DE112009000970B4 - Verfahren zur Bildung von gestapelten Trench-Kontakten und damit gebildete Strukturen - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und zugehörige Strukturen zur Bildung eines mikroelektronischen Bausteins beschrieben. Diese Verfahren können Ausbilden einer Struktur einschließen, die ein erstes Kontaktmetall, das auf einem Source/Drain-Kontakt eines Substrats angeordnet ist, und ein zweites Kontaktmetall umfassen, das auf einer Oberseite des ersten Kontaktmetalls angeordnet ist, wobei das zweite Kontaktmetall in einem ILD angeordnet ist, das auf einer Oberseite eines Metall-Gates angeordnet ist, das auf dem Substrat angeordnet ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Kurzschlüsse zwischen Kontakt und Gate werden zu einem zunehmend größeren Problem für integrierte Schaltungen mit verkleinerten Abmessungen. Während ein Metall-Gate-Prozess, der ein Salizid durch das Kontaktloch bildet, bei der Reduzierung von genannten Kurzschlüssen förderlich sein kann, ist ein Kontaktprozess, der den Kontakt-zu-Gate-Justagerand vergrößert, notwendig, um die Kurzschlüsse zwischen Kontakt und Gate auf ein herstellbares Niveau zu reduzieren.
  • Figurenliste
  • US 2004 / 0 253 811 A1 offenbart mehrere Gateelektroden sowie einen aktiven Bereich in einem Substrat unterhalb und zwischen den Gateelektroden. Eine erste konische Kontaktöffnung wird ausgebildet; auf dieser wird eine zweite Kontaktöffnung erstellt.
  • US 6 004 878 A offenbart eine Gateelektrodenschicht sowie Source-/Drainbereiche, in die jeweils ein Gatesilizidbereich eingefügt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anbindung an ein Substrat für mehrstufige Kontakte herzustellen. Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
  • Während die Beschreibung mit Ansprüchen endet, die dasjenige herausstellen und klar beanspruchen, was als die vorliegende Erfindung angesehen wird, werden die Vorteile dieser Erfindung anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht erfasst werden, in denen:
    • 1a - 1g Strukturen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die, erläuternd, spezielle Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung realisiert werden kann. Diese Ausführungsformen werden ausreichend beschrieben, damit Fachleute auf dem Gebiet die Erfindung praktizieren können.
  • Es werden Verfahren und zugehörige Strukturen zur Bildung einer mikroelektronischen Struktur beschrieben. Diese Verfahren können Ausbilden einer Kontaktöffnung in einem ersten ILD, das auf einem Substrat angeordnet ist, wobei ein Source/Drain-Kontaktbereich freiliegt, Ausbilden eines Silizids auf dem Source/Drain-Kontaktbereich, Ausbilden eines ersten Kontaktmetalls in der Kontaktöffnung zum Füllen der Kontaktöffnung, Polieren des ersten Kontaktmetalls zum Planarisieren einer Oberseite des ersten Kontaktmetalls mit einer Oberseite eines auf dem Substrat angeordneten Gates, Aufbringen eines zweiten ILD auf der Oberseite des Gates, Ausbilden einer zweiten Kontaktöffnung in dem zweiten ILD und Ausbilden eines zweiten Kontaktmetalls in der zweiten Kontaktöffnung enthalten, wobei die ersten und zweiten Kontaktöffnungen leitend gekoppelt sind. Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößern den Kontakt-zu-Gate-Justagerand und reduzieren Kurzschlüsse zwischen Kontakt und Gate.
  • Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden in 1a - 1g dargestellt. 1a zeigt einen Querschnitt eines Abschnitts einer Transistorstruktur 100, die ein Substrat 102 und ein Gate 104 umfasst, das ein Metall-Gate in einigen Ausführungsformen umfassen kann, und derartige Metall-Gate-Materialien wie zum Beispiel Hafnium, Zirkonium, Titan, Wolfram oder Aluminium oder Kombinationen derselben umfassen kann. Das Gate 104 kann eine Oberseite 105 umfassen. Das Substrat 102 kann aus Materialien, wie zum Beispiel Silizium, Silizium-auf-Isolator, Germanium, Indiumantimonid, Bleitellurid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumarsenid, Galliumantimonid oder Kombinationen derselben, umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
  • Die Transistorstruktur 100 umfasst ferner ein Abstandhaltermaterial 106, das an das Gate 104 angrenzt und damit in direktem Kontakt steht. Das Abstandhaltermaterial 106 kann in einigen Fällen ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumdioxid- und/oder Siliziumnitrid-Materialien, umfassen. Die Transistorstruktur 100 umfasst ferner eine Nitridätzstoppschicht (nitride etch stop layer (nesl)) 108, die an das Abstandhaltermaterial 106 angrenzt und damit in direktem Kontakt steht. Die nesl 108 dient als eine Ätzstoppschicht. Die Transistorstruktur 100 umfasst ferner ein erstes Zwischenschichtdielektrikum (Interlayer Dielectric (ILD)) 110, das als eine Isolierschicht dient, und an die nesl 108 angrenzt und damit in direktem Kontakt steht.
