JP2005026704A - METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
JP2005026704A
JP2005026704A JP2004246807A JP2004246807A JP2005026704A JP 2005026704 A JP2005026704 A JP 2005026704A JP 2004246807 A JP2004246807 A JP 2004246807A JP 2004246807 A JP2004246807 A JP 2004246807A JP 2005026704 A JP2005026704 A JP 2005026704A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
content
less
film
pieces
barrier layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004246807A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ishigami
隆 石上
Michio Sato
道雄 佐藤
Minoru Obata
稔 小畑
Masami Miyauchi
正視 宮内
Mitsuo Kawai
光雄 河合
Takashi Yamanobe
尚 山野辺
Toshihiro Maki
利広 牧
Noriaki Yagi
典章 八木
Shigeru Ando
茂 安藤
Yoshiko Kobanawa
佳子 小塙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004246807A priority Critical patent/JP2005026704A/en
Publication of JP2005026704A publication Critical patent/JP2005026704A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress leakage current of a semiconductor device, in which a film which consists of a high melting-point metal, alloy which consisting of the high melting-point metal, and silicide of the high melting-point metal, nitride of Ti, Ta, W, and Ti-W alloy, is used for a contact barrier layer or a gate electrode or the like, for obtaining a highly reliable semiconductor device. <P>SOLUTION: A method for manufacturing the semiconductor device includes the processes of removing Al from Ti-W material, preparing W material for a magnetron sputtering system whose concentration of Al is 1 ppm or lower, using the Ti-W material, and forming the contact barrier or the gate electrode layer, in which the Al content is suppressed to about 1×10<SP>18</SP>atoms/cm<SP>3</SP>or lower, expressed in terms of the number of the atoms, by a sputtering method. The bonding depth of a source-drain region is 0.3μm or shorter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体素子の製造方法、および半導体素子用のコンタクトバリアー層またはゲート電極などを構成する高純度導電性膜を形成できるマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, and a Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus capable of forming a high-purity conductive film constituting a contact barrier layer or gate electrode for the semiconductor element.

半導体素子のコンタクト部では、アルミニウム配線中へのシリコンの析出を防止する一方、アルミニウム配線からp−n基板方向に拡散するアルミニウム原子によってPn接合が破壊されることを防止するためのコンタクトバリアー層として、例えばTiN膜などがシリコン基板とアルミニウム配線との間に形成されている。こうしたコンタクトバリアー層の材料としては、低抵抗であり、しかもLSI製造プロセス上の要求により耐熱性、および化学的安定性という特性が要求される。以上に述べた、コンタクトバリアー層の材料に対する要求を満足するものとして、高融点金属あるいは高融点金属からなる合金、金属の珪化物、Ti,Ta,Ti−W合金の窒化膜の適用が考えられており、一部は実施されている。   In the contact portion of the semiconductor element, as a contact barrier layer for preventing the precipitation of silicon into the aluminum wiring while preventing the Pn junction from being broken by the aluminum atoms diffusing from the aluminum wiring in the direction of the pn substrate. For example, a TiN film or the like is formed between the silicon substrate and the aluminum wiring. Such a material for the contact barrier layer is required to have low resistance and to have characteristics of heat resistance and chemical stability due to requirements in the LSI manufacturing process. In order to satisfy the above-described requirements for the material of the contact barrier layer, application of a refractory metal or an alloy made of a refractory metal, a metal silicide, a Ti, Ta, or Ti-W alloy nitride film is considered. And some have been implemented.

近年、半導体素子の高集積化が進み、これによって素子構造がさらに微細化する傾向にある。スケーリングの原理によれば、ICの横方向における寸法の縮小に対応して、縦方向のデバイスの寸法もほぼ同じ割合で縮小することが知られている。それによるとソース−ドレイン領域の接合深さは、例えばデザインルールが0.5μmの16M−DRAMでは、接合深さが0.1〜0.15μmになることが予想される。ソース−ドレイン領域の接合深さが小さくなるにつれて、素子のリーク電流は増大する傾向にある。これはコンタクトバリアー層の材料中に含まれる不純物のソース−ドレイン領域に対する影響が、ソース−ドレイン領域の接合深さが小さくなるのに対応して相対的に大きくなり、リーク電流を誘発するためである。一般に半導体素子のリーク電流は誤動作の原因となり半導体素子の信頼性低下の原因となるのでより低い値となることが望まれており、ソース−ドレイン領域の接合深さとコンタクトバリアー層中の不純物に対応して起こるリーク電流の増大は、今後の半導体素子の高集積化への障害となると考えられている。   In recent years, higher integration of semiconductor elements has progressed, and as a result, the element structure tends to be further miniaturized. According to the principle of scaling, it is known that the size of the device in the vertical direction is reduced at substantially the same rate in response to the reduction in the size of the IC in the horizontal direction. According to this, the junction depth of the source-drain region is expected to be 0.1 to 0.15 μm in, for example, a 16M DRAM having a design rule of 0.5 μm. As the junction depth of the source-drain region decreases, the leakage current of the device tends to increase. This is because the influence of impurities contained in the material of the contact barrier layer on the source-drain region becomes relatively large as the junction depth of the source-drain region becomes small, and induces a leakage current. is there. In general, the leakage current of a semiconductor element causes a malfunction and decreases the reliability of the semiconductor element, so it is desired to have a lower value. The increase in leakage current that occurs is considered to be an obstacle to high integration of semiconductor elements in the future.

コンタクトバリアー中に含まれる不純物としては、特に次の不純物が半導体素子に悪影響を及ぼす虞があるとされ、その低減化が図られている。   As impurities contained in the contact barrier, it is considered that the following impurities may adversely affect the semiconductor element, and the reduction thereof is attempted.

(1)Na,Kなどのアルカリ金属(界面準位の発生)
Na,KはSiO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(SiO)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。
(1) Alkali metals such as Na and K (generation of interface states)
Na, K are easily element is diffused in SiO 2, moves to the interface between the Si and the gate insulating film during the manufacturing process of the device (SiO 2), and in part become positively charged ionized, surfactant Generate a level. The charge at such an interface becomes a problem by trapping charges in Si such as carriers flowing in the channel.

(2)U,Thなどの放射性元素(ソフトエラー)
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。
(2) Radioactive elements such as U and Th (soft error)
For U, Th, etc., a trace amount of radioactive material decays, and an α-ray emitted at that time induces an electron-hole pair in Si, causing a temporary malfunction due to the charge.

(3)Fe,Crなどの重金属(界面特性の低化)
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−SiO界面に集まり、界面準位の発生や、閾値電圧の原因となる。
(3) Heavy metals such as Fe and Cr (decreasing interface properties)
Since heavy metals such as Fe and Cr have higher concentrations in the film than alkali metals such as Na and K, they gather at the Si-SiO 2 interface even when the mobility increases as Na and K, and interface states. And a threshold voltage.

半導体素子用材料には、製造プロセスによっても異なるが、これらの不純物が単位体積当たり、原子数でおよそ1×1019個/cm程度含まれている。これらの不純物の中には先に記した界面準位の発生、界面特性劣化などの影響の他にもリーク電流を増大させる作用もあると考えられているものもあり、既に極力低減されているが、今後の半導体素子の高集積化に伴い、さらなるリーク電流の低減が求められている。 The semiconductor element material contains about 1 × 10 19 atoms / cm 3 of these impurities per unit volume, although it varies depending on the manufacturing process. Some of these impurities are thought to have the effect of increasing the leakage current in addition to the effects such as the generation of interface states and deterioration of interface characteristics, which have already been reduced as much as possible. However, with the high integration of semiconductor elements in the future, further reduction of leakage current is required.

