substrat ausgebildet werden kann.
Nachdem das Fotoresistmuster auf der Antireflexionsschicht ausgebildet worden ist, wird die Antireflexionsschicht in ein Muster gebracht, um ein Gatemuster zu bilden, und zwar unter Verwendung des Fotoresistmaterials als Ätzmaske. Das Fotoresistmuster wird entfernt und es werden der Metallsilizidfilm, der Polysiliziumfilm und der Oxidfilm aufeinanderfolgend geätzt unter Verwendung der in ein Muster gebrachten Antireflexionsschicht als Ätzmaske, wobei ein Trockenätzprozeß zur Anwendung gelangt. Es wird somit eine Gateelektrode 107 mit einem Gateoxidfilm 102, ein Polysiliziummuster 104 und ein Metallsilizidmuster 106 auf dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet.
Es wird dann die Ätzstoppschicht 108 mit einer Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å auf dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet, inklusive der Gateelektrode 107, die auf diesem ausgebildet ist. Die Ätzstoppschicht 108 wird mit einer hohen Ätzselektivität relativ zu dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 110 ausgebildet, so daß der Ätzprozeß zum Ätzen des vorbestimmten Abschnitts des dielektrischen Zwischenschichtfilms 110 gestoppt wird, wenn die Ätzstoppschicht 108 freigelegt ist. Spezieller gesagt, kann die Ätzstoppschicht 108 mit Siliziumnitrid (SiN) ausgebildet werden.
Nachfolgend wird auf der Ätzstoppschicht 108 der dielektrische Zwischenschichtfilm 110 ausgebildet, um die Gateelektrode 107 abzudecken. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 110 kann Siliziumoxid enthalten.
Gemäß 2B wird ein Polysiliziumfilm 112 auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 110 ausgebildet. Der Polysiliziumfilm 112 schützt die darunter liegenden Filme, wenn ein Polymer daran befestigt wird, und zwar während eines nachfolgenden Prozesses, um das Polymer anzubringen. Somit besitzt der Polysiliziumfilm 112 eine ausreichende Dicke in solcher Weise, daß der Polysiliziumfilm 112 nicht vollständig verbraucht wird, wenn das Polymer einer gewünschten Dicke später angebracht wird. Spezifischer ausgedrückt, besitzt der Polysiliziumfilm 112 eine Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å. Wenn der Polysiliziumfilm 112 eine Dicke unterhalb von 100 Å aufweist, kann der Polysiliziumfilm 112 vollständig während der Anbringung des Polymers verbraucht werden. Wenn auf der anderen Seite der Polysiliziumfilm 112 eine Dicke mehr als angenähert 2000 Å aufweist, wird der Polysiliziumfilm 112 relativ unbeeinflußt bleiben und die Zeit für den Halbleiterherstellungsprozeß kann dadurch erhöht werden.
Gemäß 2C wird eine Antireflexionsschicht 114 auf dem Polysiliziumfilm 112 ausgebildet, um zu verhindern, daß Licht von den darunter liegenden Filmen gestreut wird, und zwar während eines nachfolgenden fotolithographischen Prozesses. Die Antireflexionsschicht 114 besitzt eine Dicke größer als diejenige der Ätzstoppschicht 108. In bevorzugter Weise besitzt die Antireflexionsschicht 114 eine Dicke von angenähert 30 bis 2000 Å. Die Dicke der Antireflexionsschicht 114 ist dicker als diejenige der Ätzstoppschicht 108, und zwar um mehr als angenähert 30 Å. Darüber hinaus kann die Antireflexionsschicht 114 Siliziumoxynitrid (SiON) enthalten.
Gemäß 2D wird ein Fotoresistmuster 116 auf der Antireflexionsschicht 114 ausgebildet. Das Fotoresistmuster 116 öffnet den Abschnitt der Antireflexionsschicht 114 entsprechend dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes. Es wird nämlich der Abschnitt der Antireflexionsschicht 114 über der Gateelektrode 107 durch das Fotoresistmuster 116 geöffnet. Um in Einzelheiten zu gehen, wird ein Fotoresistfilm auf die Antireflexionsschicht 114 aufgeschichtet. Der Abschnitt des Fotoresistfilms, welcher der Gateelektrode 107 entspricht, wird belichtet und entwickelt, so daß das Fotoresistmuster 116 auf der Antireflexionsschicht 114 ausgebildet wird. Damit entspricht eine erste geöffnete Zone A des Fotoresistmusters 116 der Gateelektrode. In diesem Fall kann die Größe der ersten geöffneten Zone A größer sein als die Länge der Gateelektrode 107, die unter der ersten geöffneten Zone A gelegen ist.
