專利名稱：形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體器件接觸塞的方法，更具體涉及一種形成 NAND快閃存儲(chǔ)器的源^/漏極接觸塞的半導(dǎo)體器件接觸塞的形成方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件可分為易失性存儲(chǔ)器件和非易失性存儲(chǔ)器件。 易失性存儲(chǔ)器件如動(dòng)態(tài)隨M取存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)隨*取存儲(chǔ)器 (SRAM)顯示出高速數(shù)據(jù)輸V輸出特性，但是當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)丟失。非易失性存儲(chǔ)器件即使在電源關(guān)閉時(shí)也可保持它們的數(shù)據(jù)。
快閃存儲(chǔ)器件是高度集成的非易失性存儲(chǔ)器件。通過利用可編程和擦 除的可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)以及可電編程和擦除的電可擦可 編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)來開發(fā)快閃存儲(chǔ)器件。在此，術(shù)語'編程，指 的是將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元的操作，而術(shù)語'擦除，指的是將寫入存儲(chǔ)單元的 數(shù)據(jù)刪除的操作。
根據(jù)單元的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行4H中，快閃存儲(chǔ)器件可分為NOR類型或NAND 類型的快快閃存儲(chǔ)器件。在NOR型快閃存儲(chǔ)器件中，每個(gè)存儲(chǔ)單元晶體 管的漏極連接到位線，使得能夠相對(duì)于特定的地址(address)進(jìn)行編程和 擦除，并且因此提高運(yùn)行速度。NOR型快閃存儲(chǔ)器件通常在需要高速操作 的用途中使用。與^M目對(duì)，在NAND型快閃存儲(chǔ)器件中，多個(gè)存儲(chǔ)單元晶 體管串聯(lián)連接，構(gòu)成一個(gè)串，在位線和公共源極線之間連接一個(gè)串。因此， NAND型快閃存儲(chǔ)器件具有相對(duì)小數(shù)量的漏極接觸塞，以便于高度集成。 因此，NAND型快閃存儲(chǔ)器件通常在需要高容量數(shù)據(jù)保持能力的應(yīng)用中使 用。
NAND型快閃存儲(chǔ)器件包括在源極選擇線和漏極選擇線之間形成的多
個(gè)字線。通過連接包含在多個(gè)串中的選擇晶體管的柵極來形成選擇線例如 源極選擇線或漏fc^擇線。通過連接存儲(chǔ)單元晶體管的柵極形成字線。選 擇線和字線包括隧道氧化物層、浮置柵極、介電層和控制柵極。在選擇線 中，浮置柵極和控制柵極電連接。在各選擇線與各字線之間形成結(jié)。源極 選擇線之間的結(jié)是源極區(qū)域，漏極選擇線之間的結(jié)是漏極區(qū)域。
在選擇線和字線的側(cè)面上形成間隔物和氮化物層。在選擇線和字線的 整個(gè)表面上形成絕緣層。在絕緣層中形成暴露出位于選擇線之間的結(jié)的接
觸孔。利用導(dǎo)電材料填隙(gap-filled)接觸孔，由此形成電連接至所述結(jié) 的接觸塞。
圖2是顯示在形成接觸孔的傳統(tǒng)工藝中在選擇線側(cè)壁上的缺陷的照片。
當(dāng)接觸孔未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，氮化物層可在一定程度上保護(hù)選擇線的側(cè)面。然 而，當(dāng)接觸孔顯著地未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，大量氮化物層損失，這可導(dǎo)致氮化物層斷 裂。因此，在氮化物層之下形成的間隔物和選擇線的側(cè)壁可受到損失和破 壞(參考'C，)。因此，選擇線和接觸塞直接互連，導(dǎo)致存儲(chǔ)器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)通過在蝕刻半導(dǎo)體襯底上形成的選擇線之間的絕緣層來形成接觸 孔時(shí)，本發(fā)明通過在氮化物層上形成鈍化層來防止氮化物層破壞。