TW396576B - Method for forming the contact plug of semiconductor device - Google Patents

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forming
plug
conductor
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Bo-Un Yoon
In-Kwon Jeong
Won-Seong Lee
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Samsung Electronics Co Ltd
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Description

經满部中央標準局員Η消費合作社印^ 3319PIF.DOC/002 A7 __B7__ 五、發明説明（j ) 本發明是有關於一種半導體元件的製造方法，且特別 是有關於一種形成半導體元件之接觸窗插塞的方法，墓里 以避免在接觸窗插塞上之內連線(Interconnections)間的 橋接（Bridge )。 隨著半導體元件的積集度日益增加，多層內連線技術 仍然相當需要。 爲了保證微影程序（Photolithography Process)的極 限，並且使多層內連線技術之內建嚴屋度量止i匕，所以在 半導體基底上所形成的絕緣層和導體層須經平坦化。假使 ------------ 未經過平坦化，內連線經常會因爲嚴重的表面起伏，而造 成開路（Open)或短路（Short)。 爲了此一原因，在形成接觸窗插塞之前必須先將絕緣 層和皇體:層平坦化。 第1A圖至第1D圖係繪示習知之接觸窗插塞之製造流 程的剖面示意圖。請參照第1A圖，在已形成元件隔離層2 之半導體基底1上形成一閘極4，例如半導體記憶元件中 的字元線。在包含閘極4之半導體基底1上，沉積一層氧 化矽的絕緣層6。氧化矽層6沿著閘極4的起伏表面，而 具有不平坦的表面。此外，絕緣層6中具有互相呈階梯狀 的兩個區域，一種是形成閘極4處之高階（High-Step)區， 另一種是未形成鬧極處之低階（Low-Step)區。 其次，請參照第1B圖，以化學機械硏磨法（Chemical Mechanical Polishing ; CMP)進行具有不平坦表面之絕緣 層6的蝕刻（Etching)，可以使絕緣層6的上層表面平坦 _ 5 本紙張尺度適用巾關家料（CMS ) A4%# ( 21GX297公幻 ---------riK.-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ΛΓ. 經消部中决標準局負Μ消費合作社印" 3319PIF.DOC/002 A7 B7 ---- 五、發明説明（1) 化。 ’ 請參照第1C圖，進行已平坦化之絕緣層6的蝕刻，直 到暴露出半導體基底1上的擴散區（Diffusion Region，β 中未顯示），因而形成接觸窗開口 8。接著，在絕緣層6 上沉積導體層10，例如多晶矽層，以塡滿接觸窗開口 8。 然後，請參照第1D圖，進行化學機械硏磨法以軸刻導 體層10，直到暴露出絕緣層6的上層表面，且形成多晶砂 的接觸窗插塞l〇a。 在此應注意的是，習知之絕緣層6以化學機械硏磨& 進行平坦化，是在形成接觸窗插塞l〇a之前進行，所以& 應遊，會在絕緣層痕。絕緣 層ό上的刮痕，复墨g垄里里里轰上名內_間形成橋 接，此橋接是因在刮痕上覆蓋導體層而造成。此外，胃Μ 積足夠的絕緣層6以覆蓋閘極4，且保證絕緣層表®的平 坦化。因此，需要足夠的時間以進行絕緣層的平坦 (Planarization-etching)。此種結果導致半導體元件生產 率的降低。 總而言之，習知之形成接觸窗插塞造成兩個問_:第 —5 MMM. 6 ( Microscratch.)和Η篮Cgjtting ) 的形成係由於化學機械硏磨法中的硏磨物質所造成。 題造成後續之金屬化所形成之內連線間產生橋接。第二， 進行平坦化之絕緣層的厚度很難再予以縮小。上述的問題 會造成信賴度（Reliability)和產率（Yield)的減少。 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種形成半導體 6 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 、?τ Γ>. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇X297公嫠） 經满部中决標隼局貝工消费合作社印紫 33 19PIF.DOC/002 A 7 _B7_ 五、發明説明（> ) 元件之接觸窗插塞的方法，且在內連線之間沒有橋接。 