Gemäß 2E wird der Abschnitt der Antireflexionsschicht 114, der durch die erste geöffnete Zone A freigelegt ist, geätzt, und zwar unter Verwendung des Fotoresistmusters 116 als Ätzmaske, wodurch ein vorläufiges Ätzmaskenmuster 118 gebildet wird, durch welches der Polysiliziumfilm 112 freigelegt wird. Das vorläufige Ätzmaskenmuster 118 enthält ein Antireflexionsschichtmuster 114a und das Fotoresistmuster 116.
Gemäß 2F wird ein Polymer 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 angebracht, so daß ein Ätzmaskenmuster 122 mit einer zweiten geöffneten Zone B ausgebildet wird. Die zweite geöffnete Zone B besitzt eine Weite, die enger oder kleiner ist als diejenige der ersten geöffneten Zone A, da das Polymer 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 ausgebildet ist.
Bei dem Prozeß zur Anbringung des Polymers 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 wird ein Gas, welches CH_xF_y, (wobei x und y positive Zahlen sind) oder eine Mischung eines Gases, welches CH_xF_y enthält, auf das Substrat 100 aufgeströmt wird, und zwar dort, wo das vorläufige Ätzmaskenmuster 118 ausgebildet ist. Beispiele des Gases, welches CH_xF_y enthält, ist ein CH₂F₂-Gas, ein CH₂F₃-Gas oder ein CHF₃-Gas. Auch kann ein Mischgas verwendet werden, welches ein HeO₂-Gas oder ein Cl₂-Gas enthält. Wenn der Prozeß zum Anbringen des Polymers 120 mit Hilfe des oben erläuterten Gases durchgeführt wird, wird ein Polymer 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 angebracht, wobei der freigelegte Polysiliziumfilm 112 kaum geätzt wird. Wenn der freigelegte Polysiliziumfilm 112 und der dielektrische Zwischenschichtfilm 110 während des Prozesses der Anbringung des Polymers 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 geätzt werden, kann das Polymer 120, welches an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 angebracht wird, nicht die gewünschte Dicke erreichen. Jedoch kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zeit, die zum Anbringen des Polymers 120 erforderlich ist, in vorteilhafter Weise so gesteuert werden, daß das Polymer 120 die gewünschte Dicke erreicht, da der Polysiliziumfilm 112 während des Prozesses der Anbringung des Polymers 120 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 nicht geätzt wird.
Die zweite geöffnete Zone B des Ätzmaskenmusters 112 besitzt eine kleinere Größe als diejenige der ersten geöffneten Zone A des Fotoresistmusters 116, und zwar auf Grund der Ausbildung des Polymers 120. Das heißt, die Weite oder Breite der zweiten geöffneten Zone B ist um die Dicke des Polymers 120 reduziert, und zwar verglichen mit der Weite oder Breite der ersten geöffneten Zone A. Daher besitzt das Ätzmaskenmuster 122 eine zweite geöffnete Zone B, die enger ist als die erste geöffnete Zone A des Fotoresistmusters 116 entsprechend der engsten Zone, die durch den fotolithographischen Prozeß ausgebildet werden kann.
Gemäß 2G werden Abschnitte des Polysiliziumfilms 112a und des dielektrischen Zwischenschichtfilms 110 aufeinanderfolgend geätzt, und zwar unter Verwendung des Ätzmaskenmusters 122, bis die Ätzstoppschicht 108 freiliegt, so daß ein vorläufiges Kontaktloch 124 ausgebildet wird, um dadurch die Ätzstoppschicht 108 teil weise freizulegen. In diesem Fall besitzt das vorläufige Kontaktloch 124 eine Größe, die kleiner ist als diejenige der ersten geöffneten Zone A des Fotoresistmusters 116.
Gemäß 2H werden dann das Fotoresistmuster 116 und das Polymer 120, welches an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 118 angebracht ist, mit Hilfe eines Veraschungsprozesses (ashing process) entfernt. Das Fotoresistmuster 116 und das Polymer 120 werden in bevorzugter Weise in einem nachfolgenden Prozess entfernt. Wenn das Fotoresistmuster 116 und das Polymer 120 nicht unmittelbar nach der Ausbildung des vorläufigen Kontaktloches 124 entfernt werden, kann der Abschnitt der Ätzstoppschicht 108, der durch das vorläufige Kontaktloch 124 hindurch freigelegt ist, nicht normal während eines nachfolgenden Ätzprozesses geätzt werden. Speziell können Polymere an der oberen Fläche der Ätzstoppschicht 108 angebracht werden, und zwar während des Ätzprozesses zur Ausbildung des vorläufigen Kontaktloches 124. Da die Polymere, die an der oberen Fläche der Ätzstoppschicht 108 angebracht wurden, kaum entfernt werden, wenn die Ätzstoppschicht 108 geätzt wird, kann ein Nicht-Öffnen des Kontaktes oder ein Fehler des Kontaktwiderstandes bei einem Halbleiterherstellungsprozeß auftreten.
