JPH07118846A - Production of wiring coating film - Google Patents
Production of wiring coating filmInfo
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- JPH07118846A JPH07118846A JP26385893A JP26385893A JPH07118846A JP H07118846 A JPH07118846 A JP H07118846A JP 26385893 A JP26385893 A JP 26385893A JP 26385893 A JP26385893 A JP 26385893A JP H07118846 A JPH07118846 A JP H07118846A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は配線被覆膜の作製方法
に関する。より詳しくは、配線材としての金属タンタル
の露出面に、配線被覆材として、窒素を含有する高抵抗
の酸化タンタル膜を形成する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a wiring coating film. More specifically, the present invention relates to a method of forming a nitrogen-containing high resistance tantalum oxide film as a wiring covering material on an exposed surface of metal tantalum as a wiring material.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】陽極
酸化法により金属タンタルを酸化して酸化タンタル膜を
形成する場合、化成条件を最適化することにより、他の
方法で形成する場合に比して、緻密で欠陥の少ない酸化
タンタル膜を容易に形成できる。特に、化成電圧を変え
ることにより容易に膜厚を制御できる利点がある。ま
た、化成された酸化膜部分と化成されなかった金属部分
との界面の急峻性が良く、そのために化成されなかった
金属部分は化成による影響を殆ど受けない。このような
特長があることから、陽極酸化法により化成された酸化
タンタル膜部分を配線被覆材とし、化成されなかった金
属タンタル部分を配線材とする構造が、電子デバイスな
どに広く用いられている。2. Description of the Related Art In the case of forming a tantalum oxide film by oxidizing metal tantalum by an anodizing method, by optimizing the chemical conversion conditions, it is possible to form a tantalum oxide film in comparison with other methods. As a result, a dense tantalum oxide film with few defects can be easily formed. In particular, there is an advantage that the film thickness can be easily controlled by changing the formation voltage. Further, the steepness of the interface between the formed oxide film portion and the unformed metal portion is good, and therefore the unformed metal portion is hardly affected by the formation. Due to these characteristics, a structure in which the tantalum oxide film portion formed by the anodization method is used as the wiring covering material and the metal tantalum portion not formed is used as the wiring material is widely used in electronic devices and the like. .
【０００３】しかしながら、知られているように、単に
陽極酸化法により金属タンタルを酸化すると、膜中の酸
素が不足して、高抵抗の酸化タンタル膜を得ることがで
きない。このため、図１０，図１１に示すように、酸化
タンタル膜部分に窒素を含有させて酸素の不足を補う方
法が提案されている。However, as is known, when metal tantalum is simply oxidized by the anodic oxidation method, oxygen in the film is insufficient, and a tantalum oxide film having a high resistance cannot be obtained. Therefore, as shown in FIGS. 10 and 11, a method has been proposed in which nitrogen is contained in the tantalum oxide film portion to make up for the lack of oxygen.
【０００４】図１０に示す方法では、まず同図(a)に示
すように、ガラス基板１０１上に、タンタルをα−Ｔａ
単相に揃えるためのモリブデン膜１０２と、配線材とし
ての金属タンタル膜１０３と、窒化タンタル膜１０４と
を形成する。次に、同図(b)に示すように、この三層膜
１０２，１０３，１０４を所定の配線パターンに加工す
る。このとき、三層膜の側面はテーパーを持つ状態とな
る。この後、同図(c)に示すように、陽極酸化法によ
り、上記三層膜１０２，１０３，１０４の露出面（上面
および側面）を酸化して酸化タンタル膜１０５を形成す
る。このようにした場合、配線被覆材として窒素を含む
酸化タンタル膜１０５を形成でき、その上面部分１０５
ａを高抵抗にすることができる。しかしながら、配線材
１０３の側面に窒素を含まない部分１０５ｂが生じ、そ
の部分１０５ｂの抵抗が低くなるという問題がある。In the method shown in FIG. 10, first, as shown in FIG. 10A, α-Ta is deposited on a glass substrate 101 with tantalum.
A molybdenum film 102 for aligning in a single phase, a metal tantalum film 103 as a wiring material, and a tantalum nitride film 104 are formed. Next, as shown in FIG. 3B, the three-layer film 102, 103, 104 is processed into a predetermined wiring pattern. At this time, the side surfaces of the three-layer film have a taper. After that, as shown in FIG. 3C, the tantalum oxide film 105 is formed by oxidizing the exposed surfaces (top surface and side surface) of the three-layer films 102, 103, 104 by an anodic oxidation method. In this case, the tantalum oxide film 105 containing nitrogen can be formed as the wiring covering material, and the upper surface portion 105 thereof can be formed.
It is possible to make a have a high resistance. However, there is a problem that a portion 105b containing no nitrogen is generated on the side surface of the wiring member 103, and the resistance of the portion 105b becomes low.
