JP2579470B2 - 窒化物の薄膜抵抗体製造方法 - Google Patents

窒化物の薄膜抵抗体製造方法

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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は反応性スパッタリング法により、抵抗温度係
数(TCR)が零で、かつ目的の比抵抗値の薄膜抵抗体を
得るための窒化物の薄膜抵抗体製造方法に関するもので
ある。
「従来の技術」 窒化物、例えばZrNの薄膜抵抗体を得るためのスパッ
タリング法は、一般にN2ガスと不活性ガス(Ar、Xeな
ど)を混合した一定圧の混合ガスを反応室に導入して電
場をかけ、プラズマ放電を起こしてまず気体を高エネル
ギー化し、その気体イオンで固体ターゲットであるZrを
たたき、たたき出された原子を基板に堆積させる方法で
ある。しかるに、従来は混合ガスはN2とArを一定比と
し、また反応室に流入する混合ガスの流量によって内部
の圧力を一定値に設定して製造を行っていた。
「発明が解決しようとする問題点」 従来の方法による窒化物の薄膜抵抗体は、第5図の特
性図に示すように、反応室内のガス圧が10-3Torrの付近
のときTCRが−50〜100ppm/degであって、零にならない
こと、また、TCRを零に近づけようとすると、目的の比
抵抗(μΩcm)の製品になるとは限らないという問題点
があった。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、上述のような問題点を解決するためになさ
れたもので、反応室内に窒化物の薄膜を生成する基板
と、遷移金属のターゲットとを対峙して設け、前記反応
室内の真空度を所定圧力に保持しつつN2ガスと不活性ガ
スとの混合ガスを流入し、反応性スパッタリング法によ
り窒化物の薄膜抵抗体を製造する方法において、前記薄
膜抵抗体の抵抗温度係数が略零で、かつ所望の比抵抗を
有するように前記N2ガスの流量を調整するとともに、前
記薄膜抵抗体の成膜速度を大きくするために前記混合ガ
スの総流量をできるだけ大きく設定してなることを特徴
とするものである。
「作用」 反応室内の真空度はその圧力が所定値(例えば10-3To
rr程度)となるようにポンプで吸気し、かつN2ガスと不
活性ガス(例えばArガス)の混合ガスを流入しつつプラ
ズマ放電を起こして気体を高エネルギー化し、その気体
イオンで固体ターゲットをたたき、たたき出された遷移
金属(例えばZr)と雰囲気中の窒素とを反応させて基板
に窒化物の薄膜抵抗を堆積させる。このとき、生成した
薄膜抵抗体の特性と生成条件の関係は、実験結果による
と次のようになった。
抵抗温度係数はN2ガスの流量によって変化するととも
に、その抵抗温度係数が略零となる近傍の変化は、混合
ガスの総流量が大きいほど緩やかである。比抵抗は、N2
ガスの流量を増加させることによって所定範囲内(例え
ば40〜104μΩcm)で大きく変化し、かつこの範囲では
混合ガスの総流量の変化にはあまり影響がない。成膜速
度は混合ガスの総流量が大きいほど大きい。
このことは、N2ガスの流量を加減することによって所
望の比抵抗で、かつ略零の抵抗温度係数の窒化物(例え
ばZrN)の薄膜抵抗体を製造できることとなり、反応室
内の真空度を所定圧力(例えば10-3Torr程度)に保ちな
がら混合ガスの総流量を大きくすることによって薄膜抵
抗体の成膜速度を大きくできることとなる。
「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第1図において、(1)は反応室で、この反応室
(1)の内部には、350℃まで加熱可能なヒータ(2)
が設けられ、このヒータ(2)の外周には、例えば25rp
mでゆっくりと回転する円筒状の回転体(3)が設けら
れ、この回転体(3)の外壁に、薄膜生成のためのガラ
ス板からなる基板(4)が取付けられ、この基板(4)
の外周に、窓(5)を回航した回転シャッタ(6)が設
けられている。また、前記基板(4)と対峙して遷移金
属をターゲット例えばZrのターゲット(7)が設けら
れ、このターゲット(7)には13.56MHzの高周波電源
(8)が結合され、1.35KWの電力を印加するようになっ
ている。(9)はマグネットである。
前記反応室(1)の一端には、N2ガスボンベ(10)
と、不活性ガス、例えばArガスボンベ(11)がそれぞれ
バルブ(12)(13)、マスフローコントローラ(14)
