JPH11317379A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導電体（但し、Ｍｏ−Ｗ合金または窒化物から
成る導電体を除く。）から成り、この導電体中の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、およびそれを用
いた半導体素子である。 【解決手段】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

【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用のコン
タク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。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子のコンタクト部では、アルミ
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。

【０００３】近年、半導体素子の高集積化が進み、これ
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。

【０００４】コンタクトバリアー中に含まれる不純物と
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。

【０００５】（１）Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属（界面
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。

【０００６】（２）Ｕ，Ｔｈなどの放射性元素（ソフト
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。

【０００７】（３）Ｆｅ，Ｃｒなどの重金属（界面特性
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。

【０００８】半導体素子用材料には、製造プロセスによ
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。

【０００９】一方、半導体素子のゲート部位を形成する
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
に、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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るため、本発明に係る半導体素子用高純度導電性膜は、
スパッタリング法により得られた導電体（但し、Ｍｏ−
Ｗ合金または窒化物から成る導電体を除く。）から成
り、この導電体中の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。

【００１２】また、導電体を、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｖ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃ
ｏ，Ｐｄ，Ｐｔから選ばれた少なくとも１種の金属で構
成するとよい。

【００１３】さらに、本発明に係る半導体素子用高純度
導電性膜は、スパッタリング法により得られた導電体か
ら成り、この導電体が、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｔａ，Ｖ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｐ
ｄ，Ｐｔから選ばれた少なくとも１種の金属の珪化物か
ら成るとともに、この導電体中の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。

【００１４】また、スパッタリング法が活性スパッタリ
ング法であることを特徴とする。さらに、スパッタリン
グ法により成膜後、反応させることにより得られるよう
に構成してもよい。

【００１５】また、半導体素子用高純度導電性膜は、半
導体素子のコンタクトバリアー層またはゲート電極に好
適に用いられる。

【００１６】さらに、本発明に係る半導体素子は、上記
の半導体素子用高純度導電性膜を用いて成ることを特徴
とする。

【００１７】また、本発明に係る半導体素子用高純度導
電性膜の形成方法は、導電体（但し、Ｍｏ−Ｗ合金また
は窒化物から成る導電体を除く。）から成り、この導電
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をスパッタリング法に
より形成することを特徴とする。さらに、導電体は、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種の金属で構成するとよい。

【００１８】また、本発明に係る半導体素子用高純度導
電性膜の形成方法は、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，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成
る導電体であり、この導電体中の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
性膜をスパッタリング法により形成することを特徴とす
る。さらに、スパッタリング法により成膜後、反応させ
ることにより得られるように構成してもよい。

【００１９】半導体素子のリーク電流は、コンタクトバ
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。

【００２０】本発明においてＡｌ含有量を原子数で１×
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。

【００２１】本発明に係る導電性膜を構成する材料とし
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。

【００２２】上記本発明の導電性膜のうち、ＴｉＮ，Ｍ
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。

【００２３】しかしながら、上記薄膜中に含まれるＡｌ
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。

【００２４】本発明の導電性膜の結晶状態は、結晶体、
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。

【００２５】本発明の導電性膜は例えば下記の要領で製
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。

【００２６】また高融点金属および、高融点金属からな
る合金、および金属の珪化物で導電性膜を形成する場合
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。さらに、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，
Ｔｉ−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。

【００２７】本発明の導電性膜はＣＶＤ法でも成膜され
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。

【００２８】以下に実施例により本発明を詳しく説明す
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】実施例１ 図１７に示すようにｎ型基板３上に形成したｐ＋領域２
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
モデル化し、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。

【００３０】ここで、コンタクトバリアー層は下記のよ
うに形成した。

【００３１】最大粒径１０μｍ以下（平均粒径４μｍ）
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。

【００３２】また、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１５ｐｐｍであった。

【００３３】さらに、純度９９．９ｗｔ％で最大粒径５
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。

【００３４】これらのターゲットを用い、スパッタリン
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。

【００３５】次にＴｉ−Ｗコンタクトバリアー層中のＡ
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。

【００３６】図１の結果から明らかなように、Ａｌ含有
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。

【００３７】実施例２ Ｍｏからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例
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。

