JP2005005732A - 半導体用高純度導電性膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ソース−ドレイン領域の接合深さが0.3μm以下である半導体素子のコンタクトバリアー又はゲート電極層がCo珪化物からなる導電体であり、この導電体のAl含有量が原子数で1×1018個/cm3以下である半導体素子用高純度導電性膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする半導体用高純度導電性膜の形成方法である。
【選択図】 図10
Description
Na,KはSiO2中を拡散し易い元素であり、デバイスの製造プロセス中にSiとゲート絶縁膜(SiO2)の界面に移動し、その一部はイオン化して正電荷になって、界面準位を発生させる。このような界面における電荷はチャンネルを流れるキャリアーなどSi中の電荷をトラップして問題となる。
U,Thなどは微量放射性物質が放射線崩壊し、その際に放出されるα線によりSi中に電子−正孔対が誘発され、その電荷により一時的に誤動作を起こす。
Fe,Crなどの重金属は、Na,Kなどのアルカリ金属に比べて膜中に含まれる濃度が高いため、Na,Kほど移動度が大きくなってもSi−SiO2界面に集まり、界面準位の発生や、閾値電圧の原因となる。
図15
に示すようにn型基板3上に形成したp+領域2上にTi−Wからなる導電性膜としてのコンタクトバリアー層1を形成し、さらにその上に配線膜としてのAl層4を形成したダイオードを半導体素子として作成した。このダイオードのソース−ドレイン領域の接合深さは約0.3μm、開孔部の面積は1.5×1.5μm2である。このダイオードは半導体素子のコンタクト部をモデル化し、コンタクト部の面積、コンタクトバリアー層の厚さ、ソース−ドレイン領域の接合深さは、実デバイスを模擬している。
Ta−Irからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いてTa−Irアモルファスコンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流の関連性を調べた。Ta−Irアモルファスコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ100ppm、30ppmである48.5wt%Ta−Ir複合ターゲットを用いて行なった。各バリアー層についてフレームレス原子吸光法で測定したところ、それぞれの膜中のAl含有量は、8×1018個/cm3、4×1017個/cm3であった。また膜厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なった。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流値の測定結果を図2に示す。
Ni−Nbアモルファスからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードと測定方法を用いて、Ni−Nbアモルファスコンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。Ni−Nbアモルファスコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ180ppm、10ppmである61wt%Ni−Nb複合ターゲットを用いて行なった。各バリアー層についてフレームレス原子吸光法で測定したところ、それぞれのNi−Nbアモルファスコンタクトバリアー膜中のAl含有量は、1.5×1019個/cm3、1×1017個/cm3であった。また膜厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なった。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流値の測定結果を図3に示す。
Fe−Wアモルファスからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードと測定方法とを用いて、Fe−Wアモルファスコンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。Fe−Wアモルファスコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ150ppm、15ppmである23.3wt%Fe−W複合ターゲットを用いて行なった。各バリアー層についてフレームレス原子吸光法で測定したところ、それぞれのFe−Wアモルファスコンタクトバリアー膜中のAl含有量は、2.6×1018個/cm3、1×1017個/cm3であった。また膜厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なった。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流値の測定結果を図4に示す。
Tiシリサイドからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いて、Tiシリサイドコンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流の関連性を調べた。ここでTiシリサイドコンタクトバリアー層の形成は、Ti中のAl濃度がそれぞれ150ppm、10ppmの56.0wt%Ti−Si複合ターゲットを用いスパッタリング法により行なった。
最大粒径10μm以下の高純度W粉末と最大粒径30μm以下の高純度Si粉末とを70.8wt%W−Siとなるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホットプレス装置内に挿入し、5×10−4Torr以下の真空中において、1250℃×2hr、押圧力50kg/cm2でシリサイド合成、1350℃×5hrで脱酸素および脱炭素後、1400℃×5hr、押圧力270kg/cm2で緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.3ppmであった。
最大粒径10μm以下の高純度Mo粉末と最大粒径30μm以下の高純度Si粉末とを63.1wt%Mo−Siとなるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホットプレス装置内に挿入し、5×10−4Torr以下の真空中において、1100℃×2hr、押圧力40kg/cm2でシリサイド合成、1350℃×5hrで脱酸素および脱炭素後、1400℃×5hr、押圧力280kg/cm2で緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.4ppmであった。
