TW417237B - Method for fabricating contact electrode of the semiconductor device - Google Patents

Description

A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7___ 五、發明說明（i) 本發明是有關於一種製造半導體元件的方法，且特別是 有關於一種接觸窗電極（contact electrode)的製造法u 當動態隨機存取記憶體（dynamic random access inemory-DRAM)逐漸縮小時，可藉由金屬製位元線來提升品質以及 縮小晶片的尺寸。相對於傳統由多晶矽與矽化鎢（\\^^)疊 層（overlaid)而成的位元線，金屬位元線會具有較低的片電 阻（sheet resistance) 0 因此，在相同的片電阻之下，金屬位元線的佈線圖可 以比傳統位元線的佈線圖更加精細。進一步而言，在N型 雜質區上所形成的接觸窗（a contact)，其電阻會比傳統接觸 窗的電阻低。而接觸窗亦可形成於P型雜質區上。 第1圖顯示一習知的半導體元件圖，而第2A圖及第2B 圖則顯示對於每一雜質區（在750°C下回火100分鐘）之接觸 電阻與接觸窗尺寸的關係。 在第1圖中顯示，N型井11與P型井12分別形成於基 底（substrate) 10上。接著，利用定義雜質區之罩幕，P+型雜 質區13及N，型雜質區14分別被形成於N型井11與P型 井]2之內。 在P+型雜質區13中植入的是硼，而在N+型雜質區14 中則可植入砷或磷。 另外，有-當作絕緣層之用的氧化層16形成於基底1〇 上，並且利用定義接觸窗開口之罩幕，蝕刻氧化層16直 至分別曝露出P+型雜質區13及型雜質區14以形成接觸 窗開口 Π。在尸型雜質區1.3及N+型雜質區14形成的接 4 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 417237 a? ^ 4728pif.doc/O06 五、發明說明（2 ) 觸窗開口 π寬度相同，均爲w。之後，在將金屬材料塡 入接觸窗17中形成金屬導線18。 形成金屬導線的方法敘述如下： (1) 先在接觸窗開口 17的側壁與底部，以及氧化層！6之上 形成一鈦金屬層（未繪於圖中）。之後，進行回火（anneal) 處理，讓鈦與基底ίο的矽發生反應以形成矽化鈦msix) 層(即歐姆層-ohtrnc layer)。接著，移除在接觸窗開口 17 上未與基底10的矽反應的鈦層，以及移除氧化層16上 的鈦層。最後，在接觸窗開口 17內塡入氮化鈦(ΤΊΝ)或 氮化鈦/鎢(W)而形成金屬導線。 (2) 先在接觸窗開口 Π的側壁與底部，以及氧化層16之上 依序沉積一鈦層及一氮化鈦層，然後1進行回火處理 形成一歐姆層。最後，在接觸窗開口 17內塡入鎢而形 成金屬導線。 (3) 先在接觸窗17的側壁與底部，以及氧化層16之上沉積 一鈦層及-氮化鈦層，然後，直接沉積鎢形成金屬導 線u之後，再進行回火處理形成一歐姆層： 金屬導線18的製法司採用上述的任一種方法而成。 假如矽化鈦（TiSis)層被當成歐姆層，而Γ型雜質區13 又是硼離子摻雜型，在之後的回火處理中，其會彼此反應 形成硼化鈦（TiB)» 因爲硼化鈦是非導體，所以接觸電阻會增加。而基於 硼離子摻雜型的汲極，摻雜濃度被降低，因此電阻會增加。 •M外，爲降低表面區域的能量，砂化駄（T i S i x)層被凝集 5 本紙張反度適用中國國家標準（CNS)A·!規格（2〗0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I --I-----^---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 417237 A7 4728pif.doc/006 ^ 五、發明說明（） (agglomerated)，因此，有效連接面積變小而阻値也會增加。 而N1型雜質區所摻雜的砷或磷則不會與矽化鈦層反應。 如第2A圖及2B所示，若接觸窗直徑大於0.3μιΉ，則N 型雜質區14的接觸電阻約小於300Q/CNT，而Ρ型雜質區 13的接觸電阻約小於800Q/CNT。 但是，當接觸窗開口直徑小於〇.15μπι時，Ρ型雜質區 13的接觸電阻會極大於Ν型雜質區14的接觸電阻，如第 2Α圖至2Β所示。