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法。 根據(jù)該方法，在半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)選擇線和多個(gè)字線。在暴露在選擇 線和字線之間的半導(dǎo)體襯底中形成結(jié)。在選擇線和字線上形成第一鈍化 層。在第一鈍化層上形成絕緣層。在選擇線之間的絕緣層中形成接觸孔， 使得選擇線之間的第一鈍化層暴露。在暴露在接觸孔的側(cè)壁上的第一鈍化 層上形成第二鈍化層。除去在接觸孔底面處的第一鈍化層。在接觸孔內(nèi)形 成導(dǎo)電材料，由此形成連接所述結(jié)的接觸塞。
第二鈍化層可由具有與第一鈍化層不同的蝕刻選擇性的材料形成。第 二鈍化層可由高k(介電常數(shù))的材料形成。第二鈍化層可包括Hf02、 A1203 或Zr02。第二鈍化層可形成為100~300埃的厚度。第二鈍化層的形成可 包括在包括接觸孔的絕緣層上形成第二鈍化層，和實(shí)施蝕刻工藝使得第 二鈍化層僅僅保留在接觸孔的側(cè)壁上，蝕刻工藝可使用BCl3氣體來實(shí)施。
在接觸塞形成之前，可除去第二鈍化層?？墒褂梦g刻劑除去第二鈍化層。
蝕刻劑可包括BOE溶液或HF溶液。第一鈍化層可由氮化物層形成。在第 一鈍化層形成之前，可在選擇線的側(cè)壁上形成間隔物。在第一鈍化層形成 之前，可在選擇線和字線上形成緩沖層。緩沖層可由氧化物層形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法。 根據(jù)該方法，在半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)柵極。在暴露在柵極之間的半導(dǎo)體 襯底中形成結(jié)。在^(f極上形成第一鈍化層。在第一鈍化層上形成絕緣層。 在桶^極之間的絕緣層中形成接觸孔，4吏得在初f極之間的第一鈍化層暴露。 在暴露在接觸孔的側(cè)壁上的第 一鈍化層上形成第二鈍化層。除去在接觸孔 底表面處的第一鈍化層。在接觸孔內(nèi)形成導(dǎo)電材料，由此形成連接所述結(jié) 的接觸塞。


圖1A至II是i兌明4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件接觸塞的方 法的截面圖；和
圖2是顯示在形成接觸孔的傳統(tǒng)工藝中在選擇線側(cè)壁上的缺陷的照片。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的具體的實(shí)施方案。然而，本發(fā)明不限于 所述公開的實(shí)施方案，而是可以各種方式實(shí)施。提供所述實(shí)施方案以完成 本發(fā)明的公開并使得本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明。本發(fā)明由權(quán)利要求的范 圍所限定。
圖1A至II是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件接觸塞的方 法的截面圖；和
參考圖1A，在用于形成半導(dǎo)體器件尤其是快閃存儲(chǔ)器件的半導(dǎo),底 102中限定隔離區(qū)(未顯示)和有源區(qū)。通過阱形成工藝、閾值電壓控制 工藝、隔離層形成工藝等來形成隔離區(qū)和有源區(qū)。在半導(dǎo)體襯底102上形 成堆疊層，每個(gè)堆疊層包括隧道介電層104、用于浮置柵極的笫一導(dǎo)電層 106、介電層108、用于控制柵極的第二導(dǎo)電層110和柵電極層112。第一 導(dǎo)電層106和第二導(dǎo)電層110可由多晶珪形成，而介電層108可具有氧化
物/氮化物/氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)。在介電層108上可還形成用于保護(hù)介 電層108的覆蓋多晶珪層(ca卯ing poly layer)(未顯示)?？刹糠治g刻選 擇晶體管區(qū)域的介電層108以電連接第一導(dǎo)電層106和第二導(dǎo)電層110。 柵電極層112可由硅化鴒(WSix)形成。
