JPH1056017A - 半導体素子のビットライン及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子のビットライン及びその製造方法Info
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Abstract
て、半導体素子の集積度が増加し線幅が減少するに従い
抵抗が増加して信号伝達速度が低下するのを防ぎ、コン
タクト領域で半導体基板に金属イオンが拡散するのを防
ぐビットラインを提供するものである。 【解決手段】 半導体基板にコンタクトするビットライ
ンをTi膜、MOCVD−TiN膜及びW膜の積層構造
に形成するものである。MOCVD−TiN膜は、TD
MAT又はTDEATを原料に利用してCVD方法で製
造するものである。
Description
トライン及びその製造方法に関し、特にビットラインを
Ti/CVD−TiN/Wの積層構造に形成するビット
ライン及びその製造方法に関する。
際し、溶解点が高く抵抗率の低いタングステン(W)を
用いる。これにより素子で信号伝達速度を増加させるこ
とができ、ビットラインを長く用いることができること
になり素子の設計に対するマージンが増大する。
成するために、多結晶シリコンが有する高い抵抗を補償
することを目的として、多結晶シリコンとタングステン
シリサイド(WSix)の二重薄膜が用いられてい
る。多結晶シリコン薄膜の抵抗は1000オングストロ
ームの厚さで1000μΩcm程度であり、タングステ
ン シリサイドは700μΩcm程度である。したがっ
て、このような二重構造の薄膜で構成されたビットライ
ンの抵抗は多かれ少なかれ高い値を有する。
が減少するに伴い抵抗が増加され信号伝達速度に制限を
加えることもある。
ンに用いなければならない要求が発生した。
法で製造したタングステン薄膜(CVD−W膜)を用い
れば、このような問題を解決することができる。何故な
らば、タングステン薄膜の抵抗は10〜20μΩcmと
非常に低く、ステップカバレージが非常に優れているか
らであり、ビットラインコンタクトを良好に埋め込むこ
とができる。しかしながら、CVD−W膜は、接触抵抗
を50%以上増加させ、そしてライン形成後に連結され
る熱工程、例えばBPSGリフロー(reflow)等を経由
しながら半導体素子を破壊する。
反応を抑えるため拡散障壁を用いなければならない。拡
散障壁物質としてはチタニウム ナイトライド(以下T
iNという)が代表的であり、製造方法に従いCVD−
TiN膜とスパッタTiN膜に分けることができるがC
VD−TiN膜が拡散障壁としてより優れる。しかし、
CVD−TiN膜は大気中から水分、酸素のような不純
物を吸収して後続高温工程で絶縁層の酸化物をコンタク
トに形成させる問題点を有している。
ラインに用いるためには、ビットラインの形成後BPS
Gフローという高温工程が進められる時、タングステン
とコンタクト領域のシリコンの反応を抑える拡散障壁を
用いなければならない。一方、テトラキス ジメチル
アミン チタニウム(Tetra Kis Di Methyl Amino Ti
(以下、TDMAT))、又はテトラキス ジエチル
アミン チタニウム(Tetrakis Di Ethyl Amino Ti(以
下、TDEATという))を原料に用い、CVD方法で
製造したTiN膜(以下MOCVD−TiN膜という)
を利用して前記の反応を完全に防止させることができ
る。
るためビットラインでTi/TiN/Wの積層構造でな
るビットラインを提供する第1目的と、前記ビットライ
ンを製造する方法を提供する第2目的を有する。
の手段として、半導体基板のコンタクト領域に接続する
ビットラインにおいて、ビットラインがTi膜、MOC
VD−TiN膜そしてW膜の積層構造に形成されること
を特徴とする。
導体基板にコンタクトされるビットライン製造方法にお
いて、半導体基板上部に絶縁膜を形成する段階と、絶縁
膜の一定部分をエッチングし、半導体基板が露出するコ
ンタクトホールを形成する段階と、Ti膜、MOCVD
−TiN膜及びW膜を順次積層する段階と、パターニン
グ工程でTi膜、MOCVD−TiN膜及びW膜の積層
構造のビットラインを形成する段階とを含むものであ
る。
W膜とコンタクト領域のSiが反応してWSi2 が形成
されるのを殆ど完全に防止できる。
造の薄膜であるため、柱状結晶構造のスパッタされたT
iN膜より拡散障壁特性が著しく優れ、ステップカバレ
ージが優れているため蒸着厚さを低めることができる。
明の一実施形態である半導体素子のビットラインおよび
その製造方法を詳細に説明する。
板の拡散領域、例えばソース、ドレイン領域にビットラ
インがコンタクトされるのを示す断面図である。参考に
製造過程を説明すれば次の通りである。
ドライン3を形成してから、半導体基板1のアクティブ
領域に不純物を注入してソース/ドレイン拡散領域10
を形成した後、全体的に層間絶縁膜4を形成し、コンタ
クト領域の層間絶縁膜4をエッチングして拡散領域10
が露出されるコンタクトホールを形成した後、ビットラ
イン20を形成したものである。
るものであり、Ti膜5、MOCVD−TiN膜6及び
W膜7を順次積層した後、マスクを利用したエッチング
工程でパターニングを形成したものである。
ムの厚さに蒸着し、MOCVD−Ti膜6は、TDMA
T(Tetrakis Di Methyl Amino Titanium )、又はTD
EAT(Tetrakis Di Ethyl Amino Titanium)を原料に
用いてCVD方法で50〜1000オングストロームの
厚さに蒸着したものである。
000オングストロームの厚さに蒸着する。
実施形態として、Ti膜5を蒸着した後、又はMOCV