因此，假如在設計之元件中Ρ型雜質區 的接觸電阻並不要超過5000Q/CNT，晶片尺寸應增加以降 低接觸電阻=而本發明即是要避免此情況而產生。 本發明主要在提供一種能夠降低在P型雜質區所產生 的接觸電阻，但是卻不須增加晶片尺寸的方法。 根據本發明，其方法包括在半導體基底上分別形成第 一及第二導電井；在第一及第二導電井上分別形成第一及 第二雜質區；在半導體基底上形成絕緣層；使用定義接觸 窗開口之罩幕，軸刻絕緣層，使曝露出第一及第一雑質區 而形成接觸窗開口。其中，第一雜質區的接觸窗開口大於 第二雜質區的接觸窗開口。 根據本發明，其方法包括一半導體基底；在半導體基 底上形成第一及第二導電井：在第一及第二導電井上分別 形成第一及第二雜質區；在半導體底材上形成形成絕緣 層；複數個接觸電極藉由穿透過絕緣層分別電性連接第一 及第二雜質區。其中，第一雜質區的接觸窗開口大於第二 雜質區的接觸窗開口。 6 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（2】〇χ297公釐） t--------訂---------線1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫各頁) A7 B7

4728pit.doC 五、發明說明（Μ ) 根據本發明，其方法包括在半導體基底上形成第一及 第二導電井；在第一及第二導電井上分別形成第一及第二 雜質區；在半導體基底上形成形成第一絕緣層；使用定義 接觸窗開口之罩幕，蝕刻第一絕緣層，使曝露出第二雜質 區而形成第一接觸窗開口；將金屬物質塡入第一接觸窗開 口以形成接觸窗插塞且電性連接至半導體基底；在第一絕 緣層上（含接觸窗插塞）形成第二絕緣層；用定義接觸窗開 口之罩幕，蝕刻第二絕緣層，使曝露出第一雜質區而形成 第二接觸窗開口，其中，在第一雜質區的第二接觸窗開口 大於第二雜質區的第一接觸窗開口。 根據本發明，其方法包括在半導體基底上形成第一及 第二導電井；在第一及第二導電井上分別形成第一及第二 雜質區；在半導體基底上形成形成第一絕緣層：使用定義 接觸窗開口之罩幕，蝕刻第一絕緣層，使曝露出第一雜質 區而形成第一接觸窗開口；將金屬物質塡入第一接觸窗開 口以形成接觸窗插塞而電性連接至半導體基底；在第一絕 緣層上（含接觸窗插塞）形成第二絕緣層；用定義接觸窗開 口之罩幕，蝕刻第二絕緣層，使曝露出接觸窗插塞及第二 雜質區而形成第二接觸窗開口，其中，在第一雜質區的第 一接觸窗開口大於第二雜質區的第二接觸窗開I.J。 根據本發明，其方法包括一半導體底材；在半導體基 底h形成第一及第二導電井；在第一及第二導電井上分別 形成第一及第二雜質區：在半導體基底上形成形成第一絕 緣層；藉由滲透，接觸窗插塞穿過第·一絕緣層與第二雜質 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ---I---訂---------線-* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 4728pit'.doc/006 B? 4728pit'.doc/006 B? 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（e：) 區電性連接；在第一絕緣層上（含接觸窗插塞）形成第二絕 緣層：將接觸電極電性連接至插塞及第一雜質區，其中， 在第一雜質區的接觸窗開「」大於第二雜質區的接觸窗開 □。 而所欲表達的新穎方法是，使用定義接觸窗開口之罩 幕，蝕刻一絕緣層，而使曝露出第一及第二雜質區以形成 接觸窗開口。而且，在第--雜質區的接觸窗開口要大於第 二雜質區的接觸窗開口。 根據這個方法，由於在尺寸製作的不同，在p型雜質 區的接觸窗開口尺寸會增加，而在N型雜質區的接觸窗開 口尺寸則會減小，藉此，可以降低P型雜質區的接觸電阻， 卻不必增大晶片尺寸。 爲讓本發明之上述目的、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1圖係一習知的接觸電極與半導體元件剖面圖； 第2A至2B圖係顯示在每一雜質區的接觸電阻與接觸窗開 口尺寸之關係； 第3A至3C圖及第4A至4D圖係顯示本發明之半導體元 件製造流程圖。 