TWI253119B - Method for forming metal contact in semiconductor device - Google Patents

Description

1253119 九、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明係有關一種製造半導體裝置之方法，且更特別 的是有關一種用於形成金屬接點於半導體裝置中之方法。 (二） 先前技術 新近在記憶體裝置之大型積體化、微型化及高速上的 趨勢以引致了電容器面積的減小。不過，即使在半導體裝 置已高度積體化並微型化下也應該充分保障用於驅動半導 體裝置之電容器的最小電容量。 最近，當半導體裝置已減小到奈米位準的超微細尺寸 時，已相反地增加了電容器氧化物層的高度以保障所需要 的電容量。結果，大幅地彰顯了電容器氧化物層與第一金 屬接點（Ml C)之間的高度差。在此處，該第一金屬接點（M1C) 指的是第一金屬線於連接上邊電極、周緣區域內的位元線 以及電晶體之源極/汲極的接點。 第1圖係用以顯示一種習知半導體裝置的截面圖示。 如圖所示’首先係於內部形成有電晶體的基板n上形 成第一內夾絕緣層1 2。然後，透過位元線接點1 3形成連 接於基板1 1上的位元線丨4，並於該位元線1 4上形成第二 內夾絕緣層1 5。在此處，雖則係於一單元區域及一周緣區 域內形成複數個位元線丨4，然而在第〗圖只顯示了形成於 該周緣區域內的位元線1 4。 形成穿過該第一內夾絕緣層1 2及第二內夾絕緣層1 5 的複數個儲存節接點]6。之後，形成透過各對應儲存節接 點1 6連接到基板]]上的複數個電容器。更特別地，該電 1253119 谷器係包含一下邊電極17、一介電層ι8及一上邊電極19 ’其中該下邊電極1 7係依圓柱體型式形成於電容器氧化物 層20的開口內。 接下來，於包含各電容器的上述最終結構上形成第三 內夾絕緣層2 1並進行蝕刻爲第一金屬接點M〗c 22 a形成 接觸孔以便使上邊電極丨9連接到已形成於單元區域內的 第一金屬線2 3上。同時，對該第三內夾絕緣層2 1、電容 器氧化物層2 0及第二內夾絕緣層丨5進行蝕刻，爲一第二 金屬接點Μ 1 C 2 2 B形成接觸孔以便使位元線！ 4連接到周 緣區域內所形成的另一第一金屬線2 3上。 於如上所述之習知半導體裝置的結構中，係將該電容 器氧化物層2 0的高度Η增加到2 5 0 0 0埃，因此使該電容器 氧化物層2 0與和位元線} 4連接的第二μ 1 C 2 2 Β之間的高 度差大於3 5 0 0埃。因爲增加了高度差的結果，使得在該第 二Μ 1 C 2 2 Β上光電曝光製程及蝕刻製程的施行受到限制。 也就是說’由於用以形成該第二Μ 1 C 2 2 Β的孔洞很深故存 在開鑿接觸孔及增加接觸電阻上出現缺陷的問題。 在用於形成半導體裝置尺寸通常爲100奈米之M1C的 光曝光製程中，係藉由使用氪氟（Κ1· F )光曝光設備及對波長 0.86微米之深紫外線（DUV)光源具敏感性的光敏層將厚度 爲3 3 0 0 0埃的內夾絕緣層予以蝕刻。此情況中，係使用該 光敏層當作蝕刻阻擋層以形成各M 1 C。 不過，當形成很深的Μ 1 C時，可將上述以光敏層當作 蝕刻阻擋層的例子應用在]〇 〇奈米的半導體裝置上但是無 法將之應用在8 0奈米的半導體裝置上。