Gemäß 2I wird die freigelegte Ätzstoppschicht 108a geätzt, wobei jedoch die Antireflexionsschicht 114b auf dem Polysiliziumfilm 112a verbleibt, und zwar in solcher Weise, daß ein Kontaktloch 125 ausgebildet wird, um die obere Fläche der Gateelektrode 107 freizulegen.
Wenn die Ätzstoppschicht 108a geätzt wird, wird die Antireflexionsschicht 114b gleichzeitig geätzt. Da die Antireflexionsschicht 114b dicker ist als die Ätzstoppschicht 108a, und zwar um angenähert mehr als 100 Å, verbleibt die Antireflexionsschicht 114b auf dem Polysiliziumfilm 112a, wenn die Ätzstoppschicht 108a vollständig weggeätzt wurde. Die verbleibende Antireflexionsschicht 114b besitzt in bevorzugter Weise eine Dicke von angenähert 30 bis 1500 Å. Wenn die verbleibende Antireflexionsschicht 114b eine Dicke aufweist, die unterhalb von angenähert 30 Å liegt, kann die Antireflexionsschicht 114b teilweise entfernt werden. Auf der anderen Seite wird die Antirefle xionsschicht 114b kaum bei einem nachfolgenden Prozeß entfernt, wenn die verbliebene Antireflexionsschicht 114b eine Dicke von mehr als angenähert 1500 Å aufweist.
In Fällen, bei denen die Ätzstoppschicht 108 nicht auf der Gateelektrode 107 gemäß 2A ausgebildet wird, ist der Prozeß zum Ätzen der Ätzstoppschicht 108 nicht erforderlich. Zusätzlich kann anstelle des Prozesses zum Ätzen der Ätzstoppschicht 108a die Antireflexionsschicht 114b teilweise geätzt werden, wobei die Antireflexionsschicht 114b auf dem Polysiliziumfilm 112a verbleibt, jedoch die Dicke der Antireflexionsschicht 114b reduziert wird bzw. diese Schicht dünn gemacht wird.
Gemäß 2J wird eine Sperrmetallschicht 126 einheitlich auf den Oberflächen des Kontaktloches 125, dem Polysiliziumfilm 112a und der Antireflexionsschicht 114b ausgebildet. Die Sperrmetallschicht 126 verhindert, daß leitendes Material, welches in das Kontaktloch 125 gefüllt wird, in den dielektrischen Zwischenschichtfilm 110a hinein diffundiert. Die Sperrmetallschicht 126 kann einen Titanfilm, einen Titannitridfilm, einen Tantalfilm, einen Tantalnitridfilm oder einen zusammengesetzten Film aufweisen, der aus einer Kombination dieser Materialien gebildet ist. Jedoch kann die Sperrmetallschicht 126 schnell mit dem Polysiliziumfilm 112a reagieren, so daß ein Reaktionsfilm, der ein Metallsilizid enthält, teilweise auf dem Polysiliziumfilm 112a ausgebildet wird. Der Reaktionsfilm wird nur geringfügig durch den Trockenätzprozeß beeinflußt und kann als Teilchenquelle dienen, die einen Prozeßfehler verursacht. Da bei dieser Ausführungsform die Antireflexionsschicht 114b auf dem Polysiliziumfilm 112a verbleibt, wird der Polysiliziumfilm 112a kaum freigelegt, wenn die Sperrmetallschicht 126 ausgebildet wird. Somit wird der Reaktionsfilm nicht ausgebildet.
Auf der Sperrmetallschicht 126 wird eine Metallschicht 128 ausgebildet, um das Kontaktloch 125 zu füllen. Die Metallschicht 128 kann Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) enthalten.
Gemäß 2K werden die Metallschicht 128, die Sperrmetallschicht 126 und die Antireflexionsschicht 114b aufeinanderfolgend so lange poliert, bis der Polysilizium film 112a freigelegt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Polierprozeß ausgeführt, wenn die Polierrate der Metallschicht 128 wenigstens das zehnfache schneller ist als diejenige des Polysiliziumfilms 112a. Somit kann der Polierprozeß so lange durchgeführt werden, bis der Polysiliziumfilm 112a freigelegt ist, da der Polysiliziumfilm 112a nicht wesentlich während des Polierprozesses poliert wird.
