JPH04318934A - 金属薄膜及びその製造方法 - Google Patents
金属薄膜及びその製造方法Info
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- JPH04318934A JPH04318934A JP8566991A JP8566991A JPH04318934A JP H04318934 A JPH04318934 A JP H04318934A JP 8566991 A JP8566991 A JP 8566991A JP 8566991 A JP8566991 A JP 8566991A JP H04318934 A JPH04318934 A JP H04318934A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械的強度と化学的安
定性のよいタンタル金属の低比抵抗薄膜の構成と、その
製造方法に関するものである。
定性のよいタンタル金属の低比抵抗薄膜の構成と、その
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロニクスの分野における配線膜
材料には種々の金属が用いられるが、なかでもタンタル
金属は、機械的強度に優れ、かつ、その酸化被膜になる
Ｔａ２Ｏ５は誘電ロスが極めて少ない、比誘電率が比較
的高いという電気的な特徴と、優れた耐酸・耐アルカリ
性の化学的な安定性から、各種のデバイス製造プロセス
に耐える薄膜配線になり、かつ、そのデバイスにおける
信頼性を高めることができるので利用価値が高く、多用
されている。
材料には種々の金属が用いられるが、なかでもタンタル
金属は、機械的強度に優れ、かつ、その酸化被膜になる
Ｔａ２Ｏ５は誘電ロスが極めて少ない、比誘電率が比較
的高いという電気的な特徴と、優れた耐酸・耐アルカリ
性の化学的な安定性から、各種のデバイス製造プロセス
に耐える薄膜配線になり、かつ、そのデバイスにおける
信頼性を高めることができるので利用価値が高く、多用
されている。
【０００３】しかし、このタンタル金属膜の薄膜化が進
むに従って、低比抵抗（２０〜５０μΩｃｍ）を示す通
常の立方晶結晶構造（α相）のなかに高い比抵抗（〜２
００μΩｃｍ）を示す正方晶結晶構造（β相）が発生し
準安定な状態で存在していることが知られている。
むに従って、低比抵抗（２０〜５０μΩｃｍ）を示す通
常の立方晶結晶構造（α相）のなかに高い比抵抗（〜２
００μΩｃｍ）を示す正方晶結晶構造（β相）が発生し
準安定な状態で存在していることが知られている。
【０００４】以上の２つの相のうちタンタル高比抵抗の
β相は、その比抵抗の温度による変化が極めて小さいこ
とから、精密抵抗器に使用されるようになっている。
β相は、その比抵抗の温度による変化が極めて小さいこ
とから、精密抵抗器に使用されるようになっている。
【０００５】一方、低比抵抗のα相タンタルは、そのβ
相タンタルの１／１０程度の比抵抗になることから、特
性のよい薄膜配線材料として、各種の用途への応用展開
がされている。しかし、タンタルの薄膜化が進むと、準
安定な高比抵抗のβ相ができやすくなり、作製した薄膜
配線の抵抗値が高くなる、均一にならない等の問題から
、低比抵抗のα相タンタルのみを形成するための種々の
成膜法が提案されている。
相タンタルの１／１０程度の比抵抗になることから、特
性のよい薄膜配線材料として、各種の用途への応用展開
がされている。しかし、タンタルの薄膜化が進むと、準
安定な高比抵抗のβ相ができやすくなり、作製した薄膜
配線の抵抗値が高くなる、均一にならない等の問題から
、低比抵抗のα相タンタルのみを形成するための種々の
成膜法が提案されている。
【０００６】以上において、タンタル薄膜のスパッタ法
による堆積中に窒素ガスを導入して、成膜したタンタル
薄膜を窒素との合金にする方法は、歴史的には窒化物合
金系超伝導体材料研究の成果ではあるが、比較的容易に
、準安定な高比抵抗のβ相の発生を防ぎ、選択的に低比
抵抗のα相のタンタル薄膜に制御した成膜をすることが
できるので、タンタル薄膜の配線形成プロセスによく用
いられるようになっている。
による堆積中に窒素ガスを導入して、成膜したタンタル
薄膜を窒素との合金にする方法は、歴史的には窒化物合
金系超伝導体材料研究の成果ではあるが、比較的容易に
、準安定な高比抵抗のβ相の発生を防ぎ、選択的に低比
抵抗のα相のタンタル薄膜に制御した成膜をすることが
できるので、タンタル薄膜の配線形成プロセスによく用
いられるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上で説明し
た窒素ガス添加によるスパッタ法で成膜したタンタル薄
膜では比抵抗が異なる２つの結晶構造の相の出現率（α
／β）が、その成膜条件、例えば窒素ガス分圧やその流
量、スパッタの印加電力、又は、基板の温度や基板の材
料、膜堆積速度、スパッタ装置の構造に依存しているこ
とが知られてから、堆積膜の安定化のため種々の工夫が
されてきた。
た窒素ガス添加によるスパッタ法で成膜したタンタル薄