本發明的另一目的就是在提供一種形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，此半導體元件的絕緣層具有一下層的 /絕緣層和一上層的絕緣層，上層的絕緣層具有較下層的絕 緣層高的硬度，所以可以有效地進行高階區和低階區的平 坦化。 根據本發明的主要目的，提出一種形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，包括：在具有數個擴散區的半導體基 底上形成一導體結構。在具有此導體結構的半導體元件上 形成一絕緣層。蝕刻此絕緣層直到暴露出至少數個擴散區 其中之一，以形成一接觸窗開口。在絕緣層上沉積一導體 層，此導體層塡滿接觸窗開口。蝕刻此導體層直到暴露出 絕緣層的上層表面，以形成一接觸窗插塞。藉由平坦化-蝕刻程序蝕刻包含接觸窗插塞之絕緣層的上層表面，其中 接觸窗插塞和絕緣層的上層表面均被平坦化。 根據本發明的另一目的，提出一種形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，包括：在具有數個擴散區的半導體基 底上形成一導體結構。接著在具有此導體結構的半導體元 件上形成第一絕緣層和第二絕緣層。第二絕緣層較第一絕 緣層具有較高的硬度。然後，蝕刻第二絕緣層和第一絕緣 層直到暴露出至少數個擴散區其中之一，且暴露出導體結 構，而形成一接觸窗開口。在第二絕緣層上形成一導體 層，此導體層塡滿接觸窗開口。蝕刻此導體層直到至少暴 露出第二絕緣層的上層表面，以形成一接觸窗插塞，並且 7 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐) m —^m I i i K ml n an— ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經满部中央榡率局員J.消費合作社印褽 3319PIF.DOC/002 A7 B7 五、發明説明（if ) 對第二絕緣層和包含接觸窗插塞之第一絕緣層，進行平坦 化-蝕刻程序。在進行平坦化-蝕刻時，第二絕緣層的蝕刻 速率比第二絕緣層中未形成導體結構和接觸窗開口之低 階部份慢，並且比第一絕緣層慢。 根據本發明的另一目的，提出一種形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，包括：在具有數個擴散區的半導體基 底上形成一導體結構。接著在具有此導體結構的半導體元 件上形成第一絕緣層和第二絕緣層。第二絕緣層較第一絕 緣層夢有較高的硬度。蝕刻第二絕緣層和第一絕緣層直到 暴露出導體結構的上層表面，而形成一接觸窗開口。在第 二絕緣層上形成一導體層，此導體層塡滿接觸窗開口。然 後對導體層、第二絕緣層和第一絕緣層進行平坦化-蝕刻 程序，以形成一接觸窗插塞，且完成第一絕緣層表面的平 坦化。第二絕緣層的蝕刻速率比第二絕緣層中未形成導體 結構和接觸窗開口之低階部份慢，並且比第一絕緣層慢。 上述所提的每一方法，在形成導體層之前，更包括在 包含接觸窗開口的絕緣層上，形成一阻障層。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1D圖係繪示習知之接觸窗插塞之製造流 程的剖面示意圖； 第2A圖至第2E圖係繪示根據本發明之第一實施例， 8 ---------— (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 訂 i紙张尺度適用中國國家標準（CNS)A4«^ ( 210X297公釐) " ' 33 19PIF.DOC/002 33 19PIF.DOC/002 經滴部中央標準局貝工消费合作社印聚 B7 五、發明説明（又） 一種形成半導體元件之接觸窗插塞之製造流程的剖面示 意圖； 第、3圖係繪示根據本發明之第一實施例，一種形成半 導體元件之凹入的接觸窗插塞的剖面示意圖； 第4A圖至第4E圖係繪示根據本發明之第二實施例， 一輸形成半導體元件之接觸窗插塞之製造流程的剖面示 意圖；以及 第5圖係繪示根據本發明之第二實施例，一種形成半 導體元件之凹入的接觸窗插塞的剖面示意圖。 實施例 雖然本發明係依據較佳實施例加以敘述，但是須強調 的是本發明可以經廣泛的修改和變化，且本發明的觀點非 僅侷限於所附之申請專利範圍。 請參照第2D圖和第4D圖，其係繪示根據本發明之較 佳實施例，一種形成半導體元件之接觸窗插塞的方法，包 括在一絕緣層上形成一導體層，且塡滿接觸窗開口。