【０００５】図１１に示す方法では、まず、同図(a)に
示すように、ガラス基板２０１上に、タンタルをα−Ｔ
ａ単相に揃えるためのモリブデン膜２０２と、配線材と
しての金属タンタル膜２０３とを形成する。次に、同図
(b)に示すように、この二層膜２０２，２０３を所定の
配線パターンに加工する。このとき、二層膜の側面２０
０ｂはテーパーを持つ状態となる。次に、同図(c)に示
すように、窒素をイオン注入して、二層膜の露出面２０
０ａ，２００ｂに、窒素を含む領域２０４を形成する。
この後、陽極酸化法により、上記二層膜の露出面２００
ａ，２００ｂを酸化して酸化タンタル膜２０５を形成す
る（酸化は、窒素を含む領域２０４を越えて、窒素を含
まない領域に至っている。）。このようにした場合、配
線材２０３の上面および側面に、配線被覆材として窒素
を含む高抵抗の酸化タンタル膜２０５を形成することが
できる。しかしながら、この方法では、窒素をイオン注
入しているため、領域２０４が注入イオンによってスパ
ッタリングされてダメージを受ける。この結果、酸化タ
ンタル膜２０５の上面２０５ａの平坦性が損なわれると
いう問題がある。酸化タンタル膜２０５の上面２０５ａ
の平坦性が悪く、凹凸が大きいと、実用上その上に積層
される酸化ケイ素膜や窒化ケイ素膜の膜厚がばらつき、
その膜厚の薄い箇所で絶縁破壊が生じるおそれがある。In the method shown in FIG. 11, first, as shown in FIG. 11A, α-T of tantalum is deposited on a glass substrate 201.
a A molybdenum film 202 for forming a single phase and a metal tantalum film 203 as a wiring material are formed. Next, the same figure
As shown in (b), the two-layer films 202 and 203 are processed into a predetermined wiring pattern. At this time, the side surface 20 of the bilayer film
0b has a taper. Next, as shown in FIG. 6C, nitrogen is ion-implanted to expose the exposed surface 20 of the bilayer film.
A region 204 containing nitrogen is formed at 0a and 200b.
After that, the exposed surface 200 of the above-mentioned two-layer film is formed by anodization.
The a and 200b are oxidized to form the tantalum oxide film 205 (the oxidation is beyond the nitrogen-containing region 204 and reaches the nitrogen-free region). In this case, the high resistance tantalum oxide film 205 containing nitrogen can be formed on the upper surface and the side surface of the wiring member 203 as a wiring covering material. However, in this method, since nitrogen is ion-implanted, the region 204 is sputtered by the implanted ions and damaged. As a result, there is a problem that the flatness of the upper surface 205a of the tantalum oxide film 205 is impaired. Upper surface 205a of tantalum oxide film 205
If the flatness is poor and the unevenness is large, the film thickness of the silicon oxide film or the silicon nitride film that is laminated thereon will vary in practical use.
There is a possibility that dielectric breakdown may occur at the portion where the film thickness is thin.
【０００６】そこで、この発明の目的は、金属タンタル
の上面および側面に、窒素を含む高抵抗の酸化タンタル
膜を形成できる上、その酸化タンタル膜の上面を平坦性
良く仕上げることができる配線被覆膜の作製方法を提供
することにある。Therefore, an object of the present invention is to form a high-resistance tantalum oxide film containing nitrogen on the upper surface and side surfaces of metal tantalum and to coat the wiring with which the upper surface of the tantalum oxide film can be finished with good flatness. It is to provide a method for manufacturing a film.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の配線被覆膜の作製方法は、基板上
に金属タンタル膜を形成する工程と、上記金属タンタル
膜を上面と側面とで囲まれた断面形状に加工する工程
と、上記金属タンタル膜に炭素をイオン注入して、上記
金属タンタル膜の上面および側面に、所定の厚さで炭素
を含む領域を形成する工程と、上記金属タンタル膜に窒
素をイオン注入して、上記金属タンタル膜の上記領域に
窒素を含有させる工程と、陽極酸化法により上記金属タ
ンタル膜を酸化して、上記領域に炭素および窒素を含む
酸化タンタル膜を形成する工程を有することを特徴とし
ている。In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing a wiring coating film according to claim 1 comprises a step of forming a metal tantalum film on a substrate and an upper surface of the metal tantalum film. And a side surface of the metal tantalum film are ion-implanted into the metal tantalum film to form a region containing carbon at a predetermined thickness on the top and side surfaces of the metal tantalum film. And a step of ion-implanting nitrogen into the metal tantalum film to contain nitrogen in the region of the metal tantalum film, and oxidizing the metal tantalum film by an anodic oxidation method to contain carbon and nitrogen in the region. The method is characterized by having a step of forming a tantalum oxide film.
【０００８】また、請求項２に記載の配線被覆膜の作製
方法は、基板上に金属タンタル膜を形成する工程と、上
記金属タンタル膜を上面と側面とで囲まれた断面形状に
加工する工程と、メタンガスを熱分解した状態で上記金
属タンタル膜に吹き付けて、上記金属タンタル膜の上面
および側面に、所定の厚さで炭素を含む領域を形成する
工程と、上記金属タンタル膜に窒素をイオン注入して、
上記金属タンタル膜の上記領域に窒素を含有させる工程
と、陽極酸化法により上記金属タンタル膜を酸化して、
上記領域に炭素および窒素を含む酸化タンタル膜を形成
する工程を有することを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a wiring coating film, which comprises forming a metal tantalum film on a substrate and processing the metal tantalum film into a cross sectional shape surrounded by an upper surface and a side surface. A step of spraying the metal tantalum film in a state of thermally decomposing methane gas to form a region containing carbon with a predetermined thickness on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film; and nitrogen to the metal tantalum film. Ion implantation,
A step of containing nitrogen in the region of the metal tantalum film, and oxidizing the metal tantalum film by an anodic oxidation method,
The method is characterized by including a step of forming a tantalum oxide film containing carbon and nitrogen in the above region.