膜では比抵抗が異なる２つの結晶構造の相の出現率（α
／β）が、その成膜条件、例えば窒素ガス分圧やその流
量、スパッタの印加電力、又は、基板の温度や基板の材
料、膜堆積速度、スパッタ装置の構造に依存しているこ
とが知られてから、堆積膜の安定化のため種々の工夫が
されてきた。
【０００８】以上の成膜条件のなかでも窒素ガス分圧の
大きさが相の出現率（α／β）に大きい影響を与えてい
る。即ち、窒素が１０−６〜１０−５Ｔｏｒｒの分圧の
範囲になるとタンタル薄膜は、高比抵抗のβ相からα相
とβ相の混合相になり、更に、１０−５Ｔｏｒｒの近辺
で低比抵抗のα相リッチになる。次に、窒素ガス分圧を
１０−５Ｔｏｒｒ以上にすると前記の金属的なα及びβ
相以外の絶縁物の特性をもつＴａＮ０・１，ＴａＮ０・
２５，Ｔａ６Ｎ２・７５，ＴａＮ０・５，ＴａＮ０・８
，ＴａＮ，Ｔａ３Ｎ４（ＡＳＴＭ：Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ カードより）などが形成されるようになり
、比抵抗は再び増大してくる。従って窒素添加ガスのス
パッタ法で、最適な低比抵抗のタンタル薄膜を成膜する
ためには、窒素分圧を１０−５Ｔｏｒｒ付近に保つよう
窒素流量を制御する必要があるが、これは生産の現場に
おいて基板全体を常に最適な膜堆積条件に維持すること
は難しく、又、膜の堆積面積が広くなれば増々困難にな
る。
大きさが相の出現率（α／β）に大きい影響を与えてい
る。即ち、窒素が１０−６〜１０−５Ｔｏｒｒの分圧の
範囲になるとタンタル薄膜は、高比抵抗のβ相からα相
とβ相の混合相になり、更に、１０−５Ｔｏｒｒの近辺
で低比抵抗のα相リッチになる。次に、窒素ガス分圧を
１０−５Ｔｏｒｒ以上にすると前記の金属的なα及びβ
相以外の絶縁物の特性をもつＴａＮ０・１，ＴａＮ０・
２５，Ｔａ６Ｎ２・７５，ＴａＮ０・５，ＴａＮ０・８
，ＴａＮ，Ｔａ３Ｎ４（ＡＳＴＭ：Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ カードより）などが形成されるようになり
、比抵抗は再び増大してくる。従って窒素添加ガスのス
パッタ法で、最適な低比抵抗のタンタル薄膜を成膜する
ためには、窒素分圧を１０−５Ｔｏｒｒ付近に保つよう
窒素流量を制御する必要があるが、これは生産の現場に
おいて基板全体を常に最適な膜堆積条件に維持すること
は難しく、又、膜の堆積面積が広くなれば増々困難にな
る。
【０００９】又、以上の方法により作製したタンタル金
属の薄膜は絶縁物を分散した構成になることから、高比
抵抗の結晶構造になる準安定なβ相の形成を防ぐことが
できても、純粋なタンタル金属の低比抵抗値（１３μΩ
）より３〜４倍高い比抵抗値になることは避けられない
。
属の薄膜は絶縁物を分散した構成になることから、高比
抵抗の結晶構造になる準安定なβ相の形成を防ぐことが
できても、純粋なタンタル金属の低比抵抗値（１３μΩ
）より３〜４倍高い比抵抗値になることは避けられない
。
【００１０】一方、タンタル金属薄膜における２つの相
の出現率α／βは、膜を堆積する基板の種類と共にその
表面状態にも依存することが知られている。これは、一
般的に酸化物もしくは酸化物を形成しやすい材料からな
る基板表面では高抵抗になるβ相が形成されやすく、一
方、基板の表面が水分その他の分子の付着で汚染されて
いるときは低抵抗のα相が形成されやすいという報告は
あるがこらは経験則の域を出ないもので、製造工程にお
いてこの膜堆積条件を継続して維持することは困難であ
った。
の出現率α／βは、膜を堆積する基板の種類と共にその
表面状態にも依存することが知られている。これは、一
般的に酸化物もしくは酸化物を形成しやすい材料からな
る基板表面では高抵抗になるβ相が形成されやすく、一
方、基板の表面が水分その他の分子の付着で汚染されて
いるときは低抵抗のα相が形成されやすいという報告は
あるがこらは経験則の域を出ないもので、製造工程にお
いてこの膜堆積条件を継続して維持することは困難であ
った。
【００１１】本発明は以上で説明した低比抵抗のタンタ
ル金属薄膜の製造における従来の方法の課題を解消する
低比抵抗タンタル金属薄膜の構成とその製造方法を提供
することを目的としている。
ル金属薄膜の製造における従来の方法の課題を解消する
低比抵抗タンタル金属薄膜の構成とその製造方法を提供
することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来のタンタ
ル金属薄膜の低比抵抗のα相形成のための窒素ガス添加
によるスパッタ法では、成膜条件が極めて厳しいこと、
又、スパッタ条件によって形成される絶縁性のタンタル
窒化物の形成を防ぐと共に、前記の窒素添加法で得られ
たα相タンタル薄膜より、更に低比抵抗になるα相のタ
ンタル薄膜を形成するため、タンタルのα相と同じ体心
立方格子のみの結晶構造をもつニオブ金属を利用するも
のである。
ル金属薄膜の低比抵抗のα相形成のための窒素ガス添加
によるスパッタ法では、成膜条件が極めて厳しいこと、