Es wird dann der freigelegte Polysiliziumfilm 112a mit Hilfe des Trockenätzprozesses geätzt, so daß der Kontakt 130 gebildet wird, der in elektrischem Kontakt mit der Gateelektrode 107 steht. Wenn der Polysiliziumfilm 112a geätzt wird, wird die Metallschicht 128 an der Oberfläche des Kontaktes 130 freigelegt. Somit ist zu diesem Zeitpunkt die Ätzrate des Polysiliziumfilms 112a wenigstens fünfmal schneller als diejenige der Metallschicht 128, so daß der Polysiliziumfilm 112a vollständig geätzt wird, während jedoch die Metallschicht 128 nicht überätzt wird. Der Polysiliziumfilm 112a kann unter Verwendung eines Gases, welches Cl₂ und HBr enthält, geätzt werden.
Neben dem oben beschriebenen Prozeß für die Ausbildung des Kontaktes 130 kann ein anderer Ätzprozeß mit Ätzraten der Metallschicht 128 und der Sperrmetallschicht 123 durchgeführt werden, die nahezu identisch sind mit denjenigen der Antireflexionsschicht 114b und des Polysiliziumfilms 112a, um einen Kontakt 130 zu bilden, der elektrisch mit der Gateelektrode 107 verbunden ist.
Die 3A bis 3L sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes einer Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
Gemäß 3A wird eine Ätzstoppschicht 208 mit einer Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å auf dem Halbleitersubstrat 200 ausgebildet, welches den Abschnitt für die Ausbildung eines Kontaktes enthält. Die Ätzstoppschicht 208 kann auf dem Halbleitersubstrat 200 in Einklang mit dem Ätzvorgang ausgebildet werden, und zwar selektiv zwischen dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes und eines Zwischenschicht-Dielektrikumfilms, die aufeinanderfolgend gebildet werden.
Der dielektrische Zwischenschichtfilm 210 wird auf der Ätzstoppschicht 208 ausgebildet. Der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes kann einen Metallsilizidfilm oder einen Metallfilm enthalten. Bei der Halbleitervorrichtung enthält der Abschnitt für den Kontakt auch die obere Fläche einer Gateelektrode, eine Sourcezone oder eine Drainzone. Auch kann der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes der Oberfläche eines Kontaktpfropfens entsprechen.
Bei dieser Ausführungsform entspricht der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes der oberen Fläche eines Metallsilizidmusters. Spezieller gesagt, ist ein Polysiliziumfilm 202 mit Fremdstoffen dotiert und es wird ein Metallsilizidfilm 204 sukzessive auf dem Substrat 200 ausgebildet. Der Metallsilizidfilm 204 kann Wolframsilizid (WSi_x), Tantalsilizid (TaSi₂), Molybdänsilizid (MoSi₂) oder Kobaltsilizid (CoSi_x) enthalten.
Nachdem eine Antireflexionsschicht und ein Fotoresistmuster auf dem Metallsilizidfilm 204 ausgebildet worden sind, wird die Antireflexionsschicht unter Verwendung des Fotoresistmusters als Ätzmaske geätzt. Es wird dann das Fotoresistmuster entfernt und es werden der Metallsilizidfilm 204 und der Polysiliziumfilm 202 aufeinanderfolgend geätzt, und zwar unter Verwendung der Antireflexionsschicht als Ätzmaske, wodurch ein leitendes Muster 205 ausgebildet wird, welches den Metallsilizidfilm 204 und den Polysiliziumfilm 202 enthält. Während der Ausbildung des leitenden Musters 205 wird die Antireflexionsschicht im wesentlichen entfernt.
Nachdem ein Isolationsfilm 206 ausgebildet wurde, um das leitende Muster 205 abzudecken, wird der Isolationsfilm 206 poliert, um den Metallsilizidfilm 204 freizulegen, welcher dem oberen Abschnitt des leitenden Musters 205 entspricht. In diesem Fall entspricht die freigelegte Fläche des Metallsilizidfilms 204 dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes.
Es wird dann die Ätzstoppschicht 208 mit einer Dicke von angenähert 100 bis 2000 Å auf dem Halbleitersubstrat 200 ausgebildet, welches das leitende Muster 205 darauf ausgebildet enthält.
Der dielektrische Zwischenschichtfilm 210 wird auf der Ätzstoppschicht 208 gebildet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 210 kann Siliziumoxid enthalten.
Gemäß 3B wird ein Polysiliziumfilm 212 auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 210 ausgebildet. Der Polysiliziumfilm 212 schützt die darunter liegenden Filme, wenn ein Polymer daran angebracht wird. Der Polysiliziumfilm 212 besitzt eine Dicke von angenähert 100 bis 200 Å.
Gemäß 3C wird eine Antireflexionsschicht 214 auf dem Polysiliziumfilm 212 ausgebildet, um zu verhindern, daß Licht von den darunter liegenden Filmen während eines nachfolgenden fotolithographischen Prozesses gestreut wird. Die Antireflexionsschicht 214 kann Siliziumoxynitrid (SiON) enthalten. Obwohl die Dicke der Antireflexionsschicht 214 nicht begrenzt ist, sollte sie in bevorzugter Weise eine Dicke haben, um effektiv zu verhindern, daß das Licht gestreut wird.