此外，較之]〇 〇奈 -6 - 1253119 米的半導體裝置，必需在8 0奈米的半導體裝置上定義有更 小尺寸的Μ 1 C。因此，指定使用利用波長較短之光源例如 氬氟（A r F )的光曝光設備。結果，必需使用較薄的光敏層並 使得光敏層在8 〇奈米的半導體裝置內形成μ ；[ c時沒有任 何選擇性。 即使係藉由氪氟（KrF)光源定義出]vnC所需要的尺寸 時，仍然必需減小光敏層的厚度以保障意圖施行的臨界尺 寸（CD)及焦距深（D0F)。由於必需在用於形成M1C的蝕刻 製程期間減小光敏層的厚度，故實際上無法在蝕刻製程期 間應用該光敏層當作蝕刻阻擋層。據此，已嚴謹地硏究硬 遞罩顯影作業以形成深Μ 1 C。 (三）發明內容 因此，本發明的目的是提供一種用於形成深金屬接點 於半導體裝置中之方法，且即使在增加電容器氧化物靥之 高度以保障所需要之電容量時也能施行。 根據本發明的一槪念’提供一種用於形成深金屬接麵占 於半導體裝置中之方法，包含下列步驟：於基板上形成〜 連接有金屬線的底部電線；於包含基板及底部電線之基板 結構的整個表面上形成一內夾絕緣層；於該內夾絕緣層上 形成一金屬接點式硬遮罩層；形成一光敏層圖案，其定義 出在該金屬接點式硬遮罩層上的接觸孔；藉由使用該光敏 層in案當作蝕刻阻擋層對該金屬接點式硬遮罩層進行f虫刻 ;在使用該已蝕刻金屬接點式硬遮罩層當作蝕刻阻擋層1 ’對·該內夾絕緣層進行蝕刻，因此形成接觸孔；以及於¥ 1253119 接觸孔內形成連接於基板上的金屬接點。 根據本發明的另一槪念，提供一種用於形成深金屬接 點於半導體裝置中之方法，包含下列步驟：於基板上形成 一連接有金屬線的底部電線；於包含基板及底部電線之基 板結構的整個表面上形成一內夾絕緣層；於該內夾絕緣層 上形成一金屬接點式硬遮罩層；於該金屬接點式硬遮罩層 上形成一抗反射塗層（ARC);形成一光敏層圖案，以定義出 在該ARC層上的接觸孔；藉由使用該光敏層圖案當作蝕刻 阻擋層同時對該ARC層及金屬接點式硬遮罩層進行蝕刻； 在使用該ARC層及金屬接點式硬遮罩層當作蝕刻阻擋層下 ’對該內夾絕緣層進行蝕刻，因此形成接觸孔；以及於該 接觸孔內形成連接於基板上的金屬接點。 (四）實施方式 以下將參照各附圖詳細說明本發明的較佳實施例。 第2 A圖到第2 F圖係用以顯示一種根據本發明較佳實 施例用於形成金屬接點於半導體裝置中之方法的截面圖示 〇 參照第2 A圖，係於設置有電晶體的基板3丨上形成一 第一內夾絕緣層32。然後，透過位元線接點33形成連接 於基板3 1上的位元線3 4。之後，於該位元線3 4上形成第 二內夾絕緣層35。而後，透過已知方法形成該電晶體及位 元線34。同時，雖則於一單元區域及一周緣區域內形成複 數個位元線34，然而，只有形成於該周緣區域內的位元線 3 4在第2 A圖至第2 F圖有顯示。 1253119 接下來’對該第二內夾絕緣層35及第一內夾絕緣層 3 2進行蝕刻以形成複數個接觸孔，並使每〜個接觸孔內露 出基板3 1，通常對應於電晶體之源極/汲極的部分。然後， 將用於形成多數儲存節接點3 6的材料塡充到每一個儲存 節接觸孔內。此時，係以多晶矽製成儲存節接點3 6。一陸 栓塞接點（LPC)可在該儲存節接點36與基板3 }之間形成。 