JPH0860350A

JPH0860350A - 高純度金属材の製造方法、スパッタターゲットの製造方法および配線網の形成方法

Info

Publication number: JPH0860350A
Application number: JP7185142A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishigami; 隆石上; Mitsuo Kawai; 光雄河合; Minoru Obata; 稔小畑; Michio Sato; 道雄佐藤; Takashi Yamanobe; 尚山野辺; Toshihiro Maki; 利広牧; Shigeru Ando; 茂安藤; Noriaki Yagi; 典章八木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積化された半導体素子の電極やコンタク
ト部の形成にあたっては接合リーク等の発生を防止する
ことが可能で、またバリヤ層の形成にあたってはその機
能低下を防止することが可能な高純度金属材が求められ
ている。【解決手段】Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆから選ばれた 1種
の金属からなる高純度金属材の製造方法であって、まず
上記金属を主とする粗金属材をヨウ化物分解法によって
精製する。あるいは、溶融塩電解法で得られた上記金属
を主とする粗金属材に対して表面処理を施し、粗金属材
表面に存在する汚染層を除去する。この後、上記精製さ
れた金属材あるいは表面処理が施された粗金属材を、高
真空下で電子ビーム溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電
極、コンタクト部、バリヤ層等を形成する際に用いるタ
ーゲット材等として好適な高純度金属材の製造方法およ
びスパッタターゲットの製造方法、さらには配線網の形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩのような半導体素子の配線層や電
極の形成材料としては、例えばＡｌの他に、Ｍｏ、Ｗ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の高融点金属のシリサイド化
合物が使用されている。また、半導体素子の高集積化は
さらに進む傾向にあり、これにより配線構造がさらに微
細化し、種々の問題が発生することが懸念されている。
例えば、Ａｌ配線では配線が微細化し、電流密度が増加
することによって、Ａｌ原子が電子の運動方向に運ばれ
る、エレクトロマイグレーションの発生や、動作発熱の
増加を招く。これらによって、Ａｌ配線では断線が発生
しやすくなるという問題が生じる。また、配線の微細化
による配線抵抗の増加は、信号の遅延問題を引き起こ
す。そこで、配線材料や電極材料として、高融点である
と同時に低抵抗であること等から、特にＴｉシリサイド
が注目されている。

【０００３】Ｔｉシリサイドを例えば電極として用いる
場合、まずポリシリコン膜上にＴｉの薄膜をスパッタ法
等によって形成する。次に、Ｔｉ薄膜に熱処理を施すこ
とによって、Ｔｉをシリサイド化する。このようないわ
ゆるポリサイド構造が用いられている。また、同時に自
己整合的にコンタクト部をＴｉシリサイドとし、コンタ
クト抵抗を下げる試みがなされている。さらに、コンタ
クト部にはＡｌ配線中へのＳｉの析出を防止するため
に、拡散バリヤ層として例えばＴｉＮ膜が介在される。
このため、Ａｌ／ＴｉＮ／ＴｉＳｉ₂等の積層構造が用
いられている。ＴｉＮ膜は、反応性スパッタ等により形
成される。

【０００４】上述したように、ＴｉＮ膜やＴｉＳｉ₂膜
の形成には、スパッタ法が利用されている。このため、
Ｔｉ材によるタ―ゲットの作製が必須となる。この場合
のＴｉターゲットは、高純度であることが重要である。
例えば、Ｔｉターゲットに不純物として酸素が含有され
ている場合には、形成された薄膜の電気抵抗が大きくな
り、信号の遅延や配線の断線等の事故を招く。また、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｒのような重金属は、積層膜の界面に集っ
てディープレベルを形成し、接合リークの要因となる。
Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属は、Ｓｉ中を容易に移動
して素子特性を劣化させる。

【０００５】ところで、上記Ｔｉタ―ゲットを構成する
Ｔｉ材の製造方法としては、一般にＴｉＣｌ₄のような
Ｔｉ化合物をＮａ、Ｍｇのような活性金属で熱還元する
方法で、クロール(Kroll) 法、ハンター(Hunter)法と呼
ばれている方法や、例えばＫＣｌやＮａＣｌ等の塩を用
いた溶融塩電解法等が採用されている。近年の金属の精
製技術の進歩や製造工程の管理により、重金属等の不純
物の混入は極力抑えられるようになってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような重金属量等を極力低減したＴｉターゲットを使
用して、電極やコンタクト部に用いられるＴｉＳｉ₂膜
等を形成した場合においても、配線が微細化されること
によって、接合リークを十分に防止することができない
という問題が起きている。これは、半導体素子の信頼性
の低下要因となる。また、ＴｉＮ膜等からなるバリヤ層
においても、同様に配線が微細化され、電流密度が高く
なることによって、バリヤ層としての機能が損なわれ、
ジャンクションリーク等を招いてしまうという問題が起
きている。このような問題は、今後半導体素子の集積度
が進むにつれて、さらに大きな問題となることが予想さ
れる。これらの問題は、Ｔｉターゲットを使用して電極
層やバリア層を形成する場合に限らず、ＺｒやＨｆを用
いてそれらを形成する場合においても、同様に生じるも
のである。