【０００９】また、請求項３に記載の配線被覆膜の作製
方法は、請求項１または２に記載の配線被覆膜の作製方
法において、上記領域に含まれる炭素のピーク濃度は、
１×１０21atoms／cm3以上に設定されていることを特徴
としている。The method for producing a wiring coating film according to claim 3 is the method for producing a wiring coating film according to claim 1 or 2, wherein the peak concentration of carbon contained in the region is
The feature is that it is set to 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more.
【００１０】[0010]
【作用】請求項１の配線被覆膜の作製方法では、窒素を
イオン注入する前に、金属タンタル膜に炭素をイオン注
入して、上記金属タンタル膜の上面および側面に炭素を
含む領域を形成している。この炭素を含む領域は、比較
的スパッタリングされにくい性質を有する。したがっ
て、窒素をイオン注入する工程で、注入イオンによるダ
メージが軽減される。この結果、陽極酸化法によって形
成された酸化タンタル膜の上面が、従来に比して平坦性
良く仕上がる。また、この酸化タンタル膜は窒素を含ん
でいるので、窒素を含まない場合に比して高抵抗にな
る。なお、窒素とともに膜中に含有される炭素が、上記
酸化タンタル膜の抵抗を下げることは無い。According to the method of manufacturing a wiring coating film of claim 1, carbon is ion-implanted into the metal tantalum film before ion-implanting nitrogen to form regions containing carbon on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film. is doing. The region containing carbon has a property of being relatively hard to be sputtered. Therefore, in the step of implanting nitrogen, damage caused by the implanted ions is reduced. As a result, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method is finished with better flatness than in the conventional case. In addition, since this tantalum oxide film contains nitrogen, it has a higher resistance than when it does not contain nitrogen. The carbon contained in the film together with nitrogen does not reduce the resistance of the tantalum oxide film.
【００１１】請求項２の配線被覆膜の作製方法では、窒
素をイオン注入する前に、メタンガスを熱分解した状態
で金属タンタル膜に吹き付けることによって、上記金属
タンタル膜の上面および側面に炭素を含む領域を形成し
ている。この炭素を含む領域は、比較的スパッタリング
されにくい性質を有する。したがって、請求項１と同様
に、窒素をイオン注入する工程で、注入イオンによるダ
メージが軽減される。この結果、陽極酸化法によって形
成された酸化タンタル膜の上面が、従来に比して平坦性
良く仕上がる。また、この酸化タンタル膜は窒素を含ん
でいるので、窒素を含まない場合に比して高抵抗にな
る。In the method for producing a wiring coating film according to a second aspect of the present invention, before nitrogen is ion-implanted, carbon is sprayed on the metal tantalum film in a state where methane gas is thermally decomposed so that carbon is deposited on the top and side surfaces of the metal tantalum film. It forms a region containing. The region containing carbon has a property of being relatively hard to be sputtered. Therefore, similarly to the first aspect, in the step of implanting nitrogen, the damage due to the implanted ions is reduced. As a result, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method is finished with better flatness than in the conventional case. In addition, since this tantalum oxide film contains nitrogen, it has a higher resistance than when it does not contain nitrogen.
【００１２】また、請求項３の配線被覆膜の作製方法で
は、上記領域に含まれる炭素のピーク濃度が１×１０21a
toms／cm3以上に設定されているので、実施例の欄で述
べるように、陽極酸化法によって形成された酸化タンタ
ル膜の上面が、平坦性良く仕上がる。Further, in the method of manufacturing a wiring coating film according to claim 3, the peak concentration of carbon contained in the region is 1 × 10 21 a.
Since it is set to toms / cm 3 or more, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method is finished with good flatness, as described in the section of Examples.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、この発明の配線被覆膜の作製方法を実
施例により詳細に説明する。EXAMPLES The method for producing a wiring coating film of the present invention will be described in detail below with reference to examples.
【００１４】（第１実施例）金属タンタル膜に窒素をイ
オン注入する前に、炭素をイオン注入する例について説
明する。(First Embodiment) An example in which carbon is ion-implanted before nitrogen is ion-implanted into a metal tantalum film will be described.
【００１５】図１(a)に示すように、ガラス基板２上
に、金属タンタルをα−Ｔａ単相に揃えるための厚さ１
００Åのモリブデン膜４２と、配線材としての厚さ３０
００Åの金属タンタル膜４３とからなる二層膜を形成す
る。詳しくは、この二層膜の形成は、図２に示すインラ
イン式平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
１０を用いて行う。このスパッタリング装置１０は、モ
リブデンターゲット９を有する反応室１１と、この反応
室１１と隔離バルブ８で仕切られ、タンタルターゲット
１を有する反応室１１′とを備えている。３，３′は基
板加熱用ヒータ、４，４′は入力電源である。まず、ガ
ラス基板２を反応室１１内に搬入してモリブデンターゲ
ット９と対向させ、スパッタガス導入口６を通してアル
ゴンガスを導入しつつ、入力電力０．５ｋＷで、ＤＣス
パッタ法によりモリブデン膜４２を形成する。続いて、
ガラス基板２を搬送ライン７に沿って移動させ、隔離バ
ルブ８を一時的に開いて反応室１１′内に収容し、タン
タルターゲット１と対向させる。そして、スパッタガス
導入口６′を通してアルゴンガスを導入しつつ、入力電
力２．０ｋＷで、ＤＣスパッタ法によりタンタル膜４３
を形成する。なお、ガラス基板２の寸法は１３cm×１３
cmとし、その１２cm×１２cmの領域に成膜した。成膜時
の真空度は、ガス排出口５，５′を通して調節し、０．
４Ｐａとした。As shown in FIG. 1 (a), a thickness 1 for aligning metal tantalum into a single phase of α-Ta is formed on a glass substrate 2.
