(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型の不純物拡散領域が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の所定部位を除去して前記不純物拡散領域の一部表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールが形成された前記層間絶縁膜の表面を覆う第１導電層を形成するステップと、
前記第１導電層を覆う第２導電層を形成するステップと、
前記第１導電層と前記不純物拡散領域の界面に第３導電層を形成するステップと、
前記コンタクトホールの底部の前記第２導電層の内部に窒素イオンを注入することにより拡散防止イオン埋没層を形成するステップと、
前記第２導電層上に該第２導電層と同一物質からなる第５導電層を形成するステップと、
前記第５導電層が形成された前記コンタクトホールを充填する導電性プラグを形成するステップと、
前記導電性プラグの上部表面と電気的に連結された第４導電層を前記第５導電層上に形成するステップと、を順次行い、
前記第１導電層がチタンからなり、前記第２導電層及び前記第５導電層が窒化チタンからなり、前記第３導電層がケイ化物からなり、前記導電性プラグがタングステンからなることを特徴とする半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項２】
前記不純物拡散領域におけるｐ型の不純物は、ホウ素からなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項３】
前記第４導電層は、タングステンからなるビットラインであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項４】
前記拡散防止イオン埋没層は、注入された窒素イオンが密集することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項５】
前記拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成することを特徴とする請求項４記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項６】
前記第１導電層及び前記第２導電層は、スパッタリング又はＣＶＤ法を施し、それぞれ１００Å、及び４００Åの厚さで形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項７】
前記導電性プラグ及び前記第４導電層は、同一物質により同時に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項８】
前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上にスパッタリング法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項９】
前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上に四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１０】
前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上に金属有機物を雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１１】
前記第１導電層は、スパッタリングを施し、チタンからなる層に形成し、前記第２導電層は、四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１２】
前記第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、前記第３導電層を同時に形成させることを特徴とする請求項１１記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１３】
ｐ型の不純物拡散領域が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の所定部位を除去して前記不純物拡散領域の一部表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールが形成された層間絶縁膜の表面を覆う第１導電層を形成するステップと、
前記第１導電層を覆う第２導電層及び、前記第１導電層と前記不純物拡散領域との界面に形成される第３導電層を同時に形成させるステップと、
前記コンタクトホールの底部の前記第２導電層の内部に窒素イオンを注入することにより拡散防止イオン埋没層を形成するステップと、
