TW432627B - Method of manufacturing semiconductor device having interconnection composed of doped polysilicon layer - Google Patents

Description

Α7 Γ P4 326 2 7 Β7_ 五、發明説明（i )， 發明領域： 本發明傺有關於一種半導體裝置之製造方法，特別是 指一種含有由摻雜聚砂層所構成之内連接的半導韹裝置的 製造方法。 柑闘習知技術之描述： 通常，當半導體裝置的操作速度變快時，傳達電子訊 號之内連接變成一値重要因素；一艏鋁的金屬層被廣泛使 用來做為内連接；然而，因為金鼷内連接具有低的熔點且 很難形成一細撤的圖案，使該金屬内連接形成在後面的製 程；且，該金饜内連接被廣泛使用在有許多電流流過之電 源線及接地線。摻雜聚矽層具有高的熔點且容易形成一個 細微圖案，因此被廣泛使用在半導髏裝置的局部内建接。 然而，該摻雜聚矽層之電阻並不夠低來因應高速的半導髏 裝置。因此，由摻雜聚矽層§含有爾熱金屬之牵屬矽化物_.. 、層舅成之多矽羞化金屬層被廣泛使用在半導韹裝置jllJg 内凄接例如，DRAM装置的位元線。 第1圔至第3圖所示係傳統半導髏装置之製造方法； 圖中顯示為DRAH装置之晶粒陣列區的一部份。 第1圖描述内介電層圖案7及摻雜聚矽層9之形成步 驟；一隔離層3形成於半導體基體1上之一個區域；然後 ，一閛極氧化層形成於一隔離層間之活動區之表面上，且 多數阔閛電極5形成在閛極氧化層之一傾預先決定的區域 ·>每一個閛電極5作動當作一筷DRAH裝置之字元線；接著 -4 - 本纸張尺度通用中國國苳標準（CNS ) Λ4规格（210X297公,f ---------^------1------- (讀先閱讀背面之.注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作牡印繁 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印装 Γ432627 ___B7五、發明説明（2 ) ，一内介電層，即一BPSG層形成在閛電極5被形成之所得 構造的整値表面上；該介電層被圔案以形成具有一値暴露 於相鄰閘電極5間之活動區之位元接觸孔之介電層圖案7 ♦•該摻雜磷（P)之聚矽層9形成在内介電層圖案7的整姮表 面，其厚度足夠完全充滿位元接觸孔；該摻雜聚矽層9偽 一内部摻雜聚矽層；三氫化磷（PH3)氣髏被廣泛使用為形 _成該摻雜聚矽層之揍氣體;解離之£_原_子落置於摻雜_聚_ ..砂層9之晶粒邊界區域中；因此，相鄰晶粒間之鍵能遂降 低。 第2圖描逑(回蝕聚矽層Sa荩形成步驟；該摻雜之聚矽 層9偽以毯覆性蝕刻方式通過乾式蝕刻，以在介電層圖案7 上形成5G0〜1000〗之回蝕聚矽層9a ;該毯覆性蝕刻傳統上 偽藉由具有極佳均勻蝕刻或反應離子蝕刻（HERIE) 之反應離子蝕刻（RIE)來完成；這一次，萝摻雜踅矽層9 之晶粒間的鍵能遂降低而使粒邊界區域応辣刻速率較 — ..' — - -----—----- — 晶粒為快；因此，回蝕聚矽層93茧此一部份遂尨移Μ , ί吏iL電案7暴露一區 第3 _描述金屬矽化物層11之形成步驟；該金竭矽化 物層11,即矽化鎢層，形成在回蝕聚矽層9a被形成之所得 構造的整個表面；這一次，該金靥矽化物層11沒有被沉積 在預先決定之暴露介電層圖案7的區域”A”上；這是因為 介於該金屬矽化物層1丨和介電層圖案7間之附著性弱；隨 後，該金鼷矽化物層1 l·及該回蝕聚矽層3a被依序地形成圖 案，以肜成一滴泣元線，卽一阔由回蝕聚矽層圖案及金霸 A7 ---------:參-----:—訂------广，— (請先閲讀背面·-¾注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標隼（cns )人4規_洛t_ 2i〇x：：d4 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印繁 颴4 32 6 2 7 a? B7 - __ __________ - 五、發明説明（3 ) 矽化物層圖案構成之區域内連接。 由以上描逑，藉由傅統半導體裝置之製造方法t在毯 覆性蝕刻方式形成回蝕聚矽層的期間，一部份的摻雜聚矽 層被移除開，以暴露介電層圖案區域；因此，該金颶矽化 物層沒被形成於整值回蝕聚矽層形成之所得構造的表面； 如此造成一結果，當一屆位元線穿越通過該介電層圔案之 暴露區域，其將産生位元線的損壞.