JPH108245A

JPH108245A - 高純度Ｔｉ材および高純度Ｔｉターゲット

Info

Publication number: JPH108245A
Application number: JP18549096A
Authority: JP
Inventors: Takashi Onishi; 隆大西; Yasutoku Yoshimura; 泰徳吉村; Setsuo Okamoto; 節男岡本; Muneo Harada; 宗生原田; Katsuichi Fukui; 勝一福井; Takahiko Oma; 隆彦大麻; Hisashi Maeda; 尚志前田
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】サリサイドプロセスにより形成されるＴｉシ
リサイドの比抵抗を下げる。小さい比抵抗が得られるア
ニール温度幅を広げる。【解決手段】シリサイド化前のＴｉ膜をスパッタリン
グにより形成する際に、スパッタリングターゲットとし
て、Ｔｉ純度が９9.９９９％以上で、且つ酸素含有量が
２００ｐｐｍ以下である高純度低酸素のＴｉ材を使用す
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、スパッタリングタ
ーゲットとして適した高純度Ｔｉ材およびその高純度Ｔ
ｉ材を用いた高純度Ｔｉターゲットに関し、更に詳しく
は、Ｔｉシリサイドの形成、特にサリサイドプロセスに
よるＴｉシリサイドの形成に適した高純度Ｔｉ材および
高純度Ｔｉターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化に伴い、コンタクトや拡
散層、ゲート電極、配線等のパターン縮小が進み、素子
の動作速度や信頼性を損なう様々な問題が生じてきた。
これらの問題を解決する材料的対策としてＴｉやＴｉ
Ｎ、Ｔｉシリサイド等のＴｉ系金属薄膜が使用されるよ
うになった。

【０００３】Ｔｉ系金属薄膜の代表的な適用例の１つ
は、コンタクトにおけるバリヤメタルである。従来のＡ
ｌ配線においては、コンタクトの微細化、拡散層の浅接
合化により、Ｓｉノジュールやアロイスパイクの影響が
顕著になり、接合リーク電流やコンタクト抵抗の増大が
深刻であった。バリヤメタルはこれらの素子特性劣化を
回避するためのものであり、Ａｌ配線の下にＴｉＮ／Ｔ
ｉ、ＴｉＮ／ＴｉＳｉ₂の積層膜を形成することで、基
板Ｓｉとの熱的反応を阻止する役目を果たす。

【０００４】もう１つの代表的な適用例は、ゲート電極
や配線への適用である。すなわち、微細化による配線材
料の増大を回避するための対策として、いわゆるＴｉポ
リサイド構造が採用されている。これは多結晶シリコン
の上にＴｉ薄膜を形成し、熱処理を施すことにより、Ｔ
ｉをシリサイド化してその低抵抗化を図る方法で、Ｗポ
リサイド、Ｍｏポリサイドと並んで一般的に使用されて
いる。

【０００５】これらＴｉ系金属薄膜は、一般的にはＴｉ
ターゲットを用いたスパッタリング法、或いはＣＶＤ法
にて形成され、必要に応じてアニール等の熱処理が施さ
れる。ここにおけるＴｉターゲットの仕様としては、不
純物が少ないこと、すなわち高純度であることが要求さ
れ、従来からも、半導体素子に悪影響を及ぼすあらゆる
不純物に対して低減の努力が払われてきた。

【０００６】具体的には、接合リーク電流を増大させた
りライフタイムキラーとして働くＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃ
ｕ等の重金属、ＭＯＳトランジスタの動作特性不良を引
き起こすＮａ，Ｋ等のアルカリ金属、α線を放射しＤＲ
ＡＭ等のソフトエラーの原因となるＵ，Ｔｈ等の放射性
元素について、それぞれ低減が図られてきた。

【０００７】その一方で、Ｔｉが極めて酸化されやすい
性質を持ち、製造工程中に酸素が混入し易いという背景
から、上記の金属不純物等と共に酸素を低減する努力が
払われてきた。

