JPH10189605A - タングステン領域に形成された窒化タングステン側壁を有する半導体素子およびその構成方法 - Google Patents

タングステン領域に形成された窒化タングステン側壁を有する半導体素子およびその構成方法

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JPH10189605A
JPH10189605A JP9351614A JP35161497A JPH10189605A JP H10189605 A JPH10189605 A JP H10189605A JP 9351614 A JP9351614 A JP 9351614A JP 35161497 A JP35161497 A JP 35161497A JP H10189605 A JPH10189605 A JP H10189605A
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nitrified
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Chih-Chen Cho
− チェン チョー チー
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Texas Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステン領域(20)の酸化防止構造を
有する半導体素子およびその構成方法を提供する。 【解決手段】 半導体素子は、半導体基板(10)上に
形成されたタングステン領域(20)を含む。更に、タ
ングステン領域(20)に窒化タングステン側壁(2
4)が形成されている。窒化タングステン側壁(24)
は、タングステン領域(20)の両側にバリアを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、半導体
素子製造の分野に関し、更に特定すれば、タングステン
領域に形成された窒化タングステン側壁を有する半導体
素子およびその構成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】タングステン(W)は、第1レベル金
属、バイア、接点およびゲート電極のような素子構造を
構成するための材料として、集積回路において広く用い
られている。タングステンが有用なのは、その高い電気
移動抵抗(electro-migration resistance)、成長および
エッチングの容易性、比較的高い熱安定性、および低い
電気抵抗のためである。しかしながら、タングステン
は、シリコン(Si)やアルミニウム(Al)と直接接
触すると、これらと反応する可能性がある。更に、タン
グステンは、摂氏400度より高い温度では酸素
(O2 )または水(H2 O)と反応し、酸化タングステ
ン(WO3 )を形成する。酸化タングステンは、摂氏約
750度の温度で気化し始める。これは処理上の問題を
引き起こす可能性がある。したがって、多くの場合タン
グステン領域の上下に拡散バリアを用いて、タングステ
ンと隣接する物質との間の反応を防止している。物質の
中でも、窒化タングステン(WNX )はとりわけ、タン
グステン領域とアルミニウム領域との間、およびアルミ
ニウム領域とシリコン領域との間に拡散バリアを形成す
るために用いられている。窒化チタン(TiN)をバリ
ア材料として用いる同様の構造と比較して、窒化タング
ステンは、抵抗が低く信頼性向上を可能とする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、タン
グステン領域に形成された窒化タングステン側壁を有す
る半導体素子、およびその製造方法を提供し、以前に開
発されたタングステン領域および構成方法に伴う問題お
よび欠点の実質的な解消または低減を図ることを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例によれ
ば、窒化タングステン側壁を有するタングステン領域を
含む半導体素子が提供される。この半導体素子は、半導
体基板上に形成された下位バリア領域を含み、この下位
バリア領域がタングステンの拡散を制限する。下位バリ
ア領域の上およびこれに隣接して、タングステン領域が
形成される。次いで、窒化タングステン側壁をタングス
テン領域に形成する。窒化タングステン側壁は、タング
ステン領域の両側にバリアを設けるものである。
【0005】本発明の技術的利点の1つは、タングステ
ン領域の側壁に窒化されたタングステン(WNX )を用
いて保護キャップを設けたので、タングステン領域の特
性を低下させることなく、酸化や膜堆積のような他のプ
ロセスの実行が可能となることである。窒化タングステ
ン(WNX )は、酸化タングステン(WO3 )やタング
ステン(W)よりも化学的に安定である。
【0006】本発明の他の技術的利点は、プラズマを用
いてまたは用いずに、窒素(N2 )またはアンモニア