一方、半導体素子のゲート部位を形成するゲート電極材料としては、低抵抗性および、耐熱性が求められていることから、コンタクトバリアー材料と同様に、高融点金属の適用が考えられている。やはり素子の高集積化に伴って、ソース−ドレイン領域の接合深さが減少し、ゲート電極とpn接合界面との距離が短くなり、またSiO膜厚も小さくなるため、ゲート電極とソース−ドレイン領域がSiOを介して近接する部分から、コンタクトバリアー材料の場合と同様に電極材料中の不純物がソース−ドレイン領域に影響を与え、リーク電流を誘発するので、半導体素子のリーク電流の増加の可能性は高くなる。
特開昭60−66425号公報
On the other hand, as a gate electrode material for forming a gate portion of a semiconductor element, low resistance and heat resistance are required. Therefore, application of a refractory metal is considered in the same manner as a contact barrier material. Also, as the integration of elements increases, the junction depth of the source-drain region decreases, the distance between the gate electrode and the pn junction interface becomes shorter, and the SiO 2 film thickness also becomes smaller. As in the case of the contact barrier material, the impurity in the electrode material affects the source-drain region and induces a leakage current from the portion where the drain region is close to each other through SiO 2 , thereby increasing the leakage current of the semiconductor element. The possibility of is increased.
JP 60-66425 A

以上に述べたように、半導体素子の高集積化に伴い、そのリーク電流の増加が当然無視できないものとなる。高信頼性の半導体素子を得るために高融点金属、高融点金属からなる合金、高融点金属の珪化物、Ti,Ta,W,Ti−W合金の窒化物からなる膜をコンタクトバリアー層またはゲート電極などに用い、半導体素子のリーク電流を抑えることを目的とする。   As described above, the increase in leakage current cannot be ignored due to the high integration of semiconductor elements. In order to obtain a highly reliable semiconductor device, a high melting point metal, a high melting point metal alloy, a high melting point metal silicide, a film made of a Ti, Ta, W, or Ti-W alloy nitride is used as a contact barrier layer or gate. It is used for an electrode or the like and aims to suppress a leakage current of a semiconductor element.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の製造方法は、請求項1に記載したように、Ti−W原料からAlを除去してAl濃度が1ppm以下であるマグネトロンスパッタリング装置用W材を調製し、このTi−W材を用いてAl含有量が原子数で1×1018個/cm以下であるコンタクトバリアー又はゲート電極層をスパッタリング法により形成することを特徴とするソース−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製造方法である。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes, as described in claim 1, W for a magnetron sputtering apparatus in which Al is removed from a Ti—W raw material and an Al concentration is 1 ppm or less. A source characterized in that a material is prepared and a contact barrier or gate electrode layer having an Al content of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less is formed by sputtering using this Ti—W material. This is a method for manufacturing a semiconductor element in which the junction depth of the drain region is 0.3 μm or less.

また、上記半導体素子の製造方法において、請求項2に記載したように前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.15μm以下であることが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that the junction depth of the source-drain region is 0.15 μm or less.

さらに、上記半導体素子の製造方法において、請求項3に記載したように、前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.1μm以下であることが好ましい。   Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor element, as described in claim 3, it is preferable that the junction depth of the source-drain region is 0.1 μm or less.

また、上記半導体素子の製造方法において、請求項4に記載したように、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1×1017個/cm以下であることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, as described in claim 4, the Al content of the contact barrier or the gate electrode layer is preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms.

本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材は、請求項5に記載したように、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のAl含有量を原子数で1×1018個/cm以下に形成することが可能であり、Al濃度が1ppm以下であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材である。 The Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus according to the present invention includes, as described in claim 5, Al content in a contact barrier or gate electrode layer of a semiconductor element having a junction depth of a source-drain region of 0.3 μm or less. The Ti—W material for a magnetron sputtering apparatus, which can be formed in an amount of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms and has an Al concentration of 1 ppm or less.

また、上記マグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材において、請求項6に記載したように、前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.15μm以下であることが好ましい。   Moreover, in the Ti-W material for the magnetron sputtering apparatus, as described in claim 6, it is preferable that the junction depth of the source-drain region is 0.15 μm or less.

さらに、上記マグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材において、請求項7に記載したように、前記ソース−ドレイン領域の接合深さが0.1μm以下であることが好ましい。   Furthermore, in the Ti-W material for the magnetron sputtering apparatus, as described in claim 7, it is preferable that the junction depth of the source-drain region is 0.1 μm or less.

また、上記マグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材において、請求項8に記載したように、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1×1017個/cm以下であることが好ましい。 In the Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus, as described in claim 8, the Al content of the contact barrier or the gate electrode layer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms. preferable.

さらに、上記マグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材において、請求項9に記載したように、前記コンタクトバリアー又はゲート電極層がWの窒化物から成ることが好ましい。   Furthermore, in the Ti—W material for the magnetron sputtering apparatus, it is preferable that the contact barrier or the gate electrode layer is made of W nitride as described in claim 9.

前記目的を達成するため、本発明で使用するスパッタリングターゲットは、Al含有量が原子数で1×1018個/cm以下である高純度導電性膜を形成することが可能なことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the sputtering target used in the present invention is characterized in that a high-purity conductive film having an Al content of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less can be formed. To do.

また、本発明で使用するスパッタリングターゲットは、Al含有量が原子数で1×1018個/cm以下である高純度導電性膜(但し、Mo−W合金または窒化物から成る導電性膜を除く。)を形成することが可能なことを特徴とする。 In addition, the sputtering target used in the present invention is a high-purity conductive film having an Al content of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms (however, a conductive film made of a Mo—W alloy or nitride is used. Except for the above)).

また、高純度導電性膜は、Ti,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,Fe,Ni,Cr,Co,PdおよびPtから選ばれた少なくとも1種の金属で構成するとよい。   The high-purity conductive film is made of at least one metal selected from Ti, W, Mo, Zr, Hf, Ta, V, Nb, Ir, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, and Pt. Good.

さらに、高純度導電性膜は、Ti,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,Fe,Ni,Cr,Co,PdおよびPtから選ばれた少なくとも1種の金属の珪化物から成る。   Further, the high-purity conductive film is a silicide of at least one metal selected from Ti, W, Mo, Zr, Hf, Ta, V, Nb, Ir, Fe, Ni, Cr, Co, Pd and Pt. Consists of.

また、珪化物から成る高純度導電性膜は、スパッタリングターゲットを用いるスパッタリング法により成膜後、反応させることにより得られるように構成してもよい。   Moreover, you may comprise so that the high purity electroconductive film | membrane consisting of a silicide may be obtained by making it react after forming into a film by the sputtering method using a sputtering target.

また、上記高純度導電性膜は、半導体素子のコンタクトバリアー層またはゲート電極に好適に用いられる。   The high-purity conductive film is preferably used for a contact barrier layer or gate electrode of a semiconductor element.

さらに、各種半導体素子は、上記の高純度導電性膜を用いて形成される。   Furthermore, various semiconductor elements are formed using the high-purity conductive film.

また、高純度導電性膜は、導電体(但し、Mo−W合金または窒化物から成る導電体を除く。)から成り、この導電体中のAl含有量が原子数で1×1018個/cm以下である高純度導電性膜を、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により形成される。さらに、導電体は、Ti,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,Fe,Ni,Cr,Co,Pd,Ptから選ばれた少なくとも1種の金属で構成するとよい。 The high-purity conductive film is made of a conductor (excluding a conductor made of Mo-W alloy or nitride), and the Al content in the conductor is 1 × 10 18 atoms / number. A high-purity conductive film having a size of cm 3 or less is formed by a sputtering method using a sputtering target. Furthermore, the conductor may be made of at least one metal selected from Ti, W, Mo, Zr, Hf, Ta, V, Nb, Ir, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, and Pt.

また、高純度導電性膜は、Ti,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,Fe,Ni,Cr,Co,Pd,Ptから選ばれた少なくとも1種の金属の珪化物から成る導電体であり、この導電体中のAl含有量が原子数で1×1018個/cm以下である高純度導電性膜を、スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により形成される。さらに、スパッタリング法により成膜後、反応させることにより得られるように構成してもよい。 The high-purity conductive film is a silicide of at least one metal selected from Ti, W, Mo, Zr, Hf, Ta, V, Nb, Ir, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, and Pt. A high-purity conductive film having an Al content of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms is formed by a sputtering method using a sputtering target. Further, the film may be obtained by reacting after film formation by sputtering.