【０００７】本発明は、このような課題に対処するため
になされたものであって、高集積化された半導体素子の
電極やコンタクト部を形成する際に、接合リーク等の発
生を十分に防止することが可能で、またバリヤ層の形成
にあたっては、その機能の低下を防止することが可能な
高純度金属材の製造方法を提供することを目的としてい
る。また、本発明の他の目的は、信頼性に優れた電極、
コンタクト部、バリア層等を再現性よく形成することを
可能にしたスパッタターゲットの製造方法、さらにはそ
のような電極、コンタクト部、バリア層等を有する配線
網を再現性よく形成することを可能にした配線網の形成
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
目的を達成するために、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等のターゲッ
ト中の不純物について検討を進めた結果、上述したよう
な問題が従来ターゲット中の不純物としてはあまり重視
されていなかった、Ａｌに起因するという知見を得た。
つまり、半導体素子の電極、コンタクト部、バリヤ層等
をスパッタ法によって形成する際に使用されるＴｉ等の
ターゲットでは、重金属やアルカリ金属等の他に、Ａｌ
量を極力低減する必要があることが明らかとなった。た
だし、前述したような従来の製造方法では、Ａｌ量を充
分に低減することができず、多いものではＡｌが200ppm
程度存在し、高集積化された半導体素子用の形成材料と
しては到底使用し得ることができない。

【０００９】本発明の高純度金属材の製造方法は、Ｆ
ｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量が10ppm 以下であ
り、かつＡｌ含有量が10ppm 以下の、チタン、ジルコニ
ウムおよびハフニウムから選ばれた 1種の金属からなる
高純度金属材を製造する方法である。このようなＡｌ量
を極度に低下させた高純度金属材は、ヨウ化物分解法を
用いることによりＡｌを効果的に低減することが可能で
あること、および溶融塩電解法で得られた粗Ｔｉ粒等に
含まれるＡｌは表層部に特に集中して存在し、これを表
面処理技術を用いて除去することにより、Ａｌを効果的
に低減することが可能であることを見出だしたことによ
って、始めて達成されたものである。

【００１０】すなわち、本発明における第１の高純度金
属材の製造方法は、チタン、ジルコニウムおよびハフニ
ウムから選ばれた 1種の金属を主とする粗金属材をヨウ
化物分解法によって精製する工程と、この精製された金
属材を高真空下で電子ビーム溶解する工程とを有するこ
とを特徴としている。

【００１１】第２の高純度金属材の製造方法は、溶融塩
電解法で得られた、チタン、ジルコニウムおよびハフニ
ウムから選ばれた 1種の金属を主とする粗金属材に対し
て表面処理を施し、前記粗金属材表面に存在する汚染層
を除去する工程と、前記表面処理が施された粗金属材を
高真空下で電子ビーム溶解する工程とを有することを特
徴としている。

【００１２】また、本発明のスパッタターゲットの製造
方法は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量が10pp
m 以下であり、かつＡｌ含有量が10ppm 以下の、チタ
ン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれた 1種の
高純度金属材を、任意の形状に加工することを特徴とし
ている。

【００１３】上記高純度金属材は、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ、
ＵＬＳＩ等のための配線材料として有用である。すなわ
ち、本発明の配線網の形成方法は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣ
ｒの各元素の含有量が10ppm 以下であり、かつＡｌ含有
量が10ppm 以下の、チタン、ジルコニウムおよびハフニ
ウムから選ばれた 1種の金属からなる高純度金属材か
ら、半導体基板上に薄膜を形成する工程と、所望の配線
形状に応じて、前記薄膜の不要部分をエッチング除去す
る工程とを有することを特徴としている。配線網は、例
えば上記した金属を用いて形成された珪化物や窒化物等
からなるものである。なお、上記した配線網は、半導体
素子の電極、コンタクト部、バリヤ層等の配線網を含む
ものである。

【００１４】本発明においては、例えば粗金属材をヨウ
化物分解法によって精製するか、あるいは溶融塩電解法
で得られた粗金属材等に表面処理を施して、粗金属材表
面に存在する汚染層を除去した後、高真空下で電子ビー
ム溶解を行って高純度金属材を得ているため、Ｆｅ、Ｎ
ｉおよびＣｒの各元素の含有量を10ppm 以下と低減し、
さらにＡｌの含有量を 10ppm以下というように、極めて
減少させたチタン材、ジルコニウム材、あるいはハフニ
ウム材を得ることができる。このように、Ａｌ含有量を
低減した高純度金属材を用いて、半導体素子の電極やコ
ンタクト部、さらにはバリア層等を形成することによっ
て、接合リークや機能低下を防止することが可能とな
る。よって、信頼性に優れた半導体素子や半導体パッケ
ージが得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について詳細に説明する。

【００１６】本発明による高純度金属材、すなわち高純
度Ｔｉ材、高純度Ｚｒ材、あるいは高純度Ｈｆ材は、Ａ
ｌの含有量が10ppm 以下であることを基本とするもので
あるが、他の不純物についても同様に低減されたもので
ある。例えば、酸素含有量は250ppm 以下、Ｆｅ、Ｎｉ
およびＣｒの各元素の含有量は10ppm 以下、Ｎａおよび
Ｋの各元素の含有量は 0.1ppm 以下である。また、Ｕお
よびＴｈの含有量はいずれも0.001ppm以下とするのが好
ましい。

