DE4437761A1 - Verfahren zum Bilden eines Kontakts in einer Halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Bilden eines Kontakts in einer HalbleitervorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen
auf Verfahren zum Bilden von Kontakten in einer Halbleiter
vorrichtung, über die Vorrichtungen miteinander verbunden
werden, und insbesondere auf Verfahren zum Bilden von Kontak
ten in einer Halbleitervorrichtung, die in der Lage sind, ge
nügend Spiel zu lassen, um einen Kurzschluß zwischen leiten
den Schichten zu verhindern.
Eine Zunahme der Integrationsgrades in Halbleitervor
richtungen ist üblicherweise mit einer Reduktion der Fläche
für eine Einheitszelle verbunden, was zu einer Verringerung
der Größe der auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Kontakte
führt. Dies verringert den Abstand zwischen in einer Halb
leitervorrichtung geformten elektrischen Leitern. Bei einer
Zunahme des Integrationsgrades ist es daher unbedingt erfor
derlich, eine Technologie zu entwickeln, die in der Lage ist,
Kontakte zu bilden und zugleich auch eine Isolation zwischen
den elektrischen Leitern sicherzustellen.
Insbesondere beim Herstellen von Kontakten für
Bitleitungen und/oder Ladungsspeicherelektroden zwischen
Gateelektroden oder zwischen Wortleitungen in einer hochinte
grierten DRAM-Zelle besteht ein zunehmender Bedarf für eine
Technologie, die zwischen der Bitleitung oder der Ladungs
speicherelektrode und der Gateelektrode oder der Wortleitung
gebildete Kurzschlüsse verhindert und genügend Spielraum
läßt.
Um den Hintergrund der vorliegenden Erfindung besser zu
verstehen, wird eine Beschreibung eines herkömmlichen Verfah
rens zur Kontaktherstellung und der damit verbundenen
Probleme unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C gegeben.
Zunächst werden auf ein Siliziumsubstrat, wie in Fig. 4A
gezeigt, Gateisolationsfilme 20, Gateelektroden 2, erste iso
lierende Filme 3 und Abstandsisolationsfilme 4 gebildet. Da
nach wird die erhaltene Struktur der Fig. 4A einer
Planarisierung unterworfen, indem sie mit einem Plana
risierungsfilm 13 und einem isolierenden Film bedeckt wird,
der dann mit einer Maske in einer vorgegebenen Fläche geöff
net wird, um ein Kontaktloch zwischen den Elektroden 2 zu
bilden, wonach die Abscheidung eines leitfähigen Films über
dem Kontaktloch erfolgt, um einen Kontakt zu bilden, wie in
Fig. 4B gezeigt.
Jedoch kann dieses herkömmliche Verfahren leicht zu
Schwierigkeiten führen. Zum Beispiel wird der Abstand zwi
schen den Gateelektroden 2 in einer hoch integrierten Halb
leitervorrichtung verkürzt, was den Spielraum für den Masken
schritt verringert. Mit anderen Worten kann als Ergebnis der
Durchführung des Maskenschrittes zur Herstellung des
Kontaktlochs nach der Abscheidung des Planarisierungsfilms 13
der Kontakt einen Kurzschluß mit der Gateelektrode bilden,
wie in Fig. 4C gezeigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die oben, im Stand der Technik angetroffenen Probleme zu
überwinden und ein Verfahren zum Erzeugen eines Kontaktes in
einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, das da
durch gekennzeichnet ist, daß es Mehrfach-Zwischenkontakte
verwendet, wodurch genügend Spielraum sichergestellt wird, um
die Erzeugung eines Kurzschlusses zu verhindern.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das in den bei
gefügten Patentansprüchen definierte Verfahren nach der vor
liegenden Erfindung gelöst.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die obige
Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kon
takts in einer Halbleitervorrichtung, wobei ein Kontaktmate
rial in einem Bereich eines ersten leitfähigen Films zwischen
zweiten leitfähigen Filmstrukturen kontaktiert wird, die von
dem ersten leitfähigen Film isoliert sind und nahe beieinan
der liegen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte
umfaßt: selbstausgerichtetes Kontaktieren des ersten leit
fähigen Films mit einem ersten Zwischenkontakt, der durch die
zweite leitfähige Filmstruktur geht; Kontaktieren eines zwei
ten Zwischenkontakts mit einem vorgegebenen Bereich des er
sten Zwischenkontakts; Bilden eines Abstandelements aus
leitfähigem Film an einer Seitenwand des zweiten Zwischen
kontakts, wobei der Zwischenkontakt strukturiert ist; und Ab
scheiden des Kontaktmaterials auf dem Zwischenkontakt.