半導体素子のリーク電流は、コンタクトバリアー層またはゲート電極の材料に含まれる不純物が、ソース−ドレイン領域に影響を与えて誘発される。本発明はこれらコンタクトバリアー層またはゲート電極の材料において、従来不純物として重視されていなかったAlの濃度が、このリーク電流に大きく関与することを見出してなされたものである。   The leakage current of the semiconductor element is induced by the impurities contained in the material of the contact barrier layer or the gate electrode affecting the source-drain region. The present invention has been made by finding that the concentration of Al, which has not been considered important as an impurity in the material of the contact barrier layer or the gate electrode, is greatly related to the leakage current.

本発明においてAl含有量を原子数で1×1018個/cm以下としたのは、1×1018個/cmを超える程度にAl含有量が大きくなるにつれてリーク電流が増加し、またソース−ドレイン領域の接合深さが大きくなるにつれてコンタクトバリアー層中に含まれるAlの影響を受け易くなり、リーク電流は増加するが、1×1018個/cm以下にすれば、ソース−ドレイン領域の接合深さに関係なく、リーク電流はほぼ一定の低い値に抑えられるからである。 In the present invention, the Al content is set to 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms, the leakage current increases as the Al content increases to an extent exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3. As the junction depth of the source-drain region increases, it becomes susceptible to the influence of Al contained in the contact barrier layer, and the leakage current increases, but if it is set to 1 × 10 18 / cm 3 or less, the source-drain This is because the leakage current can be suppressed to a substantially constant low value regardless of the junction depth of the region.

本発明において、スパッタリングターゲットで形成する導電性膜を構成する材料として使用されるTi,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,Fe,Ni,Cr,Co,Pd,Ptの金属およびこれらの金属の珪化物、窒化物はいずれも優れた導電性および低抵抗特性を有し、1種または2種以上組み合せて使用される。   In the present invention, Ti, W, Mo, Zr, Hf, Ta, V, Nb, Ir, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, and Pt used as materials constituting the conductive film formed by the sputtering target are used. Metals and silicides and nitrides of these metals all have excellent conductivity and low resistance characteristics, and are used alone or in combination of two or more.

上記導電性膜のうち、TiN,Mo,W,TiSi,CoSiなどは特に熱的安定性、化学的安定性に優れ、しかもコンタクトバリアーに用いた場合、コンタクト抵抗を低減する効果があるため、実用上好ましい。 Among the above conductive films, TiN, Mo, W, TiSi 2 , CoSi 2 and the like are particularly excellent in thermal stability and chemical stability, and have the effect of reducing contact resistance when used as a contact barrier. Practically preferred.

しかしながら、上記薄膜中に含まれるAlがその後のプロセスにおいてコンタクトバリアー層とソースあるいはドレイン界面に偏析したり、界面に残っていた酸素と反応したり、あるいはSiの自然酸化膜を還元してAlを形成する可能性が高い。それにより、コンタクト抵抗が上昇して問題となる。そこで本発明者らは上記薄膜中のAl濃度とそれらの薄膜でコンタクトバリアー層を形成したときのコンタクト抵抗の関連性を調べた。その結果、Al濃度が1×1018個/cm以下であれば、上述のようなAl形成によるコンタクト抵抗の上昇という問題は回避でき、実用上全く問題が生じないことが明らかとなった。 However, Al contained in the thin film segregates at the interface between the contact barrier layer and the source or drain in the subsequent process, reacts with oxygen remaining at the interface, or reduces the native oxide film of Si to reduce Al 2. There is a high possibility of forming O 3 . As a result, the contact resistance increases and becomes a problem. Therefore, the present inventors investigated the relationship between the Al concentration in the thin film and the contact resistance when a contact barrier layer was formed with these thin films. As a result, when the Al concentration is 1 × 10 18 pieces / cm 3 or less, it is clear that the problem of the increase in contact resistance due to the formation of Al 2 O 3 as described above can be avoided and no problem is caused in practice. became.

本発明において、スパッタリングターゲットで形成する導電性膜の結晶状態は、結晶体またはアモルファス(非晶質)のどちらでも半導体素子のリーク電流を低減する効果が得られる。一般にアモルファスは熱的安定性がやや劣るが、Ta−Ir,Ni−Nb,Fe−W等の金属は比較的に安定であるため、実用上アモルファスとして使われる。このようなアモルファス合金は粒界が存在しないため、Alが高速で拡散しにくく、より良い効果が得られる。   In the present invention, the effect of reducing the leakage current of the semiconductor element can be obtained whether the crystalline state of the conductive film formed with the sputtering target is crystalline or amorphous (amorphous). In general, amorphous is slightly inferior in thermal stability, but metals such as Ta—Ir, Ni—Nb, and Fe—W are relatively stable, and thus are practically used as amorphous. Since such an amorphous alloy has no grain boundary, Al hardly diffuses at high speed, and a better effect can be obtained.

本発明において、スパッタリングターゲットで形成する導電性膜は例えば下記の要領で製造される。すなわち、高融点金属、または高融点合金膜、高融点金属シリサイド膜、Ti,Ta,W,Ti−W合金の窒化膜からなる高純度のコンタクトバリアー膜、またはゲート電極膜を形成する場合、半導体素子の成膜に一般的に用いられるスパッタリング法を用い、その際Al濃度を所定値以下に低減したスパッタリングターゲットを使用して成膜することにより、生成膜中のAl含有量を抑制する。スパッタリングターゲット中のAlの濃度と膜中のそれとは相関関係があり、例えば、Ti−W合金、Moシリサイド膜中のAl原子の含有量を1×1018個/cm以下に抑えるには、Ti−W合金製スパッタリングターゲットまたはMoシリサイドスパッタリングターゲット中のAl濃度を原子比で30ppm以下、好ましくは10ppm以下、さらに好ましくは1ppm以下に抑え、このターゲットを用いてスパッタリングを行い成膜する。 In the present invention, the conductive film formed by the sputtering target is manufactured, for example, in the following manner. That is, when forming a high-melting point metal or high-melting point alloy film, a high-melting point metal silicide film, a high-purity contact barrier film made of a nitride film of Ti, Ta, W, or Ti—W alloy, or a gate electrode film, The sputtering method generally used for film formation of the element is used, and at that time, the Al content in the generated film is suppressed by forming a film using a sputtering target in which the Al concentration is reduced to a predetermined value or less. There is a correlation between the concentration of Al in the sputtering target and that in the film. For example, to suppress the content of Al atoms in the Ti—W alloy and Mo silicide films to 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, The Al concentration in the Ti—W alloy sputtering target or Mo silicide sputtering target is suppressed to 30 ppm or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 1 ppm or less in terms of atomic ratio, and sputtering is performed using this target to form a film.

また高融点金属および、高融点金属からなる合金、および金属の珪化物で導電性膜を形成する場合は、Al濃度を30ppm以下、好ましくは10ppm以下、さらに好ましくは1ppm以下に抑えたターゲットを用いてスパッタリングを行なうことにより、膜中のAl含有量を1×1018個/cm以下に抑えることができる。さらに、Ti,Ta,W,Ti−W合金の窒化物で導電性膜を形成する場合についてもTi,Ta,W,Ti−W合金製ターゲット中のAl濃度を30ppm以下、好ましくは10ppm以下、さらに好ましくは1ppm以下にし、窒素ガス雰囲気中で活性スパッタリングを行なうことにより、膜中のAl含有量を上記の値(1×1018/cm)以下に抑えることができる。また、従来より積層膜の界面に集まり界面特性を劣化させたり、接合リークの原因となると言われてきた重金属元素やアルカリ金属の濃度は充分に低減する必要がある。 In the case of forming a conductive film with a refractory metal, an alloy composed of a refractory metal, and a metal silicide, a target having an Al concentration of 30 ppm or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 1 ppm or less is used. By performing sputtering, the Al content in the film can be suppressed to 1 × 10 18 pieces / cm 3 or less. Further, when the conductive film is formed of a nitride of Ti, Ta, W, Ti—W alloy, the Al concentration in the target made of Ti, Ta, W, Ti—W alloy is 30 ppm or less, preferably 10 ppm or less, More preferably, it is 1 ppm or less, and by performing active sputtering in a nitrogen gas atmosphere, the Al content in the film can be suppressed to the above value (1 × 10 18 / cm 3 ) or less. Further, it is necessary to sufficiently reduce the concentrations of heavy metal elements and alkali metals which have been conventionally gathered at the interface of the laminated film to deteriorate the interface characteristics and cause junction leakage.

