JPH05211326A - 半導体素子用高純度導電性膜およびそれを用いた半導体素子 - Google Patents
半導体素子用高純度導電性膜およびそれを用いた半導体素子Info
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- JPH05211326A JPH05211326A JP4003316A JP331692A JPH05211326A JP H05211326 A JPH05211326 A JP H05211326A JP 4003316 A JP4003316 A JP 4003316A JP 331692 A JP331692 A JP 331692A JP H05211326 A JPH05211326 A JP H05211326A
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Abstract
/cm3 以下であることを特徴とする半導体素子用高純度
導電性膜、およびそれを用いた半導体素子である。 【効果】本発明の金属および金属化合物からなる導電性
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、半導体素子のリーク電流を低く抑
える効果が発揮され、信頼性が高い半導体素子が得られ
る。
Description
トバリアー層またはゲート電極などを形成する高純度導
電性膜に関する。
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。
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の横方向の寸法の縮小を
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0.5
μm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。
しては、特に次の不純物が半導体素子に悪影響をおよび
ぼすおそれがあるとされ、その低減化が図られている。
準位の発生) Na,KはSiO2 中を拡散し易い元素であり、デバイ
スの製造プロセス中にSiとゲート絶縁膜(SiO2 )
の界面に移動し、その一部はイオン化して正電荷になっ
て、界面準位を発生させる。このような界面における電
荷はチャンネルを流れるキャリアーなどSi中の電荷を
トラップして問題となる。
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。
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−SiO2 界面に集ま
り、界面準位の発生や、閾値電圧の原因となる。
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/cm3 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
特性の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。
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、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かくな
り、またSiO2 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SiO2 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。
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。
中のAl含有量が原子数で1×1018個/cm3 以下であ
ることを特徴とする半導体素子用高純度導電性膜であ
る。また導電体中のAl含有量が原子数で1×1018個
/cm3 以下である半導体素子用高純度導電性膜におい
て、導電体が、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種の金属からなることを特徴
とする半導体素子用高純度導電性膜である。また導電体
中のAl含有量が原子数で1×1018個/cm3 以下であ
る半導体素子用高純度導電性膜において、導電体が、T
i,W,Mo,Zr,Hf,Ta,V,Nb,Ir,F
e,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なることを特徴とする半導
体素子用高純度導電性膜である。および導電体中のAl
含有量が原子数で1×1018個/cm3 以下である半導体
素子用高純度導電性膜において、導電体が、Ti,W,
Ta−W合金のいずれかの窒化物からなることを特徴と
する半導体素子用高純度導電性膜である。また前記膜を
用いてなることを特徴とする半導体素子である。
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A
l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。
1018個/cm3 以下としたのは、1×1018個/cm3 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A
lの影響を受け易くなり、リーク電流は増加するが、1
×1018個/cm3 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。
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。
o,W,TiSi2 ,CoSi2 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。
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、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Al2 O3 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/cm3以下であ
れば、上述のようなAl2 O3 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。
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。
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A
l含有量を抑制する。スパッタリングターゲット中のA
lの濃度と膜中のそれとは相関関係があり、例えば、T
i−W合金、Moシリサイド膜中のAl原子の含有量を
1×1018個/cm3 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1
ppm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。
び、高融点金属からなる合金、および請求項3に記載し
た金属の珪化物で導電製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/cm3 以下に抑えることができる。請求項
4に記載した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,T
i−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1p
pm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/cm3)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。
る。その場合はCVD用のガス中のAl濃度を低減する
ことにより膜中のAl含有量を低い値に抑えることがで
きる。
る。
上にTi−Wからなる導電性膜としてのコンタクトバリ
アー層1を形成し、さらにその上に配線膜としてのAl
層4を形成したダイオードを半導体素子として作成し
た。このダイオードのソース−ドレイン領域の接合深さ
は約0.3μm、開孔部の面積は1.5×1.5μm2
である。このダイオードは半導体素子のコンタクト部を
モダル化し、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。
うに形成した。
の高純度W粉末と最大粒径50μm以下(平均粒径30
μm)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/cm2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。
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。
0μm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。
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