【００１７】ここで、Ａｌの含有量を上記範囲に規定し
たのは、半導体素子の電極、コンタクト部、バリア層を
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの化合物で形成する際、用いるターゲ
ット中のＡｌ含有量が 10ppmを超えると、リークによる
素子不良の頻度が急激に増加するためである。このこと
は、本発明者らによって初めて明らかにされたものであ
る。Ａｌ含有量のより好ましい範囲としては5ppm以下で
あり、さらに好ましくは1ppm以下である。

【００１８】このような本発明による高純度金属材は、
前述した第１および第２の高純度金属材の製造方法のい
ずれかを適用することによって得ることができる。

【００１９】まず、第１の製造方法について詳細に述べ
る。第１の製造方法においては、まず粗金属材をヨウ化
物分解法によって精製する。ここで、ヨウ化物分解法に
ついてＴｉを例とし、図１を参照して説明する。図１
は、ヨウ化物分解法によるＴｉ材の精製装置の一例を示
す図である。原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とを収容する反応
容器１は、恒温槽２内に設置されており、この反応容器
１内には接続子３ａ、３ｂを介して電源４に接続された
フィラメント５が配置されている。

【００２０】ヨウ化物分解法は化学輸送法の一種であ
り、下記の (1)式および (2)式の反応を利用してＴｉの
精製が行われる。

【００２１】Ｔｉ＋ 2Ｉ₂ → ＴｉＩ₄ …(1) (100℃〜 250℃あるいは 450℃〜 600℃）ＴｉＩ₄ → Ｔｉ＋ 2Ｉ₂ …(2) （1100℃〜1500℃）すなわち、反応容器１内に原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とを
投入し、フィラメント５を通電加熱によって1100℃〜15
00℃の範囲の温度に加熱した状態で、反応容器１内を 1
00℃〜 250℃あるいは 450℃〜 600℃の温度に保持す
る。これにより、まず原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とが上記
(1)式にしたがって反応し、ＴｉＩ₄が生成される。こ
のＴｉＩ₄は揮発性物質であるために、フィラメント５
に到達したところで、上記 (2)式にしたがって再びＴｉ
とヨウ素とに分解し、Ｔｉのみがフィラメント５に析出
する。原料中の不純物のうち、Ｔｉよりも反応性の低い
元素は大部分が原料中に残存する。また、ヨウ化物を形
成しやすい不純物でも、上記した反応容器内温度におい
て、その蒸気圧が低い元素はフィラメント中に混入しな
いし、仮に十分な蒸気圧を有するヨウ化物でも、反応容
器内の圧力や解離温度を調節することにより、フィラメ
ントへの混入を防止することができる。

【００２２】以上のように、ヨウ化物分解法は、反応容
器温度、容器内圧力、フィラメント温度等のパラメータ
を調節することにより、特定不純物の濃度を効果的に低
減できるという利点を有している。そして、Ａｌについ
ては、上記 (1)式の反応容器内の温度範囲において、ヨ
ウ素との反応性がＴｉより十分に低いため、効率的にＴ
ｉ中より除去することができる。このように、Ｔｉヨウ
化物の生成、解離反応のプロセスによってＴｉの精製が
行われ、Ａｌ量を大幅に低減したＴｉ材が得られる。な
お、この場合、原料にはなるべくＡｌ成分が少ないもの
を選ぶこと、および反応容器にもＡｌ含有量の少ない材
料を選ぶことが重要である。ＺｒおよびＨｆについても
同様である。

【００２３】上記ヨウ化物分解法で原料として使用する
粗Ｔｉ材としては、クロール法、ハンター法、溶融塩電
解法等の各種製造方法によって得られたＴｉ材を適用す
ることが可能であるが、溶融塩電解法によって得たＴｉ
材を用いることが好ましい。これは、ヨウ化物分解法に
より精製したＴｉの純度は原料の純度をある程度反映す
るため、より純度の高いＴｉ材が得られる溶融塩電解法
を利用することにより、さらに高純度化が達成されるた
めである。

【００２４】本発明の第１の製造方法においては、上記
ヨウ化物分解法によって粗金属材の精製を行った後、例
えば 5×10^-5mbar以下というような高真空下で電子ビー
ム溶解（以下、ＥＢ溶解と記す）することにより、最終
的にＡｌやＮａ、Ｋが除去され、高純度金属材が得られ
る。ＥＢ溶解は、蒸気圧の差を利用して不純物を分離す
る方法であり、特に蒸気圧の高いＡｌ、Ｎａ、Ｋ等の精
製効果が高い。