圖示標記說明： 10、 100、200 :半導體基底 11、 101、201 : N型導體井 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------t------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 417237 A7 4728pif.d〇c/006 B7 五、發明說明（g ) 12、 102、202 : P型導體井 13、 103、203 : N型雜質區 14、 104 ' 204 : P型雜質區 16、106、206、210 :氧化絕緣層 Π、109 ' 207、213 :接觸窗 18、110、209 ' 214 :金屬導線 108、208、212 :定義接觸窗開口之罩幕 實施例一： 第3A至3C圖逐一顯示實施例一之半導體元件製造流 程。 首先，在第3A圖中說明，利用井（well)的罩幕’在一 半導體基底100上分別形成一 N型井101及一 P型井1〇2。 利用雜質區罩幕，在N型井101上進行硼摻雜而形成P+型 雜質區103 ;利用砷或磷在P型井102上進行摻雜而形成 N+型雜質區104。 接著，在第3B圖中說明，在半導體基底100上形成一 氧化絕緣層106。並且利用定義接觸窗開口之罩幕1〇8’ 鈾刻絕緣層106，使P+型雜質區103及N+型雜質區丨〇4 B 露出來，藉以形成接觸窗開口 109。其中，在定義接觸窗 開口之罩幕108上，P+型雜質區103的接觸窗開口寬度W1 大於N +型雜質區104的接觸窗開口寬度W2(W1> W2)。而 接觸窗開U 109的外形則可選擇圓形、橢圓形和其他形狀。 最後，在第3C圖中說明，在接觸窗開口 109內塡充入 金屬材料以形成連接至乍導體基底100之金屬導線110° 9 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS)A4規格297公釐） --------------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 4728pif 五、發明說明（q) 其金屬導線材質爲鎢或氮化欽。 可形成金屬導線110的方法敘述如下： (1) 先在接觸窗開口 109的側壁與底部，以及氧化層106之 上形成一鈦層（沒有在圖中顯示出來）。之後，進行回火 處理，讓鈦與基底的矽發生反應以形成矽化鈦（TiSu)層 (即歐姆層-ohmic layer)。接著，移除在接觸窗開口 109 上未與基底的矽反應的鈦，以及移除氧化層106上的鈦 金屬層。最後，在接觸窗開口 109內塡入氮化鈦(TW)或 氮化鈦/鎢(W)而形成金屬導線。 (2) 先在接觸窗開口 1〇9的側壁與底部，以及氧化層106之 上沉積一鈦層及一氮化鈦層，然後，進行回火處理形成 一歐姆層。最後，在接觸窗開口：i〇9內塡入鎢而形成金 屬導線。 (3) 先在接觸窗開口 109的側壁與底部，以及氧化層106之 上沉積一鈦層及一氮化鈦層，然後，直接沉積鎢形成金 屬導線。之後，再進行回火使鈦與基底100之矽反應以 形成一歐姆層。 金屬導線的製法可採用上述的任一種方法而成。 假如矽化鈦（TuSix)層被當成歐姆層，因爲接下來的回火 處理會使矽化鈦凝集，使得接觸窗開口尺寸變小，因此接 觸窗開口底部的有效接觸面積變小。這個現象通常會使得 N +型雜質區的接觸電阻緩慢增加，而p+型雜質區的接觸 電阻卻迅速增加。 因此’爲了抑制接觸電阻隨接觸面積減小而增加的情 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ------------- --------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4728pir.doc，O06 B7 五、發明說明（ί ) 況，本發明採用了接觸窗開口寬度不同的方法去改善。基 於，罩幕層上接觸窗開口寬度的不同’所以在P+型雜質區 103的接觸窗開口 109寬度W1’會大於N+型雜質區丨〇4的 接觸窗開口寬度W2’(W1’> W2’卜 因此，比如有在P+型雜質區及N+型雜質區，或在一雜 質區上分別形成具有不同尺寸的複數個接觸窗開口時，在 P+型雜質區的最小接觸窗開口會比N+型雜質區的最大接 觸窗開口還大。所以，因接觸電阻改變而須要增大晶片尺 寸的要求，就可以被縮小N+型雜質區接觸窗開口尺寸的 作法而抵消掉。 N +型雜質區接觸窗開口的尺寸可以被減小在10%的範圍 左右。