又、スパッタ条件によって形成される絶縁性のタンタル
窒化物の形成を防ぐと共に、前記の窒素添加法で得られ
たα相タンタル薄膜より、更に低比抵抗になるα相のタ
ンタル薄膜を形成するため、タンタルのα相と同じ体心
立方格子のみの結晶構造をもつニオブ金属を利用するも
のである。
【００１３】以上の方法を実施する具体的な方法として
は、本発明のタンタル金属と類似した耐酸、耐アルカリ
特性をもち、化学的に安定していると共に、バルクのと
きも薄膜の状態のときもタンタル金属のような準安定な
β相をもつことなく、タンタルの低比抵抗のα相と同一
の体心立方の結晶構造のみのニオブ金属によりタンタル
薄膜も同じ結晶構造にするものである。
は、本発明のタンタル金属と類似した耐酸、耐アルカリ
特性をもち、化学的に安定していると共に、バルクのと
きも薄膜の状態のときもタンタル金属のような準安定な
β相をもつことなく、タンタルの低比抵抗のα相と同一
の体心立方の結晶構造のみのニオブ金属によりタンタル
薄膜も同じ結晶構造にするものである。
【００１４】このニオブ金属を、スパッタ法におけるタ
ンタルの堆積膜中に添加することで、添加したニオブの
粒子が隣接したタンタル金属層を同じ体心立方格子の結
晶構造になるよう強制的に誘導するという実験の結果を
利用し、堆積したタンタル金属薄膜をα相にするもので
ある。
ンタルの堆積膜中に添加することで、添加したニオブの
粒子が隣接したタンタル金属層を同じ体心立方格子の結
晶構造になるよう強制的に誘導するという実験の結果を
利用し、堆積したタンタル金属薄膜をα相にするもので
ある。
【００１５】以上のようなニオブ金属との境界でのタン
タル金属膜の強制的体心立方格子構造への誘導作用は、
ニオブ金属薄膜上へタンタル金属薄膜を堆積したときも
生じるので、この方法によっても低比抵抗のα相からな
るタンタル薄膜を作製することができる。
タル金属膜の強制的体心立方格子構造への誘導作用は、
ニオブ金属薄膜上へタンタル金属薄膜を堆積したときも
生じるので、この方法によっても低比抵抗のα相からな
るタンタル薄膜を作製することができる。
【００１６】
【作用】以上で、説明した結晶構造の誘導は、ニオブ金
属が格子定数３．３０３Åの体心立方格子の結晶構造で
、一方、低比抵抗のタンタル金属も同一結晶構造で、か
つ、その格子定数も３．３０５８Åという極めて近似し
た値になっていることに起因する。特に、面間エネルギ
ーが小さい（１１０）、（１１１）などでの高次のミラ
ー面を異種原子間のヘテロエピタキシャル成長が、タン
タル金属を体心立方格子へ強制的に成長させ、他方の正
方格子の結晶構造からなる高比抵抗のβ相の成長を阻害
する効果を見出だし、これを利用するものである。
属が格子定数３．３０３Åの体心立方格子の結晶構造で
、一方、低比抵抗のタンタル金属も同一結晶構造で、か
つ、その格子定数も３．３０５８Åという極めて近似し
た値になっていることに起因する。特に、面間エネルギ
ーが小さい（１１０）、（１１１）などでの高次のミラ
ー面を異種原子間のヘテロエピタキシャル成長が、タン
タル金属を体心立方格子へ強制的に成長させ、他方の正
方格子の結晶構造からなる高比抵抗のβ相の成長を阻害
する効果を見出だし、これを利用するものである。
【００１７】以上の本発明の方法は、従来の窒化法を用
いたとき不可避的に形成されたタンタルの窒化物からな
る絶縁物は形成されないで、タンタル金属と同程度の比
抵抗（１４．２μΩ）のニオブ金属を用いることから作
製したタンタル金属薄膜の比抵抗に悪影響を与えること
なく、低比抵抗のα相にすることができる。
いたとき不可避的に形成されたタンタルの窒化物からな
る絶縁物は形成されないで、タンタル金属と同程度の比
抵抗（１４．２μΩ）のニオブ金属を用いることから作
製したタンタル金属薄膜の比抵抗に悪影響を与えること
なく、低比抵抗のα相にすることができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１９】先ず、本実施例の成膜に用いたスパッタ装
置とその成膜条件の概要を図４に示した。
置とその成膜条件の概要を図４に示した。
【００２０】図４で、１は基板でありタンタル金属薄膜
を堆積するときは、一般には、ガラス板・シリコンウエ
ハ等を用いることが多い。２は、スパッタ用のターゲッ
トであり、本実施例では堆積する金属膜の組成、又は、
構成に応じて、ニオブを添加したタンタル合金のターゲ
ット、ニオブ金属とタンタル金属のブロックを組合せて
幾何学的な所定の組成比に対応するパターンにしたター
ゲット、又は、ニオブ金属、タンタル金属のみからなる
ターゲットを用いている。３は、本スパッタ装置の排気
系に接続する排気口である。なお、図示を省略した排気
系は、本スパッタ装置内を１×１０−４Ｐａ程度の真空
度まで排気できれば、ターボポンプ、熱拡散ポンプ等を
使用することができる。４はスパッタにおける放電で発
生したアルゴンのプラズマを、ターゲットと基板の間に
閉じ込める磁場を発生するためのコイルで、このコイル
４で発生させた磁場の強さにより、アルゴンプラズマの
実効的密度を〜１００倍にして膜堆積速度を速くすると
