JP2782176B2 - シリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法、その方法により製造されたシリコン基板及びその基板を利用した半導体素子の製造方法 - Google Patents
シリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法、その方法により製造されたシリコン基板及びその基板を利用した半導体素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物薄膜素子又
は半導体の製造過程で利用されるシリコンウエハー上に
電極材料として白金(Platinum)を蒸着させる技術に関
し、より具体的にはシリコンウエハー上に実質的に接着
層がない白金薄膜を形成する方法及びその方法により形
成された実質的に接着層が存在しないシリコン基板（シ
リコンウエハーに白金薄膜が蒸着された状態のものを称
する）に関するものである。
は半導体の製造過程で利用されるシリコンウエハー上に
電極材料として白金(Platinum)を蒸着させる技術に関
し、より具体的にはシリコンウエハー上に実質的に接着
層がない白金薄膜を形成する方法及びその方法により形
成された実質的に接着層が存在しないシリコン基板（シ
リコンウエハーに白金薄膜が蒸着された状態のものを称
する）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、電子セラミック部品の小型化、高
集積化、それから高機能化の勢いに合わせて誘電、圧
電、超電、磁性セラミック材料の薄膜化は世界的な勢い
である。このようなセラミック材料の薄膜化に使用され
る基板では第一に半導体工程に使用されるシリコン単結
晶、第二にＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、サフ
ァイアのようなその他の単結晶、それから最後にアルミ
ナ、ダイヤモンドのような多結晶材料等がある。
集積化、それから高機能化の勢いに合わせて誘電、圧
電、超電、磁性セラミック材料の薄膜化は世界的な勢い
である。このようなセラミック材料の薄膜化に使用され
る基板では第一に半導体工程に使用されるシリコン単結
晶、第二にＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、サフ
ァイアのようなその他の単結晶、それから最後にアルミ
ナ、ダイヤモンドのような多結晶材料等がある。
【０００３】この中でも、シリコン単結晶ウエハーは、
基板の設計を通じて基板上に蒸着される酸化物薄膜素子
と回路とを容易に製造することができ、値段面でも、そ
の他の単結晶ウエハー又は多結晶ダイヤモンド等に比べ
てコストが低いといった長所があるため、既存の半導体
製造工程で広く使用されている。
基板の設計を通じて基板上に蒸着される酸化物薄膜素子
と回路とを容易に製造することができ、値段面でも、そ
の他の単結晶ウエハー又は多結晶ダイヤモンド等に比べ
てコストが低いといった長所があるため、既存の半導体
製造工程で広く使用されている。
【０００４】一方、このようなシリコン単結晶ウエハー
を使用して酸化物薄膜素子を製造する場合には、素子内
部の各部分間の連結、素子と外部回路との連結等のため
の金属配線及び素子の動作に要する電極層を必要とす
る。
を使用して酸化物薄膜素子を製造する場合には、素子内
部の各部分間の連結、素子と外部回路との連結等のため
の金属配線及び素子の動作に要する電極層を必要とす
る。
【０００５】電極層を形成するために使用される材料と
しては、アルミニウム、銅、白金及び導電性酸化物（Ｒ
ｕＯ2 ）等がある。既存のＤＲＡＭ素子(dynamic rando
m access memory device) ではアルミニウムを通常主電
極の材料として使用していた。
しては、アルミニウム、銅、白金及び導電性酸化物（Ｒ
ｕＯ2 ）等がある。既存のＤＲＡＭ素子(dynamic rando
m access memory device) ではアルミニウムを通常主電
極の材料として使用していた。
【０００６】しかし、１Ｇ，４Ｇ bit等といった素子の
集積度がもっと高くなる次世代のＤＲＡＭ素子又はＦＲ
ＡＭ(ferroelectric random access memory)のような新
たな素子の登場に伴って、これらの素子のキャパシター
用材料で既存のＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 系列の物質の代わ
りに、誘電常数(dielectric constant) が大変大きく、
又は自発分極(spontaneous polarization)現象を有する
ペロブスカイト(perovskite)構造の強誘電性の酸化物の
材料（ＢＴ：ＢａＴｉＯ3 ，ＰＺＴ：ＰｂＺｒ1-x Ｔｉ
x Ｏ3 ，ＰＬＺＴ：Ｐｂ1-x Ｌａx Ｚｒ1-y Ｔｉ
y Ｏ3 ，ＢＳＴ：Ｂａ1-x Ｓｒx ＴｉＯ等）を使用する
ことになる場合には、白金を主電極の材料として使用す
ることになる。
集積度がもっと高くなる次世代のＤＲＡＭ素子又はＦＲ
ＡＭ(ferroelectric random access memory)のような新
たな素子の登場に伴って、これらの素子のキャパシター
用材料で既存のＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 系列の物質の代わ
りに、誘電常数(dielectric constant) が大変大きく、
又は自発分極(spontaneous polarization)現象を有する
ペロブスカイト(perovskite)構造の強誘電性の酸化物の
材料（ＢＴ：ＢａＴｉＯ3 ，ＰＺＴ：ＰｂＺｒ1-x Ｔｉ
x Ｏ3 ，ＰＬＺＴ：Ｐｂ1-x Ｌａx Ｚｒ1-y Ｔｉ
y Ｏ3 ，ＢＳＴ：Ｂａ1-x Ｓｒx ＴｉＯ等）を使用する
ことになる場合には、白金を主電極の材料として使用す
ることになる。
【０００７】これは強誘電性の酸化物材料の形成温度が
高温（約７００℃）でアルミニウム電極の使用可能最高
温度（５００℃）を越えるために、強誘電性の酸化物材
料としては高温で熱的及び化学的に安定した白金電極の
方がアルミニウム電極よりも適している。また、強誘電
性の酸化物材料としての白金は、強誘電性の酸化物材料
の形成過程において、大変重要な要因となる初期核生成
(initial nucleation)が他の電極材料よりも白金上でも
っと容易になされ、結晶性又は背向性において他の電極
の材料を使用する場合よりも優秀な薄膜を得ることがで
きる。
高温（約７００℃）でアルミニウム電極の使用可能最高
温度（５００℃）を越えるために、強誘電性の酸化物材
料としては高温で熱的及び化学的に安定した白金電極の
方がアルミニウム電極よりも適している。また、強誘電
性の酸化物材料としての白金は、強誘電性の酸化物材料
の形成過程において、大変重要な要因となる初期核生成
(initial nucleation)が他の電極材料よりも白金上でも
っと容易になされ、結晶性又は背向性において他の電極
の材料を使用する場合よりも優秀な薄膜を得ることがで
きる。
【０００８】従来、このような白金薄膜を形成する方法
としては、DC/RF マグネトロンスパッタリング法(DC/RF
magnetron sputtering)、真空蒸発法(vacuum evaporat
ion)、有機金属化学気相蒸着法(metalorganic chemical
vapor deposition;MOCVD)、イオンメッキ法(ion plati
ng) 等がある。
としては、DC/RF マグネトロンスパッタリング法(DC/RF
magnetron sputtering)、真空蒸発法(vacuum evaporat
ion)、有機金属化学気相蒸着法(metalorganic chemical
vapor deposition;MOCVD)、イオンメッキ法(ion plati
ng) 等がある。
【０００９】この中で、真空蒸発法を使用した場合には
白金薄膜とシリコンウエハーとの間の接着力が良くな
く、MOCVD 法を使用した場合には白金薄膜に炭素のよう
な不純物を含有するといった短所がある。
白金薄膜とシリコンウエハーとの間の接着力が良くな
く、MOCVD 法を使用した場合には白金薄膜に炭素のよう
な不純物を含有するといった短所がある。
【００１０】DC/RF マグネトロンスパッタリング法を使
用する場合にも不活性ガス雰囲気で蒸着する既存の方法
を使用すれば、白金薄膜（白金電極）とシリコン基板