最大粒径10μm以下の高純度Ta粉末と最大粒径30μm以下の高純度Si粉末とを76.3wt%Ta−Siとなるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホットプレス装置内に挿入し、5×10−4Torr以下の真空中において、1150℃×3hr、押圧力60kg/cm2でシリサイド合成、1300℃×5hrで脱酸素および脱炭素後、1360℃×5hr、押圧力280kg/cm2で緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.4ppmであった。
最大粒径10μm以下の高純度Ni粉末と最大粒径30μm以下の高純度Si粉末とを51.1wt%Ni−Siとなるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホットプレス装置内に挿入し、5×10−4Torr以下の真空中において、750℃×3hr、押圧力50kg/cm2でシリサイド合成、900℃×5hrで脱酸素および脱炭素後、940℃×5hr、押圧力280kg/cm2で緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.5ppmであった。
最大粒径10μm以下の高純度Co粉末と最大粒径30μm以下の高純度Si粉末とを51.2wt%Co−Siとなるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホットプレス装置内に挿入し、5×10−4Torr以下の真空中において、1000℃×3hr、押圧力40kg/cm2でシリサイド合成、1150℃×5hrで脱酸素および脱炭素後、1240℃×5hr、押圧力280kg/cm2で緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.6ppmであった。
Ti窒化物からなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いて、Ti窒化物コンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。ここでTi窒化物コンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ150ppm、10ppm、3ppmの3種類のTiターゲットを用い窒素雰囲気下で活性スパッタリング法により行なった。この活性スパッタリング法では、直流2極(DC)マグネトロンスパッタリング装置を1×10−6Torr以下に真空排気後、チャンバー内にAr50%+N250%のガスを5×10−3Torr導入し、DC電流出力400W(4インチ円板状Tiターゲット)を用いて被覆を行なっている。
Ta窒化物からなるコンタクトバリアー層を形成し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いて、各Ta窒化物コンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。Ta窒化物からなるコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ約150ppm、1ppm以下の2種類のTaターゲットを用いて窒素雰囲気中で活性スパッタリング法により行なった。この活性スパッタリング法では、直流2極(DC)マグネトロンスパッタリング装置を1×10−6Torr以下に真空排気後、チャンバー内にAr50%+N250%のガスを5×10−3Torr導入し、DC電流出力350W(4インチ円板状Tiターゲット)を用いて被覆を行なっている。
Ti−W合金窒化物からなるコンタクトバリアー層を形成し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いて、Ti−W合金窒化物コンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。Ti−W合金窒化物からなるコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ約200ppm、1ppm以下の2種類の10wt%Ti−W複合ターゲットを用いて窒素雰囲気中で活性スパッタリング法により行なった。この活性スパッタリング法では、直流2極(DC)マグネトロンスパッタリング装置を1×10−6Torr以下に真空排気後、チャンバー内にAr50%+N250%のガスを5×10−3Torr導入し、DC電流出力420W(4インチ円板状Tiターゲット)を用いて被覆を行なっている。
W窒化物からなるコンタクトバリアー層を形成し、他は実施例1と同様な構成のダイオードを用いて、各W窒化物コンタクトバリアー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を調べた。W窒化物からなるコンタクトバリアー層の形成は、Al濃度がそれぞれ約170ppm、1ppm以下の2種類のWターゲットを用いて窒素雰囲気中で活性スパッタリング法により行なった。この活性スパッタリング法では、直流2極(DC)マグネトロンスパッタリング装置を1×10−6Torr以下に真空排気後、チャンバー内にAr50%+N250%のガスを5×10−3Torr導入し、DC電流出力450W(4インチ円板状Tiターゲット)を用いて被覆を行なっている。各バリアー層について、フレームレス原子吸光法で測定したところ、膜中のAl含有量はそれぞれ、3×1018個/cm3、1×1017個/cm3であった。また各膜厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なった。それぞれのダイオードについて逆バイアス電圧に対するpn接合のリーク電流値の測定結果を図14に示す。
2 p+領域
3 n型基板
4 Al層
5 SiO2
Claims (4)
- ソース−ドレイン領域の接合深さが0.3μm以下である半導体素子のコンタクトバリアー又はゲート電極層がCo珪化物からなる導電体であり、この導電体のAl含有量が原子数で1×1018個/cm3以下である半導体素子用高純度導電性膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする半導体用高純度導電性膜の形成方法。
- 前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.15μm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体用高純度導電性膜の形成方法。
- 前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.1μm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体用高純度導電性膜の形成方法。
- 前記コンタクトバリアー又はゲート電極層のAl含有量が原子数で2×1016個/cm3以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体用高純度導電性膜の形成方法。
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