(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ含有量が10ppm以下、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量が10ppm以下、ＮａおよびＫの各元素の含有量が0.1ppm以下、ＵおよびＴｈの各元素の含有量が0.001ppm以下、酸素含有量が300ppm以下の高純度Ｔｉ材からなるスパッタターゲットであって、
前記ターゲットを配置した成膜装置内を1×10-5Torrまで排気した後にＡｒガスを5×10-3Torrまで導入し、ＤＣマグネトロンスパッタリングによって多結晶Ｓｉ基板上に、成膜速度2μm/時間で膜厚0.2μmで成膜したＴｉ膜の比抵抗（比抵抗は膜抵抗に膜厚を乗じたものであり、膜抵抗は4探針により測定）が105μΩ・cm以下であるＴｉ膜が得られるスパッタターゲット。
【請求項２】
請求項１記載のスパッタターゲットにおいて、
酸素含有量が250ppm以下のＴｉからなることを特徴とするスパッタターゲット。
【請求項３】
請求項１記載のスパッタターゲットにおいて、
Ａｌ含有量が5ppm以下のＴｉからなることを特徴とするスパッタターゲット。
【請求項４】
請求項１記載のスパッタターゲットにおいて、
Ａｌ含有量が3ppm以下のＴｉからなることを特徴とするスパッタターゲット。
【請求項５】
請求項１記載のスパッタターゲットにおいて、
Ａｌ含有量が1ppm以下のＴｉからなることを特徴とするスパッタターゲット。
【請求項６】
請求項１記載のスパッタターゲットにおいて、
ＮａおよびＫの各元素の含有量が0.05ppm以下のＴｉからなることを特徴とするスパッタターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子の電極、コンタクト部等を形成する際に用いられるスパッタターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩのような半導体素子の配線層や電極の形成材料としては、例えばＡｌの他に、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の高融点金属のシリサイド化合物が使用されている。半導体素子の高集積化はさらに進む傾向にあり、これにより配線構造がさらに微細化し、種々の問題が発生することが懸念されている。
【０００３】
例えば、Ａｌ配線では配線が微細化して電流密度が増加することにより、Ａｌ原子が電子の運動方向に運ばれる、エレクトロマイグレーションの発生や動作発熱の増加を招く。これらによって、Ａｌ配線では断線が発生しやすくなるという問題が生じる。また、配線の微細化による配線抵抗の増加は、信号の遅延問題を引き起こす。そこで、配線材料や電極材料として、高融点であると同時に低抵抗であること等から、特にＴｉシリサイドが注目されている。
【０００４】
Ｔｉシリサイドを例えば電極として用いる場合、まずポリシリコン膜上にＴｉの薄膜をスパッタ法等によって形成する。次に、Ｔｉ薄膜に熱処理を施すことによって、Ｔｉをシリサイド化する。このようないわゆるポリサイド構造が用いられている。また、同時に自己整合的にコンタクト部をＴｉシリサイドとし、コンタクト抵抗を下げる試みがなされている。さらに、コンタクト部にはＡｌ配線中へのＳｉの析出を防止するために、拡散バリヤ層としてＴｉＮ膜等が介在される。このため、Ａｌ／ＴｉＮ／ＴｉＳｉ2等の積層構造が用いられている。
【０００５】
上述したように、ＴｉＳｉ2膜の形成には、スパッタ法が利用されている。このため、Ｔｉ材によるターゲットの作製が必須となる。この場合のＴｉターゲットは、高純度であることが重要である。例えば、Ｔｉターゲットに不純物として酸素が含有されている場合には、形成された薄膜の電気抵抗が大きくなり、信号の遅延や配線の断線等の事故を招く。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒのような重金属は、積層膜の界面に集ってディープレベルを形成し、接合リークの要因となる。Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属は、Ｓｉ中を容易に移動して素子特性を劣化させる。
【０００６】