（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）との間の接着力が良くないことによ
り、蒸着後に熱処理又は酸化物薄膜蒸着等のような工程
を経る過程でヒルロック（hillock ）又は気孔が生じ、
回路の短絡を招くか、又は白金電極層上の酸化物薄膜造
成に不均一を招く。また、酸化物薄膜と電極との間の界
面特性の低下を招く等、多くの問題点を有している。
用する場合にも不活性ガス雰囲気で蒸着する既存の方法
を使用すれば、白金薄膜（白金電極）とシリコン基板
（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）との間の接着力が良くないことによ
り、蒸着後に熱処理又は酸化物薄膜蒸着等のような工程
を経る過程でヒルロック（hillock ）又は気孔が生じ、
回路の短絡を招くか、又は白金電極層上の酸化物薄膜造
成に不均一を招く。また、酸化物薄膜と電極との間の界
面特性の低下を招く等、多くの問題点を有している。
【００１１】このような白金電極の問題点を解決するた
めに、現在一般的に使用されている方法としては、Ｔ
ｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の物質を白金電極とシリコン基板
（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）との間に挿入して接着層の役割を果
たすようにするか、又は初めから電極物質として白金を
使わないで導電性酸化物（ＲｕＯ2 ）を使うことが上げ
られる。
めに、現在一般的に使用されている方法としては、Ｔ
ｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の物質を白金電極とシリコン基板
（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）との間に挿入して接着層の役割を果
たすようにするか、又は初めから電極物質として白金を
使わないで導電性酸化物（ＲｕＯ2 ）を使うことが上げ
られる。
【００１２】では、ここで白金電極とシリコン基板間に
接着層を形成する場合における白金薄膜の形成方法につ
いて説明する。図６は従来技術の白金薄膜の形成方法に
おけるマグネトロンスパッタリング法を利用した製造工
程を示すフローチャートである。図７は、この製造工程
にて得られたシリコン基板を示す断面図である。
接着層を形成する場合における白金薄膜の形成方法につ
いて説明する。図６は従来技術の白金薄膜の形成方法に
おけるマグネトロンスパッタリング法を利用した製造工
程を示すフローチャートである。図７は、この製造工程
にて得られたシリコン基板を示す断面図である。
【００１３】図６においてシリコンウエハー１１を準備
する基板準備工程（ステップＳ１１）後に、このシリコ
ンウエハー１１上に、例えば絶縁体であるＳｉＯ2 薄膜
の絶縁酸化物薄膜層１２を形成し（ステップＳ１２）、
この絶縁酸化物薄膜層１２上にＴｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の
物質で接着層１３を形成し（ステップＳ１３）、このシ
リコンウエハー１１の接着層１３上に不活性ガス（Ａ
ｒ，Ｘｅ，Ｋｒ）雰囲気下でマグネトロンスパッタリン
グ法を利用して白金１４を蒸着させる（ステップＳ１
４）。
する基板準備工程（ステップＳ１１）後に、このシリコ
ンウエハー１１上に、例えば絶縁体であるＳｉＯ2 薄膜
の絶縁酸化物薄膜層１２を形成し（ステップＳ１２）、
この絶縁酸化物薄膜層１２上にＴｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の
物質で接着層１３を形成し（ステップＳ１３）、このシ
リコンウエハー１１の接着層１３上に不活性ガス（Ａ
ｒ，Ｘｅ，Ｋｒ）雰囲気下でマグネトロンスパッタリン
グ法を利用して白金１４を蒸着させる（ステップＳ１
４）。
【００１４】このような図６に示す白金薄膜の形成方法
によれば、図７に示すように絶縁酸化物薄膜層１２上に
Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の物質を接着層１３として使用す
ることにより、この接着層１３上に白金１４を蒸着させ
る際に、この白金薄膜層（白金電極）１４及び絶縁酸化
物薄膜層（ＳｉＯ2 ）１２間の接着力を大きく向上させ
ることができる。
によれば、図７に示すように絶縁酸化物薄膜層１２上に
Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ等の物質を接着層１３として使用す
ることにより、この接着層１３上に白金１４を蒸着させ
る際に、この白金薄膜層（白金電極）１４及び絶縁酸化
物薄膜層（ＳｉＯ2 ）１２間の接着力を大きく向上させ
ることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術における白金薄膜の形成方法によれば、Ｔｉ、Ｔ
ａ、ＴｉＮ等の物質を接着層として使用することによ
り、白金薄膜蒸着時の接着力を大きく向上させることが
できるのであるが、これ以後の工程である熱処理又は強
誘電性酸化物薄膜の蒸着工程においては、この既存の接
着層として使われる物質が白金の内に拡散しながら酸素
と反応して酸化物（ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ3 ）を形成して
しまい、白金表面の照度を悪化させ、白金薄膜表面の酸
化物形成による電極機能の喪失、白金薄膜のヒルロック
形成による上下部素子連結機能の喪失、しかも接着層と
して使用された金属の酸化物形成による接着機能の喪失
による接着力弱化等の問題点が生じた。
来技術における白金薄膜の形成方法によれば、Ｔｉ、Ｔ
ａ、ＴｉＮ等の物質を接着層として使用することによ
り、白金薄膜蒸着時の接着力を大きく向上させることが
できるのであるが、これ以後の工程である熱処理又は強
誘電性酸化物薄膜の蒸着工程においては、この既存の接
着層として使われる物質が白金の内に拡散しながら酸素
と反応して酸化物（ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ3 ）を形成して
しまい、白金表面の照度を悪化させ、白金薄膜表面の酸
化物形成による電極機能の喪失、白金薄膜のヒルロック
形成による上下部素子連結機能の喪失、しかも接着層と
して使用された金属の酸化物形成による接着機能の喪失
による接着力弱化等の問題点が生じた。
【００１６】また、先にも説明したように、初めから電
極物質として白金を使用せずに、導電性酸化物（ＲｕＯ
2 ）を使用することも考えられるが、このような導電性
酸化物を電極として使用する場合には、電極の表面が大
変粗くて最終素子の漏洩電流が大きくなり、白金電極に
比して非抵抗値が高く、以後の強誘電性酸化物の薄膜蒸
着工程で、これらの間の化学反応が起こる等の問題点が
発生することになる。
極物質として白金を使用せずに、導電性酸化物（ＲｕＯ
2 ）を使用することも考えられるが、このような導電性
酸化物を電極として使用する場合には、電極の表面が大
変粗くて最終素子の漏洩電流が大きくなり、白金電極に
比して非抵抗値が高く、以後の強誘電性酸化物の薄膜蒸
着工程で、これらの間の化学反応が起こる等の問題点が
発生することになる。
【００１７】以上の通り、既存の方法で白金を酸化物薄
膜素子の電極材料として使用する場合においては多くの
問題点があるが、まだこれに対する解決方法が報告され
ていないのが実情である。
膜素子の電極材料として使用する場合においては多くの
問題点があるが、まだこれに対する解決方法が報告され
ていないのが実情である。
【００１８】本発明は、以上のような白金薄膜形成と関
連した従来の技術の問題点を解消するのを目的とするも
のである。
連した従来の技術の問題点を解消するのを目的とするも
のである。
【００１９】特に、本発明の目的とするところは、シリ
コンウエハー上の絶縁層と白金薄膜層との間に従来必須
的なものと考えられた接着層が実質的に存在しなくと
も、従来の接着層上に蒸着された白金薄膜層に比して白
金薄膜の接着力が強く、気孔又はヒルロックが殆ど形成
されない白金薄膜の形成方法及びその形成方法により製
造されるシリコン基板を提供することにある。
コンウエハー上の絶縁層と白金薄膜層との間に従来必須
的なものと考えられた接着層が実質的に存在しなくと
も、従来の接着層上に蒸着された白金薄膜層に比して白
金薄膜の接着力が強く、気孔又はヒルロックが殆ど形成
されない白金薄膜の形成方法及びその形成方法により製