因而導致半導體裝置 的産生不良功能。 發明概要： 為了解決以上問題，本發明之目的偽提供一豳半導體 裝置之製造方法（.使能_夠_防/ 〜蝕刻期遛锻_移除患… 因此，為達到本發明上述的目的，一内介電層被形成 於半導體基體上，且一摻雜聚5夕層被形成於該内介電層上 ;該内介電層可以形成以包含一雜質或非摻雜矽酸鹽玻璃 (USG)層之BPSG層；又，該内介電層可以具有一暴露較低 傳導層之接觸孔，例如一摻雜一雜質之半導體基體的活動 區；該聚矽層通常摻雜内部，旦三氫化磷^H3)氣體被麂 泛使里為摻質體；這一次，解離之P原子落置於摻雜聚 矽層之晶粒中；然後，該摻雜聚矽層被毯覆性_刻以形成 一個具有預先決定厚度之回蝕聚矽層在内介電層上；該摻 雜聚矽層之毯覆性蝕刻通常經遇反應_子蝕刻（SIE)或磁 場強化反應離子蝕刻（MESIE)來完成；詳細詋來，該具有 本紙張尺度通用中S國家標準（CNS ) Λ4規格U10X.W公釐i ----------裝-----，—ΐτ------Γ1 (讀先閱讀背面之注意箏項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 r §432627 五、發明説明（4 ) 慘雜聚砂層之所得構造被載入到一反應室，然後一含有碩 氣體及一含氣氣體連同一類如SFs&Cla之蝕刻氣體一起噴 入反應室；該含碩氣髏最好是磺，CF4, 其中 * _ —I· , 之一，該含氣氣體最好是氧或氣與氦之混合氣體；當含碩 氣體被噴入在毯覆性蝕刻摻雜聚矽層期間，磺滲\摻雜翠 、、砂J立愚多區域，以」I加一晶粒間之鍵熊；因此，在摻 雜聚矽層之晶粒邊界區域的蝕mmm被降低，以形成一具 相同fj之回蝕聚矽ρ;如此造成一結果，在毯覆性蝕刻 期間該摻雜聚矽層沒被移除開，且内介電餍防止被暴露； 然而，有過多的c原子存在於回蝕聚矽層之表面上；該過 多的C原子在與含氧氣體之氧作用形成C〇2 ，如此從回蝕 聚矽層之表面上移開該C原子；隨後，一金屬矽化物層， 例如一矽化銪層，被形成回蝕聚矽層上；該矽化_層及回 蝕聚矽層砍序地被形成圖案，以形成一内連接。 拫據本發明，該摻雜聚矽層被毯覆性蝕刻當含磺氣體 及一含氣氣體被供給用來形成在内介電層的整磨表面上具 有相同厚度之回蝕聚矽層；如此造成一結果，在在毯覆性 蝕刻期間該摻雜聚矽層被移除開的情行被抑制住，使内介 電層防止被暴露；因此，該由摻雜聚矽層所溝成之内連接 的圖案没有缺陷 圖示簡單説明： 本發明上逑目的及慶點將藉由附上之圖示以一較佳實 施例作更多描述，其中： 本紙杀尺度適用中國國家標隼；CNS ) Λ4規珞、2丨0:<29,公釐） -- (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T * 14326 2 7 Α7 Β7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 五、發明説明（5 ) 第1圖至第3圖所示偽傳统半導體装置之製造方法。 第4A、 5A及6圖所示偽依據本發明之半導體裝置 之製造方法。 第4 B圖所示傺第4 A圖之摻雜聚矽層的原子陣列。 第5 B圖所示葆第5A圖之形成回蝕聚矽層的方法。 較佳實施例之描述： 在這之後，一適用於DRM裝置之較佳實施例將被描述 出來，藉由参考附上之圔示；無論如何*該發明並不限定 在DRAK裝置，且可被適用於製造任何具有由摻雜聚矽層所 構成之内連接的半導體。 第4圖所示偽一具有接觸洞及摻雜聚矽層29之内介電 層圖案27的形成步驟；一隔離層23,例如一藉矽之區域氧 化法（LOCDS)方式形成之場氧化層，偽形成在半導體基證 21上之一區域；該隔離層23可以被形成藉由一渠溝隔離方 法；然後，一閜棰绝緣層被形成於隔離層23部份間之一活 動區域上，多數涠穿越通過一閛極絶縳層之預先決定區域 的閛電極25被形成；該閛電極25作動當作該DRAM隔室之位 元線；隨後，一内介電層，洌如一 BPSG層或非摻雜矽酸鹽 玻璃（USG)層，其偽形成在閛電極25形成之所得構造的整 腌表面上；該内介電層被圖案以形成具有暴露一介於相鄰 閘電極25間之活動區之位元線接镯孔的内介電層圖案27 ; 該摻雜聚矽層2 9之厚度足夠完全填滿接觸孔；該摻雜聚矽 層23偽内部摻雜磷（P);這一次，三氫化磷（PD氣體通常 *4衣— (請先Μ讀背面之注意事項再填寫t頁) 訂