【００２５】ＥＢ溶解炉においては、炉内を 5×10^-5mb
ar以下、好ましくは 2×10^-5mbar以下の真空度に保持
し、かつフレオンバッフルで拡散ポンプオイルの炉内へ
の混入を防止しつつ、各金属材のＥＢ溶解を行うことが
好ましい。また、ＥＢ溶解時における操作条件は格別限
定されるものではないが、Ｎａ、Ｋの精製効果や酸素の
汚染吸収を考慮して、溶解速度を選定することが求めら
れる。例えば1.75kg／時間〜 2.3kg／時間程度が好まし
い条件である。なお、ＥＢ溶解時の電極はそれぞれの金
属材が析出したフィラメントを直接使用する。

【００２６】このようにヨウ化物分解法で精製されたＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の金属材は、ＥＢ溶解によりさらに精
製される。また、溶解は高真空下で行われるため、酸素
や窒素による汚染も少なく、高純度の金属材が得られ
る。

【００２７】次に、本発明の第２の高純度金属材の製造
方法について述べる。

【００２８】この第２の製造方法においては、まず溶融
塩電解法によって粗金属粒を作製する。原料の金属材料
としては、例えばスポンジＴｉ等を用いる。また、電解
浴としてはＫＣｌ−ＮａＣｌ等が好ましい。電解温度は
730℃〜 755℃、電圧は6.0V〜 8.0V 程度が好適であ
る。ここで、溶融塩電解法によって得られる粗Ｔｉ粒等
の粗金属材は、表面近傍にＡｌを含む金属元素や酸素等
の不純物が集中して存在するため、この表面汚染層を選
択的に除去する。

【００２９】この表面汚染層の除去方法としては、(a)
酸やアルカリ等による表面処理法、(b) 表面層だけ
ヨウ素、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンと反応させて
揮発分離する方法、等が例示される。

【００３０】上記 (a)の方法は、表面層の再汚染（特に
酸素）を防止する上で、アルゴンガス雰囲気のような不
活性雰囲気中で処理した後、純水で洗浄、乾燥すること
により行うことが好ましい。使用する処理液としては、
フッ酸、硝酸、塩酸、あるいはこれらの混酸等の酸液
や、水酸化ナトリウム溶液のようなアルカリ溶液が用い
られる。また、溶融塩電解法によれば、重金属類の除去
を比較的容易に行うことが可能であるため、表面近傍に
存在するＡｌのみを選択的に除去するようにしてもよ
い。この場合には、塩酸や水酸化ナトリウム溶液が効果
的である。

【００３１】また、上記 (b)の方法は、例えば図１に示
したヨウ化物分解法による精製装置内に溶融塩電解法に
よって得られた粗金属材を収容し、ハロゲンをガス状態
で導入した後、反応容器内の温度を上げて一定時間保持
することにより、粗金属材の表面とハロゲンとを反応さ
せ、この生成物を吸引除去することによって実施され
る。反応容器温度が充分に高い場合、ほとんどの金属不
純物のハロゲン化物は蒸気圧が高いことから、容易に反
応容器外に運び出される。このような操作を繰り返し行
うことによって、粗金属材表面の汚染層は徐々に取り除
かれる。

【００３２】これらの方法によって除去する表面汚染層
は、表面から 5μm 以上とすることが好ましく、さらに
好ましくは10μm 以上である。また、比較的粒径の大き
いＴｉ粒等を選択して用いることにより、比表面積が小
さくなることから、Ａｌを含む不純物量を相対的に減少
させることができる。これにより、表面汚染層の除去が
より効果的に行える。また、表面汚染層の除去処理後に
篩分けを実施し、比較的粒径の大きいＴｉ粒を選択的に
使用しても、同様な効果が得られる。

【００３３】このようにして表面汚染層の除去処理後
に、前記した第１の製造方法と同様に、高真空下でＥＢ
溶解し、最終的に内部のＡｌやＮａ、Ｋ等の除去を行
い、高純度金属材を得る。ここで、通常ＥＢ溶解を行う
際には、得られたＴｉ粒等をプレス成形によって圧縮し
て固形化し、これを電極としてＥＢ溶解することが考え
られる。しかし、その場合は工具、成形時の変形による
再汚染の発生が考えられるため、本発明においては、こ
の再汚染を防止するために、Ｔｉ粒等をそのまま真空中
で、バイブレーター式グラニュー投入した後、ＥＢ溶解
を実施することが好ましい。

【００３４】また、上記した溶融塩電解により得た金属
材の表面汚染層の除去処理は、上記第１の製造方法にお
いて溶融塩電解によるＴｉ材を原料Ｔｉ材として用いる
際にも有効な処理である。つまり、表面汚染層の除去処
理を施した溶融塩電解によるＴｉ材をヨウ化物分解法に
よって精製する。次に、この精製されたＴｉ材をＥＢ溶
解する。これにより、ヨウ化物分解法による精製効率を
よりいっそう高めることが可能となる。なお、ヨウ化物
分解法の前処理としては、同一装置内で実施することが
可能であることから、上記 (b)の方法を採用することが
好ましい。