Gemäß 3D wird ein Fotoresistmuster 216 auf der Antireflexionsschicht 214 ausgebildet. Das Fotoresistmuster 216 öffnet den Abschnitt der Antireflexionsschicht 214, welcher dem Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes entspricht.
Gemäß 3E wird der Abschnitt der Antireflexionsschicht 214 unter Verwendung des Fotoresistmusters 216 als Ätzmaske geätzt, wodurch eine vorläufige Ätzmaskenmusterschicht 218 ausgebildet wird und der Polysiliziumfilm 212 freigelegt wird. Das vorläufige Ätzmaskenmuster 218 enthält ein Antireflexionsschichtmuster 214a und das Fotoresistmuster 216.
Gemäß 3F wird ein Polymer 220 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 218 befestigt, und zwar in solcher Weise, daß das Ätzmaskenmuster 222 gebildet wird. Das Ätzmaskenmuster 222 verengt die Öffnung des Polysiliziumfilms 212, die an früherer Stelle durch das Fotoresistmaterial 216 gebildet wurde.
Bei dem Prozeß zum Anbringen des Polymers 220 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 218 wird ein Gas, welches CH_xF_y (worin x und y positive Zahlen sind) oder eine Mischung aus einem Gas, welches das CH_xF_y enthält, auf das Substrat 200 aufgeleitet, wo das vorläufige Ätzmaskenmuster 218 ausgebildet ist. Das Gas CH_xF_y kann beispielsweise ein CH₂F₂-Gas, ein CH₂F₃-Gas oder ein CHF₃-Gas enthalten. Auch kann ein Mischgas verwendet werden, welches ein HeO₂-Gas oder ein Cl₂-Gas enthält. Wenn der Prozeß der Anbringung des Polymers 220 mit Hilfe des oben erläuterten Gases durchgeführt wird, kann das Polymer 220 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 218 angebracht werden, wobei der freigelegte Polysiliziumfilm 212 kaum in irgendeiner Weise geätzt wird. Somit kann die Prozeßzeit zum Anbringen des Polymers 220 in vorteilhafter Weise gesteuert werden, so daß das Polymer 220 eine gewünschte Dicke erreichen kann, da der Polysiliziumfilm 212 während des Prozesses der Anbringung des Polymers 220 an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 218 nicht geätzt wird.
Gemäß 3G werden Abschnitte des Polysiliziumfilms 212a und des dielektrischen Zwischenschichtfilms 210 aufeinanderfolgend geätzt, und zwar unter Verwendung des Ätzmaskenmusters 222 (3F), bis die Ätzstoppschicht 208 freigelegt ist. Es wird somit ein vorläufiges Kontaktloch 224 ausgebildet, um die Ätzstoppschicht 208 teilweise freizulegen. In diesem Fall besitzt das vorläufige Kontaktloch 224 einen kleineren Durchmesser als derjenige, der durch das Fotoresistmuster 216 bewirkt wird, wie in 3D gezeigt ist.
Gemäß 3H werden das Fotoresistmuster 216 und das Polymer 220, welches an der Seitenwand des vorläufigen Ätzmaskenmusters 218 angebracht ist, durch einen Veraschungsprozeß entfernt. Gemäß 3I werden die freigelegte Ätzstoppschicht 208 und die Antireflexionsschicht 214a auf den Polysiliziumfilm 212a gleichzeitig in solcher Weise geätzt, daß ein Kontaktloch 226 ausgebildet wird, um die obere Fläche des Metallsilizidfilms 204 freizulegen. Die freigelegte Ätzstoppschicht 208 wird vollständig beseitigt, während jedoch die Antireflexionsschicht 214a vollständig geätzt werden kann oder auch teilweise geätzt werden kann, so daß sie auf dem Polysiliziumfilm 212a in einer vorbestimmten Dicke zurück bleibt. Wie in 3I gezeigt ist, wird die Antireflexionsschicht 214a vollständig entfernt.
Gemäß 3J werden die übereinander liegenden Filme auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 210a vollständig entfernt, und zwar in solcher Weise, daß der dielektrische Zwischenschichtfilm 210a freigelegt wird. Wenn die Antireflexionsschicht 214a auf dem Polysiliziumfilm 212a verbleibt, werden die Antireflexionsschicht 214a und der Polysiliziumfilm 212a aufeinanderfolgend bei dem gleichen Ätzprozeß entfernt. Ansonsten wird der Polysiliziumfilm 212a entfernt, nachdem die Antireflexionsschicht 214a während des früheren Ätzprozesses vollständig entfernt worden ist.
