JP2000355760A - スパッタターゲット、バリア膜および電子部品 - Google Patents
スパッタターゲット、バリア膜および電子部品Info
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- JP2000355760A JP2000355760A JP16752999A JP16752999A JP2000355760A JP 2000355760 A JP2000355760 A JP 2000355760A JP 16752999 A JP16752999 A JP 16752999A JP 16752999 A JP16752999 A JP 16752999A JP 2000355760 A JP2000355760 A JP 2000355760A
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- oxygen
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- barrier film
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 バリア膜としての特性に優れ、低抵抗でかつ
酸化などを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを再現性
よく形成することが可能なスパッタターゲット、および
それを用いたバリア膜が求められている。 【解決手段】 スパッタターゲットは、 1原子% 以上30
原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ合金から
なる。スパッタターゲットを構成するＴｉ−Ａｌ合金
は、例えば含有酸素量が5000ppm 以下であり、さらにタ
ーゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内である。
バリア膜（２）は上記したスパッタターゲットを用いて
成膜してなるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を具備する。
酸化などを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを再現性
よく形成することが可能なスパッタターゲット、および
それを用いたバリア膜が求められている。 【解決手段】 スパッタターゲットは、 1原子% 以上30
原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ合金から
なる。スパッタターゲットを構成するＴｉ−Ａｌ合金
は、例えば含有酸素量が5000ppm 以下であり、さらにタ
ーゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内である。
バリア膜（２）は上記したスパッタターゲットを用いて
成膜してなるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板などに
対するバリア材の形成に好適なスパッタターゲットと、
それを用いたバリア膜および電子部品に関する。
対するバリア材の形成に好適なスパッタターゲットと、
それを用いたバリア膜および電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、記憶媒体として強誘電体薄膜を用
いた記憶装置（強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ））の開発が
盛んに行われており、一部実用化されはじめている。強
誘電体メモリは不揮発性であり、電源を落とした後も記
憶容量が失われず、しかも膜厚が十分に薄い場合には自
発分極の反転が速く、ＤＲＡＭ並みの高速の書き込みお
よび読み出しが可能であるなどの特徴を有する。また、
1ビットのメモリセルを1つのトランジスタと 1つの強
誘電体キャパシタで作製することができるため、大容量
化にも適している。
いた記憶装置（強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ））の開発が
盛んに行われており、一部実用化されはじめている。強
誘電体メモリは不揮発性であり、電源を落とした後も記
憶容量が失われず、しかも膜厚が十分に薄い場合には自
発分極の反転が速く、ＤＲＡＭ並みの高速の書き込みお
よび読み出しが可能であるなどの特徴を有する。また、
1ビットのメモリセルを1つのトランジスタと 1つの強
誘電体キャパシタで作製することができるため、大容量
化にも適している。
【０００３】強誘電体材料としては、主としてジルコン
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。しかし、Ｐ
ＺＴはキュリー温度が高い(300℃）、自発分極が大きい
などの特徴を有する反面、主成分であるＰｂの拡散およ
び蒸発が比較的低い温度で起こりやすい(500℃程度）と
いう問題を有しており、微細化には対応しにくいと言わ
れている。ＰＺＴ以外ではチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ3 （ＢＴＯ））が代表的な強誘電体として知られてい
るが、ＢＴＯはＰＺＴと比べて残留分極が小さく、しか
もキュリー温度(120℃程度）が低いために、残留分極の
温度依存性が大きいなどの難点を有している。
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。しかし、Ｐ
ＺＴはキュリー温度が高い(300℃）、自発分極が大きい
などの特徴を有する反面、主成分であるＰｂの拡散およ
び蒸発が比較的低い温度で起こりやすい(500℃程度）と
いう問題を有しており、微細化には対応しにくいと言わ
れている。ＰＺＴ以外ではチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ3 （ＢＴＯ））が代表的な強誘電体として知られてい
るが、ＢＴＯはＰＺＴと比べて残留分極が小さく、しか
もキュリー温度(120℃程度）が低いために、残留分極の
温度依存性が大きいなどの難点を有している。
【０００４】これに対して、Ｐｔ／ＭｇＯ上にＢＴＯを
エピタキシャル成長させることによって、例えば膜厚60
nmのＢＴＯ膜が 200℃以上のキュリー温度を示すことが
見出されている。さらに、下部電極としてＰｔやルテニ
ウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3 （ＳＲＯ））など
を用い、その上にチタン酸バリウムストロンチウム（Ｂ
ａa Ｓｒ1-a ＴｉＯ3 （ＢＳＴＯ））をエピタキシャル
成長させると、ＢＳＴＯのｃ軸方向の格子が伸長し、例
えば本来強誘電性を示さないはずの組成領域(a≦0.7)に
おいても、強誘電性が発現することが実験的に確認され
ている。
エピタキシャル成長させることによって、例えば膜厚60
nmのＢＴＯ膜が 200℃以上のキュリー温度を示すことが
見出されている。さらに、下部電極としてＰｔやルテニ
ウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3 （ＳＲＯ））など
を用い、その上にチタン酸バリウムストロンチウム（Ｂ
ａa Ｓｒ1-a ＴｉＯ3 （ＢＳＴＯ））をエピタキシャル
成長させると、ＢＳＴＯのｃ軸方向の格子が伸長し、例
えば本来強誘電性を示さないはずの組成領域(a≦0.7)に
おいても、強誘電性が発現することが実験的に確認され
ている。
【０００５】このように、Ｂａリッチ組成のＢＳＴＯ膜
を使用することによって、強誘電キュリー温度を高温側
にシフトさせ、室温領域で大きな残留分極を示し、かつ
85℃程度まで温度を上げても十分大きな残留分極を保持
することができる、ＦＲＡＭの記憶媒体に好適な強誘電
体膜を実現することができる。一方、Ｓｒリッチ組成の
ＢＳＴＯを用いた場合には、多結晶膜でキャパシタを作
製したときの誘電率の数倍（例えば 800以上）に達する
誘電率を有する薄膜キャパシタが作製でき、ＤＲＡＭに
好適な誘電特性を実現することができる。
を使用することによって、強誘電キュリー温度を高温側
にシフトさせ、室温領域で大きな残留分極を示し、かつ
85℃程度まで温度を上げても十分大きな残留分極を保持
することができる、ＦＲＡＭの記憶媒体に好適な強誘電
体膜を実現することができる。一方、Ｓｒリッチ組成の
ＢＳＴＯを用いた場合には、多結晶膜でキャパシタを作
製したときの誘電率の数倍（例えば 800以上）に達する
誘電率を有する薄膜キャパシタが作製でき、ＤＲＡＭに
好適な誘電特性を実現することができる。
【０００６】上記したようなエピタキシャル成長させた
ＢＳＴＯ膜などを有する薄膜キャパシタを用いて、ＦＲ
ＡＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリを実用化することが
期待されている。実用化にあたっては、スイッチ用トラ
ンジスタを形成した半導体基板とＢＳＴＯ膜などのペロ
ブスカイト型酸化物を用いたメモリセル（薄膜キャパシ
タ）とを組合せる必要があるが、薄膜キャパシタの下部
電極や誘電体薄膜を構成するＰｔ、Ｒｕ、Ｓｒ、Ｂａな