前記第２導電層上に該第２導電層と同一物質からなる第５導電層を形成するステップと、
前記第５導電層が形成された前記コンタクトホールを充填する導電性プラグを形成するステップと、
この導電性プラグの上部表面と電気的に連結された第４導電層を前記第５導電層上に形成するステップと、を順次行い、
前記第１導電層がチタンからなり、前記第２導電層及び前記第５導電層が窒化チタンからなり、前記第３導電層がケイ化物からなり、前記導電性プラグがタングステンからなり、前記第４導電層がタングステンからなることを特徴とする半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１４】
前記第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、前記第３導電層を同時に形成させることを特徴とする請求項１３記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【請求項１５】
前記拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成することを特徴とする請求項１３記載の半導体素子のコンタクト形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子のコンタクト形成方法に関するもので、特に、バリアー金属層の内部に別途の拡散防止イオン埋没層を形成して、不純物拡散領域における不純物イオンの濃度減少を防止し、それと同時に、導電性プラグ内におけるフッ素の半導体基板への浸透を防止して、活性領域及び導電性プラグにおけるコンタクト抵抗を低め、ジャンクションにおける漏洩電流を減少させることによって半導体素子の動作速度を向上させて電力消耗を減少させることができる、半導体素子のコンタクト形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子が高集積化されるにつれて、高速で動作する低電力消耗型回路設計が、更に重要視されるようになってきた。このような低電力消耗型回路を設計することにおいて特に要求されるいくつかの制限要素があるが、その中の１つがコンタクト部位における抵抗減少である。
【０００３】
メモリ素子の集積度増加と動作速度の向上のため、導電性プラグとビットラインとをタングステンから形成する技術が、主要研究対象となっている。このような構造は、従来技術のタングステン／ポリシリコン構造と比べて電気抵抗を約１／８程度に減少することができるので、高性能メモリ素子の製造において必須となっている。
【０００４】
従来技術のタングステンビットラインコンタクト部位においては、ｐ型のイオンがドーピングされたソース／ドレインの不純物拡散領域はホウ素イオンがドーピングされ、バリアー金属層は窒化チタンからなり、導電性プラグはタングステンからなっている。
【０００５】
ホウ素原子は、約７００℃以上の高温のもとで金属、即ち窒化チタン(TiN)とタングステン(W)とに拡散され易くなる特性がある。つまり、キャパシタ形成工程において、又は層間絶縁膜の蒸着及び熱処理工程において、ソース／ドレインに埋没されて拡散されたイオンの中でも、特にホウ素原子は、タングステンからなるビットラインを形成するステップ以降の工程において、窒化チタン／タングステン層に拡散され易くなる。そうすると、半導体基板内の不純物拡散領域におけるドーパントであるホウ素イオンの濃度は、相対的に減少し、そのことによってコンタクト抵抗(contact resistance)が増加するようになる。したがって、素子の消費電力を増加させ、また動作速度を減少させるようになる。
【０００６】
また、タングステンからなる導電性プラグは、拡散防止用のバリアー金属層上にフッ化タングステン(WF6)等の気体を用いて、化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition：以下、「ＣＶＤ」と略称する)法を施し、タングステンがコンタクトホールを満たすように蒸着して形成される。
【０００７】
この時、雰囲気となる気体に用いられるフッ化タングステンに含まれたフッ素(F)が導電性プラグに含まれるようになり、このようなフッ素原子は、不純物拡散領域に拡散し、シリコンからなる半導体基板の表面に形成されたシリコン／ケイ化チタン(TiSix)界面にフッ化チタン(TiFx)を形成し、ソース／ドレインジャンクションに深く浸透する。したがって、コンタクト抵抗を増加させ、ジャンクションにおける漏洩電流を増加させるようになる。
【０００８】
さらに、ケイ化物であるケイ化チタンを形成させるために半導体基板に熱処理を施す時、コンタクトホールの底部に位置するバリアー金属層である窒化チタン層の体積は、ケイ化チタンの体積より大きくなる。したがって、ケイ化チタンが形成される時の体積の縮小によるストレスに起因して微細亀裂(micro-crack)がバリアー金属層上に発生するようになる。