跟著於形成儲存節接點3 6之後，於上述已鈾刻的第二 內夾絕緣層3 5上形成電谷器氧化物層3 7，且再進行蝕刻 以形成用於製作電容器之各下邊電極的開D (未標示）。此 處，每一個開口都打開了對應的儲存節接點3 6。之後，將 用於形成下邊電極的導電層沈積於該電容器氧化物層3 7 上及進入每一個開口內再使之接受回蝕處理，因此在每一 個開口內形成圓柱體型式的各下邊電極3 8。然後，於包含 該電容器氧化物層3 7及各下邊電極3 8的上述最終結構上 形成一介電層39。於該介電層39上形成多個的上邊電極 〇 在依上述方式形成電容器之後，於包含多個電容器之 上述最終結構的整個表面上，沈積一也稱作金屬間介電層 的第三內夾絕緣層4 1。之後，執行用於形成第一金屬線 Μ 1的製程以便連接到上邊電極4 〇及形成於周緣區域內的 位兀線3 4。 參照第2 Β圖，係於第三內夾絕緣層4 1上形成用於硬 式遮罩內的錕層4 2。此時，係於兩個步驟中沈積該鋁層4 2 。更特別的是，首先係在未執行熱處理下以大槪4 〇 〇 t：及 1253119 大槪1 2仟瓦的功率形成種子鋁層。此時，該種子銘層的厚 度大槪1 5 0 0埃。然後，透過熱處理以大槪3仟瓦的功率沈 積鋁層42。此時，鋁層42的厚度大槪1 5〇〇埃，因此，最 後沈積成之鋁層42的總厚度大槪是30〇〇埃。 其中，不像習知金屬線’不需要形成通常用作黏膠層 的鈦（T i)層，因此，可在大槪1 2仟瓦的高功率下形成該種 子鋁層。然後，再伴隨著熱處理在低功率下以很慢的速率 沈積該鋁層42而允許鋁層42產生充分的回流，以致能在 該第三內夾絕緣層4 1的整個表面上形成均勻而平坦的鋁 層4 2。 之後，藉由使用物理氣相沈積（PVD)技術於鋁層42上 沈積氮化鈦（TiN)層43，其是用於形成圖案的抗反射塗層 (ARC)，直至厚度大槪200埃。再於該氮化鈦層43上沈積 氮氧化矽（SiON)層44，其是用於氪氟（KrF)光源及DUV內 的ARC層，直至厚度大槪3 00埃。 參照第2 C圖，於該氮氧化矽層4 4上塗覆一光敏層， 並藉由光曝光及顯影製程製作圖案，因此形 金屬接點MIC的光敏層圖案45。此時’係使用氯氯（KrF) 光曝光設備。光敏層圖案4 5厚度大槪〇 . 8 6微米。 接下來，使用該光敏層圖案4 5當作餓刻阻檔層’依序 對該氮氧化矽層44、氮化鈦層43及鋁層42進行融刻◦此 時，係在大槪1 2毫托（m Τ ο 1. 〇的壓力下連同由供應數里分 別爲大槪5 0 s c c. m之氯氣、大槪3 5 s c c m之氨热及大槪1 5 s c c m之三氟甲烷構成的蝕刻氣體對該氮_化彳夕4 4 ;鱼^ -1 0 - 1253119 飩刻。同時，係在大槪1 〇 m T o r 1·的壓力下連同由供應數量 分別爲大槪1 6 0 s c c m之氯氣及大槪8 0 s c c m之三氯化硼（B C 13) 構成的蝕刻氣體對該氮化鈦層4 3及鋁層4 2進行蝕刻。其 後，將由該光敏層圖案4 5形成包含鋁層4 2、氮化鈦層4 2 及氮氧化矽層4 4的上述堆層結構稱作Μ 1 C硬式遮罩層1 〇 〇 〇 參照第2 D圖，移除該光敏層圖案4 5，及藉由使用該 Μ 1 C硬式遮罩層1 0 0，更佳的是該鋁層4 2當作蝕刻阻擋層 進一步執行第一金屬接點（Ml C)製程。 