【０００８】Ｔｉターゲット中の酸素不純物の弊害とし
て、例えば特開平４−１１６１６１号公報においては、
形成したＴｉ薄膜の酸化や均質性の劣化が挙げられ、ま
た特公平４−７５３０１号公報においては、電気抵抗の
増大が挙げられている。そして、これらの弊害を取り除
くために、特開平４−１１６１６１号公報においては、
回転電極法で作製したＴｉ粉末を加圧焼成することによ
り、酸素含有量が４００ｐｐｍ前後のＴｉターゲットを
得ている。また特公平４−７５３０１号公報において
は、酸素含有量が２５０ｐｐｍ以下の薄膜形成用高純度
Ｔｉの製造方法として、溶融塩電解法により得た粗Ｔｉ
を高真空中で電子線溶解する方法が用いられている。

【０００９】Ｔｉ薄膜の酸化や均質性の劣化、電気抵抗
の増大に対しては、Ｔｉターゲット中の酸素含有量は２
５０〜４００ｐｐｍ程度で十分であった。

【００１０】また、Ｔｉシリサイドに関しては、Ｔｉタ
ーゲット中の酸素含有量を低減することにより、そのＴ
ｉシリサイドの電気抵抗が低下することが、特開平４−
３５８０３０号公報に説明されている。ここでは、酸素
含有量が２５０ｐｐｍ以下のＴｉターゲットを使用する
ことにより、比抵抗が１５μΩ・ｃｍ以下のＴｉシリサ
イドが得られるとしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在のＣＭ
ＯＳディバイスは0.３５μｍルールが量産段階にあり、
0.３５μｍ以降のデバイスではスケーリング則に従わな
い寄生抵抗が大きくなり、従来のトレンド通りに性能が
上がらなくなっている。そこで、ゲート電極とソース・
ドレイン拡散層を同時にシリサイド化するサリサイド
（SALICIDE：SelfAligned Silicide)のプロセスによ
り、低抵抗化を図ることが必須となってきている。

【００１２】サリサイドプロセスにおける高融点金属シ
リサイドの材料としては、これまでＴｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，
Ｎｉの各シリサイドが研究されてきたが、比抵抗が低い
こと、従来プロセスとの整合性が優れていることなどの
理由から、Ｔｉシリサイドが最も有望視されている。図
１にサリサイドプロセスによる一般的なＴｉシリサイド
形成工程を示す。

【００１３】サリサイドプロセスによる一般的なＴｉシ
リサイドの形成では、先ずＭＯＳトランジスタ１を形成
後、フッ酸処理によりゲート電極であるポリシリコン２
および拡散層３上の酸化膜を除去し、清浄なシリコン面
を露出させる〔図１（ａ）〕。続いてスパッタリング法
によりＴｉ薄膜６を全面に形成する〔図１（ｂ）〕。そ
の後、窒素雰囲気中でランプアニールにより６００〜６
５０℃の第１アニールを行う。このアニールにより、Ｓ
ｉ露出部であるポリシリコン２および拡散層３がＴｉ薄
膜６とシリサイド化反応を起こして、これらの上にＣ₄₉
構造のＴｉシリサイド７が形成される〔図１（ｃ）〕。

【００１４】第１アニールが終わると、サイドウォール
４や素子分離膜５などの酸化膜上に残った未反応なＴｉ
薄膜やＴｉＮ薄膜をエッチングにより選択的に除去する
〔図１（ｄ）〕。そして再度ランプアニールにより、８
００℃程度の第２アニールを行う。これにより、Ｃ₄₉構
造のＴｉシリサイド７が低抵抗なＣ₅₄構造のＴｉシリサ
イド８に相転移する。

【００１５】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイド
の形成では、アニールを２段階に分け行う２ステップア
ニールが必須である。これは次のような理由による。