以下に実施例により本発明を詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

本発明において、スパッタリングターゲットを用いて形成した半導体素子用高純度導電性膜を用い、コンタクトバリアーまたはゲート電極などを形成することにより、リーク電流を低く抑える効果があり、信頼性が高い半導体素子が得られ、今後の半導体素子の高集積化にも充分に対応できる。   In the present invention, by using a high-purity conductive film for a semiconductor element formed using a sputtering target and forming a contact barrier, a gate electrode, or the like, there is an effect of suppressing a leakage current, and a highly reliable semiconductor element is obtained. As a result, it can sufficiently cope with future high integration of semiconductor elements.

実施例1
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1.5×1.5μm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。
Example 1
As shown in FIG. 15, a contact barrier layer 1 as a conductive film made of Ti-W is formed on a p + region 2 formed on an n-type substrate 3, and an Al layer 4 as a wiring film is further formed thereon. The formed diode was produced as a semiconductor element. The junction depth of the source-drain region of this diode is about 0.3 μm, and the area of the opening is 1.5 × 1.5 μm 2 . This diode models a contact portion of a semiconductor element, and the area of the contact portion, the thickness of the contact barrier layer, and the junction depth of the source-drain region simulate an actual device.

ここで、コンタクトバリアー層は下記のように形成した。   Here, the contact barrier layer was formed as follows.

最大粒径10μm以下(平均粒径4μm)の高純度W粉末と最大粒径50μm以下(平均粒径30μm)の高純度Ti粉末とを10wt%Ti−W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、その表面にTa板を張り付け、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、1400℃×3時間、押圧力が250kg/cmで緻密化焼結した(第1の製造方法)。得られた焼結体を機械加工によって、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の濃度を分析したところ0.8ppmであった。 A high purity Ar powder having a maximum particle size of 10 μm or less (average particle size of 4 μm) and a high purity Ti powder having a maximum particle size of 50 μm or less (average particle size of 30 μm) are mixed so as to be 10 wt% Ti-W. The mixture was mixed for 48 hours in a ball mill replaced with gas. Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, a Ta plate was attached to the surface, and the mixed powder was filled into the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and was densified and sintered at a pressure of 250 kg / cm 2 at 1400 ° C. for 3 hours in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less (first manufacturing method) ). The obtained sintered body was finished into a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm by machining. When the concentration of Al in the target was analyzed, it was 0.8 ppm.

また、ホットプレス時にTa板を用いないこと以外は第1の製造方法と同一の製造方法によって、同様のターゲットを製造し、このターゲット中のAl濃度を分析したところ15ppmであった。   A similar target was produced by the same production method as the first production method except that no Ta plate was used during hot pressing, and the Al concentration in this target was analyzed and found to be 15 ppm.

さらに、純度99.9wt%で最大粒径50μm以下(平均粒径30μm)のW粉末と純度99.9wt%で最大粒径100μm(平均粒径70μm)のTi粉末を用い、ホットプレス時にTa板を用いないこと以外は第1の製造方法と同一の製造方法によって、同様のターゲットを製造し、このターゲット中のAl濃度を分析したところ50ppmであった。   Further, a W plate having a purity of 99.9 wt% and a maximum particle size of 50 μm or less (average particle size of 30 μm) and a Ti powder having a purity of 99.9 wt% and a maximum particle size of 100 μm (average particle size of 70 μm) are used during hot pressing. A similar target was produced by the same production method as in the first production method except that was not used, and the Al concentration in the target was analyzed and found to be 50 ppm.

これらのターゲットを用い、スパッタリング法によりTi−Wよりなるコンタクトバリアー層を形成した。フレームレス原子吸光法で測定したところ、各Ti−W膜中のAl含有量はそれぞれ1×1017個/cm、1×1018個/cm、1×1019個/cmであった。また膜厚はそれぞれ約80nmである。 Using these targets, a contact barrier layer made of Ti—W was formed by sputtering. When measured by flameless atomic absorption, the Al content in each Ti-W film was 1 × 10 17 pieces / cm 3 , 1 × 10 18 pieces / cm 3 , and 1 × 10 19 pieces / cm 3, respectively. It was. Each film thickness is about 80 nm.

次にTi−W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係を調べた。まず各ダイオードに逆バイアス電圧をOVから印加し、電圧を徐々に増加させ、ブレークダウンまでの各ダイオードのリーク電流を調べた。その結果を図1に示す。図1の横軸には逆バイアス電圧、縦軸にはリーク電流をとっている。図1において、曲線AはAl含有量が1×1019個/cm、曲線BはAl含有量が1×1018個/cm、曲線CはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。Al以外の不純物の含有量は、いずれのサンプルもAl,Ti,W以外の重金属が原子数で5×1016個/cm以下、アルカリ金属が5×1016個/cm以下と充分に低い値である。 Next, the relationship between the Al content in the Ti—W contact barrier layer and the pn junction leakage current was examined. First, a reverse bias voltage was applied to each diode from OV, the voltage was gradually increased, and the leakage current of each diode until breakdown was examined. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 1 represents the reverse bias voltage, and the vertical axis represents the leakage current. In FIG. 1, the curve A has an Al content of 1 × 10 19 pieces / cm 3 , the curve B has an Al content of 1 × 10 18 pieces / cm 3 , and the curve C has an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3. 3 shows current-voltage characteristics of a diode using the film No. 3 . The content of impurities other than Al is sufficient for all samples in which heavy metals other than Al, Ti and W are 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms and alkali metals are 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less. It is a low value.

図1の結果から明らかなように、Al含有量を所定値以下に制御した場合、リーク電流値はB,Cで殆ど変化はない一方、Aのサンプルでは大幅に増大している。他の有害不純物濃度が充分に低い値であることから、リーク電流の増加はAl含有量の増加によると考えられる。したがって、膜中のAl含有量を低減することによりリーク電流の増加を効果的に抑制することができる。   As is apparent from the results of FIG. 1, when the Al content is controlled to be equal to or lower than the predetermined value, the leakage current value hardly changes between B and C, but greatly increases in the sample of A. Since the concentration of other harmful impurities is sufficiently low, the increase in leakage current is considered to be due to the increase in Al content. Therefore, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film.

実施例2
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/cm、4×1017個/cm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。
Example 2
The relationship between the Al content in the Ta-Ir amorphous contact barrier layer and the pn junction leakage current was examined using a diode having a contact barrier layer made of Ta-Ir and others having the same configuration as in Example 1. The Ta—Ir amorphous contact barrier layer was formed using a 48.5 wt% Ta—Ir composite target having Al concentrations of 100 ppm and 30 ppm, respectively. When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in each film was 8 × 10 18 pieces / cm 3 and 4 × 10 17 pieces / cm 3 . The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result of the pn junction leakage current value with respect to the reverse bias voltage is shown in FIG.

図2において、曲線AはAl含有量が8×1018個/cm、曲線BはAl含有量が4×1017個/cmの膜をそれぞれ形成したダイオードの電流−電圧特性を示している。なお、いずれの膜においてもTa以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属が0.5×1016個/cm以下と充分に低い値である。図2の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下にすることにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 2, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode in which an Al content is 8 × 10 18 pieces / cm 3 , and curve B shows a diode having an Al content of 4 × 10 17 pieces / cm 3. Yes. In any film, the contents of heavy metal elements other than Ta are sufficiently low values of 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less and alkali metal of 0.5 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from the curve B in FIG. 2, an increase in leakage current can be effectively suppressed by setting the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例3
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/cm、1×1017個/cm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。
Example 3
A contact barrier layer made of Ni—Nb amorphous is used, and the rest of the Al content in the Ni—Nb amorphous contact barrier layer and the pn junction leakage current are measured using a diode having the same configuration as in Example 1 and the measurement method. Relevance was examined. The Ni—Nb amorphous contact barrier layer was formed using a 61 wt% Ni—Nb composite target having Al concentrations of 180 ppm and 10 ppm, respectively. When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in each Ni—Nb amorphous contact barrier film was 1.5 × 10 19 / cm 3 and 1 × 10 17 / cm 3 . there were. The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result of the pn junction leakage current value with respect to the reverse bias voltage is shown in FIG.