3 、1×1018個/cm3 、1×1019個/cm3 であっ
た。また膜厚はそれぞれ約80nmである。
l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/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1018個/cm3 、
曲線CはAl含有量が1×1017個/cm3 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/cm3 以下、アル
カリ金属が5×1016個/cm3 以下と充分に低い値であ
る。
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。
1と同様な構成のダイオードを用いてMo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係を
調べた。導電性膜としてのMoコンタクトバリアー層は
Al濃度0.1ppm以下のMoCl5 ガスにAlを微
量(約50ppm)を添加したガスおよび、Al濃度
0.1ppm以下のMoCl5 ガスを用いてCVD法で
形成した。各バリアー層をフレームレス原子吸光法で測
定したところ、各Mo膜中のAl含有量は原子数で、そ
れぞれ3×1018個/cm3 、3×1017個/cm3 であっ
た。また膜厚は約100nmである。Al含有量の測定は
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。
1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が3×1017個/
cm3 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。いずれの膜においてもMo以外の重金
属元素の含有量は1×1017個/cm3 以下、アルカリ金
属が5×1016個/cm3 以下で同程度に充分低い値であ
る。図2から明らかなように、Al含有量を所定値(1
×1018個)以下に低減したB曲線に示すダイオードに
よれば、リーク電流の増加を効果的に抑制することがで
きる。
と同様な構成のダイオードを用いてWコンタクトバリア
ー層中のAl含有量とpn接合リーク電流の関連性を調
べた。導電性膜としてのWコンタクトバリアー層は、
0.1ppm以下のWF6 ガスに微量のAl(60pp
m)を添加したガスおよびAl濃度が0.1ppm以下
のWF6 ガスをそれぞれ用いてCVD法により形成し
た。それぞれのW膜中のAl含有量は、フレームレス原
子吸光法で測定したところ、0.5×1019個/cm3 、
4×1017個/cm3 であった。また膜厚は約80nmであ
る。各測定は全て実施例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。
5×1019個/cm3 、曲線BはAl含有量が4×1017
個/cm3 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W以
外の重金属元素の含有量は1×1017個/cm3 以下、ア
ルカリ金属が3×1016個/cm3 以下と充分に低い値で
ある。図3の曲線Bから明らかなように、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。
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p
n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%T
a−Ir複合ターゲットを用いて行なった。各バリアー
層についてフレームレス原子吸光法で測定したところ、
それぞれの膜中のAl含有量は、8×1018個/cm3 、
4×1017個/cm3 であった。また膜厚は約90nmであ
る。各測定は実施例1と同様の方法で行なった。逆バイ
アス電圧に対するpn接合リーク電流値の測定結果を図
4に示す。
1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が4×1017個/
cm3 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/cm3 以下、アル
カリ金属が0.5×1016個/cm3 以下と充分に低い値
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。
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、10p
pmである61wt%Ni−Nb複合ターゲットを用い
て行なった。各バリアー層についてフレームレス原子吸
光法で測定したところ、それぞれのNi−Nbアモルフ
ァスコンタクトバリアー膜中のAl含有量は、1.5×
1019個/cm3 、1×1017個/cm3 であった。また膜
厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で
行なった。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流
値の測定結果を図5に示す。
×1019個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1017個
/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属
が3×1016個/cm3 以下と共に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。
有し、他は実施例1と同様な構成のダイオードと測定方
法とを用いて、Fe−Wアモルファスコンタクトバリア
ー層中のAl含有量とpn接合リーク電流との関連性を
調べた。Fe−Wアモルファスコンタクトバリアー層の
形成は、Al濃度がそれぞれ150ppm、15ppm
である23.3wt%Fe−W複合ターゲットを用いて
行なった。各バリアー層についてフレームレス原子吸光
法で測定したところ、それぞれのFe−Wアモルファス
コンタクトバリアー膜中のAl含有量は、2.6×1018
個/cm3 、1×1017個/cm3 であった。また膜厚は約
90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なっ
た。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流値の測
定結果を図6に示す。
6×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1017
個/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属
が0.5×1016個/cm3 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。
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%T
i−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。
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T
i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。
は、KCl−NaCl電解浴(KCl:16重量%、Na
Cl: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T
iの表面に残存するAlを除去するために、さらにNa
OH溶液で洗浄し、水洗い後5×10-5mbar、出力30
KWの条件下でエレクトロンビーム溶解(EB溶解)を
行ない直径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15
0ppm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。
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/cm3 、1×1017個/cm3 であった。また膜厚は約
90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で行なっ
た。逆バイアス電圧に対するpn接合リーク電流値の測
定結果を図7に示す。
1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1017個/
cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属が1×1
016個/cm3 以下と充分に低い値である。図7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。
m以下の高純度Si粉末とを70.8wt%W−Siと
なるように配合し、高純度Arガスで置換したボールミ
ルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN離