どの元素がトランジスタ中に拡散すると、スイッチング
動作に悪影響を及ぼすという問題がある。
ＢＳＴＯ膜などを有する薄膜キャパシタを用いて、ＦＲ
ＡＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリを実用化することが
期待されている。実用化にあたっては、スイッチ用トラ
ンジスタを形成した半導体基板とＢＳＴＯ膜などのペロ
ブスカイト型酸化物を用いたメモリセル（薄膜キャパシ
タ）とを組合せる必要があるが、薄膜キャパシタの下部
電極や誘電体薄膜を構成するＰｔ、Ｒｕ、Ｓｒ、Ｂａな
どの元素がトランジスタ中に拡散すると、スイッチング
動作に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００７】このようなことから、半導体基板との間に
は相互拡散を防ぐバリア膜を形成する必要がある。ま
た、上述したようなエピタキシャル効果を得るために
は、バリア膜自体を半導体基板上にエピタキシャル成長
させる必要がある。このようなバリア膜としては、Ｔｉ
ＮやＴｉＮとＡｌＮとの固溶体であるＴｉl-x Ａｌx Ｎ
を用いることが検討されている。
は相互拡散を防ぐバリア膜を形成する必要がある。ま
た、上述したようなエピタキシャル効果を得るために
は、バリア膜自体を半導体基板上にエピタキシャル成長
させる必要がある。このようなバリア膜としては、Ｔｉ
ＮやＴｉＮとＡｌＮとの固溶体であるＴｉl-x Ａｌx Ｎ
を用いることが検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＴｉＮはＡｌなどに対
するバリア性が高く、現在のＳｉデバイスにおいてもバ
リアメタルとして利用されている。さらに、高融点の化
合物（3000℃以上）であるために熱的安定性も高く、ま
た比抵抗が多結晶膜で50μΩ・cm程度、エピタキシャル
膜で18μΩ・cm程度と非常に低いことから、膜厚方向の
電気特性を利用する場合に、コンタクト抵抗が下げられ
るという利点がある。
するバリア性が高く、現在のＳｉデバイスにおいてもバ
リアメタルとして利用されている。さらに、高融点の化
合物（3000℃以上）であるために熱的安定性も高く、ま
た比抵抗が多結晶膜で50μΩ・cm程度、エピタキシャル
膜で18μΩ・cm程度と非常に低いことから、膜厚方向の
電気特性を利用する場合に、コンタクト抵抗が下げられ
るという利点がある。
【０００９】しかしながら、薄膜キャパシタのバリア膜
としてＴｉＮを用いた場合、工程中に実施される高温下
（例えば 600℃以上）でのアニールによって、ＴｉＮ膜
上に酸化膜、つまりＴｉＯ2 が形成されてしまう。この
際、ＴｉＮ膜上の例えばＰｔやＳＲＯからなる下部電極
は、ＴｉＯ2 の生成に基づく体積膨張により付着力が低
下し、その結果として剥がれが生じてしまうという問題
がある。
としてＴｉＮを用いた場合、工程中に実施される高温下
（例えば 600℃以上）でのアニールによって、ＴｉＮ膜
上に酸化膜、つまりＴｉＯ2 が形成されてしまう。この
際、ＴｉＮ膜上の例えばＰｔやＳＲＯからなる下部電極
は、ＴｉＯ2 の生成に基づく体積膨張により付着力が低
下し、その結果として剥がれが生じてしまうという問題
がある。
【００１０】一方、ＴｉＮにＡｌを添加してＴｉl-x Ａ
ｌx Ｎとすることによって、耐酸化性を高めることがで
きる。しかしながら、従来のＴｉ1-x Ａｌx ターゲット
を用いて、化相スパッタによって得られたＴｉＡｌＮ膜
は、ターゲット中のＡｌ組成によっては抵抗率が例えば
200μΩ・cm以上となってしまったり、また場合によっ
てはＴｉＮ膜と同様に、高温アニール（例えば 600℃以
上）によりＴｉＡｌＮ膜上にＴｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3 など
が生成し、これらの生成に基づく体積膨張により下部電
極の付着力が低下する、などの問題が生じている。
ｌx Ｎとすることによって、耐酸化性を高めることがで
きる。しかしながら、従来のＴｉ1-x Ａｌx ターゲット
を用いて、化相スパッタによって得られたＴｉＡｌＮ膜
は、ターゲット中のＡｌ組成によっては抵抗率が例えば
200μΩ・cm以上となってしまったり、また場合によっ
てはＴｉＮ膜と同様に、高温アニール（例えば 600℃以
上）によりＴｉＡｌＮ膜上にＴｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3 など
が生成し、これらの生成に基づく体積膨張により下部電
極の付着力が低下する、などの問題が生じている。
【００１１】例えば、特開平8-120445号公報や特開平8-
134635号公報には、Ａｌを30〜70原子% の範囲で含有す
るＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットが記載されているが、これ
らのＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットをバリア膜としてのＴｉ
ＡｌＮ膜の形成に使用した場合、上記したように抵抗率
が増大してしまうというような問題が生じる。
134635号公報には、Ａｌを30〜70原子% の範囲で含有す
るＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットが記載されているが、これ
らのＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットをバリア膜としてのＴｉ
ＡｌＮ膜の形成に使用した場合、上記したように抵抗率
が増大してしまうというような問題が生じる。
【００１２】上述したように、ＴｉＡｌＮ膜は本質的に
は耐酸化性に優れるという特性を有しているものの、そ
の形成に使用するＴｉ1-x Ａｌx ターゲットの組成や性
状などは必ずしも十分に検討されておらず、このために
抵抗率の大幅な上昇や体積膨張を伴う酸化による下部電
極の付着力の低下などを招いている。このようなことか
ら、バリア膜としての特性に優れ、低抵抗でかつ酸化な
どを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜を再現性よく形成す
ることが可能なＴｉ−Ａｌターゲットが求められてい
る。
は耐酸化性に優れるという特性を有しているものの、そ
の形成に使用するＴｉ1-x Ａｌx ターゲットの組成や性
状などは必ずしも十分に検討されておらず、このために
抵抗率の大幅な上昇や体積膨張を伴う酸化による下部電
極の付着力の低下などを招いている。このようなことか
ら、バリア膜としての特性に優れ、低抵抗でかつ酸化な
どを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜を再現性よく形成す
ることが可能なＴｉ−Ａｌターゲットが求められてい
る。
【００１３】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、バリア膜としての特性に優れ、低抵抗
でかつ酸化などを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを
再現性よく形成することを可能にしたスパッタターゲッ
ト、およびそれを用いたバリア膜と電子部品を提供する
ことを目的としている。
なされたもので、バリア膜としての特性に優れ、低抵抗
でかつ酸化などを十分に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを
再現性よく形成することを可能にしたスパッタターゲッ
ト、およびそれを用いたバリア膜と電子部品を提供する
ことを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために、Ｔｉ−Ａｌターゲット中のＡｌ組成や
不純物元素の影響などについて検討した結果、Ｔｉ−Ａ
ｌターゲット中のＡｌ組成を30原子% より少なくするこ
とで、特異的な抵抗値の上昇を抑制することが可能であ
ることを見出した。また、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の不
純物元素のうち、特に酸素がＴｉＡｌＮ膜に対して悪影
響を及ぼしており、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量、
さらには酸素量のバラツキを制御することによって、低
抵抗でかつ下部電極との界面での剥がれを確実に抑制し
得るＴｉＡｌＮ膜が得られることを見出した。
解決するために、Ｔｉ−Ａｌターゲット中のＡｌ組成や
不純物元素の影響などについて検討した結果、Ｔｉ−Ａ
ｌターゲット中のＡｌ組成を30原子% より少なくするこ
とで、特異的な抵抗値の上昇を抑制することが可能であ
ることを見出した。また、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の不
純物元素のうち、特に酸素がＴｉＡｌＮ膜に対して悪影
響を及ぼしており、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量、
さらには酸素量のバラツキを制御することによって、低
抵抗でかつ下部電極との界面での剥がれを確実に抑制し
得るＴｉＡｌＮ膜が得られることを見出した。
