JPS6154647A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6154647A
JPS6154647A JP59176677A JP17667784A JPS6154647A JP S6154647 A JPS6154647 A JP S6154647A JP 59176677 A JP59176677 A JP 59176677A JP 17667784 A JP17667784 A JP 17667784A JP S6154647 A JPS6154647 A JP S6154647A
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JP
Japan
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under
impurities
film
ppb
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59176677A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Yamamoto
直樹 山本
Seiichi Iwata
誠一 岩田
Nobuyoshi Kobayashi
伸好 小林
Nobuo Hara
信夫 原
Masayoshi Saito
斉藤 政良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP59176677A priority Critical patent/JPS6154647A/ja
Publication of JPS6154647A publication Critical patent/JPS6154647A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01—Manufacture or treatment
    • H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
    • H10W20/069—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by forming self-aligned vias or self-aligned contact plugs

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に高い信頼性を必要とす
る高集積回路装置に好適な半導体装置に関する。
〔発明の背景〕
近年における半導体装置、特にMO8(金属−酸化膜一
半導体)型集積回路装置の微細化、高集積化は著るしい
。これに伴い、従来広く用いられてきた多結晶シリコン
からなるゲート電極・配線はその抵抗が高い(約1mΩ
・印)ため、抵抗による信号遅延が回路性能を著るしく
低下させるようになってきた。このため、多結晶シリコ
ンより抵抗の低いWやMo等の高融点金属、あるいはそ
れらの金属とSjの化合物であるシリサイドからなるゲ
ート電極・配線が注目されている。これらの高融点金属
ゲート電極を用いたMOSトランジスタは、すでに19
68年にBrown (D、M。
Brown、 W、E、Engeler、 M、Gar
fjnkel andP、V、Gray、“S e] 
f −registered molybdenum 
−gat、e MOS F E T”、 J 、Ele
ct、rochem、 Soc、。
Vol、、115874.1968)等により発表され
ている。
このように高融点金属ゲート電極の検討時期は多結晶S
iゲート電極MOSトランジスタ開発時期とほぼ同じで
ある。
しかしながら、従来のほとんどのMO8型集積回路製品
のゲート電極・配線には多結晶Siが用いられ、高融点
金属は用いられていなかった。その1つの理由は特開昭
59−61666に述べられているように高融点金属中
にU、Thが多量に含まれていてこれからのα線により
、ソフトエラが起るためである。一方、多結晶Siゲー
ト電極を用いた場合、上記障害は少ないため、信頼性の
高い集積回路を得ることができる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記従来の問題を解決し、信頼性の高い
半導体装置を提供するごとにある。
〔発明の概要〕
本発明者の検討によれば、MO3型集積回路装置の信頼
性はゲート酸化膜中に存在するイオン性不純物により強
く左右されることがわかった。イオン性不純物となるの
はNa、にやLi等のアルカリ 土類金属であり、これらの中でもとくにχaは低温でも
ゲート酸化膜であるSiO□での可動性が大きく、しき
い値電圧等MO5基本特性を著るしく変動させる。した
がって、MO8型集積回路はこれら可動性イオン不純物
の混入を極力避けるため注意深く製造される必要がある
。WHMo、 Ta。
Ti、ReやRh等、IVa、 Va、 VIa、■a
および■族の金属は融点が高く、不純物を捕獲し易いた
め、高純度の蒸着源あるいはスパッタターゲットを得る
のが難しい。このような金属中に含有されるアルカリ性
金属不純物、たとえばNaは従来市販されているスパッ
タ・ターゲットでは約10000PPb以上含有されて
いた。
このような不純物を有するWスパッタターゲットを用い
て形成されたW膜中には約500ppbから1000p
pbのNaを含有していた。この場合、他のアルカリ性
不純物であるに、Liは各々、約10000ppb以上
含有していた。このようなW膜をゲート電極とした場合
、膜形成後の高温熱処理工程で上記アルカリ性不純物が
W膜からSiO2中に拡散し、SiO□中で可動イオン
となり、MO8型素子特性を変動させることがわかった
。したがって、信頼性の高い集積回路を得るためには上
記金属中のアルカリ性不純物を極力低減ツタ・ターゲッ
トは、たとえば、スパッタ・ターゲットの源となる金属
粉の高純度化と金属粉加圧整形により得られたインゴッ
トの真空中での熔解によって形成できる。上記の技術を
用いて得られたスパッタ・ターゲットは、例えばWの場
合。
Na: 10〜30ppb、 K : 50〜l 50
ppb。
Li:50〜70ppbとなり、従来のWスパッタ・タ
ーゲットよりも著るしく低下した。このようにして得ら
れたターゲットを用いて堆積されたW膜中にはNaが1
0ppb以下、Kが30〜70PPb。
Ljが30〜50ppbとさらに減少しているのが認め
られた。上記W膜の高純度化の効果を確認するため、W
ゲートMOSキャパシターを作製し、MO8素子の信頼
性評価に通常用いられるBTテスト(Bias−Tem
perature Te5t)を行なった。
第1図および第2図にBTテスト前後のMO8素子の容
量−電圧(C−V)特性を示した。第1図は上記の高純
度化されたW膜を用いた場合でありBTテスト前の特性
aはテスト後の特性すとよく一致した。第2図は従来の
1000pp’b程度Naを含有したW膜をゲート電極