(15)を介して連結され、また、この反応室(1)の他
端には、メインバルブ(16)を経てコールドトラップ
(17)に連結され、さらに、オリフィス(18)、油拡散
ポンプ(19))、補助バルブ(20)を経て油回転ポンプ
(21)に連結されている。さらに反応室(1)と油回路
ポンプ(21)の間は排気管(22)、粗引きバルブ(23)
を介して連結されている。前記反応室(1)には内部の
真空度(圧力)を測定するため、パラトロン真空計(2
4)(1〜10-3Torr)を測定)、ピラニ真空計(25)(1
0〜10-2Torrを測定)、電離真空計(26)(10-3〜10-8T
orrを測定)が設けられている。
以上のような装置による窒化物(ZrN)に薄膜生成方
法を説明する。
まず、残留ガスの影響を避けるため、ヒータ(2)で
基板(4)を350℃に加熱した状態で、4.0×10-6Torr以
下まで反応室(1)内を排気する。
続いて、ターゲット(7)の表面や反応室(1)の内
壁を清浄にするため回転シャッタ(6)を閉じて(窓
(5)をターゲット(7)と反対側にした状態)、Arガ
スのみを200cc/min流入してプリスパッタを30分間行
う。つぎに、ArガスとN2ガスを設定流量値にセットして
グロー放電を起こし、20分間回転シャッタ(6)を開い
て薄膜生成を行う。薄膜の生成後、基板(4)の取り出
しに際しては、基板温度が200℃まで自然冷却し、Arガ
スによるパージを行う。
形成された薄膜の膜厚、比抵抗、TCRを測定し、一部
試料についてはX線回折による結晶構造の解析を行う。
具体的には、膜厚は触針型膜厚計を用いて行い、比抵抗
は膜厚と4針法で測定したシート抵抗の積として求め、
TCRは基板(4)から切り出した試料にボンデング加工
を施こし、ホットプレート上で室温および110℃まで加
熱したときの抵抗値を4端子法で測定して求め、X線回
折パターンはCu−Kα(波長1.5405Å)を用いたディフ
ラクトメータによって行う。
つぎに、生成したZrN薄膜の特性を第2図、第3図、
第4図に基づき説明する。
(1) 抵抗温度係数(TCR) 第2図は混合ガス流量、特にN2ガス粒量に対するTCR
の変化を示したものである。ここで実線特性(A)は混
合ガス流量が200cc/min、鎖線特性(B)は100cc/min、
点線特性(C)は70cc/minを示している。横軸はN2ガス
流量の絶対値を示している。例えば、N2が10cc/minとい
うのは、総量200cc/minのときはN2が10cc/minでArが190
cc/minを意味し、総量100cc/minのときはN2が10cc/min
でArが90cc/minを意味し、総量70cc/minのときはN2が10
cc/minでArが60cc/minを意味する。
第2図の特性図からつぎのようなことがわかる。
TCRはN2流量が増加するに従い、約2000ppm/degから急
速に減少し、N2流量が5cc/min付近ではマイナス側まで
落ち込む。さらにN2流量を増やすと、一度TCRは上昇
し、N2流量8cc/min付近でピークをもつが、その後は再
び緩やかに減少していく。ピークまでのTCRの変化は総
ガス流量によって変らないが、ピークを過ぎてからは総
ガス流量の小さいものほどTCRの変化が急である。TCRの
変化曲線は特性(A)(B)(C)ともに3点でTCR=
0と交わる。
(2) 比抵抗 N2流量に対する比抵抗の変化が第3図に示される。こ
の特性図における実線特性(A)、鎖線特性(B)、点
線特性(C)の総ガス流量および横軸は第2図と同じで
ある。
第3図の特性図からつぎのようなことがわかる。
Arガスのみでスパッタした場合、各ガス流量とは比抵
抗はZrのバルク値41μΩcmに略等しい値である。そして
N2流量が増すに従い、比抵抗は104μΩcm程度まで3つ
の特性(A)(B)(C)とも略同じ曲線となるが、10
4μΩcmを越すと総ガス流量が大きい程変化が緩やかに
なる。
(3) 成膜速度 N2流量に対する成膜速度の変化が第4図に示される。
この特性図においても実線特性(A)、鎖線特性
(B)、点線特性(C)の総ガス流量および横軸は第2
図と同じである。
第4図の特性図からつぎのようなことがわかる。
総ガス流量に拘らず、N2が導入されると成膜速度は急
激に減少するが、N2流量が約10cc/minを越えると減少は
緩やかになり、略15nm/min付近に漸近していく様子を示
している。このような成膜速度の変化は反応性スパッタ
リングに一般にみられ、ターゲット表面にターゲット材
と反応ガスによるスパッタ率の低い化合物が形成される