此方 法更包括在藉由回蝕刻或化學機械硏磨法（CMP)以蝕刻 導體層，直到至少暴露出絕緣層的上層表面，而形成接觸 窗插塞之後，對絕緣層的上層表面和接觸窗插塞進行一個 平坦化-鈾刻步驟。另一方面，導體層和絕緣層係同時地以 化學機械硏磨法（CMP)進行平坦化-蝕刻，以形成接觸窗 插塞，且平坦化絕緣層的上層表面。以此種方法，由絕緣 層之上層表面的刮痕所產生之內連線間的橋接，m導體 層塡滿接觸窗開口後，對導體層進行平坦化-蝕刻法而加以 --- ~ —1 ••一 - _ _________-—... 一 --------- 9 ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 丨 9P丨F.DOC/002 A7 B7 五、發明説明（p ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 預防。因爲絕緣層包含一層下層絕緣層和一層上層絕緣 層，且上層絕緣層較下層絕緣層具有較高的硬度，所以沿 著閘極或金屬內連線之起伏表面，而形成之絕緣層的高階 和低階區可以有效率地平坦化。結果，這絕緣餍厚度可大 大地減少。 第一實施例 現在，請參照第2圖和第3圖，其係繪示根據本發明 之第一較佳實施例，一種形成半導體元件之接觸窗插塞的 方法。這些圖示顯示本發明之第一實施例。 請參照第2A圖，半導體基底1〇〇，例如具有一元件隔 離層102(場氧化區），且已定義出一主動區。在第2A圖 的實施例中，元件隔離層102具有STI (淺溝渠隔離）場 氧化物的特別形狀，但本發明當然亦可以使用其他的隔離 技術，例如LOCOS場氧化物，側壁罩幕隔離（Sidewall Mask Isolation)或直接場隔離（Direct Field Isolation)。在半 導體基底100形成閘極104，例如半導體記憶元件的字元 線。此矽基底包含擴散區（圖中未顯示），例如在閘極104 兩側主動區中形成的源極/汲極區。 經滴部中央榡準局貝Η消費合作社印製 其次，在包含閘極104之半導體基底100上，沈積一 絕緣層（或內層絕緣層）106，用以做爲內連線之間的電 性絕緣。絕緣層106至少可由以下族群中之一所選出而組 成，包括Si02、USG (未摻雜的矽酸鹽玻璃）、BPSG (硼 磷矽酸鹽玻璃）、PSG(磷矽酸鹽玻璃）、SiN、SiON、 SiOF、SOG (旋塗式玻瑪）、F〇X (流動性的氧化物）、 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS)A4規格（210x297公嫠) 經请部中次標準局貝Μ消费合作社印製 3319PIF.DOC/002 A 7 ____B7 ____ 五、發明説明（1) 聚合物，和上述的組合所構成。較佳的絕緣層106具有多 層膜（Multi-layer Film)，亦即下餍絕緣層106a和上層絕 緣層l;06b，彼此之間具有不同的硬度。較佳的下層絕緣層 l〇6a是由氧化矽層所構成，其厚度約爲4000埃至12000 埃之間。下層絕緣層l〇6a可由以下族群中之一所選出而組 成，包括Si02、USG、BPSG、PSG，和上述的組合所構成， 且可藉由化學氣相沈積法（CVD)、熱回流程序、沈積/ 蝕刻程序或HDP (高密度電漿）程序而形成。另一方面， 下層絕緣層l〇6a，可由以下族群中之一所選出而組成，包 括SiOF、FOX (流動性的氧化物）、聚合物，和上述的組 合所構成，且可藉由S0G(旋塗式玻璃）或旋轉塗佈（Spin Coating)程序而形成。 上層絕緣層l〇6b係由較下層絕緣層106a具有較高硬 度的材質所組成，較佳的厚度約爲100埃至1000埃之間。 上層絕緣層106b，可由以下族群中之一所選出而組成，包 括 SiN、SiON、AIN、Al2〇3、BN、類鑽石的（diamond-like) 碳，和上述的組合所構成。重要的關鍵在於：具有較高硬 度的上層絕緣層l〇6b，係在後續平坦化·蝕刻步驟時，以 慢速率進行下層絕緣層l〇6a之低階部份的蝕刻。 大體上而言，絕緣層1〇6是沿著閘極104高低起伏之 不平坦表面形成，且形成閘極1〇4的區域較未形成閘極的 區域，具有較高階的區域。 請參照第2B圖，蝕刻絕緣層106，直到至少暴露出擴 散區之一，因而形成接觸窗開口 1〇8。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