【００１６】Ｃ₄₉構造のＴｉシリサイドは５００〜７０
０℃の温度により形成され、その比抵抗は７０〜１００
μΩ・ｃｍ程度である。一方、Ｃ₅₄構造のＴｉシリサイ
ドは７００℃以上の温度により形成され、その比抵抗は
１５〜２０μΩ・ｃｍ程度である。ゲート電極上および
拡散層上のＴｉシリサイドとしては低抵抗なＣ₅₄構造の
ものが必要であるが、このＴｉシリサイドをゲート電極
上および拡散層上に直接形成すると、サイドウォールの
上や素子分離膜の上にもＣ₅₄構造のＴｉシリサイドが形
成され、これによるゲート電極と拡散層の短絡や隣接す
るトランジスタ同志の短絡が生じてしまう。それ故、６
００〜６５０℃の第１アニールによりＣ₄₉構造のＴｉシ
リサイドを形成した後に、サイドウォール上や素子分離
膜上の未反応のＴｉ薄膜やＴｉＮ薄膜を除去し、その
後、残ったＴｉシリサイドを８００℃程度の第２アニー
ルによりＣ₅₄構造のＴｉシリサイドに相転移させるとい
う手順が踏まれる。

【００１７】しかしながら、このようなサリサイドプロ
セスによるＴｉシリサイドの形成では、ゲート電極の配
線幅が１μｍ以下で配線の比抵抗が高くなる「細線効
果」と呼ばれる現象が問題になる。これは、第２アニー
ルでのＴｉシリサイドの相転移不良と凝集という２つの
メカニズムにより説明することができる。「細線効果」
の原因となる相転移不良および凝集は以下の通りであ
る。

【００１８】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイド
の形成では、前述したように、第２アニールによりＣ₄₉
構造をＣ₅₄構造に相転移させるが、ゲート電極の配線幅
が小さくなると、この相転移が起こりにくくなり、その
結果、比抵抗が増大する。これが、相転移不良による
「細線効果」である。

【００１９】一方、凝集は、Ｔｉシリサイド形成工程に
おける第２アニール、或いはそれ以降の工程の熱処理、
例えば層間絶縁膜のリフロー工程等においてＴｉシリサ
イド薄膜が島状に膜切れを起こす現象であり、耐熱性が
不十分なことに起因して発生する。この現象もゲート電
極の配線幅が小さくなることにより顕在化し、深刻な比
抵抗の増大をもたらす。

【００２０】図２は第２アニールの温度とＴｉシリサイ
ドの比抵抗との関係を模式的に示す図表である。第２ア
ニールを行うことにより、Ｔｉシリサイドの比抵抗が、
第１アニールを終えた状態と比べて基本的に低下する
が、第２アニールの温度が低いと比抵抗は十分に低下し
ない。これは主に相転移不良による。第２アニールの温
度が高くなると、これに連れて相転移が進み、比抵抗が
低下するが、一方で凝集が発生することにより再び比抵
抗の増大傾向を生じる。このため、比抵抗は特定の温度
域で最小となる。比抵抗が最小となるアニール温度域の
幅を、ここではウインドウと呼ぶ。

【００２１】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイド
の形成で問題となる「細線効果」を抑制するためには、
基本的には第２アニールによって得られる比抵抗の最小
値を下げれば良い。しかし従来は、図２に実線で示すよ
うに、比抵抗の最小値を２０μΩ・ｃｍ以下にするのが
困難である。この最小値については、Ｃ₅₄構造のＴｉシ
リサイドの比抵抗が１５〜２０μΩ・ｃｍ程度であるこ
とから、これと同程度のものが理想とされるが、実際の
ところはそこまで到達するのが困難な状況なのである。
また、比抵抗が最小となるアニール温度域（ウインド
ウ）がピンポイント状に狭く、アニール温度のプロセス
マージンが狭いために、実際の半導体製造プロセスでは
低抵抗を安定して得ることが困難であった。