【００１５】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たもので、本発明の第１のスパッタターゲットは、請求
項１に記載したように、 1原子% 以上30原子% 未満の範
囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ合金からなることを特徴
としている。
たもので、本発明の第１のスパッタターゲットは、請求
項１に記載したように、 1原子% 以上30原子% 未満の範
囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ合金からなることを特徴
としている。
【００１６】また、本発明の第２のスパッタターゲット
は、請求項４に記載したように、含有酸素量が5000ppm
以下のＴｉ−Ａｌ合金からなることを特徴としている。
ターゲット中の酸素量は、請求項５に記載したように30
00ppm 以下、さらには請求項６に記載したように10〜10
00ppm の範囲とすることが好ましい。本発明の第２のス
パッタターゲットは、さらに請求項７に記載したよう
に、ターゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内で
あることを特徴としている。
は、請求項４に記載したように、含有酸素量が5000ppm
以下のＴｉ−Ａｌ合金からなることを特徴としている。
ターゲット中の酸素量は、請求項５に記載したように30
00ppm 以下、さらには請求項６に記載したように10〜10
00ppm の範囲とすることが好ましい。本発明の第２のス
パッタターゲットは、さらに請求項７に記載したよう
に、ターゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内で
あることを特徴としている。
【００１７】本発明のバリア膜は、請求項１０に記載し
たように、上記した本発明のスパッタターゲットを用い
て成膜してなるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を具備することを特徴
としている。本発明のバリア膜は、請求項１３に記載し
たように、半導体基板に対するバリア材として好適に用
いられる。
たように、上記した本発明のスパッタターゲットを用い
て成膜してなるＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜を具備することを特徴
としている。本発明のバリア膜は、請求項１３に記載し
たように、半導体基板に対するバリア材として好適に用
いられる。
【００１８】本発明の電子部品は、請求項１４に記載し
たように、上記した本発明のバリア膜を具備することを
特徴としている。本発明の電子部品の具体的な形態とし
ては、請求項１５に記載したように、半導体基板と、こ
の半導体基板上に形成されたバリア膜と、このバリア膜
上に形成された薄膜キャパシタとを具備する半導体メモ
リなどの電子部品が挙げられる。
たように、上記した本発明のバリア膜を具備することを
特徴としている。本発明の電子部品の具体的な形態とし
ては、請求項１５に記載したように、半導体基板と、こ
の半導体基板上に形成されたバリア膜と、このバリア膜
上に形成された薄膜キャパシタとを具備する半導体メモ
リなどの電子部品が挙げられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
態について説明する。
【００２０】本発明のスパッタターゲットは、まず 1原
子% 以上30原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａ
ｌ合金からなる。本発明において、ＴｉＡｌＮ膜などの
形成に用いられるスパッタターゲットを構成するＴｉ−
Ａｌ合金中のＡｌ組成を 1原子% 以上30原子% 未満の範
囲に規定した理由は、以下の通りである。
子% 以上30原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ−Ａ
ｌ合金からなる。本発明において、ＴｉＡｌＮ膜などの
形成に用いられるスパッタターゲットを構成するＴｉ−
Ａｌ合金中のＡｌ組成を 1原子% 以上30原子% 未満の範
囲に規定した理由は、以下の通りである。
【００２１】すなわち、Ｔｉ−Ａｌターゲット中のＡｌ
組成が30原子% 以上となると、例えばＴｉ−Ａｌターゲ
ットを使用して形成したＴｉＡｌＮ膜の抵抗率が 200μ
Ω・cm以上と大きくなってしまう。これはＡｌ量の増大
に基づいて、本来ＴｉＮ中に固溶するはずのＡｌ（もし
くはＡｌＮ）がＡｌＮとして析出し、この絶縁物である
ＡｌＮがＴｉＡｌＮ膜の抵抗値を増大させるためであ
る。
組成が30原子% 以上となると、例えばＴｉ−Ａｌターゲ
ットを使用して形成したＴｉＡｌＮ膜の抵抗率が 200μ
Ω・cm以上と大きくなってしまう。これはＡｌ量の増大
に基づいて、本来ＴｉＮ中に固溶するはずのＡｌ（もし
くはＡｌＮ）がＡｌＮとして析出し、この絶縁物である
ＡｌＮがＴｉＡｌＮ膜の抵抗値を増大させるためであ
る。
【００２２】Ｔｉ−Ａｌターゲット中のＡｌ組成を30原
子% 未満とすることで、得られる膜組織を均一なＴｉＮ
とＡｌ（もしくはＡｌＮ）との固溶体組織とするができ
る。これによって、例えば抵抗率が 200μΩ・cm以下と
いうような低抵抗のＴｉＡｌＮ膜などを再現性よく得る
ことが可能となる。
子% 未満とすることで、得られる膜組織を均一なＴｉＮ
とＡｌ（もしくはＡｌＮ）との固溶体組織とするができ
る。これによって、例えば抵抗率が 200μΩ・cm以下と
いうような低抵抗のＴｉＡｌＮ膜などを再現性よく得る
ことが可能となる。
【００２３】一方、Ｔｉ−Ａｌターゲット中のＡｌ組成
が 1原子% 未満となる、本来の耐酸化性の向上効果を十
分に得ることができない。例えば、Ａｌ組成が 1原子%
未満のＴｉ−Ａｌターゲットを用いて形成したＴｉＡｌ
Ｎ膜は酸化が進行しやすく、その上に形成した膜、例え
ば薄膜キャパシタの下部電極との付着力が低下して剥が
れなどが生じやすくなる。
が 1原子% 未満となる、本来の耐酸化性の向上効果を十
分に得ることができない。例えば、Ａｌ組成が 1原子%
未満のＴｉ−Ａｌターゲットを用いて形成したＴｉＡｌ
Ｎ膜は酸化が進行しやすく、その上に形成した膜、例え
ば薄膜キャパシタの下部電極との付着力が低下して剥が
れなどが生じやすくなる。
【００２４】さらに、ＴｉＡｌＮ膜中のＡｌはそれ自体
の耐酸化性を高めるだけでなく、酸素のトラップ材とし
ても機能する。例えば、ＴｉＡｌＮ膜上にＳｒＲｕＯ3
（ＳＲＯ）などの導電性酸化物からなる電極膜などを形
成した場合、この導電性酸化物中の酸素が半導体基板な
どからなる成膜基板中に拡散することを抑制することが
できる。このような点からもＴｉ−Ａｌターゲット中の
Ａｌ組成は 1原子% 以上とする。
の耐酸化性を高めるだけでなく、酸素のトラップ材とし
ても機能する。例えば、ＴｉＡｌＮ膜上にＳｒＲｕＯ3
（ＳＲＯ）などの導電性酸化物からなる電極膜などを形
成した場合、この導電性酸化物中の酸素が半導体基板な
どからなる成膜基板中に拡散することを抑制することが
できる。このような点からもＴｉ−Ａｌターゲット中の
Ａｌ組成は 1原子% 以上とする。
【００２５】スパッタターゲットを構成するＴｉ−Ａｌ
合金中のＡｌ組成は、バリア層自体の酸化を抑制し、か
つエピタキシャル構造を保ったバリア層を形成できるこ
となどから、特に 1〜20原子% の範囲とすることが好ま
しく、さらには 5〜15原子%の範囲とすることが望まし
い。
合金中のＡｌ組成は、バリア層自体の酸化を抑制し、か
つエピタキシャル構造を保ったバリア層を形成できるこ
となどから、特に 1〜20原子% の範囲とすることが好ま
しく、さらには 5〜15原子%の範囲とすることが望まし
い。
【００２６】本発明のスパッタターゲットは、上述した
1原子% 以上30原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ
−Ａｌ合金で構成したものであり、特に高純度のＴｉ−
Ａｌ合金で構成することが好ましい。Ｔｉ−Ａｌ合金に
含まれる不純物のうち、特に酸素は得られるＴｉＡｌＮ
膜の耐酸化性や酸素のトラップ機能を低下させるため、
Ｔｉ−Ａｌ合金の含有酸素量は5000ppm 以下とすること
が好ましい。
1原子% 以上30原子% 未満の範囲でＡｌを含有するＴｉ
−Ａｌ合金で構成したものであり、特に高純度のＴｉ−
Ａｌ合金で構成することが好ましい。Ｔｉ−Ａｌ合金に
含まれる不純物のうち、特に酸素は得られるＴｉＡｌＮ
膜の耐酸化性や酸素のトラップ機能を低下させるため、
Ｔｉ−Ａｌ合金の含有酸素量は5000ppm 以下とすること
が好ましい。
【００２７】Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量が5000pp
m を超えると、例えばＴｉ−Ａｌターゲットを使用して
形成したＴｉＡｌＮ膜が高温アニール（例えば 600℃以
上）などにより酸化し、その表面にＴｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ
3 などが生成しやすくなる。これによって、ＴｉＡｌＮ
膜上に形成した膜、例えば薄膜キャパシタの下部電極と