V 本紙掁尺度適用中國國家椋準：CNS ) 規格（210X3,公埯） 經濟部中央標率局貝工消費合作社印裝 F4 326 2 T 3?7 一. …— 五、發明説明（6 ) 被使用為摻質氣髏，該内部摻雜過程在_5_35〜54 0 完成； 以磷内部沉積在摻雜聚矽層29中，P原子被解離在矽晶粒 建界區域，如第4B圖所示，如此降低相鄰矽晶粒間之鍵 能。 第5A圔所示傺一回蝕聚矽層29a之形成步驟；一隔 離層23,且第5 B圖所示葆第5A圖之形成回蝕聚矽層的 方法；該摻雜聚矽層29偽以毯覆性蝕刻形成比摻雜聚矽層 2S薄之2 95 0 0〜100 的回蝕聚矽層29a;該回蝕聚矽層29a 盡可能愈薄愈好，以縮小由金屬矽化物層組成之内介電層 與該隨後完成之回蝕聚矽層23a的阻抗；因此，該回蝕聚 矽層29a可以薄於500〗；摻雜聚矽層29最好經由具極好相 同蝕刻性之反應離子蝕刻（RIH)或磁場強化反應離子蝕刻 (MERIE)之毯覆性蝕刻來完成；這一次，同時具有類如SFe 及CU蝕刻氣體之含氪及含氣的氣體被額外供給到RIE或 MERIE的製程；該.含磺躯__最好是碩，CF4, CHF3：ac3Fs其 中之一，該含氧氣鹾最好是氧或氧與氪之混合氣體；該混 合氣體\気> (氣篇積比最好為(7 : 3' ;當摻雜聚矽層29使用 •含瀹氣為與铨氧氣_來毯覆性蝕刻時，該回独聚矽層29a 一致形成在内介電層圖案27上，如第5A圖所示；這是因 為C原子像Si原子為四價，其可穿透進入在毯覆性蝕刻期 間P原子脫離的位置，如第5 B圖，以增加矽晶粒間之鍵 能；在此處，C原子由含碳原子提供；然而，該C原子傺 過量的提供，使得回蝕聚矽層29a之表面上形成一硪屬； 該含氣氣體之氧氣逑與G原子層作用産並産生C03 ，因而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4^烙，、2I0X297公f 1 ---------.,1-----—!!------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ¥432627 五、發明説明（7 ) 從回蝕聚矽層29a之表面將碩原子移開。 第6圖所示偽金屬矽化物層圖案31及平面化内介電層 33之形成步驟；該金屬矽化物層圖案31，例如矽化鎮層， 具低的電阻，其偽被形成於回蝕聚矽層29a之整個表面上 ••隨後，金魇矽化物層31及回蝕聚矽層29a依序地被形成 圖案，以一由摻雜聚矽層及金1矽化物層圖案組成之穿越 通過接觸孔的内連接；一平面化内介電層偽為在形成内連 接之處之所得構造的整摘表茴上於〜30 (TC熱流動之 BPSG層；這一次，如果平面化内介電層33沒有移除C原子 層及形成，如第5 B圔所示，該平面化內介電層將會被移 開；然而，因為硪原子層《含氧氣體而被移開，該平面化 内介電層33可完全附著。 根據本發明，當該擦雜聚矽層被毯覆性蝕刻，含硪氣 體及一含氧氣體被額外供給，用來形成在内介電層圖案上 一致之回蝕聚矽層；如此防止回蝕聚矽層被移開且暴露内 介電層圖案；因此，一金屬矽化物層圖案可被一致形成在 回蝕聚矽層上，得到一可靠的，不損隳的内建接， 本發明述不局限於上逑實施例中，且熟習此項技能者 所能改變修正皆包含在内。 元件编號對照表： 1,21半導體基體 3,23 隔離層 5,25 閘電極 7,2 7 内介電層圖案 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α·4規格，、：：！0\29'公釐） ---------，裝— (請先閱讀背面之注^^*^項再填寫本頁) 訂 一丨· §43262 A7 B7 五、發明説明（ 9,29 摻雜聚矽層 9a,29a 回蝕聚矽層31 金颶矽化物層圖案 33 平面化内介電層 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