【００２２】すなわち、実際の半導体製造プロセス等を
考慮するならば、図２に破線で示すように、比抵抗がＣ
₅₄構造と同程度に十分に低く、且つ、その低抵抗値が得
られるアニール温度のプロセスマージンが大きいのが理
想であるが、その理想は未だ実現されていないのであ
る。

【００２３】本発明の目的は、サリサイドプロセスによ
るＴｉシリサイドの形成に適用して第２アニールでの相
転移不良および凝集を抑制することにより、小さな比抵
抗を広い温度幅と共に確保し、もって高性能な半導体デ
バイスの安定製造を可能にする高純度Ｔｉ材および高純
度Ｔｉターゲットを提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】サリサイドプロセスによ
るＴｉシリサイドの形成で問題となる「細線効果」の一
方の原因である相転移不良の原因については、これまで
下地基板中の酸素や、ＴｉとＳｉの界面に存在する自然
酸化膜、膜応力、結晶粒径の影響であるとの報告がなさ
れている。また、凝集の原因については、Ｔｉシリサイ
ド薄膜中の酸素含有量が多い程、凝集が起こりやすいと
報告されている。

【００２５】しかしながら、現実に第２アニール後の比
抵抗を２０μΩ・ｃｍ以下に低減することは困難であ
る。また、第２アニールでのウインドウ（図２）と呼ぶ
温度幅の増大に関する有効な対策は提示されていない。

【００２６】なお、Ｔｉターゲット中の酸素含有量を低
減することにより、そのＴｉシリサイドの電気抵抗が低
下することは、特開平４−３５８０３０号公報に説明さ
れているが、ウインドウについての配慮は全くない。更
に言えば、ここでのＴｉシリサイドは、１回のアニール
により形成されたコンタクトにおけるバリアメタル等で
あり、２ステップアニールによるものではない。また、
Ｔｉターゲットは後述する従来一般の沃土法による精製
材から製造されたものである。

【００２７】ところで、本出願人の一人は、高純度Ｔｉ
材を製造するためのチタン精製法として低級沃化物を経
由する沃化物法を先に開発した（特許第２０２１３６４
号）。この精製法は沃土法（沃化物熱分解法）の一種で
あるが、化１の反応によってチタンの精製を行う点が、
化２に示された従来一般の沃土法と異なる。

【００２８】

【化１】低級沃化物を経由する沃化物法沃化反応（合成反応）：粗Ｔｉ＋ＴｉＩ₄→２ＴｉＩ₂ 析出反応（分解反応）：ＴｉＩ₂→Ｔｉ＋２Ｉ

【００２９】

【化２】従来一般の沃土法沃化反応（合成反応）：粗Ｔｉ＋２Ｉ₂→ＴｉＩ₄ 析出反応（分解反応）：ＴｉＩ₄→Ｔｉ＋２Ｉ₂

【００３０】低級沃化物を経由する沃化物法は、四沃化
チタンを直接熱分解する代わりに、低級沃化物である二
沃化チタンを熱分解することにより、熱分解温度を従来
一般の沃土法より約２００℃下げることができ、これに
より金属不純物の精製除去に加え、酸素不純物量を大幅
に低減できるのが大きな特徴であり、Ｔｉ純度が９9.９
９９９％（６Ｎ）以上で酸素含有量が５０ｐｐｍ以下と
いうような高純度低酸素のＴｉ材も容易に精製すること
ができる。

【００３１】このような状況下で本発明者らは、低級沃
化物を経由する沃化物法により精製された高純度低酸素
Ｔｉ材のスパッタリングターゲットとしての適性、とり
わけサリサイドプロセスによるＴｉシリサイド形成用タ
ーゲットとしての適性を調査した。その結果、サリサイ
ドプロセスの第２アニールにおいて、２０μΩ・ｃｍ以
下の比抵抗が、１００℃を超える広いウインドウと共に
得られるという画期的な事実が判明した。

