DE10358556B4

DE10358556B4 - Ausbildung selbstjustierender Kontakte unter Verwendung von Doppelten-SiN-Abstandschichten

Info

Publication number: DE10358556B4
Application number: DE10358556A
Authority: DE
Inventors: Rajeev Malik; Woo-Tag Kang; Mihel Seitz
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: US6724054B1; DE10358556A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierten Kontakts in einer integrierten Schaltung, wobei die integrierte Schaltung ein Substrat, mindestens ein auf dem Substrat angeordnetes Paar von Wortleitungsstapeln mit jeweiligen Oberseiten und Seitenwänden aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Definieren erster Abstandsschichten über den Seitenwänden;
Abscheiden einer Oxidschicht über der Oberseite der Wortleitungsstapel, den ersten Abstandsschichten und einer Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats;
Entfernen der Oxidschicht von den ersten Abstandsschichten, wodurch eine verbleibende Oxidschicht gebildet wird, die die Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats ausbildet;
Abscheiden einer zweiten Isolierschicht über der verbleibenden Oxidschicht und den ersten Abstandsschichten;
Ätzen der zweiten Isolierschicht, um zweite Abstandsschichten zu definieren, wobei die zweiten Abstandsschichten über den ersten Abstandsschichten und über entsprechenden Teilen der verbleibenden Oxidschicht angeordnet sind und so die jeweiligen Teile der verbleibenden Oxidschicht bedecken, die auf der Oberfläche des Substrats zwischen den ersten Abstandsschichten angeordnet sind;...

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein integrierte Schaltungen und insbesondere eine integrierte Schaltung mit einer verbesserten selbstjustierenden Kontaktstruktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips erfordern Kontakte oder Kontaktgebiete, die aus einem elektrisch leitenden Material wie etwa einem Metall oder einer Legierung hergestellt werden. Über die Kontakte kann ein Strom zwischen einem der Teil der Schaltung, wie einem Drain- oder Sourcegebiet, und einem anderen Teil der Schaltung und/oder der Außenwelt fließen. Ein Kontakt weist wünschenswerterweise einen relativ geringen elektrischen Widerstand auf.
Der Wunsch des Verbrauchers nach kleinen, tragbaren und integrierten elektronischen Geräten zwingt die Designer, ständig zu versuchen, die Dichte der ICs zu vergrößern und ihre Größe zu reduzieren und auf einem einzelnen IC mehrere Funktionen zu integrieren. Dementsprechend trachten die Designer danach, die Größe der einzelnen Strukturelemente in einem IC zu reduzieren bzw. sie zu schrumpfen, einschließlich der Kontaktgebiete. Mit der Abnahme der Größe (d. h. der Fläche) eines Kontaktgebiets steigt jedoch unerwünschterweise sein spezifischer Widerstand.
Um Kontakte in derart dichten ICs auszubilden, wird anstelle von Masken- oder Fotolackprozessen ein Verfahren verwendet, das die Topographie des IC selbst ausnützt. Ein derartiges Verfahren wird als ein Verfahren zur Ausbildung selbstjustierender Kontakte bezeichnet. Bei dem Verfahren zur Ausbil dung selbstjustierter Kontakte werden Abstandshalter, die aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumnitrid ausgebildet sind, auf den Seitenwänden eines Gateelektrodenstapels oder von Wortleitungen abgeschieden. Die Abstandshalter isolieren die Gateelektrode gegenüber der leitenden Schicht, die danach zur Kontaktausbildung abgeschieden wird. Die Dicke dieser Abstandshalter ist eine kritische Charakteristik. Ein Abstandshalter mit einer Dicke, die geringer als erwünscht, isoliert möglicherweise die Gateelektrode nicht adäquat gegenüber dem Kontakt, wohingegen ein Abstandshalter mit einer Dicke, die größer als erwünscht, die verfügbare Fläche für den Kontakt reduziert, wodurch der Widerstand des Kontakts unerwünschterweise zunimmt.