更特別地，使用該Μ 1 C硬式遮罩層1 0 〇當作蝕刻阻擋 層對該第三內夾絕緣層4 1進行蝕刻以形成可露出該上邊 電極40之表面的第一接觸孔46 Α。此處，該第一接觸孔46 A 係用於形成一第一金屬接點（Μ 1 C )連接在該上邊電極4 0。 在形成該第一金屬接點（Μ 1 C )的同時，使用該Μ 1 C硬式遮 罩層1 0 0當作蝕刻阻擋層，依序對該第三內夾絕緣層4 1、 電容器氧化物層3 7及第二內夾絕緣層3 5進行蝕刻以形成 用於打開該位元線34之上邊部分的第二接觸孔46Β。此處 ，該第二接觸孔4 6 Β係用於形成連接位元線3 4上的第二 Μ 1 C。於該第一接觸孔4 6 Α和第二接觸孔4 6 Β的形成期間 ，施行過蝕刻作業以便打開該位元線3 4之上邊部分，因此 無可避免地在該Μ 1 C硬式遮罩層1 〇 〇上造成破壞。結果， 在形成該第一接觸孔4 6 Α和第二接觸孔4 6 Β之後只有部分 的鋁層4 2保持其預定厚度。以下，係將該鋁層4 2的剩餘 部分標示爲符號42 A。 1253119 對用於形成第一接觸孔4 6 A和第二接觸孔4 6 B的蝕刻 製程而言，係以用於蝕刻氧化物層的諸如四氟化碳（CF4)、 四氟化四碳（C4F4)及二氟甲烷（CH2F2)之類氣體當作蝕刻氣 體。由於鋁層4 2對上述氣體的容忍度比光敏層更強，故能 執行蝕刻製程以形成有更大邊界的很深第二接觸孔4 6 B。 參照第2E圖，係於包含第一接觸孔46A和第二接觸 孔4 6B之上述結構的整個表面上，形成由氮化鈦及鈦構成 扮演著抵住各Μ 1 C之阻擋金屬層角色的阻擋金屬4 7。以下 ，係將由氮化鈦及鈦構成的阻擋金屬47稱作氮化鈦/鈦阻 擋金屬層。然後，於該氮化鈦/鈦阻擋金屬層4 7上沈積鎢 (W)層48，直到充分地塡充入該第一接觸孔46Α和第二接 觸孔46Β內。此時，該氮化鈦/鈦阻擋金屬層47係藉由依 序沈積一鈦層然後再沈積一氮化鈦層而形成的。同時，透 過使用化學氣相沈積（CVD)技術沈積該鎢層48。 參照第2 F圖，在該鎢層4 8上執行回蝕製程以移除沈 積在該第三內夾絕緣層4 1上鎢層4 8的一部分。由此回蝕 製程，可形成各塡充到該第一接觸孔4 6 Α和第二接觸孔4 6 Β 內的複數個鎢栓塞4 8 A。此時’移除了該第三內夾絕緣層 4 1上所沈積的剩餘鋁層4 2 A、氮化鈦/鈦阻擋金屬層4 7及 鎢層48。同時，將塡充到該第一接觸孔46A和第二接觸孔 4 6 B內的氮化鈦/鈦阻擋金屬層4 7稱作剩餘氮化鈦/鈦阻擋 金屬層並標示爲符號4 7 A。 在用於形成鎢栓塞4 8 A的回蝕製程中，係在大槪8毫 托（mT〇r〇的壓力下連同由供應數量分別爲大槪]〇sccm之 -12- 1253119 氮氣及大槪1 Ο 0 s c c m之六氟化硫構成的蝕刻氣體對該鎢層 4 8進行飩刻。此時，係以六氟化硫當作主蝕刻氣體。蝕刻 係終止於該氮化鈦/鈦阻擋金屬層4 7的氮化鈦層。 在施行回蝕製程之後，係在大槪9毫托（m To rr)的壓力 下連同由供應數量分別爲大槪llOsccm之氮氣及大槪1〇 seem之三氯化硼（BC13)，在臨場情況下移除該氮化鈦/鈦阻 擋金屬層4 7及剩餘鋁層4 2 A。一般而言，係設計一用於上 述回蝕製程的槽以供應由六氟化硫、氯氣及三氯化硼構成 的蝕刻氣體。