(NH3 )原子を含む雰囲気内におけるタングステンの
ニトロ化反応によって、十分な厚さの窒化タングステン
層を形成可能なことである。したがって、窒化タングス
テン側壁の形成プロセスは、タングステン領域周囲にあ
る他の層の性質に影響を与えることはない。側壁の形成
は、本質的に、「選択的」窒化タングステン形成プロセ
スである。
【0007】本発明およびその利点の更に完全な理解
は、添付図面と関連付けて以下の説明を参照することに
よって得ることができよう。尚、図面において、同様の
番号は同様の構造を示すものとする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、タングステン領域を有す
る半導体素子の断面図である。図1の実施例では、半導
体素子はシリコン基板10を含み、これにはドープ領域
12が形成されている。例えば、二酸化シリコン(Si
2 )による酸化物層14が基板10上に形成されてい
る。図1の実施例では、ゲート領域構造が基板10上に
形成されたものとして示されている。図1のゲート領域
構造は、ポリシリコン領域16と、バリア領域18とを
含む。バリア領域18は、例えば、窒化チタン(Ti
N)、窒化タングステン(WN)、または窒化タングス
テン・シリコン(WSiN)で形成することができる。
また、ゲート領域構造は、バリア領域18上に配置され
たタングステン領域20も含む。更に、例えば、窒化シ
リコン(Si3 4)または二酸化シリコン(Si
2 )による上位バリア領域22が、タングステン領域
20上に形成されている。
【0009】図2は、タングステン領域20に形成され
た窒化タングステン(WNX )側壁24を有する、図1
の半導体素子の断面図である。窒化タングステン側壁2
4は、例えば、非選択的プロセスである化学蒸着によっ
て形成することができる。窒化タングステン側壁24を
形成するための他のプロセスには、窒素(N2 )または
アンモニア(NH3 )のような窒素原子を含む雰囲気に
おける炉または高速熱プロセスによる、タングステン領
域20のアニーリングがある。このプロセスは、選択的
形成プロセスである。高温アニーリング(例えば、摂氏
900度で30秒間)の周囲物質に対する効果は有益な
場合も有害な場合もあり得る。窒化タングステン側壁2
4を選択的に形成する更に別の方法は、窒素原子を含む
雰囲気においてプラズマ処理を用いることである。その
選択性に加えて、これは低温プロセスである。例えば、
窒素プラズマ処理によって、60秒の露出時間で摂氏5
0度の基板温度において、厚さ6ナノメートルの窒化タ
ングステン側壁を形成することができる。
【0010】尚、図1および図2は、本発明の可能な一
実施例を説明するに過ぎないことは理解されよう。例え
ば、他の実施例では、ゲート酸化物14上に直接タング
ステン領域20を用い、タングステン・ゲートを形成す
るものもある。この場合、ポリシリコン領域16はな
く、バリア領域18は不要となる。次いで、タングステ
ン領域20上に、本発明にしたがって窒化タングステン
側壁24を形成する。
【0011】タングステン/窒化チタン/ポリシリコン
構造の面積抵抗は、従来の珪化タングステン/ポリシリ
コン構造のそれよりも低いので、この構造はゲート電極
材料として広い分野において考えられている。しかしな
がら、多くの場合、既に行われたエッチング・プロセス
の結果生じたゲート酸化物上の損傷を除去することがで
きるように、このゲートをパターニングした後に、酸化
プロセスを用いる必要がある(例えば、図1)。タング
ステン領域20の側壁はこの酸化物形成プロセスの間露
出されているので、酸化タングステン(WO3 )を形成
する可能性、したがってタングステン領域20を劣化さ
せる可能性が問題となる。窒化タングステン側壁24の
選択的形成によって、タングステン領域20の酸化防止
が可能となる。
【0012】以上、本発明を詳細に説明したが、特許請
求の範囲に規定されている本発明の精神および範囲から
逸脱することなく、種々の変更、代用、および改造が本
発明には可能であることは理解されよう。
【0013】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)半導体素子であって、半導体基板と、前記半導体
基板上に形成されたタングステン領域と、前記タングス
テン領域に形成された窒化タングステン側壁であって、
前記タングステン領域の両側にバリアを設けるように動
作可能な前記窒化タングステン側壁と、から成る半導体
素子。 (2)前記半導体基板上であり、かつ前記タングステン
領域の下に形成された下位バリア領域であって、タング
ステンの拡散を制限するように動作可能な前記下位バリ
ア領域を更に含み、前記タングステン領域は、前記下位
バリア領域の上およびこれに隣接して形成される、第1
項記載の半導体素子。 (3)前記窒化タングステン側壁は、窒素原子を含む雰
囲気における高温アニーリングによって形成する、第1
項記載の半導体素子。 (4)前記雰囲気は窒素(N2 )を含む、第3項記載の