比如，傳統的P+型丨03及N+型104雜質區的接觸 窗開口尺寸約爲200nm，而在本發明中，N+型雜質區接觸 窗開口則爲n〇nm，P+型雜質區接觸窗開口則爲230nm。 而P+型雜質區103接觸窗開口 109則大於N+型雜質區104 接觸窗開口 109約10%左右。 請參照第3C圖，在P+型雜質區103上形成的接觸窗開 口 109寬度W1’大於在N+型雜質區104上形成的接觸窗開 口 109 寬度 W2’。 因此，半導體元件的製作便可以在不增大晶片尺寸的情 況下降低接觸電阻。 實施例二： 第4A至4D圖逐一顯示實施例二之半導體元件製造流 程。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)/V1規格（210 X 297公釐） --------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ρ_!!!1ΪΤ237_Β7___ 五、發明說明（’） 首先，在第4A圖中說明，利用井（well)的罩幕’在一半 導體基底200上分別形成.一 N型井201及一 P型井202。 利用雜質區罩幕，在N型井201上進行硼摻雜而形成P + 型雜質區203 ;在P型井202上進行砷或磷摻雜而形成N+ 型雜質區204。 接著，在第4B圖中說明，在一半導體基底200上形成 一氧化絕緣層206。並且利用定義接觸窗開口之罩幕208， 蝕刻此第一氧化絕緣層206，直至N+型雜質區204曝露出 來，藉以形成第一接觸窗開口 207。 在第4C圖中，接觸窗開口內塡入金屬材料以形成電性 連接至半導體基底2⑻之接觸窗插塞209。其金屬材料爲 鶴或氮化欽。 在第一氧化絕緣層206(含接觸窗插塞209)上形成一第二 氧化絕緣層210。此第二氧化絕緣層210具有平坦的表面。 接著，利用定義接觸窗開口之罩幕2丨2，蝕刻此第二氧化 絕緣層210，直至接觸窗插塞209及P+型雜質區203曝露 出來，藉以形成第二接觸窗開口 213。 由於在P+型雜質區203上，定義接觸窗問口之罩幕212 上的接觸窗開口尺寸W1大於接觸窗罩幕208上的接觸窗 開口尺寸W2，因此，在P+型雜質區203上的接觸窗開口 尺寸W1’會大於N +型雜質區204上的接觸窗開口尺寸 W2，(W1，> W2，）。 也可以先在P1型雜質區203上形成第一接觸窗開□ 207, 及接觸窗插塞208’，然後再於N+型雜質區204及接觸窗插 ---^--------訂---------線「 (晴先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（/c〇 塞208’上形成第二接觸窗開口 211，（沒有在圖中顯示出 來）。也就是說，第一接觸窗開口 207,的尺寸W1’一樣會大 於第二接觸窗開口 21Γ的尺寸W2,（Wl’> W2’）。 如實施例一的描述，N+型雜質區204接觸窗開口的尺寸 可以減少丨0%左右，也就是說，P+型雜質區203接觸窗 開口的尺寸得以增加這個量。 最後，在第4D圖中，以金屬材料塡充入第二接觸窗開 口 213而形成接觸電極214，其所使用的金屬材料與形成 接觸插塞209的材料相同。同時，在P+型雜質區203上的 接觸窗開口尺寸W Γ大於ΝΓ型雜質區204上的接觸窗開口 尺寸W2’。 根據本發明，N+型雜質區上的接觸窗開口尺寸會被縮 小，但是P+型雜質區上的接觸窗開口尺寸則會加大，藉以 降低接觸電阻，而不必加大晶片尺寸。 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。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝------ 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 本紙張尺度適用中囫國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

Claims (1)

1. nmi 4728pif.doc.O06 AS H8 ΓΧ L)S 申請專利範圍 1.一種製造半導體元件的、方法，其步驟包括： 分別形成 底內； 井及 導體井於一半導體基 形成一第一雜質區於該第一導體井內； 形成一第二雜質區於該第二導體井內； 形成一絕緣層於該半導體基底上；