00Å molybdenum film 42 and thickness 30 as wiring material
A two-layer film consisting of a metal tantalum film 43 of 00Å is formed. Specifically, the formation of this two-layer film is performed using the in-line parallel plate type DC magnetron sputtering apparatus 10 shown in FIG. The sputtering apparatus 10 includes a reaction chamber 11 having a molybdenum target 9 and a reaction chamber 11 ′ having a tantalum target 1 which is partitioned from the reaction chamber 11 by an isolation valve 8. 3, 3'is a heater for heating the substrate, and 4, 4'is an input power source. First, the glass substrate 2 is carried into the reaction chamber 11 so as to face the molybdenum target 9, and the molybdenum film 42 is formed by DC sputtering with an input power of 0.5 kW while introducing argon gas through the sputter gas inlet 6. To do. continue,
The glass substrate 2 is moved along the transfer line 7, the isolation valve 8 is temporarily opened to be housed in the reaction chamber 11 ′, and the tantalum target 1 is opposed to the glass substrate 2. Then, while introducing the argon gas through the sputter gas introduction port 6 ′, the tantalum film 43 is formed by the DC sputtering method with the input power of 2.0 kW.
To form. The size of the glass substrate 2 is 13 cm x 13
cm, and the film was formed in the area of 12 cm × 12 cm. The degree of vacuum during film formation is adjusted through the gas outlets 5 and 5 ',
It was 4 Pa.
【００１６】次に、図１(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィおよびエッチングを行って、二層膜４３，４
２を、平坦な上面４０ａと、基板面に対して傾斜した側
面４０ｂとで囲まれた断面メサ状に加工する。フォトリ
ソグラフィには、東京応化製レジスト（ＯＦＰＲ８０
０）を用いた。エッチングは、パターン化したレジスト
をマスクとして、ＣＦ4とＯ2との混合ガスを用いてドラ
イエッチングにより行った。ＣＦ4とＯ2との混合比は
９：１、真空度は２３Ｐａ、高周波電力は５００Ｗとし
た。エッチングレートは７５０Å／minであった。Next, as shown in FIG. 1B, photolithography and etching are performed to form the two-layer films 43 and 4.
2 is processed into a mesa-shaped cross section surrounded by a flat upper surface 40a and a side surface 40b inclined with respect to the substrate surface. For photolithography, Tokyo Ohka resist (OFPR80
0) was used. The etching was performed by dry etching using a patterned resist as a mask and using a mixed gas of CF 4 and O 2 . The mixing ratio of CF 4 and O 2 was 9: 1, the degree of vacuum was 23 Pa, and the high frequency power was 500 W. The etching rate was 750Å / min.
【００１７】次に、図１(c)に示すように、二層膜４
３，４２に炭素をイオン注入して、二層膜の上面４０ａ
および側面４０ｂに、所定の厚さで炭素を含む領域４４
を形成する。ここで、炭素イオン（12Ｃ+）の加速電圧
は１００keＶ、ドーズ量は５×１０15atoms／cm2と１×
１０16atoms／cm2との２種類とした。なお、図３は、こ
のときの炭素の深さ方向の濃度分布を、二次イオン質量
分析装置で分析した結果を示している。Next, as shown in FIG. 1C, the two-layer film 4
Carbon is ion-implanted into the upper and lower surfaces 40a of the two-layer film 40a.
And the side surface 40b includes a region 44 containing carbon with a predetermined thickness.
To form. Here, the acceleration voltage of carbon ions ( 12 C + ) is 100 keV, and the dose amount is 5 × 10 15 atoms / cm 2 and 1 ×.
Two types of 10 16 atoms / cm 2 were used. Note that FIG. 3 shows the result of analyzing the concentration distribution of carbon in the depth direction at this time by a secondary ion mass spectrometer.
【００１８】次に、図１(d)に示すように、二層膜４
３，４２に窒素をイオン注入して、上記炭素を含む領域
４４に更に窒素（図中にドットで示す）を含有させる。
ここで、窒素イオン（14Ｎ+）の加速電圧は８０keＶ、
ドーズ量は２×１０16atoms／cm2とした。Next, as shown in FIG. 1 (d), the two-layer film 4
Nitrogen is ion-implanted into the regions 3 and 42 to further contain nitrogen (indicated by dots in the drawing) in the region 44 containing carbon.
Here, the acceleration voltage of nitrogen ion ( 14 N + ) is 80 keV,
The dose amount was 2 × 10 16 atoms / cm 2 .