【００３８】図２において、曲線ＡはＡｌ含有量が３×
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。

【００３９】実施例３ Ｗからなるコンタクトバリアー層を有し、他は実施例１
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。

【００４０】図３において、曲線ＡはＡｌ含有量が０．
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。

【００４１】実施例４ Ｔａ−Ｉｒからなるコンタクトバリアー層を有し、他は
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。

【００４２】図４において、曲線ＡはＡｌ含有量が８×
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。

【００４３】実施例５ Ｎｉ−Ｎｂアモルファスからなるコンタクトバリアー層
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。

【００４４】図５において曲線ＡはＡｌ含有量が１．５
×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。

【００４５】実施例６ Ｆｅ−Ｗアモルファスからなるコンタクトバリアー層を
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。

【００４６】図６において、曲線ＡはＡｌ含有量が２．
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。

【００４７】実施例７ Ｔｉシリサイドからなるコンタクトバリアー層を有し、
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。

【００４８】ここで、Ａｌ濃度が１５０ｐｐｍのＴｉ−
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。

【００４９】一方、Ａｌ濃度が１０ｐｐｍのターゲット
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。

【００５０】これらのターゲットを用いてスパッタリン
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。

【００５１】図７において、曲線ＡはＡｌ含有量が５×
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。

【００５２】実施例８ 最大粒径１０μｍ以下の高純度Ｗ粉末と最大粒径３０μ
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。

【００５３】一方、Ａｌ含有量が約４５０ｐｐｍの低純
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。

【００５４】これらの２種類のターゲットを用いスパッ
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。

【００５５】図８において、曲線ＡはＡｌ含有量が２．
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。

【００５６】実施例９ 最大粒径１０μｍ以下の高純度Ｍｏ粉末と最大粒径３０
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。

【００５７】一方、Ａｌ含有量が約４５０ｐｐｍと約１
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。

【００５８】これらの３種類のターゲットを用いスパッ
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。

【００５９】図９において、曲線ＡはＡｌ含有量が２×
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。

【００６０】実施例１０ 最大粒径１０μｍ以下の高純度Ｔａ粉末と最大粒径３０
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。

【００６１】一方、Ａｌ含有量が約４３０ｐｐｍの低純
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。

【００６２】これら２種類のターゲットを使用し、スパ
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。

【００６３】図１０において、曲線ＡはＡｌ含有量が４
×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。

【００６４】実施例１１ 最大粒径１０μｍ以下の高純度Ｎｉ粉末と最大粒径３０
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。

【００６５】一方、Ａｌ含有量が約４００ｐｐｍの低純
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。

【００６６】これらの２種類のターゲットを用いスパッ
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。

【００６７】図１１において、曲線ＡはＡｌ含有量が８
×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。

【００６８】実施例１２ 最大粒径１０μｍ以下の高純度Ｃｏ粉末と最大粒径３０
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。

【００６９】一方、Ａｌ含有量が約３２０ｐｐｍの低純
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。

【００７０】これら２種類のターゲットを用い、スパッ
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。

【００７１】図１２において、曲線ＡはＡｌ含有量が
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。

【００７２】実施例１３ Ｔｉ窒化物からなるコンタクトバリアー層を有し、他は
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。

【００７３】ここで、Ａｌ濃度が１５０ｐｐｍのＴｉタ
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。

【００７４】一方、Ａｌ濃度が１０ｐｐｍのＴｉターゲ
ットは、実施例７と同様な方法で調製したものである。

【００７５】またＡｌ濃度が３ｐｐｍのＴｉターゲット
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。

【００７６】これら３種類のターゲットを用いスパッタ
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。

【００７７】図１３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。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。

【００７８】実施例１４ Ｔａ窒化物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
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。

【００７９】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、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。

【００８０】図１４において、曲線ＡはＡｌ含有量が４
×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。

【００８１】実施例１５ Ｔｉ−Ｗ合金窒化物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、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。

【００８２】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、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。

【００８３】図１５において、曲線ＡはＡｌ含有量が５
×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。