いう利点をもっている。しかし、この磁場がなくても膜
の堆積はできる。５は直流電源で−１００Ｖ〜−３００
０Ｖ程度の範囲で使用することが多い。本実施例では直
流（ＤＣ）スパッタ法を用いているが、装置に制御用グ
リッドを設けた高周波（ＲＦ）スパッタ法を用いてもよ
い。６はスパッタ用ガスの供給口で、実施例においては
アルゴンガス、又は窒素ガスを添加したアルゴンガスが
供給されていいる。なおガス供給口６へ供給するガスの
量やその混合・希釈度は精密に流量制御装置で制御して
いる。なお、成膜したタンタル金属薄膜の膜厚は約３０
００Åであった。
を堆積するときは、一般には、ガラス板・シリコンウエ
ハ等を用いることが多い。２は、スパッタ用のターゲッ
トであり、本実施例では堆積する金属膜の組成、又は、
構成に応じて、ニオブを添加したタンタル合金のターゲ
ット、ニオブ金属とタンタル金属のブロックを組合せて
幾何学的な所定の組成比に対応するパターンにしたター
ゲット、又は、ニオブ金属、タンタル金属のみからなる
ターゲットを用いている。３は、本スパッタ装置の排気
系に接続する排気口である。なお、図示を省略した排気
系は、本スパッタ装置内を１×１０−４Ｐａ程度の真空
度まで排気できれば、ターボポンプ、熱拡散ポンプ等を
使用することができる。４はスパッタにおける放電で発
生したアルゴンのプラズマを、ターゲットと基板の間に
閉じ込める磁場を発生するためのコイルで、このコイル
４で発生させた磁場の強さにより、アルゴンプラズマの
実効的密度を〜１００倍にして膜堆積速度を速くすると
いう利点をもっている。しかし、この磁場がなくても膜
の堆積はできる。５は直流電源で−１００Ｖ〜−３００
０Ｖ程度の範囲で使用することが多い。本実施例では直
流（ＤＣ）スパッタ法を用いているが、装置に制御用グ
リッドを設けた高周波（ＲＦ）スパッタ法を用いてもよ
い。６はスパッタ用ガスの供給口で、実施例においては
アルゴンガス、又は窒素ガスを添加したアルゴンガスが
供給されていいる。なおガス供給口６へ供給するガスの
量やその混合・希釈度は精密に流量制御装置で制御して
いる。なお、成膜したタンタル金属薄膜の膜厚は約３０
００Åであった。
【００２１】（実施例１）以下の実施例では前記で説明
した図４のスパッタ装置を用いて成膜した。
した図４のスパッタ装置を用いて成膜した。
【００２２】その実施例の成膜工程は、まず装置のガス
供給口６を閉じて、装置内を１×１０−４Ｐａ程度の真
空度にして付着ガス等を排気した後、所定のアルゴンガ
ス等を、圧力０．４Ｐａに保ようガスを供給した。この
ガスの供給はアルゴン（Ａｒ）ガスで５０ｓｃｃｍであ
る。基板１にはガラス板（Ｃ７０５９）を用いて、膜堆
積の温度は室温にしている。スパッタのときは、ＤＣ電
源５により３．０ＫＷの電力を供給している。
供給口６を閉じて、装置内を１×１０−４Ｐａ程度の真
空度にして付着ガス等を排気した後、所定のアルゴンガ
ス等を、圧力０．４Ｐａに保ようガスを供給した。この
ガスの供給はアルゴン（Ａｒ）ガスで５０ｓｃｃｍであ
る。基板１にはガラス板（Ｃ７０５９）を用いて、膜堆
積の温度は室温にしている。スパッタのときは、ＤＣ電
源５により３．０ＫＷの電力を供給している。
【００２３】以上のスパッタ条件において、タンタル金
属にそのα相と同じ立方晶結晶構造をもつニオブ金属を
１〜１０重量％添加したターゲットを用いて成膜した。
属にそのα相と同じ立方晶結晶構造をもつニオブ金属を
１〜１０重量％添加したターゲットを用いて成膜した。
【００２４】以上で成膜した金属薄膜は、いずれも２０
〜６０μΩｃｍの低い比抵抗であり、従来の窒素添加に
よるα相のタンタル薄膜より低い比抵抗であることが分
った。
〜６０μΩｃｍの低い比抵抗であり、従来の窒素添加に
よるα相のタンタル薄膜より低い比抵抗であることが分
った。
【００２５】以上の実施例のタンタル金属薄膜のＸ線回
折測定の結果を示したのが図１（Ａ）である。以上のＸ
線回折パターンから分るように実施例の薄膜は、タンタ
ル金属の低比抵抗立方結晶構造（α相）のみで形成され
ていることが分る。
折測定の結果を示したのが図１（Ａ）である。以上のＸ
線回折パターンから分るように実施例の薄膜は、タンタ
ル金属の低比抵抗立方結晶構造（α相）のみで形成され
ていることが分る。
【００２６】以上の本実施例に対する比較例として従来
の技術で作製したタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン
を図１（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す。
の技術で作製したタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン
を図１（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す。
【００２７】図１（Ｂ）を測定したタンタル金属薄膜は
、タンタル金属のみのターゲットを用いて、スパッタガ
スもアルコンガスのみを供給して成膜した。