造されるシリコン基板を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】以上のような本発明の目
的は、本発明者の反復的実験を基にして確立された工程
により成就される。即ち、本発明者の反復的な実験によ
れば、シリコンウエハー上の絶縁酸化物の薄膜層上に白
金薄膜層を蒸着する際、その白金薄膜蒸着工程を２段階
に分けて第１工程は酸化雰囲気下で実施し、第２工程は
不活性雰囲気下で実施し、続いて、このように白金薄膜
層を蒸着されたシリコンウエハーである基板を所定の温
度で熱処理することにより、当該技術分野では今まで予
測できなかった結果を得られるものと確認された。
的は、本発明者の反復的実験を基にして確立された工程
により成就される。即ち、本発明者の反復的な実験によ
れば、シリコンウエハー上の絶縁酸化物の薄膜層上に白
金薄膜層を蒸着する際、その白金薄膜蒸着工程を２段階
に分けて第１工程は酸化雰囲気下で実施し、第２工程は
不活性雰囲気下で実施し、続いて、このように白金薄膜
層を蒸着されたシリコンウエハーである基板を所定の温
度で熱処理することにより、当該技術分野では今まで予
測できなかった結果を得られるものと確認された。
【００２１】言い換えれば、このような工程により白金
薄膜を形成することになれば、従来、不活性雰囲気下で
白金薄膜を直接又は接着層を介在した状態で蒸着する際
に発生する問題点なしに、却って、従来の工程によるシ
リコン基板に比して白金薄膜の接着力が良好であり、気
孔又はヒルロック等の欠陥が実質的に又は全く無いシリ
コン基板を形成できるものと判明した。
薄膜を形成することになれば、従来、不活性雰囲気下で
白金薄膜を直接又は接着層を介在した状態で蒸着する際
に発生する問題点なしに、却って、従来の工程によるシ
リコン基板に比して白金薄膜の接着力が良好であり、気
孔又はヒルロック等の欠陥が実質的に又は全く無いシリ
コン基板を形成できるものと判明した。
【００２２】要約すると、本発明による白金薄膜の形成
方法は、シリコンウエハーの表面に絶縁酸化物を形成す
る絶縁酸化物形成工程と、酸化雰囲気中で前記絶縁酸化
物上に白金を蒸着することにより、白金、白金酸化物及
びこれらの粒子に吸着された酸素からなる混合物薄膜で
ある、酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸
着処理工程と、完全不活性雰囲気中で前記酸素が含まれ
た白金薄膜上に、所望の厚さの純粋な白金薄膜を蒸着す
る不活性雰囲気蒸着処理工程と、前記酸化雰囲気蒸着処
理工程及び不活性雰囲気蒸着処理工程を経たシリコンウ
エハーを４００℃〜１３００℃の温度で熱処理し、前記
酸素が含まれた白金薄膜層中から酸素を除去する熱処理
工程とを有することを特徴とする。
方法は、シリコンウエハーの表面に絶縁酸化物を形成す
る絶縁酸化物形成工程と、酸化雰囲気中で前記絶縁酸化
物上に白金を蒸着することにより、白金、白金酸化物及
びこれらの粒子に吸着された酸素からなる混合物薄膜で
ある、酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸
着処理工程と、完全不活性雰囲気中で前記酸素が含まれ
た白金薄膜上に、所望の厚さの純粋な白金薄膜を蒸着す
る不活性雰囲気蒸着処理工程と、前記酸化雰囲気蒸着処
理工程及び不活性雰囲気蒸着処理工程を経たシリコンウ
エハーを４００℃〜１３００℃の温度で熱処理し、前記
酸素が含まれた白金薄膜層中から酸素を除去する熱処理
工程とを有することを特徴とする。
【００２３】前記基板においてシリコンウエハー上に形
成される絶縁酸化物は、当業界では周知されたように通
常ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 又はＭｇＯであり、シリコンウ
エハーの単純な熱処理によっても形成できるとの観点で
はＳｉＯ2 が一番望ましい。
成される絶縁酸化物は、当業界では周知されたように通
常ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 又はＭｇＯであり、シリコンウ
エハーの単純な熱処理によっても形成できるとの観点で
はＳｉＯ2 が一番望ましい。
【００２４】本発明の方法によれば、白金薄膜の形成時
においては酸化雰囲気中で白金を蒸着させるようにした
ので、自然的に白金薄膜層に酸素が混入され“酸素が含
まれた白金薄膜”が絶縁酸化物上に形成される。この白
金薄膜は酸素を含んでいるため、その下にある絶縁酸化
物との間に親和力が向上するので、不活性雰囲気下で絶
縁酸化物層上に白金を蒸着する時に起こる問題点が発生
しない。その後、不活性雰囲気下で酸素が含まれた白金
薄膜上に所望の厚さの純粋白金薄膜を蒸着することにな
れば、白金と白金との間の結合がなされるので、従来の
接着技術と関連した問題点なしに、良好な白金薄膜層を
所望の厚さだけ形成できる。
においては酸化雰囲気中で白金を蒸着させるようにした
ので、自然的に白金薄膜層に酸素が混入され“酸素が含
まれた白金薄膜”が絶縁酸化物上に形成される。この白
金薄膜は酸素を含んでいるため、その下にある絶縁酸化
物との間に親和力が向上するので、不活性雰囲気下で絶
縁酸化物層上に白金を蒸着する時に起こる問題点が発生
しない。その後、不活性雰囲気下で酸素が含まれた白金
薄膜上に所望の厚さの純粋白金薄膜を蒸着することにな
れば、白金と白金との間の結合がなされるので、従来の
接着技術と関連した問題点なしに、良好な白金薄膜層を
所望の厚さだけ形成できる。
【００２５】また、本発明の方法によれば、白金薄膜の
形成後に基板を所定の温度で熱処理を施すようにしたの
で、前記酸素が含まれた白金薄膜内に内在されていた酸
素が抜け出るようになるが、この場合、白金粒子の間に
単独に内在されていた酸素は勿論、白金酸化物の形態と
して存在する酸素までも実質的に皆抜け出るものと判明
した。これは白金の他の元素との反応性及び・又は親和
力不足の特性によるものと思われる。
形成後に基板を所定の温度で熱処理を施すようにしたの
で、前記酸素が含まれた白金薄膜内に内在されていた酸
素が抜け出るようになるが、この場合、白金粒子の間に
単独に内在されていた酸素は勿論、白金酸化物の形態と
して存在する酸素までも実質的に皆抜け出るものと判明
した。これは白金の他の元素との反応性及び・又は親和
力不足の特性によるものと思われる。
【００２６】以上でわかるように、酸素が含まれた白金
薄膜層は純粋白金薄膜の蒸着時にその純粋白金薄膜と絶
縁酸化物との間の接着層としての機能を遂行し、その
後、熱処理工程で前記酸素が含まれた白金薄膜層は実質
的に酸素がない純粋白金状態に転換され、そして本発明
による方法により製造されたシリコン基板は白金と絶縁
酸化物との間に何の接着層も存在しないことになる。前
記酸素が含まれた白金薄膜は一時的に白金と絶縁酸化物
との間の接着層としての役割のみを遂行するものである
ので、その下にある絶縁酸化物を覆う程度で蒸着すれば
足りる。この場合、所望の白金薄膜の厚さは不活性雰囲
気下での純粋白金蒸着により精密に制御することができ
る。
薄膜層は純粋白金薄膜の蒸着時にその純粋白金薄膜と絶
縁酸化物との間の接着層としての機能を遂行し、その
後、熱処理工程で前記酸素が含まれた白金薄膜層は実質
的に酸素がない純粋白金状態に転換され、そして本発明
による方法により製造されたシリコン基板は白金と絶縁
酸化物との間に何の接着層も存在しないことになる。前
記酸素が含まれた白金薄膜は一時的に白金と絶縁酸化物
との間の接着層としての役割のみを遂行するものである
ので、その下にある絶縁酸化物を覆う程度で蒸着すれば
足りる。この場合、所望の白金薄膜の厚さは不活性雰囲
気下での純粋白金蒸着により精密に制御することができ
る。
【００２７】また、本発明者が確認したところによる
と、酸素が含まれた白金薄膜は酸化雰囲気であれば、例
えばDC/RF マグネトロンスパッタリング法、真空蒸発
法、MOCVD 法及びイオンメッキ法等の蒸着法の内、如何
なる方法を使用したとしても、このような白金薄膜を基
板上に形成することができる。
と、酸素が含まれた白金薄膜は酸化雰囲気であれば、例
えばDC/RF マグネトロンスパッタリング法、真空蒸発
法、MOCVD 法及びイオンメッキ法等の蒸着法の内、如何
なる方法を使用したとしても、このような白金薄膜を基
板上に形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】では、次に図１及び図２に基づい
て本発明を具体的に説明すれば次の通りである。図１は
本発明の白金薄膜形成方法におけるDC/RF マグネトロン
スパッタリング法を利用した製造工程を示すフローチャ