Die obigen und weitere Aufgaben und Vorteile der vorlie
genden Erfindung werden deutlicher durch eine Detailbeschrei
bung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Die Fig. 1A bis 1G sind schematische Querschnitte,
die ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktes entspre
chend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigen.
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt, der zum Teil
ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktes entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt.
Die Fig. 3A bis 3C sind schematische Querschnitte,
die zum Teil ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktes
entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung zeigen.
Die Fig. 4A bis 4C sind schematische Querschnitte,
die ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Kontak
tes in einer Halbleitervorrichtung zeigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie, die
in der Lage ist, die Kontakte für eine Bitleitung und/oder
eine Ladungsspeicherelektrode zwischen Gateelektroden in ei
ner Halbleitervorrichtung zu formen und auch für ausreichend
Spielraum zu sorgen, um Kurzschlüsse zwischen den Kontakten
und den Gates zu verhindern.
Die Anwendung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen verstanden, in denen gleiche Be
zugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet
werden.
In den Fig. 1A bis 1G wird zunächst ein Verfahren
entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung gezeigt.
In Fig. 1A ist eine typische MOSFET-Struktur einer Halb
leitervorrichtung mit einem Siliziumsubstrat 201, bedeckt mit
einer Gateelektrodenstruktur 202, die durch verschiedene iso
lierende Filme 220 abgeschirmt wird, einem ersten isolieren
den Film und einem isolierenden Abstandsfilm 204, gezeigt.
Der isolierende Abstandsfilm 204 wird durch Abscheiden einer
isolierenden Schicht und Ätzen der isolierenden Schicht ge
formt. Beim Ätzen wird ein Bereich des Siliziumsubstrats
freigelegt, der später ein aktiver Bereich wird.
Fig. 1B zeigt ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung
nachdem die MOSFET-Struktur vollständig mit einem ersten
Siliziumfilm 205 bedeckt ist, der mit dem freigelegten Be
reich des Siliziumsubstrats 201 selbstausrichtend in Kontakt
steht, gefolgt von einer Planarisierung mit einem zweiten
isolierenden Film 206.
Fig. 1C zeigt einen Querschnitt der Halbleitervorrich
tung nach dem Ätzen des zweiten isolierenden Films 206 mit
einer vorgegebenen Maske zum Freilegen eines vorgegebenen Be
reichs des ersten Siliziumfilms 205, gefolgt von einer Ab
scheidung eines selektiven Metallfilms 207 auf dem freigeleg
ten Bereich des ersten Siliziumfilms 205. Die in diesem
Schritt verwendete Maske besitzt unabhängig von der Breite
der Kontaktfläche einen vorgegebenen Spielraum. Das bedeutet,
daß die Maske entsprechend der vorliegenden Erfindung selbst
in einer hochintegrierten Halbleitervorrichtung einen be
trächtlichen Spielraum haben kann.
Als selektiver Metallfilm 207, der auf dem ersten
Siliziumfilm 205 abgeschieden wird, wird Wolfram (W) verwen
det, das selektiv nur auf einem Siliziumfilm geformt wird.
Alternativ kann ein Silizidfilm, wie etwa Wolframsilizid
(WSi₂) oder ein anderer leitfähiger Film, wie etwa Poly
silizium, auf der freigelegten Fläche 230 des ersten Sili
ziumfilms 205 gebildet werden.
Fig. 1D zeigt einen Querschnitt der Halbleitervorrich
tung nach dem Entfernen des zweiten isolierenden Films 206
und dem Ätzen des ersten Siliziumfilms 205, wobei der
selektive Metallfilm 207 als Ätzstopper dient, gefolgt von
der Abscheidung eines zweiten Siliziumfilms 208.
Fig. 1E zeigt einen Querschnitt der Halbleitervorrichtung
nach einer anisotropen Trockenätzung des zweiten
Siliziumfilms 208 zum Erzeugen eine Siliziumfilm-
Abstandelements 208′, das zur Sicherstellung des Spielraums
eine wichtige Rolle spielt. Wie in dieser Figur gezeigt, fügt
es seine Breite m zu dem zum Ausführen eines späteren Masken
schritts nutzbaren Spielraum hinzu.
Fig. 1F zeigt einen Querschnitt der Halbleitervorrich
tung nach dem Bilden eines dritten isolierenden Films 209
über die gesamte erhaltene Struktur und anschließendem Ätzen
zum Erzeugen eines Kontaktfensters 240 über dem selektiven
Metallfilm 207. Das Ätzen des dritten isolierenden Films 209
wird unter Verwendung derselben Maske wie beim Ätzen des
zweiten isolierenden Films 206 mit ausreichendem Spiel durch
geführt.