【００１９】次に、図１(e)に示すように、陽極酸化
法により二層膜４３，４２を酸化して、上記領域４４に
炭素および窒素を含む酸化タンタル膜４５を形成する。
詳しくは、陽極酸化は、図４に示す陽極酸化装置１５を
用いて行う。この装置１５は、テフロン容器２０と、陰
極導電板１８と、直流電源１７を備えている。容器２０
内には、化成溶液として、濃度０．０５mol／lの酒石酸
アンモニウム水溶液１９が満たされている。この例で
は、図５に示すように、ガラス基板２の５cm×１０cmの
領域２２が陽極酸化されるように、その周囲にプラスチ
ックコート２１を形成した。なお、１６は二層膜を設け
た領域を示している。図４に示すように、ガラス基板２
の二層膜を設けた領域１６に電源１７のプラス側、陰極
導電板１８に電源１７のマイナス側を接続し、この状態
で、０．１mＡ／cm2一定電流で電圧が１６０Ｖになるま
で酸化を行い、更に、１６０Ｖ一定電圧で化成開始から
３時間酸化を行った。これにより、図１(e)に示すよう
に、配線材としての金属タンタル膜４３の上面および側
面に、窒素を含む高抵抗の酸化タンタル膜４５を形成し
た。Next, as shown in FIG. 1E, the two-layer films 43 and 42 are oxidized by an anodic oxidation method to form a tantalum oxide film 45 containing carbon and nitrogen in the region 44.
Specifically, the anodization is performed using the anodizing device 15 shown in FIG. The device 15 includes a Teflon container 20, a cathode conductive plate 18, and a DC power supply 17. Container 20
The inside is filled with an ammonium tartrate aqueous solution 19 having a concentration of 0.05 mol / l as a chemical conversion solution. In this example, as shown in FIG. 5, a plastic coat 21 was formed around the glass substrate 2 so that a 5 cm × 10 cm area 22 of the glass substrate 2 was anodized. In addition, 16 has shown the area | region which provided the two-layer film. As shown in FIG. 4, the glass substrate 2
The positive side of the power source 17 and the negative side of the power source 17 are connected to the region 16 provided with the two-layer film and the negative side of the power source 17 is connected to the cathode conductive plate 18, and in this state, oxidation is performed at a constant current of 0.1 mA / cm 2 until the voltage reaches 160 V Further, oxidation was performed at a constant voltage of 160 V for 3 hours from the start of chemical conversion. As a result, as shown in FIG. 1E, a high-resistance tantalum oxide film 45 containing nitrogen was formed on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film 43 as a wiring material.
【００２０】市販の表面粗さ計を用いて、この酸化タン
タル膜４５の上面４５ａの粗さを測定したところ、図６
に示すような結果が得られた。ここで、同図(a)は比較
のために炭素イオンを注入しない場合（図１１に示した
従来の工程のもの）の表面粗さ曲線を示し、同図(b)，
(c)はそれぞれ炭素イオンを５×１０15atoms／cm3，１
×１０16atoms／cm2だけ注入した場合の表面粗さ曲線を
示している。各場合の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、それ
ぞれ２００Å，２００Å，２０Åとなった。すなわち、
炭素イオンのドーズ量を少なくとも１×１０16atoms／c
m2に設定した場合、酸化タンタル膜４５の上面４５ａ
を、従来に比して平坦性良く仕上げることができた。こ
れは、炭素を含む領域４４は、比較的スパッタリングさ
れにくい性質を有するので、窒素をイオン注入する工程
で、注入イオンによるダメージを軽減できるからであ
る。なお、図３から分かるように、ドーズ量を１×１０
16atoms／cm2以上に設定することは、深さ方向の最大ピ
ーク濃度を１×１０21atoms／cm3以上に設定することに
対応している。The roughness of the upper surface 45a of the tantalum oxide film 45 was measured using a commercially available surface roughness meter.
The results shown in are obtained. Here, FIG. 10A shows a surface roughness curve when carbon ions are not implanted (for the conventional process shown in FIG. 11) for comparison, and FIG.
(c) shows carbon ions of 5 × 10 15 atoms / cm 3 , 1
A surface roughness curve when only x10 16 atoms / cm 2 is implanted is shown. The centerline average roughness (Ra) in each case was 200Å, 200Å, 20Å, respectively. That is,
The dose of carbon ions is at least 1 × 10 16 atoms / c
When set to m 2 , the upper surface 45a of the tantalum oxide film 45
Was able to be finished with better flatness than the conventional one. This is because the region 44 containing carbon has a property of being relatively hard to be sputtered, and thus damage caused by implanted ions can be reduced in the step of implanting nitrogen. As can be seen from FIG. 3, the dose amount is 1 × 10
Setting to 16 atoms / cm 2 or more corresponds to setting the maximum peak concentration in the depth direction to 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more.
【００２１】（第２実施例）金属タンタルに窒素をイオ
ン注入する前に、金属タンタル膜の露出面を炭化する例
について説明する。なお、簡単のため、第１実施例と同
一の図１により説明する。(Second Embodiment) An example of carbonizing the exposed surface of the metal tantalum film before implanting nitrogen into the metal tantalum will be described. For simplification, description will be made with reference to FIG. 1 which is the same as the first embodiment.
