半导体集成电路中的接触结构及其制造方法技术

在一半导体器件中包括一大直径接触孔和一小直径接触孔，它是穿透形成在半导体基片上的绝缘膜形成的，小直径接触孔全被难熔导电材料填满，而大直径接触孔有一在其侧表面上形成的难熔导电材料的侧壁。侧壁盖住侧表面上低于大直径接触孔上端一段预定距离的位置。从而，在大直径接触孔和小直径接触孔两者之中都能实现小而稳定的接触电阻。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地涉及半导体集成电路中的接触结构以及形成此接触结构的方法。目前广为人知的用于在半导体集成电路中形成接触电极的一种典型方法是利用A1-Si-Cu合金或是单纯铝物质进行溅射的方法。在这里，将参照附图说明图1A和1B对此形成接触电极的典型方法进行说明。首先，如图1A中所示，通过一次CVD(化学汽相淀积)工艺在硅基片1的主表面上淀积一层厚度约为1微米的氧化硅膜2。然后，如图1A中所示，通过采用光刻和刻蚀的方法在硅基片1主表面上所形成的氧化硅膜2上形成穿透的接触孔9。此后，如图1B中所示，通过溅射的方法将一层厚度约为1微米并构成布线导体层的铝层8覆盖形成在硅基片1的整个表面上。这一铝层8能用A1-Si-Cu的合金层代替。近年来，随着半导体集成电路高集成密度和高精细图形加工的进展，具有使接触孔变小的强烈趋向，结果使图1A和1B中所示用现有技术形成接触电极的方法难以产生具有优良接触电阻的接触电极。日本专利申请初审公报N0.JP-A-62-213120提出过解决这一问题的改进方法(所包含的内容可查阅整个这项申请，而且从日本特许厅还能得到JP-A-62-213120的英文摘要并且JP-A-62-213120的英文摘要所包含的内容也可查阅整个这项申请)。在这里，将参照图2A至2C对这一形成接触电极的改进方法进行说明。该处理方法首先按一开始所提的现有技术工艺进行，直至如图1A中所示形成接触孔9。此后，如图2A中所示，通过使用CVD工艺或PVD(物理汽相淀积)工艺在硅基片1的整个表面上淀积一层难熔金属层5。难熔金属层5是由一种单纯物或一种难熔金属的合金形成的，但也能由诸如Mo或W之类的难熔金属的硅化物形成。此外，若是使用CVD工艺就最好使用能够产生优良覆盖层的低压CVD工艺。然后，在氯气的气氛中在整个硅基片1的表面上进行反应离子刻蚀(RIE)，使得如图2B中所示只在接触孔9的侧表面上留下难熔金属的侧壁6。RIE工艺是一种各向异性的刻蚀，它只在垂直于硅基片1的方向进行刻蚀，从而使难溶金属只留在接触孔9的侧表面上，在那里沿垂直方向的难熔金属厚度大。此外，用RIE工艺的方法进行刻蚀是为了实现从硅基片1的表面上去除难熔金属5的目的，在那里留有难熔金属是不便于形成器件的。因而，只要难熔金属留在接触孔9的除接触孔的侧壁以外的一个部位上，例如接触孔的底部，是完全没有什么不便的。还有，由RIE工艺产生难熔金属侧壁6的圆形肩。这在下一步淀积A1覆盖层中是有改进作用的。在下一步中，如图2C中所示，通过溅射的方法在硅基片1的整个表面上覆盖形成一层厚度约1微米并构成布线导体层的铝层8。这层铝层8能用一层Al-Si-Cu合金层代替。如上所述，图1A和1B中所示现有技术方法形成的接触电极因其难以形成具有优良接触电阻的接触电极而是有缺点的。其原因如下随着半导体集成电路高集成密度和高度精细图形加工的进展，如果在对每层布线导体层进行图形加工时未进行过下层的平整，那么就不能按照设计实现图形加工。