Fig. 1G zeigt einen Querschnitt der Halbleitervorrich
tung nach dem Bilden eines Polysilizium- oder Metallfilms 210
über die gesamte resultierende Struktur der Fig. 1F und an
schließendem Ätzen mit einer vorgegebenen Maske auf eine
Weise, daß er über dem Kontaktfenster 240 erhalten bleibt.
Wie in dieser Figur gezeigt, ist der resultierende Kontakt
frei von Kurzschlüssen mit dem Gate und kann mit einem Spiel
raum so groß wie die Breite des Siliziumfilm-Abstandelements
208′ geformt werden.
In Fig. 2 ist zum Teil ein Verfahren nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die
in dieser Figur gezeigten Schritte ersetzen die in Fig. 1D
gezeigten. Also nach den Schritten der Fig. 1C wird der
zweite isolierende Film 206 entfernt, und dann wird insgesamt
ein zweiter Siliziumfilm 208 abgeschieden, ohne daß der erste
Siliziumfilm 205 einer Ätzung unterworfen wird. Entsprechend
diesem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung werden die weiteren Schritte zur Herstellung des Kontak
tes auf die gleiche Weise wie in den Fig. 1E bis 1G ge
zeigt durchgeführt, außer daß der zweite Siliziumfilm 208
einer anisotropen Trockenätzung unterworfen wird, um ein
Siliziumfilm-Abstandselement 208′ an einer Seitenwand des
selektiven Metallfilms 207 zu bilden, und dann der
resultierende, freigelegte Bereich des ersten Siliziumfilms
205 durch Ätzen entfernt wird.
In den Fig. 3A bis 3C ist teilweise ein Verfahren
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung gezeigt.
Zunächst ist Fig. 3A identisch mit Fig. 1B, außer daß
ein photoempfindlicher Film 211 anstelle des zweiten isolie
renden Films 20 geformt wird.
Fig. 3B zeigt einen Querschnitt nach dem Ätzen des pho
toempfindlichen Films durch eine vorgegebene Maske zum Frei
legen eines Bereichs des ersten Siliziumfilms 205, gefolgt
von der Bildung eines Metallfilms 212 auf der resultierenden
Struktur. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste, auf der freige
legten Fläche des ersten Siliziumfilms 205 geformte Metall
film nicht dem auf dem photoempfindlichen Film 211 geformten
verbunden. Mit anderen Worten ist der Metallfilm 212 in den
Stufenbereichen des Kontaktfensters diskontinuierlich. Zum
Erzeugen dieser Diskontinuität wird ein Metall mit einer ge
ringen Abscheidungsrate verwendet, wie etwa Aluminium (Al),
Aluminium-Titan-Aluminium (Al-Ti-Al), Aluminium-Kupfer (Al-
Cu), Wolfram (W), Titan (Ti) und Titannitrid (TiN).
Fig. 3C zeigt einen Querschnitt nach dem Durchführen ei
nes Lift-Off-Schrittes. Beim Entfernen des verbleibenden pho
toempfindlichen Films 211 entfernt der Lift-Off-Schritt nur
den auf dem verbleibenden, photoempfindlichen Film geformten
Metallfilm 212, wobei der auf der freigelegten Fläche des er
sten Siliziumfilms 205 geformte Metallfilm 212 verbleibt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die nachfolgenden
Verfahrensschritte dieselben wie die in den Fig. 1D bis 1G
gezeigten.
Wie hiervor beschrieben, ist die vorliegende Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zwischenkontakt
selbstausgerichtet geformt wird und dann ein zweiter Zwi
schenkontakt mit ausreichendem Spielraum geformt wird. Die
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung können für die Kon
takte der Bitleitungen und der Ladungsspeicherelektroden ver
wendet werden. Zusätzlich können sie verhindern, daß der Kon
takt selbst in einer hochintegrierten Halbleitervorrichtung
mit einem sehr geringen Abstand zwischen den Gateelektroden
einen Kurzschluß mit der Gateelektrode bildet. Folglich kön
nen die erfindungsgemäßen Verfahren eine beachtliche Verbes
serung beim Produktionsertrag und beim Integrationsgrad brin
gen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der
hierin offengelegten Erfindung sind dem Fachmann nach Lesen
der vorstehenden Offenlegung offensichtlich. Daher können,
auch wenn bestimmte Ausführungsformen der Erfindung im Detail
beschrieben worden sind, Änderungen und Abweichungen von die
sen Ausführungsformen ausgeführt werden, ohne vom Wesen und
Umfang der hierin beschriebenen und beanspruchten Erfindung
abzuweichen.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung, wobei ein Kontaktmaterial in einem Be
reich eines ersten leitfähigen Films zwischen zweiten
leitfähigen Filmstrukturen kontaktiert wird, die von dem er
sten leitfähigen Film isoliert sind und nahe beieinander lie
gen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Ver
fahrensschritte umfaßt:
selbstausgerichtetes Kontaktieren des ersten leitfähigen Films mit einem ersten Zwischenkontakt (205), der durch die zweite leitfähige Filmstruktur (202) geht;
Kontaktieren eines zweiten Zwischenkontakts (207) mit einem vorgegebenen Bereich des ersten Zwischenkontakts;
Bilden eines Abstandelements (208′) aus leitfähigem Film an einer Seitenwand des zweiten Zwischenkontakts, wobei der Zwischenkontakt strukturiert ist; und
Bilden des Kontaktmaterials (210) auf dem Zwischenkon takt.