In einem Fall, bei dem der Polysiliziumfilm 212a geätzt wird, kann der Metallsilizidfilm 204, der durch das Kontaktloch 226 hindurch freiliegend ist, durch das Ätzen beschädigt werden. Somit sollte der Metallsilizidfilm 204 nicht während des Ätzvorganges des Polysiliziumfilmes 212a geätzt werden. Im allgemeinen kann während des Ätzprozesses ein Ladeeffekt auftreten, so daß die Ätzrate der Zone, wo Muster eng beieinander angeordnet sind, schneller ist als diejenige einer Zone, wo die Muster normal angeordnet sind. Indem man den Ladeeffekt maximiert, kann der Polysiliziumfilm 212a auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 210a schneller geätzt werden als der Metallsilizidfilm 204, der durch das Kontaktloch 226 freiliegend ist. Spezifischer gesagt, wird der Ätzprozeß bei einem hohen Druck von nicht weniger als angenähert 200 m Torr durchgeführt, um den Ladeeffekt zu fördern. Somit kann die Beschädigung des Metallsilizidfilms 204 während des Ätzvorganges des Polysiliziumfilms 212a minimal gehalten werden.
Da bei dieser Ausführungsform der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes durch das Kontaktloch 226 freigelegt wird, wenn der Polysiliziumfilm 212a geätzt wird, enthält der Abschnitt für die Ausbildung des Kontaktes nicht in vorteilhafter Weise Polysilizium.
Gemäß 3K wird eine Sperrmetallschicht 228 einheitlich auf den Oberflächen des Kontaktloches 226 und des dielektrischen Zwischenschichtfilms 210a ausgebildet. Die Sperrmetallschicht 228 verhindert, daß ein leitendes Material, welches in das Kontaktloch 226 gefüllt ist, in den dielektrischen Zwischenschichtfilm 210a hinein diffundiert. Die Sperrmetallschicht 228 kann aus einem Titanfilm, einem Titannitridfilm, einem Tantalfilm, einem Tantalnitridfilm oder aus einer Zusammensetzung dieser Materialien bestehen.
Da der Polysiliziumfilm 212a vollständig entfernt wird, bevor die Sperrmetallschicht 228 beseitigt wird, reagiert die Sperrmetallschicht 228 nicht mit dem Polysiliziumfilm 212a. Daher wird, verglichen mit der früheren Ausführungsform, die an früherer Stelle beschrieben wurde, der Reaktionsfilm während der Ausbildung der Sperrmetallschicht 228 in keiner Weise ausgebildet.
Es wird dann eine Metallschicht 230 auf der Sperrmetallschicht 228 ausgebildet, um das Kontaktloch 226 aufzufüllen. Die Metallschicht 230 kann Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) enthalten.
Gemäß 3L werden die Metallschicht 230 und die Sperrmetallschicht 228 aufeinanderfolgend poliert, bis der dielektrische Zwischenschichtfilm 210a freigelegt ist. Als ein Ergebnis wird der Kontakt 232 von den Abschnitten der Metallschicht 230 und der Sperrmetallschicht 228, die das Kontaktloch 226 füllen, gebildet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 210a isoliert den Kontakt von dem benachbarten Kontakt.
Die Metallschicht 230 und die Sperrmetallschicht 228 können mit Hilfe eines chemisch-mechanischen Polierprozesses (CMP) poliert werden. Auch kann hinsichtlich der Metallschicht 230 und der Sperrmetallschicht 228 ein Trockenätzprozeß ausgeführt werden, und zwar mit einer Ätzrate der Metallschicht 230, die identisch mit derjenigen der Sperrmetallschicht 228 ist.
Wie gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen hervorgeht, kann das Kontaktloch mit einer sehr viel kleineren Größe ausgebildet werden, als derjenigen der geöffneten Zone des Fotoresistmusters, welches mit Hilfe des fotolithographischen Prozesses ausgebildet wird. Damit besitzt der Kontakt nach der vorliegenden Erfindung eine kleinere Abmessung als diejenige des Kontaktes, der mit Hilfe des herkömmlichen Verfahrens geschaffen wird. Wenn die Größe des Kontaktes reduziert ist, werden Prozeßfehler minimiert, und zwar in Einklang mit der Unterstützung oder Förderung des Kontaktfehlausrichtrandes. Mit anderen Worten wird durch Reduzierung der Abmessung des Kontaktes irgendeine Fehlausrichtung zwischen dem Kontakt und dem darunter liegenden leitenden Muster 205 weniger bedeutsam. Darüber hinaus kann ein Brückenfehler zwischen benachbarten Kontakten entsprechend der Reduzierung der Größe des Kontaktes reduziert werden. Ferner wird ein Reaktionsfilm zwischen dem Metallsilizidfilm und dem Polysiliziumfilm während der Ausbildung des Kontaktes kaum erzeugt.