Die Dicke eines Abstandshalters ist in der Regel am größten in der Nähe der Oberfläche des Siliziumwafers und am kleinsten in den oberen Ecken der Gateelektrodenstruktur (d. h. von der Oberfläche des Siliziumwafers am weitesten entfernt). Die Dicke der Abstandshalter in den oberen Ecken der Gateelektrodenstuktur muß auf einem Minimum gehalten werden, um eine Kurzschlußbildung der Gateelektrode zum Kontakt zu verhindern. Das Aufrechterhalten der Dicke der Abstandshalter in den oberen Ecken der Gateelektrode führt jedoch zu einem Abstandshalter, der in der Nähe der Oberfläche des Siliziumwafers dicker ist als erforderlich. Die vergrößerte Dicke in der Nähe der Siliziumoberfläche verbraucht Fläche, die ansonsten von dem Kontakt belegt werden könnte, und reduziert dadurch die für den Kontakt verfügbare Fläche. Somit wird der Widerstand des Kontakts unerwünschterweise vergrößert.
US 6,194,302 B1 offenbart ein Verfahren, bei dem zwischen ersten Abstandsschichten eine dicke Isolationsschicht abgeschieden wird, deren Schichtdicke etwa derjenigen der unteren Gateschicht entspricht. Oberhalb davon werden zweite Abstandsschichten ausgebildet, bevor die Isolationsschicht durch einen Ätzschritt vollständig entfernt wird.
US 5,923,986 A offenbart ein verfahren, bei dem nach dem Ausbilden erster Abstandsschichten an den Seitenwänden einer Gate-Struktur eine Isolationsschicht mit annähernd der Dicke der Gate-Struktur abgeschieden wird. Im obersten, nicht durch die Isolationsschicht bedeckten Bereich der Seitenwände werden anschließend zweite Abstandsschichten ausgebildet.
Bei beiden Verfahren ist die Schichtdicke der Isolationsschicht so groß, dass ein einziger Ätzschritt zum vollständigen Hinterätzen der zweiten Abstandsschichten ausreicht. Die Dicke der Isolationsschicht erhöht jedoch die Kosten und die Prozessdauer für die Abscheidung und die vollständige Rückatzung der Isolationsschicht.
Es wird ein Verfahren benötigt, mit dem auch bei Verwendung einer dünnen Isolationsschicht eine integrierte Schaltung mit Abstandshaltern mit einer gewünschten Dicke in der Nähe der oberen Ecke der Gateelektrode und mit einer reduzierten Dicke in der Nähe der Siliziumoberfläche herstellbar ist. Was außerdem in der Technik benötigt wird, ist ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit einer vergrößerten Kontaktfläche (und somit reduziertem Kontaktwiderstand) und dennoch mit einer ausreichenden Isolierung in den oberen Ecken der Gateelektrode.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierten Kontakts mit reduziertem Kontaktwiderstand in einer integrierten Schaltung bereit.
Die Erfindung gemäß Anspruch 1 umfaßt ein Verfahren, bei dem erste Abstandsschichten über den Seitenwänden eines Paars von Wortleitungsstapeln definiert werden. Eine Oxidschicht wird über den Oberseiten der Wortleitungsstapel abgeschieden, wobei die ersten Abstandsschichten und eine Oberfläche des Substrats zwischen den ersten Abstandsschichten angeord net sind. Die Oxidschicht wird von den ersten Abstandsschichten entfernt, wodurch eine verbleibende Oxidschicht entsteht, die die Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats bedeckt. Zweite Abstandsschichten werden über den ersten Abstandsschichten ausgebildet und bedecken jeweilige Teile der verbleibenden Oxidschicht. Die verbleibende Oxidschicht wird durch zwei unterschiedliche Ätzschritte entfernt, um dadurch hinterschnittene Gebiete auszubilden. Die hinterschnittenen Gebiete werden während der Ausbildung des Kontakts vollständig mit Kontaktmaterial gefüllt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Kontaktfläche vergrößert und der Widerstand des Kontakts relativ zu herkömmlichen Kontakten verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obenerwähnten und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, wie sie erreicht werden, ergibt sich und läßt sich besser verstehen unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1–10 Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung der vorliegenden Erfindung, wobei jede einen spezifischen Schritt bei einer Ausführungsform eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den mehreren Ansichten entsprechende Teile. Die hier dargelegten Exemplifizierungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Form, und derartige Exemplifizierungen sollen nicht so ausgelegt werden, als würden sie den Schutzbereich auf irgendeine Weise beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 wird eine teilweise hergestellte oder Anfangsstruktur einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine integrierte Schaltung (IC) 10, wie etwa eine DRAM(dynamischer Direktzugriffsspeicher)-Schaltung wird auf dem Substrat 12 ausgebildet und enthält Gate- oder Wortleitungsstapel 20, die unter Verwendung herkömmlicher Prozesse und Techniken hergestellt worden sind.