【０００９】
図５〜図７は、従来技術による半導体素子のコンタクト形成方法を図示する工程断面図である。まず、図５を参照すると、ソース／ドレインを形成するため、半導体基板１０の所定部位に高濃度のホウ素イオンをドーピングし、ｐ型の不純物拡散領域１１が形成された半導体基板１０を形成する。この半導体基板１０上に、ＣＶＤ法を施し、酸化膜または窒化膜を蒸着して層間絶縁膜１２を形成する。
【００１０】
次に、層間絶縁膜１２上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像を施して、開放されるコンタクト部の上部に位置し、層間絶縁膜１２の表面を露出させるフォトレジストパターンを形成させる。
【００１１】
次に、層間絶縁膜１２における上面がフォトレジストパターンに覆われていない部位を除去すると、不純物拡散領域１１の一部表面を露出し、コンタクトホールが形成される。このコンタクトホールは、プラグを含むビットラインコンタクトが形成される部位となる。
【００１２】
そして、コンタクトホールが形成され露出した半導体基板１０の不純物拡散領域１１の表面をフッ化水素(HF)又はＢＯＥ(Buffered Oxide Etchant)等で洗浄して自然酸化膜を除去し、それと同時にコンタクトホールの形成時に残留したポリマー等を除去する。
【００１３】
次に、図６を参照すると、前記層間絶縁膜１２の表面及びコンタクトホールの底部に露出した不純物拡散領域１１の表面にケイ化物を形成するため、チタンからなる第１導電層１３を形成した後、この第１導電層１３の表面に、拡散防止用のバリアー金属層となる窒化チタンからなる第２導電層１４を蒸着して形成する。この時、それぞれの金属層の蒸着厚さが３００Å程度となるよう、スパッタリング法を施して蒸着する。このようなスパッタリング法は、コンタクトホールの縦横比に応じて平行イオン化金属プラズマ(collimated Ionized Metal Plasma)又は中空陰極電磁管(Hollow Cathode Magnetron)を用いる。
【００１４】
そして、コンタクトの抵抗を減少させるケイ化物を形成するため、窒素雰囲気下にて、半導体基板１０に６５０℃以上の温度で熱処理を施すと、チタン及びシリコンが反応してケイ化物が生成し、チタンからなる第１導電層１３及び不純物拡散領域１１の界面部に、ケイ化チタンからなる第３導電層１５が形成される。この時の熱処理は、急速熱処理(Rapid Thermal Process)の場合は約３０秒間施し、炉(furnace)を用いる場合は約３０分間施す。
【００１５】
次に、図７を参照すると、ＣＶＤ法を施し、バリアー金属層となる第２導電層１４の表面にコンタクトホールを充填するように、タングステンを約４０００Åの厚さで蒸着し形成する。
【００１６】
次に、このタングステン層の表面に、エッチバック法等のＣＭＰ(Chemical-Mechanical Polishing)を施し、前記第２導電層の表面を露出させる平坦化工程を施す。こうして、コンタクトホールがタングステンで充填された導電性プラグ１６が形成される。
【００１７】
次いで、前記導電性プラグ１６及び前記第２導電層１４の表面に、タングステンからなる第４導電層を約１０００Åの厚さで蒸着する。この時、タングステンは、ＣＶＤ法又はスパッタリング法を施し形成する。
【００１８】
その後、このタングステンからなる第４導電層１７の所定部位を写真食刻工程により除去してビットラインを形成する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の半導体素子のコンタクト形成方法は、半導体基板１０に形成された不純物拡散領域１１におけるドーパントであるホウ素イオンの濃度が減少し易いので、コンタクト抵抗が増加するようになる。したがって、素子の消費電力を増加させ、動作速度を減少させる問題点があった。
【００２０】
また、タングステンからなる導電性プラグ１６の形成時、雰囲気となる気体として用いるフッ化タングステンに含まれたフッ素が導電性プラグ１６に含まれるようになるので、この導電性プラグ１６内のフッ素原子は、シリコンからなる半導体基板１０の表面に形成されたシリコン／ケイ化チタン界面に拡散してフッ化チタンを形成し、ソース／ドレインジャンクションに深く浸透する。したがって、コンタクト抵抗を増加させ、ジャンクションにおける漏洩電流を増加させるようになるという問題点があった。
【００２１】