ところで、上記Ｔｉターゲットを構成するＴｉ材の製造方法としては、一般にＴｉＣｌ4のようなＴｉ化合物をＮａ、Ｍｇのような活性金属で熱還元する方法で、クロール（Kroll）法、ハンター（Hunter）法と呼ばれている方法や、例えばＫＣｌやＮａＣｌ等の塩を用いた溶融塩電解法等が採用されている。近年の金属の精製技術の進歩や製造工程の管理により、重金属等の不純物の混入は極力抑えられるようになってきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような重金属量等を極力低減したＴｉターゲットを使用して、電極やコンタクト部に用いられるＴｉＳｉ2膜等を形成した場合においても、配線が微細化されることによって、接合リークを十分に防止することができないというような問題が起きている。これは、半導体素子の信頼性の低下要因となる。このような問題は半導体素子の集積度が進むにつれて、さらに大きな問題となることが予想される。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたものであって、高集積化された半導体素子の電極、コンタクト部を形成する際に、接合リーク等の発生を十分に防止すると共に、配線の低抵抗化を実現したスパッタターゲットを提供することを目的としている。
【０００９】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパッタターゲットは、Ａｌ含有量が10ppm以下、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量が10ppm以下、ＮａおよびＫの各元素の含有量が0.1ppm以下、ＵおよびＴｈの各元素の含有量が0.001ppm以下、酸素含有量が300ppm以下の高純度Ｔｉ材からなるスパッタターゲットであって、前記ターゲットを配置した成膜装置内を1×10-5Torrまで排気した後にＡｒガスを5×10-3Torrまで導入し、ＤＣマグネトロンスパッタリングによって多結晶Ｓｉ基板上に、成膜速度2μm/時間で膜厚0.2μmで成膜したＴｉ膜の比抵抗（比抵抗は膜抵抗に膜厚を乗じたものであり、膜抵抗は4探針により測定）が105μΩ・cm以下であるＴｉ膜が得られることを特徴としている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
本発明で用いられるＡｌ量を極度に低下させた高純度Ｔｉ材は、ヨウ化物分解法を用いることによってＡｌを効果的に低減することが可能であること、および溶融塩電解法で得られた粗Ｔｉ粒等に含まれるＡｌは表層部に特に集中して存在し、これを表面処理技術を用いて除去することにより、Ａｌを効果的に低減することが可能であることを見出だしたことによって達成されたものである。さらに、上記した方法によれば他の不純物元素量、すなわち酸素含有量、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各含有量、Ｎａ、Ｋの各含有量、Ｕ、Ｔｈの各含有量も低減することができる。
【００１５】
本発明においては、例えば粗Ｔｉ材をヨウ化物分解法によって精製するか、あるいは溶融塩電解法で得られた粗Ｔｉ材等に表面処理を施して、粗Ｔｉ材表面に存在する汚染層を除去した後、高真空下で電子ビーム溶解を行ってＴｉ材を得ているため、Ａｌの含有量を10ppm以下とすると共に、酸素含有量、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各元素の含有量、Ｎａ、Ｋの各元素の含有量、Ｕ、Ｔｈの各元素の含有量も減少させたＴｉ材を得ることができる。このように、Ａｌ含有量や他の不純物元素の含有量を低減した高純度Ｔｉ材からなるターゲットを用いて、半導体素子の電極やコンタクト部等を形成することによって、その比抵抗を低下させることができると共に、接合リークや機能低下を防止することが可能となる。よって、信頼性に優れた半導体素子や半導体パッケージが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１７】
本発明で用いられる高純度チタン（Ｔｉ）材は、Ａｌの含有量が10ppm以下であることを基本とするものであるが、他の不純物についても同様に低減されたものである。例えば、酸素含有量はスパッタリングにより得られるＴｉ膜の比抵抗を低くする、具体的には105μΩ・cm以下とするために300ppm以下とされており、さらに250ppm以下とすることが好ましい。Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒの各元素の含有量は10ppm以下、ＮａおよびＫの各元素の含有量は0.1ppm以下とされている。ＵおよびＴｈの含有量はいずれも0.001ppm以下とされている。
【００１８】