の付着力が低下して剥がれなどが生じやすくなる。
m を超えると、例えばＴｉ−Ａｌターゲットを使用して
形成したＴｉＡｌＮ膜が高温アニール（例えば 600℃以
上）などにより酸化し、その表面にＴｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ
3 などが生成しやすくなる。これによって、ＴｉＡｌＮ
膜上に形成した膜、例えば薄膜キャパシタの下部電極と
の付着力が低下して剥がれなどが生じやすくなる。
【００２８】Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量は、特に
3000ppm 以下とすることが好ましく、さらには1500ppm
以下とすることが望ましい。ただし、Ｔｉ−Ａｌターゲ
ットから完全に酸素を除去してしまうと、得られるＴｉ
ＡｌＮ膜のバリア性が低下するおそれがあることから、
微量の酸素を含んでいることが好ましい。具体的には、
10〜1000ppm の酸素はＴｉＡｌＮ膜のバリア性に対して
有効に機能するため、Ｔｉ−Ａｌターゲットは10〜1000
ppm 程度の微量の酸素を含むことが好ましい。
3000ppm 以下とすることが好ましく、さらには1500ppm
以下とすることが望ましい。ただし、Ｔｉ−Ａｌターゲ
ットから完全に酸素を除去してしまうと、得られるＴｉ
ＡｌＮ膜のバリア性が低下するおそれがあることから、
微量の酸素を含んでいることが好ましい。具体的には、
10〜1000ppm の酸素はＴｉＡｌＮ膜のバリア性に対して
有効に機能するため、Ｔｉ−Ａｌターゲットは10〜1000
ppm 程度の微量の酸素を含むことが好ましい。
【００２９】また、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量の
バラツキは、ターゲット全体として±30% 以内とするこ
とが好ましい。ターゲット全体の酸素量のバラツキを低
く抑えることによって、それを用いて形成したＴｉＡｌ
Ｎ膜などの耐酸化性を全体的に再現性よく向上させるこ
とができる。さらに、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量
のバラツキを低く抑えることによって、得られるＴｉＡ
ｌＮ膜のバリア性の均質化も図ることができる。ターゲ
ット全体の酸素量のバラツキは 15%以内とすることがさ
らに好ましい。
バラツキは、ターゲット全体として±30% 以内とするこ
とが好ましい。ターゲット全体の酸素量のバラツキを低
く抑えることによって、それを用いて形成したＴｉＡｌ
Ｎ膜などの耐酸化性を全体的に再現性よく向上させるこ
とができる。さらに、Ｔｉ−Ａｌターゲット中の酸素量
のバラツキを低く抑えることによって、得られるＴｉＡ
ｌＮ膜のバリア性の均質化も図ることができる。ターゲ
ット全体の酸素量のバラツキは 15%以内とすることがさ
らに好ましい。
【００３０】ここで、ターゲット全体の酸素量のバラツ
キは、以下のようにして求めた値である。すなわち、タ
ーゲットの中心部およびこの中心部から外周部に向けて
延ばした線の長さ（半径）の外周部より 10%の箇所の酸
素量を90°ずつずらして 4箇所（上下左右）、中心部を
入れて合計 5箇所測定する。それらの最大値および最小
値から、 バラツキ[%] ＝((最大値−最小値）／（最大値＋最小
値))×100 に基づいてバラツキを求める。
キは、以下のようにして求めた値である。すなわち、タ
ーゲットの中心部およびこの中心部から外周部に向けて
延ばした線の長さ（半径）の外周部より 10%の箇所の酸
素量を90°ずつずらして 4箇所（上下左右）、中心部を
入れて合計 5箇所測定する。それらの最大値および最小
値から、 バラツキ[%] ＝((最大値−最小値）／（最大値＋最小
値))×100 に基づいてバラツキを求める。
【００３１】なお、本発明のスパッタターゲット（Ｔｉ
−Ａｌターゲット）中の酸素以外の不純物元素について
は、一般的な高純度金属材のレベル程度であれは多少含
んでいてもよいが、同様に抵抗率の低下などを図る上で
他の不純物元素量についても低減することが好ましい。
−Ａｌターゲット）中の酸素以外の不純物元素について
は、一般的な高純度金属材のレベル程度であれは多少含
んでいてもよいが、同様に抵抗率の低下などを図る上で
他の不純物元素量についても低減することが好ましい。
【００３２】本発明のスパッタターゲットの製造方法は
特に限定されるものではなく、例えば粉末冶金法や溶解
法などの公知の方法を適用して作製することができる。
特に限定されるものではなく、例えば粉末冶金法や溶解
法などの公知の方法を適用して作製することができる。
【００３３】粉末冶金法を適用する場合には、まず4N程
度の高純度のＴｉ粉末およびＡｌ粉末を用意し、これら
をＡｌ組成が 1原子% 以上30原子% 未満の範囲、すなわ
ちＴｉ1-x Ａｌx （0.01≦ｘ＜0.30）組成となるように
混合する。このような混合粉末を、離型剤を表面に塗布
した成形用型内に充填し、高真空中で低温加熱（予備加
熱）して酸素や炭素などの不純物を除去する。特に酸素
量を低減する。この予備加熱処理の際の雰囲気は 1×10
-6Pa以下の真空雰囲気とすることが好ましく、また処理
温度は 500〜 600℃とすることが好ましい。
度の高純度のＴｉ粉末およびＡｌ粉末を用意し、これら
をＡｌ組成が 1原子% 以上30原子% 未満の範囲、すなわ
ちＴｉ1-x Ａｌx （0.01≦ｘ＜0.30）組成となるように
混合する。このような混合粉末を、離型剤を表面に塗布
した成形用型内に充填し、高真空中で低温加熱（予備加
熱）して酸素や炭素などの不純物を除去する。特に酸素
量を低減する。この予備加熱処理の際の雰囲気は 1×10
-6Pa以下の真空雰囲気とすることが好ましく、また処理
温度は 500〜 600℃とすることが好ましい。
【００３４】次に、高真空中で高プレス圧力下にて加熱
処理（焼結および緻密化処理）を施す。この加熱処理に
おいて、まず焼結処理として 600〜 800℃の温度で金属
化合物相（Ｔｉ1-x Ａｌx 相（0.01≦ｘ＜0.30))の合成
と焼結を行う。次いで、Ａｌの融点（ 660℃）以上Ｔｉ
の融点（1670℃）以下の温度で加熱して、Ｔｉ−Ａｌ
（Ｔｉ1-x Ａｌx （0.01≦ｘ＜0.30))ターゲット素材の
緻密化を促進する。これら焼結および緻密化処理の際の
雰囲気は 1×10-6Pa以下の真空雰囲気とすることが好ま
しく、また印加する圧力は 200〜 300kgf/cm2 とするこ
とが好ましい。
処理（焼結および緻密化処理）を施す。この加熱処理に
おいて、まず焼結処理として 600〜 800℃の温度で金属
化合物相（Ｔｉ1-x Ａｌx 相（0.01≦ｘ＜0.30))の合成
と焼結を行う。次いで、Ａｌの融点（ 660℃）以上Ｔｉ
の融点（1670℃）以下の温度で加熱して、Ｔｉ−Ａｌ
（Ｔｉ1-x Ａｌx （0.01≦ｘ＜0.30))ターゲット素材の
緻密化を促進する。これら焼結および緻密化処理の際の
雰囲気は 1×10-6Pa以下の真空雰囲気とすることが好ま
しく、また印加する圧力は 200〜 300kgf/cm2 とするこ
とが好ましい。
【００３５】また、溶解法を適用する場合には、4N程度
の高純度のＴｉおよびＡｌを用意し、これらをアーク溶
解法、電子ビーム（ＥＢ）溶解法、コールドウォール溶
解法などの公知の方法で溶解して、Ｔｉ−Ａｌ合金イン
ゴットを作製する。この際、アーク溶解法やＥＢ溶解法
ではＡｌの偏析が問題となる場合があるので、 2〜 3回
溶解を実施することが好ましい。溶解工程を複数回実施
することは酸素量の減少に対しても効果的である。
の高純度のＴｉおよびＡｌを用意し、これらをアーク溶
解法、電子ビーム（ＥＢ）溶解法、コールドウォール溶
解法などの公知の方法で溶解して、Ｔｉ−Ａｌ合金イン
ゴットを作製する。この際、アーク溶解法やＥＢ溶解法
ではＡｌの偏析が問題となる場合があるので、 2〜 3回
溶解を実施することが好ましい。溶解工程を複数回実施
することは酸素量の減少に対しても効果的である。
【００３６】次いで、得られたインゴットに対して、必
要に応じて鍛造や圧延などの塑性加工を施す。この際の
加工率は例えば60〜 95%とすることが好ましい。このよ
うな塑性加工によれば、インゴットに適当量の熱エネル
ギーを与えることができ、そのエネルギーによって酸素
の均質化を図ることができる。この後、 900〜1200℃程
度の温度でアニールして再結晶化させる。これら塑性加
工およびアニール処理によって、ターゲット内の酸素量
のバラツキを再現性よく±30% 以内に抑制することがで
きる。
要に応じて鍛造や圧延などの塑性加工を施す。この際の
加工率は例えば60〜 95%とすることが好ましい。このよ
うな塑性加工によれば、インゴットに適当量の熱エネル
ギーを与えることができ、そのエネルギーによって酸素
の均質化を図ることができる。この後、 900〜1200℃程
度の温度でアニールして再結晶化させる。これら塑性加
工およびアニール処理によって、ターゲット内の酸素量
のバラツキを再現性よく±30% 以内に抑制することがで
きる。
【００３７】上述した粉末冶金法や溶解法により得られ
るＴｉ−Ａｌターゲット素材を所望のターゲット形状に
機械加工し、例えばＡｌやＣｕからなるバッキングプレ
ートと接合して、目的とするスパッタターゲットが得ら