さらに、ケイ化チタンからなる第３導電層１５を形成させるため、半導体基板１０に熱処理を施す時、コンタクトホールの底部に位置するバリアー金属層である窒化チタンからなる第２導電層１４の体積がケイ化チタンからなる第３導電層１５の体積より大きくなる。したがって、第３導電層１５が形成される時の体積の縮小によるストレスに起因して微細亀裂が発生するようになる問題点があった。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、タングステンからなる導電層プラグ及びビットラインとなる第４導電層を形成する場合、コンタクトホールを形成した上に拡散防止用のバリアー金属層となる第２導電層を蒸着した後、この第２導電層の内部に別途の拡散防止イオン埋没層を形成することにより、コンタクトホールの下部に位置した不純物拡散領域における不純物イオンの濃度減少を防止し、また、ビットライン形成後における、導電性プラグに含有されたフッ素の半導体基板への浸透を防止し、活性領域及び導電性プラグにおけるコンタクト抵抗を低め、かつジャンクションにおける漏洩電流を減少させることができ、よって半導体素子の動作速度を向上させ、消費電力を減少させることができる半導体素子のコンタクト形成方法を提供することにある。
【００２４】
【発明を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る半導体素子のコンタクト形成方法は、ｐ型の不純物拡散領域が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の所定部位を除去して前記不純物拡散領域の一部表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが形成された前記層間絶縁膜の表面を覆う第１導電層を形成するステップと、前記第１導電層を覆う第２導電層を形成するステップと、前記第１導電層と前記不純物拡散領域の界面に第３導電層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底部の前記第２導電層の内部に窒素イオンを注入することにより拡散防止イオン埋没層を形成するステップと、前記第２導電層上に該第２導電層と同一物質からなる第５導電層を形成するステップと、前記第５導電層が形成された前記コンタクトホールを充填する導電性プラグを形成するステップと、前記導電性プラグの上部表面と電気的に連結された第４導電層を前記第５導電層上に形成するステップと、を順次行い、前記第１導電層はチタンからなり、前記第２導電層及び前記第５導電層は窒化チタンからなり、前記第３導電層はケイ化物からなり、前記導電性プラグはタングステンからなることを特徴とするものである。
【００２５】
また、前記不純物拡散領域におけるｐ型の不純物は、ホウ素からなる。また、記第４導電層は、タングステンからなるビットラインとする。また、前記拡散防止イオン埋没層は、注入された窒素イオンが密集することにより形成されるものである。
【００２６】
このとき、前記拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成する。
【００２７】
また、前記第１導電層及び前記第２導電層は、スパッタリング又はＣＶＤ法を施し、それぞれ１００Å、及び４００Åの厚さで形成する。
【００２８】
ここで、前記導電性プラグ及び前記第４導電層は、同一物質により同時に形成することができる。
【００２９】
ここで、前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上にスパッタリング法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成するものとする。
【００３０】
また、前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上に四塩化チタン及びアンモニア(NH3)を雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することもできる。
【００３１】
さらに、前記第５導電層を形成するステップは、前記第２導電層上に金属有機物を雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することもできる。
【００３２】
また、前記第１導電層は、スパッタリングを施し、チタンからなる層に形成し、前記第２導電層は、四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層に形成するものとする。
【００３３】
なお、前記第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、前記第３導電層を同時に形成させることができる。