、タンタル金属のみのターゲットを用いて、スパッタガ
スもアルコンガスのみを供給して成膜した。
【００２８】図１（Ｂ）から分るように成膜したタンタ
ル薄膜では、高比抵抗の準安定正方結晶構造（β相）が
多いことが分る。
ル薄膜では、高比抵抗の準安定正方結晶構造（β相）が
多いことが分る。
【００２９】次の図１（Ｃ）に示したＸ線回折パターン
は、前の図１（Ｂ）でＸ線回折パターンを示した薄膜の
成膜条件に、窒素（Ｎ２）ガスを２ｓｃｃｍ添加して堆
積したタンタル金属薄膜のものである。
は、前の図１（Ｂ）でＸ線回折パターンを示した薄膜の
成膜条件に、窒素（Ｎ２）ガスを２ｓｃｃｍ添加して堆
積したタンタル金属薄膜のものである。
【００３０】図１（Ｃ）から分るように、スパッタガス
に窒素ガスを添加することでβ相が減少して、低比抵抗
の立方晶結晶構造（α相）が増大していることが分る。
に窒素ガスを添加することでβ相が減少して、低比抵抗
の立方晶結晶構造（α相）が増大していることが分る。
【００３１】更に、図１（Ｄ）に示したのは、前記の成
膜条件の窒素ガスを４ｓｃｃｍに増加して堆積したタン
タル金属薄膜のＸ線回折パターンである。この図１（Ｄ
）からβ相が消失してα相のみになっていることが分る
。
膜条件の窒素ガスを４ｓｃｃｍに増加して堆積したタン
タル金属薄膜のＸ線回折パターンである。この図１（Ｄ
）からβ相が消失してα相のみになっていることが分る
。
【００３２】以上における従来の窒素添加のタンタル金
属薄膜の堆積におけるスパッタガスへの窒素添加量と、
成膜した薄膜の比抵抗の関連を示したのが図２である。 図２から、添加窒素ガスが４ｓｃｃｍのとき薄膜の比抵
抗が極小になることが分る。以上で説明した図１と図２
から分るように、従来の窒素添加の方法でα相を形成す
るときは、本質的にはタンタル金属薄膜のなかにその窒
化物の絶縁物を形成することになり、過剰の窒素添加は
その薄膜の比抵抗を増大させることになった。
属薄膜の堆積におけるスパッタガスへの窒素添加量と、
成膜した薄膜の比抵抗の関連を示したのが図２である。 図２から、添加窒素ガスが４ｓｃｃｍのとき薄膜の比抵
抗が極小になることが分る。以上で説明した図１と図２
から分るように、従来の窒素添加の方法でα相を形成す
るときは、本質的にはタンタル金属薄膜のなかにその窒
化物の絶縁物を形成することになり、過剰の窒素添加は
その薄膜の比抵抗を増大させることになった。
【００３３】以上の従来例の窒素添加に対して、本実施
例のニオブ金属を１〜１０重量％添加したタンタル金属
との合金のターゲットを用いてニオブを添加したタンタ
ル薄膜は、従来の方法のものより低い比抵抗のタンタル
薄膜を、安定して再現性よく作製できることが分った。
例のニオブ金属を１〜１０重量％添加したタンタル金属
との合金のターゲットを用いてニオブを添加したタンタ
ル薄膜は、従来の方法のものより低い比抵抗のタンタル
薄膜を、安定して再現性よく作製できることが分った。
【００３４】以上の実施例１では、，ニオブを１〜１０
重量％添加したタンタルのターゲットを用いたスパッタ
法で作製した金属膜の実施例で説明したが、ニオブ単体
の比抵抗が小さいことから、上記の実施例以上の高い比
率の合金においても同等の効果が得られると予想できる
。
重量％添加したタンタルのターゲットを用いたスパッタ
法で作製した金属膜の実施例で説明したが、ニオブ単体
の比抵抗が小さいことから、上記の実施例以上の高い比
率の合金においても同等の効果が得られると予想できる
。
【００３５】（実施例２）この実施例に於いては、使用
するターゲットにニオブ金属の添加量を０．１〜１０重
量％とニオブの添加量を減少したタンタルのターゲット
も用いると共に、スパッタガスに０．２〜１ｓｃｃｍの
窒素ガスを添加して成膜した。作製した薄膜の比抵抗は
いずれも４０〜６０μΩｃｍと従来のタンタル薄膜より
低い比抵抗であった。
するターゲットにニオブ金属の添加量を０．１〜１０重
量％とニオブの添加量を減少したタンタルのターゲット
も用いると共に、スパッタガスに０．２〜１ｓｃｃｍの
窒素ガスを添加して成膜した。作製した薄膜の比抵抗は
いずれも４０〜６０μΩｃｍと従来のタンタル薄膜より
低い比抵抗であった。
【００３６】又、以上で成膜した薄膜のＸ線回折パター
ンは、図３（Ａ）に示したように、単１の低比抵抗立方
結晶構造（α相）のタンタル金属薄膜であることを示し
ている。
ンは、図３（Ａ）に示したように、単１の低比抵抗立方
結晶構造（α相）のタンタル金属薄膜であることを示し
ている。
【００３７】以上の実施例２の比較例として、ターゲッ
トのみを、タンタル金属のみのターゲットにして成膜し
たタンタル薄膜のＸ線回折パターンを示したのが図３（
Ｂ）である。この図３（Ｂ）が従来の窒素ガス添加量を
極く少量にしたときに対応していて、高比抵抗の準安定
正方結晶構造（β相）が顕著に多くなっていることが分
る。
トのみを、タンタル金属のみのターゲットにして成膜し
たタンタル薄膜のＸ線回折パターンを示したのが図３（
Ｂ）である。この図３（Ｂ）が従来の窒素ガス添加量を
極く少量にしたときに対応していて、高比抵抗の準安定