selbstausgerichtetes Kontaktieren des ersten leitfähigen Films mit einem ersten Zwischenkontakt (205), der durch die zweite leitfähige Filmstruktur (202) geht;
Kontaktieren eines zweiten Zwischenkontakts (207) mit einem vorgegebenen Bereich des ersten Zwischenkontakts;
Bilden eines Abstandelements (208′) aus leitfähigem Film an einer Seitenwand des zweiten Zwischenkontakts, wobei der Zwischenkontakt strukturiert ist; und
Bilden des Kontaktmaterials (210) auf dem Zwischenkon takt.
2. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Kontaktierungsschritt des zweiten Zwischenkon
takts umfaßt:
Bilden eines ersten isolierenden Films (206) über die gesamte, resultierende, freigelegte Fläche;
Öffnen eines vorgegebenen Bereichs des ersten isolieren den Films mittels Ätzen, um ein Kontaktfenster zu formen, durch das ein vorgegebener Bereich des ersten Zwischenkon takts freigelegt wird;
Bilden eines selektiven zweiten Zwischenkontakts auf dem freigelegten Bereich des ersten Zwischenkontakts; und
Entfernen des ersten isolierenden Films.
Bilden eines ersten isolierenden Films (206) über die gesamte, resultierende, freigelegte Fläche;
Öffnen eines vorgegebenen Bereichs des ersten isolieren den Films mittels Ätzen, um ein Kontaktfenster zu formen, durch das ein vorgegebener Bereich des ersten Zwischenkon takts freigelegt wird;
Bilden eines selektiven zweiten Zwischenkontakts auf dem freigelegten Bereich des ersten Zwischenkontakts; und
Entfernen des ersten isolierenden Films.
3. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Zwischenkontakt ein Siliziumfilm ist.
4. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das zweite Kontaktmaterial aus einer Gruppe ausge
wählt wird, die aus Wolfram (W), Wolframsilizid (WSi₂) und
Polysilizium besteht.
5. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Kontaktierungsschritt des zweiten Zwischenkon
takts umfaßt:
Bilden eines photoempfindlichen Films (211) auf der ge samten, resultierenden, freigelegten Fläche;
Entfernen eines bestimmten Bereichs des photoempfindli chen Films, um ein Kontaktfenster zu bilden, durch das ein vorgegebener Bereich des ersten Zwischenkontakts kontaktiert wird;
Abscheiden eines zweiten Zwischenkontakts (212) mit ei ner niedrigen Abscheidungsrate über der resultierenden Struk tur, um an den Stufenbereichen des Kontaktfensters diskontinuierliche Bereiche des zweiten Zwischenkontakts zu bilden; und
Entfernen des photoempfindlichen Films, wobei der darauf geformte zweite Zwischenkontakt gleichzeitig entfernt wird.
Bilden eines photoempfindlichen Films (211) auf der ge samten, resultierenden, freigelegten Fläche;
Entfernen eines bestimmten Bereichs des photoempfindli chen Films, um ein Kontaktfenster zu bilden, durch das ein vorgegebener Bereich des ersten Zwischenkontakts kontaktiert wird;
Abscheiden eines zweiten Zwischenkontakts (212) mit ei ner niedrigen Abscheidungsrate über der resultierenden Struk tur, um an den Stufenbereichen des Kontaktfensters diskontinuierliche Bereiche des zweiten Zwischenkontakts zu bilden; und
Entfernen des photoempfindlichen Films, wobei der darauf geformte zweite Zwischenkontakt gleichzeitig entfernt wird.
6. Verfahren zum Herstellen eines Kontakts in einer
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der zweite Zwischenkontakt ausgewählt wird aus einer
Gruppe die besteht aus: Aluminium- (Al) Film, Alumi
nium-Titan-Aluminium- (Al-Ti-Al) Film, Aluminium-Kupfer- (Al
cu) Film, Wolfram- (W) Film, Titan- (Ti) Film und Titan
nitrid- (TiN) Film.
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