自对准接触孔的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种自对准接触孔的形成方法，包括步骤：采用硬质掩膜层定义形成浅沟槽结构的场氧；形成第一介质层；在凹陷结构的第一介质层的表面形成第二保护层；以第二保护层为自对准掩膜将第二保护层覆盖区域外的第一介质层和硬质掩膜层去除；形成栅极结构；在多晶硅栅的侧面形成第一氮化硅侧墙同时在第一介质层的侧面形成第二氮化硅侧墙，第二氮化硅侧墙将有源区和所述场氧的边界覆盖；形成层间膜；进行光刻刻蚀形成接触孔的开口；在接触孔的开口中填充金属。本发明专利技术能使接触孔的底部区域自对准的位于有源区的内部，防止接触孔的底部偏移到场氧上，并能防止器件由此产生的漏电以及能提高器件的可靠性。

Self aligning contact hole forming method

The invention discloses a method for forming a self-aligned contact hole, which comprises the following steps: defining the field oxygen to form a shallow groove structure by using a hard mask layer; forming a first medium layer; forming a second protective layer on the surface of the first medium layer of a concave structure; and taking the second protective layer as a self-aligned mask to cover the second protective layer outside the area covered by the second protective layer. The first dielectric layer and the hard mask layer are removed; the grid structure is formed; the first silicon nitride side wall is formed on the side of the polysilicon gate and the second silicon nitride side wall is formed on the side of the first dielectric layer; the second silicon nitride side wall covers the boundary of the active area and the field oxygen; the interlayer film is formed; and the contact hole is formed by photoetching. Opening; filling metal in the opening of the contact hole. The invention can make the bottom area of the contact hole self-aligned within the active region, prevent the bottom of the contact hole from shifting to the field oxygen, prevent the leakage of the device and improve the reliability of the device.

【技术实现步骤摘要】
自对准接触孔的形成方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种自对准接触孔的形成方法。
技术介绍
在集成电路制造工艺过程中，随着器件尺寸的不断缩小，为了缩小器件的尺寸，有源区的尺寸需要不断缩小，接触孔的尺寸由于工艺能力的问题，不能随之缩小，经常会有接触孔落在较小的有源区的情况，而且由于工艺间的波动，接触孔会落在浅沟槽隔离区即浅沟槽场氧。由于接触孔需要穿过由二氧化硅组成的层间膜，而浅沟槽场氧的介质层也为二氧化硅，故刻蚀接触孔的层间膜的同时会对浅沟槽场氧产生刻蚀，使得接触孔会深入浅沟槽隔离区内部，当达到一定深度时，会造成器件的漏电及可靠性问题；如图1所示，是现有自对准接触孔的形成方法形成的接触孔的结构示意图；在半导体衬底如硅衬底101上形成由场氧102，该场氧102为浅沟槽场氧，由场氧102隔离出来的半导体衬底101组成有源区。在半导体衬底101的表面上方形成由层间膜103，接触孔104穿过层间膜103。接触孔104的形成工艺是先光刻定义出形成区域，之后对形成区域的层间膜103进行刻蚀，之后再填充金属层。随着器件尺寸的不断缩小，有源区的尺寸也会不断缩小，但是位于顶层的接触孔104的尺寸由于工艺能力问题不能按照相同的比例缩小。这样接触孔104的尺寸会相对较大，在接触孔104对应的光刻工艺中不可避免的产生光刻偏移，由于接触孔104在正常情况下是要和有源区的表面接触，随着器件尺寸的减小，接触孔104的光刻偏移很容易偏移到场氧102的上方；这样在后续的对层间膜103的刻蚀时也会对底部的场氧102产生刻蚀，最后填充金属时接触孔104的金属深入到场氧102的内部，如标记105所示，当深入的深度较深时，就会造成器件的漏电及可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自对准接触孔的形成方法，能使接触孔的底部区域自对准的位于有源区的内部，防止接触孔的底部偏移到场氧上，并能防止器件由此产生的漏电以及能提高器件的可靠性。