使用采用在柵電極層112上形成的柵極掩模圖案(未顯示)的蝕刻工 藝來圖案化堆疊層。因此，在半導(dǎo)體襯底102的有源區(qū)中形成多個(gè)存儲(chǔ)單 元柵極串聯(lián)連接的字線WL0、 WLl...。每個(gè)存儲(chǔ)單元柵極具有隧道介電 層104、用于浮置柵極的第一導(dǎo)電層106、介電層108、用于控制柵極的第 二導(dǎo)電層110和柵電極層112的堆疊結(jié)構(gòu)。通常，字線WL0、 WL1…的數(shù) 目是16或32。然而，應(yīng)理解，為了方^^見僅僅說明兩個(gè)字線。在字線 WL0、 WLl...的兩端形成與多個(gè)選擇晶體管串聯(lián)連接的選擇線。每個(gè)選擇 晶體管具有隧道介電層104、彼此電連接的第一導(dǎo)電層106和第二導(dǎo)電層 110、以及柵電極層112的堆疊結(jié)構(gòu)。雖然選擇線包括源極選擇線SSL和 漏極選擇線DSL，為了方使爽見，僅僅說明源極選擇線SSL。
通過對(duì)暴露在字線和源極選擇線SSL之間的半導(dǎo)體襯底102實(shí)施離子 注入工藝，形成多個(gè)結(jié)114a、 114b。在源極選擇線SSL之間形成的結(jié)114b 成為源極區(qū)域。雖然在附圖中未顯示，但在漏極選擇線DSL之間形成的結(jié) 成為漏極區(qū)域。
參考圖1B，在包括字線和選擇線的半導(dǎo)^^H"底102上形成第一絕緣層 116。第一絕緣層116填隙字線和選擇線之間的間隔，并且可形成為足夠包 圍選擇線的側(cè)壁的厚度。第一絕緣層116可以是氧化物層或氮化物層。
參考圖1C，對(duì)第一絕緣層(參考圖1B的116)實(shí)施各向異性蝕刻工 藝。因此，在源極選擇線和漏極選擇線(未顯示)的側(cè)壁上形成間隔物U6a。 間隔物116a具有向下逐漸加寬的寬度，并且因此具有圓化的形狀。字線之 間的間隙以及選擇線和字線之間的間隙比選擇線之間的間隙更窄。因此， 第一絕緣層U6b保留在間隙中，并且暴露出在源極選擇線SSL之間的半 導(dǎo)體襯底102中形成的結(jié)114b。
參考圖1D，在包括第一絕緣層116的半導(dǎo)體襯底102的表面上形成緩 沖層118和第一鈍化層120。緩沖層118用于最小化鈍化層120的應(yīng)力并 且可以形成為約100埃的厚度。第一鈍化層120可形成為足以保持堆疊層 的臺(tái)階的厚度。第一鈍化層120用于保護(hù)選擇線的側(cè)壁，并且可使用自對(duì)
準(zhǔn)接觸(SAC )工藝形成，以防止在后續(xù)工藝中在結(jié)114b上形成接觸孔時(shí) 對(duì)選擇線的側(cè)壁的蝕刻和損傷，即使出現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)誤差也如此。第一鈍化層120 可以是絕緣層例如氮化物層。
參考圖IE,在包括笫一鈍化層120的半導(dǎo)體襯底102上形成第二絕緣 層122。第二絕緣層122形成為足以填隙選擇線之間的間隔的厚度，并且 可由氧化物層形成。通過實(shí)施SAC工藝來蝕刻選擇線之間的第二絕緣層 122直至暴露出第一鈍化層120，從而形成接觸孔A。 SAC蝕刻工藝可使 用C5F8氣體和CH2F2氣體的混合氣體來實(shí)施。
參考圖IF，在包括接觸孔A的第二絕緣層122上形成第二鈍化層124。 第二鈍化層124可防止由于接觸孔A的形成而暴露的第一鈍化層120在后 續(xù)蝕刻工藝中受到損傷。因此，第二鈍化層124可由具有與第一鈍化層120 不同的蝕刻選擇性的材料形成。
例如，第二鈍化層124可由高k材料形成。高k材料可包括Hf02、 A1203、 Zr02等。第二鈍化層124可形成為保持接觸孔A的形狀的厚度， 例如100~300埃。
參考圖1G，實(shí)施僅僅選擇性地蝕刻第二鈍化層124的各向異性蝕刻工 藝，使得第二鈍化層124僅僅保留在接觸孔A的側(cè)壁上。將第二鈍化層124 從接觸孔A的底表面除去，由此暴露第一鈍化層120。蝕刻工藝可采用BC13 氣體。因此，在接觸孔A的下部B附近形成的第一鈍化層120受到第二鈍 化層124的保護(hù)。
參考圖1H，除去在接觸孔A的底表面暴露的第一鈍化層120。在接觸 孔A的下部B附近形成的第一鈍化層120受到第二鈍化層124的保護(hù)，因 此沒有進(jìn)一步受到蝕刻和損傷?？赏ㄟ^采用CHF3氣體和Ar氣體的混合氣 體的蝕刻工藝除去第一鈍化層120。第一鈍化層120的蝕刻工藝可與第二 鈍化層124的上述蝕刻工藝一起原位或異位(ex-situ)地實(shí)施。