【００２２】図１(a)に示すように、第１実施例と同
様に、ガラス基板２上に、金属タンタルをα−Ｔａ単相
に揃えるための厚さ１００Åのモリブデン膜４２と、配
線材としての厚さ３０００Åの金属タンタル膜４３とか
らなる二層膜を形成する。As shown in FIG. 1A, as in the first embodiment, a 100 Å thick molybdenum film 42 for aligning metallic tantalum into an α-Ta single phase is formed on a glass substrate 2 and a wiring material. And a metal tantalum film 43 having a thickness of 3000 Å are formed as a two-layer film.
【００２３】次に、図１(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィおよびエッチングを行って、二層膜４３，４
２を、平坦な上面４０ａと、基板面に対して傾斜した側
面４０ｂとで囲まれた断面メサ状に加工する。Next, as shown in FIG. 1B, photolithography and etching are performed to form the two-layer films 43, 4
2 is processed into a mesa-shaped cross section surrounded by a flat upper surface 40a and a side surface 40b inclined with respect to the substrate surface.
【００２４】次に、図１(c)に示すように、メタンガ
スを熱分解した状態で二層膜４３，４２に吹き付けて、
二層膜の上面４０ａおよび側面４０ｂに、所定の厚さで
炭素を含む領域４４を形成する。詳しくは、炭素を含む
領域４４の形成は、図７に示す表面炭化装置３０を用い
て行う。この装置は、チャンバ３１内に、ステンレス鋼
（ＳＵＳ）からなるステージ３２と、タンタルからなる
加熱用フィラメント３４を備えている。３３は真空ポン
プである。まず、ステージ３２上にガラス基板２を載置
スル。チャンバ３１を貫通するガス導入管３５からメタ
ンガス（ＣＨ4）をフィラメント３４に向けて噴射し
て、熱分解した状態でガラス基板２の金属タンタル膜に
吹き付ける。この例では、メタンガス流量３００sccm
は、フィラメント温度は２２７３Ｋ、基板温度は７２３
Ｋとした。これにより、図１(c)に示したように、金属
タンタル膜４２の上面４０ａおよび側面４０ｂに炭素を
含む領域４４を形成した。なお、図８は、このときの炭
素の深さ方向の濃度分布を、二次イオン質量分析装置で
分析した結果を示している。Next, as shown in FIG. 1 (c), methane gas is thermally decomposed and sprayed onto the two-layer films 43 and 42,
A region 44 containing carbon is formed with a predetermined thickness on the upper surface 40a and the side surface 40b of the two-layer film. Specifically, the formation of the region 44 containing carbon is performed using the surface carbonization device 30 shown in FIG. 7. This apparatus includes a stage 32 made of stainless steel (SUS) and a heating filament 34 made of tantalum in a chamber 31. 33 is a vacuum pump. First, the glass substrate 2 is placed on the stage 32. Methane gas (CH 4 ) is jetted toward the filament 34 from a gas introduction pipe 35 penetrating the chamber 31, and is sprayed on the metal tantalum film of the glass substrate 2 in a thermally decomposed state. In this example, methane gas flow rate is 300sccm
Has a filament temperature of 2273K and a substrate temperature of 723
K. As a result, as shown in FIG. 1C, the region 44 containing carbon was formed on the upper surface 40a and the side surface 40b of the metal tantalum film 42. Note that FIG. 8 shows the result of analyzing the concentration distribution of carbon in the depth direction at this time by the secondary ion mass spectrometer.
【００２５】次に、図１(d)に示すように、二層膜４
３，４２に窒素をイオン注入して、上記炭素を含む領域
４４に更に窒素（図中にドットで示す）を含有させる。
ここで、窒素イオン（14Ｎ+）の加速電圧は８０keＶ、
ドーズ量は２×１０16atoms／cm2とした。Next, as shown in FIG. 1 (d), the two-layer film 4
Nitrogen is ion-implanted into the regions 3 and 42 to further contain nitrogen (indicated by dots in the drawing) in the region 44 containing carbon.
Here, the acceleration voltage of nitrogen ion ( 14 N + ) is 80 keV,
The dose amount was 2 × 10 16 atoms / cm 2 .
【００２６】次に、図１(e)に示すように、第１実施
例と同様に、陽極酸化法により二層膜４３，４２を酸化
して、上記領域４４に炭素および窒素を含む酸化タンタ
ル膜４５を形成する。すなわち、図４に示したように、
ガラス基板２の二層膜を設けた領域１６に電源１７のプ
ラス側、陰極導電板１８に電源１７のマイナス側を接続
し、この状態で、一定電流０．１mＡ／cm2で電圧が１６
０Ｖになるまで酸化を行い、更に、一定電圧１６０Ｖで
化成開始から３時間だけ酸化を行った。これにより、図
１(e)に示すように、配線材としての金属タンタル膜４
３の上面および側面に、窒素を含む高抵抗の酸化タンタ
ル膜４５を形成した。Next, as shown in FIG. 1 (e), as in the first embodiment, the two-layer films 43 and 42 are oxidized by the anodic oxidation method, and the above-mentioned region 44 contains tantalum oxide containing carbon and nitrogen. The film 45 is formed. That is, as shown in FIG.
The positive side of the power source 17 and the negative side of the power source 17 are connected to the region 16 provided with the two-layer film of the glass substrate 2 and the cathode conductive plate 18, and in this state, the voltage is 16 mA at a constant current of 0.1 mA / cm 2.