ために起る現象と考えられる。またArガスのみでスパッ
タした場合、ガス流量がいずれの場合でも成膜速度が略
130nm/minと一定であり、ガス流量の多少の影響は認め
られない。しかし、N2ガスが混合されて反応性のスパッ
タとなると、総ガス流量の多いほど成膜速度が大きくな
る傾向がある。
第2図、第3図、第4図の特性図からつぎのことが理
解される。
(1)ArとN2の混合ガスでスパッタした場合、総ガス流
量が大きい程成膜速度が大きい。
(2)比抵抗はN2ガス流量を増加させることによって40
μΩcmから104μΩcmまで大きくなり、かつこの範囲で
は総ガス流量の変化にはあまり影響がない。
(3)TCRは総ガス流量が大きい程緩やかな変化をな
る。
前記実施例では遷移金属のターゲットとしてZrを用い
た場合について説明したが、Zr以外の遷移金属であるT
i、Ta等のターゲットを用いた場合も同様に窒化物の成
膜ができる。
「発明の効果」 本発明による窒化物の薄膜抵抗体製造方法は、上記の
ように、薄膜抵抗体の抵抗温度係数が略零で、かつ所望
の比抵抗を有するようにN2ガスの流量を調整する(例え
ば、第2図の例ではN2流量が8〜12cc/min内となるよう
に調整する)とともに、反応室内の真空度を所定圧力
(例えば10-3Torr程度)に保ちながら混合ガスの総流量
をできるだけ大きく設定する(例えば、第4図の例では
総ガス流量を200cc/minに設定する)ようにした。
このため、TCR≒0で、かつ高い比抵抗(例えば第3
図の例では500μΩcm)を有する薄膜抵抗体を、生産上
十分な成膜速度(例えば、第4図の例ではN2流量が12cc
/minの場合で約40nm/minの成膜速度)をもち、かつ生産
上十分な再限性をもって製造することができる。ここ
で、十分な再限性をもって製造できるとは、第2図のTC
R特性図から明らかなように、TCR変化曲線はN2ガスの流
量が10cc/minを越えると緩やかになるので、N2ガスの流
量調整によって、抵抗温度係数が略零で、かつ所望の比
抵抗を有する同一特性の薄膜抵抗体を製造することが容
易となるからである。この生産上の再現性は、第2図の
TCRの特性図から明らかなように、混合ガスの総流量が
大きいほど(例えば、100cc/minより200cc/min)、顕著
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するためのスパッタリング装
置の概略図、第2図は本発明方法による薄膜のTCRの特
性図、第3図は本発明方法による薄膜の比抵抗の特性
図、第4図は本発明方法による薄膜の成膜速度の特性
図、第5図は従来の特性図である。 (1)……反応室、(2)……ヒータ、(3)……回転
体、(4)……基板、(5)……窓、(6)……回転シ
ャッタ、(7)……ターゲット(Zr)、(8)……高周
波電源、(9)……マグネット、(10)……N2ガスボン
ベ、(11)……Arガスボンベ、(12)(13)……バル
ブ、(14)(15)……マスフローコントローラ、(16)
……メインバルブ、(17)……コールドトラップ、(1
8)……オリフィス、(19)……油拡散ポンプ、(20)
……補助バルブ、(21)……油回転ポンプ、(22)……
排気管、(23)……粗引きバルブ、(24)……パラトロ
ン真空計、(25)……ピラニ真空計、(26)……電離真
空計。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応室内に窒化物の薄膜を生成する基板
    と、遷移金属のターゲットとを対峙して設け、前記反応
    室内の真空度を所定圧力に保持しつつN2ガスと不活性ガ
    スとの混合ガスを流入し、反応性スパッタリング法によ
    り窒化物の薄膜抵抗体を製造する方法において、前記薄
    膜抵抗体の抵抗温度係数が略零で、かつ所望の比抵抗を
    有するように前記N2ガスの流量を調整するとともに、前
    記薄膜抵抗体の成膜速度を大きくするために前記混合ガ
    スの総流量をできるだけ大きく設定してなることを特徴
    とする窒化物の薄膜抵抗体製造方法。
  2. 【請求項2】不活性ガスはArガスからなる特許請求の範
    囲第1項記載の窒化物の薄膜抵抗体製造方法。
  3. 【請求項3】遷移金属のターゲットはZr、TiまたはTaか
    らなる特許請求の範囲第1項又は第2項記載の窒化物の
    薄膜抵抗体製造方法。
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