[發明專利]包含接觸結構有形成于接觸蝕刻中止層之側壁上之保護層的半導體裝置

有效

• 申請號: 201410092879.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN104051333B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: K·弗羅貝格;M·萊佩爾;K·賴歇
• 申請（專利權）人: 格羅方德半導體公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/28;H01L23/48
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司11314
• 代理人: 程偉,王錦陽

技術領域

本揭示內容大體有關于半導體的制造領域，且更特別的是，有關于形成使電路組件連接至第一金屬化層級之互連結構的接觸結構。

背景技術

半導體裝置(例如，先進的集成電路)通常含有大量的電路組件(例如，晶體管、電容器、電阻器及其類似者)，彼等常常以實質平坦的組態形成于已有結晶半導體層形成于其上的適當基板上。由于這些大量的電路組件以及現代集成電路的必要復雜布局，因此，個別電路組件的電氣連接大體上不建立于與制作電路組件相同的層級內，反而需要一或更多也被稱作金屬化層的額外“接線”層。這些金屬化層一般包括提供層內(inner-level)電氣連接的含金屬線，以及也包含也被稱作“通孔”的多個層間連接(inter-level connection)，彼等系填滿適當金屬以及提供兩個相鄰堆迭金屬化層的電氣連接。

由于現代集成電路中之電路組件的特征尺寸持續地縮減，因此，給定芯片面積的電路組件數(亦即，封裝密度(packing density))也增加，從而需要增加更多條電氣連接以提供所欲電路機能，因為與電路組件數相比，電路組件之間的互接數通常以超比例的方式增加。因此，金屬化層的堆迭數通常隨著單位芯片面積的電路組件數變大而增加，盡管個別金屬線及通孔的尺寸減少。由于先進集成電路在操作期間可能遭遇中高的電流密度以及金屬線及通孔的特征尺寸減少，越來越多半導體制造商用允許較高電流密度的金屬取代習知金屬化材料(例如，鋁)，因此，允許減少互連的尺寸。結果，銅及其中合金日益成為用來制造金屬化層的材料，因為與例如鋁相比，以反抗電遷移的抵抗力而言，它有優異的特性，以及有明顯較低的電阻率。盡管有這些優點，銅也有許多與銅在半導體生產單位中加工及處理有關的缺點。例如，銅在多種公認有效的電介質材料(例如，二氧化硅)中容易擴散，其中甚至累積于敏感裝置區域(例如，晶體管組件的接觸區)的微量銅都可能導致個別裝置失效。因此之故，必須付出巨大的努力以便在晶體管組件制造期間減少或避免任何銅污染，從而致使銅用以形成各自與電路組件之接觸區直接接觸的接觸插塞(contact plug)是比較不具吸引力的候選物。接觸插塞系提供個別電路組件與形成于層間電介質材料(其系圍封及鈍化電路組件)上面之第一金屬化層的電氣接觸。

結果，在先進半導體裝置中，各個接觸插塞通常由鎢基金屬形成于通常由二氧化硅構成形成于所謂接觸蝕刻中止層(通常由氮化硅形成)上面的層間電介質堆棧中。不過，由于特征尺寸持續縮減，各個接觸插塞必須形成于深寬比高達約10：1或更多的各個蝕刻開口內，其中45奈米技術及更先進技術之晶體管裝置的各個蝕刻開口的直徑可能約為80奈米甚至更小。此類開口的深寬比大體上定義成開口深度與開口寬度的比率。可能需要精密的蝕刻及沉積技術用來形成接觸插塞，這在說明圖1a至圖1c時會更加詳細地描述。

圖1a的上視圖示意圖標半導體裝置100之一部份。半導體裝置100包含基板(未圖示于圖1a，在圖1b為101)，形成于其上的半導體層有電路組件(例如，晶體管、電容器、電阻器及其類似者)形成于其中及上面。為了便于說明，圖示形式為晶體管150a、150b的電路組件，其中只部份圖標晶體管150b。晶體管150a、150b可包含柵極電極結構151，其側壁可用間隔體組件152覆蓋。漏極及源極區153經裝設成與柵極電極結構151橫向鄰近，除通道區以外，它們可位于柵極電極結構151下面以及可為對應半導體層的主動區。主動區可用隔離結構102界定，部份柵極電極結構151也可位于隔離結構102上面，藉此界定連接至形成于其上之接觸插塞或接觸組件110的柵極接觸區154。同樣，接觸組件111可裝設形成于漏極或源極區之中的接觸區155上面，以改善接觸的電氣特性。因此，接觸區155通常包含硅化物材料。應了解，接觸組件110、111通常形成于適當的層間電介質材料中，為了便于說明，未圖示于圖1a。