Oxidation was performed until reaching 0 V, and further, oxidation was performed at a constant voltage of 160 V for 3 hours from the start of chemical conversion. As a result, as shown in FIG. 1 (e), the metal tantalum film 4 as a wiring material is formed.
A high-resistance tantalum oxide film 45 containing nitrogen was formed on the upper and side surfaces of No. 3.
【００２７】市販の表面粗さ計を用いて、この酸化タン
タル膜４５の上面４５ａの粗さを測定したところ、図９
に示すような結果が得られた。ここで、同図(a)は比較
のために炭化処理を行わない場合（図１１に示した従来
の工程のもの）の表面粗さ曲線を示し、同図(b)は炭化
処理（工程）を行った場合の表面粗さ曲線を示してい
る。各場合の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、それぞれ２０
０Å，２０Åとなった。すなわち、炭化処理を行った場
合、酸化タンタル膜４５の上面４５ａを、従来に比して
平坦性良く仕上げることができた。これは、炭素を含む
領域４４は、比較的スパッタリングされにくい性質を有
するので、窒素をイオン注入する工程で、注入イオン
によるダメージを軽減できるからである。なお、図８か
ら分かるように、ドーズ量を１×１０16atoms／cm2以上
に設定することは、深さ方向の最大ピーク濃度を１×１
０21atoms／cm3以上に設定することに対応している。The roughness of the upper surface 45a of the tantalum oxide film 45 was measured using a commercially available surface roughness meter.
The results shown in are obtained. Here, FIG. 11A shows a surface roughness curve when carbonization is not performed (for the conventional process shown in FIG. 11) for comparison, and FIG. 11B shows carbonization (process). The surface roughness curve when performing is shown. The center line average roughness (Ra) in each case is 20 respectively.
It became 0Å and 20Å. That is, when the carbonization treatment was performed, the upper surface 45a of the tantalum oxide film 45 could be finished with better flatness than in the conventional case. This is because the region 44 containing carbon has a property of being relatively hard to be sputtered, and thus damage caused by implanted ions can be reduced in the step of implanting nitrogen. As can be seen from FIG. 8, when the dose amount is set to 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more, the maximum peak concentration in the depth direction is 1 × 1.
It corresponds to the setting of 0 21 atoms / cm 3 or more.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の配
線被覆膜の作製方法では、窒素をイオン注入する前に、
金属タンタル膜に炭素をイオン注入して、上記金属タン
タル膜の上面および側面に炭素を含む領域を形成してい
るので、窒素をイオン注入するとき注入イオンによるダ
メージを軽減できる。したがって、陽極酸化法によって
形成された酸化タンタル膜の上面を、従来に比して平坦
性良く仕上げることができる。また、この酸化タンタル
膜は窒素を含んでいるので、窒素を含まない場合に比し
て高抵抗になる。As is apparent from the above, in the method of manufacturing a wiring coating film according to the first aspect, before ion implantation of nitrogen,
Since carbon is ion-implanted into the metal tantalum film to form regions containing carbon on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film, it is possible to reduce damage caused by implanted ions when nitrogen is ion-implanted. Therefore, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method can be finished with better flatness than in the conventional case. In addition, since this tantalum oxide film contains nitrogen, it has a higher resistance than when it does not contain nitrogen.
【００２９】請求項２の配線被覆膜の作製方法では、窒
素をイオン注入する前に、メタンガスを熱分解した状態
で金属タンタル膜に吹き付けることによって、上記金属
タンタル膜の上面および側面に炭素を含む領域を形成し
ているので、請求項１と同様に、窒素をイオン注入する
とき注入イオンによるダメージを軽減できる。したがっ
て、陽極酸化法によって形成された酸化タンタル膜の上
面を、従来に比して平坦性良く仕上げることができる。
また、この酸化タンタル膜は窒素を含んでいるので、窒
素を含まない場合に比して高抵抗になる。In the method for producing a wiring coating film according to a second aspect, carbon is sprayed onto the metal tantalum film in a state where methane gas is thermally decomposed before nitrogen is ion-implanted, so that carbon is applied to the upper surface and the side surface of the metal tantalum film. Since the region containing is formed, damage to the implanted ions can be reduced when implanting nitrogen ions, as in the first aspect. Therefore, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method can be finished with better flatness than in the conventional case.
In addition, since this tantalum oxide film contains nitrogen, it has a higher resistance than when it does not contain nitrogen.
【００３０】また、請求項３の配線被覆膜の作製方法で
は、上記領域に含まれる炭素のピーク濃度が１×１０21a
toms／cm3以上に設定されているので、陽極酸化法によ
って形成された酸化タンタル膜の上面を、平坦性良く仕
上げることができる。Further, in the method for producing a wiring coating film according to claim 3, the peak concentration of carbon contained in the region is 1 × 10 21 a.
Since it is set to toms / cm 3 or more, the upper surface of the tantalum oxide film formed by the anodic oxidation method can be finished with good flatness.
【図１】 この発明の第１および第２実施例の配線被覆
膜の作成方法を説明する工程図である。FIG. 1 is a process chart illustrating a method for forming a wiring coating film according to first and second embodiments of the present invention.
【図２】 上記各実施例の作成方法に用いるインライン
式平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an in-line parallel plate type DC magnetron sputtering apparatus used in the production method of each of the above-described examples.
