JPH04318934A - Metallic thin-film and manufacture thereof - Google Patents

Metallic thin-film and manufacture thereof

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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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与志郎 赤木
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Abstract

PURPOSE:To obtain the constitution of a metallic thin-film, in which chemically stable tantalum having high mechanical strength is formed only in cubic crystal structure (alpha phase) having low resistivity, and manufacture thereof. CONSTITUTION:In the formation of a tantalum thin-film through a sputtering method, a target, to which niobium is added previously, or a target, in which niobium and tantalum are made independent, is used, thus forming the tantalum thin-film in cubic crystal structure, which is the same as niobium and the resistivity of tantalum is lowered, by adding niobium or depositing the tantalum thin- film on the thin-film of niobium. A tetragonal system having high resistivity generated by manufacturing the tantalum thin-film through a conventional nitrogen addition method and the generation of a tantalum nitride as an insulator can be inhibited through a method, in which niobium is used, in this invention.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a low resistivity thin film of tantalum metal having good mechanical strength and chemical stability, and a method for manufacturing the same.

【0002】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。
[Prior Art] Various metals are used as wiring film materials in the field of electronics, but among them, tantalum metal has excellent mechanical strength, and its oxide film, Ta2O5, has extremely low dielectric loss, compared to other metals. Due to its electrical characteristics of relatively high dielectric constant and chemical stability with excellent acid and alkali resistance, thin film wiring can withstand various device manufacturing processes and improve reliability in devices. Because it can be used, it has high utility value and is widely used.

【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。
However, as tantalum metal films become thinner, high resistivity (~20 μΩcm) is added to the normal cubic crystal structure (α phase) that exhibits low resistivity (20~50 μΩcm).
It is known that a tetragonal crystal structure (β phase) exhibiting 00 μΩcm) is generated and exists in a metastable state.

【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。
Of the above two phases, the tantalum high-resistivity β phase is used in precision resistors because its resistivity changes very little with temperature.

【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。
On the other hand, α-phase tantalum with low resistivity is
Since it has a specific resistance of about 1/10 that of phase tantalum, it has been used as a thin film wiring material with good characteristics and is being used in various applications. However, as the tantalum film becomes thinner, a metastable, high-resistivity β-phase tends to form, and problems such as an increase in the resistance value of the fabricated thin-film wiring and unevenness occur. Various film-forming methods have been proposed for forming only.

【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。
[0006] In the above, the method of introducing nitrogen gas during deposition of a tantalum thin film by sputtering to make the formed tantalum thin film an alloy with nitrogen has historically been used in research on nitride alloy superconductor materials. However, it is relatively easy to prevent the generation of the metastable, high-resistivity β-phase, and selectively form a tantalum thin film of the low-resistivity α-phase in a controlled manner. It is often used in thin film wiring formation processes.

【0007】[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。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the tantalum thin film formed by the sputtering method with the addition of nitrogen gas as explained above, the appearance rate (α
/β) is known to depend on the film formation conditions, such as the nitrogen gas partial pressure, its flow rate, the applied power for sputtering, the temperature of the substrate, the material of the substrate, the film deposition rate, and the structure of the sputtering equipment. Since then, various efforts have been made to stabilize the deposited film.

【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。
Among the above-mentioned film forming conditions, the magnitude of the nitrogen gas partial pressure has a large influence on the phase appearance rate (α/β). That is, when the partial pressure of nitrogen is in the range of 10-6 to 10-5 Torr, the tantalum thin film changes from a high specific resistance β phase to a mixed phase of α phase and β phase, and furthermore, a low specific resistance near 10-5 Torr. The resistance becomes rich in α phase. Next, when the nitrogen gas partial pressure is increased to 10-5 Torr or more, the metallic α and β
TaN0・1, TaN0・, which has properties of insulators other than phase
25, Ta6N2・75, TaN0・5, TaN0・8
, TaN, Ta3N4 (ASTM: American
Standard and Testing Mate
reals card) etc., and the resistivity increases again. Therefore, in order to form a tantalum thin film with optimal low resistivity using the nitrogen-added gas sputtering method, it is necessary to control the nitrogen flow rate so as to maintain the nitrogen partial pressure around 10-5 Torr. It is difficult to maintain optimal film deposition conditions on the entire substrate at all times in the field, and it becomes increasingly difficult as the area of film deposition becomes larger.