例如，出现布线导体的短路或开路。通常是通过淀积一层较厚的绝缘膜并通过返刻蚀所淀积的绝缘膜进行平整化的。然而，若是用了这一平整方法，在接触孔形成之前一层夹层绝缘膜的厚度变得很大就成为当然的事。其结果是，当形成精细接触孔时，即使如图2A至2C中所示现有技术在接触孔的侧表面上形成了难熔金属的侧壁，由于由侧壁所确定的实际留下来的孔的高宽比引入注目地大于在形成侧壁前由接触孔的侧表面所确定原有孔的情形，所以在接触孔底部的铝布线导线还是断开了。由于有难熔金属的侧壁存在，接触电极从未由于侧壁只与侧壁形成前原有孔的底面积的二分之一到三分之一的下层基片直接接触，而在另一方面由于难熔金属的电阻比铝的高，所以接触电阻变高。此外，半导体集成电路不只包括大直径的接触孔，而且还有小接触孔。然而，现有技术形成接触电极的方法难以在大直径接触孔和小直径接触孔两者中都能获得稳定的接触电阻。其原因如下例如，当所形成的难熔金属侧壁适用于小直径接触孔时就必需形成薄层膜厚的难熔金属层以确保小直径接触孔不致为难熔金属完全填满。然而，若是难熔金属层形成的膜层厚度薄，那么在大直径接触孔内的难熔金属侧壁的膜层厚度就变得太薄，以致在接触孔底部的铝布线导体层将会断开，从而使接触电阻增高。因而，本专利技术的一项目的是要提供一种半导体集成电路中的接触结构以及形成此接触结构的方法，它们克服了上述常规方面的缺陷。本专利技术的另一目的是要提供一种半导体集成电路中的接触结构以及形成此接触结构的方法，它能通过在精细的接触孔中实现优良接触电阻，不仅能在大直径接触中而且还能在小直径接触孔中获得稳定的低接触电阻，它们是混合地包含在集成电路中。本专利技术的上述和其它目的是按照本专利技术通过包含有穿透在一导电部分上形成的绝缘膜为达到此导电部分而形成大直径接触孔和小直径接触孔的半导体器件实现的，小直径接触孔完全被难熔导电材料栓完全填满，而大直径接触孔则在大直径接触孔的侧表面上形成有难熔导电材料的侧壁，侧壁覆盖着的侧表面位置低于大直径接触孔的上端一段预定距离，在绝缘膜上淀积一层布线导体层盖住难熔导电材料栓的顶面以及填充留在大直径接触孔内的空间，以此盖住大直径接触孔的底部以及大直径接触孔内难熔导电材料侧壁的表面。这里，确定大直径接触孔具有不超过2的高宽比，而小直径接触孔具有大于2的高宽比。按照本专利技术的另一种方式，提供生产半导体器件的方法所包括的步骤有穿透在一导电部分上所形成的一层绝缘膜为达到此导电部分而形成大直径接触孔和小直径接触孔；淀积一层难熔的导电材料覆盖住包括大直径接触孔和小直径接触孔的整个绝缘膜表面；反刻蚀所淀积的难熔导电材料仅达到露出绝缘膜的上表面以及大直径接触孔的底面和上端部位，使得小直径接触孔全被难熔导电材料栓填满，而在大直径接触孔中，难熔导电材料所形成的侧壁覆盖比大直径接触孔的上端低一段预定距离处的大直径接触孔侧面；以及在绝缘膜上淀积一层布线导体层盖住难熔导电材料栓的顶面，以及填充留在大直径接触孔内的空间以此覆盖露出的大直径接触孔的底面和大直径接触孔内难熔导电材料侧壁表面。例如，难熔导电材料可用难熔金属或是难熔金属的硅化物形成。在另一方面，若是绝缘膜直接覆盖着半导体基片就可用半导体基片作导电部分，若是绝缘膜是一层夹层绝缘膜覆盖着下层布线导体，则可用下层导体作导电部分。从以上可见，按照本专利技术，小直径接触孔全被难熔导电材料栓填满，而在另一方面，在大直径接触孔中，难熔导电材料所形成的侧壁覆盖着大直径接触孔的侧面比大直径接触孔的上端低一段预定距离的位置。