Das Ausführungsbeispiel des IC 10 enthält insbesondere Gate- oder Wortleitungsstapel 20 mit jeweiligen Polysiliziumschichten 22, die etwa durch chemische Niederdruckdampfabscheidung (LPCVD) mit einer typischen Dicke zwischen etwa 20 und etwa 150 nm auf einem Substrat 12 abgeschieden worden sind. Die Gatestapel 20 enthalten weiterhin eine Wortleitungsschicht 24, die in der Regel eine Schicht aus Wolframsilizid (WSi) oder Wolfram plus Wolframnitrid (W/Wn) besteht, die auf der Polysiliziumschicht 22 etwa durch chemische Dampfabscheidung oder Sputtern abgeschieden wird und eine typische Dicke zwischen etwa 20 und etwa 150 nm aufweist. Eine Kappenschicht 26 wird über der Wortleitung 24 angeordnet, und es handelt sich bei ihr in der Regel um eine Schicht aus Siliziumnitrid (SiN), die beispielsweise durch LPCVD abgeschieden worden ist und eine typische Dicke zwischen etwa 100 und 250 nm aufweist. So werden Gatestapel 20 ausgebildet, die jeweils eine jeweilige innere Seitenwand 20a enthalten.
In der vorausgegangenen Beschreibung des IC 10 sind nur die Strukturen des IC 10 ausführlich aufgeführt, die für eine weitere Beschreibung der vorliegenden Erfindung relevant und erforderlich sind, und sie soll deshalb keine weiteren Aspekte der Herstellung des IC 10 wie etwa die Herstellung des Kondensatorelements, die vor oder nach der Ausbildung der Gatestapel 20 erfolgen kann, einschließen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 kann man sehen, daß eine erste Isolierschicht, wie etwa eine Schicht aus Siliziumnitrid, derart abgeschieden und geätzt worden ist, daß erste Abstandsschichten 28 ausgebildet werden. Insbesondere wird die erste Isolier- oder Siliziumnitrid-Schicht beispielsweise über LPCVD bis auf eine typische Dicke zwischen etwa 10 und etwa 30 nm abgeschieden. Diese Schicht wird dann geätzt, um das Material von überall außer von den inneren Seitenwänden 20a der Gatestapel 20 zu entfernen und dadurch erste Abstandsschichten 28 zu definieren, die auf den inneren Seitenwänden 20a der Gatestapel 20 angeordnet sind und sich vom Substrat 12 zur Oberseite der Gatestapel 20 erstrecken. Die ersten Abstandsschichten 28 bedecken jeweils einen entsprechenden Teil des Substrats 12, der gleich ihrer jeweiligen Dicke an der Oberfläche des Substrats 12 ist. Die ersten Abstandsschichten 28 bedecken jedoch nicht denjenigen Teil des Substrats 12, der zwischen den Gatestapeln 20 und in einer Entfernung von einem entsprechenden Gatestapel 20 angeordnet ist, der die Dicke der ersten Abstandsschichten 28 übersteigt. Mit anderen Worten bedecken die ersten Abstandsschichten 28 nur einen relativ kleinen Teil der zwischen den Gatestapeln 20 angeordneten Oberfläche des Substrats 12.
Es sei besonders angemerkt, daß entsprechende und im wesentlichen ähnliche Abstandshalter außerdem über den äußeren Seitenwänden der Gatestapel 20 ausgebildet werden, obwohl dies nicht in den Figuren gezeigt ist.
Wie in 3 gezeigt, wird eine Oxidschicht 30 über und zwischen den Gatestrukturen 20 und über den ersten Abstandsschichten 28 abgeschieden. Die Oxidschicht 30 wird unter Verwendung einer Technik abgeschieden, wie etwa einer Hochdichteplasmaabscheidungstechnik, die eine ungleichförmige Abscheidung der Oxidschicht 30 erzeugt. Insbesondere wird die Oxidschicht 30 so abgeschieden, daß sie in dem über den ersten Abstandsschichten 28 liegenden Bereich dünner und so gut wie überall sonst dicker ist. Die Oxidschicht 30 weist eine typische Dicke zwischen etwa 20 und etwa 100 nm, bevorzugt zwischen 20 und etwa 60 nm, auf. Wie in 4 gezeigt, wird die Oxidschicht 30 wie etwa durch eine chemische Fluorwasserstoffätzung zurückgeätzt, damit restliches Oxid über den inneren Seitenwänden 20a der Gatestapel 20 und/oder von den ersten Abstandsschichten 28 zu entfernen. Es sei angemerkt, daß die Oxidschicht 30 nach dem Rückätzen auf und über/oder einem wesentlichen Teil der Kappenschicht 26 des Gatestapels 20 und dem zwischen den ersten Abstandsschichten 28 der Gatestapel 20 angeordneten Teil des Substrats 12 angeordnet bleibt, wenn auch mit einer etwas reduzierten Dicke.