したがって、本発明に係る半導体素子のコンタクト形成方法は、ｐ型の不純物拡散領域が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の所定部位を除去して前記不純物拡散領域の一部表面を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールが形成された層間絶縁膜の表面を覆う第１導電層を形成するステップと、前記第１導電層を覆う第２導電層及び、前記第１導電層と前記不純物拡散領域との界面に形成される第３導電層を同時に形成させるステップと、前記コンタクトホールの底部の前記第２導電層の内部に窒素イオンを注入することにより拡散防止イオン埋没層を形成するステップと、前記第２導電層上に該第２導電層と同一物質からなる第５導電層を形成するステップと、前記第５導電層が形成された前記コンタクトホールを充填する導電性プラグを形成するステップと、この導電性プラグの上部表面と電気的に連結された第４導電層を前記第５導電層上に形成するステップと、を順次行い、前記第１導電層がチタンからなり、前記第２導電層及び前記第５導電層が窒化チタンからなり、前記第３導電層がケイ化物からなり、前記導電性プラグがタングステンからなり、前記第４導電層がタングステンからなることを特徴とする。
【００３４】
ここで、前記第３導電層は、前記第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、同時に形成させることができる。
【００３６】
また、前記拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図４は、本発明による半導体素子のコンタクト形成方法を図示する工程断面図である。
【００３９】
まず、図１を参照すると、ソース／ドレインを形成するため、シリコンからなる半導体基板２０の所定部位にイオン注入を施し、高濃度のホウ素イオンがドーピングされたｐ型の不純物拡散領域２１を形成する。
【００４０】
次に、この不純物拡散領域２１が形成された半導体基板２０上にＣＶＤ法を施し、酸化膜又は窒化膜を蒸着して層間絶縁膜２２を形成する。
次いで、層間絶縁膜２２上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像を施して、開放されるコンタクト部の上部に位置し、層間絶縁膜２２の表面を露出させるフォトレジストパターンを形成させる。
【００４１】
次いで、層間絶縁膜２２において、上面がフォトレジストパターンで覆われていない部位を除去すると、前記不純物拡散領域２１の一部表面が露出し、コンタクトホールが形成される。このコンタクトホールは、プラグを含むビットラインコンタクトが形成される部位となる。
【００４２】
そして、コンタクトホールが形成され露出した半導体基板２０の不純物拡散領域２１の表面をフッ化水素又はＢＯＥ等で洗浄して自然酸化膜を除去し、それと同時にコンタクトホールの形成時に残留したポリマー等を除去する。
【００４３】
次に、図２参照すると、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜２２の表面及びコンタクトホールの底部に露出した不純物拡散領域２１の表面にケイ化物を形成するため、チタンからなる第１導電層２３を約１００Åの厚さで形成した後、この第１導電層２３の表面に拡散防止用のバリアー金属層となる窒化チタンからなる第２導電層２４を約４００Åの厚さで蒸着して形成する。この時、第１導電層２３及び第２導電層２４は、それぞれスパッタリング法を施し、蒸着する。このようなスパッタリング法は、コンタクトホールの縦横比に応じて平行イオン化金属プラズマ又は中空陰極電磁管を用いる。
【００４４】
このとき、バリアー金属層となる第２導電層２４は、工程温度６００℃以上において、四塩化チタン及びアンモニア(NH3)を雰囲気となる気体として用いたＣＶＤ法を施すことにより形成することができる。
【００４５】
次いで、コンタクトの抵抗を減少させるケイ化物を形成するため、窒素雰囲気において、半導体基板２０に６５０℃以上の温度で熱処理を施すと、チタン及びシリコンが反応しケイ化物が生成し、チタンからなる第１導電層２３及び不純物拡散領域２１の界面部に、ケイ化チタンからなる第３導電層２５が形成される。この時の熱処理は、急速熱処理の場合、６５０〜８２０℃下で約１０〜６０秒間施し、炉を用いる場合、６５０〜８２０℃下で１０〜６０分間施す。
【００４６】
このようなケイ化物形成用の熱処理工程において、窒化チタンからなる第２導電層２４を四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体として用いたＣＶＤ法を施して形成する場合、工程温度が６００℃以上であるので、窒化チタンからなる第２導電層２４を形成すると同時にケイ化チタンからなる第３導電層２５が形成されるので、省略して工程の単純化を達成させることができる。
【００４７】