ートである。図２は本発明の白金薄膜形成方法により形
成されたシリコン基板を示す断面図であり、図２（Ａ）
は熱処理前、図２（Ｂ）は熱処理後に相当するものであ
る。
て本発明を具体的に説明すれば次の通りである。図１は
本発明の白金薄膜形成方法におけるDC/RF マグネトロン
スパッタリング法を利用した製造工程を示すフローチャ
ートである。図２は本発明の白金薄膜形成方法により形
成されたシリコン基板を示す断面図であり、図２（Ａ）
は熱処理前、図２（Ｂ）は熱処理後に相当するものであ
る。
【００２９】図１においてシリコンウエハー１を準備す
る基板準備工程（ステップＳ１）後における絶縁層の形
成工程は、シリコンウエハー１の表面上に絶縁体である
ＳｉＯ2 、選択的にＡｌ2 Ｏ3 又はＭｇＯ薄膜等の絶縁
酸化物薄膜２を形成するための工程である（ステップＳ
２）。
る基板準備工程（ステップＳ１）後における絶縁層の形
成工程は、シリコンウエハー１の表面上に絶縁体である
ＳｉＯ2 、選択的にＡｌ2 Ｏ3 又はＭｇＯ薄膜等の絶縁
酸化物薄膜２を形成するための工程である（ステップＳ
２）。
【００３０】本発明によれば、以後の白金薄膜の形成工
程は蒸着雰囲気が異なる２つの工程、すなわち酸化雰囲
気中に行われる酸化雰囲気蒸着処理工程（ステップＳ
３）及び不活性雰囲気中に行われる不活性雰囲気蒸着処
理工程（ステップＳ４）に分けて実行される。
程は蒸着雰囲気が異なる２つの工程、すなわち酸化雰囲
気中に行われる酸化雰囲気蒸着処理工程（ステップＳ
３）及び不活性雰囲気中に行われる不活性雰囲気蒸着処
理工程（ステップＳ４）に分けて実行される。
【００３１】ステップＳ３における酸化雰囲気蒸着処理
工程（一次蒸着）は、酸素と不活性ガス（Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ）が混合された雰囲気で実行され、結果的に純粋な
白金薄膜でなく“酸素が混合された白金薄膜３ａ”が前
記絶縁酸化物薄膜２上に形成される。尚、この際、酸化
雰囲気とは、所定量の酸素が含まれた雰囲気、望ましく
は酸素が少なくとも１０数％以上存在する雰囲気を言
い、不活性ガスなしに純粋な酸素のみで成された雰囲気
を含む。
工程（一次蒸着）は、酸素と不活性ガス（Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ）が混合された雰囲気で実行され、結果的に純粋な
白金薄膜でなく“酸素が混合された白金薄膜３ａ”が前
記絶縁酸化物薄膜２上に形成される。尚、この際、酸化
雰囲気とは、所定量の酸素が含まれた雰囲気、望ましく
は酸素が少なくとも１０数％以上存在する雰囲気を言
い、不活性ガスなしに純粋な酸素のみで成された雰囲気
を含む。
【００３２】このような酸化雰囲気下で蒸着された白金
薄膜に自然的に混入された酸素は白金薄膜３ａとその下
の絶縁酸化物薄膜２との間の接着力を増大させる触媒的
役割を果たす。
薄膜に自然的に混入された酸素は白金薄膜３ａとその下
の絶縁酸化物薄膜２との間の接着力を増大させる触媒的
役割を果たす。
【００３３】絶縁酸化物薄膜２上に酸素が含まれた白金
薄膜層３ａを形成した後、ステップＳ４における不活性
雰囲気蒸着処理工程（二次蒸着）は、この酸化雰囲気の
雰囲気ガスを除去することにより、不活性ガスのみで成
る完全不活性雰囲気を形成し、この完全不活性雰囲気中
にて電極として必要な厚さだけの白金薄膜３ｂを蒸着さ
せる。
薄膜層３ａを形成した後、ステップＳ４における不活性
雰囲気蒸着処理工程（二次蒸着）は、この酸化雰囲気の
雰囲気ガスを除去することにより、不活性ガスのみで成
る完全不活性雰囲気を形成し、この完全不活性雰囲気中
にて電極として必要な厚さだけの白金薄膜３ｂを蒸着さ
せる。
【００３４】そして、ステップＳ１乃至ステップＳ４の
処理工程を得た基板を電気炉等にて４００〜１３００℃
の温度で熱処理する（ステップＳ５）。この場合、酸素
が含まれた白金薄膜層３ａの白金と不活性雰囲気下で蒸
着された純粋な白金薄膜３ｂの白金は同一の金属である
ので、従来技術にて説明したような、異なる元素成分の
基板に直接に白金を蒸着する際に発生した接着性に関連
した問題は全く発生しない。また、このような熱処理工
程により、図２（Ｂ）に示すように酸素が含まれた白金
薄膜層３ａで酸素が除去されることにより、この酸素が
含まれた白金薄膜層３ａは、白金電極層である白金薄膜
３ｂと実質的に同一の純粋な白金薄膜３に転換されると
同時に、その上に蒸着された白金電極が安定化される。
この場合、所望の電極の厚さ及び微細組織により熱処理
温度と時間が定められる。
処理工程を得た基板を電気炉等にて４００〜１３００℃
の温度で熱処理する（ステップＳ５）。この場合、酸素
が含まれた白金薄膜層３ａの白金と不活性雰囲気下で蒸
着された純粋な白金薄膜３ｂの白金は同一の金属である
ので、従来技術にて説明したような、異なる元素成分の
基板に直接に白金を蒸着する際に発生した接着性に関連
した問題は全く発生しない。また、このような熱処理工
程により、図２（Ｂ）に示すように酸素が含まれた白金
薄膜層３ａで酸素が除去されることにより、この酸素が
含まれた白金薄膜層３ａは、白金電極層である白金薄膜
３ｂと実質的に同一の純粋な白金薄膜３に転換されると
同時に、その上に蒸着された白金電極が安定化される。
この場合、所望の電極の厚さ及び微細組織により熱処理
温度と時間が定められる。
【００３５】上述された処理工程により得たシリコン基
板の断面における電子顕微鏡写真を図３（Ａ）乃至図３
（Ｃ）に示したが、図２に示す断面図及び図７に示す断
面図の比較からも明らかなように本発明のシリコン基板
には何の接着層も存在しない。
板の断面における電子顕微鏡写真を図３（Ａ）乃至図３
（Ｃ）に示したが、図２に示す断面図及び図７に示す断
面図の比較からも明らかなように本発明のシリコン基板
には何の接着層も存在しない。
【００３６】このように本発明のシリコン基板は、接着
性等色々の物性において従来のものとは比べらものにな
らない長所を有することが確認される。
性等色々の物性において従来のものとは比べらものにな
らない長所を有することが確認される。
【００３７】では、次に本発明者が遂行した実験結果に
関連づけて、この点を論じてみる。 （実施例）まず、接着層の役割をすることになる酸素が
含まれた白金薄膜層の蒸着工程を経る前に、４インチの
シリコンウエハーを１２００℃の温度で３〜５時間の
間、熱酸化させ、シリコンウエハー上にシリコン酸化物
（ＳｉＯ2 ）を形成した。
関連づけて、この点を論じてみる。 （実施例）まず、接着層の役割をすることになる酸素が
含まれた白金薄膜層の蒸着工程を経る前に、４インチの
シリコンウエハーを１２００℃の温度で３〜５時間の
間、熱酸化させ、シリコンウエハー上にシリコン酸化物
（ＳｉＯ2 ）を形成した。
【００３８】このシリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）の形成方
法には熱酸化、両極酸化、ＳｉＯ2真空蒸発、スパッタ
リング及び化学気相蒸着、シリコン化合物の熱分解法等
があるが、本実施例ではまず熱酸化法の中、乾式酸化法
を利用してシリコン酸化膜を形成した。
法には熱酸化、両極酸化、ＳｉＯ2真空蒸発、スパッタ
リング及び化学気相蒸着、シリコン化合物の熱分解法等
があるが、本実施例ではまず熱酸化法の中、乾式酸化法
を利用してシリコン酸化膜を形成した。
【００３９】上述した方法でシリコン酸化膜が表面に形
成されたシリコンウエハーを次のような条件で１次蒸着
して酸素が含まれた白金からなる接着層を形成した（使
用された白金タゲットは純度が９９．９９％、径が４イ
ンチであり、タゲットとウエハーの間の角度は３０度で
ある）。 基本圧力：２×１０-6 Torr スパッタリング圧力：１０ mtorr 雰囲気：Ａｒ＋Ｏ2 （Ａｒ／Ｏ2 の組成比：３／７） ウエハー温度：常温 ウエハー回転速度：５ rpm ＲＦ電力：１５０ w タゲットとウエハーとの間の距離：１３ cm 蒸着時間：１分 真空容器の内部に酸素とアルゴンガスを注入し、同時に
白金タゲットにＲＦ電力を供給しながら一次の白金薄膜
を形成する。この際、雰囲気中においては酸素が含まれ
ているので、一次白金薄膜には当然酸素が混入され、純
粋白金薄膜ではなく“酸素が含まれた白金薄膜”が形成
される。周知のように、このようなスパッタリングにお
いては雰囲気ガスの中で、一部がイオン化され白金タゲ
ットに衝突することにより、白金原子が飛び出され、こ
の白金原子が雰囲気ガス中にある酸素と共に蒸着されな
がら部分的に白金酸化物を形成し、部分的には酸素が白
金粒子間空隙に存在する形態の“酸素が含まれた白金薄
膜”を形成するものである。