図3において曲線AはAl含有量が1.5×1019個/cm、曲線BはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもNi,Nb以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属が3×1016個/cm以下と共に充分に低い値である。図3の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 3, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 1.5 × 10 19 pieces / cm 3 , and curve B shows a Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3. Yes. In any of the films, the content of heavy metal elements other than Ni and Nb is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less and the alkali metal is 3 × 10 16 pieces / cm 3 or less, which are sufficiently low values. As apparent from curve B in FIG. 3, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film below a predetermined value.

実施例4
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/cm、1×1017個/cm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。
Example 4
Using a diode having the same structure as that of Example 1 and the measuring method, the Al content in the Fe-W amorphous contact barrier layer and the pn junction leakage current The relevance of was investigated. The formation of the Fe—W amorphous contact barrier layer was performed using a 23.3 wt% Fe—W composite target having Al concentrations of 150 ppm and 15 ppm, respectively. When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in each Fe—W amorphous contact barrier film was 2.6 × 10 18 pieces / cm 3 and 1 × 10 17 pieces / cm 3 . there were. The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result of the pn junction leakage current value with respect to the reverse bias voltage is shown in FIG.

図4において、曲線AはAl含有量が2.6×1018個/cm、曲線BはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもFe,W以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属が0.5×1016個/cm以下である。図4の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 4, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film with an Al content of 2.6 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B with an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3. ing. In any film, the content of heavy metal elements other than Fe and W is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the alkali metal is 0.5 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As apparent from curve B in FIG. 4, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例5
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。
Example 5
The relationship between the Al content in the Ti silicide contact barrier layer and the pn junction leakage current was examined using a diode having a contact barrier layer made of Ti silicide and the other structure having the same structure as in Example 1. Here, the Ti silicide contact barrier layer was formed by sputtering using a 56.0 wt% Ti—Si composite target having an Al concentration of 150 ppm and 10 ppm in Ti, respectively.

ここで、Al濃度が150ppmのTi−Si複合ターゲットは、クロール法により製造したスポンジTiをアーク溶解して直径140mmのTiインゴットとし、このインゴットを熱間で鍛造し、さらに機械研削によって所定形状に加工してベース材とし、さらにTiが面積比で56%となるようにTiターゲット表面に純度5NのSiブロックをモザイク状に並べてターゲットとした。   Here, the Ti-Si composite target having an Al concentration of 150 ppm is obtained by arc-melting sponge Ti produced by the crawl method to form a Ti ingot having a diameter of 140 mm, this ingot is forged hot, and further shaped into a predetermined shape by mechanical grinding. A base material was processed to form a target, and Si blocks having a purity of 5N were arranged in a mosaic pattern on the surface of the Ti target so that Ti was 56% in area ratio.

一方、Al濃度が10ppmのターゲットは、KCl−NaCl電解浴(KCl:16重量%、NaCl:84重量%)中にスポンジTiからなる電極を投入し、電解温度755℃、電流200A、電圧8Vで溶融塩電解し粒状の針状Tiを作製した。次に、この針状Tiの表面に残存するAlを除去するために、さらにNaOH溶液で洗浄し、水洗い後5×10−5mbar、出力30KWの条件下でエレクトロンビーム溶解(EB溶解)を行い直径135mmのTiインゴットとした。このTiインゴットを冷間で鍛造しベース材とし、Al濃度150ppmのターゲットと同様な工程でターゲットとした。なお、両ターゲットのシリコン成分として使用したSiブロック中のAl濃度を測定したところ、いずれも1ppm以下のレベルであった。 On the other hand, a target having an Al concentration of 10 ppm was charged with an electrode made of sponge Ti in a KCl-NaCl electrolytic bath (KCl: 16% by weight, NaCl: 84% by weight), with an electrolysis temperature of 755 ° C., a current of 200 A, and a voltage of 8V. Molten salt electrolysis was performed to produce granular acicular Ti. Next, in order to remove Al remaining on the surface of the needle-like Ti, it is further washed with an NaOH solution, washed with water, and then subjected to electron beam melting (EB melting) under the conditions of 5 × 10 −5 mbar and output 30 KW. A Ti ingot having a diameter of 135 mm was used. This Ti ingot was cold forged to make a base material, and the target was made in the same process as the target having an Al concentration of 150 ppm. In addition, when the Al concentration in the Si block used as the silicon component of both targets was measured, both levels were 1 ppm or less.

これらのターゲットを用いてスパッタリング法により形成した膜を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5×1018個/cm、1×1017個/cm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5に示す。 When films formed by sputtering using these targets were measured by flameless atomic absorption, the Al content in each film was 5 × 10 18 pieces / cm 3 and 1 × 10 17 pieces / cm 3 . there were. The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result of the pn junction leakage current value with respect to the reverse bias voltage is shown in FIG.

図5において、曲線AはAl含有量が5×1018個/cm、曲線BはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもTi以外の重金属元素の含有量は2×1017個/cm以下、アルカリ金属が1×1016個/cm以下と充分に低い値である。図5の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 5, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 5 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B using an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3 . . In any of the films, the content of heavy metal elements other than Ti is sufficiently low, 2 × 10 17 pieces / cm 3 or less and alkali metal is 1 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is clear from curve B in FIG. 5, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例6
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/cm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/cm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。
Example 6
A high-purity W powder having a maximum particle size of 10 μm or less and a high-purity Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less were mixed so as to be 70.8 wt% W-Si, and mixed for 48 hours in a ball mill substituted with high-purity Ar gas. . Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, and a Ta plate was attached to the surface of the mold. The mixed powder was filled in the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less, silicide synthesis was performed at 1250 ° C. × 2 hr, pressing force 50 kg / cm 2 , and deoxygenation and decarbonization at 1350 ° C. × 5 hr. Thereafter, it was densified and sintered at 1400 ° C. × 5 hr and a pressing force of 270 kg / cm 2 . The obtained sintered body was ground and polished, and was subjected to electric discharge machining to finish a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm. When the Al concentration in the target was analyzed, it was 0.3 ppm.

一方、Al含有量が約450ppmの低純度Si粉末を用い、最大粒径10μm以下の高純度W粉末と混合後、上記と同様な条件でターゲットを調製し、Al濃度分析したところ、150ppmであった。   On the other hand, using a low-purity Si powder having an Al content of about 450 ppm and mixing with a high-purity W powder having a maximum particle size of 10 μm or less, a target was prepared under the same conditions as described above, and the Al concentration was analyzed. It was.

これらの2種類のターゲットを用いスパッタリング法によりWシリサイド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シリサイド製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。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2.5×1018個/cm、1×1016個/cmで、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6に示す。 Using these two types of targets, a contact barrier layer made of W silicide is formed by sputtering, and the other is the same as in Example 1, and the Al content and pn in each W silicide contact barrier layer are used. The relationship with junction leakage current was investigated. When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in each film was 2.5 × 10 18 pieces / cm 3 , 1 × 10 16 pieces / cm 3 , and the film thickness was about 90 nm. It is. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 6 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図6において、曲線AはAl含有量が2.5×1018個/cm、曲線BはAl含有量が1×1016個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもW以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属が3×1016個/cm以下である。図6の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 6, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film with an Al content of 2.5 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B with an Al content of 1 × 10 16 pieces / cm 3. ing. In any film, the content of heavy metal elements other than W is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the alkali metal is 3 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from curve B in FIG. 6, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例7
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/cm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/cm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。
Example 7
A high-purity Mo powder with a maximum particle size of 10 μm or less and a high-purity Si powder with a maximum particle size of 30 μm or less were blended so as to be 63.1 wt% Mo—Si, and mixed for 48 hours in a ball mill substituted with high-purity Ar gas. . Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, and a Ta plate was attached to the surface of the mold. The mixed powder was filled in the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less, silicide synthesis was performed at 1100 ° C. × 2 hr, a pressing force of 40 kg / cm 2 , and deoxygenation and decarbonization at 1350 ° C. × 5 hr. Thereafter, it was densified and sintered at 1400 ° C. × 5 hr and a pressing force of 280 kg / cm 2 . The obtained sintered body was ground and polished, and was subjected to electric discharge machining to finish a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm. When the Al concentration in the target was analyzed, it was 0.4 ppm.