半導体素子。 (5)前記雰囲気はアンモニア(NH3 )を含む、第3
項記載の半導体素子。 (6)前記窒化タングステン側壁は、窒素原子を含む雰
囲気におけるプラズマ処理によって形成する、第1項記
載の半導体素子。 (7)前記窒化タングステン側壁は、化学蒸着によって
形成する、第1項記載の半導体素子。 (8)前記タングステン領域は、トランジスタ素子のゲ
ート領域の一部である、第1項記載の半導体素子。 (9)前記半導体基板上であり、かつ前記下位バリア層
の下に形成された酸化物層と、前記酸化物層と前記下位
バリア層との間に形成されたポリシリコン層と、前記タ
ングステン領域上に形成された上位バリア層と、を更に
含む、第1項記載の半導体素子。
【0014】(10)半導体素子の構成方法であって、
半導体基板上にタングステン領域を形成するステップ
と、前記タングステン領域の両側にバリアを設けるよう
に動作可能な窒化タングステン側壁を、前記タングステ
ン領域に形成するステップと、から成る半導体素子の構
成方法。 (11)前記半導体基板上であり、かつ前記タングステ
ン領域の下に下位バリア領域を形成するステップであっ
て、タングステンの拡散を制限するように動作可能な前
記下位バリア領域を形成するステップを更に含み、前記
タングステン領域は、前記下位バリア領域の上およびこ
れに隣接して形成される、第10項記載の方法。 (12)前記窒化タングステン側壁の形成は、窒素原子
を含む雰囲気における高温アニーリングを用いて行う、
第10項記載の方法。 (13)前記雰囲気は窒素(N2 )を含む、第12項記
載の方法。 (14)前記雰囲気はアンモニア(NH3 )を含む、第
12項記載の方法。 (15)前記窒化タングステン側壁の形成は、窒素原子
を含む雰囲気におけるプラズマ処理を用いて行う、第1
0項記載の方法。 (16)前記窒化タングステン側壁の形成は、化学蒸着
を用いて行う、第10項記載の方法。 (17)前記タングステン領域は、トランジスタ素子の
ゲート領域の一部として形成する、第10項記載の方
法。 (18)前記半導体基板上であり、かつ前記下位バリア
層の下に酸化物層を形成するステップと、前記酸化物層
と前記下位バリア層との間にポリシリコン層を形成する
ステップと、前記タングステン領域上に上位バリア層を
形成するステップと、を更に含む、第10項記載の方
法。
【0015】(19)窒化タングステン側壁24を有す
るタングステン領域20を含む半導体素子を提供する。
この半導体素子は、半導体基板10上に形成されたタン
グステン領域20を含む。更に、タングステン領域20
に、窒化タングステン側壁24が形成されている。窒化
タングステン側壁24は、タングステン領域20の両側
にバリアを設ける。
【図面の簡単な説明】
【図1】タングステン領域を有する半導体素子の断面
図。
【図2】タングステン領域に形成された窒化タングステ
ン側壁を有する、図1の半導体素子の断面図。
【符号の説明】
10 シリコン基板 12 ドープ領域 14 酸化物層 16 ポリシリコン領域 18 バリア領域 20 タングステン領域 22 上位バリア領域 24 窒化タングステン側壁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子であって、 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたタングステン領域と、 前記タングステン領域に形成された窒化タングステン側
    壁であって、前記タングステン領域の両側にバリアを設
    けるように動作可能な前記窒化タングステン側壁と、か
    ら成ることを特徴とする半導体素子。
  2. 【請求項2】 半導体素子の構成方法であって、 半導体基板上にタングステン領域を形成するステップ
    と、 前記タングステン領域の両側にバリアを設けるように動
    作可能な窒化タングステン側壁を、前記タングステン領
    域に形成するステップと、から成る半導体素子の構成方
    法。
JP9351614A 1996-12-19 1997-12-19 タングステン領域に形成された窒化タングステン側壁を有する半導体素子およびその構成方法 Pending JPH10189605A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US3244496P 1996-12-19 1996-12-19
US032444 1996-12-19

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EP (1) EP0849806A3 (ja)
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EP0849806A2 (en) 1998-06-24
EP0849806A3 (en) 1999-08-25
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