【００３２】そして、調査に用いた高純度低酸素Ｔｉ材
のＴｉ純度が９9.９９９９％（６Ｎ）であり、酸素含有
量が３０ｐｐｍであったことから、Ｔｉ材の純度および
酸素含有量が第２アニールによる比抵抗に及ぼす影響を
子細に調査したところ、純度が９9.９９９％（５Ｎ）以
上で、且つ酸素含有量が２００ｐｐｍ以下のときに、相
転移不良および凝集の両方が効果的に抑制され、有効な
比抵抗の低下と共に、ウインドウに関してピンポイント
状態からの脱却が図られ、有効な温度マージンが確保さ
れるとの知見が得られた。

【００３３】本発明の高純度Ｔｉ材および高純度Ｔｉタ
ーゲットは、かかる知見に基づくもので、Ｔｉ純度が９
9.９９９％（５Ｎ）以上であり、且つ酸素含有量が２０
０ｐｐｍ以下である点を構成上の特徴とする。なお、本
明細書において、Ｔｉ純度とは酸素等のガス成分および
炭素成分を除いたＴｉ純度のことを言う。

【００３４】本発明の高純度Ｔｉ材および高純度Ｔｉタ
ーゲットにおいては、Ｔｉ純度が高く、酸素含有量が減
少するほど、第２アニールによる比抵抗が低下し、且つ
ウインドウが拡大する傾向がある。この観点から、Ｔｉ
純度については９9.９９９５％（５Ｎ５）以上が望まし
く、更に望ましくは９9.９９９９％（６Ｎ）以上であ
る。酸素含有量については１００ｐｐｍ以下、とりわけ
５０ｐｐｍ以下が望ましく、更に望ましくは３０ｐｐｍ
以下である。

【００３５】特に、Ｔｉ純度が９9.９９９９％（６Ｎ）
以上で、酸素含有量が５０ｐｐｍ以下のものは、Ｃ₅₄構
造の比抵抗に相当する２０μΩ・ｃｍ以下が、広い処理
温度範囲において得られるという画期的なサリサイドプ
ロセス用ターゲットとなり、酸素含有量が３０ｐｐｍの
場合でその温度幅は１００℃を超える。

【００３６】酸素以外の不純物含有量の内訳は、Ｆｅ，
Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの重金属については、接合リーク
電流の低減、ライフタイムの確保等の点から合計量で１
０ｐｐｍ以下が望ましく、１ｐｐｍ以下が特に望まし
い。ＮａおよびＫのアルカリ金属については、ＭＯＳト
ランジスタの動作安定性等の点から合計量で0.０５ｐｐ
ｍ以下が望ましく、0.０２ｐｐｍ以下が特に望ましい。
ＴｈおよびＵの放射性元素については、α線放射による
ソフトエラー防止等の点から合計量で２ｐｐｂ以下が望
ましく、１ｐｐｂ以下が特に望ましい。

【００３７】Ｔｉ材およびＴｉターゲットの製造方法に
ついては、低酸素を得やすい沃土法、その中でも高純度
および低酸素の両方が容易に得られる低級沃化物を経由
する沃化物法による精製Ｔｉ材から製造する方法が望ま
しい。ターゲットは通常、精製材から溶解、加工、熱処
理、切り出しのプロセスを経て製造される。本発明の高
純度Ｔｉ材は、切り出しより前の段階の材料を言い、具
体的な段階を問うものではない。

【００３８】ちなみに、Ｔｉの代表的な製法であるクロ
ール法によって得られるＴｉ材は、通常は純度が通常９
9.９％（３Ｎ）であり、酸素含有量は４００ｐｐｍ程度
である。また、沃土法による精製でも従来一般のもの
は、低級沃化物を経由する沃化物法と比べて熱分解温度
が２００℃程度も高いため、不純物量が多く、そのバラ
ツキも大きい。そのため通常はＴｉ純度が９9.９９％
（４Ｎ）程度で酸素含有量が１００ｐｐｍ程度であり、
不純物量のバラツキを考慮しても、Ｔｉ純度が９9.９９
９９％（６Ｎ）で酸素含有量が３０ｐｐｍというような
高純度低酸素のＴｉを精製することは現在でも困難であ
る。そして、特開平４−３５８０３０号公報において使
用されている高純度Ｔｉターゲットは、従来一般の沃土
法による精製材から製造されたものである。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の望ましい実施形態
について説明する。