一方、Al含有量が約450ppmと約120ppmの低純度Si粉末を用い、最大粒径10μm以下の高純度Mo粉末と混合後、上記と同様な条件でターゲットを調製し、Al濃度分析したところ、それぞれ150ppm、30ppmであった。   On the other hand, using a low-purity Si powder having an Al content of about 450 ppm and about 120 ppm, mixing with a high-purity Mo powder having a maximum particle size of 10 μm or less, preparing a target under the same conditions as above, and analyzing the Al concentration, They were 150 ppm and 30 ppm, respectively.

これらの3種類のターゲットを用いスパッタリング法によりMoシリサイド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Moシリサイド製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。ま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、膜中のAl含有量はそれぞれ2×1019個/cm、1×1018個/cm、1×1016個/cm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。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7に示す。 Using these three types of targets, a contact barrier layer made of Mo silicide is formed by sputtering, and the rest of the diodes have the same structure as in Example 1, and the Al content and pn in each Mo silicide contact barrier layer are used. The relationship with junction leakage current was investigated. When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in the film was 2 × 10 19 pieces / cm 3 , 1 × 10 18 pieces / cm 3 , and 1 × 10 16 pieces / cm 3 , respectively. there were. The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 7 shows the measurement results of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図7において、曲線AはAl含有量が2×1019個/cm、曲線BはAl含有量が1×1018個/cm、曲線CはAl含有量が1×1016個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもMo以外の重金属元素の含有量は5×1016個/cm以下、アルカリ金属が5×1016個/cm以下である。図7の曲線B,Cから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 7, curve A has an Al content of 2 × 10 19 pieces / cm 3 , curve B has an Al content of 1 × 10 18 pieces / cm 3 , and curve C has an Al content of 1 × 10 16 pieces / cm 3. 3 shows current-voltage characteristics of a diode using the film No. 3 . In any film, the content of heavy metal elements other than Mo is 5 × 10 16 pieces / cm 3 or less, and the alkali metal is 5 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from the curves B and C in FIG. 7, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例8
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/cm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/cm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。
Example 8
A high-purity Ta powder having a maximum particle size of 10 μm or less and a high-purity Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less were blended so as to be 76.3 wt% Ta—Si, and mixed for 48 hours in a ball mill substituted with high-purity Ar gas. . Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, and a Ta plate was attached to the surface of the mold. The mixed powder was filled in the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less, silicide synthesis was performed at 1150 ° C. × 3 hr, pressing force 60 kg / cm 2 , and deoxygenation and decarbonization at 1300 ° C. × 5 hr. Thereafter, densification and sintering were performed at 1360 ° C. × 5 hr and a pressing force of 280 kg / cm 2 . The obtained sintered body was ground and polished, and was subjected to electric discharge machining to finish a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm. When the Al concentration in the target was analyzed, it was 0.4 ppm.

一方、Al含有量が約430ppmの低純度Si粉末を用い、最大粒径10μm以下の高純度Ta粉末と混合後、前記と同様な条件でターゲットを調製し、Al濃度を分析したところ、150ppmであった。   On the other hand, using a low-purity Si powder having an Al content of about 430 ppm and mixing with a high-purity Ta powder having a maximum particle size of 10 μm or less, a target was prepared under the same conditions as described above, and the Al concentration was analyzed. there were.

これら2種類のターゲットを使用し、スパッタリング法によりTaシリサイド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シリサイド製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。また各バリアー層のAl含有量は、4×1018個/cm、2×1016個/cm、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8に示す。 Using these two types of targets, a contact barrier layer made of Ta silicide is formed by sputtering, and the rest of the diodes have the same structure as in Example 1, and the Al content in each Ta silicide contact barrier layer is The relationship with the pn junction leakage current was investigated. Each barrier layer has an Al content of 4 × 10 18 pieces / cm 3 , 2 × 10 16 pieces / cm 3 , and a film thickness of about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 8 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図8において、曲線AはAl含有量が4×1018個/cm、曲線BはAl含有量が2×1016個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においても、Ta以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属が5×1016個/cm以下である。図8の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 8, a curve A shows current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 4 × 10 18 pieces / cm 3 and a curve B using an Al content of 2 × 10 16 pieces / cm 3 . . In any film, the content of heavy metal elements other than Ta is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the alkali metal is 5 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from the curve B in FIG. 8, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例9
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/cm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/cm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。
Example 9
A high-purity Ni powder having a maximum particle size of 10 μm or less and a high-purity Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less were mixed so as to be 51.1 wt% Ni—Si, and mixed for 48 hours in a ball mill substituted with high-purity Ar gas. . Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, and a Ta plate was attached to the surface of the mold. The mixed powder was filled in the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less, silicide synthesis was performed at 750 ° C. × 3 hr, pressing force 50 kg / cm 2 , deoxygenation and decarbonization at 900 ° C. × 5 hr. Thereafter, densification and sintering were performed at 940 ° C. × 5 hr and a pressing force of 280 kg / cm 2 . The obtained sintered body was ground and polished, and was subjected to electric discharge machining to finish a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm. When the Al concentration in the target was analyzed, it was 0.5 ppm.

一方、Al含有量が約400ppmの低純度Si粉末を用い、最大粒径10μm以下の高純度Ni粉末と混合後、前記と同様な条件でターゲットを調製し、Al濃度を分析したところ、200ppmであった。   On the other hand, using a low-purity Si powder having an Al content of about 400 ppm and mixing with a high-purity Ni powder having a maximum particle size of 10 μm or less, a target was prepared under the same conditions as described above, and the Al concentration was analyzed. there were.

これらの2種類のターゲットを用いスパッタリング法によりNiシリサイド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Niシリサイド製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。ま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、膜中のAl含有量は、8×1018個/cm、3×1016個/cm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。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9に示す。 Using these two types of targets, a contact barrier layer made of Ni silicide is formed by sputtering, and the rest is the same as in Example 1 except that a diode having the same structure is used. The relationship with junction leakage current was investigated. Moreover, when each barrier layer was measured by the flameless atomic absorption method, the Al content in the film was 8 × 10 18 pieces / cm 3 and 3 × 10 16 pieces / cm 3 . The film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 9 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図9において、曲線AはAl含有量が8×1018個/cm、曲線BはAl含有量が3×1016個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においても、Ni以外の重金属元素の含有量は2×1017個/cm以下、アルカリ金属の含有量が1×1016個/cm以下である。図9の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 9, a curve A shows current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 8 × 10 18 pieces / cm 3 and a curve B using an Al content of 3 × 10 16 pieces / cm 3 . . In any film, the content of heavy metal elements other than Ni is 2 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 1 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from the curve B in FIG. 9, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例10
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/cm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/cm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。
Example 10
A high-purity Co powder having a maximum particle size of 10 μm or less and a high-purity Si powder having a maximum particle size of 30 μm or less were mixed so as to be 51.2 wt% Co—Si, and mixed for 48 hours in a ball mill substituted with high-purity Ar gas. . Next, a BN mold release agent was applied to a graphite mold, and a Ta plate was attached to the surface of the mold. The mixed powder was filled in the mold. This molding die was inserted into a hot press apparatus, and in a vacuum of 5 × 10 −4 Torr or less, silicide synthesis was performed at 1000 ° C. × 3 hr, pressing force 40 kg / cm 2 , and deoxygenation and decarbonization at 1150 ° C. × 5 hr. Thereafter, it was densified and sintered at 1240 ° C. × 5 hr and a pressing force of 280 kg / cm 2 . The obtained sintered body was ground and polished, and was subjected to electric discharge machining to finish a target having a diameter of 260 mm and a thickness of 6 mm. When the Al concentration in the target was analyzed, it was 0.6 ppm.