【００３５】このようにして、第１の製造方法または第
２の製造方法のいずれかを採用して得られる金属材は、
Ａｌ含有量が10ppm 以下を満足すると共に、他の不純物
についても同様に低減され高純度を満足するものとな
る。他の不純物は、例えば酸素含有量が250ppm以下（さ
らに好ましくは200ppm以下）、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各元
素の含有量がそれぞれ10ppm 以下（さらに好ましくは5p
pm以下）、Ｎａ、Ｋの各元素の含有量がそれぞれ0.1ppm
以下（さらに好ましくは 0.05ppm以下）となる。また、
本発明のスパッタターゲットの製造方法においては、ま
ず上記製造方法によって得た高純度Ｔｉ材、高純度Ｚｒ
材、あるいは高純度Ｈｆ材を、それらの再汚染を防止し
つつ、任意の形状に冷間鍛造する。上記鍛造工程は、ガ
ス吸収性の高い例えばＴｉ材の性質を考慮し、吸収ガス
による再汚染を防止する上で、冷間（室温近傍）で行う
ことが好ましい。このように、冷間での加工が可能とな
るのは、高純度を満足することによって、加工性が向上
するためである。この後、機械加工によって所定のター
ゲット形状とすることによって、スパッタターゲットが
得られる。

【００３６】

【実施例】次に、本発明による高純度金属材およびスパ
ッタターゲットの具体的な製造例およびその評価結果に
ついて説明する。まず、本発明の第１の高純度金属材の
製造方法を適用した各例について述べる。

【００３７】実施例１原料となる粗Ｔｉ材として、クロール法により製造した
スポンジＴｉを用意した。次いで、このスポンジＴｉを
図１に示したヨウ化物分解法を適用した精製装置の反応
容器１内に投入し、ヨウ素を 0.2g/ｌの割合で収容し
た。そして、フィラメント５の温度を1400℃に、また反
応容器１の温度を 600℃に設定し、上記スポンジＴｉを
ヨウ化物分解法によって精製した。精製開始時のフィラ
メント５の径は 2mmであり、これが約30mmとなるまでＴ
ｉを析出させた。

【００３８】次に、上記Ｔｉを析出させたフィラメント
をＥＢ溶解用原料として用い、炉内を 1×10^-5mbarの高
真空にし、フレオンバッフルで拡散ポンプオイルの混入
を防ぎ、20kV、フィラメント電流1.5A〜2.0A、ＥＢ出力
30kW〜40kW、溶解速度 4kg／時間の条件でＥＢ溶解を行
って、直径 135mmのＴｉインゴットを得た。

【００３９】また、上記Ｔｉインゴットを冷間（室温付
近）で鍛造し、機械研削によって所定形状に加工してス
パッタターゲットを作製した。このようにして得たＴｉ
ターゲットの各不純物量を測定した。その結果を表１に
示す。

【００４０】実施例２上記実施例１における粗Ｔｉ材を、溶融塩電解法によっ
て得た針状Ｔｉに代える以外は、上記実施例１と同一条
件でヨウ化物分解およびＥＢ溶解を行い、Ｔｉインゴッ
トを作製し、さらにＴｉターゲットを作製した。このよ
うにして得たＴｉターゲットの分析結果を表１に併せて
示す。

【００４１】実施例３まず、上記実施例２で粗Ｔｉ材として用いた溶融塩電解
法による針状Ｔｉ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10分間浸漬し、表面汚
染層の除去処理を行った。この後、流水で充分に洗浄し
て原料Ｔｉ材とした。なお、酸処理による表面汚染層の
除去量は表面から約15μm とした。

【００４２】次に、上記酸処理を施したＴｉ材を用い
て、実施例１と同一条件でヨウ化物分解およびＥＢ溶解
を行ってＴｉインゴットを作製し、さらにＴｉターゲッ
トを作製した。このようにして得たＴｉターゲットの分
析結果を表１に併せて示す。

【００４３】実施例４まず、図１に示したヨウ化物分解法を適用した精製装置
の反応容器１内に、上記実施例２で粗Ｔｉ材として用い
た溶融塩電解法による針状Ｔｉを投入し、真空排気した
後にヨウ素をガス状態で導入し、 600℃で10分間保持し
て針状Ｔｉ表面とヨウ素とを反応させた。この後、真空
排気を行って反応生成物を除去した。以上の操作を 3回
繰り返し行って表面汚染層を除去した。なお、ヨウ素に
よる表面汚染層の除去量は表面から約15μm とした。ま
た、使用した精製装置は、図示を省略したヨウ化物トラ
ップ機構を介して反応容器１に接続された排気系を有す
るものである。

【００４４】次に、上記表面汚染層の除去処理に引き続
いてフィラメント５に通電し、実施例１と同一条件でヨ
ウ化物分解を行い、さらにＥＢ溶解を行ってＴｉインゴ
ットを作製した。この後、Ｔｉターゲットを作製した。
このようにして得たＴｉターゲットの分析結果を表１に
併せて示す。なお、表１に示す比較例１、２は、それぞ
れ上記実施例１、２で用いた粗Ｔｉ材の分析結果であ
る。

【００４５】

【表１】表１の結果から明らかなように、上記各実施例によるＴ
ｉ材は、半導体素子の電極、コンタクト部、バリヤ層等
の特性に悪影響を及ぼすＡｌの含有量が少なく、また他
の不純物も低減された高純度を満足するものであること
が分る。