4 zeigt einen Graphen, der die Dicke der Polymere, die an den Fotoresistmustern angebracht werden, relativ zu den Größen der Fotoresistmuster aufgetragen darstellt. In 4 wurden die Dicken der Polymere gemessen, nachdem die Polymere an den Seitenwänden der Fotoresistmuster angebracht worden sind, und zwar in Größen zwischen angenähert 100 nm und 230 nm. Das Bezugszeichen 400 gibt die Dicke der Polymere an, die an den Fotoresistmustern angebracht wurden, und zwar nach dem Prozeß für die Anbringung der Polymere für angenähert 30 Sekunden, und das Bezugszeichen 402 gibt die Dicke der Polymere an, die an den Fotoresistmustern angebracht wurden, und zwar nach dem Prozeß für das Anbringen der Polymere für angenähert 60 Sekunden.
Wie in 4 gezeigt ist, nimmt die Dicke des Polymers zu, wenn die Prozeßzeit zum Anbringen des Polymers zunimmt. Zusätzlich nimmt die Dicke der Polymere in Einklang mit der Abmessungsförderung der geöffneten Abschnitte der Fotoresistmuster zu, obwohl die Prozesse zum Anbringen der Polymere für eine identische Zeit ausgeführt werden. Auf der anderen Seite wird die Größe des Kontaktloches proportional zur Zunahme in der Dicke des Polymers reduziert.
Daher wird das Ätzmaskenmuster vollständig durch das Anbringen des Polymers einheitlich ausgebildet, obwohl das Fotoresistmuster irregulär geöffnete Abschnitte aufweist, die vor dem Polymerbefestigungsprozeß ausgebildet wurden. Das heißt, das endgültige Ätzmaskenmuster ist einheitlich, da das Polymer, welches relativ dick ist, an dem Abschnitt des Fotoresistmaterials angebracht werden kann, welches einen geöffneten Abschnitt mit einer relativ weiten Größe besitzt. Als ein Ergebnis wird ein Kontaktloch mit einer einheitlichen Größe ausgebildet.
Wie oben beschrieben ist, kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ein Kontaktloch mit einer kleineren Größe als derjenigen des Kontaktes hergestellt werden, der mit Hilfe der herkömmlichen fotolithographischen Prozesse geschaffen wird. Es werden somit auch Prozeßfehlschläge oder Fehler reduziert, da die Größe des Kontaktes reduziert ist und damit eine Kontaktfehlausrichtungsgrenze erweitert wird. Mit anderen Worten wird mit Reduzierung der Abmessung des Kontaktes irgendeine Fehlausrichtung zwischen dem Kontakt und dem darunter liegenden leitenden Muster 205 weniger bedeutsam. Der Fehler einer Brückenbildung zwischen benachbarten Kontakten kann ebenso reduziert werden.
Der Film, der durch die Reaktion zwischen dem Polysiliziumfilm und dem Metall gebildet wird, und zwar während der Ausbildung des Kontaktes, ist minimal. Daher können Prozeßfehlschläge oder Fehler durch den Film reduziert werden.
Somit besitzt auch das Kontaktloch eine einheitliche Größe, obwohl das Fotoresistmuster teilweise irregulär geöffnete Abschnitte besitzt.
Obwohl lediglich ein paar Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern zahlreiche Änderungen und Abwandlungen für Fachleute möglich sind, die innerhalb des Rahmens der Erfindung, wie sie im folgenden durch die Ansprüche festgehalten ist, fallen.