れる。バッキングプレートとの接合には拡散接合、ある
いはＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも 1種やそれらを含む
ろう材を用いたろう付け接合などが採用される。また、
別個のバッキングプレートを使用するのではなく、スパ
ッタターゲットの作製時にバッキングプレート形状を同
時に形成した一体型のスパッタリングターゲットであっ
てもよい。
るＴｉ−Ａｌターゲット素材を所望のターゲット形状に
機械加工し、例えばＡｌやＣｕからなるバッキングプレ
ートと接合して、目的とするスパッタターゲットが得ら
れる。バッキングプレートとの接合には拡散接合、ある
いはＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも 1種やそれらを含む
ろう材を用いたろう付け接合などが採用される。また、
別個のバッキングプレートを使用するのではなく、スパ
ッタターゲットの作製時にバッキングプレート形状を同
時に形成した一体型のスパッタリングターゲットであっ
てもよい。
【００３８】本発明のバリア膜は、上述した本発明のス
パッタターゲット（Ｔｉ−Ａｌターゲット）を用いて、
例えばＡｒとＮ2 の混合ガスによる化相スパッタにより
成膜したＴｉＡｌＮ膜（Ｔｉ1-x Ａｌx Ｎ膜（0.01≦ｘ
＜0.30))を具備するものであり、このようにして得られ
るＴｉＡｌＮ膜中の酸素量は5000ppm 以下、さらには30
00ppm 以下となる。また、ＴｉＡｌＮ膜中の酸素量のバ
ラツキについても±30% 以内、さらには 15%以内とな
る。
パッタターゲット（Ｔｉ−Ａｌターゲット）を用いて、
例えばＡｒとＮ2 の混合ガスによる化相スパッタにより
成膜したＴｉＡｌＮ膜（Ｔｉ1-x Ａｌx Ｎ膜（0.01≦ｘ
＜0.30))を具備するものであり、このようにして得られ
るＴｉＡｌＮ膜中の酸素量は5000ppm 以下、さらには30
00ppm 以下となる。また、ＴｉＡｌＮ膜中の酸素量のバ
ラツキについても±30% 以内、さらには 15%以内とな
る。
【００３９】上述した本発明のＴｉＡｌＮ膜は、例えば
ＳｒやＢａなどをはじめとする各種元素に対するバリア
性に優れ、かつ抵抗率が 200μΩ・cm以下というような
低抵抗を有する。さらに、その形成に用いたＴｉ−Ａｌ
ターゲットの低い含有酸素量、さらには酸素量のバラツ
キが小さいことなどに由来して、ＴｉＡｌＮ膜中に含ま
れる酸素量を十分に低減することができると共に、酸素
量のバラツキも低く抑えることができる。
ＳｒやＢａなどをはじめとする各種元素に対するバリア
性に優れ、かつ抵抗率が 200μΩ・cm以下というような
低抵抗を有する。さらに、その形成に用いたＴｉ−Ａｌ
ターゲットの低い含有酸素量、さらには酸素量のバラツ
キが小さいことなどに由来して、ＴｉＡｌＮ膜中に含ま
れる酸素量を十分に低減することができると共に、酸素
量のバラツキも低く抑えることができる。
【００４０】従って、このようなＴｉＡｌＮ膜を半導体
基板と各種素子とのバリア膜として用いた場合に、半導
体基板と素子構成層との間の相互拡散を良好に抑制する
ことができ、さらに高温アニール（例えば 600℃以上）
などによるＴｉＡｌＮ膜の酸化を防ぐことができるた
め、ＴｉＡｌＮ膜と素子構成層との界面での付着力の低
下を抑えることが可能となる。すなわち、ＴｉＡｌＮ膜
上の素子構成層の剥がれなどを抑制することができる。
基板と各種素子とのバリア膜として用いた場合に、半導
体基板と素子構成層との間の相互拡散を良好に抑制する
ことができ、さらに高温アニール（例えば 600℃以上）
などによるＴｉＡｌＮ膜の酸化を防ぐことができるた
め、ＴｉＡｌＮ膜と素子構成層との界面での付着力の低
下を抑えることが可能となる。すなわち、ＴｉＡｌＮ膜
上の素子構成層の剥がれなどを抑制することができる。
【００４１】上述したＴｉＡｌＮ膜は、半導体基板に対
するバリア材として好適である。このような本発明のバ
リア膜は、各種の電子部品に使用することができる。具
体的には、スイッチ用トランジスタを形成した半導体基
板とペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜を用い
た薄膜キャパシタ（メモリセル）とを組合せた、ＦＲＡ
ＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリに対して、本発明のバ
リア膜は効果的に使用される。
するバリア材として好適である。このような本発明のバ
リア膜は、各種の電子部品に使用することができる。具
体的には、スイッチ用トランジスタを形成した半導体基
板とペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜を用い
た薄膜キャパシタ（メモリセル）とを組合せた、ＦＲＡ
ＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリに対して、本発明のバ
リア膜は効果的に使用される。
【００４２】図１は本発明の電子部品の一実施形態とし
ての半導体メモリのキャパシタ部分を模式的に示す断面
図である。同図において、１は図示を省略したスイッチ
用トランジスタが形成された半導体基板である。半導体
基板１上にはバリア膜２として、上述した本発明のＴｉ
ＡｌＮ膜（Ｔｉ1-x Ａｌx Ｎ膜（0.01≦ｘ＜0.30))が形
成されており、さらにその上には薄膜キャパシタ３が形
成されている。
ての半導体メモリのキャパシタ部分を模式的に示す断面
図である。同図において、１は図示を省略したスイッチ
用トランジスタが形成された半導体基板である。半導体
基板１上にはバリア膜２として、上述した本発明のＴｉ
ＡｌＮ膜（Ｔｉ1-x Ａｌx Ｎ膜（0.01≦ｘ＜0.30))が形
成されており、さらにその上には薄膜キャパシタ３が形
成されている。
【００４３】薄膜キャパシタ３は、バリア膜２上に順に
形成された下部電極４、誘電体薄膜５および上部電極６
を有している。下部電極４には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕなどの貴金属、およびそれらの合
金（Ｐｔ−ＲｈやＰｔ−Ｒｕなど）、あるいはＳｒＲｕ
Ｏ3 、ＣａＲｕＯ3 、ＢａＲｕＯ3 およびこれらの固溶
系（例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ3 や（Ｓｒ，Ｃａ）Ｒ
ｕＯ3 ）などの導電性ペロブスカイト型酸化物が使用さ
れる。上部電極６の構成材料は特に限定されるものでは
ないが、下部電極４と同様な貴金属（合金を含む）や導
電性ペロブスカイト型酸化物などを使用することが好ま
しい。
形成された下部電極４、誘電体薄膜５および上部電極６
を有している。下部電極４には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕなどの貴金属、およびそれらの合
金（Ｐｔ−ＲｈやＰｔ−Ｒｕなど）、あるいはＳｒＲｕ
Ｏ3 、ＣａＲｕＯ3 、ＢａＲｕＯ3 およびこれらの固溶
系（例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ3 や（Ｓｒ，Ｃａ）Ｒ
ｕＯ3 ）などの導電性ペロブスカイト型酸化物が使用さ
れる。上部電極６の構成材料は特に限定されるものでは
ないが、下部電極４と同様な貴金属（合金を含む）や導
電性ペロブスカイト型酸化物などを使用することが好ま
しい。
【００４４】誘電体薄膜５としては、ペロブスカイト型
結晶構造を有する誘電性材料が好適である。このような
誘電性材料としては、ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイ
ト型酸化物が挙げられる。特に、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ3 （ＢＴＯ））を主成分とし、そのＡサイト元
素（Ｂａ）の一部をＳｒやＣａなどの元素で置換した
り、またＢサイト元素（Ｔｉ）の一部をＺｒ、Ｈｆ、Ｓ
ｎなどの元素で置換したペロブスカイト型酸化物（ＢＳ
ＴＯなど）が好ましく用いられる。
結晶構造を有する誘電性材料が好適である。このような
誘電性材料としては、ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイ
ト型酸化物が挙げられる。特に、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ3 （ＢＴＯ））を主成分とし、そのＡサイト元
素（Ｂａ）の一部をＳｒやＣａなどの元素で置換した
り、またＢサイト元素（Ｔｉ）の一部をＺｒ、Ｈｆ、Ｓ
ｎなどの元素で置換したペロブスカイト型酸化物（ＢＳ
ＴＯなど）が好ましく用いられる。
【００４５】ＢＴＯを主成分とし、Ｂサイト元素やＡサ
イト元素の一部を置換したペロブスカイト型酸化物は、
Ｂサイト元素やＡサイト元素の置換量、さらには格子歪
に基づく歪量によって、強誘電体もしくは常誘電体とな
る。従って、ペロブスカイト型酸化物の組成や歪量を適
宜設定することによって、薄膜キャパシタ３の使用目的
に応じた誘電体薄膜５を得ることができる。例えば、Ｂ
ａa Ｓｒ1-a ＴｉＯ3（ＢＳＴＯ）の場合、Ｂａのモル
分率ａが0.30〜 1の範囲であると強誘電性を示す。一