【００４６】次に、上記した実施例および比較例に基づ
くＴｉターゲット、および同様にして製造したＺｒター
ゲット、Ｈｆターゲットをそれぞれ用いて、金属シリサ
イド膜からなる配線網を半導体基板上に形成することに
よって、半導体素子を作製し、その特性を評価した。具
体的な製造方法と評価方法、およびその結果について以
下に述べる。

【００４７】まず、各金属ターゲット中のＡｌの影響を
評価した結果について説明する。図２に示すように、n-
Ｓｉ基板１１に設けられた多結晶Ｓｉ層１２上に、上記
各実施例と同様にして作製した、Ａｌ含有量が異なる各
3種類のＴｉターゲット、ＺｒターゲットおよびＨｆタ
ーゲットをそれぞれ用いて、膜厚60nmのＴｉ膜、Ｚｒ
膜、Ｈｆ膜をスパッタ法によって各々成膜した。次い
で、所望の回路パターンに応じて不要部分をエッチング
処理によって除去した後、残存する部分に 2段アニール
処理を施すことによってシリサイド化し、多結晶Ｓｉ層
１２上に金属シリサイド膜（ＴｉＳｉ₂膜、ＺｒＳｉ₂
膜、ＨｆＳｉ₂膜）１３を形成すると同時に、ソース領
域１４およびドレイン領域１５をシリサイド化し、それ
ぞれダイオードを作製した。なお、図中１６はＳｉＯ₂
膜である。用いた金属ターゲット中のＡｌ濃度は、Ｔｉ
ターゲットについては54ppm 、 3ppm 、1ppm以下、Ｚｒ
ターゲットについては68ppm 、 3ppm 、1ppm以下、Ｈｆ
ターゲットについては70ppm 、 2ppm 、1ppm以下であ
る。また、他の不純物量は同等とした。このようにして
得た各ダイオードに逆バイアス電圧を印加しリーク電流
を測定した。その結果を図３、図４および図５にそれぞ
れ示す。

【００４８】図３、図４および図５から明らかなよう
に、ターゲット中のＡｌ濃度が増加することによって、
リーク電流も増加することが分る。なお、同様の測定を
各ターゲットを用いて作製した10個のダイオードについ
て行ったところ、それぞれ同じ傾向を示した。すなわ
ち、上記実施例で得られた低Ａｌ含有量の金属材を用い
てスパッタターゲットを作製し、その金属ターゲットを
用いて目的とする薄膜を形成することによって、高集積
化された半導体素子の電極やコンタクト部等を高信頼性
のもとで形成することが可能となる。

【００４９】次に、Ｔｉターゲットの酸素含有量と、そ
れを用いて形成したＴｉＳｉ₂膜の比抵抗との関係につ
いて説明する。まず、上記実施例と同様にして作製した
酸素含有量が異なる 6種類のＴｉターゲット（各酸素含
有量：80ppm 、120ppm、 200ppm 、300ppm、550ppm、70
0ppm）をそれぞれ用い、成膜装置内を 1×10^-5Torrに排
気した後にＡｒガスを 5×10^-3Torrまで導入し、ＤＣマ
グネトロンスパッタリングによって多結晶Ｓｉ基板上
に、成膜速度 2.0μm ／時間で膜厚 0.2μm のＴｉ膜を
それぞれ成膜した。これらＴｉ膜の比抵抗を測定した後
に、それぞれに700℃で30秒間ランプアニールを施し、
ＴｉとＳｉとを反応させてＴｉＳｉ₂膜をそれぞれ形成
した。これらＴｉＳｉ₂膜についても同様に比抵抗を測
定した。なお、比抵抗は膜抵抗に膜厚を乗じたものであ
り、膜抵抗を直流 4探針法（ナプソン (株) 製、RESIST
EST-8A）によって測定し求めた。Ｔｉターゲット中の酸
素量とＴｉ膜の比抵抗との関係を表２に示す。また、Ｔ
ｉ膜の比抵抗とＴｉＳｉ₂膜の比抵抗との関係を図６に
示す。

【００５０】

【表２】表２および図６の結果から明らかなように、Ｔｉターゲ
ット中の酸素量を減らすことによって、Ｔｉ膜の比抵抗
を低くすることができる。また、Ｔｉ膜の比抵抗を低く
することによって、ＴｉＳｉ₂膜の比抵抗を低くするこ
とができることが分る。特に、酸素含有量が250ppm以下
のＴｉターゲットを使用することによって、比抵抗15μ
Ω・cm以下という低抵抗のＴｉＳｉ₂膜が得られる。そ
して、ＴｉＳｉ₂膜を低抵抗化することは、半導体素子
における信号の遅延を防止することを意味し、より信頼
性の高い半導体素子を得ることが可能となる。

