JP2908774B2 - 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

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のビッ
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。
【0002】
【従来の技術】半導体素子でビットラインを形成するに
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。
【0003】従来から、半導体素子のビットラインを形
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。
【0004】従って、半導体素子の集積度が増加し線幅
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。
【0005】これにより抵抗率が低い金属をビットライ
ンに用いなければならない要求が発生した。
【0006】CVD(chemical vapour deposition)方
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。
【0007】従って、タングステン シリサイドの形成
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。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】タングステンをビット
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。
【0009】従って、本発明は、前記の問題点を解決す
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。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1目的を達成するため
の手段として、本発明は、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、T
i膜、スパッタしたTiN膜、MOCVD−TiN膜、
更にW膜の積層構造に形成されていることを特徴とす
る。
【0011】第2目的を達成するための手段として、本
発明は、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、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、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、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、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膜を蒸着する段階と、MOCV
D−TiN膜を蒸着し、プラズマ処理してプラズマ処理
されたMOCVD−TiN膜を形成する段階と、MOC
VD−TiN膜を蒸着する段階と、W膜を蒸着する段階
と、パターニング工程でTi、プラズマ処理されたMO
CVD−TiN、MOCVD−TiN及びWの積層構造
のビットラインを形成する段階を含む。
【0012】
【作用】拡散障壁でMOCVD−TiN膜を用いれば、
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。
【0013】さらに、MOCVD−TiN膜は非晶質構
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。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
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。
【0015】図1は、ワードラインの間にある半導体基
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。
【0016】半導体基板1上部にゲート酸化膜2とワー
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。
【0017】ビットライン20は、本発明により製造す
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。
【0018】Ti膜5は50〜1000オングストロー
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。
【0019】さらに、W膜7はCVD方法で500〜5
000オングストロームの厚さに蒸着する。
【0020】尚、ビットラインを形成する本発明の他の
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。
【0021】さらに、ビットラインを形成する本発明の
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。
【0022】一方、スパッタしたTiN膜の代わりにプ
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。
【0023】併せて、ビットライン20はTi膜5、M
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。
【0024】
【発明の効果】前記したように、本発明によりMOCV
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。
【0025】さらに、ビットラインでTi膜、MOCV
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。
【0026】併せて、RTD工程を行う場合、ビットラ
インをさらに安定させることができる。
【0027】また、本発明の好ましい実施形態は例示の
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体素子のビット
ラインを示す断面図。
【符号の説明】
1… 半導体基板 2… ゲート酸化膜 3… ワードライン 4… 層間絶縁膜 5… Ti膜(titanium) 6… MOCVD−TiN膜 7… W膜(tungsten) 10… 拡散領域 20… ビットライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/768 H01L 21/8242 H01L 27/108

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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、スパッタしたTiN膜、
    MOCVD−TiN膜、更に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。
  2. 【請求項2】 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、プラズマ処理したMOC
    VD−TiN膜、MOCVD−TiN膜、更に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。
  3. 【請求項3】 前記MOCVD−TiNは、TDMAT
    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又は2記載の半導体素子の
    ビットライン。
  4. 【請求項4】 前記Ti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又は2記載
    の半導体素子のビットライン。
  5. 【請求項5】 前記プラズマ処理したMOCVD−Ti
    N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2記載の半導体素子のビットライン。
  6. 【請求項6】 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膜を蒸着する段階と、 MOCVD−TiN膜を蒸着し、プラズマ処理してプラ
    ズマ処理されたMOCVD−TiN膜を形成する段階
    と、 MOCVD−TiN膜を蒸着する段階と、 W膜を蒸着する段階と、 パターニング工程で前記Ti、プラズマ処理されたMO
    CVD−TiN、MOCVD−TiN及びW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。
  7. 【請求項7】 前記MOCVD−TiNは、TDMAT
    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6記載の半導体素子のビットライ
    ン製造方法。
  8. 【請求項8】 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膜を蒸着しRTA(rapid thermal
    annealing)を窒素雰囲気と500〜1000
    ℃の温度で5〜60秒の間行う段階と、 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。
  9. 【請求項9】 前記Ti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8記載の半導体素子のビットライン製造
    方法。
  10. 【請求項10】 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膜を蒸着する段階と、 スパッタしたTiN膜を蒸着した後、その上部にMOC
    VD−TiN膜を蒸着する段階と、 W膜を蒸着する段階と、 パターニング工程で前記Ti、スパッタしたTiN、M
    OCVD−TiN及びW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。
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