方、Ｂａのモル分率ａが 0〜 0.3の範囲であると常誘電
性を示す。これらはＢサイト元素の置換量によっても変
化する。
イト元素の一部を置換したペロブスカイト型酸化物は、
Ｂサイト元素やＡサイト元素の置換量、さらには格子歪
に基づく歪量によって、強誘電体もしくは常誘電体とな
る。従って、ペロブスカイト型酸化物の組成や歪量を適
宜設定することによって、薄膜キャパシタ３の使用目的
に応じた誘電体薄膜５を得ることができる。例えば、Ｂ
ａa Ｓｒ1-a ＴｉＯ3（ＢＳＴＯ）の場合、Ｂａのモル
分率ａが0.30〜 1の範囲であると強誘電性を示す。一
方、Ｂａのモル分率ａが 0〜 0.3の範囲であると常誘電
性を示す。これらはＢサイト元素の置換量によっても変
化する。
【００４６】なお、誘電体薄膜５にはＢＴＯやＢＳＴＯ
以外のペロブスカイト型酸化物、例えばＳｒＴｉＯ3 、
ＣａＴｉＯ3 、ＢａＳｎＯ3 、ＢａＺｒＯ3 などの単純
ぺロブスカイト型酸化物、Ｂａ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 、Ｂａ（Ｍｇ1/3 Ｔａ2/3）Ｏ3 などの複合ぺロブス
カイト型酸化物、およびこれらの固溶系などを適用する
ことも可能である。ぺロブスカイト型酸化物の組成につ
いては、化学量論比からの多少のずれは許容されること
は言うまでもない。
以外のペロブスカイト型酸化物、例えばＳｒＴｉＯ3 、
ＣａＴｉＯ3 、ＢａＳｎＯ3 、ＢａＺｒＯ3 などの単純
ぺロブスカイト型酸化物、Ｂａ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 、Ｂａ（Ｍｇ1/3 Ｔａ2/3）Ｏ3 などの複合ぺロブス
カイト型酸化物、およびこれらの固溶系などを適用する
ことも可能である。ぺロブスカイト型酸化物の組成につ
いては、化学量論比からの多少のずれは許容されること
は言うまでもない。
【００４７】このような半導体メモリにおいては、バリ
ア特性および耐酸化性に優れるＴｉＡｌＮ膜からなるバ
リア膜２によって、半導体基板１上にその特性を低下さ
せることなく薄膜キャパシタ３を良好に形成することが
できる。特に、薄膜キャパシタ３の下部電極４とバリア
膜２との間の剥離などを良好に抑制することができる。
バリア層２の膜厚は、拡散防止効果が得られる範囲内で
薄い方がよく、具体的には10〜50nmの範囲とすることが
好ましい。
ア特性および耐酸化性に優れるＴｉＡｌＮ膜からなるバ
リア膜２によって、半導体基板１上にその特性を低下さ
せることなく薄膜キャパシタ３を良好に形成することが
できる。特に、薄膜キャパシタ３の下部電極４とバリア
膜２との間の剥離などを良好に抑制することができる。
バリア層２の膜厚は、拡散防止効果が得られる範囲内で
薄い方がよく、具体的には10〜50nmの範囲とすることが
好ましい。
【００４８】さらに、バリア膜２としてのＴｉＡｌＮ膜
は、下部電極４および誘電体薄膜５のエピタキシャル成
長を促進するため、例えばエピタキシャル成長時に導入
される歪により誘起された強誘電特性や高誘電特性を利
用した薄膜キャパシタを、半導体基板１上に良好な膜質
で作製することができる。従って、このような薄膜キャ
パシタとトランジスタとを半導体基板上に高度に集積す
ることによって、実用性が高く、かつ信頼性の高い超高
集積化したＦＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリを作
製することが可能になる。
は、下部電極４および誘電体薄膜５のエピタキシャル成
長を促進するため、例えばエピタキシャル成長時に導入
される歪により誘起された強誘電特性や高誘電特性を利
用した薄膜キャパシタを、半導体基板１上に良好な膜質
で作製することができる。従って、このような薄膜キャ
パシタとトランジスタとを半導体基板上に高度に集積す
ることによって、実用性が高く、かつ信頼性の高い超高
集積化したＦＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリを作
製することが可能になる。
【００４９】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００５０】実施例１ まず、高純度のＴｉ粉末およびＡｌ粉末を用意し、これ
らをボールミルで48時間混合して、Ａｌ組成および酸素
含有量を変化させた12種類のＴｉ−Ａｌ混合粉末を調製
した。これらをそれぞれ内表面にＢＮ離型剤を塗布した
黒鉛製成形用型に充填した。
らをボールミルで48時間混合して、Ａｌ組成および酸素
含有量を変化させた12種類のＴｉ−Ａｌ混合粉末を調製
した。これらをそれぞれ内表面にＢＮ離型剤を塗布した
黒鉛製成形用型に充填した。
【００５１】次に、上記した成形用型をホットプレス装
置内に挿入し、 1×10-6Pa以下の真空中にて室温より10
℃/minで 600℃まで加熱し、この温度で60分保持するこ
とによって、脱酸素および脱炭素処理を行った。続い
て、10℃/minで 800℃まで加熱して 120分保持し、さら
に10℃/minで 900℃まで加熱して 180分保持した。この
ような 3つのステップを経て、それぞれ緻密化焼結を行
った。
置内に挿入し、 1×10-6Pa以下の真空中にて室温より10
℃/minで 600℃まで加熱し、この温度で60分保持するこ
とによって、脱酸素および脱炭素処理を行った。続い
て、10℃/minで 800℃まで加熱して 120分保持し、さら
に10℃/minで 900℃まで加熱して 180分保持した。この
ような 3つのステップを経て、それぞれ緻密化焼結を行
った。
【００５２】得られた各Ｔｉ−Ａｌ焼結体を研削、研磨
し、直径 320mm×厚さ10mmの12種類のＴｉ−Ａｌターゲ
ットを得た。これらＴｉ−Ａｌターゲット中の酸素量お
よびそのバラツキは表１に示す通りである。なお、酸素
含有量についてはＩＣＰによって測定した。
し、直径 320mm×厚さ10mmの12種類のＴｉ−Ａｌターゲ
ットを得た。これらＴｉ−Ａｌターゲット中の酸素量お
よびそのバラツキは表１に示す通りである。なお、酸素
含有量についてはＩＣＰによって測定した。
【００５３】上述した各Ｔｉ−Ａｌターゲットをそれぞ
れ用いて、Ｓｉ(100) 基板上に化相スパッタによりＴｉ
ＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の厚さで成膜した。スパッタ
ガスにはＮ2 3sccm 、Ａｒ30sccmの混合ガスを用い、基
板温度は 600℃とした。また、Ｓｉ(100) 基板は、1%弗
化水素酸溶液で 3分間表面エッチングを行い、超純水に
て30分リンスオフしたものを用いた。これら各膜の結晶
性を真空チャンバ内に装備したＲＨＥＥＤにより確認し
たところ、エピタキシャル膜の回折パターンであり、か
つストリークが観察され、平滑なエピタキシャル膜が形
成されていることを確認した。
れ用いて、Ｓｉ(100) 基板上に化相スパッタによりＴｉ
ＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の厚さで成膜した。スパッタ
ガスにはＮ2 3sccm 、Ａｒ30sccmの混合ガスを用い、基
板温度は 600℃とした。また、Ｓｉ(100) 基板は、1%弗
化水素酸溶液で 3分間表面エッチングを行い、超純水に
て30分リンスオフしたものを用いた。これら各膜の結晶
性を真空チャンバ内に装備したＲＨＥＥＤにより確認し
たところ、エピタキシャル膜の回折パターンであり、か
つストリークが観察され、平滑なエピタキシャル膜が形
成されていることを確認した。
【００５４】次に、上記した各ＴｉＡｌＮ膜をバリア膜
として、その上にそれぞれＰｔ膜をＲＦマグネトロンス
パッタ（基板温度 500℃）により形成して下部電極とし
た。このとき、Ｐｔ膜の厚さは約 100nmとした。さら
に、その上に誘電体膜としてＢａＴｉＯ3 膜（膜厚約 2
00nm）をＲＦマグネトロンスパッタにより形成した。こ
のとき、基板温度は 600℃、スパッタガスはＯ2 100%で
行った。さらに、リフトオフを用いたＲＦマグネトロン
スパッタにより、室温にて上部電極としてＰｔ膜を形成
した。
として、その上にそれぞれＰｔ膜をＲＦマグネトロンス
パッタ（基板温度 500℃）により形成して下部電極とし
た。このとき、Ｐｔ膜の厚さは約 100nmとした。さら
に、その上に誘電体膜としてＢａＴｉＯ3 膜（膜厚約 2
00nm）をＲＦマグネトロンスパッタにより形成した。こ
のとき、基板温度は 600℃、スパッタガスはＯ2 100%で
行った。さらに、リフトオフを用いたＲＦマグネトロン
スパッタにより、室温にて上部電極としてＰｔ膜を形成
した。
【００５５】得られた膜の密着性を評価するために、ピ
ールテストを実施した。この方法は成膜したＳｉウェハ
ーより 5mm角のサンプルを12個採取し、特定の粘着テー
プを用いて、それを薄膜に接着する。その後、特定の引
張り応力でテープを引き剥がし、テープに付着した薄膜
の量を定量的に算出する評価方法である。この評価結果
を表１にＴｉＡｌＮ膜の抵抗率の測定結果と共に示す。
ールテストを実施した。この方法は成膜したＳｉウェハ
ーより 5mm角のサンプルを12個採取し、特定の粘着テー
プを用いて、それを薄膜に接着する。その後、特定の引
張り応力でテープを引き剥がし、テープに付着した薄膜