  • Eine Opferstoppschicht 112 kann auf der Oberseite 105 des Gates 104 ausgebildet sein, die ein Nitrid- und/oder ein Siliziumcarbid-Material in einigen Fällen umfassen kann (1b). Eine Schutzschicht 114 kann auf der Stoppschicht 112 unter Verwendung irgendeines geeigneten Strukturierungsprozesses, wie zum Beispiel eines Photolithographieprozesses, ausgebildet sein. Die Schutzschicht 114 kann ausgebildet werden, um eine Öffnung 116, wie zum Beispiel eine Trench-Kontakt-Öffnung 115, für ein Source/Drain-Gebiet 103 des Substrats 100 zu definieren. Ein Teil der Stoppschicht 112 und ein Teil des ILD 110 können auf Oberseiten des Gates 104, des angrenzenden Abstandhaltermaterials und auf der angrenzenden nesl, die auf dem Substrat angeordnet sind, angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform kann ein Trockenätzprozess zum Ausbilden der Öffnung 116 verwendet werden, in der Teile der Stoppschicht 112 und des ersten ILD 110 entfernt werden können. Der Ätzprozess umfasst ein Oxidätzen, das selektiv für die Nitridätzstoppschicht (nesl) 108 und das Abstandhaltermaterial 106 ist und das erste ILD 110 in einer im wesentlichen anisotropen Weise entfernt, wodurch die nesl 108 und das Abstandhaltermaterial 106 im wesentlichen in Kontakt bleiben. Mit anderen Worten ätzt das Oxid-ILD mit einer viel höheren Ätzrate in der Ätzprozesschemie als das Abstandhaltermaterial 106 und die nesl 108. Ein Teil der Stoppschicht 112 und ein Teil des ILD 110 wird entfernt, die auf Oberseiten des Gates 104, des angrenzenden Abstandhaltermaterials 106 und auf der angrenzenden nesl 108 angeordnet sind, um die Kontaktöffnung 116 zu bilden.
  • Der Strukturierungsprozess kann zu einer Lageabweichung der Schutzschicht 114 führen, wobei die Schutzschicht 114 so falsch positioniert sein kann, dass ein Abschnitt 113 des Abstandhaltermaterials 110 während der Bildung der Öffnung 115 freiliegen kann und ein Abschnitt 111 des ersten ILD 110 mit der Schutzschicht 114 bedeckt bleiben kann. Das Ausmaß der Lageabweichung der Schutzschicht 114 kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variieren, aber erheblicher werden, wenn das Seitenverhältnis der Öffnung 116 zunimmt. Zum Beispiel werden mikroelektronische Bausteine, die kleine Geometrien umfassen, mit höherer Wahrscheinlichkeit einen Kurzschluss zwischen dem Kontakt und dem Gate aufgrund von Schutzschicht 114-Lageabweichung bilden.
  • Nachfolgend wird die Nitridätzstoppschicht 108, die auf einem Abschnitt des Source/Drain-Gebiets 103 des Substrats 100 angeordnet ist, zum Beispiel unter Verwendung eines Nitridätzprozesses entfernt, so dass ein Source/Drain-Kontaktbereich 107 freigelegt werden kann (1c). In einer anderen Ausführungsform kann das nesl-Ätzen in Abhängigkeit von der Selektivität des ILD-Entfernprozesses optional sein, so dass, wenn das ILD-Ätzen selektiv für das Substrat ist, das nesl-Ätzen nicht durchgeführt werden muss.
  • Eine Tiefe 117 in den freiliegenden bzw. freigelegten Abschnitt 113 des Abstandhaltermaterials 106 kann durch das nesl 108-Ätzen und/oder das ILD-Ätzen aufgrund der Lageabweichung der Schutzschicht 114 ausgebildet werden. Die Tiefe 117, die erzeugt werden kann, kann in Abhängigkeit von den besonderen Prozessparametern variieren. In einer Ausführungsform korreliert/korrespondiert die Tiefe 117 mit einer Ätzzeit des Kontaktätzens (nesl- und/oder ILD-Ätzen). Die Schutzschicht 114 kann dann entfernt werden und ein Salizid 118 wird auf/in dem Source/Drain-Kontaktbereich 107 unter Verwendung irgendeines geeigneten Salizidprozesses, wie dies auf dem Gebiet bekannt ist, zum Beispiel eines Nickelsalizidprozesses und/oder eines anderen derartigen Salizidprozesses, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ausgebildet (1d).