とした場合の結果であ=4 ”’        x す、BTテスト前の特性a′とテスト後の特性扉′は著
るしく異なった。なおり’Tテスト条件は印加電圧が3
MV/Cm、テスト時間30分、雰囲気は窒素中200
℃である。高純度化によりMO8特性が安定化されるこ
とが確認された。
なお、第1図に示した特性は従来広く用いられてきた多
結晶Siゲートと同等であり、本発明によって多結晶シ
リコンをゲートに用いた場合と同等の特性を得られるこ
とが確認された。
〔発明の実施例〕
ターゲットの純度とMO8特性の安定性との関係を通常
のBTテスト+ T V S (Trjangular
Voltage 5t1eep)法、 T S I C
(t、hermallystimulated jon
ic current)法を用いて調べた。
なお、MO8特性の安定性の基準として、従来の多結晶
Sjゲートと同等の安定性が得られることとした。実験
には前記の高純度ターゲット製造法により得られたWあ
るいはMoターゲットに所望の濃度の’Na、にそして
Liを含有させたものを使用した。その結果、膜中のN
aが約100PPb以下になると、Wゲート、Moゲー
トともに多結晶Siゲートと同等の安定性が得られるこ
とが確認された。また、K、Liは、ともにSiO2中
の可動性が低い(Kは300℃程度、Ljは500〜6
00℃程度で動き易くなる)ため、TSIC法で評価し
た。その結果、Kは約400ppb以下、Liは約50
0ppb以下ならば、多結晶Siゲートと同等のTST
C特性が得られることを確認した。
Na、におよびLjの含有量が上記値より多くなると、
得られる特性はS]アゲート場合よりも低下した。
実施例I。
市販されている通常のW粉(99,98%純度)欽lI
を加圧整形し、棒状にした後、真空中で高パワーの電子
ビームを照射することにより、W棒を約汐000℃に加
熱し熔解した。熔解液受は上に熔解したWを集め凝固し
Wインゴットを得た。
次に所望のターゲット形状にインゴットを加工し、機械
加工工程で表面近傍に導入された不純物を化学エツチン
グ法により除去することにより高純度Wターゲットを得
た。このようにして得られたターゲットをスパッタ装置
に装着後、Siウェハを試料ホルダに装填しない状態で
Arガス中でスパッタし、ターゲット表面を約50μm
除去した。
次に20nmの5jO2膜を形成したSiウェハを試料
ホルダに装着し、スパッタによりSiO2膜上に厚さ3
00nmのW膜を形成した。このようにして得られたW
膜をゲート電極形状に加工した。
次に窒素中で1000°C20分の熱処理を行ないMO
8容量素子を作製した。このMO3素子をBTテスト、
TVSおよびTSIC法で評価した結果、多結晶Siア
ゲ−〜と同等の特性が得られた。
本実施例におけるWターゲラ1〜の製法はW粉のに、L
iはそれぞれ、60PPI)y 400ppb。
320ppbであった。また得られたW膜中のNa。
K、Liは各々30ppb+  150ppbおよび2
00PPbであった。
実施例2゜ 実施例1と同じターゲット製造法によりMoターゲット
を作製した。得られたMo膜中の不純物はNa、に、L
iが各々80PPI)s 200PPI)s 15o 
PPbであり、このMo膜を用いて形成されたMOゲー
トMO8素子は多結晶SiゲートMO8素子と同等の安
定性を示した。
実施例3゜ 本実施例では実施例1と異なりW粉の高純度化を行ない
、真空熔解は行なわずにWターゲットを水素ガス中で熱
処理して還元した。得られたW粉*212ことによりN
a、に、Liの含有量がそれに、Liが各々300,4
00ppbであったが、この膜を用いて形成したMO8
素子は、多結晶SiゲートMO8素子と遜色のないBT
テスト結果を得た。なお、この方法で得られるWターゲ
ットは従来の市販ターゲットとほぼ同程度の価格で形成
することができる。
〔発明の効果〕
上記説明から明らかなように、本発明によれば、電極・
配線中のアルカリ性不純物からなる可動イオンによる影
響を防止し、従来の多結晶SiゲートMoS素子と同等
の信頼性を有した金属ゲート高集積回路を得ることがで
きる。
したがって、高融点金属膜を電極・配線に用いた、高集
積密度を有する半導体装置の信頼性向上に極めて有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、それぞれ本発明におよび従来の
半導体装置の、BTテスト後におけるC−V特性の変化
を示す曲線図である。 符号の説明

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高融点金属膜からなる電極・配線をそなえ、上記金
    属膜のNa、KおよびLiの含有量はそれぞれ100p
    pb以下、400ppb以下および500ppb以下で
    あることを特徴とする半導体装置。 2、上記高融点金属膜はW膜もしくはMo膜である特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP59176677A 1984-08-27 1984-08-27 半導体装置 Pending JPS6154647A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001007110A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 配線材料およびこれを用いた配線を備えた半導体装置およびその作製方法
US7816191B2 (en) 1999-06-29 2010-10-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof
US7906429B2 (en) 1999-06-22 2011-03-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof
JPWO2012124463A1 (ja) * 2011-03-17 2014-07-17 三洋電機株式会社 太陽電池及び太陽電池モジュール

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US8357611B2 (en) 1999-06-22 2013-01-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof
US9660159B2 (en) 1999-06-22 2017-05-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof
US7816191B2 (en) 1999-06-29 2010-10-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof
JPWO2012124463A1 (ja) * 2011-03-17 2014-07-17 三洋電機株式会社 太陽電池及び太陽電池モジュール

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