次に、図３を参照すると、基板の上面に窒素イオン注入を施し、バリアー金属層となる窒化チタンからなる第２導電層２４内に窒素イオンからなる拡散防止イオン埋没層２６を形成する。この時のイオン注入条件は、イオン注入エネルギーを１０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５atoms/cm2とする。このとき、その適用範囲はそれぞれ１０〜３０KeV、１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2とする。
【００４８】
このとき、イオン注入エネルギーを最適化し、イオン注入範囲(Range of Projection)がコンタクトホールの底部に露出した第２導電層内に形成されるようにする。これにより、ビットラインを形成するステップ以降の熱工程において、半導体基板２０に形成された不純物拡散領域２１におけるホウ素原子が、バリアー金属層となる窒化チタンからなる第２導電層及びタングステンからなる導電性プラグ２７に拡散されて、コンタクト抵抗が増加する現象を防止することができる。ここで、イオン注入範囲とは、イオン注入がされて原子が密集し濃度がもっとも高い部位が位置する範囲をいい、このときのコンタクト抵抗は、２０００Ω以下の範囲が好ましい。
【００４９】
このような拡散防止イオン埋没層２６は、第２導電層２４にスタッフィング(stuffing)効果をもたらす。すなわち、以降の工程で不純物拡散領域２１におけるホウ素イオンが導電性プラグ２７に拡散されることを防止し、それと同時に導電性プラグ２７に含有されたフッ素原子が不純物拡散領域２１に拡散されることを防止するようになる、という効果をもたらす。
【００５０】
こうして、拡散防止イオン埋没層がイオン注入により形成された窒化チタンからなる第２導電層は、スタッフィング効果によりフッ素原子等の拡散をある程度抑制できるようになる。また、高温で熱処理を施すと、シリコン−窒素結合又はホウ素−窒素結合等が一部形成されるので、ホウ素又はフッ素のような不純物が半導体基板へ拡散することを抑制できるようになる。もしも、このような不純物又はタングステン原子等が不純物拡散領域に拡散すると、例えばＤＲＡＭ素子の集積度が増加するほど、ソース／ドレインジャンクションの深度が浅くなることから鑑みても、ジャンクションに致命的な損傷を与えるようになる。ここで、ジャンクションにおける漏洩電流は、８５℃において１Ｅ−１５A/cm2以下であることが好ましい。
【００５１】
また、ｐ型の不純物拡散領域における不純物イオンであるホウ素イオン濃度に対するコンタクト抵抗は、下記のとおりである。ただし、コンタクト抵抗はＲcとし、ホウ素イオンの濃度はＮdとする。また、Ａは常数である。
【００５２】
Ｒc＝Ａｅｘｐ（Ｎd-1/2）
従って、ホウ素イオン濃度Ｎdが低くなるほど、コンタクト抵抗Ｒcは増加することが分かる。このことから、逆に、スタッフィング効果がもたらすホウ素イオンの拡散防止効果によって、不純物拡散領域におけるホウ素イオン濃度Ｎdの低下を抑制できるので、よってコンタクト抵抗Ｒcを低減することができることが分かる。
【００５３】
ここで、前記ケイ化チタンからなる第３導電層２５を形成するため半導体基板２０に熱処理を施した時、コンタクトホールの底部に露出する窒化チタンからなる第２導電層２３の体積は、ケイ化チタンからなる第３導電層２５の体積より大きくなるので、結果的に第３導電層２５が形成される時、体積の縮小によるストレスに起因して第２導電層２４上に微細亀裂が発生する。このような微細亀裂を有する第２導電層２４は、導電性プラグ２７を形成するためＣＶＤ法を施してタングステンを蒸着する時において、雰囲気となる気体であるフッ化タングステンが、半導体基板２０に形成された不純物拡散領域２１への拡散を完全に防止することができなくなる。従って、それ以降のステップにおける熱工程でフッ化タングステン内のフッ素が、窒化チタンからなる第２導電層２４が有する微細亀裂に沿って拡散され易くなり、コンタクト部位が構造的又は電気的に損傷され易くなる。
【００５４】
そこで、下記のような工程を追加することを選択できるが、この工程は、蒸着されたバリアー金属層である窒化チタンからなる第２導電層２４が損傷したことにより、減少した拡散防止機能を補充することを目的とする。即ち、それ以前のステップにて形成された窒化チタンからなる第２導電層２４上に、窒化チタンからなる第５導電層を形成する工程を追加する。この時、形成方法及び厚さは、スパッタリング法を施し形成する場合約２５０Åとし、ＴＤＭＡＴ(Tetra DiMethyl Amino Titanium)又はＴＤＥＡＴ(Tetra DiEthyl Amino Titanium)等のような有機金属を雰囲気とする気体に用いる場合約２００Åとする。この時、蒸着可能な窒化チタンからなる第５導電層の厚さの範囲は１００〜３００Åとして形成する。また、第２導電層上に四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる第５導電層を１００〜３００Åの厚さに形成することができる。