Nach dem Rückätzen der Oxidschicht 30 wird eine zweite Isolierschicht 40, wie etwa Siliziumnitrid, über und zwischen den Gatestapeln 20 abgeschieden. Genauer gesagt und wie am besten in 5 gezeigt, wird die zweite Isolier- oder SiN-Schicht 40 beispielsweise durch LPCVD bis zu einer typischen Dicke zwischen etwa 10 und etwa 30 nm abgeschieden. Die zweite SiN-Schicht 40 wird dann, wie am besten in 6 gezeigt, etwa über eine standardmäßige Nitridätzung von allen mit Ausnahme der ersten Abstandsschichten 28 der Gatestapel 20 entfernt, wodurch die zweiten Abstandsschichten 38 definiert werden, die über und/oder auf den ersten Abstandsschichten 28 angeordnet sind. Eine reaktive Ionenätzung (RIE) wird dann durchgeführt, bei der Teile 30a und 30b der Oxidschicht 30, die „unter” den zweiten SiN-Abstandshaltern 38 liegen und zwischen den zweiten Abstandsschichten 38 und dem Substrat 12 angeordnet sind, ungestört zurückläßt, aber diejenigen Teile der zweiten SiN-Schicht 40 und der Oxidschicht 30 entfernt, die in dem Bereich zwischen den zweiten SiN-Abstandsschichten 38 auf dem Substrat 12 angeordnet waren. Im Interesse der Klarheit werden Teile 30a und 30b der Oxidschicht 30 im weiteren als Oxidabstandshalter 30a und 30b bezeichnet.
Dann wird eine Linerschicht 42, wie etwa SiN, dann beispielsweise durch LPCVD über der bisher gezeigten und beschriebenen Struktur abgeschieden, wie in 7 gezeigt. Die SiN-Linerschicht 42 weist eine Dicke zwischen etwa 10 und etwa 30 nm auf. Über der SiN-Schicht 42 wird etwa durch chemische Dampfabscheidung eines Schicht aus mit Bor/Phosphor dotiertem Silicatglas (BPSG) 44 abgeschieden, das eine Dicke zwischen etwa 200 bis etwa 1000 nm aufweist, wie in 8 gezeigt. Zum Verdichten der BPSG-Schicht 44 wird eine Temperierung durchgeführt, und eine chemisch/mechanische Planarisierung wird vorgenommen, um die Oberfläche der BPSG-Schicht 44 zu planarisieren. Dann erfolgt die herkömmliche Bearbeitung, um den IC 10 für das Kontaktätzen vorzubereiten.
Danach wird eine Bitleitungskontaktätzung vorgenommen. Wie in 9 gezeigt, werden die SiN-Linerschicht 42 und die BPSG-Schicht 44 durch eine Ätzung für selbstjustierte Kontakte geätzt, d. h. eine gegenüber SiN selektive Oxidätzung. Nach der SiN-selektiven Ätzung wird eine kurze nasse Oxidätzung wie etwa eine chemische Fluorwasserstoffätzung durchgeführt, um sicherzustellen, daß die Oxidabstandshalter 30a und 30b unter den zweiten SiN-Abstandsschichten 38 entfernt sind. Die Struktur des IC 10 nach dieser Naßätzung ist in 9 gezeigt.
Es sei insbesondere angemerkt, daß durch das Entfernen der Oxidabstandshalter 30a und 30b hinterschnittene Gebiete U1 und U2 zurückbleiben. Die hinterschnittenen Gebiete U1 und U2 weisen eine Höhe H zwischen etwa 20 und etwa 100 nm und bevorzugt zwischen 20 und etwa 60 nm auf. Somit sind die Böden der zweiten SiN-Abstandsschichten 38, d. h. diejenigen Teile davon, die sich in der Nähe des Substrats 12 befinden, um die gleiche Höhe von Substrat 12 beabstandet, d. h. um ei ne Entfernung von 20 bis etwa 100 nm und bevorzugt zwischen 20 und etwa 60 nm, und zwar aufgrund der Tatsache, daß hinterschnittene Gebiete durch das Entfernen der Oxidschicht 30 gebildet werden, die eine Dicke zwischen etwa 20 und etwa 100 nm und bevorzugt zwischen 20 und etwa 60 nm aufweist. Analog weisen die hinterschnittenen Gebiete eine Tiefe D zwischen etwa 10 und etwa 30 nm oder ungefähr genauso groß wie die Dicke der zweiten Abstandsschicht 38 auf.