正方結晶構造（β相）が顕著に多くなっていることが分
る。
【００３８】本実施例によるスパッタガスに窒素を少量
添加する方法は、タンタル中に添加するニオブの量を制
限する必要のあるとき有効であり、又、少量のニオブを
添加しておくことで、タンタル薄膜を所定の比抵抗にす
るための窒素の量を減少できることが分った。
添加する方法は、タンタル中に添加するニオブの量を制
限する必要のあるとき有効であり、又、少量のニオブを
添加しておくことで、タンタル薄膜を所定の比抵抗にす
るための窒素の量を減少できることが分った。
【００３９】この実施例２で成膜した金属薄膜中の窒素
量を分析した結果、０．１〜１原子％であり、従来の窒
素添加法によるものの１／１０〜１／２の窒素量で低比
抵抗の立方結晶構造（α相）が顕著に形成されているこ
とが分る。
量を分析した結果、０．１〜１原子％であり、従来の窒
素添加法によるものの１／１０〜１／２の窒素量で低比
抵抗の立方結晶構造（α相）が顕著に形成されているこ
とが分る。
【００４０】（実施例３）本実施例は、ターゲットの構
造を変えたもので、実施例１のようなタンタルとニオブ
の合金のターゲットでなく、表面のタンタルとニオブの
面積比を所定の比率にしたターゲットを用いたスパッタ
法による成膜を行ったものである。
造を変えたもので、実施例１のようなタンタルとニオブ
の合金のターゲットでなく、表面のタンタルとニオブの
面積比を所定の比率にしたターゲットを用いたスパッタ
法による成膜を行ったものである。
【００４１】作製した金属薄膜の比抵抗は２０〜６０μ
Ωｃｍと良好であり、かつ、そのＸ線回折パターンも、
殆んど図１（Ａ）と同じで、単１α相で形成されている
ことを示していた。
Ωｃｍと良好であり、かつ、そのＸ線回折パターンも、
殆んど図１（Ａ）と同じで、単１α相で形成されている
ことを示していた。
【００４２】本実施例では、成膜後のタンタル中のニオ
ブの原子比が１〜１０％になるよう制御したが、本発明
はニオブの比率を以上で限定するものでなく、その比率
を変えることも可能である。
ブの原子比が１〜１０％になるよう制御したが、本発明
はニオブの比率を以上で限定するものでなく、その比率
を変えることも可能である。
【００４３】以上はタンタルとニオブのターゲット上で
の面積比を変える方法の実施例で説明したが、タンタル
とニオブのターゲットをそれぞれ独立した構成にして、
各ターゲットへ印加するスパッタの電力を制御して、目
的の構成の金属薄膜にしてもよい。
の面積比を変える方法の実施例で説明したが、タンタル
とニオブのターゲットをそれぞれ独立した構成にして、
各ターゲットへ印加するスパッタの電力を制御して、目
的の構成の金属薄膜にしてもよい。
【００４４】（実施例４）本実施例は、タンタルとニオ
ブのターゲットを各々独立に制御できる構成にし、かつ
、スパッタガスに少量の窒素ガスを供給して成膜したも
のである。
ブのターゲットを各々独立に制御できる構成にし、かつ
、スパッタガスに少量の窒素ガスを供給して成膜したも
のである。
【００４５】以上によって成膜した金属薄膜は４０〜６
０μΩｃｍと低い比抵抗を示すと共に、そのＸ線回折パ
ターンも単１α相のタンタル金属薄膜であることを示し
ていた。
０μΩｃｍと低い比抵抗を示すと共に、そのＸ線回折パ
ターンも単１α相のタンタル金属薄膜であることを示し
ていた。
【００４６】本実施例でのタンタル中のニオブ添加量を
減少させたいとき有効であり、添加した窒素の量も分析
した結果０．１〜１原子％で有効になっているので、従
来の窒素量の１／１０〜１／２でα相を顕著に形成でき
ることが分った。
減少させたいとき有効であり、添加した窒素の量も分析
した結果０．１〜１原子％で有効になっているので、従
来の窒素量の１／１０〜１／２でα相を顕著に形成でき
ることが分った。
【００４７】（実施例５）本実施例は、タンタル金属の
ターゲットとニオブ金属のターゲットを用いてスパッタ
法の金属膜の形成するものである。
ターゲットとニオブ金属のターゲットを用いてスパッタ
法の金属膜の形成するものである。
【００４８】この成膜においては、ニオブのターゲット
により基板上に１０〜１００ｎｍのニオブ金属薄膜を形
成し、続いてタンタルのターゲットにより、前記のニオ
ブ金属薄膜上にタンタル薄膜を形成するものである。以
上のようにして成膜した金属膜の比抵抗は２０〜６０μ
Ωｃｍと低く、かつ、その薄膜のＸ線回折パターンも単
一のα相の構成になっていることを示していた。
により基板上に１０〜１００ｎｍのニオブ金属薄膜を形
成し、続いてタンタルのターゲットにより、前記のニオ
ブ金属薄膜上にタンタル薄膜を形成するものである。以
上のようにして成膜した金属膜の比抵抗は２０〜６０μ
Ωｃｍと低く、かつ、その薄膜のＸ線回折パターンも単
一のα相の構成になっていることを示していた。
【００４９】本実施例では、タンタルの低比抵抗の立方
結晶構造（α相）と同じ構造になるニオブの極めて薄い
薄膜（１０〜１００ｎｍ）上に、タンタルを堆積し、ニ
オブ薄膜による強制的な誘導により、上に堆積したタン