【００８４】実施例１６ Ｗ窒化物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。

【００８５】図１６において、曲線ＡはＡｌ含有量が３
×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。

【００８６】

【発明の効果】本発明の半導体素子用高純度導電性膜を
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、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ含有量が異なるＴｉ−Ｗからなるコンタク
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。

【図２】Ａｌ含有量が異なるＭｏからなるコンタクトバ
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。

【図３】Ａｌ含有量が異なるＷからなるコンタクトバリ
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。

【図４】Ａｌ含有量が異なるＴａ−Ｉｒからなるコンタ
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。

【図５】Ａｌ含有量が異なるＮｉ−Ｎｂからなるコンタ
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。

【図６】Ａｌ含有量が異なるＦｅ−Ｗからなるコンタク
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。

【図７】Ａｌ含有量が異なるＴｉ−Ｓｉからなるコンタ
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。

【図８】Ａｌ含有量が異なるＷ−Ｓｉからなるコンタク
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。

【図９】Ａｌ含有量が異なるＭｏ−Ｓｉからなるコンタ
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。

【図１０】Ａｌ含有量が異なるＴａ−Ｓｉからなるコン
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。

【図１１】Ａｌ含有量が異なるＮｉ−Ｓｉからなるコン
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。

【図１２】Ａｌ含有量が異なるＣｏ−Ｓｉからなるコン
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。

【図１３】Ａｌ含有量が異なるＴｉＮからなるコンタク
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。

【図１４】Ａｌ含有量が異なるＴａＮからなるコンタク
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。

【図１５】Ａｌ含有量が異なるＴｉ−Ｗ（Ｎ）からなる
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。

【図１６】Ａｌ含有量が異なるＷＮからなるコンタクト
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。

【図１７】実施例１〜１６に使用した半導体素子として
のダイオードの構成例を示す概略図。

【符号の説明】

１ コンタクトバリアー層 ２ ｐ＋領域 ３ ｎ型基盤 ４ Ａｌ層 ５ ＳｉＯ₂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 正視 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 河合 光雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 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番地 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番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 八木 典章 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 安藤 茂 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 小塙 佳子 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

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング法により得られた導電体
   （但し、Ｍｏ−Ｗ合金または窒化物から成る導電体を除
   く。）から成り、この導電体中の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。
2. 【請求項２】 導電体が、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈ
   ｆ，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
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体素子用高純度導
   電性膜。
3. 【請求項３】 スパッタリング法により得られた導電体
   から成り、この導電体が、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈ
   ｆ，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
   から成るとともに、この導電体中の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。
4. 【請求項４】 スパッタリング法が活性スパッタリング
   法であることを特徴とする請求項３記載の半導体素子用
   高純度導電性膜。
5. 【請求項５】 スパッタリング法により成膜後、反応さ
   せることにより得られることを特徴とする請求項２記載
   の半導体素子用高純度導電性膜。
6. 【請求項６】 半導体素子用高純度導電性膜は、半導体
   素子のコンタクトバリアー層またはゲート電極に用いら
   れることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
   載の半導体素子用高純度導電性膜。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の半
   導体素子用高純度導電性膜を用いて成ることを特徴とす
   る半導体素子。
8. 【請求項８】 導電体（但し、Ｍｏ−Ｗ合金または窒化
   物から成る導電体を除く。）から成り、この導電体中の
   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をスパッタリング法により形
   成することを特徴とする半導体素子用高純度導電性膜の
   形成方法。
9. 【請求項９】 導電体が、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈ
   ｆ，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
   ことを特徴とする請求項８記載の半導体素子用高純度導
   電性膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 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成る導
    電体であり、この導電体中のＡｌ含有量が原子数で１×
    １０¹⁸個／cm ³ 以下である半導体素子用高純度導電性膜
    をスパッタリング法により形成することを特徴とする半
    導体素子用高純度導電性膜の形成方法。
11. 【請求項１１】 スパッタリング法により成膜後、反応
    させることにより得られることを特徴とする請求項１０
    記載の半導体素子用高純度導電性膜の形成方法。