-V 本紙張尺度適用中國國家楳绰（CNS > Α4規格（210X297公釐） 經确部中决標準局貝工消费合作社印聚 3319PIF.DOC/002 A 7 ___B7___ 五、發明説明（？） 請參照第2C圖，在上層絕緣層l〇6b上沈積一導體層 110，用以做爲形成接觸窗插塞之用，其厚度足夠塡滿接 觸窗開口 108 (例如，約爲3000埃至5000埃之間）。導 體層110可由以下族群中之一所選出而組成，包括W、A1、 Cu、Ti、TiN、多晶矽、W-Si、Al-Cu 和 Al-Cu-Si，且藉由 CVD、PVD、熱回流或力塡入程序（Force Fill Process)。 在第一實施例中，導體層110係直接在上層絕緣層 l〇6b上形成，且塡滿接觸窗開口 108，然而在第一實施例 的改良方法中，可以直接在上層絕緣層106b上，及接觸 窗開口 108的側壁和底部形成一阻障層（圖中未顯示）， 然後在阻障層上形成導體層110,以塡滿接觸窗開口 1〇8。 阻障層可由以下族群中之一所選出而組成，包括Ti、TiN、 Ta、TaN、WN、TiSiN，和上述的組合所構成，用以改進 接觸窗電阻値，黏著特性且抑制彼此間的反應。 請參照第2D圖，蝕刻導體層110，直到暴露出上層絕 緣層106b的上層表面，因而形成接觸窗插塞n〇a。導體 層的蝕刻程序是經由化學機械硏磨法（CMP)，或是使用 濕式或乾式的回蝕刻程序。以化學機械硏磨法（CMP)進 行導體層110的蝕刻時，係使用一硏磨物質，其中導體層 110對絕緣層106的硏磨速率比的範圍，約從1 :數百到 數百：1。所使用之硏磨物質，其中導體層11〇 (例如多晶 矽）的硏磨速率，較佳爲絕緣層106 (例如氧化矽）或上 層絕緣層（例如氮化砂或氮氧化砂）的約5倍大。 另一方面，如果以回蝕刻程序來蝕刻導體層110,而假 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0·Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Γ 33 I9PIF.DOC/002 A7 ^__—— 五、發明説明（斤） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 如塡滿接觸窗開口 108的導體層11〇足以進行過度蝕刻’ 則會形成如第3圖所示之內凹的接觸窗插塞ii〇b。第3圖 係繪示依據本發明之第一實施例的另一種改良，而形成之 內凹的接觸窗插塞ll〇b。在後續進行絕緣層106平坦化· 蝕刻程序時，內凹的接觸窗插塞U〇b可用來做爲蝕刻終 止層（Etch Stopper Layer)。 -、*! 然後，請參照第2E圖，以化學機械硏磨法（CMP)進 行平坦化-蝕刻程序，以平坦化絕緣層1〇6和接觸窗插塞 ll〇a。在化學機械硏磨法（CMP)時，上層絕緣層1〇6b 被移除，且下層絕緣層l〇6a的上層表面被平坦化。如此〜 來’形成之接觸窗插塞ll〇a或110b具有平的表面，且具 有與下層絕緣層106a的上層表面相同的水平位置。較佳之 化學機械硏磨法（CMP)係使用一硏磨物質，其中導體層 Π0對絕緣層106的硏磨速率比的範圍，約從1 :數百到 數百：1。 經消部中央標率局貝工消費合作社印掣 另一方面，當內凹的接觸窗插塞110b形成時，用以使 絕緣層106平坦化的化學機械硏磨法（CMP)，係以內凹 的接觸窗插塞ll〇b做爲蝕刻終止層，如第3圖中之點線 111所描畫。 因爲絕緣層106中形成閘極104和接觸窗開口 108 $ 相對的高階部份，是以較其餘部份之硏磨速率高來進行¥ 坦化-蝕刻程序，所以絕緣層1〇6的平坦化可以很容易的達 成。此外，因爲上層絕緣層106b較下層絕緣層106a具有 較高硬度，而上層絕緣層106b的硏磨速率較下層絕緣層 本紙張尺度適用中國國家標準（C'NS ) A4規格（210X 297公釐） 3319PIF.DOC/002 3319PIF.DOC/002 經碘部中决標隼局貝-T-消费合作社印$!. B7 五、發明説明（β) 106a慢，所以可以使絕緣層ι〇6有效的平坦化。如此一來， 可用以做爲內連線間之內層絕緣層的下層絕緣層l〇6a，與 習知之半導體元件的絕緣層的厚度相較之下，可以大大地 減小。 另一方面，導體層110和絕緣層106可以使用化學機 械硏磨法（CMP)同時進行平坦化-蝕刻程序。在此情形下， 化學機械硏磨法（CMP)以係使用蝕刻氧化矽層的硏磨物 質’亦即此硏磨物質對於多晶矽的導體層110、氮化矽的 上層絕緣層106b和氧化矽的下層絕緣層106a之連續地蝕 刻，具有非選擇性（Non-selectivity) 〇 然後，形成與接觸窗插塞ll〇a或ll〇b電性連接之上 層的內連線（圖中未顯示）。依據本發明之第一實施例， 因爲導體材料不殘存（Trapped)，且經沈積而在平坦化之 絕緣層106的上層表面上形成一接觸窗插塞，所以即使上 層的內連線形成於絕緣層上，內連線間不會形成橋接。 第二實施例 自此以後，請參照第4圖和第5圖，其係繪示根據本 發明之第二實施例，一種形成半導體記憶元件之接觸窗插 塞的方法。 請參照第4A圖，在半導體基底200，例如已定義出主 動區和非主動區之矽基底上，形成一金屬內連線202。