タル薄膜をα相に揃えるものである。
結晶構造（α相）と同じ構造になるニオブの極めて薄い
薄膜（１０〜１００ｎｍ）上に、タンタルを堆積し、ニ
オブ薄膜による強制的な誘導により、上に堆積したタン
タル薄膜をα相に揃えるものである。
【００５０】以上の本実施例では先に堆積するニオブ薄
膜を１０〜１００ｎｍにしたが、本発明ではニオブ薄膜
の膜厚をこの範囲に限定するものではなく、続いて堆積
したタンタル薄膜をα相に誘導できる厚さであればよい
。
膜を１０〜１００ｎｍにしたが、本発明ではニオブ薄膜
の膜厚をこの範囲に限定するものではなく、続いて堆積
したタンタル薄膜をα相に誘導できる厚さであればよい
。
【００５１】（実施例６）本実施例においても、先ずニ
オブのターゲットにより１〜１００ｎｍのニオブ薄膜を
堆積し、続いて、少量の窒素（０．２〜１ｓｃｃｍ）窒
素ガスを添加したスパッタガスあを用いてタンタル薄膜
を堆積している。
オブのターゲットにより１〜１００ｎｍのニオブ薄膜を
堆積し、続いて、少量の窒素（０．２〜１ｓｃｃｍ）窒
素ガスを添加したスパッタガスあを用いてタンタル薄膜
を堆積している。
【００５２】以上で形成した金属薄膜の比抵抗は４０〜
６０μΩｃｍと良好であり、又、その薄膜のＸ線回折パ
ターンは単一の低比抵抗α相であることを示していた。
６０μΩｃｍと良好であり、又、その薄膜のＸ線回折パ
ターンは単一の低比抵抗α相であることを示していた。
【００５３】以上での実施例は、はじめに堆積するニオ
ブ薄膜を薄くしたいとき有効であり、そのニオブ薄膜の
膜厚は１ｎｍ程度にしても効果があることが分った。
ブ薄膜を薄くしたいとき有効であり、そのニオブ薄膜の
膜厚は１ｎｍ程度にしても効果があることが分った。
【００５４】以上の種々の実施例によって、本発明のタ
ンタル薄膜を低比抵抗に安定させた成膜ができることを
示したが、本発明は実施例によって限定されるものでな
く、例えば実施例では１つのスパッタ用チャンバ内でニ
オブとタンタルを連続させて成膜した積層膜も、トラン
スファ・ゲートバルブを介した複数のチャンバによって
成膜してもよく、更に、目的によっては実施例で説明し
た薄膜の他の組合せ、又は、積層数を変えて成膜するこ
ともでき、成膜条件も目的によって変えることができる
。
ンタル薄膜を低比抵抗に安定させた成膜ができることを
示したが、本発明は実施例によって限定されるものでな
く、例えば実施例では１つのスパッタ用チャンバ内でニ
オブとタンタルを連続させて成膜した積層膜も、トラン
スファ・ゲートバルブを介した複数のチャンバによって
成膜してもよく、更に、目的によっては実施例で説明し
た薄膜の他の組合せ、又は、積層数を変えて成膜するこ
ともでき、成膜条件も目的によって変えることができる
。
【００５５】
【発明の効果】本発明によるタンタル薄膜は、該薄膜中
にニオブを添加するか、ニオブの薄膜を形成した上に堆
積することで、成膜したタンタル薄膜を低比抵抗の立方
晶構造（α相）にするものである。更に、本発明のタン
タル金属からなる薄膜は、従来のスパッタ装置を用いて
作製することができるので、安定した導体薄膜として、
特に微細な加工を必要とするＩＣ，光ＩＣ，光電変換デ
バイス，光学表示デバイスなどエレクトロニクスの分野
に広く使用することができる。
にニオブを添加するか、ニオブの薄膜を形成した上に堆
積することで、成膜したタンタル薄膜を低比抵抗の立方
晶構造（α相）にするものである。更に、本発明のタン
タル金属からなる薄膜は、従来のスパッタ装置を用いて
作製することができるので、安定した導体薄膜として、
特に微細な加工を必要とするＩＣ，光ＩＣ，光電変換デ
バイス，光学表示デバイスなどエレクトロニクスの分野
に広く使用することができる。
【図１】ニオブを添加したタンタル薄膜と従来の窒素添
加タンタル薄膜のＸ線回折パターンを示した図である。
加タンタル薄膜のＸ線回折パターンを示した図である。
【図２】タンタル薄膜への窒素添加量による比抵抗の変
化を示した図である。
化を示した図である。
【図３】スパッタガスに少量の窒素を添加した成膜にお
いて本発明の効果を示したＸ線回折パターン図である。
いて本発明の効果を示したＸ線回折パターン図である。
【図４】実施例の成膜に使用したスパッタ装置の概要を
示した断面図である。
示した断面図である。
１ 基板
２ ターゲット
３ 排気口
４ 磁場発生用コイル
５ 直流電源
６ ガス供給口
Claims (8)
- 【請求項１】 タンタル金属にニオブ金属を添加した
合金で形成したことを特徴とする金属薄膜。 - 【請求項２】 請求項１の合金に窒素元素も添加した
合金で形成したことを特徴とする請求項１の金属薄膜。 - 【請求項３】 請求項１のタンタル金属に添加したニ
オブ金属の量が０．１重量％から１０重量％の範囲であ
ることを特徴とする請求項１又は２の金属薄膜。 - 【請求項４】 ニオブ金属の薄膜上にタンタル薄膜を
形成し、積層構造にしたことを特徴とする金属薄膜。 - 【請求項５】 請求項４のニオブ薄膜の膜厚が、１０
ｎｍから１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請