  • Ein erstes Kontaktmetall 120 wird auf dem Salizid 118 ausgebildet und kann die Öffnung 116 füllen (1e). In einer Ausführungsform kann das erste Kontaktmetall 120 unter Verwendung eines Prozesses ausgebildet werden, der gute Lückenfülleigenschaften besitzt, um sicherzustellen, dass es wenige bis gar keine Leerstellen (voids) gibt, die in der Kontaktöffnung 116 ausgebildet sind. Ein derartiger Prozess kann einen zum Beispiel chemischen Dampfabscheidungs (Chemical Vapor Deposition (CVD))-Prozess enthalten. Ein Polierprozess 123, wie zum Beispiel ein chemischer mechanischer Polier (Chemical Mechanical Polishing (CMP))-Prozess, kann nachfolgend zum Entfernen des ersten Kontaktmetalls 120 (1f) und der Stoppschicht 112 durchgeführt werden. Das erste Kontaktmetall kann in einigen Fällen mindestens eines von Wolfram, Titan, Titannitrid und Titanwolfram umfassen, aber kann gemäß der besonderen Anwendung irgendein geeignetes Kontaktmaterial umfassen.
  • Das erste Kontaktmetall 120 wird mit einer planarisierten Oberseite 121 des Gates 104 planarisiert, d. h., dass es durch den Polierprozess 123 so poliert wird, dass eine Oberseite 122 des ersten Kontaktmetalls 120 mit der planarisierten Oberseite 121 des Gates 104 planar ist. Der Polierprozess 123 muss eine ausreichende Überpolierzeit aufweisen, so dass irgendwelche Längsträger (Stringer), die das Kontaktmetall 120 mit dem Gate 104 verbinden könnten, entfernt werden. Der Polierprozess 123 entfernt zusätzlich die Tiefe 117 des freiliegenden Abschnitts 113 des Abstandhaltermaterials 106, das sich aufgrund der Lageabweichung der Schutzschicht 114 ergab (siehe 1c). In einer Ausführungsform kann das erste Kontaktmetall 120 ein nicht-konisches erstes Kontaktmetall 120 umfassen.
  • Eine zusätzliche Gateätzstoppschicht 124 wird auf der planarisierten Oberseite 121 des Gates 104 und auf der Oberseite 122 des Kontaktmetalls 120 ausgebildet (1g). Ein zweites ILD 126 wird auf der zusätzlichen Gateätzstoppschicht 124 ausgebildet. Eine zweite Öffnung wird ausgebildet (nicht gezeigt), die mit einem zweiten Kontaktmetall 128 gefüllt ist, das mit dem ersten Kontaktmetall 120 leitend gekoppelt ist und damit einen Ohmschen Kontakt bilden kann, und das auf der Oberseite 122 des ersten Kontaktmetalls angeordnet sein kann. Die zweite Öffnung kann so ausgebildet sein, dass das zweite Kontaktmetall 128 konisch sein kann, und ein unterer Abschnitt 129 des zweiten Kontaktmetalls 128 kann im Vergleich mit einem oberen Abschnitt 130 des zweiten Kontaktmetalls 128 sehr klein sein, da das Salizid nicht durch diese zweite Öffnung ausgebildet werden muss.
  • In einer Ausführungsform weist der obere Abschnitt 130 einen größeren Durchmesser 131 als ein Durchmesser 132 des unteren Abschnitts 129 des zweiten Kontaktmetalls 128 auf. Der große Konus des zweiten Kontaktmetalls 128 kann das Kontakt-zu-Gate-Justagefenster im Vergleich mit Einzelkontaktprozessen im Stand der Technik erheblich vergrößern. Somit kann eine gestapelte Kontaktstruktur 133 ausgebildet werden, die höher als das Gate 104 ist. Der Metall-zu-Metall-Kontakt der ersten Kontaktstruktur 120 und der zweiten Kontaktstruktur 128 bietet viel mehr Flexibilität bezüglich der Gestalt der gestapelten Kontaktstruktur 133 (die eine vertikal gestapelte Doppelkontaktstruktur umfassen kann) in einer Transistorstruktur, wodurch das Ausmaß des Lageabweichungsfehlerprozessfensters vergrößert wird, ohne die Möglichkeit des Berührens (Kurzschließens) des Gates 104 zu schaffen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein einfaches, einzigartiges Verfahren zum Integrieren eines gestapelten Trench-Kontakts in einem Metall-Gate-Prozess, wie zum Beispiel einem Doppel-Metall-Gate-Prozess, das den Kontakt-zu-Gate-Justagerand vergrößert und das Seitenverhältnis des Kontakts während eines Salizidprozesses verringert. In einer Ausführungsform besteht die Source/Drain-Trench-Kontaktstruktur aus zwei vertikal gestapelten Kontakten. Das Metall-Gate kann vor dem ersten Source/Drain-Kontakt ausgebildet werden, ein Salizid kann ausgebildet werden, nachdem der erste Source/Drain-Kontakt geöffnet ist und bevor die zweite Source/Drain-Kontakt-Öffnung ausgebildet ist. Kontaktprozesse im Stand der Technik haben einen Einzel-Trench-Kontakt-Prozess verwendet, der nicht auf sehr kleine Technologieknoten (Technology Nodes) skalierbar sein kann.