D−TiN膜6を蒸着した後に、RTA(rapid therma
l annealing)を窒素雰囲気と500〜1000℃の温度
で5〜60秒ほど行うことができるが、このようにRT
Aを行う場合C49の構造の均一なTiSi2 をコンタク
ト底に形成させることによりコンタクト底のボイド形成
を抑え、MOCVD−TiN膜内の吸収された水分とコ
ンタクト領域のシリコンが反応するのを防ぐことがで
き、低いコンタクト抵抗を得ることができるとともに漏
洩電流が減少される。
さらに他の実施形態として、Ti膜5を蒸着した後、そ
の上部にスパッタしたTiN膜とMOCVD−TiN膜
を順次積層し、その上部にW膜7を積層する方法があ
る。このようにビットライン20を形成することにより
ビットラインの接触抵抗が低く安定した値を得ることが
でき、素子の歩留り及び信頼性を向上させることにな
る。
ラズマ処理したMOCVD−TiN膜膜を蒸着すること
により、緻密な構造を有する薄膜を形成することがで
き、これにより大気からの不純物吸収の進行を止めるこ
とができる。プラズマ処理したMOCVD−TiN薄膜
は拡散障壁としてスパッタしたTiN膜と類似な効果を
得ることができる。
OCVD−TiN膜6、W膜7及び非反射膜(ante ref
laction coating layer)に利用されるTiN膜を100
〜1000オングストロームの厚さに積層できる。
D−TiN膜はタングステンをビットラインに用いる
時、ビットラインを形成した後BPSGリフローという
高温工程でタングステンとコンタクト領域のシリコンと
反応を抑制させる拡散障壁に用いる場合、優れた効果を
有する。
D−TiN膜、W膜の積層構造、Ti膜、スパッタした
TiN膜、プラズマ未処理のMOCVD−TiN膜、W
膜の積層構造、又はTi膜、プラズマ処理されたMOC
VD−TiN膜、プラズマ未処理のMOCVD−TiN
膜、W膜の積層構造、又はTi膜、MOCVD−TiN
膜、W膜及び非反射膜用TiN膜の積層構造に形成する
ことによりビットラインの線抵抗を著しく低減できるだ
けでなく、半導体基板との接触抵抗を安定的に低く保持
することにより素子の速度および信頼性を向上させるこ
とができる。
インをさらに安定させることができる。
目的のため開示されたものであり、当業者であれば本発
明の思想と同一範囲内にある多様な修正、変形、付加等
が可能であり、このような修正、変形等は以下の特許請
求の範囲に属するもので見なすべきである。
ラインを示す断面図。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板のコンタクト領域に接続する
ビットラインにおいて、 前記ビットラインがTi膜、MOCVD−TiN膜さら
にW膜の積層構造に形成されていることを特徴とする半
導体素子のビットライン。 - 【請求項2】 前記Ti膜とMOCVD−TiN膜の間
にスパッタしたTiN膜が形成されていることを特徴と
する請求項1記載の半導体素子のビットライン。 - 【請求項3】 前記MOCVD−TiN膜は、プラズマ
処理したMOCVD−TiN膜と未処理のMOCVD−
TiN膜の積層構造であることを特徴とする請求項1記
載の半導体素子のビットライン。 - 【請求項4】 前記MOCVD−TiN膜は、TDMA
T又はTDEATを原料に利用してCVD方法で製造さ
れたことを特徴とする請求項1記載の半導体素子のビッ
トライン。 - 【請求項5】 前記MOCVD−TiN膜は、100〜
1000オングストロームであり、前記Ti膜は50〜
1000オングストロームの厚さであることを特徴とす
る請求項1記載の半導体素子のビットライン。 - 【請求項6】 前記プラズマ処理したMOCVD−Ti
N膜は、TiN膜全体の半分ほどの厚さであることを特
徴とする請求項3記載の半導体素子のビットライン。 - 【請求項7】 半導体基板にコンタクトするビットライ
ン製造方法において、半導体基板上部に絶縁膜を形成す
る段階と、 前記絶縁膜の一定部分をエッチングし、前記半導体基板
が露出するコンタクトホールを形成する段階と、 Ti膜、MOCVD−TiN膜及びW膜を順次積層する
段階と、 パターニング工程で前記Ti膜、MOCVD−TiN膜
及びW膜の積層構造のビットラインを形成する段階を含
む半導体素子のビットライン製造方法。 - 【請求項8】 前記MOCVD−TiN膜は、TDMA
T又はTDEATを原料に利用しCVD方法で製造する
ことを特徴とする請求項7記載の半導体素子のビットラ
イン製造方法。 - 【請求項9】 前記Ti膜を蒸着した後、RTA(rapi
d thermal annealing)を窒素雰囲気と500〜1000
℃の温度で5〜60秒の間行うことを特徴とする請求項
7記載の半導体素子のビットライン製造方法。 - 【請求項10】 前記Ti膜は、50〜1000オング
ストロームの厚さに蒸着し、前記W膜は、CVD方法で
500〜5000オングストロームの厚さに蒸着したこ
とを特徴とする請求項7記載の半導体素子のビットライ
ン製造方法。 - 【請求項11】 前記MOCVD−TiN膜は、先ずス
パッタしたTiN膜を蒸着した後、その上部にプラズマ
処理したMOCVD−TiN膜を蒸着し、その上部にプ
ラズマ未処理のMOCVD−TiN膜を蒸着することを
特徴とする請求項7記載の半導体素子のビットライン製
造方法。 - 【請求項12】 前記MOCVD−TiN膜を蒸着した
後、RTA(rapidthermal annealing)を窒素雰囲気と
500〜1000℃の温度で5〜60秒の間行うことを
特徴とする請求項7記載の半導体素子のビットライン製
造方法。
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