此 金屬內連線202形成於主動區之上。 另一方面，雖然未顯示於圖，在已形成閘極（圖中未 顯示）之矽基底200上沈積一層絕緣層，厚度約爲4000 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 經滅部十央標率局貝Η消费合作社印聚 3319PIF.DOC/002 A7 B7___ 五、發明説明（ί|) 埃至20000埃之間。然後在絕緣層上形成金屬內連線202。 其次，在包含金屬內連線202之矽基底200上沈積一 層絕緣層2〇4，以做爲內連線間之電性絕緣。絕緣層204 可由以下族群中之一所選出而組成’包括Si〇2、USG、 BPSG ' PSG、SiN、SiON、SiOF、SOG、FOX、聚合物’ 和上述的組合所構成。較佳的絕緣層204具有多層膜’亦 即下層絕緣層204a和上層絕緣層204b ’彼此之間具有不 同的硬度。較佳的下層絕緣層204a是由氧化矽層所構成， 其厚度約爲10000埃至30000埃之間。下層絕緣層204a 可由以下族群中之一所選出而組成，包括Si02、USG、 BPSG、PSG，或上述的組合所構成，且可藉由化學氣相沈 積法（CVD)、熱回流程序、沈積/蝕刻程序或HDP (高密 度電漿）程序而形成。另一方面，下層絕緣層204a，可由 以下族群中之一所選出而組成，包括SiOF、FOX (流動性 的氧化物）、聚合物，或上述的組合所構成，且可藉由SOG (旋塗式玻璃）或旋轉塗佈（Spin Coating)程序而形成。 上層絕緣層204b係由較下層絕緣層204a具有較高硬 度的材質所組成，較佳的厚度約爲100埃至1000埃之間。 上層絕緣層204b，可由以下族群中之一所選出而組成，包 括 SiN' SiON、AIN、Al2〇3、BN、類鑽石的（diamond-like) 碳’或上述的組合所構成。上層絕緣層204b係在後續平 坦化-蝕刻步驟時，以慢速率進行下層絕緣層204a之低階 部份的蝕刻。 大體上而言，絕緣層106是沿著金屬內連線202高低 15 本紙張尺度適用中國國( CNS ) M祕（UOX297公着） -— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁.) 訂 r, 33 I9PIF.DOC/002 A7 33 I9PIF.DOC/002 A7 經消部中央榡準局貝Η消費合作社印裝 _____B7 _ __ 五、發明説明（丨i) 起伏之不平坦表面形成，且形成金屬內連線202的區域較 未形成金屬內連線的區域，具有較高階的區域。 請參照第4B圖，蝕刻絕緣層204，直到至少暴露出金 屬內連線202之一，因而形成接觸窗開口 206。 請參照第4C圖，直接在上層絕緣層204b上，及接觸 窗開口 2〇6的側壁和底部形成一阻障層207。阻障層207 可由以下族群中之一所選出而組成，包括Ti、TiN ' Ta、 TaN、WN、TiSiN，和上述的組合所構成，用以改進接觸 窗電阻値，黏著特性且抑制金屬內連線202和形成接觸窗 插塞之導體材料彼此間的反應。之後，在阻障層207上沈 積一導體層208，用以做爲形成接觸窗插塞之用’其厚度 足夠塡滿接觸窗開口 206 (例如，約爲2000埃至6000埃 之間）。導體層208可由以下族群中之一所選出而組成’ 包括 W、A卜 Cu、Ti、TiN、多晶矽、W，Si、Al-Cu 和 Al-Cu-Si ’ 且藉由CVD、PVD、熱回流或力塡入程序。 請參照第4D圖，連續地蝕刻導體層208和阻障層 207，直到暴露出上層絕緣層204b的上層表面’因而形成 接觸窗插塞208a。導體層208和阻障層207的蝕刻程序是 經由化學機械硏磨法（CMP)，或是使用濕式或乾式的回 蝕刻程序。以化學機械硏磨法（CMP)進行導體層208的 蝕刻時，係使用一硏磨物質，其中導體層2〇8對絕緣層204 的硏磨速率比的範圍，約從1:數百到數百：1。所使用之 硏磨物質，其中鎢之導體層208的硏磨速率’較佳爲氧化1 矽之絕緣層204或氮化矽之上層絕緣層（SiN或SiON)的 本紙張尺度適用中國國家標卑（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Γ 3319PIF.DOC/002 A7 3319PIF.DOC/002 A7 經"1部中央樣準局貝Μ消资合作社印製 B7 _____ 五、發明説明（θ) 約5倍或更大。 另一方面，如果以回蝕刻程序來蝕刻導體層208,而假 如塡滿接觸窗開口 206的導體層208足以進行過度蝕刻， 則會形成如第5圖所示之內凹的接觸窗插塞208b。第5圖 係繪示依據本發明之第二實施例的一種改良’而形成之內 凹的接觸窗插塞208b。