成されたシリコンウエハーを次のような条件で１次蒸着
して酸素が含まれた白金からなる接着層を形成した（使
用された白金タゲットは純度が９９．９９％、径が４イ
ンチであり、タゲットとウエハーの間の角度は３０度で
ある）。 基本圧力：２×１０-6 Torr スパッタリング圧力：１０ mtorr 雰囲気：Ａｒ＋Ｏ2 （Ａｒ／Ｏ2 の組成比：３／７） ウエハー温度：常温 ウエハー回転速度：５ rpm ＲＦ電力：１５０ w タゲットとウエハーとの間の距離：１３ cm 蒸着時間：１分 真空容器の内部に酸素とアルゴンガスを注入し、同時に
白金タゲットにＲＦ電力を供給しながら一次の白金薄膜
を形成する。この際、雰囲気中においては酸素が含まれ
ているので、一次白金薄膜には当然酸素が混入され、純
粋白金薄膜ではなく“酸素が含まれた白金薄膜”が形成
される。周知のように、このようなスパッタリングにお
いては雰囲気ガスの中で、一部がイオン化され白金タゲ
ットに衝突することにより、白金原子が飛び出され、こ
の白金原子が雰囲気ガス中にある酸素と共に蒸着されな
がら部分的に白金酸化物を形成し、部分的には酸素が白
金粒子間空隙に存在する形態の“酸素が含まれた白金薄
膜”を形成するものである。
【００４０】そして、上述したように形成された酸素が
含まれた白金薄膜の上に再び下記のような条件で２次蒸
着して白金薄膜を形成させる。 スパッタリング圧力：１０ mtorr 雰囲気ガス：アルゴン 基板温度：常温 基板回転速度：５ rpm DC電力：２００ w タゲットと基板との間の距離：１３ cm 蒸着厚さ：必要な電極の厚さ 上述した１次蒸着と２次蒸着の大きな差異点はスパッタ
リング時に使用される雰囲気ガスにある。即ち、一次蒸
着では酸素とアルゴンとの混合ガスを使用したが、２次
蒸着ではアルゴンのみを使用した。１次蒸着では白金と
これに吸着された酸素と白金酸化物の混合物薄膜、すな
わち、酸素が含まれた白金薄膜が形成される反面、２次
蒸着では純粋な白金薄膜が形成される。
含まれた白金薄膜の上に再び下記のような条件で２次蒸
着して白金薄膜を形成させる。 スパッタリング圧力：１０ mtorr 雰囲気ガス：アルゴン 基板温度：常温 基板回転速度：５ rpm DC電力：２００ w タゲットと基板との間の距離：１３ cm 蒸着厚さ：必要な電極の厚さ 上述した１次蒸着と２次蒸着の大きな差異点はスパッタ
リング時に使用される雰囲気ガスにある。即ち、一次蒸
着では酸素とアルゴンとの混合ガスを使用したが、２次
蒸着ではアルゴンのみを使用した。１次蒸着では白金と
これに吸着された酸素と白金酸化物の混合物薄膜、すな
わち、酸素が含まれた白金薄膜が形成される反面、２次
蒸着では純粋な白金薄膜が形成される。
【００４１】その後、上述したように製造されたシリコ
ン基板を電気炉で４００〜１３００℃の温度で大気中で
熱処理して、接着層となる酸素が含まれた白金薄膜から
酸素を除去して、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）に示された
ような白金薄膜を得た。この際、熱処理の温度と時間は
所望の電極の厚さ及び微細組織により変更されることが
できる。シリコンウエハーの融点が１４１０℃であるの
で、後熱処理の温度の上限線は１３００℃にした。
ン基板を電気炉で４００〜１３００℃の温度で大気中で
熱処理して、接着層となる酸素が含まれた白金薄膜から
酸素を除去して、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）に示された
ような白金薄膜を得た。この際、熱処理の温度と時間は
所望の電極の厚さ及び微細組織により変更されることが
できる。シリコンウエハーの融点が１４１０℃であるの
で、後熱処理の温度の上限線は１３００℃にした。
【００４２】ここで、本発明による方法で製造した白金
薄膜、つまり接着層を使わないで不活性ガス雰囲気で蒸
着した白金薄膜と、従来技術のＴｉを接着層として使用
して製造した白金薄膜等とを比較し、様々な蒸着条件を
利用した白金薄膜の非抵抗測定値と接着力の測定結果及
び一般的に接着力テスト方法で多く使用されるスコッチ
テープテスト（scotch tape test ：STT ）結果等を
（表１）に示す。非抵抗値は４点探針法（４−point pr
obe method）を利用して測定し、付着力の測定はスクラ
ッチテスト法（scratch test method ）を利用し、スコ
ッチテープテストは３M テープを使用した。
薄膜、つまり接着層を使わないで不活性ガス雰囲気で蒸
着した白金薄膜と、従来技術のＴｉを接着層として使用
して製造した白金薄膜等とを比較し、様々な蒸着条件を
利用した白金薄膜の非抵抗測定値と接着力の測定結果及
び一般的に接着力テスト方法で多く使用されるスコッチ
テープテスト（scotch tape test ：STT ）結果等を
（表１）に示す。非抵抗値は４点探針法（４−point pr
obe method）を利用して測定し、付着力の測定はスクラ
ッチテスト法（scratch test method ）を利用し、スコ
ッチテープテストは３M テープを使用した。
【００４３】
【表１】 尚、（表１）中に記載の蒸着雰囲気の欄で“Ａｒ＋Ｏ2
／Ａｒ”とあるのは、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲
気で接着層として酸素が含まれた白金層を蒸着した後
に、雰囲気ガスをアルゴンに変え、残りの必要な電極の
厚さだけ白金を蒸着させたものである。また、蒸着雰囲
気の欄でＡｒとあるのは、アルゴンガス雰囲気で必要な
電極の厚さだけ白金を蒸着させたものである。また、蒸
着雰囲気の欄でＡｒ／Ａｒとあるのは、アルゴンガス雰
囲気で接着層としてチタニウム（Ｔｉ）を蒸着した後に
再びアルゴンガス雰囲気で必要な電極の厚さだけ白金を
蒸着させたものである。
／Ａｒ”とあるのは、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲
気で接着層として酸素が含まれた白金層を蒸着した後
に、雰囲気ガスをアルゴンに変え、残りの必要な電極の
厚さだけ白金を蒸着させたものである。また、蒸着雰囲
気の欄でＡｒとあるのは、アルゴンガス雰囲気で必要な
電極の厚さだけ白金を蒸着させたものである。また、蒸
着雰囲気の欄でＡｒ／Ａｒとあるのは、アルゴンガス雰
囲気で接着層としてチタニウム（Ｔｉ）を蒸着した後に
再びアルゴンガス雰囲気で必要な電極の厚さだけ白金を
蒸着させたものである。
【００４４】また、STT 結果でpassは膜の分離が起こら
ないことを示し、failは膜の分離が起こったことを示
す。また、○は気孔又はヒルロックが形成されたもので
あり、×は形成されないものである。
ないことを示し、failは膜の分離が起こったことを示
す。また、○は気孔又はヒルロックが形成されたもので
あり、×は形成されないものである。
【００４５】試片（サンプルＩ．Ｄ）＃１乃至＃７は、
本発明における酸素が含まれた白金層を接着層として使
用して得た白金薄膜を４００〜１３００℃の範囲で２時
間の間、熱処理した試片である。
本発明における酸素が含まれた白金層を接着層として使
用して得た白金薄膜を４００〜１３００℃の範囲で２時
間の間、熱処理した試片である。
【００４６】試片＃８は不活性ガス（アルゴン）雰囲気
で蒸着したもので、基板の温度が９００℃であり、試片
＃９は不活性ガス（アルゴン）雰囲気で蒸着したもの
で、ウエハーの温度が３００℃であり、試片＃１０は不
活性ガス（アルゴン）雰囲気で蒸着したものでウエハー
の温度は常温であり、それから試片＃１１は試片＃１０
を１０００℃で２時間の間の熱処理を施した試片であ
る。試片＃１２は不活性ガス（アルゴン）雰囲気で接着
層としてチタニウム（Ｔｉ）を薄く蒸着した後、この上
にやはり不活性ガス（アルゴン）雰囲気で白金薄膜を蒸
着した試片を７００℃で１時間の間熱処理した試片であ
る。
で蒸着したもので、基板の温度が９００℃であり、試片
＃９は不活性ガス（アルゴン）雰囲気で蒸着したもの
で、ウエハーの温度が３００℃であり、試片＃１０は不
活性ガス（アルゴン）雰囲気で蒸着したものでウエハー
の温度は常温であり、それから試片＃１１は試片＃１０
を１０００℃で２時間の間の熱処理を施した試片であ
る。試片＃１２は不活性ガス（アルゴン）雰囲気で接着
層としてチタニウム（Ｔｉ）を薄く蒸着した後、この上
にやはり不活性ガス（アルゴン）雰囲気で白金薄膜を蒸
着した試片を７００℃で１時間の間熱処理した試片であ
る。
【００４７】つまり、試片＃１乃至試片＃７は本発明の
方法により製造された白金薄膜に該当し、試片＃８乃至