Claims

Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktes (130, 232) in einer Halbleitervorrichtung, mit den folgenden Prozessschritten: i) Ausbilden eines dielektrischen Zwischenschichtfilmes (110, 210) auf einem Halbleitersubstrat (100, 200), welches einen Kontaktausbildungsabschnitt aufweist; ii) aufeinander folgendes Ausbilden eines Polysiliziumfilms (112, 212) und einer Antireflexionsschicht (114, 214) auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm; iii) Ausbilden eines ersten Maskenmusters (116, 216) auf der Antireflexionsschicht, wobei das erste Maskenmuster einen ersten geöffneten Abschnitt A enthält, der dem Kontaktausbildungsabschnitt entspricht; iv) Ausbilden eines zweiten Maskenmusters (118, 218), welches den Polysiliziumfilm freilegt durch Ätzen der Antireflexionsschicht, die durch das erste Maskenmuster freigelegt ist; v) Ausbilden eines dritten Maskenmusters (122, 222) durch Anbringen eines Polymers (120, 220) an einer Seitenwand des zweiten Maskenmusters, wobei das dritte Maskenmuster einen zweiten geöffneten Abschnitt B enthält, der kleiner ist als der erste geöffnete Abschnitt A; vi) Ausbilden eines Kontaktloches, welches den Kontaktausbildungsabschnitt freilegt durch Ätzen des Polysiliziumfilms (112, 212) und des dielektrischen Zwischenschichtfilms (110, 210) unter Verwendung des dritten Maskenmusters (122, 222) als Ätzmaske; und vii) Auffüllen des Kontaktloches mit einem leitenden Material (216, 128, 228, 230).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozessschritt i) ferner einen Prozess gemäß Ausbilden einer Ätzstoppschicht (108, 208) auf dem Halbleitersubstrat (100, 200) umfasst, bevor der dielektrische Zwischenschichtfilm (110, 210) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Ätzstoppschicht (108, 208) einen Siliziumnitridfilm enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Prozessschritt vi) ferner die folgenden Prozessschritte umfasst: Entfernen des ersten Maskenmusters (116, 216) und des Polymers (120, 220) nach dem Atzen des Polysiliziumfilms (112, 212) und des dielektrischen Zwischenschichtfilms (110, 210); und gleichzeitiges Ätzen eines Abschnitts der Antireflexionsschicht (114, 214) und der Ätzstoppschicht, um das Kontaktloch auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Prozessschritt vi) ferner noch die folgenden Prozessschritte umfasst: Entfernen des ersten Maskenmusters (116, 216) und des Polymers (120, 220) nach dem Ätzen des Polysiliziumfilms (112, 212) und des dielektrischen Zwischenschichtfilms (110, 210); und teilweises Ätzen der Antireflexionsschicht (114, 214), so dass ein Abschnitt der Antireflexionsschicht auf dem Polysiliziumfilm verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Antireflexionsschicht (114, 214) dicker ist als die Ätzstoppschicht (108, 208), so dass die Antireflexionsschicht auf dem Polysiliziumfilm (112, 212) verbleibt, nachdem die Ätzstoppschicht geätzt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Antireflexionsschicht (114, 214) einen Siliziumoxynitridfilm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Antireflexionsschicht (114, 214) eine Dicke von angenähert 3 bis 150 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Maskenmuster (116, 216) ein Fotoresistmaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Polysiliziumfilm (112, 212) eine Dicke von angenähert 10 bis 200 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polymer dadurch ausgebildet wird, indem ein Gas aus CH_xF_y oder ein Mischgas, welches das Gas gemäß CH_xF_y enthält, auf das Halbleitersubstrat aufgebracht wird, wobei x und y positive Zahlen sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Gas aus CH_xF_y aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem CH_zF_z Gas, einem CH₃F-Gas und einem CHF₃-Gas.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Mischgas, welches das Gas aus CH_xF_y enthält, ein Gas HeO₂ und ein Gas Cl₂ enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Prozeßschritt vii) ferner die folgenden Prozessschritte umfasst: Ausbilden einer Sperrmetallschicht (126, 228) auf der Oberfläche des Kontaktloches und des dielektrischen Zwischenschichtfilms (110, 210); Ausbilden einer Metallschicht (128, 230) auf der Sperrmetallschicht, um das Kontaktloch zu füllen; Polieren der Metallschicht und der Sperrmetallschicht, um den Polysiliziumfilm (112, 212) freizulegen, und Trockenätzen des Polysiliziumfilms (112, 212).
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Polierrate der Metallschicht (128, 230) um wenigstens das Zehnfache schneller ist als diejenige des Polysiliziumfilms (112, 212).
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Ätzrate des Polysiliziumfilms (112, 212) wenigstens um das Fünffache schneller ist als diejenige der Metallschicht (128, 230).
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Polysiliziumfilm (112, 212) unter Verwendung eines Gases geätzt wird, welches Cl₂ und HBr enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Sperrmetallschicht (126, 228) aus einer solchen besteht, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Titanfilm, einem Titannitridfilm, einem Tantalfilm und einem Tantalnitridfilm.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Prozessschritt vii) ferner die folgenden Prozessschritte umfasst: Ausbilden einer Sperrmetallschicht (126, 228) auf den Oberflächen des Kontaktloches und des dielektrischen Zwischenschichtfilms (110, 210); Ausbilden einer Metallschicht (128, 230) auf der Sperrmetallschicht, welche das Kontaktloch ausfüllt; und Ätzen der Metallschicht, der Sperrmetallschicht und des Polysiliziumfilms (112, 212), wobei die Ätzraten der Metallschicht, der Sperrmetallschicht und des Polysiliziumfilms im Wesentlichen untereinander identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Prozess gemäß einem Entfernen der Filme auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm (110, 210) nach der Ausbildung des Kontaktloches.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Filme auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm (110, 210) bei einem Druck von nicht weniger als angenähert 27 Pa (200 m Torr) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kontaktausbildungsabschnitt ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Metallsilizidfilm, einem Siliziumfilm und einem Metallfilm.