一方、Al含有量が約320ppmの低純度Si粉末を用い、最大粒径10μm以下の高純度Co粉末と混合後、前記と同様な条件でターゲットを調製し、Al濃度を分析したところ、160ppmであった。   On the other hand, using a low-purity Si powder having an Al content of about 320 ppm and mixing with a high-purity Co powder having a maximum particle size of 10 μm or less, a target was prepared under the same conditions as described above, and the Al concentration was analyzed. there were.

これら2種類のターゲットを用い、スパッタリング法によりCoシリサイド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Coシリサイド製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。ま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、膜中のAl含有量は、0.5×1019個/cm、2×1016個/cmであった。また膜厚は約80nm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10に示す。 Using these two types of targets, a contact barrier layer made of Co silicide was formed by sputtering, and the rest of the diode was used in the same configuration as in Example 1 to determine the Al content in each Co silicide contact barrier layer. The relationship with the pn junction leakage current was investigated. Moreover, when each barrier layer was measured by the flameless atomic absorption method, the Al content in the film was 0.5 × 10 19 pieces / cm 3 and 2 × 10 16 pieces / cm 3 . The film thickness is about 80 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 10 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図10において、曲線AはAl含有量が0.5×1019個/cm、曲線BはAl含有量が2×1016個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においても、Co以外の重金属元素の含有量は2×1017個/cm以下、アルカリ金属の含有量が1×1016個/cm以下である。図10の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 10, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 0.5 × 10 19 pieces / cm 3 and curve B using an Al content of 2 × 10 16 pieces / cm 3. ing. In any film, the content of heavy metal elements other than Co is 2 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 1 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from curve B in FIG. 10, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例11
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%+N50%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。
Example 11
The relationship between the Al content in the Ti nitride contact barrier layer and the pn junction leakage current was examined using a diode having a contact barrier layer made of Ti nitride and the other structure having the same structure as in Example 1. . Here, the Ti nitride contact barrier layer was formed by an active sputtering method in a nitrogen atmosphere using three types of Ti targets having Al concentrations of 150 ppm, 10 ppm, and 3 ppm, respectively. In this active sputtering method, a direct current bipolar (DC) magnetron sputtering apparatus is evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, Ar 50% + N 2 50% gas is introduced into the chamber at 5 × 10 −3 Torr, and DC Coating is performed using a current output of 400 W (4 inch disk-shaped Ti target).

ここで、Al濃度が150ppmのTiターゲットは、クロール法で得られたスポンジTiをアーク溶解し直径140mmのTiインゴットとした後に熱間鍛造し、所定形状のターゲットとした。   Here, a Ti target having an Al concentration of 150 ppm was arc-melted by sponge arc obtained by a crawl method to form a Ti ingot having a diameter of 140 mm, and then hot forged to obtain a target having a predetermined shape.

一方、Al濃度が10ppmのTiターゲットは、実施例5と同様な方法で調製したものである。   On the other hand, a Ti target having an Al concentration of 10 ppm was prepared by the same method as in Example 5.

またAl濃度が3ppmのTiターゲットは、上述の方法によって得られたTi原料を、フッ酸、硝酸、塩酸および水を2:1:1:196の比率で混合した混酸に3分間浸漬し、表面のAlを除去した後に実施例5と同様にEB溶解処理を行なったものを、ターゲットとして使用した。   Further, the Ti target having an Al concentration of 3 ppm was immersed in a mixed acid obtained by mixing the Ti raw material obtained by the above-described method in a ratio of 2: 1: 1: 196 with hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid and water for 3 minutes. After the removal of Al, an EB dissolution treatment similar to Example 5 was used as a target.

これら3種類のターゲットを用いスパッタリンク法により形成された各導電性膜中のAl濃度をフレームレス原子吸光法で測定したところ、それぞれ1×1019個/cm、1×1018個/cm、1×1017個/cmであった。また膜厚は約100nm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接合リーク電流値の測定結果を図11に示す。 When the Al concentration in each conductive film formed by the sputter link method using these three types of targets was measured by flameless atomic absorption, 1 × 10 19 pieces / cm 3 and 1 × 10 18 pieces / cm, respectively. 3 and 1 × 10 17 pieces / cm 3 . The film thickness is about 100 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 11 shows the measurement result of the pn junction leakage current value with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図11において、曲線AはAl含有量が1×1019個/cm、曲線BはAl含有量が1×1018個/cm、曲線CはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においてもTi以外の重金属元素の含有量は5×1016個/cm以下、アルカリ金属の含有量は5×1016個/cm以下と充分に低い値である。図11の曲線B,Cから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値(1×1018)以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 11, curve A has an Al content of 1 × 10 19 pieces / cm 3 , curve B has an Al content of 1 × 10 18 pieces / cm 3 , and curve C has an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3. 3 shows current-voltage characteristics of a diode using the film No. 3 . In any film, the content of heavy metal elements other than Ti is 5 × 10 16 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 5 × 10 16 pieces / cm 3 or less, which are sufficiently low values. As is clear from the curves B and C in FIG. 11, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value (1 × 10 18 ) or less.

実施例12
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%+N50%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。
Example 12
A contact barrier layer made of Ta nitride was formed, and other than that, using a diode having the same configuration as in Example 1, the relationship between the Al content in each Ta nitride contact barrier layer and the pn junction leakage current was investigated. It was. The contact barrier layer made of Ta nitride was formed by an active sputtering method in a nitrogen atmosphere using two types of Ta targets having an Al concentration of about 150 ppm and 1 ppm or less, respectively. In this active sputtering method, a direct current bipolar (DC) magnetron sputtering apparatus is evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, Ar 50% + N 2 50% gas is introduced into the chamber at 5 × 10 −3 Torr, and DC Coating is performed using a current output of 350 W (4 inch disk-shaped Ti target).

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、各導電性膜中のAl含有量は、4×1018個/cm、1×1017個/cmであった。また各膜厚は約80nm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12に示す。 When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in each conductive film was 4 × 10 18 pieces / cm 3 and 1 × 10 17 pieces / cm 3 . Each film thickness is about 80 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 12 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図12において、曲線AはAl含有量が4×1018個/cm、曲線BはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においても、なお、Ta以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属の含有量は3×1016個/cm以下である。図12の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 12, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film having an Al content of 4 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B using an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3 . . In any film, the content of heavy metal elements other than Ta is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 3 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from curve B in FIG. 12, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例13
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%+N50%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。
Example 13
A contact barrier layer made of Ti—W alloy nitride was formed, and the rest of the structure was the same as in Example 1, and the Al content in the Ti—W alloy nitride contact barrier layer, the pn junction leakage current, The relevance of was investigated. Formation of the contact barrier layer made of Ti—W alloy nitride was performed by an active sputtering method in a nitrogen atmosphere using two types of 10 wt% Ti—W composite targets having an Al concentration of about 200 ppm and 1 ppm or less, respectively. In this active sputtering method, a direct current bipolar (DC) magnetron sputtering apparatus is evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, Ar 50% + N 2 50% gas is introduced into the chamber at 5 × 10 −3 Torr, and DC Coating is performed using a current output of 420 W (4 inch disk-shaped Ti target).

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、5×1018個/cm、2×1017個/cmであった。また各膜厚は約80nm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13に示す。 When each barrier layer was measured by a flameless atomic absorption method, the Al content in the film was 5 × 10 18 pieces / cm 3 and 2 × 10 17 pieces / cm 3 , respectively. Each film thickness is about 80 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 13 shows the measurement results of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図13において、曲線AはAl含有量が5×1018個/cm、曲線BはAl含有量が2×1017個/cmの導電性膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。なお、Ti以外の重金属元素の含有量は2×1017個/cm以下、アルカリ金属の含有量は1×1016個/cm以下である。図13の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 13, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a conductive film with an Al content of 5 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B with an Al content of 2 × 10 17 pieces / cm 3. ing. In addition, the content of heavy metal elements other than Ti is 2 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 1 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from curve B in FIG. 13, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value or less.