試片＃１１は従来の方法の中で接着層を使用しないで製
造された白金薄膜に該当し、試片＃１２は従来の方法の
中でＴｉを接着層として使用して製造された白金薄膜を
熱処理したものに該当する。
方法により製造された白金薄膜に該当し、試片＃８乃至
試片＃１１は従来の方法の中で接着層を使用しないで製
造された白金薄膜に該当し、試片＃１２は従来の方法の
中でＴｉを接着層として使用して製造された白金薄膜を
熱処理したものに該当する。
【００４８】本発明の実施例で製造された白金薄膜は、
（表１）及び図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）で示されたよう
に接着力が他のものに比してかなり優秀であるのみなら
ず、微細構造においても気孔又はヒルロックが全く発見
されなく均一な粒子の大きさを有するものであることが
確認された。
（表１）及び図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）で示されたよう
に接着力が他のものに比してかなり優秀であるのみなら
ず、微細構造においても気孔又はヒルロックが全く発見
されなく均一な粒子の大きさを有するものであることが
確認された。
【００４９】従来の白金薄膜の形成方法の中で、接着層
を使用しないで製造された試片＃８乃至試片＃１１の場
合には白金薄膜の蒸着時のウエハーの温度を高温とする
か、又は常温で蒸着して後熱処理の過程を経るなどの方
法を通じて接着力をある程度は向上させることができる
が、図４に示すように本発明の実施例で得たものに比べ
れば接着力が良くなく、又後熱処理の工程を経ながら白
金薄膜のストレス弛緩及び粒成長の過程で気孔又はヒル
ロックが形成され電極として使用するには不都合なもの
であることが分かる。尚、このような気孔が存在する白
金薄膜上に強誘電性酸化物薄膜を被う場合、組成の不均
一、回路の短絡等を招く。このような理由により、これ
まで使用している白金電極の場合、後熱処理をすること
ができないものと知られている。
を使用しないで製造された試片＃８乃至試片＃１１の場
合には白金薄膜の蒸着時のウエハーの温度を高温とする
か、又は常温で蒸着して後熱処理の過程を経るなどの方
法を通じて接着力をある程度は向上させることができる
が、図４に示すように本発明の実施例で得たものに比べ
れば接着力が良くなく、又後熱処理の工程を経ながら白
金薄膜のストレス弛緩及び粒成長の過程で気孔又はヒル
ロックが形成され電極として使用するには不都合なもの
であることが分かる。尚、このような気孔が存在する白
金薄膜上に強誘電性酸化物薄膜を被う場合、組成の不均
一、回路の短絡等を招く。このような理由により、これ
まで使用している白金電極の場合、後熱処理をすること
ができないものと知られている。
【００５０】また、従来の白金薄膜の形成方法の中で、
Ｔｉ層を接着層として使用して製造された試片＃１２の
場合には接着力が大きく向上されるように考えられる
が、熱処理過程で白金の下に形成されていたＴｉ層が拡
散して白金の表面上にＴｉＯ2が形成されて、図５に示
すようにヒルロックが形成されているものが確認でき
る。
Ｔｉ層を接着層として使用して製造された試片＃１２の
場合には接着力が大きく向上されるように考えられる
が、熱処理過程で白金の下に形成されていたＴｉ層が拡
散して白金の表面上にＴｉＯ2が形成されて、図５に示
すようにヒルロックが形成されているものが確認でき
る。
【００５１】一方、前述した実施例の結果はDC／RFマグ
ネトロンスパッタリング法を利用して白金薄膜を蒸着し
た場合の結果を説明したものであるが、本発明の実験に
よると、特に１次白金薄膜の形成（酸化雰囲気蒸着処理
工程）時に、酸化雰囲気下で遂行されれば、公知の真空
蒸発法、MOCVD 法及びイオンメッキ法を利用してもその
効果において、殊に接着性の点で前述した結果と実質的
に同一の結果を得ることができた。
ネトロンスパッタリング法を利用して白金薄膜を蒸着し
た場合の結果を説明したものであるが、本発明の実験に
よると、特に１次白金薄膜の形成（酸化雰囲気蒸着処理
工程）時に、酸化雰囲気下で遂行されれば、公知の真空
蒸発法、MOCVD 法及びイオンメッキ法を利用してもその
効果において、殊に接着性の点で前述した結果と実質的
に同一の結果を得ることができた。
【００５２】また、酸化雰囲気を形成する場合、前述し
たＡｒ／Ｏ2 の組成比を３／７としたが、追加的な実験
で確認した結果によれば、微量の酸素、例えばＡｒ／Ｏ
2 の組成比を１／９とするか、又は多くは不活性ガスが
ない完全な酸素雰囲気で雰囲気を形成しても本発明で意
図する効果を奏するものと判明した。
たＡｒ／Ｏ2 の組成比を３／７としたが、追加的な実験
で確認した結果によれば、微量の酸素、例えばＡｒ／Ｏ
2 の組成比を１／９とするか、又は多くは不活性ガスが
ない完全な酸素雰囲気で雰囲気を形成しても本発明で意
図する効果を奏するものと判明した。
【００５３】
【発明の効果】以上の結果から分かるように本発明によ
って白金蒸着工程を２段階に分けて第１工程で酸素が含
まれた白金層を形成し、第２工程で不活性雰囲気下で前
記白金層上に白金を蒸着させることにより、製造された
白金薄膜は従来の方法で製造された白金薄膜に比べて接
着力が大きく向上されたのみならず、気孔又はヒルロッ
クも現れなかった。また、非抵抗値も純粋な白金薄膜の
ものと殆ど同じ値を有していることがわかる。
って白金蒸着工程を２段階に分けて第１工程で酸素が含
まれた白金層を形成し、第２工程で不活性雰囲気下で前
記白金層上に白金を蒸着させることにより、製造された
白金薄膜は従来の方法で製造された白金薄膜に比べて接
着力が大きく向上されたのみならず、気孔又はヒルロッ
クも現れなかった。また、非抵抗値も純粋な白金薄膜の
ものと殆ど同じ値を有していることがわかる。
【００５４】また、上記実施例のように製造された白金
薄膜が形成されたシリコン基板にシリコン集積回路用薄
膜、強誘電体薄膜、磁性体薄膜、圧伝体薄膜、誘電体薄
膜の中、いずれか一つ以上の薄膜を形成させることもで
きる。
薄膜が形成されたシリコン基板にシリコン集積回路用薄
膜、強誘電体薄膜、磁性体薄膜、圧伝体薄膜、誘電体薄
膜の中、いずれか一つ以上の薄膜を形成させることもで
きる。
【００５５】以上、電極材料で白金薄膜を形成すること
に関して記述したが、このような白金薄膜は初頭にも言
及したようにシリコン集積回路の電極又は強誘電体、磁
性体、圧電体、誘電体薄膜素子の電極で使用可能なもの
は当業者には明白である。併せて、前記白金薄膜の表面
上にシリコン集積回路用の薄膜、強誘電性薄膜、磁性体
薄膜、誘電体薄膜の中、いずれか一つ以上の薄膜を形成
し、これら薄膜を白金薄膜と共に所望の回路パターンで
蝕刻して回路素子を形成できる。特に前記強誘電性薄膜
ではＢＴ（ＢａＴｉＯ3 ）、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ3 ）、Ｐ
ＺＴ（ＰｂＺｒ1-x Ｔｉx Ｏ3 ）、ＰＬＺＴ（Ｐｂ1-x
Ｌａx Ｚｒ1-y Ｔｉy Ｏ3 ）、ＢＳＴ（Ｂａ1-x Ｓｒx
ＴｉＯ3 ）、Ｙ１等が利用できることは当該技術分野に
おいて周知された事実であり、前記蝕刻工程においても
フォトリソグラフィ等の公知された技術が利用されるも
のである。
に関して記述したが、このような白金薄膜は初頭にも言
及したようにシリコン集積回路の電極又は強誘電体、磁
性体、圧電体、誘電体薄膜素子の電極で使用可能なもの
は当業者には明白である。併せて、前記白金薄膜の表面
上にシリコン集積回路用の薄膜、強誘電性薄膜、磁性体
薄膜、誘電体薄膜の中、いずれか一つ以上の薄膜を形成
し、これら薄膜を白金薄膜と共に所望の回路パターンで
蝕刻して回路素子を形成できる。特に前記強誘電性薄膜
ではＢＴ（ＢａＴｉＯ3 ）、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ3 ）、Ｐ
ＺＴ（ＰｂＺｒ1-x Ｔｉx Ｏ3 ）、ＰＬＺＴ（Ｐｂ1-x
Ｌａx Ｚｒ1-y Ｔｉy Ｏ3 ）、ＢＳＴ（Ｂａ1-x Ｓｒx
ＴｉＯ3 ）、Ｙ１等が利用できることは当該技術分野に
おいて周知された事実であり、前記蝕刻工程においても
フォトリソグラフィ等の公知された技術が利用されるも
のである。
【図１】本発明の白金薄膜の形成方法におけるDC/RF マ
グネトロンスパッタリング法を利用した製造工程を示す
フローチャートである。
グネトロンスパッタリング法を利用した製造工程を示す
フローチャートである。
【図２】本発明の白金薄膜の形成方法により形成された
シリコン基板を示す断面図である。 Ａ）熱処理前の状態 Ｂ）熱処理後の状態