【００５５】
次に、図４を参照すると、ＣＶＤ法を施し、バリアー金属層となる第２導電層２４の表面にコンタクトホールを充填するように、タングステンを約４０００Åの厚さで蒸着して形成した後、このタングステン層の表面に、エッチバック法等のＣＭＰを施して、バリアー金属層となる第２導電層の表面を露出させる平坦化工程を施す。こうして、タングステンでコンタクトホールを充填させた導電性プラグ２７が形成する。
【００５６】
次いで、露出した導電性プラグ２７の表面及びバリアー金属層となる第２導電層２４の表面に、タングステンを約１０００Åの厚さで蒸着する。この時、タングステンは、ＣＶＤ法又はスパッタリング法を施し形成される。
【００５７】
次いで、蒸着されたタングステンの所定部位を写真食刻工程により除去してビットライン２８を形成させる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、コンタクト部位におけるホウ素原子がタングステンプラグに拡散されることを抑制して、コンタクト抵抗と接合部の漏れ電流を大幅に低減することができる。
【００５９】
また、ホウ素原子等の外方拡散(outdiffusion)を抑制することができるので、不純物拡散領域を形成するステップにおいてホウ素イオン注入をするとき、ドーズは必要量だけ注入すればよく、コンタクトホールを形成した後、追加のイオン注入する必要がない。
【００６０】
さらに、各導電層はスパッタリングを施して形成され、また窒素イオン注入は従来技術により施されるので、素子の量産性及び信頼性を高めることができる。このことは、例えばCOB(Capacitor Over Bitline)構造のDRAMビットラインを製造する場合においても同様である。
【００６１】
拡散防止イオン埋没層を形成するステップの後に、第２導電層上にそれと同一物質からなる第５導電層を形成することによって、第２導電層が損傷されて減少した拡散防止機能を補充することができる。
第１導電層はチタンからなり、第２導電層は窒化チタンからなり、第３導電層はケイ化物からなり、導電性プラグはタングステンからなるので、ホウ素原子が導電性プラグに拡散されることを抑制して、不純物拡散領域における不純物イオン濃度を維持させる。よって、コンタクト抵抗を低めることができる。
【００６２】
請求項２に係る発明によれば、不純物拡散領域におけるｐ型の不純物は、ホウ素からなるので、前記拡散防止イオン埋没層を形成することにより、不純物拡散領域における不純物イオンの濃度を維持し、コンタクト抵抗を低減することができる。
【００６３】
請求項３に係る発明によれば、第４導電層はタングステンからなるので、拡散防止イオン埋没層を形成することにより、導電性プラグの形成時にプラグに含まれるフッ素の半導体基板内への拡散を防止し、ビットラインにおけるコンタクトの抵抗を減少することができる。
【００６４】
請求項４に係る発明によれば、拡散防止イオン埋没層は、注入された窒素イオンが密集することにより形成されるので、不純物拡散領域におけるホウ素の導電性プラグ内への拡散を防止するので、ビットライン／ｐ型の不純物拡散領域におけるコンタクト抵抗及びジャンクションにおける漏洩電流を減少させることができ、それと同時に導電性プラグに包含されたフッ素の半導体基板への拡散を防止するので、ホウ素原子等の外方拡散を抑制することができ、不純物拡散領域において、コンタクトホールを形成した後、追加してイオンを注入する必要がなくなる。
【００６５】
請求項５に係る発明によれば、拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成することができるので、広い適用範囲でイオン注入範囲をきめることができる。
【００６６】
請求項６に係る発明によれば、第１導電層及び第２導電層は、スパッタリング又はＣＶＤ法を施して形成し、それぞれ第１導電層は１００Å、第２導電層は４００Åの厚さで形成することで、活性領域と導電性プラグ間におけるコンタクト抵抗を低め、ジャンクションにおける漏洩電流を減少させることによってよって半導体素子の動作速度を向上させて電力消耗を減少させることができる本発明の効果を確実にできる。
【００６７】
請求項７に係る発明によれば、導電性プラグ及び第４導電層は、同一物質により同時に形成することにより工程を単純化することができる。
【００６８】
請求項８に係る発明によれば、第５導電層を形成するステップは、第２導電層上にスパッタリング法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することができるので、蒸着厚さにおいて広い適用範囲で形成することができる。