为解决上述技术问题，本专利技术提供的自对准接触孔的形成方法包括如下步骤：步骤一、在半导体衬底上形成浅沟槽并在所述浅沟槽中填充场氧，由所述场氧隔离出有源区，各所述有源区呈条形结构并平行排列；所述浅沟槽的刻蚀区域通过覆盖于所述有源区表面的硬质掩膜层定义。步骤二、形成第一介质层，所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面以及所述硬质掩膜层的顶部表面和侧面并在所述场氧的顶部形成一凹陷结构。步骤三、在所述凹陷结构的所述第一介质层的表面形成第二保护层，所述第二保护层的顶部表面高度低于所述硬质掩膜层顶部表面的所述第一介质层的顶部表面的高度。步骤四、以所述第二保护层为自对准掩膜将所述第二保护层覆盖区域外的所述第一介质层和所述硬质掩膜层去除，之后去除所述第二保护层；剩余的所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面并将所述有源区的表面打开，相邻的所述第一介质层之间的宽度大于等于对应的所述有源区的宽度。步骤五、形成栅极结构，所述栅极结构包括依次叠加的栅介质层和多晶硅栅，所述多晶硅栅呈条形结构且所述多晶硅栅的长度和所述有源区的长度垂直。步骤六、在所述多晶硅栅的侧面形成第一氮化硅侧墙，在形成所述第一氮化硅侧墙的同时在所述第一介质层的侧面也形成第二氮化硅侧墙，所述第二氮化硅侧墙将所述有源区和所述场氧的边界覆盖，使相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间的间距小于对应的所述有源区的宽度。步骤七、形成层间膜；进行光刻定义出所述接触孔的顶部的形成区域，对所述层间膜进行刻蚀形成所述接触孔的开口，所述接触孔的开口的底部区域由相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间区域自对准定义使所述接触孔的底部区域完全位于所述有源区内部，防止对所述层间膜的刻蚀工艺在所述有源区和所述场氧的边界处产生对所述场氧的刻蚀。步骤八、在所述接触孔的开口中填充金属。进一步的改进是，步骤一采用如下分步骤：步骤11、在所述半导体衬底表面形成硬质掩膜层。步骤12、光刻定义出所述有源区的形成区域，并所述有源区的形成区域外的所述硬质掩膜层去除。步骤13、以所述硬质掩膜层为掩膜对所述半导体衬底进行刻蚀形成所述浅沟槽。步骤14、在所述浅沟槽中填充氧化层形成所述场氧。进一步的改进是，步骤14中还包括对所述场氧进行回刻以调节所述场氧的顶部表面高度的步骤。进一步的改进是，所述硬质掩膜层的材料包括氧化硅或氮化硅。进一步的改进是，步骤二中所述第一介质层的材料为氮化硅。进一步的改进是，步骤三中采用光刻胶作为所述第二保护层。进一步的改进是，形成所述第二保护层的步骤包括：步骤31、进行涂胶形成所述光刻胶，所述光刻胶将所述凹陷结构完全填充并延伸到所述凹陷结构外的所述第一介质层的表面。步骤32、对所述光刻胶进行刻蚀，使刻蚀后仅保留于所述凹陷结构的底部区域中的所述光刻胶作为所述第二保护层。进一步的改进是，步骤五包括如下分步骤：步骤51、依次在所述半导体衬底表面形成所述栅介质层和所述多晶硅栅。步骤52、光刻定义出所述栅极结构的形成区域。步骤53、将所述栅极结构的形成区域外的所述多晶硅栅和所述栅介质层都去除，由保留于所述栅极结构的形成区域的所述栅介质层和所述多晶硅栅叠加形成所述栅极结构。进一步的改进是，步骤六中形成所述第一氮化硅侧墙和所述第二氮化硅侧墙的步骤包括：步骤61、依次沉积第三氮化硅层和第四氧化硅层。步骤62、采用普遍刻蚀工艺依次对所述第四氧化硅层和所述第三氮化硅层进行刻蚀在所述多晶硅栅的侧面自对准形成第一氧化硅侧墙和所述第一氮化硅侧墙以及在所述第一介质层的侧面自对准形成第二氧化硅侧墙和所述第二氮化硅侧墙。步骤23、去除所述第一氧化硅侧墙和所述第二氧化硅侧墙。进一步的改进是，步骤六中形成所述第一氮化硅侧墙和所述第二氮化硅侧墙的步骤包括：步骤21、沉积第三氮化硅层。步骤22、采用普遍刻蚀工艺依次对所述第三氮化硅层进行刻蚀在所述多晶硅栅的侧面自对准形成所述第一氮化硅侧墙以及在所述第一介质层的侧面自对准形成所述第二氮化硅侧墙。进一步的改进是，步骤六形成所述第一氮化硅侧墙和所述第二氮化硅侧墙之后还包括进行源漏注入在所述多晶硅栅的两侧形成源区和漏区的步骤，所述源区和所述漏区分别和对应的所述第一氮化硅侧墙自对准。进一步的改进是，在形成了所述源区和所述漏区之后还包括在所述源区和所述漏区的表面形成钴合金的步骤。进一步的改进是，所述层间介质层由第一层间介质层和第二层间介质层叠加而成，形成步骤包括：步骤71、采用高密度等离子体化学气相沉积工艺形成所述第一层间介质层，所述第一层间介质层将所述多晶硅栅之间的间隔区域完全填充。步骤72、采用化学机械研磨工艺对所述第一层间介质层进行平坦化。步骤73、沉积所述第二层间介质层。进一步的改进是，所述层间介质层的材料为二氧化硅。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。本专利技术通过在场氧形成之后，利用定义有源区的硬质掩膜层自对准的在场氧的表面形成第一介质层，第一介质层之间的间距会大于等于有源区的宽度而会使场氧和有源区之间的边界不可避免会部分甚至全部暴露。