【００５１】次に、本発明の第２の高純度金属材の製造
方法を適用した各例について説明する。

【００５２】実施例５まず、ＫＣｌ−ＮａＣｌ電解浴（ＫＣｌ：16重量％、Ｎ
ａＣｌ：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80Vで溶融塩
電解し、粒状の針状粗Ｔｉ材を作製した。次に、上記針
状粗Ｔｉ材に対して塩酸水溶液（50％）による表面層の
除去処理を施した。この酸処理は、アルゴン雰囲気中に
おいて上記塩酸水溶液中に時間を変化させて浸漬し、そ
の後純水により洗浄し、乾燥させることによって行っ
た。このようにして、酸処理による表面層の除去量が異
なる数種のＴｉ材を作製した。ここで、上記酸処理前の
針状粗Ｔｉ材のＡｌ含有量を、表面からの深さとの関係
として求めた。その結果を図７に示す。同図から明らか
なように、表面から10μm 程度の表層部を除去すること
によって、著しく不純物量が減少することが分る。

【００５３】次に、上記酸処理時間を変化させた粗Ｔｉ
粒をそれぞれＥＢ溶解用原料として用い、グラニュー投
入機に挿入し、真空中で汚染を防止しながらＥＢ溶解炉
に投入した。炉内を 1×10^-5mbarの高真空にし、フレオ
ンバッフルで拡散ポンプオイルの混入を防ぎ、20kV、フ
ィラメント電流1.3A〜1.5A、ＥＢ出力26kW〜30kW、溶解
速度4kg/時間の条件でＥＢ溶解を行って、直径 135mmの
インゴットをそれぞれ作製した。

【００５４】このようにして得た各Ｔｉ材の不純物量を
測定した。Ａｌ含有量と酸処理による除去量との関係を
表３に示す。なお、他の不純物量はいずれもＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｒの各元素の含有量が1ppm以下、Ｎａ、Ｋの各元
素の含有量が0.01ppm 以下、酸素含有量が200 ppm 以下
であった。

【００５５】

【表３】表３の結果から明らかなように、この実施例によれば、
溶融塩電解法による粗Ｔｉ材の表面層を除去し、その後
ＥＢ溶解することで、半導体素子の電極、コンタクト
部、バリヤ層等の特性に悪影響を及ぼすＡｌの含有量が
少なく、また他の不純物も低減された高純度を満足する
Ｔｉ材が得られることが分る。

【００５６】なお、Ｚｒ材およびＨｆ材についても、上
記実施例５と同様にして高純度化を図ったところ、同様
な結果が得られた。

【００５７】次に、本発明の配線網の形成方法を適用し
て作製した半導体パッケージについて説明する。

【００５８】図７は、半導体パッケージの一例の概略構
成を示す図である。同図においては、２１は絶縁基板２
２上にはんだ層２３によって搭載された半導体チップで
ある。この半導体チップ２１は、Ａｕリード線２４によ
ってリードフレーム２５と電気的に接続されている。ま
た、半導体チップ２１は、Ａｕリード線２４やリードフ
レーム２５と共に、封止樹脂２６によってモールディン
グされている。

【００５９】上記半導体チップ２１は、配線網の一部の
形成材料として、本発明による高純度金属材を使用して
いる。この半導体チップ２１の詳細を、その製造方法と
共に、図９を参照して以下に説明する。

【００６０】まず、p-Ｓｉ基板３１に対して熱酸化を施
し、p-Ｓｉ基板３１の表面に熱酸化膜を形成する。次い
で、ソース、ゲート、ドレインの各領域を除いて、選択
的に酸化処理を行い、フィールド酸化膜３２を形成す
る。次に、ソース、ドレインの各領域上の熱酸化膜を、
レジスト膜の形成とエッチング処理（以下、ＰＥＰ処理
と称する）とによって除去する。このＰＥＰ処理によっ
て、ゲート酸化膜３３が形成される。次に、ソース、ド
レインの各領域を除いてレジスト膜を形成した後、p-Ｓ
ｉ基板３１内に不純物元素を注入し、ソース領域３４お
よびドレイン領域３５を形成する。また、ゲート酸化膜
３３上に、ＭｏやＷ等のシリサイド膜３６を形成する。
次に、p-Ｓｉ基板３１の全面に、リンシリケートガラス
等からなる絶縁層３７を形成した後、ＰＥＰ処理によっ
てソース領域３４およびドレイン領域３５上のリンシリ
ケートガラス層３７を除去する。

【００６１】次に、リンシリケートガラス層３７を除去
した、ソース領域３４およびドレイン領域３５上に、バ
リア層３８をそれぞれ形成する。これらバリア層３８
は、本発明による高純度金属材を形成材料として用い
て、成膜したものである。すなわち、前述した実施例で
使用したＴｉターゲット、Ｚｒターゲット、Ｈｆターゲ
ット等と同様なものを用いて、窒素雰囲気中にて反応性
スパッタを行う。これらにより、Ａｌ含有量が極めて少
ない、ＴｉＮ膜、ＺｒＮ膜、ＨｆＮ膜等が得られる。こ
れらをバリア層３８として使用する。

【００６２】この後、Ａｌ蒸着膜３９を全面に形成し、
ＰＥＰ処理を施すことによって、所望形状の配線層を形
成する。また、全面にＳｉ₃Ｎ₄等からなる絶縁保護膜
４０を形成した後、その一部にＰＥＰ処理によりＡｕリ
ード線（２４）のボンディング用の開口部を形成して、
半導体チップ（２１）が完成する。