実施例14
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%+N50%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/cm、1×1017個/cm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。
Example 14
A contact barrier layer made of W nitride is formed, and other than that, using a diode having the same configuration as in Example 1, the relationship between the Al content in each W nitride contact barrier layer and the pn junction leakage current is examined. It was. The contact barrier layer made of W nitride was formed by active sputtering in a nitrogen atmosphere using two types of W targets having an Al concentration of about 170 ppm and 1 ppm or less, respectively. In this active sputtering method, a direct current bipolar (DC) magnetron sputtering apparatus is evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, Ar 50% + N 2 50% gas is introduced into the chamber at 5 × 10 −3 Torr, and DC Coating is performed using a current output of 450 W (4 inch disk-shaped Ti target). When each barrier layer was measured by flameless atomic absorption, the Al content in the film was 3 × 10 18 pieces / cm 3 and 1 × 10 17 pieces / cm 3 , respectively. Each film thickness is about 90 nm. Each measurement was performed in the same manner as in Example 1. FIG. 14 shows the measurement result of the leakage current value of the pn junction with respect to the reverse bias voltage for each diode.

図14において、曲線AはAl含有量が3×1018個/cm、曲線BはAl含有量が1×1017個/cmの膜を用いたダイオードの電流−電圧特性を示している。いずれの膜においても、なおW以外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm以下、アルカリ金属の含有量は1×1016個/cm以下である。図14の曲線Bから明らかなように、膜中のAl含有量を所定値(1×1018)以下に低減することにより、リーク電流の増加を効果的に抑制することができる。 In FIG. 14, curve A shows the current-voltage characteristics of a diode using a film with an Al content of 3 × 10 18 pieces / cm 3 and curve B with an Al content of 1 × 10 17 pieces / cm 3 . . In any film, the content of heavy metal elements other than W is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, and the content of alkali metal is 1 × 10 16 pieces / cm 3 or less. As is apparent from the curve B in FIG. 14, an increase in leakage current can be effectively suppressed by reducing the Al content in the film to a predetermined value (1 × 10 18 ) or less.

Al含有量が異なるTi−Wからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ti-W from which Al content differs. Al含有量が異なるTa−Irからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ta-Ir from which Al content differs. Al含有量が異なるNi−Nbからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ni-Nb from which Al content differs. Al含有量が異なるFe−Wからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Fe-W from which Al content differs. Al含有量が異なるTi−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ti-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるW−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of W-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるMo−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Mo-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるTa−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ta-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるNi−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ni-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるCo−Siからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Co-Si from which Al content differs. Al含有量が異なるTiNからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of TiN from which Al content differs. Al含有量が異なるTaNからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of TaN from which Al content differs. Al含有量が異なるTi−W(N)からなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of Ti-W (N) from which Al content differs. Al含有量が異なるWNからなるコンタクトバリアー層を形成したダイオードのリーク電流特性を示す特性図。The characteristic view which shows the leakage current characteristic of the diode which formed the contact barrier layer which consists of WN from which Al content differs. 実施例1〜14において作成した半導体素子としてのダイオードの構成例を示す概略図。Schematic which shows the structural example of the diode as a semiconductor element created in Examples 1-14.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンタクトバリアー層
2 p+領域
3 n型基板
4 Al層
5 SiO
1 Contact barrier layer 2 p + region 3 n-type substrate 4 Al layer 5 SiO 2

Claims (9)

Ti−W原料からAlを除去してAl濃度が1ppm以下であるマグネトロンスパッタリング装置用W材を調製し、このTi−W材を用いてAl含有量が原子数で1×1018個/cm以下であるコンタクトバリアー又はゲート電極層をスパッタリング法により形成することを特徴とするソース−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製造方法。 Al is removed from the Ti—W raw material to prepare a W material for a magnetron sputtering apparatus having an Al concentration of 1 ppm or less. Using this Ti—W material, the Al content is 1 × 10 18 atoms / cm 3. A method of manufacturing a semiconductor device having a junction depth of a source-drain region of 0.3 μm or less, wherein a contact barrier or a gate electrode layer as described below is formed by a sputtering method. 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記載の半導体素子の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a junction depth of the source-drain region is 0.15 [mu] m or less. 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記載の半導体素子の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a junction depth of the source-drain region is 0.1 [mu] m or less. 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1×1017個/cm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素子の製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an Al content of the contact barrier or the gate electrode layer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms. 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のAl含有量を原子数で1×1018個/cm以下に形成することが可能であり、Al濃度が1ppm以下であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材。 It is possible to form the Al content of the contact barrier or gate electrode layer of the semiconductor element having a junction depth of the source-drain region of 0.3 μm or less to 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms, A Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus, wherein the Al concentration is 1 ppm or less. 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5記載のマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材。 6. The Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus according to claim 5, wherein the junction depth of the source-drain region is 0.15 [mu] m or less. 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5記載のマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材。 6. The Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus according to claim 5, wherein the junction depth of the source-drain region is 0.1 [mu] m or less. 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1×1017個/cm以下であることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材。 8. The Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus according to claim 5, wherein an Al content of the contact barrier or the gate electrode layer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in terms of the number of atoms. . 前記コンタクトバリアー又はゲート電極層がWの窒化物から成ることを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング装置用Ti−W材。 9. The Ti-W material for a magnetron sputtering apparatus according to claim 5, wherein the contact barrier or the gate electrode layer is made of a nitride of W.
JP2004246807A 2004-08-26 2004-08-26 METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM Pending JP2005026704A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004246807A JP2005026704A (en) 2004-08-26 2004-08-26 METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004246807A JP2005026704A (en) 2004-08-26 2004-08-26 METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000067341A Division JP3609682B2 (en) 1991-01-25 2000-03-10 Manufacturing method of semiconductor device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006158876A Division JP4543012B2 (en) 2006-06-07 2006-06-07 Target made of high purity Ti-W material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005026704A true JP2005026704A (en) 2005-01-27

Family

ID=34191740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004246807A Pending JP2005026704A (en) 2004-08-26 2004-08-26 METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005026704A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006344974A (en) * 2006-06-07 2006-12-21 Toshiba Corp Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006344974A (en) * 2006-06-07 2006-12-21 Toshiba Corp Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS
JP4543012B2 (en) * 2006-06-07 2010-09-15 株式会社東芝 Target made of high purity Ti-W material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004096052A (en) Semiconductor device and its manufacturing method, and metal wiring
CN100369219C (en) Caking action of retarding nickel silicide using Ni alloy
JP2011523978A (en) Molybdenum-niobium alloy, sputtering target containing such alloy, method for producing such target, thin film produced therefrom, and use thereof
KR100660731B1 (en) Nickel alloy sputtering target
TWI558829B (en) Sputtering titanium target
JP3609682B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2005330591A (en) Sputtering target
JP4496371B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4496374B2 (en) Target made of high purity Ta material
JP3923058B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4543012B2 (en) Target made of high purity Ti-W material
JP4543011B2 (en) Target made of high purity W silicide material
JP4496373B2 (en) Method for producing target made of high purity Ti material used for magnetron sputtering
JP2005020021A (en) Process for fabricating semiconductor element, and w material for magnetron sputtering system
JP2010238800A (en) Al ALLOY FILM FOR DISPLAY, THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE AND DISPLAY
JP2005026704A (en) METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND Ti-W MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING SYSTEM
US10246770B2 (en) Silicide alloy film for semiconductor device electrode, and production method for silicide alloy film
JP2005005732A (en) Formation method for high-purity conductive film for semiconductors
JP2005012237A (en) MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND Ta MATERIAL FOR MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS
JP2006287253A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3398611B2 (en) High-purity conductive film for semiconductor device and semiconductor device using the same
KR960007639B1 (en) Conducting film and semiconductor device using such a film
JP3021900B2 (en) High purity conductive film for semiconductor device, semiconductor device using the same, and method of forming high purity conductive film for semiconductor device
JP6126648B2 (en) Platinum alloy target
Glebovsky High-purity refractory metals for thin film metallization of VLSI

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051025

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051226

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060404

A521 Written amendment

Effective date: 20060607

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Effective date: 20060628

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Effective date: 20060901

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912