但是在形成栅极结构之后，在多晶硅栅的侧面形成第一氮化硅侧墙的同时在第一介质层的侧面也形成第二氮化硅侧墙，第二氮化硅侧墙同样是自对准的形成于第一介质层的侧面，在形成第二氮化硅侧墙之后，第二氮化硅侧墙会将有源区和场氧的边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自对准接触孔的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在半导体衬底上形成浅沟槽并在所述浅沟槽中填充场氧，由所述场氧隔离出有源区，各所述有源区呈条形结构并平行排列；所述浅沟槽的刻蚀区域通过覆盖于所述有源区表面的硬质掩膜层定义；步骤二、形成第一介质层，所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面以及所述硬质掩膜层的顶部表面和侧面并在所述场氧的顶部形成一凹陷结构；步骤三、在所述凹陷结构的所述第一介质层的表面形成第二保护层，所述第二保护层的顶部表面高度低于所述硬质掩膜层顶部表面的所述第一介质层的顶部表面的高度；步骤四、以所述第二保护层为自对准掩膜将所述第二保护层覆盖区域外的所述第一介质层和所述硬质掩膜层去除，之后去除所述第二保护层；剩余的所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面并将所述有源区的表面打开，相邻的所述第一介质层之间的宽度大于等于对应的所述有源区的宽度；步骤五、形成栅极结构，所述栅极结构包括依次叠加的栅介质层和多晶硅栅，所述多晶硅栅呈条形结构且所述多晶硅栅的长度和所述有源区的长度垂直；步骤六、在所述多晶硅栅的侧面形成第一氮化硅侧墙，在形成所述第一氮化硅侧墙的同时在所述第一介质层的侧面也形成第二氮化硅侧墙，所述第二氮化硅侧墙将所述有源区和所述场氧的边界覆盖，使相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间的间距小于对应的所述有源区的宽度；步骤七、形成层间膜；进行光刻定义出所述接触孔的顶部的形成区域，对所述层间膜进行刻蚀形成所述接触孔的开口，所述接触孔的开口的底部区域由相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间区域自对准定义使所述接触孔的底部区域完全位于所述有源区内部，防止对所述层间膜的刻蚀工艺在所述有源区和所述场氧的边界处产生对所述场氧的刻蚀；步骤八、在所述接触孔的开口中填充金属。...

【技术特征摘要】
1.一种自对准接触孔的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在半导体衬底上形成浅沟槽并在所述浅沟槽中填充场氧，由所述场氧隔离出有源区，各所述有源区呈条形结构并平行排列；所述浅沟槽的刻蚀区域通过覆盖于所述有源区表面的硬质掩膜层定义；步骤二、形成第一介质层，所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面以及所述硬质掩膜层的顶部表面和侧面并在所述场氧的顶部形成一凹陷结构；步骤三、在所述凹陷结构的所述第一介质层的表面形成第二保护层，所述第二保护层的顶部表面高度低于所述硬质掩膜层顶部表面的所述第一介质层的顶部表面的高度；步骤四、以所述第二保护层为自对准掩膜将所述第二保护层覆盖区域外的所述第一介质层和所述硬质掩膜层去除，之后去除所述第二保护层；剩余的所述第一介质层覆盖在所述场氧的表面并将所述有源区的表面打开，相邻的所述第一介质层之间的宽度大于等于对应的所述有源区的宽度；步骤五、形成栅极结构，所述栅极结构包括依次叠加的栅介质层和多晶硅栅，所述多晶硅栅呈条形结构且所述多晶硅栅的长度和所述有源区的长度垂直；步骤六、在所述多晶硅栅的侧面形成第一氮化硅侧墙，在形成所述第一氮化硅侧墙的同时在所述第一介质层的侧面也形成第二氮化硅侧墙，所述第二氮化硅侧墙将所述有源区和所述场氧的边界覆盖，使相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间的间距小于对应的所述有源区的宽度；步骤七、形成层间膜；进行光刻定义出所述接触孔的顶部的形成区域，对所述层间膜进行刻蚀形成所述接触孔的开口，所述接触孔的开口的底部区域由相邻的所述第一介质层的所述第二氮化硅侧墙之间区域自对准定义使所述接触孔的底部区域完全位于所述有源区内部，防止对所述层间膜的刻蚀工艺在所述有源区和所述场氧的边界处产生对所述场氧的刻蚀；步骤八、在所述接触孔的开口中填充金属。2.如权利要求1所述的自对准接触孔的形成方法，其特征在于：步骤一采用如下分步骤：步骤11、在所述半导体衬底表面形成硬质掩膜层；步骤12、光刻定义出所述有源区的形成区域，并所述有源区的形成区域外的所述硬质掩膜层去除；步骤13、以所述硬质掩膜层为掩膜对所述半导体衬底进行刻蚀形成所述浅沟槽；步骤14、在所述浅沟槽中填充氧化层形成所述场氧。3.如权利要求2所述的自对准接触孔的形成方法，其特征在于：步骤14中还包括对所述场氧进行回刻以调节所述场氧的顶部表面高度的步骤。4.如权利要求1或2所述的自对准接触孔的形成方法，其特征在于：所述硬质掩膜层的材料包括氧化硅或氮化硅。5.如权利要求1所述的自对准接触孔的形成方法，其特征在于：步骤二中所述第一介质层的材料为氮化硅。6.如权利要求1或5所述的自对准接触孔的形成方法，其特征在于：步骤三中采用光刻胶作为所述第二保护层。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振强，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31