在後續進行絕緣層204平坦化-蝕 刻程序時，內凹的接觸窗插塞208b可用來做爲蝕刻終止 層。 然後，請參照第4E圖，以化學機械硏磨法（CMP)進 行平坦化-蝕刻程序，以平坦化絕緣層204和接觸窗插塞 208a。在化學機械硏磨法（CMP)時，上層絕緣層204b 被移除，且下層絕緣層204a的上層表面被平坦化。如此一 來，形成之接觸窗插塞208a或208b具有平的表面，且具 有與下層絕緣層204a的上層表面相同的水平位置。較佳之 化學機械硏磨法（CMP)係使用一硏磨物質’其中導體層 208對絕緣層204的硏磨速率比的範圍，約從1 :數百到 數百：1。 另一方面，當內凹的接觸窗插塞208b藉由過度蝕刻程 序形成時，用以使絕緣層204平坦化的化學機械硏磨法 (CMP)，係以內凹的接觸窗插塞208b做爲蝕刻終止層， 如第5圖中之點線209所描畫。化學機械硏磨法（CMP) 之較佳的硏磨物質，其中導體層208和絕緣層2〇4的硏磨 速率比約爲1 : 10。 與第一實施例類似，因爲絕緣層2〇4中金屬內連線2〇2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
33I9PIF.DOC/002 A7 33I9PIF.DOC/002 A7 經滴部中戎標準局貝Η消費合作社印掣 五、發明説明（iy：) 和接觸窗開口 206之相對的高階部份，是以較其餘部份硏 磨速率高來進行平坦化-蝕刻程序，所以絕緣層204的平坦 化可以很容易的達成。此外，因爲上層絕緣層204b較下 層絕緣層204a具有較高硬度，而上層絕緣層204b的硏磨 速率較下層絕緣層204a慢，所以可以使絕緣層204有效的 平坦化。如此一來，可用以做爲內連線間之內層絕緣層的 下層絕緣層204a，與習知之半導體元件的絕緣層的厚度相 較之下，可以大大地減小。 另一方面，導體層208和絕緣層204可以使用化學機 械硏磨法（CMP)同時進行平坦化-蝕刻程序。在此情形下， 化學機械硏磨法（CMP)係使用蝕刻氧化矽層的硏磨物 質，亦即此硏磨物質對於鎢的導體層208、阻障層207、 氮化矽的上層絕緣層1 2〇4b和氧化矽的下層絕緣層204a之 連續地蝕刻，具有非選擇性（N〇n_Selectivity)。 然後，形成與接觸窗插塞208a或208b電性連接之上 層的內連線（圖中未顯示）。依據本發明之第二實施例， 因爲導體材料不殘存（Trapped )，且經沈積而在平坦化之 絕緣層2〇4的上層表面上形成一接觸窗插塞，所以即使上 層的內連線形成，內連線間不會形成橋接。 如前所述’本發明提供接觸窗插塞的優點，甚|以通 接’而此橋接係由絕緣層上層表面的刮痕 所造成。此乃因爲以(cmp)進行絕緣層 的平坦化之後，再以化學機械硏磨法（CMP)形成接觸窗 插塞。 nn· n 1 ί ίψ i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 8 2 本紙張尺度制悄^^·^ (CNS) (2]Gx297 —- 33 I9p*F.D〇C/〇〇2 A7 B7 五、發明説明（id 況且’因爲絕緣層包， 緣層和具有較 賴，逝㈣诚有專竭兔—高階 口口，^^搜被有效地平坦化。 因此，本發明提供的另外優點是，絕緣層的厚度可以大大 地減小。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 高 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經滴部中央標率局員工消費合作社印製 本紙張尺度酬巾目 ( CNS ) Α4«/#Τ2Ϊ〇χ297^« )

Claims (1)

  1. 33 19PIF.DOC/002 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種形成半導體兀件之接觸..窗插塞.的方法，包括下 列步驟： 在具有複數個擴散區的二·來導體基底上形成—導體結 構； 、口 在包含該導體結構的該半導體基底上形成〜絕緣層； 倉虫刻該絕緣層，直到至少暴露出該些擴散區之―，以 形成一接觸窗開口； 在該絕緣層上沈積一導體層’且以該導體層塡滿該接 觸窗開口； 蝕刻該導體層，直到暴露出該絕緣層的一土層表面， 以形成一接觸窗插塞；以及 藉由一平坦化-蝕刻程序，蝕刻包含該接觸窗插塞之該 絕緣層的該上層表面，其中該接觸窗插塞和該絕緣層均被 平坦化。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之形成宰導體元件之接 觸窗插寨的方法，其中該絕緣層係選自一族群，該族群係 由Si〇2 ' USG (未摻雜的矽酸鹽玻璃）、BPSG (硼磷矽酸 鹽玻璃）、PSG.