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass die Ausbildung von größeren Kontakten mit besserem Kontakt-zu-Gate-Justagerand mit relativ geringen Prozessänderungen im Vergleich mit Verarbeitung im Stand der Technik ermöglicht wird. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein vergrößertes Prozessfenster für Kontaktlageabweichung, das nicht zu einer Änderung der Überlappungskapazität eines mikroelektronischen Bausteins, wie zum Beispiel eines Transistors, der gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, führen wird.

Claims (9)

  1. Verfahren, umfassend: Ausbilden einer ersten Kontaktöffnung (116) in einem ersten ILD (Interlayer Dielectric) (110), das neben einem Gate (104) auf einem Substrat (102) angeordnet ist, wobei ein Abstandhaltermaterial (106) angrenzend an eine erste und eine zweite Seite des Gates (104) angeordnet ist und eine angrenzende Nitrid-Ätzstoppschicht (108) auf dem Substrat lateral an dem Abstandhaltermaterial (106) angeordnet ist, wobei die Nitrid-Ätzstoppschicht (108), das Abstandhaltermaterial (106) und das Gate (104) jeweils eine oberste Seite aufweisen, die im wesentlichen koplanar ist, wobei das ILD (110) lateral an die Nitrid-Ätzstoppschicht (108) angrenzt, und anisotropes Entfernen eines Teils des ILD (110), wobei das ILD mit einer höheren Ätzrate als die Nitrid-Ätzstoppschicht (108) und das Abstandhaltermaterial (106) ätzt und ein Source/Drain-Kontaktbereich freigelegt wird; Entfernen eines Teils der Nitrid-Ätzstoppschicht (108), die unterhalb des ILD (110) angeordnet ist, Ausbilden eines Silizids (118) auf dem Source/Drain-Kontaktbereich; Ausbilden eines ersten Kontaktmetalls (120) auf dem Silizid (118) zum Füllen der ersten Kontaktöffnung (116); Polieren des ersten Kontaktmetalls (120) zum Planarisieren einer Oberseite des ersten Kontaktmetalls (120) mit einer Oberseite des Gates (104), das auf dem Substrat (102) angeordnet ist, wobei eine Tiefe (117), die durch Ausbilden der ersten Kontaktöffnung (116) in einem freiliegenden Abschnitt des Abstandhaltermaterials (106) gebildet wurde, mittels einer vorbestimmten Polierzeit entfernt wird; Ausbilden einer Gate-Ätzstoppschicht (124) auf der Oberseite des Gates (104) und auf der Oberseite des ersten Kontaktmetalls (120); Aufbringen eines zweiten ILD (126) auf der Gate-Ätzstoppschicht (124); Ausbilden einer zweiten Kontaktöffnung in dem zweiten ILD (126), wobei die Oberseite der zweiten Kontaktöffnung einen größeren Durchmesser aufweist als ihre Unterseite; und Ausbilden eines zweiten Kontaktmetalls (128) in der zweiten Kontaktöffnung, wobei das zweite Kontaktmetall (128) mit dem ersten Kontaktmetall (120) leitend koppelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der ersten Kontaktöffnung (116) einen Trockenätzprozess umfasst
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktmetall (120) und das zweite Kontaktmetall (128) eine gestapelte Kontaktstruktur bilden, wobei ein Lageabweichungsfehlerprozessfenster für den gestapelten Kontakt und das Gate (104) vergrößert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (117) einer Ätzzeit eines Kontaktätzens entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktöffnung (116) nicht konisch ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gate (104) ein Metall-Gate aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Gate einen Abschnitt eines Transistors umfasst, der Doppel-Metall-Gates umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der ersten und zweiten Kontaktmetalle (120, 128) mindestens eines von Wolfram, Titan, Titannitrid und Titanwolfram umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktöffnung konisch ist, um ein Kontakt-zu-Gate-Justage-Fenster zu vergrößern.
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