シリコン基板を示す断面図である。 Ａ）熱処理前の状態 Ｂ）熱処理後の状態
【図３】本発明の実施例により形成された白金薄膜を示
す電子顕微鏡の写真を模した代用図である。 Ａ）白金薄膜の表面を２０００倍に拡大した電子顕微鏡
の写真を模した代用図 Ｂ）白金薄膜の表面を１００００倍にして拡大した電子
顕微鏡の写真を模した代用図 Ｃ）白金薄膜の断面を２００００倍に拡大した電子顕微
鏡の写真を模した代用図
す電子顕微鏡の写真を模した代用図である。 Ａ）白金薄膜の表面を２０００倍に拡大した電子顕微鏡
の写真を模した代用図 Ｂ）白金薄膜の表面を１００００倍にして拡大した電子
顕微鏡の写真を模した代用図 Ｃ）白金薄膜の断面を２００００倍に拡大した電子顕微
鏡の写真を模した代用図
【図４】実施例における試片＃１１の微細組織を示す電
子顕微鏡の写真を模した代用図である。
子顕微鏡の写真を模した代用図である。
【図５】実施例における試片＃１２の微細組織を示す電
子顕微鏡の写真を模した代用図である。
子顕微鏡の写真を模した代用図である。
【図６】従来技術の白金薄膜の形成方法におけるマグネ
トロンスパッタリング法を利用した製造工程を示すフロ
ーチャートである。
トロンスパッタリング法を利用した製造工程を示すフロ
ーチャートである。
【図７】図６に示す製造工程にて形成されたシリコン基
板を示す断面図である。
板を示す断面図である。
１ シリコンウエハー（Ｓｉ） ２ 絶縁酸化物（ＳｉＯ2 ） ３ 白金薄膜層 ３ａ 酸素が含まれた白金薄膜層 ３ｂ 純粋な白金薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｅ 21/316 21/316 Ｘ 41/08 41/08 Ｄ 41/09 Ｌ (73)特許権者 595178634 23−８ Ｙｏｉｄｏ−Ｄｏｎｇ，Ｙｏｕ ｎｇｄｕｎｇｐｏ−Ｇｕ， Ｓｅｏｕ ｌ， Ｋｏｒｅａ (72)発明者 朴東衍 大韓民国 ソウル特別市 冠岳区 新林 −９洞256−５番地 (72)発明者 河朝雄 大韓民国 ソウル特別市 松坡区 芳▲ 夷▼洞 オリンピックアパート 114棟 1001号 (72)発明者 尹義▲俊▼ 大韓民国 ソウル特別市 冠岳区 奉天 −７洞224−２番地 (72)発明者 金▲文▼弘 大韓民国 ソウル特別市 城北区 三仙 洞 １街296−６番地 (72)発明者 禹賢廷 大韓民国 ソウル特別市 江南区 清潭 洞 三益アパート ３棟 601号
Claims (25)
- 【請求項１】 シリコンウエハー上に白金薄膜を形成す
る方法であって、 シリコンウエハーの表面に絶縁酸化物を形成する絶縁酸
化物形成工程と、 酸化雰囲気中で前記絶縁酸化物上に白金を蒸着すること
により、白金、白金酸化物及び白金粒子に吸着された酸
素からなる混合物薄膜である、酸素が含まれた白金薄膜
を形成する酸化雰囲気蒸着処理工程と、 完全不活性雰囲気中で前記酸素が含まれた白金薄膜上
に、所望の厚さの純粋な白金薄膜を蒸着する不活性雰囲
気蒸着処理工程と、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程及び不活性雰囲気蒸着処理
工程を経たシリコンウエハーを４００℃〜１３００℃の
温度で熱処理し、前記酸素が含まれた白金薄膜層中から
酸素を除去する熱処理工程とを有し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されることを特徴とするシリコンウエハー上
に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項２】 前記絶縁酸化物形成工程にてシリコンウ
エハー上に形成された絶縁酸化物は、ＳｉＯ２，Ａｌ２
Ｏ３又はＭｇＯの内の、何れか一つであることを特徴と
する請求項１記載のシリコンウエハー上に白金薄膜を形
成する方法。 - 【請求項３】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程における酸
化雰囲気は、酸素又は酸素と不活性ガスとから成る混合
ガスであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウ
エハー上に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項４】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、ＤＣ／
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、前記シリコ
ンウエハー上に酸素が含まれた白金薄膜層を形成するこ
とを特徴とする請求項１記載のシリコンウエハー上に白
金薄膜を形成する方法。 - 【請求項５】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、真空蒸
着法により、前記シリコンウエハー上に酸素が含まれた
白金薄膜層を形成することを特徴とする請求項１記載の
シリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項６】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、ＭＯＣ
ＶＤ法により、前記シリコンウエハー上に酸素が含まれ
た白金薄膜層を形成することを特徴とする請求項１記載
のシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項７】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、イオン
メッキ法により、前記シリコンウエハー上に酸素が含ま
れた白金薄膜層を形成することを特徴とする請求項１記
載のシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項８】 シリコンウエハー上の絶縁酸化物と、そ
の絶縁酸化物上の白金薄膜電極とを備え、前記絶縁酸化
物と白金薄膜電極との間に接着層が存在しない半導体素
子の製造方法であって、 シリコンウエハーの表面上にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及び
ＭｇＯからなるグループから選択された絶縁酸化物を形
成する絶縁酸化物形成工程と、 酸化雰囲気中で前記絶縁酸化物上に白金を蒸着すること
により、白金、白金酸化物及び白金粒子に吸着された酸
素からなる混合物薄膜である、酸素が含まれた白金薄膜
を形成する酸化雰囲気蒸着処理工程と、 完全不活性雰囲気中で前記酸素が含まれた白金薄膜上
に、所望の厚さの純粋な白金薄膜を蒸着する不活性雰囲
気蒸着処理工程と、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程及び不活性雰囲気蒸着処理
工程を経たシリコンウエハーを４００℃〜１３００℃の
温度で熱処理し、前記酸素が含まれた白金薄膜層中から
酸素を除去する熱処理工程と、 前記白金薄膜の表面上にシリコン集積回路用の薄膜、強
誘電性薄膜、磁性体薄膜、圧電体薄膜、誘電体薄膜の内
の、いずれか一つ以上の薄膜を形成する薄膜形成工程
と、 前記薄膜形成工程で形成された薄膜及び白金薄膜を蝕刻
して所望の回路パターンを形成する回路パターン形成工
程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記強誘電性薄膜は、ＢＴ（ＢａＴｉＯ
３），ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３），ＰＺＴ（ＰｂＺｒ１−ｘ
ＴｉｘＯ３），ＰＬＺＴ（Ｐｂ１−ｘＬａｘＺｒ１−ｙ
ＴｉｙＯ３），ＢＳＴ（Ｂａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３），
Ｙ１を有するグループから選択されたいずれか一つ以上
であることを特徴とする請求項８記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項１０】 請求項１乃至請求項７の内の、いずれ
か一項による方法によって形成された白金薄膜を備える
シリコン基板であって、絶縁酸化物と白金薄膜の間に接
着層が存在しないことを特徴とするシリコン基板。 - 【請求項１１】 集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上の表面に形成した絶縁層上に白金薄膜を形
成する方法にあって、 酸化雰囲気中で絶縁層上に白金を蒸着することにより、
酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸着処理