【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
Furthermore, since the tantalum metal thin film produced by the above method has a structure in which insulators are dispersed, even if the formation of a metastable β phase that results in a high resistivity crystal structure can be prevented, Low resistivity value of pure tantalum metal (13μΩ
) is unavoidable.

【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。
On the other hand, it is known that the appearance rate α/β of the two phases in a tantalum metal thin film depends on the type of substrate on which the film is deposited as well as its surface condition. Generally, a β phase with high resistance is likely to be formed on the surface of a substrate made of an oxide or a material that easily forms oxides.On the other hand, when the surface of the substrate is contaminated with moisture or other molecules attached, Although it has been reported that a low-resistance α phase is likely to be formed, these are only empirical rules, and it has been difficult to continuously maintain these film deposition conditions during the manufacturing process.

【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。
An object of the present invention is to provide a structure for a low resistivity tantalum metal thin film and a method for manufacturing the same, which solves the problems of the conventional methods for manufacturing a low resistivity tantalum metal thin film as described above.

【0012】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。
[Means for Solving the Problems] The present invention solves the problem that the conventional sputtering method using nitrogen gas addition for forming a low resistivity alpha phase of a tantalum metal thin film requires extremely severe film formation conditions.
In addition, in order to prevent the formation of insulating tantalum nitride formed by sputtering conditions, and to form an α-phase tantalum thin film that has a lower specific resistance than the α-phase tantalum thin film obtained by the nitrogen addition method described above. , which uses niobium metal, which has a crystal structure consisting only of body-centered cubic lattices, the same as the alpha phase of tantalum.

【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。
A specific method for carrying out the above method is to use tantalum which has similar acid and alkali resistance properties as the tantalum metal of the present invention, is chemically stable, and is both in the bulk state and in the thin film state. Niobium metal does not have a metastable β phase like tantalum metal, but has the same body-centered cubic crystal structure as tantalum's low resistivity α phase, so the tantalum thin film has the same crystal structure.

【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。
By adding this niobium metal to the tantalum deposited film by sputtering, the added niobium particles forcefully induce the adjacent tantalum metal layers to have the same body-centered cubic lattice crystal structure. Using the results of this experiment, the deposited tantalum metal thin film is made into the alpha phase.

【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。
The above-mentioned effect of forcing the tantalum metal film to form a body-centered cubic lattice structure at the boundary with the niobium metal is as follows:
This also occurs when a tantalum metal thin film is deposited on a niobium metal thin film, so a tantalum thin film consisting of the alpha phase with low resistivity can also be produced by this method.

【0016】[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。
[Operation] The induction of the crystal structure explained above is that niobium metal has a body-centered cubic lattice crystal structure with a lattice constant of 3.303 Å, while tantalum metal with low resistivity also has the same crystal structure and its lattice. This is due to the fact that the constant is also a very similar value of 3.3058 Å. In particular, heteroepitaxial growth between different atoms on high-order mirror surfaces such as (110) and (111) with low interplanar energy forces the tantalum metal to grow into a body-centered cubic lattice, and the other square lattice. We discovered the effect of inhibiting the growth of the high-resistivity β-phase, which has a crystalline structure, and utilized this effect.

【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。
The method of the present invention described above does not form an insulator made of tantalum nitride, which is inevitably formed when conventional nitriding methods are used, and has a resistivity comparable to that of tantalum metal (14.2 μΩ). ) can be made to have a low resistivity α phase without adversely affecting the resistivity of the tantalum metal thin film produced.

【0018】[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。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【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。
First, FIG. 4 shows an outline of the sputtering apparatus used for film formation in this example and its film formation conditions.