Dann wird das Bitleitungskontaktmaterial 46 abgeschieden, wie in 10 gezeigt. Insbesondere wird Bitleitungskontaktmaterial 46, wie etwa Polysilizium oder Wolfram, über chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschieden, so daß die relativ kleinen hinterschnittenen Gebiete U1 und U2, d. h. die hinterschnittenen Gebiete, die nach dem Entfernen der Oxidabstandshalter 30a und 30b durch Naßätzen zurückbleiben, vollständig mit Bitleitungskontaktmaterial 46 gefüllt werden. Das Auffüllen der hinterschnittenen Gebiete U1 und U2 trägt zu einer Reduzierung des Gesamtkontaktwiderstands des fertiggestellten, allgemein in 10 mit 100 bezeichneten, selbstjustierten Kontakts bei.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierten Kontakts in einer integrierten Schaltung, wobei die integrierte Schaltung ein Substrat, mindestens ein auf dem Substrat angeordnetes Paar von Wortleitungsstapeln mit jeweiligen Oberseiten und Seitenwänden aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Definieren erster Abstandsschichten über den Seitenwänden; Abscheiden einer Oxidschicht über der Oberseite der Wortleitungsstapel, den ersten Abstandsschichten und einer Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats; Entfernen der Oxidschicht von den ersten Abstandsschichten, wodurch eine verbleibende Oxidschicht gebildet wird, die die Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats ausbildet; Abscheiden einer zweiten Isolierschicht über der verbleibenden Oxidschicht und den ersten Abstandsschichten; Ätzen der zweiten Isolierschicht, um zweite Abstandsschichten zu definieren, wobei die zweiten Abstandsschichten über den ersten Abstandsschichten und über entsprechenden Teilen der verbleibenden Oxidschicht angeordnet sind und so die jeweiligen Teile der verbleibenden Oxidschicht bedecken, die auf der Oberfläche des Substrats zwischen den ersten Abstandsschichten angeordnet sind; Reaktives Ionen-Ätzen der verbleibenden Oxidschicht, um die verbleibende Oxidschicht zu entfernen, die im Bereich zwischen den zweiten Abstandsschichten auf dem Substrat angeordnet ist, und um Teile der verbleibenden Oxidschicht zu bilden, die unter der zweiten Abstandsschicht auf dem Substrat angeordnet sind; Bilden einer BDSG-Schicht und eines Kontaktlochs in der BPSG-Schicht; Entfernen der Teile der verbleibenden Oxidschicht, um dadurch unterschnittene Gebiete auszubilden; und Abscheiden von Kontaktmaterial auf die Oberfläche des zwischen den ersten Abstandsschichten angeordneten Substrats, so dass die unterschnittenen Gebiete mit dem Kontaktmaterial vollständig gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Definierens der ersten Abstandsschichten umfasst: Abscheiden einer ersten Isolierschicht über dem Paar von Wortleitungsstapeln und eine Oberfläche des zwischen den Wortleitungsstapeln angeordneten Substrats; und Ätzen der ersten Isolierschicht, um die über den Seitenwänden angeordneten ersten Abstandsschichten zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Isolierschicht eine Schicht aus Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Isolierschicht eine mittlere Dicke zwischen etwa 10 und etwa 30 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schritt des Abscheidens einer Oxidschicht das Abscheiden der Oxidschicht unter Verwendung eines Plasmas hoher Dichte umfasst, um dadurch die Oxidschicht ungleichförmig abzuschei den und eine relativ dünne Schicht aus Oxid auf den Seitenwänden auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oxidschicht eine mittlere Dicke zwischen etwa 20 und etwa 100 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oxidschicht eine mittlere Dicke zwischen etwa 20 und etwa 60 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt des Entfernens der Oxidschicht eine Nassrückätzung unter Verwendung einer chemischen Ätzung mit Fluorwasserstoff umfasst.