【図３】 第１実施例における炭素イオン注入後の炭素
濃度プロファイルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a carbon concentration profile after carbon ion implantation in the first embodiment.
【図４】 上記各実施例の作成方法に用いる陽極酸化装
置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an anodizing device used in the manufacturing method of each of the above-described examples.
【図５】 陽極酸化を行うときの基板の状態を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a state of a substrate when anodizing is performed.
【図６】 第１実施例の作成方法により形成した酸化タ
ンタル膜の表面粗さプロファイルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a surface roughness profile of a tantalum oxide film formed by the manufacturing method of the first embodiment.
【図７】 第２実施例の作成方法に用いる表面炭化装置
を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a surface carbonization device used in the production method of the second embodiment.
【図８】 第２実施例における炭化後の炭素濃度プロフ
ァイルを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a carbon concentration profile after carbonization in a second example.
【図９】 第２実施例の作成方法により形成した酸化タ
ンタル膜の表面粗さプロファイルを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a surface roughness profile of a tantalum oxide film formed by the manufacturing method of the second embodiment.
【図１０】 従来の配線被覆方法を説明する工程図であ
る。FIG. 10 is a process diagram illustrating a conventional wiring covering method.
【図１１】 従来の配線被覆方法を説明する工程図であ
る。FIG. 11 is a process diagram illustrating a conventional wiring coating method.
２ ガラス基板 ４０ａ 上面 ４０ｂ 側面 ４２ モリブデン膜 ４３ 金属タンタル膜 ４４ 炭素（炭素および窒素）を含む領域 ４５ 酸化タンタル膜 2 Glass Substrate 40a Upper Surface 40b Side Surface 42 Molybdenum Film 43 Metal Tantalum Film 44 Region Containing Carbon (Carbon and Nitrogen) 45 Tantalum Oxide Film
Claims (3)
と、 上記金属タンタル膜を上面と側面とで囲まれた断面形状
に加工する工程と、 上記金属タンタル膜に炭素をイオン注入して、上記金属
タンタル膜の上面および側面に、所定の厚さで炭素を含
む領域を形成する工程と、 上記金属タンタル膜に窒素をイオン注入して、上記金属
タンタル膜の上記領域に窒素を含有させる工程と、 陽極酸化法により上記金属タンタル膜を酸化して、上記
領域に炭素および窒素を含む酸化タンタル膜を形成する
工程を有することを特徴とする配線被覆膜の作製方法。1. A step of forming a metal tantalum film on a substrate, a step of processing the metal tantalum film into a cross-sectional shape surrounded by an upper surface and a side surface, and ion implantation of carbon into the metal tantalum film, Forming a region containing carbon with a predetermined thickness on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film; and implanting nitrogen into the metal tantalum film to contain nitrogen in the region of the metal tantalum film. And a step of oxidizing the metal tantalum film by an anodic oxidation method to form a tantalum oxide film containing carbon and nitrogen in the region, a method for producing a wiring coating film.
と、 上記金属タンタル膜を上面と側面とで囲まれた断面形状
に加工する工程と、 メタンガスを熱分解した状態で上記金属タンタル膜に吹
き付けて、上記金属タンタル膜の上面および側面に、所
定の厚さで炭素を含む領域を形成する工程と、 上記金属タンタル膜に窒素をイオン注入して、上記金属
タンタル膜の上記領域に窒素を含有させる工程と、 陽極酸化法により上記金属タンタル膜を酸化して、上記
領域に炭素および窒素を含む酸化タンタル膜を形成する
工程を有することを特徴とする配線被覆膜の作製方法。2. A step of forming a metal tantalum film on a substrate, a step of processing the metal tantalum film into a sectional shape surrounded by an upper surface and a side surface, and a step of forming the metal tantalum film in a state in which methane gas is thermally decomposed. And a step of forming a region containing carbon with a predetermined thickness on the upper surface and the side surface of the metal tantalum film, and by implanting nitrogen into the metal tantalum film, nitrogen is injected into the region of the metal tantalum film. A method for producing a wiring coating film, comprising: a step of containing the tantalum oxide film and a step of oxidizing the metal tantalum film by an anodic oxidation method to form a tantalum oxide film containing carbon and nitrogen in the region.
作製方法において、上記領域に含まれる炭素のピーク濃
度は、１×１０21atoms／cm3以上に設定されていること
を特徴とする配線被覆膜の作製方法。3. The method for manufacturing a wiring coating film according to claim 1, wherein the peak concentration of carbon contained in the region is set to 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more. And a method for producing a wiring coating film.
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|---|---|---|---|
| JP26385893A JP2965445B2 (en) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | Manufacturing method of wiring coating film |
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| JPH07118846A true JPH07118846A (en) | 1995-05-09 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1016621A2 (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing narrow pores and structure having the narrow pores, and narrow pores and structure produced by the method |
-
1993
- 1993-10-21 JP JP26385893A patent/JP2965445B2/en not_active Expired - Fee Related
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| EP1016621A2 (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing narrow pores and structure having the narrow pores, and narrow pores and structure produced by the method |
| EP1016621A3 (en) * | 1998-12-25 | 2001-11-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing narrow pores and structure having the narrow pores, and narrow pores and structure produced by the method |
| US6541386B2 (en) | 1998-12-25 | 2003-04-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing a structure with narrow pores |
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