參考圖II，實(shí)施采用蝕刻劑的清洗工藝以除去第二鈍化層(參考圖1H 的124)。蝕刻劑可包括BOE溶液或HF溶液。利用導(dǎo)電材料例如鵠(W) 填隙接觸孔(參考圖1H的A )，由此形成接觸塞126。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方案，除去第二鈍化層(參考圖1H的124)，然后形成接觸塞126。然而， 可不除去第二鈍化層(參考圖1H的124)而形成接觸塞126。
通過使用快閃存儲(chǔ)器件的接觸塞形成方法作為 一個(gè)實(shí)例，已經(jīng)描述本
發(fā)明的實(shí)施方案。然而，本發(fā)明不限于此。例如，應(yīng)理解，本發(fā)明可用于 所有半導(dǎo)體器件的制造工藝，通過用柵極替換選擇線，可用于形成電連接 至柵極之間的結(jié)的接觸塞。甚至這種情況下，在柵極側(cè)壁上形成的鈍化層 可在形成接觸塞的蝕刻工藝中形成兩次，以進(jìn)一步保護(hù)初f極的側(cè)壁。因此， 具有柵極的側(cè)壁得到保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件接觸塞的方法，在形成接觸塞 的蝕刻工藝中，在選擇線的側(cè)壁上形成的鈍化層形成兩次，以保護(hù)選擇線 的側(cè)壁。因此，可防止選擇線的側(cè)壁受到損傷。因此，可增加形成接觸塞 所必須的工藝容限，并因此可形成更小的接觸塞。
提出本文公開的實(shí)施方案以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)施本發(fā)明，并 且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以各種方式實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍不限于 如上所述的實(shí)施方案，并且應(yīng)解釋為僅僅由所附權(quán)利要求和它們的等同物 所限定。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法，所述方法包括:在半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)選擇線和多個(gè)字線；在所述選擇線和所述字線之間暴露的所述半導(dǎo)體襯底中形成結(jié)；在所述選擇線和所述字線上形成第一鈍化層；在所述第一鈍化層上形成絕緣層；在所述選擇線之間的所述絕緣層中形成接觸孔，使得所述第一鈍化層暴露在所述選擇線之間；在暴露于所述接觸孔的側(cè)壁上的所述第一鈍化層上形成第二鈍化層；除去在所述接觸孔的底表面的所述第一鈍化層；和在所述接觸孔內(nèi)形成導(dǎo)電材料，其中在所述接觸孔中形成接觸塞，所述接觸塞連接所述選擇線之間的所述結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二鈍化層由具有與所述第一 鈍化層不同的蝕刻選擇性的材料形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二鈍化層包含高k材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二鈍化層包含Hf02、 A1203 和Zr02中的任意一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述笫二鈍化層形成為100 ~ 300埃 的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二鈍化層的形成包括 在包括所述接觸孔的所述絕緣層上形成第二鈍化層；和蝕刻所述笫二鈍化層，使得所述第二鈍化層保留在所述接觸孔的側(cè)壁上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述蝕刻使用BCl3氣體來實(shí)施。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括在形成所述接觸塞之前除去所述 第二鈍化層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中使用蝕刻劑除去所述第二鈍化層.