【００４０】クロール法等により製造されたＴｉ材を粗
Ｔｉとして、低級沃化物を経由する沃化物法により、反
応容器内の基体上に高純度低酸素の精製Ｔｉを析出させ
る。沃化反応は７００〜９００℃（好ましくは７５０〜
８５０℃）で行う。この反応により合成されたＴｉＩ₂
を１１００〜１３００℃（好ましくは１１５０〜１２５
０℃）で熱分解して、高純度低酸素の精製Ｔｉ材を得
る。

【００４１】得られた精製Ｔｉ材をスパッタリングター
ゲットに加工するために、先ず汚染を極力防止しながら
電子ビーム（ＥＢ）溶解する。溶解炉の炉内圧は、酸素
汚染防止のために５×１０^-4Ｔｏｒｒ以下、好ましくは
５×１０^-5Ｔｏｒｒ以下、更に好ましくは１×１０^-5Ｔ
ｏｒｒ以下とする。溶解条件としてはＥＢ出力４０〜５
０ｋＷ、溶解速度７〜１４ｋｇ／ｈｒが好ましい。

【００４２】次いで、ＥＢ溶解により得られたインゴッ
トを鍛造、圧延等により加工する。加工では、スパッタ
リングでの膜厚均一化等のために、結晶粒径を微細に制
御する。そのための条件は、加工温度については４００
℃以下の低温が好ましく、更に好ましくは室温である。
加工度については５０％以上が好ましく、更に好ましく
は７０％以上である。加工後の熱処理条件としては、４
００〜６００℃が好ましい。

【００４３】最後に、このようにして結晶粒径を微細に
制御した材料よりスパッタリングターゲットを切り出
す。

【００４４】製造された高純度低酸素のＴｉターゲット
は、サリサイドプロセスによるＴｉシリサイドの形成
（図１参照）に好適なものとなる。

【００４５】

【実施例】次に、本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより、本発明の効果を明らかにする。

【００４６】低級沃化物を経由する沃化物法による精製
Ｔｉ材を用いて、ＥＢ溶解、圧延、熱処理および切り出
しのプロセスにより、Ｔｉ純度が９9.９９９９％（６
Ｎ）で酸素含有量が３０ｐｐｍのＴｉターゲットを製造
した。

【００４７】精製での反応条件は沃化温度８００℃、合
成温度１１５０℃とした。ＥＢ溶解での炉内圧は、５×
１０^-5Ｔｏｒｒ、ＥＢ出力は４５ｋＷ、溶解速度は１０
ｋｇ／ｈｒとした。得られたインゴットの直径は１００
ｍｍであった。インゴットの圧延は室温で５０％の加工
度により行い、圧延後の熱処理では４５０℃の温度によ
り結晶粒径を５０μｍ以下に制御した。

【００４８】ターゲット切り出し前のＴｉ材の不純物量
を表１に実施例１として示す。その不純物量はターゲッ
トの不純物量と基本的に同じである。

【００４９】また、表１中の実施例２は、Ｔｉ純度が９
9.９９９％（５Ｎ）で酸素含有量が１００ｐｐｍのＴｉ
材である。これは、上記の低級沃化物を経由する沃化物
法により精製された高純度低酸素のＴｉ材と、クロール
法により製造された市販の高純度Ｔｉ材とを適当な重量
比で配合し、ＥＢ溶解することにより製造したものであ
る。