(磷矽酸鹽玻璃）、SiN、SiON、Si〇F、 S〇G (旋塗式玻璃）、pox (流動性的氧化物）和聚合物 所組成。 3.如申請專利範圍第1項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中該導體層係選自一族群’該族群係 由 W、A卜 Cu、Ti < TiN、多晶砂、W-Si、+Al-Cu 和 Al-Cu-Si 所組成，且藉由CVD、PVD、熱回流和力塡入程序其中之. 20 本纸浪尺度適用中國國家梂準（CNS > A4規格（210X297公釐） —^1 I >.1 an ^fnv (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印*. 33 19PIF.DOC/002 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印装 C8 . D8 六、申請專利範圍 一而形成y。 4. 如申請專利範圍第1項所述之形成^半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中蝕刻該導體層的步驟係選自一族 群，該族群係由一回蝕刻程序和一化學機械硏磨法所組 成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中該回餘.刻程序包括一濕式程序和一 乾式程序,其中之一。 6. 如申請專利範圍第4項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中該化學機械硏磨法係使用一硏磨物 質，且其中該導體層對該絕緣層的一硏磨速率比的範圍， 約從數百：1到Η數百。 7. 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中蝕刻該導體層的步邊包括對該導體 層進行過度蝕刻，以形成一內凹的接觸窗插塞，且其中該 內凹的接觸窗插塞在進行該平坦化-蝕刻程序時，係做爲一 蝕刻終止層。 8. 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中該平坦化-飩刻程序係使用一硏磨物 質，且其中該導體層對該絕緣層的一硏磨速率比的範圍， 約從1 :數百到數百：1。 9. 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中在形成該導體層之前，更包括在包 含該接觸窗開口之該絕緣層上形成一阻障層。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝. 訂 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 33 19PIF.DOC/002 經濟部中夬標率局貝工消费合作社印装 C8 · D8 六、申請專利範圍 ίο.如申請專利範圍第9項所述之形成半導體元件之接 觸窗插塞的方法，其中該阻障層係選自一族群，該族群係 由 Ti、TiN、Ta、TaN、WN 和 TiSiN 所組成。 11. 一種形成半導體元件之接觸窗插塞的方法，包括下 列步驟： 在具有複數個擴散區的一半導體基底上形成一導體結 構； 連續地在包含該導體結構的該半導體基底上，形成一 第一絕緣層和一第二絕緣層，該第二絕緣層的硬度較該第 一絕緣層莨高； 連續地蝕刻該第二絕緣層和該第一絕緣層，直到至少 該些擴散區和該導體結構之一，以形成一接觸窗開 在該第二絕緣層上形成一導體層，且塡滿該接觸窗開 P '； 蝕刻該導體層，直到至少暴露出該第二絕緣層的一上 廢表面，以形成一接觸蜜插塞；以及 對包含該接觸窗插塞之該第二絕緣層和該第一絕緣 層，進行一王里化·蝕刻步驟，其中在進行該平坦化-蝕刻 步驟時，該第二絕緣層的蝕刻速率，較未形成該導體結構 和該接觸窗開口之該第二絕緣層的一低階區慢，且較該第 一絕緣層慢。 12. 如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該第'一絕緣層係選自一族群，該 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ”裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 33 19PIF.DOC/002 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 C8 · D8 六、申請專利範圍 族群係由Si02、USG(未摻雜的矽酸鹽玻璃）、BPSG (硼 磷矽酸鹽玻璃）、PSG(磷矽酸鹽玻璃）、SiOF、FOX (流 動性的氧化物）和聚合物，且該第二絕緣層係選自一族 群，該族群係由SiN、SiON、AIN、A1203、BN和類鑽石 的碳所組成。 