按照这样的安排，由于半导体集成电路的高集成密度以及高度精细图形加工的进展，即若夹层绝缘膜变厚或是即若接触孔变细，布线导体层(诸如铝层)从来不会在接触孔的底部断开，因而使接触电阻稳定而且低。由于小直径接触孔全被难熔导电材料栓填满，形成大直径接触孔侧表面上的难熔导电材料的侧壁能够厚到足以避免后一步骤中所淀积的布线导体层(诸如铝层)在接触孔的底部断线的程度。还有，由于所形成的难熔导电材料的侧壁覆盖住大直径接触空侧面比大直径接触孔的上端低一段预定距离的位置，由于半导体集成电路高集成密度和高精细图形加工的进展即若夹层绝缘膜变厚，布线导体层(诸如铝层)也难以产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，它包括穿透形成在一导体部分上的一层绝缘膜所形成的达到所述导体部分的一大直径接触孔和一小直径接触孔，所述小直径接触孔完全被一种难熔导电材料栓填满，而所述大直径接触孔则有在所述大直径接触孔的侧表面上形成的所述难熔导电材料的侧壁，所述侧壁覆盖着所述侧表面的比所述大直径接触孔的上端低一段预定距离的位置，在所述绝缘膜上淀积一层布线导体层盖住所述难熔导电材料栓的顶面，而且填充在所述大直径接触孔中留下的空间以此盖住所述大直径接触孔的底部以及所述大直径接触孔内所述难熔导电材料的所述侧壁表面。

【技术特征摘要】
JP 1996-12-18 338403/19961.一种半导体器件，其特征在于，它包括穿透形成在一导体部分上的一层绝缘膜所形成的达到所述导体部分的一大直径接触孔和一小直径接触孔，所述小直径接触孔完全被一种难熔导电材料栓填满，而所述大直径接触孔则有在所述大直径接触孔的侧表面上形成的所述难熔导电材料的侧壁，所述侧壁覆盖着所述侧表面的比所述大直径接触孔的上端低一段预定距离的位置，在所述绝缘膜上淀积一层布线导体层盖住所述难熔导电材料栓的顶面，而且填充在所述大直径接触孔中留下的空间以此盖住所述大直径接触孔的底部以及所述大直径接触孔内所述难熔导电材料的所述侧壁表面。2.按照权利要求1所述的一种半导体器件，其特征在于，所述大直径接触孔和所述小直径接触孔各有一个形成在其上部向上敞开或扩展的漏斗状部分，所述漏斗状部分的表面覆盖有所述布线导体层。3.按照权利要求2所述的一种半导体器件，其特征在于，所述难熔导电材料是从由难熔金属和难熔金属的硅化物组成的材料组中选出的一种材料。4.按照权利要求2所述的一种半导体器件，其特征在于，所述大直径接触孔有一不超过2的高宽比，而所述小直径接触孔则有一超过2的高宽比。5.按照权利要求4所述的一种半导体器件，其特征在于，所述预定的距离是在不低于所述绝缘膜厚度的10％但又不超过其40％的范围内。6.按照权利要求2所述的一种半导体器件，其特征在于，所述预定的距离是在不低于所述绝缘膜厚度的10％但又不超过其40％的范围内。7.按照权利要求1所述的一种半导体器件，其特征在于，所述难熔导电材料是从由难熔金属和难熔金属的硅化物组成的材料组中选出的一种材料。8.按照权利要求7所述的一种半导体器件，其特征在于，所述大直径接触孔有一不超过2的高宽比，而所述小直径接触孔则有一超过2的高宽比。9.按照权利要求8所述的一种半导体器件，其特征在于，所述预定的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山宏明，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]