【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。
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a substrate, and when a tantalum metal thin film is deposited, a glass plate, a silicon wafer, or the like is generally used. 2 is a target for sputtering, and in this example, the composition of the metal film to be deposited, or
Depending on the configuration, a target is a tantalum alloy with niobium added, a target is a combination of blocks of niobium metal and tantalum metal into a pattern corresponding to a predetermined geometrical composition ratio, or a target is made of only niobium metal and tantalum metal. Target is used. 3 is an exhaust port connected to the exhaust system of this sputtering apparatus. As the exhaust system (not shown), a turbo pump, a thermal diffusion pump, etc. can be used as long as the inside of the present sputtering apparatus can be evacuated to a degree of vacuum of about 1.times.10@-4 Pa. 4 is a coil for generating a magnetic field that confines the argon plasma generated by the discharge in sputtering between the target and the substrate.The strength of the magnetic field generated by this coil 4 can increase the effective density of the argon plasma. This has the advantage of increasing the film deposition rate by a factor of 100. However, films can be deposited without this magnetic field. 5 is a DC power supply of -100V to -300
It is often used in a range of about 0V. Although a direct current (DC) sputtering method is used in this embodiment, a radio frequency (RF) sputtering method in which a control grid is provided in the apparatus may also be used. Reference numeral 6 denotes a sputtering gas supply port, and in the embodiment, argon gas or argon gas added with nitrogen gas is supplied. Note that the amount of gas supplied to the gas supply port 6 and its mixing/dilution degree are precisely controlled by a flow rate controller. The thickness of the tantalum metal thin film formed was approximately 30 mm.
It was 00 Å.

【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。
(Example 1) In the following examples, films were formed using the sputtering apparatus shown in FIG. 4 described above.

【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。
In the film forming process of this embodiment, first, the gas supply port 6 of the device is closed, the inside of the device is made to have a vacuum level of about 1×10 −4 Pa, and adhered gas, etc. is exhausted, and then a predetermined argon gas, etc. A gas was supplied to maintain the pressure at 0.4 Pa. The gas supply is argon (Ar) gas at 50 sccm. A glass plate (C7059) is used as the substrate 1, and the film deposition temperature is set to room temperature. During sputtering, the DC power supply 5 supplies 3.0 KW of power.

【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。
Under the above sputtering conditions, a film was formed using a target in which 1 to 10% by weight of niobium metal having the same cubic crystal structure as the α phase was added to tantalum metal.

【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。
[0024] All of the metal thin films formed in the above manner
It was found that the resistivity was as low as ~60 μΩcm, which was lower than that of the conventional α-phase tantalum thin film made by adding nitrogen.

【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。
FIG. 1A shows the results of X-ray diffraction measurement of the tantalum metal thin film of the above example. More than X
As can be seen from the line diffraction pattern, the thin film of the example is formed only of a low resistivity cubic crystal structure (α phase) of tantalum metal.

【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。
As a comparative example to the above-mentioned present example, X-ray diffraction patterns of a tantalum metal thin film produced by the conventional technique are shown in FIGS. 1(B), (C), and (D).

【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。
The tantalum metal thin film measured in FIG. 1B was formed using a target made only of tantalum metal and by supplying only arcon gas as the sputtering gas.

【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。
As can be seen from FIG. 1(B), the formed tantalum thin film has a large amount of metastable tetragonal crystal structure (β phase) with high resistivity.

【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。
The X-ray diffraction pattern shown in FIG. 1(C) was obtained by adding 2 sccm of nitrogen (N2) gas to the thin film forming conditions showing the X-ray diffraction pattern in FIG. 1(B). This is a thin film of tantalum metal deposited in the same manner.

【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。
As can be seen from FIG. 1(C), adding nitrogen gas to the sputtering gas reduces the β phase and increases the cubic crystal structure (α phase) with low resistivity. I understand.

【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
Further, FIG. 1(D) shows an X-ray diffraction pattern of a tantalum metal thin film deposited under the above-mentioned film-forming conditions with nitrogen gas increased to 4 sccm. This figure 1 (D
), it can be seen that the β phase disappears and only the α phase remains.

【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。
[0032] The amount of nitrogen added to the sputtering gas in the conventional deposition of nitrogen-added tantalum metal thin film in the above,
FIG. 2 shows the relationship between the resistivity of the thin film formed. From FIG. 2, it can be seen that the specific resistance of the thin film becomes minimum when the added nitrogen gas is 4 sccm. Figures 1 and 2 explained above
As can be seen from the above, when forming the α phase using the conventional nitrogen addition method, essentially an insulator of the nitride is formed in the tantalum metal thin film, and excessive nitrogen addition can lead to the formation of the α phase. This resulted in an increase in the resistivity of the thin film.

【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。
In contrast to the above-mentioned conventional method of adding nitrogen, the tantalum thin film of this example was prepared by adding niobium using an alloy target with tantalum metal to which 1 to 10% by weight of niobium metal was added. It was found that tantalum thin films with a resistivity lower than that of the conventional method can be produced stably and with good reproducibility.