   d' \气 π用 定義接觸窗開口之罩幕，蝕刻該絕緣層，直至 雜質區而形成接觸窗開 •其ΐ，在該第=：雜質區形成的該接觸窗開口大於該第 nk形成的該接觸窗開口。 • · 該第一導 2. 如專利申請範圍第1項所述之方法 井爲N型井，而該第二導體井爲P型井丨 3. 如專利申請範圍第1項所述之方法 區爲P型，而該第二雜質區爲N型。_ 4. 如專利申請範圍第1項所述之方法，其中，該第一雜 第一雜 诗尤^.讀':'」而.ν-;>Αΐ.項再填碎木ΐ 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 厂二雜質區爲砷或磷摻雜。 5. 利申請範圍第1項所述之方法，其中，該第 質區的大於該第二雜質區的尺寸範圍10%以上。 6. 二半^體元件，包括： -ίΛ體基底； 一第一導體井，形成於該半導體基底內； 一第二導體井，形成於該半導體基底内； 一第一雜質區1該第一雜質區形成於該第一導體井 質區譬雜，而該 雜 14 本紙張又度適用中國國家標準（「咕）以規格（2丨0\2<^公釐） s H, 8 -Hi Λ ΒΓ D 417237 六、申請專利範圍 內； t-fn間讀背而之·.f-e事項再填寫木頁j 一第二雜質區，該第二雜質區形成於該第二導體井 內； 一絕緣層，該絕緣層形成於該半導體基底上；以及， 複數個接觸電極，該接觸電極穿越透過該絕緣層而分 別與該第一雜質區及該第二雜質區電性連接， 其中，在該第一雜質區形成的一接觸窗開口大於該第 二雜質區形成的一接觸窗開口。 7.—種製造半導體元件的方法，其步驟包括： 形成一第一導體井及一第二導體井於一半導體基底 內； 形成一第一雜質區於該第一導體井內； 形成一第二雜質區於該第二導體井內； 形成一第一絕緣層於該半導體基底上； 利用一定義接觸窗開□之罩幕，蝕刻該第一絕緣層， 直至曝露出該第二雜質區而形成一第一接觸窗開口； 塡入金屬材料於該第一接觸窗開口而形成一接觸窗插 塞，並且該接觸窗插塞電性連接該半導體基底； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 形成一第二絕緣層於該第一絕緣層及該接觸窗插塞之 上；以及， 利用一定義接觸窗開口之罩幕，蝕刻該第^絕緣層， 直至曝露出該第一雜質區而形成一第二接觸窗開口， 其中，在該第一雜質區形成的該第二接觸窗開口大於 該第二雜質區形成的該第一接觸窗開口。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 六、申請專利範圍 8.—種製造半導體元件的方进，其步驟包括： 形成一第一導體井及一第二導體井於一半導體基底 內； 形成一第…雜質區於該第一導體井內； 形成一第二雜質區於該第二導體井內； 形成一第一絕緣層於該半導體基底上； 利用一定義接觸窗開口之罩幕，蝕刻該第一絕緣層， 直至曝露出該第一雜質區而形成一第一接觸窗開口； 塡入金屬材料於該第一接觸窗開口而形成一接觸窗插 塞，並且該接觸窗插塞電性連接該半導體基底； 形成一第二絕緣層於該第一絕緣層及該接觸窗插塞之 上；以及， 利用一定義接觸窗開U之罩幕，蝕刻該第二絕緣層， 直至曝露出該接觸窗插塞及該第二雜質區而形成該第二接 觸窗開口， ，在該第一雜質區形成的該第一接觸窗開口大於 該區形成的該第二接觸窗開口 ° 9.4·^體元件，包括： --4\導-基底； 、· · ·〆， —第Y導體井，形成於該半導體基底內； 一第二導體井，形成於該半導體基底內； --第-雜質區，該第一雜質區形成於該第·導體井內； 一第二雜質區，該第二雜質區形成於該第二導體井內； 一第一絕緣層，該第一絕緣層形成於該半導體基底上； i·先閱讀"而.·/"-意事^4填寫木ΐ 裝 經濟部智慧財是局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4現格（210 X 297公釐） AS 六、申請專利範圍 一個接觸窗插塞，該接觸接觸窗插塞穿透過該第一絕 緣層而與該第二雜質區電性連接； 一第二絕緣層，該第二絕緣層形成於該第一絕緣層及 該接觸窗插塞之上；以及， 複數個接觸電極，該接觸電極分別與該第一雜質區及 該接觸窗插塞電性連接， 其中，在該第一雜質區形成的一接觸窗開口大於該第 二雜質區形成的一接觸窗開口。 一.先^讀片而'''"意害.;?1'-填究"吾 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210κ2<^公釐）