【００５０】一方、比較例は、クロール法で製造された
市販の高純度Ｔｉ材から、上記と同様の方法により製造
した切り出し前のＴｉ材であり、そのＴｉ純度は９9.９
９５％（４Ｎ５）、酸素含有量は２５０ｐｐｍである。

【００５１】

【表１】

【００５２】製造された３種類のＴｉターゲットを用い
て、サリサイドプロセスを想定したＴｉシリサイド形成
実験を次の方法により行った。

【００５３】表面自然酸化膜を除去したシリコン基板上
に、実施例１，２および比較例のＴｉターゲットを用い
て、スパッタリング法でＴｉ薄膜を成膜する。この時の
酸化膜除去法や成膜方法は特に限定されず、例えば本実
施例では、１％フッ化水素水を用いて自然酸化膜を除去
し、連続して、到達真空度５×１０^-8Ｔｏｒｒ、処理圧
力８ｍＴｏｒｒ、基板温度３０℃、ＤＣパワー２ｋＷの
条件で膜厚３０ｎｍを得た。

【００５４】次に、第１アニールを施して、前記シリコ
ン基板上にＣ₄₉構造を有するＴｉシリサイドを形成す
る。この時の処理も特には限定されないが、例えば本実
施例では、到達真空度：１０ｍＴｏｒｒ以下、窒素流
量：３０００ｃｃ／ｍｉｎ、処理圧力：大気圧、昇温レ
ート：１００℃／ｓｅｃ、処理温度：６２５℃、処理時
間：３０ｓｅｃで、ランプアニールを施した。

【００５５】続いて、前記Ｔｉシリサイド以外の未反応
なＴｉ薄膜やＴｉＮ薄膜を例えばアンモニア水と過酸化
水素水を１：２の割合で混合した溶液を用いて、選択的
に除去する。

【００５６】最後に、第２アニールを施し、前記Ｔｉシ
リサイドを相転移させて、低抵抗なＣ₅₄構造のチタンシ
リサイドを形成する。この時の熱処理も特には限定され
ず、例えば本実施例では、到達真空度：１０ｍＴｏｒｒ
以下、窒素流量：３０００ｃｃ／ｍｉｎ、処理圧力：大
気圧、昇温レート：１００℃／ｓｅｃ、処理時間：３０
ｓｅｃで、ランプアニールを施した。そして、処理温度
については、相転移温度や凝集を見極めるために、７０
０〜１１００℃の範囲内で種々選択した。

【００５７】以上のようにして得られたＴｉシリサイド
のシート抵抗と膜厚を測定し、その積より比抵抗を算出
した。また、Ｘ線回析より結晶構造を調べた。

【００５８】比抵抗と第２アニール温度との関係を図３
に示し、結晶構造から調査した相転移割合と第２アニー
ル温度との関係を図４に示す。

【００５９】比較例は、Ｔｉ純度が９9.９９５％（４Ｎ
５）で酸素含有量が２５０ｐｐｍの場合である。

【００６０】図３によると、第２アニールにより比抵抗
が低下し、また、アニール温度が上昇するに連れて比抵
抗が低下するが、比抵抗の最小値は２０μΩ・ｃｍ以下
にならず、３０μΩ・ｃｍを超える約３２μΩ・ｃｍで
ある。また、３０μΩ・ｃｍに近い比抵抗が得られるア
ニール温度域は、８８０℃近傍のピンポイント領域であ
り、その前後では比抵抗が急激に増大する。

【００６１】一方、図４によると、比較例の場合も、相
転移は８８０℃で完了する。つまり、Ｔｉシリサイドは
８８０℃以上で全てＣ₅₄構造となる。それにもかかわら
ず、２０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗が得られないのは、単
に不純物が多いと言うだけでなく、この温度域で既に凝
集が始まっているためと考えられる。凝集の発生に関し
ては、８００℃から始まるとの報告もある。