型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、この
型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホット
プレス装置内に挿入し、5×10-4Torr以下の真空中に
おいて、1250℃×2hr、押圧力50kg/cm2 でシ
リサイド合成、1350℃×5hrで脱酸素および脱炭
素後、1400℃×5hr、押圧力270kg/cm2 で緻
密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工
して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。
このターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.3
ppmであった。
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。
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2.5×10
18個/cm3 、1×1016個/cm3 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8に示す。
5×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1016
個/cm3 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/cm3以下、アルカリ金属が3×
1016個/cm3 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。
μm以下の高純度Si粉末とを63.1wt%Mo−Si
となるように配合し、高純度Arガスで置換したボール
ミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN
離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、こ
の型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホッ
トプレス装置内に挿入し、5×10-4Torr以下の真空中
において、1100℃×2hr、押圧力40kg/cm2 で
シリサイド合成、1350℃×5hrで脱酸素および脱
炭素後、1400℃×5hr、押圧力280kg/cm2 で
緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加
工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げ
た。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、
0.4ppmであった。
20ppm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。
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2×1
019個/cm3 、1×1018個/cm3 、1×1016個/cm3
であった。また膜厚は約90nmである。各測定は実施例
1と同様の方法で行なった。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。
1019個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1018個/
cm3 、曲線CはAl含有量が1×1016個/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属が5×1016個/cm
3 以下である。図9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。
μm以下の高純度Si粉末とを76.3wt%Ta−Si
となるように配合し、高純度Arガスで置換したボール
ミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN
離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、こ
の型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホッ
トプレス装置内に挿入し、5×10-4Torr以下の真空中
において、1150℃×3hr、押圧力60kg/cm2 で
シリサイド合成、1300℃×5hrで脱酸素および脱
炭素後、1360℃×5hr、押圧力280kg/cm2 で
緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加
工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げ
た。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、
0.4ppmであった。
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。
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
/cm3 、2×1016個/cm3 、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10に示す。
×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が2×1016個
/cm3 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/cm3以下、アルカリ金属が5×1
016個/cm3 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。
μm以下の高純度Si粉末とを51.1wt%Ni−Si
となるように配合し、高純度Arガスで置換したボール
ミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN
離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、こ
の型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホッ
トプレス装置内に挿入し、5×10-4Torr以下の真空中
において、750℃×3hr、押圧力50kg/cm2 でシ
リサイド合成、900℃×5hrで脱酸素および脱炭素
後、940℃×5hr、押圧力280kg/cm2 で緻密化
焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加工して
直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げた。この
ターゲット中のAl濃度を分析したところ、0.5pp
mであった。
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。
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
/cm3 、3×1016個/cm3 であった。また膜厚は約9
0nm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11に示
す。
×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が3×1016個
/cm3 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/cm3以下、アルカリ金属の含有
量が1×1016個/cm3 以下である。図11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。
μm以下の高純度Si粉末とを51.2wt%Co−Si
となるように配合し、高純度Arガスで置換したボール
ミルで48時間混合した。次に黒鉛製の成形用型にBN
離型剤を塗布し、さらにその表面にTa板を張付け、こ
の型内に前記混合粉末を充填した。この成形用型をホッ
トプレス装置内に挿入し、5×10-4Torr以下の真空中
において、1000℃×3hr、押圧力40kg/cm2 で
シリサイド合成、1150℃×5hrで脱酸素および脱
炭素後、1240℃×5hr、押圧力280kg/cm2 で
緻密化焼結した。得られた焼結体を研削研磨し、放電加
工して直径260mm、厚さ6mmのターゲットに仕上げ
た。このターゲット中のAl濃度を分析したところ、
0.6ppmであった。
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。
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/cm3 、2×1016個/cm3 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1