如是，當對鎢層4 8上執行回蝕製程時，首先 供應對鎢具有良好蝕刻選擇性的六氟化硫當作蝕刻氣體。 之後，將由氯氣及三氯化硼構成的蝕刻氣體供應到槽內以 移除該氮化欽/鈦阻擋金屬層4 7。 本發明的一項優點是，由於使用於蝕刻該Μ 1 C硬式遮 罩層1 〇 0之鋁層4 2的蝕刻氣體係和該氮化鈦/鈦阻擋金屬 層 4 7之移除所使用的蝕刻氣體同樣是由氯氣及三氯化硼 ，故可在未於蝕刻槽內作任何改變且未造成額外成本下， 將剩餘鋁層42Α蝕刻掉。 同時，可能在使用由氯氣及三氯化硼構成的蝕刻氣體 移除該氮化鈦/鈦阻擋金屬層4 7的過程中使鎢栓塞4 8 Α受 到破壞。不過，由於鎢層4 8對由氯氣及三氯化硼構成的蝕 刻氣體具有很強的容忍度，故各鎢栓塞4 8 A不致出現嚴重 的凹陷。

在上述回蝕製程之後，分別於該第一接觸孔4 6 A和第 接觸扎4 6 B內形成各包含剩餘氮化欽/鈦阻擋金屬層4 7 A 1253119 及鎢栓塞4 8 A的第一 Μ 1 C和第二M 1 C。再於每一個鎢栓塞 4 8 A上沈積鋁層並施行圖案製作以形成多數個第一金屬線 49 ° 如上所述，係藉由使用具有比光敏層更高之選擇性的 鋁層當作Μ 1 C硬式遮罩層以執行Μ 1 C的形成製程。因此 ，即使在使用於習知1 〇 〇奈米之半導體裝置的光曝光設備 及製程下，也能夠於具有奈米位準之超微細尺寸的半導體 裝置內形成例如大槪8 0奈米及6 0奈米的很深Μ 1 C。 上述較佳實施例解釋了 一種將Μ 1 C連接在位元線上的 例子。不過，也能夠形成一很深的Μ 1 C以連接到電晶體落 在周緣區域內的閘極電極上以及一電晶體的源極/汲極上。 本發明含有和2003年12月15日向韓國專利局提出的 專利申請案第KR 2 0 0 3 - 0 0 9 1 1 0 0號文件相關的主題，在此 將結合其全部揭示內容當作本發明的參考文獻。 雖則已針對某些較佳實施例說明了本發明，對熟悉習 用技術的人而言很淸楚的是可在不偏離本發明所附申請專 利範圍之精神及架構下作各種改變和修正。 (五）圖式簡單說明 本發明的上述及其他目的及特性將會因爲以下參照各 附圖對顯示用實施例的詳細說明而變得更明顯。 第1圖係用以顯示一種習知半導體裝置的截面圖示。 第2 Α圖到第2 F圖係用以顯示一種根據本發明較佳實 施例用於形成金屬接點於半導體裝置中之方法的截面圖示 4- 1253119 主要元件符號說明 11 基 板 12 第 一 內 夾 絕 緣 層 13 位 元 線 接 點 14 位 元 線 15 第 二 內 夾 絕 緣 層 16 儲 存 節 接 點 17 下 邊 電 極 18 介 電 層 19 上 邊 電 極 20 電 容 器 氧 化 物 層 2 1 第 二 內 夾 絕 緣 層 22 A 第 一 金 屬 接 點 22B 第 二 金 屬 接 點 23 第 — 金 屬 線 3 1 基 板 3 2 第 — 內 夾 絕 緣 層 3 3 位 元 線 接 點 3 4 位 元 線 3 5 第 二 內 夾 絕 緣 層 3 6 儲 存 節 接 點 3 7 電 容 PP 益 氧 化 物 層 3 8 下 邊 電 極 介電層 1253119 40 上 邊 電 極 4 1 第 二 內 夾 絕 緣層 42 鋁 層 42 A 剩 餘 鋁 層 43 氮 化 鈦 層 44 氮 氧 化 矽 層 45 光 敏 層 圖 案 46 A 第 — 接 觸 孔 46B 第 二 接 觸 孔 47 氮 化 鈦 /鈦阻擋金 屬 層 47 A 剩 餘 的 氮 化 鈦/鈦 阻 擋金屬層 48 鎢 層 48 A 鎢 栓 塞 49 第 — 金 屬 線 1 00 Μ 1C 硬 式 遮 罩層 Ml 第 一 金 屬 線 MIC 第 — 金 屬 接 點

