Abstract
We have characterized physical and electrical properties of W-TiN stacked gate electrode structure with TiN as a diffusion barrier of fluorine. As the $N_2/Ar$ gas ratio increased during sputter deposition, TiN thin films became N-rich, and the resistivity of the films increased. However, the resistivity of W-TiN stacked gate reduced as a result of the crystallization of tungsten with the increase of $N_2/Ar$ gas ratio. On the other hand, tungsten in W-TiN stacked gate structure have the (100)-oriented crystalline structure although TiN films were subjected to annealing at high temperature (600~$800^{\circ}C$). Leakage currents of W-TiN gate MOS capacitors were less than $10^{-7}\textrm{/Acm}^2$ and also were lowered by the order of 2 compared with those of pure W gate electrode.
TiN을 불소의 확산 방지막으로 사용한 W-TiN 복층 게이트 소자의 물리적.전기적 특성 변화를 살펴보았다. TiN 스퍼터링 증착시 $N_2$/Ar 가스 비율이 증가할수록 TiN 박막은 N-과다막이 되어 비저항이 증가하였으나, W-TiN복층 구조에서는 $N_2$/Ar가스 비율이 증가할수록 상부 텅스텐 박막의 결정화가 증가하여 비저항이 감소하였다. 한편, 같은 $N_2$/Ar 비율의 경우, TiN 박막 열처리 온도 변화(600~$800^{\circ}C$)에 무관하게 W(110) 방향으로 우선 배향된 결정 구조를 보였다. 누설 전류 특성은 TiN증착시 $N_2$/Ar 비율 변화에 무관하게 우수하였으며, TiN을 확산 방지막으로 사용함으로서 순수 텅스텐 전극만을 적용시 나타나는 초기 저전계 누설 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