【００６３】このように、本発明による高純度金属材か
らＴｉＮ膜、ＺｒＮ膜、ＨｆＮ膜等を形成することによ
り、配線密度が微細化された場合においても、健全なバ
リア層３８を得ることができる。これは、バリア層３８
内の不純物濃度、すなわちＡｌ濃度をはじめとして、酸
素濃度、アルカリ濃度、重金属濃度を極めて低くするこ
とができるためである。これにより、信頼性の高い半導
体パッケージを得ることが可能となる。

【００６４】なお、上記実施例においては、本発明によ
る高純度金属材をバリア層の形成材料として用いた例に
ついて説明したが、電極やコンタクト部の形成材料とし
て用いた場合についても、同様なことがいえる。また、
上記実施例では、ＤＩＰを例として説明したが、ＱＦＰ
やＰＧＡ等においても同様な効果が得られる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ａ
ｌ量を極めて減少させたＴｉ材、Ｚｒ材、Ｈｆ材等の高
純度金属材を簡易な方法で、再現性よく得ることが可能
となる。そして、このような高純度金属材を用いて形成
したスパッタターゲットを使用することによって、高集
積化された半導体素子の電極、コンタクト部、バリア層
等として、低Ａｌ量の金属膜や金属化合物膜を再現性よ
く形成することが可能となる。よって、半導体素子や半
導体パッケージの信頼性向上に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高純度金属材の一製造方法としての
ヨウ化物分解法を適用した精製装置の一例を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施例で作製したダイオードの構成
を説明するための図である。

【図３】本発明の実施例で作製したＴｉターゲット中
のＡｌ量とそれを用いて形成したＴｉＳｉ₂膜を有する
ダイオードのリーク電流との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例で作製したＺｒターゲット中
のＡｌ量とそれを用いて形成したＺｒＳｉ₂膜を有する
ダイオードのリーク電流との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例で作製したＨｆターゲット中
のＡｌ量とそれを用いて形成したＨｆＳｉ₂膜を有する
ダイオードのリーク電流との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例で成膜したＴｉ膜の比抵抗と
それを用いて形成したＴｉＳｉ₂膜の比抵抗との関係を
示すグラフである。

【図７】本発明の実施例における溶融塩電解法による
Ｔｉ材の表面からの距離とＡｌ量との関係を示すグラフ
である。

【図８】本発明の実施例で作製した半導体パッケージ
の概略構成を示す断面図である。

【図９】図８に示した半導体パッケージに用いた半導
体チップの概略構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１１……n-Ｓｉ基板１２……多結晶Ｓｉ層１３……金属シリサイド膜１４……ソース領域１５……ドレイン領域１６……ＳｉＯ₂膜２１……半導体チップ２２……絶縁基板２４……Ａｕリード線２５……リードフレーム２６……封止樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 16/00 28/00 ＺＨ０１Ｌ 21/203 Ｓ 9545−4Ｍ 21/285 Ｓ (72)発明者佐藤道雄神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者山野辺尚神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者牧利広神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者安藤茂神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者八木典章神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン、ジルコニウムおよびハフニウム
から選ばれた 1種の金属を主とする粗金属材をヨウ化物
分解法によって精製する工程と、この精製された金属材を高真空下で電子ビーム溶解する
工程とを有することを特徴とする高純度金属材の製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の高純度金属材の製造方法
において、前記粗金属材として、溶融塩電解法で得られた金属材を
用いると共に、この粗金属材に対して表面処理を施し、
該粗金属材表面に存在する汚染層を除去した後、前記ヨ
ウ化物分解法による精製工程を実施することを特徴とす
る高純度金属材の製造方法。
【請求項３】溶融塩電解法で得られた、チタン、ジル
コニウムおよびハフニウムから選ばれた 1種の金属を主
とする粗金属材に対して表面処理を施し、前記粗金属材
表面に存在する汚染層を除去する工程と、前記表面処理が施された粗金属材を高真空下で電子ビー
ム溶解する工程とを有することを特徴とする高純度金属
材の製造方法。
【請求項４】Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量
が10ppm 以下であり、かつＡｌ含有量が10ppm 以下の、
チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれた 1
種の高純度金属材を、任意の形状に加工することを特徴
とするスパッタターゲットの製造方法。
【請求項５】Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量
が10ppm 以下であり、かつＡｌ含有量が10ppm 以下の、
チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれた 1
種の金属からなる高純度金属材から、半導体基板上に薄
膜を形成する工程と、所望の配線形状に応じて、前記薄膜の不要部分をエッチ
ング除去する工程とを有することを特徴とする配線網の
形成方法。
【請求項６】請求項５記載の配線網の形成方法におい
て、前記薄膜は、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムか
ら選ばれた 1種の金属の窒化物からなることを特徴とす
る配線網の形成方法。
【請求項７】請求項５記載の配線網の形成方法におい
て、さらに、前記薄膜をシリサイド化する工程を有すること
を特徴とする配線網の形成方法。