の量を定量的に算出する評価方法である。この評価結果
を表１にＴｉＡｌＮ膜の抵抗率の測定結果と共に示す。
【００５６】
【表１】 表１から明らかのように、本発明のスパッタターゲット
（試料 No1〜8)を用いて成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）
は、いずれも抵抗率が 200μΩ・cm以下でかつ付着力に
優れることが分かる。よって、このようなバリア膜を用
いることによって、抵抗率を抑えることができると共
に、密着性を向上させることができ、さらには製品歩留
りを大幅に向上させることが可能となる。
（試料 No1〜8)を用いて成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）
は、いずれも抵抗率が 200μΩ・cm以下でかつ付着力に
優れることが分かる。よって、このようなバリア膜を用
いることによって、抵抗率を抑えることができると共
に、密着性を向上させることができ、さらには製品歩留
りを大幅に向上させることが可能となる。
【００５７】実施例２ 高純度のＴｉとＡｌ片をコールドウォール溶解法で溶解
し、直径75〜 180mmのインゴットを作製した。次に、大
型のターゲットを作製するために、1000℃で熱間圧延し
た後、 900℃で 1時間アニールして再結晶化させた。得
られたインゴットを研削、研磨し、直径 320mm×厚さ10
mmの12種類のＴｉ−Ａｌターゲットを得た。これらＴｉ
−Ａｌターゲット中の酸素量およびそのバラツキは表２
に示す通りである。酸素含有量についてはＩＣＰによっ
て測定した。
し、直径75〜 180mmのインゴットを作製した。次に、大
型のターゲットを作製するために、1000℃で熱間圧延し
た後、 900℃で 1時間アニールして再結晶化させた。得
られたインゴットを研削、研磨し、直径 320mm×厚さ10
mmの12種類のＴｉ−Ａｌターゲットを得た。これらＴｉ
−Ａｌターゲット中の酸素量およびそのバラツキは表２
に示す通りである。酸素含有量についてはＩＣＰによっ
て測定した。
【００５８】上述した各Ｔｉ−Ａｌターゲットをそれぞ
れ用いて、実施例１と同一条件下で、Ｓｉ(100) 基板上
に化相スパッタによりＴｉＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の
厚さで成膜した。これら各膜の結晶性を真空チャンバ内
に装備したＲＨＥＥＤにより確認したところ、エピタキ
シャル膜の回折パターンであり、かつストリークが観察
され、平滑なエピタキシャル膜が形成されていることを
確認した。
れ用いて、実施例１と同一条件下で、Ｓｉ(100) 基板上
に化相スパッタによりＴｉＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の
厚さで成膜した。これら各膜の結晶性を真空チャンバ内
に装備したＲＨＥＥＤにより確認したところ、エピタキ
シャル膜の回折パターンであり、かつストリークが観察
され、平滑なエピタキシャル膜が形成されていることを
確認した。
【００５９】次に、上記した各ＴｉＡｌＮ膜をバリア膜
として、その上にそれぞれＰｔ膜／ＢａＴｉＯ3 膜／Ｐ
ｔ膜を実施例１と同一条件で形成した。得られた膜の密
着性およびＴｉＡｌＮ膜の抵抗率を実施例１と同様にし
て測定、評価した。測定結果を表２に示す。
として、その上にそれぞれＰｔ膜／ＢａＴｉＯ3 膜／Ｐ
ｔ膜を実施例１と同一条件で形成した。得られた膜の密
着性およびＴｉＡｌＮ膜の抵抗率を実施例１と同様にし
て測定、評価した。測定結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】 表２から明らかのように、本発明のスパッタターゲット
（試料 No1〜8)を用いて成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）
は、いずれも抵抗率が 200μΩ・cm以下でかつ付着力に
優れることが分かる。よって、このようなバリア膜を用
いることによって、抵抗率を抑えることができると共
に、密着性を向上させることができ、さらには製品歩留
りを大幅に向上させることが可能となる。
（試料 No1〜8)を用いて成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）
は、いずれも抵抗率が 200μΩ・cm以下でかつ付着力に
優れることが分かる。よって、このようなバリア膜を用
いることによって、抵抗率を抑えることができると共
に、密着性を向上させることができ、さらには製品歩留
りを大幅に向上させることが可能となる。
【００６１】実施例３ 純度の異なるＴｉとＡｌ片を実施例２と同様にして、コ
ールドウォール溶解法で溶解して、直径 320mm×厚さ10
mmの 8種類のＴｉ−Ａｌターゲット（Ａｌ組成は全て10
原子% ）を得た。これらＴｉ−Ａｌターゲット中の酸素
量およびそのバラツキは表３に示す通りである。
ールドウォール溶解法で溶解して、直径 320mm×厚さ10
mmの 8種類のＴｉ−Ａｌターゲット（Ａｌ組成は全て10
原子% ）を得た。これらＴｉ−Ａｌターゲット中の酸素
量およびそのバラツキは表３に示す通りである。
【００６２】上述した各Ｔｉ−Ａｌターゲットをそれぞ
れ用いて、実施例１と同一条件下で、Ｓｉ(100) 基板上
に化相スパッタによりＴｉＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の
厚さで成膜した。これら各膜の結晶性を真空チャンバ内
に装備したＲＨＥＥＤにより確認したところ、エピタキ
シャル膜の回折パターンであり、かつストリークが観察
され、平滑なエピタキシャル膜が形成されていることを
確認した。
れ用いて、実施例１と同一条件下で、Ｓｉ(100) 基板上
に化相スパッタによりＴｉＡｌＮ膜を10〜 100nm程度の
厚さで成膜した。これら各膜の結晶性を真空チャンバ内
に装備したＲＨＥＥＤにより確認したところ、エピタキ
シャル膜の回折パターンであり、かつストリークが観察
され、平滑なエピタキシャル膜が形成されていることを
確認した。
【００６３】次に、上記した各ＴｉＡｌＮ膜をバリア膜
として、その上にそれぞれＰｔ膜／ＢａＴｉＯ3 膜／Ｐ
ｔ膜を実施例１と同一条件で形成した。得られた膜の密
着性を実施例１と同様にして測定、評価した。測定結果
を表３に示す。
として、その上にそれぞれＰｔ膜／ＢａＴｉＯ3 膜／Ｐ
ｔ膜を実施例１と同一条件で形成した。得られた膜の密
着性を実施例１と同様にして測定、評価した。測定結果
を表３に示す。
【００６４】
【表３】 表３から明らかのように、酸素含有量およびそのバラツ
キが小さいスパッタターゲット（試料 No1〜3)を用いて
成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）は、特に付着力に優れる
ことが分かる。よって、このようなバリア膜を用いるこ
とによって、抵抗率を抑えた上で密着性を向上させるこ
とができ、さらには製品歩留りを大幅に向上させること
が可能となる。
キが小さいスパッタターゲット（試料 No1〜3)を用いて
成膜した薄膜（ＴｉＡｌＮ膜）は、特に付着力に優れる
ことが分かる。よって、このようなバリア膜を用いるこ
とによって、抵抗率を抑えた上で密着性を向上させるこ
とができ、さらには製品歩留りを大幅に向上させること
が可能となる。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明したように、本発明のスパッ
ターターゲットによれば、低抵抗でかつ酸化などを十分
に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを再現性よく形成するこ
とが可能となる。従って、このようなＴｉＡｌＮ膜を有
する本発明のバリア膜、およびそれた用いた電子部品に
よれば、特性や歩留りの向上を図ることができる。
ターターゲットによれば、低抵抗でかつ酸化などを十分
に抑制し得るＴｉＡｌＮ膜などを再現性よく形成するこ
とが可能となる。従って、このようなＴｉＡｌＮ膜を有
する本発明のバリア膜、およびそれた用いた電子部品に
よれば、特性や歩留りの向上を図ることができる。
【図１】 本発明の電子部品の一実施形態の概略構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
１……半導体基板、 ２……バリア膜 ３……薄膜キャパシタ ４……下部電極 ５……誘電体薄膜 ６……上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｙ (72)発明者 石上 隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA03 BA17 BA58 DC04 DC09 DC22 5F058 BA11 BC01 BF14 BJ02 5F103 AA08 BB22 DD28 DD30 GG01 HH03 LL14 NN05 RR10
Claims (15)
- 【請求項１】 1原子% 以上30原子% 未満の範囲でＡｌ
を含有するＴｉ−Ａｌ合金からなることを特徴とするス
パッタターゲット。 - 【請求項２】 請求項１記載のスパッタターゲットにお