工程と、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程を経たシリコンウエハーを
熱処理し、この絶縁層上の酸素が含まれた白金薄膜から
酸素を除去する熱処理工程とを有し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されることを特徴とする集積回路用チップに
使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方
法。 - 【請求項１２】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、接着
層を用いることなく、前記絶縁層上に酸素が含まれた白
金薄膜を形成することを特徴とする請求項１１記載の集
積回路用チップに使用されるシリコンウエハー上に白金
薄膜を形成する方法。 - 【請求項１３】 集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上の表面に形成した絶縁層上に白金薄膜を形
成する方法にあって、 酸化雰囲気中で絶縁層上に白金を蒸着することにより、
酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸着処理
工程と、 この酸化雰囲気蒸着処理工程後に、完全不活性雰囲気中
で前記酸素が含まれた白金薄膜上に、所望の厚さの純粋
な白金薄膜を形成する不活性雰囲気蒸着処理工程と、 この不活性雰囲気処理工程を経たシリコンウエハーを熱
処理し、前記絶縁層上の酸素が含まれた白金薄膜から酸
素を除去する熱処理工程とを有し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されることを特徴とする集積回路用チップに
使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方
法。 - 【請求項１４】 前記熱処理工程を経た白金薄膜が強誘
電性のキャパシタ電極を形成するように、前記シリコン
ウエハーの表面上に形成した絶縁層は、強誘電 性の絶縁
層であることを特徴とする請求項１１又は１３記載の集
積回路用チップに使用されるシリコンウエハー上に白金
薄膜を形成する方法。 - 【請求項１５】 前記シリコンウエハーの表面上に形成
される絶縁層は、このシリコンウエハーの表面上に絶縁
酸化物を形成する絶縁酸化物形成工程で行われることを
特徴とする請求項１１又は１３記載の集積回路用チップ
に使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する
方法。 - 【請求項１６】 前記シリコンウエハー表面上に形成さ
れた絶縁層は、ＳｉＯ ２ 、Ａｌ ２ Ｏ ５ 、ＭｇＯ又はＢＰ
ＳＧの中のいずれか一つを含有することを特徴とする請
求項１１又は１３記載の集積回路用チップに使用される
シリコンウエハー上に白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項１７】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程における
酸化雰囲気は、酸素又は酸素と不活性ガスとから成る混
合ガスであることを特徴とする請求項１１又は１３記載
の集積回路用チップに使用されるシリコンウエハー上に
白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項１８】 前記酸化雰囲気蒸着処理工程は、ＤＣ
／ＲＦスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法又はイ
オンメッキ法のいずれか一つの方法により、シリコンウ
エハー表面の絶縁層上に酸素が含まれた白金薄膜を形成
することを特徴とする請求項１１又は１３記載の集積回
路用チップに使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜
を形成する方法。 - 【請求項１９】 集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上にキャパシタ電極用の白金薄膜を形成する
方法にあって、 シリコンウエハー表面上に絶縁層を形成する絶縁層形成
工程と、 酸化雰囲気中で絶縁層上に白金を蒸着することにより、
酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸着処理
工程と、 この酸化雰囲気蒸着処理工程を経たシリコンウエハーを
４００℃〜１３００℃の温度で熱処理し、前記酸素が含
まれた白金薄膜中から酸素を除去する熱処理工程とを有
し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されて、キャパシタ電極用の白金薄 膜と成す
ことを特徴とする集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上にキャパシタ電極用の白金薄膜を形成する
方法。 - 【請求項２０】 集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上にキャパシタ電極用の白金薄膜を形成する
方法にあって、 シリコンウエハー表面上に絶縁層を形成する絶縁層形成
工程と、 酸化雰囲気中で絶縁層上に白金を蒸着することにより、
酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸着処理
工程と、 酸素のない不活性雰囲気中で酸素が含まれた白金薄膜上
に、所望の厚さの純粋な白金薄膜を形成する不活性雰囲
気蒸着処理工程と、 この不活性雰囲気蒸着処理工程を経たシリコンウエハー
を熱処理し、前記酸素が含まれた白金薄膜中から酸素を
除去する熱処理工程とを有し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されて、キャパシタ電極用の白金薄膜と成す
ことを特徴とする集積回路用チップに使用されるシリコ
ンウエハー上にキャパシタ電極用の白金薄膜を形成する
方法。 - 【請求項２１】 前記熱処理工程を経た白金薄膜が強誘
電性のキャパシタ電極を形成するように、前記シリコン
ウエハーの表面上に形成した絶縁層は、強誘電性の絶縁
層であることを特徴とする請求項１９又は２０記載の集
積回路用チップに使用されるシリコンウエハー上にキャ
パシタ電極用の白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項２２】 前記熱処理工程を経た白金薄膜が強誘
電性のキャパシタ電極を形成するように、前記シリコン
ウエハーの表面上に形成した絶縁層は、ペロブスカイト
構造を有する強誘電性の絶縁層であることを特徴とする
請求項１９又は２０記載の集積回路用チップに使用され
るシリコンウエハー上にキャパシタ電極用の白金薄膜を
形成する方法。 - 【請求項２３】 前記シリコンウエハー表面上に絶縁層
を形成する絶縁層形成工程は、このシリコンウエハー表
面上に絶縁酸化物を形成する絶縁酸化物形成工程である
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載の集積回路用
チップに使用されるシリコンウエハー上にキャパシタ電
極用の白金薄膜を形成する方法。 - 【請求項２４】 強誘電体メモリ素子に使用されるシリ
コンウエハー表面上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程
と、 酸化雰囲気中で絶縁層上に白金を蒸着することにより、
酸素が含まれた白金薄膜を形成する酸化雰囲気蒸着処理
工程と、 この酸化雰囲気を経たシリコンウエハーを４００℃〜１
３００℃の温度で熱処理し、前記酸素が含まれた白金薄
膜中から酸素を除去する熱処理工程とを有し、 前記酸化雰囲気蒸着処理工程で形成された白金薄膜は、
前記熱処理工程の実施後には酸素を含まない純粋な白金
薄膜に転換されることを特徴とする強誘電体メモリ素子
に使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜を形成する
方法。 - 【請求項２５】 前記熱処理工程を経た白金薄膜が強誘
電性のキャパシタ電極を形成するように、前記シリコン
ウエハーの表面上に形成した絶縁層は、強誘電性の絶縁
層であることを特徴とする請求項２４記載の強誘電体メ
モリ素子に使用されるシリコンウエハー上に白金薄膜を
形成する方法。
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