2に示す。
0.5×1019個/cm3 、曲線BはAl含有量が2×1
016個/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属
の含有量が1×1016個/cm3 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。
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150pp
m、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%+N2 50%
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。
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。
ットは、実施例7と同様な方法で調製したものである。
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7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。
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/cm3 、1×1018個/cm3 、1×1017個/cm
3 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13に示す。
×1019個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1018個
/cm3 、曲線CはAl含有量が1×1017個/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属の含有量は5×1
016個/cm3 以下と充分に低い値である。図13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。
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1
50ppm、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(D
C)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%+N2 5
0%のガスを5×10-3Torr導入し、DC電流出力35
0W(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。
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/cm3 、1×1017個/cm3 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14に示す。
×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1017個
/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金
属の含有量は3×1016個/cm3 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。
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%+N2 50%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。
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/cm3 、2×1017個/cm3 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15に示す。
×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が2×1017個
/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属の含有量は1×10
16個/cm3 以下である。図15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。
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170p
pm、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%+N2 50%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、3×1
018個/cm3 、1×1017個/cm3 であった。また各膜
厚は約90nmである。各測定は実施例1と同様の方法で
行なった。それぞれのダイオードについて逆バイアス電
圧に対するpn接合のリーク電流値の測定結果を図16
に示す。
×1018個/cm3 、曲線BはAl含有量が1×1017個
/cm3 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/cm3 以下、アルカリ金属の
含有量は1×1016個/cm3 以下である。図16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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
のダイオードの構成例を示す概略図。
Claims (5)
- 【請求項1】 導電体中のAl含有量が原子数で1×1
018個/cm3 以下であることを特徴とする半導体素子用
高純度導電性膜。 - 【請求項2】 請求項1において、導電体が、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種の金属からなることを特徴とする半導体素子用高純
度導電性膜。 - 【請求項3】 請求項1において、導電体が、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なることを特徴とする半導体素
子用高純度導電性膜。 - 【請求項4】 請求項1において、導電体が、Ti,
W,Ta−W合金のいずれかの窒化物からなることを特
徴とする半導体素子用高純度導電性膜。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかの高純度導
電性膜を用いてなることを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4003316A JP3021900B2 (ja) | 1991-01-25 | 1992-01-10 | 半導体素子用高純度導電性膜,それを用いた半導体素子および半導体素子用高純度導電性膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-7972 | 1991-01-25 | ||
JP797291 | 1991-01-25 | ||
JP4003316A JP3021900B2 (ja) | 1991-01-25 | 1992-01-10 | 半導体素子用高純度導電性膜,それを用いた半導体素子および半導体素子用高純度導電性膜の形成方法 |
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JP02125598A Division JP3144479B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 半導体素子用高純度導電性膜およびそれを用いた半導体素子 |
JP04198899A Division JP3398611B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 半導体素子用高純度導電性膜およびそれを用いた半導体素子 |
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---|---|---|---|---|
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-
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- 1992-01-10 JP JP4003316A patent/JP3021900B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP4543012B2 (ja) * | 2006-06-07 | 2010-09-15 | 株式会社東芝 | 高純度Ti−W材から成るターゲット |
JP4543011B2 (ja) * | 2006-06-07 | 2010-09-15 | 株式会社東芝 | 高純度wシリサイド材から成るターゲット |
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