【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
In the above Example 1, 1 to 10 niobium
Although we have explained the example of a metal film fabricated by sputtering using a tantalum target with wt% addition, since the specific resistance of niobium alone is small, the same effect can be achieved with an alloy with a higher ratio than the example above. can be expected to be obtained.

【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。
(Example 2) In this example, a tantalum target with a reduced amount of niobium added (0.1 to 10% by weight of niobium metal) was used, and the sputtering gas was A film was formed by adding 0.2 to 1 sccm of nitrogen gas. The specific resistance of the produced thin films was 40 to 60 μΩcm, which was lower than that of conventional tantalum thin films.

【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。
Furthermore, the X-ray diffraction pattern of the thin film formed above indicates that it is a tantalum metal thin film with a single low resistivity cubic crystal structure (α phase), as shown in FIG. 3(A). It shows.

【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。
As a comparative example of Example 2, FIG. 3 shows the X-ray diffraction pattern of a tantalum thin film formed using only tantalum metal as a target.
B). This figure 3 (B) corresponds to the conventional case where the amount of nitrogen gas added is extremely small, and it can be seen that the metastable tetragonal crystal structure (β phase) with high resistivity increases significantly. .

【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。
The method of adding a small amount of nitrogen to the sputtering gas according to this embodiment is effective when it is necessary to limit the amount of niobium added to tantalum, and by adding a small amount of niobium, It has been found that the amount of nitrogen required to achieve a given resistivity of the tantalum thin film can be reduced.

【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。
[0039] As a result of analyzing the amount of nitrogen in the metal thin film formed in Example 2, it was found to be 0.1 to 1 atomic %, which is 1/10 to 1/2 of that obtained by the conventional nitrogen addition method. It can be seen that a cubic crystal structure (α phase) with low resistivity is clearly formed.

【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。
(Example 3) In this example, the structure of the target was changed, and instead of using an alloy target of tantalum and niobium as in Example 1, the area ratio of tantalum and niobium on the surface was changed to a predetermined ratio. The film was formed by sputtering using a target of

【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。
[0041] The specific resistance of the produced metal thin film is 20 to 60μ.
It has a good X-ray diffraction pattern of Ωcm.
It was almost the same as FIG. 1(A), indicating that it was formed of a single α phase.

【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。
In this example, the atomic ratio of niobium in tantalum after film formation was controlled to be 1 to 10%, but the present invention does not limit the ratio of niobium to the above, and the ratio can be changed. It is also possible.

【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。
The above is an example of the method of changing the area ratio on the tantalum and niobium targets, but it is possible to configure the tantalum and niobium targets independently,
The sputtering power applied to each target may be controlled to form a metal thin film with a desired configuration.

【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。
(Embodiment 4) In this embodiment, a structure was adopted in which tantalum and niobium targets could each be controlled independently, and a small amount of nitrogen gas was supplied to the sputtering gas to form a film.

【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。
The metal thin film formed in the above manner has a thickness of 40 to 6
It exhibited a low specific resistance of 0 μΩcm, and its X-ray diffraction pattern also indicated that it was a tantalum metal thin film of single α phase.

【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。
This method is effective when it is desired to reduce the amount of niobium added to the tantalum in this example, and analysis of the amount of added nitrogen shows that it is effective at 0.1 to 1 atomic %. It was found that α phase could be formed significantly at 1/10 to 1/2 of the amount.

【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。
(Embodiment 5) In this embodiment, a metal film is formed by sputtering using a tantalum metal target and a niobium metal target.

【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。
In this film formation, a niobium metal thin film of 10 to 100 nm is formed on the substrate using a niobium target, and then a tantalum thin film is formed on the niobium metal thin film using a tantalum target. The specific resistance of the metal film formed as described above is 20 to 60μ.
It was as low as Ωcm, and the X-ray diffraction pattern of the thin film also showed that it was composed of a single α phase.

【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。
In this example, tantalum is deposited on an extremely thin film (10 to 100 nm) of niobium, which has the same structure as the low resistivity cubic crystal structure (α phase) of tantalum, and By induction, the tantalum thin film deposited on top is aligned to the α phase.