求項４の金属薄膜。 - 【請求項６】 スパッタ法によるタンタル金属からな
る金属薄膜の製造において、該スパッタ法に用いるター
ゲットをニオブ金属を添加したタンタル金属からなる合
金にしたことを特徴とする金属薄膜の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６のスパッタ法による金属薄膜
の製造において、スパッタリングに使用するガスに窒素
ガスを添加することを特徴とする請求項１の金属薄膜の
製造方法。 - 【請求項８】 タンタル金属とニオブ金属からなるそ
れぞれ独立したターゲットを備えたスパッタ装置により
、基板上にニオブ金属の極く薄い薄膜を堆積し、続いて
タンタル金属の薄膜を堆積することを特徴とする金属薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08566991A JP3559290B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属薄膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08566991A JP3559290B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属薄膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318934A true JPH04318934A (ja) | 1992-11-10 |
| JP3559290B2 JP3559290B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=13865235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08566991A Expired - Fee Related JP3559290B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3559290B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232664B1 (en) | 1998-05-28 | 2001-05-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having A1 alloy wiring |
| JP2005298975A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | タンタル層を形成する方法及びタンタル層を用いる装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021096955A1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | Andrew Houck | Superconducting qubits based on tantalum |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP08566991A patent/JP3559290B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232664B1 (en) | 1998-05-28 | 2001-05-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having A1 alloy wiring |
| JP2005298975A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Hewlett-Packard Development Co Lp | タンタル層を形成する方法及びタンタル層を用いる装置 |
| EP1587139A3 (en) * | 2004-04-15 | 2006-05-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of making a tantalum layer and apparatus using a tantalum layer |
| US7445810B2 (en) | 2004-04-15 | 2008-11-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of making a tantalum layer and apparatus using a tantalum layer |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3559290B2 (ja) | 2004-08-25 |
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