Claims (1)

1253119 十、申請專利範圍： 種用於形成金屬接點於半導體裝置中之方法，包含下 列步驟： 於一基板上形成一底部電線，與一金屬線連接； 方< 包含基板及底部電線之基板結構的整個表面上形 成一內夾絕緣層； 於該內夾絕緣層上形成一金屬接點式硬遮罩層； 开多成一光敏層圖案’定義出在該金屬接點式硬遮罩 層上的接觸孔； 藉由使用該光敏層圖案當作蝕刻阻擋層，蝕刻該金 屬接點式硬遮罩層； 使用該已餓刻金屬接點式硬遮罩層當作蝕刻阻擋層 下’鈾刻該內夾絕緣層，因此形成接觸孔；以及 於該接觸孔內形成連接於基板上的金屬接點。 2 .如申請專利範圍第！項之方法，其中該金屬接點式硬遮 罩層係由鋁層形成的。 3 .如申請專利範圍第2項之方法，其中於兩個步驟中沈積 該鋁層，在溫度大槪4 0 0 t及大槪1 2仟瓦的功率直到形 成厚度大槪1 5 0 0埃的種子鋁層，再以大槪3仟瓦的功率 沈積直到厚度大槪1 5 0 0埃的鋁層。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由使用氪氟（KrF) 光曝光設備施行該光敏層圖案的形成步驟。 5 ·如申請專利範圍第]項之方法，其中於該接觸孔之形成 步驟中，藉由使用如四氟化碳（C F 4)、四氟化四碳（C 4 F 4) 1253119 及二氟甲烷（CHd2)之類蝕刻氣體之一對該內夾絕緣層 進行触刻。 6 . —種用於形成金屬接點於半導體裝置中之方法，包$ τ 列步驟： 於一基板上形成一底部電線，與一金屬線連接； 於包含基板及底部電線之基板結構的整個表面上形 成一內夾絕緣層； 於該內夾絕緣層上形成一金屬接點式硬遮罩層； 於該金屬接點式硬遮罩層上形成一抗反射塗層（arc) ·， 形成一光敏層圖案，定義出在該ARC層上的接觸孔； 藉由使用該光敏層圖案當作一蝕刻阻擋層，同時對 該ARC層及金屬接點式硬遮罩層進行蝕刻； 使用該ARC層及金屬接點式硬遮罩層當作蝕刻阻擋 層，對該內夾絕緣層進行蝕刻，因此形成接觸孔；以及 於該接觸孔內形成金屬接點連接於基板。 7 .如申請專利範圍第6項之方法，其中該金屬接點式硬遮 罩層係由鋁層形成的。 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中於兩個步驟中沈積 該鋁層，在溫度大槪400 °C及大槪1 2仟瓦的功率下直到 形成厚度大槪1 5 00埃的種子鋁層，再以大槪3仟瓦的功 率沈積直到厚度大槪1 5 0 0埃的鋁層。 9 .如申請專利範圍第6項之方法，其中藉由使用氪氟（K r F) 光曝光設備施行該光敏層圖案的形成步驟。 ]〇.如申請專利範圍第6項之方法，其中於該接觸孔之形丨永 -18- 1253119 及二氟甲烷（CH2F2)之類蝕刻氣體之一對該內夾絕緣層 進行齡[刻。 1 1 .如申請專利範圍第6項之方法，其中藉由依序形成一氮 化鈦（TiN)層及一氮氧化矽（SiON)層以形成該ARC層。