【００６９】
請求項９に係る発明によれば、第５導電層を形成するステップは、第２導電層上に四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することができるので、形成方法が選択でき又蒸着厚さにおいて広い範囲で適用することができる。
【００７０】
請求項１０に係る発明によれば、第５導電層を形成するステップは、第２導電層上に金属有機物を雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層を１００〜３００Åの厚さに形成することができるので、ＣＶＤ法を施し形成する場合において雰囲気となる気体を選択でき、また蒸着厚さにおいて広い範囲で適用することができる。
【００７１】
請求項１１に係る発明によれば、第１導電層は、スパッタリングを施し、チタンからなる層に形成され、第２導電層は、四塩化チタン及びアンモニアを雰囲気となる気体に用いるＣＶＤ法を施し、窒化チタンからなる層に形成されるので、第１導電層及び不純物拡散領域の界面に第３導電層を形成でき、また第２導電層内に拡散防止イオン埋没層を形成することができる。
【００７２】
請求項１２に係る発明によれば、前記第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、第３導電層を同時に形成させることができる。
請求項１３に係る発明によれば、コンタクト部位におけるホウ素原子がタングステンプラグに拡散されることを抑制して、コンタクト抵抗と接合部の漏れ電流を大幅に低減することができる。
第１導電層はチタンからなり、前記第２導電層は窒化チタンからなり、前記第３導電層はケイ化物からなり、前記導電性プラグはタングステンからなり、前記第４導電層はタングステンからなるので、ホウ素原子が導電性プラグに拡散されることを抑制して、不純物拡散領域における不純物イオン濃度を維持させる。よって、コンタクト抵抗を低めることができる。
第２導電層の内部に拡散防止イオン埋没層を形成するステップの後に、前記第２導電層上にそれと同一物質からなる第５導電層を形成するステップを追加することによって、第２導電層が損傷されて減少した拡散防止機能を補充することができる。
【００７３】
また、ホウ素原子等の外方拡散(outdiffusion)を抑制することができるので、不純物拡散領域を形成するステップにおいてホウ素イオン注入をするとき、ドーズは必要量だけ注入すればよく、コンタクトホールを形成した後、追加のイオン注入する必要がない。
【００７４】
さらに、各導電層はスパッタリングを施して形成され、また窒素イオン注入は従来技術により施されるので、素子の量産性及び信頼性を高めることができる。請求項１４に係る発明によれば、第３導電層は、第２導電層を６００℃以上の温度で形成することにより、同時に形成させることができる。
【００７７】
請求項１５に係る発明によれば、拡散防止イオン埋没層は、イオン注入エネルギーを１０〜３０KeVとし、ドーズ注入量を１Ｅ１５〜３Ｅ１５atoms/cm2としてイオン注入を施して形成することができるので、広い適用範囲でイオン注入範囲をきめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体素子のコンタクト形成方法を示す工程断面図であり、半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程を示す図である。
【図２】上記の工程断面図において、第１導電層、第２導電層及び第３導電層を形成する工程を示す図である。
【図３】上記の工程断面図において、第２導電層中に拡散防止イオン埋没層を形成する工程を示す図である。
【図４】上記の工程断面図において、導電性プラグ及び第４導電層を形成する工程を示す図である。
【図５】従来の半導体素子のコンタクト形成方法を示す工程断面図であり、半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程を示す図である。
【図６】上記の工程断面図において、第１導電層、第２導電層及び第３導電層を形成する工程を示す図である。
【図７】上記の工程断面図において、導電性プラグ及び第４導電層を形成する工程を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０…半導体基板
１１、２１…不純物拡散領域
１２、２２…層間絶縁膜
１３、２３…第１導電層
１４、２４…第２導電層
１５、２５…第３導電層
１６、２７…導電性プラグ
１７、２８…第４導電層
２６…拡散防止イオン埋没層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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