【００６２】実施例２は、Ｔｉ純度が９9.９９９％（５
Ｎ）で酸素含有量が１００ｐｐｍの場合である。

【００６３】図３から分かるように、比抵抗の最小値は
３０μΩ・ｃｍ以下の約２２μΩ・ｃｍとなる。しか
も、３０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗が得られるアニール温
度幅は、８３０℃程度から９３０℃程度までの約１００
℃に広がり、比較例で問題となるピンポイント状態から
の脱却が図られる。これは、図４からも分かるように、
高純度下での酸素含有量の低減により、相転移が促進さ
れ、相転移の低温化が図られたためと、凝集の発生が抑
制されたためと判断される。但し、この例でも、相転移
が完了しているにもかかわらず、２０μΩ・ｃｍ以下の
比抵抗は得られない。これはやはり不純物の直接的影響
と凝集の影響が考えられる。

【００６４】実施例１は、Ｔｉ純度が９9.９９９９％
（６Ｎ）で酸素含有量が３０ｐｐｍの場合である。

【００６５】図３から分かるように、比抵抗の最小値
は、２０μΩ・ｃｍ以下の約１９μΩ・ｃｍとなる。し
かも、その２０μΩ・ｃｍ以下で、アニール温度の広い
プロセスマージンが確保される。その温度幅は、８２０
℃程度から９３０℃程度までの約１１０℃に及び、３０
μΩ・ｃｍ以下で見れば、８００℃から１０００℃近く
に達する。比較例はもとより、実施例２と比べても、実
施例１の優位性は明らかである。これは、相転移の一層
の促進により相転移の低温化が更に進んだこと（図４）
と、広い温度範囲で凝集が効果的に抑制されたこととの
相乗によると判断される。

【００６６】なお、本発明者らは、Ｔｉ純度が９9.９９
９％（５Ｎ）で酸素含有量が２００ｐｐｍのＴｉターゲ
ットについても同様の調査を行い、実施例２に近い結果
が得られることを確認している。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の高純度Ｔｉ材および高純度Ｔｉターゲットは、サリサ
イドプロセスによるＴｉシリサイドの形成に適用して、
第２アニールでの相転移不良および凝集を抑制すること
により、比抵抗を効果的に低下させ、且つその低抵抗が
得られるアニール温度幅を著しく増大させることができ
る。従って、そのサリサイドプロセスで問題となる「細
線効果」を安定的に抑制することができ、高性能な半導
体デバイスの安定製造に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイドの形
成工程を模式的に示す断面図である。

【図２】第２アニールにおける比抵抗とアニール温度と
の関係を模式的に示す図表である。

【図３】第２アニールにおける比抵抗とアニール温度と
の関係についての調査結果を示す図表である。

【図４】第２アニールにおける相転移割合とアニール温
度との関係についての調査結果を示す図表である。

【符号の説明】

１ＭＯＳトランジスタ２ゲート電極となるポリシリコン３拡散層４サイドウォール５素子分離膜６Ｔｉ薄膜７Ｃ₄₉構造のＴｉシリサイド８Ｃ₅₄構造のＴｉシリサイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本節男兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス株式会社内 (72)発明者原田宗生大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者福井勝一大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者大麻隆彦大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者前田尚志大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｔｉ純度が９9.９９９％以上であり、且
つ酸素含有量が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る高純度Ｔｉ材。
【請求項２】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイ
ド形成用である請求項１に記載の高純度Ｔｉ材。
【請求項３】低級沃化物を経由する沃化物法による精
製Ｔｉ材から製造された請求項１または２に記載の高純
度Ｔｉ材。
【請求項４】Ｔｉ純度が９9.９９９％以上であり、且
つ酸素含有量が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る高純度Ｔｉターゲット。
【請求項５】サリサイドプロセスによるＴｉシリサイ
ド形成用である請求項４に記載の高純度Ｔｉターゲッ
ト。
【請求項６】低級沃化物を経由する沃化物法による精
製Ｔｉ材から製造された請求項４または５に記載の高純
度Ｔｉターゲット。