13. 如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該導體層係選自一族群，該族群 係由 W、A卜 Cu、Ti、TiN、多晶矽、W-Si、Al-Cu 和 Al-Cu-Si 所組成，且藉由CVD、PVD、熱回流和力塡入程序其中之 一而形成。 14. 如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中蝕刻該導體層的步驟係選自一族 群，該族群係由一回蝕刻程序和一化學機械硏磨法所組 成。 15. 如申請專利範圍第14項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該回蝕刻程序包括一濕式程序和 一乾式程序其中之一。 16. 如申請專利範圍第14項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該化學機械硏磨法係使用一硏磨 物質，且其中該第一絕緣層對該第二絕緣層的一硏磨速率 比的範圍，約從1 :數百到數百：1。 17. 如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中蝕刻該導體層的步驟包括對該導 >. . 體層進行過度蝕刻，以形成一內凹的接觸窗插塞，且其中 23 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） 3319PIF.DOC/002 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標率局工消费合作社印装 六、申請專利範圍 該內凹的接觸窗插塞在進行該平坦化-蝕刻程序時，係做爲 一倉虫刻終止層。 18·如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該平坦化-蝕刻程序係藉由一化學 機械硏磨法，而使用一硏磨物質，且該第一絕緣層對該第 二絕緣層的一硏磨速率比的範圍，終從1:數百到數百：1。 19. 如申請專利範圍第11項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中在形成該導體層之前，更包括在 包含該接觸窗開α之該第二絕緣層上形成一阻障層。 20. 如申請專利範圍第19項所述之形晚半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該阻障層係選自一族群，該族群 係由 Ti、TiN、Ta、TaN、WN 和 TiSiN 所組成。 21. —種形成半導體元件之接觸窗插塞的方法，包括下 列步驟： 在具有複數個擴散區的一半導體基底上形成一導體結 構； · 連續地在包含該導體結構的該半導體基底上，形成一 第一絕緣層和一第二絕緣層，該第二絕緣層的硬度較該第 一絕緣層爲高； 連續地餓刻該第二絕緣層和該第一絕緣層，直到至少 暴露出該些擴散區和該導體結構之一，以形成一接觸窗開 P ； 在該第二絕緣層上形成一導體層，且塡滿該接觸窗開 口；以及 24 ;^紙張尺度適用中ί國家^準（CNS ) A4说格（210X297公 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 33 19PIF.DOC/002 A8 Bcl ， D8 六、申請專利範圍 連續地對該導體層、該第二絕緣層和該第一絕緣層進 行一平坦化-蝕刻步驟，以形成一接觸窗插塞，並且使該第 一絕緣層平坦化，其中在進行該平坦化-蝕刻步驟時，該第 二絕緣層的蝕刻速率，較未形成該導體結構和該接觸窗開 口之該第二絕緣層的一低階區慢，且較該第一絕緣層慢。 22. 如申請專利範圍第21項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中在形成該導體層之前，更包括在 包含該接觸窗開口之該第二絕緣層上形成一阻障層。 23. 如申請專利範圍第22項所述之形成半導體元件之 接觸窗插塞的方法，其中該阻障層係選自一族群，該族群 係由 Ti、TiN、Ta、TaN、WN 和 TiSiN 所組成。 ^^1 ^^^1 m ^^^1 m —ί —^^1 - 1^1 H— 一eJ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局負工消费合作社印装 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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