【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
In this example, the thickness of the niobium thin film deposited first was set to 10 to 100 nm, but the thickness of the niobium thin film is not limited to this range in the present invention, and the tantalum thin film subsequently deposited is deposited in the α phase. The thickness may be sufficient as long as it can induce

【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。
(Example 6) In this example, a niobium thin film of 1 to 100 nm was first deposited using a niobium target, and then a sputtering gas containing a small amount of nitrogen gas (0.2 to 1 sccm) was added. Tantalum thin films are deposited using

【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。
[0052] The specific resistance of the metal thin film formed above is 40~
The resistance was good at 60 μΩcm, and the X-ray diffraction pattern of the thin film showed that it was a single low resistivity α phase.

【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。
It has been found that the above embodiment is effective when it is desired to thin the niobium thin film deposited first, and that it is effective even when the thickness of the niobium thin film is about 1 nm.

【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
[0054] Through the various examples described above, it has been shown that it is possible to form the tantalum thin film of the present invention with a stable low specific resistance. However, the present invention is not limited by the examples. A laminated film formed by successively forming niobium and tantalum in one sputtering chamber may also be formed in multiple chambers via a transfer gate valve. It is also possible to form a film by using other combinations or by changing the number of laminated layers, and the film forming conditions can also be changed depending on the purpose.

【0055】[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。
Effects of the Invention The tantalum thin film according to the present invention is produced by adding niobium to the thin film or depositing it on a niobium thin film, so that the formed tantalum thin film has a low resistivity cubic crystal structure (α phase). Furthermore, since the thin film made of tantalum metal of the present invention can be produced using conventional sputtering equipment, it can be used as a stable conductive thin film.
In particular, it can be widely used in the field of electronics such as ICs, optical ICs, photoelectric conversion devices, and optical display devices that require fine processing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【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。
FIG. 1 is a diagram showing X-ray diffraction patterns of a niobium-doped tantalum thin film and a conventional nitrogen-doped tantalum thin film.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing changes in specific resistance depending on the amount of nitrogen added to a tantalum thin film.

【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。
FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern diagram showing the effect of the present invention in film formation in which a small amount of nitrogen is added to the sputtering gas.

【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。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering apparatus used for film formation in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 Board 2 Target 3 Exhaust port 4 Coil for magnetic field generation 5 DC power supply 6 Gas supply port

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A metal thin film characterized in that it is formed of an alloy of tantalum metal and niobium metal.
【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。
2. The metal thin film according to claim 1, characterized in that it is formed of an alloy in which nitrogen element is also added to the alloy according to claim 1.
【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。
3. The metal thin film according to claim 1 or 2, wherein the amount of niobium metal added to the tantalum metal according to claim 1 is in the range of 0.1% by weight to 10% by weight.
【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。
4. A metal thin film characterized in that a tantalum thin film is formed on a niobium metal thin film to form a laminated structure.
【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。
5. The thickness of the niobium thin film of claim 4 is 10
5. The metal thin film according to claim 4, wherein the metal thin film has a thickness within a range of 100 nm to 100 nm.
【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。
6. A method for manufacturing a metal thin film comprising tantalum metal using a sputtering method, wherein the target used in the sputtering method is an alloy comprising tantalum metal added with niobium metal.
【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。
7. The method of manufacturing a metal thin film according to claim 1, wherein in manufacturing the metal thin film by the sputtering method according to claim 6, nitrogen gas is added to the gas used for sputtering.
【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。
8. An extremely thin film of niobium metal is deposited on a substrate using a sputtering apparatus equipped with independent targets made of tantalum metal and niobium metal, and then a thin film of tantalum metal is deposited on the substrate. A method for producing a metal thin film.
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EP1587139A2 (en) * 2004-04-15 2005-10-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of making a tantalum layer and apparatus using a tantalum layer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6232664B1 (en) 1998-05-28 2001-05-15 Fujitsu Limited Semiconductor device having A1 alloy wiring
EP1587139A2 (en) * 2004-04-15 2005-10-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of making a tantalum layer and apparatus using a tantalum layer
JP2005298975A (en) * 2004-04-15 2005-10-27 Hewlett-Packard Development Co Lp Method of making tantalum layer and apparatus using tantalum layer
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
JP4533221B2 (en) * 2004-04-15 2010-09-01 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. Method for forming tantalum layer and apparatus using tantalum layer

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