いて、 前記Ｔｉ−Ａｌ合金中の酸素量が5000ppm 以下であるこ
とを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項３】 請求項２記載のスパッタターゲットにお
いて、 ターゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内である
ことを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項４】 含有酸素量が5000ppm 以下のＴｉ−Ａｌ
合金からなることを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項５】 請求項４記載のスパッタターゲットにお
いて、 前記含有酸素量が3000ppm 以下であることを特徴とする
スパッタターゲット。 - 【請求項６】 請求項４記載のスパッタターゲットにお
いて、 前記含有酸素量が10〜1000ppm の範囲であることを特徴
とするスパッタターゲット。 - 【請求項７】 請求項４記載のスパッタターゲットにお
いて、 ターゲット全体の酸素量のバラツキが±30% 以内である
ことを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか１項
記載のスパッタターゲットにおいて、 前記スパッタターゲットはバッキングプレートと接合さ
れていることを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項９】 請求項８記載のスパッタターゲットにお
いて、 前記スパッタターゲットとバッキングプレートとは拡散
接合されていることを特徴とするスパッタターゲット。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
項記載のスパッタターゲットを用いて成膜してなるＴｉ
−Ａｌ−Ｎ膜を具備することを特徴とするバリア膜。 - 【請求項１１】 請求項１０記載のバリア膜において、 前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜中の酸素量が5000ppm 以下である
ことを特徴とするバリア膜。 - 【請求項１２】 請求項１０記載のスパッタターゲット
において、 前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜中の酸素量が3000ppm 以下である
ことを特徴とするバリア膜。 - 【請求項１３】 請求項１０記載のバリア膜において、 前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜は半導体基板に対するバリア材と
して用いられることを特徴とするバリア膜。 - 【請求項１４】 請求項１０ないし請求項１２のいずれ
か１項記載のバリア膜を具備することを特徴とする電子
部品。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の電子部品において、 半導体基板と、前記半導体基板上に形成された前記バリ
ア膜と、前記バリア膜上に形成された薄膜キャパシタと
を具備することを特徴とする電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16752999A JP2000355760A (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | スパッタターゲット、バリア膜および電子部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16752999A JP2000355760A (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | スパッタターゲット、バリア膜および電子部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000355760A true JP2000355760A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15851394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16752999A Pending JP2000355760A (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | スパッタターゲット、バリア膜および電子部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000355760A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073815A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-12 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとその製造方法 |
| JP2007297225A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム基板 |
| JP2011179123A (ja) * | 2011-04-04 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとそれを用いたＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜および電子部品の製造方法 |
| JP2011184798A (ja) * | 2011-04-04 | 2011-09-22 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとそれを用いたＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜および電子部品の製造方法 |
| JP2014074230A (ja) * | 2013-10-23 | 2014-04-24 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットの製造方法、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の製造方法、および電子部品の製造方法 |
| US20180305805A1 (en) * | 2016-03-25 | 2018-10-25 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Ti-Ta ALLOY SPUTTERING TARGET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR |
-
1999
- 1999-06-14 JP JP16752999A patent/JP2000355760A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073815A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-12 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとその製造方法 |
| JP2007297225A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム基板 |
| JP2011179123A (ja) * | 2011-04-04 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとそれを用いたＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜および電子部品の製造方法 |
| JP2011184798A (ja) * | 2011-04-04 | 2011-09-22 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットとそれを用いたＴｉ−Ａｌ−Ｎ膜および電子部品の製造方法 |
| JP2014074230A (ja) * | 2013-10-23 | 2014-04-24 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットの製造方法、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜の製造方法、および電子部品の製造方法 |
| US20180305805A1 (en) * | 2016-03-25 | 2018-10-25 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Ti-Ta ALLOY SPUTTERING TARGET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090928 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100216 |