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述蝕刻劑包括BOE溶液或HF溶
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一鈍化層包括氮化物層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括在形成所述第一鈍化層之前，在 所^it擇線的側(cè)壁上形成間隔物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括在形成所述第一鈍化層之前，在 所述選擇線和所述字線上形成緩沖層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述緩沖層包括氧化物層。
15. —種形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法，所述方法包括 在半導(dǎo),底上形成多個(gè)^^極；在所述柵極之間暴露的所述半導(dǎo)體襯底中形成結(jié)； 在所述柵極上形成第 一鈍化層； 在所述第一鈍化層上形成絕緣層；在所述柵極之間的所述絕緣層中形成接觸孔，使得所述第一鈍化層暴 露在所述柵極之間；在暴露于所述接觸孔的側(cè)壁上的所述第 一鈍化層上形成第二鈍化層；除去在所述接觸孔的底表面的所述第一鈍化層；和在所述接觸孔內(nèi)形成導(dǎo)電材料，其中在所述接觸孔中形成接觸塞，所 述接觸塞連接所述柵極之間的所述結(jié)。
16. —種形成半導(dǎo)體器件的接觸塞的方法，所述方法包括 在半導(dǎo)體襯底上形成一對(duì)相鄰的選捧線和多個(gè)字線，其中所^目鄰的選擇線之間的距離大于相鄰字線之間的距離；在所述選擇線和所述字線之間暴露的所述半導(dǎo)體襯底中形成結(jié)；在每一個(gè)選擇線的側(cè)壁上形成間隔物，其中所述間隔物在面對(duì)所^目 鄰選擇線的側(cè)壁上形成；在所述選擇線、所述間隔物和所述字線上形成第一鈍化層；在所述第一鈍化層上形成絕緣層；在所i^目鄰的選擇線之間的所述絕緣層中形成接觸孔，使得所述第一 鈍化層暴露在所i^擇線之間；在所述接觸孔的側(cè)壁上形成第二鈍化層，其中所述第二鈍化層具有不同于所述第一鈍化層的蝕刻選擇性；除去在所述接觸孔底表面的所述第 一鈍化層，使得暴露出在所^目鄰 的選擇線之間形成的所述結(jié)；和在所述接觸孔中形成接觸塞，其中所述接觸塞連接形成在所W目鄰的 選擇線之間的所述結(jié)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二鈍化層形成為100~300 埃的厚度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二鈍化層的形成包括 在包括所述接觸孔的所述絕緣層上形成第二鈍化層；和 蝕刻所述第二鈍化層，使得所述第二鈍化層保留在所述接觸孔的側(cè)壁上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在形成所述接觸塞之前，除去所 述第二鈍化層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在形成所述第一鈍化層之前，在 所i^擇線和所述字線上形成緩沖層。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體器件接觸塞的方法，當(dāng)通過蝕刻在半導(dǎo)體襯底上形成的選擇線之間的絕緣層形成接觸孔時(shí)，通過在氮化物層上形成鈍化層以防止氮化物層受到破壞。在形成接觸塞的蝕刻工藝中，在選擇線的側(cè)壁上形成的鈍化層形成兩次，以保護(hù)選擇線的側(cè)壁。因此，可防止選擇線的側(cè)壁受到損傷。因此，可增加形成接觸塞所必要的工藝容限，并且因此可形成更小的接觸塞。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101383323SQ200810130738
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者玄燦順 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司