V

,1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x2^公釐）

Claims (1)

1. f 1432627 六、申請專利範圍 ABCD

   第87101936號專利申請案申請專利範固修正本 修正日期：89年09月 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 種半導體裝置之製造方法，其係包含下列步驟： a) 在一f導體基體上形成一内介電層圖案； b) 於該时電層圖㈣形成處之所得構造的整個表面 上，形成一變色直廣^聚矽層j c) 當額外供給一含碳氣體及—含氧氣體時，被毯覆性 蝕刻該被摻雜的聚矽層，以藉此在該内介電層圖案上 形成一回蝕聚矽層；以及 d) 形成一金屬矽化物層於該回蝕聚矽層的整個表面 上》 2. 如申請專利範圍第i項之製造方法，其中該内介電層圖 案係由一氧化矽層所形成。 3. 如申請專利範圍第丨項之製造方法，其中該含碳氣體係 被選自於由下列群組所組成之—者：碳、CF<、chf 及咕。 3 4. 如申請專利範圍第丨項之製造方法，其中該含氧氣趙係 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 破選自於由下列群組所組成之一者：〇2、〇2與氦的混 合氣體。 5. 如申凊專利範圍第1項之製造方法，其中該金屬石夕化物 層係由一矽化鎢層所形成。 6. 如申請專利範圍第1項之製造方法，於形成該金屬矽化 物層之步驟d)之後，進一步包含下列步驟： 依序地圖案化該金屬矽化物層及該回蝕聚矽層，以藉 本紙張纽邮中國國家轉（CMS > 44賴· ( 210X29^4·釐） Α8 Β8 C8 D8 Γ Γ4 32 6 2 六、申請專利範圍 此形成一由一被摻雜的聚矽層圏案及一金屬矽化物層 圊案所組成之内連接；以及 形成一被平面化的内介電層於該内連接被形成處之所 侍構造的整個表面上。 7.如申請專利範圍第6項之製造方法，其中該被平面化的 内介電層係為一於8o〇〜9〇〇t被熱流動之81>5(}層。 8·如申清專利範圍第1項之製造方法，其中該毯覆性蝕刻 係藉由一磁場強化反應離子1蝕刻（MERIE)所完成。 9.如申請專利範圍第8項之製造方法其中該MERIE係使 用Cl:及3卩6被完成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -1T 铲 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS 規格（2丨0乂29_7^-羡可