ここで、Ａｌの含有量を上記範囲に規定したのは、半導体素子の電極、コンタクト部をＴｉの化合物で形成する際に用いるターゲット中のＡｌ含有量が10ppmを超えると、リークによる素子不良の頻度が急激に増加するためである。このことは、本発明者らによって初めて明らかにされたものである。Ａｌ含有量のより好ましい範囲は5ppm以下であり、さらに好ましくは1ppm以下である。
【００１９】
このような高純度Ｔｉ材は、例えば以下に示す第１の製造方法や第２の製造方法を適用することにより再現性よく得ることができる。第１の製造方法は、粗Ｔｉ材をヨウ化物分解法により精製する工程と、この精製されたＴｉ材を高真空下で電子ビーム溶解する工程とを有する。また、第２の製造方法は、溶融塩電解法で得られた粗Ｔｉ材に対して表面処理を施し、前記粗Ｔｉ材表面に存在する汚染層を除去する工程と、前記表面処理が施された粗Ｔｉ材を高真空下で電子ビーム溶解する工程とを有する。
【００２０】
まず、第１の製造方法について詳細に述べる。第１の製造方法においては、まず粗Ｔｉ材をヨウ化物分解法によって精製する。図１は、ヨウ化物分解法によるＴｉ材の精製装置の一例を示す図である。原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とを収容する反応容器１は恒温槽２内に設置されており、この反応容器１内には接続子３ａ、３ｂを介して電源４に接続されたフィラメント５が配置されている。
【００２１】
ヨウ化物分解法は化学輸送法の一種であり、下記の(1)式および(2)式の反応を利用してＴｉの精製が行われる。
【００２２】
Ｔｉ＋2Ｉ2  →  ＴｉＩ4    …(1)
(100℃〜250℃あるいは450℃〜600℃）
ＴｉＩ4  →  Ｔｉ＋2Ｉ2    …(2)
（1100℃〜1500℃）
すなわち、反応容器１内に原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とを投入し、フィラメント５を通電加熱によって1100℃〜1500℃の範囲の温度に加熱した状態で、反応容器１内を100℃〜250℃あるいは450℃〜600℃の温度に保持する。これにより、まず原料の粗Ｔｉ材とヨウ素とが上記(1)式にしたがって反応し、ＴｉＩ4が生成される。このＴｉＩ4は揮発性物質であるために、フィラメント５に到達したところで、上記(2)式にしたがって再びＴｉとヨウ素とに分解し、Ｔｉのみがフィラメント５に析出する。原料中の不純物のうち、Ｔｉよりも反応性の低い元素は大部分が原料中に残存する。また、ヨウ化物を形成しやすい不純物でも、上記した反応容器内温度において、その蒸気圧が低い元素はフィラメント中に混入しないし、仮に十分な蒸気圧を有するヨウ化物でも、反応容器内の圧力や解離温度を調節することにより、フィラメントへの混入を防止することができる。
【００２３】
以上のように、ヨウ化物分解法は、反応容器温度、容器内圧力、フィラメント温度等のパラメータを調節することにより、特定不純物の濃度を効果的に低減できるという利点を有している。そして、Ａｌについては、上記(1)式の反応容器内の温度範囲において、ヨウ素との反応性がＴｉより十分に低いため、効率的にＴｉ中より除去することができる。このように、Ｔｉヨウ化物の生成、解離反応のプロセスによってＴｉの精製が行われ、Ａｌ量を大幅に低減したＴｉ材が得られる。なお、この場合、原料にはなるべくＡｌ成分が少ないものを選ぶこと、および反応容器にもＡｌ含有量の少ない材料を選ぶことが重要である。
【００２４】
上記ヨウ化物分解法で原料として使用する粗Ｔｉ材としては、クロール法、ハンター法、溶融塩電解法等の各種製造方法によって得られたＴｉ材を適用することが可能であるが、溶融塩電解法によって得たＴｉ材を用いることが好ましい。これはヨウ化物分解法により精製したＴｉの純度は原料の純度をある程度反映するため、より純度の高いＴｉ材が得られる溶融塩電解法を利用することにより、さらに高純度化が達成されるためである。
【００２５】
本発明の第１の製造方法においては、上記ヨウ化物分解法によって粗Ｔｉ材の精製を行った後、例えば5×10-5mbar以下というような高真空下で電子ビーム溶解（以下、ＥＢ溶解と記す）することにより、最終的にＡｌやＮａ、Ｋが除去され、高純度Ｔｉ材が得られる。ＥＢ溶解は、蒸気圧の差を利用して不純物を分離する方法であり、特に蒸気圧の高いＡｌ、Ｎａ、Ｋ等の精製効果が高い。
【００２６】
ＥＢ溶解炉においては、炉内を5×10-5mbar以下、好ましくは2×10-5mbar以下の真空度に保持し、かつフレオンバッフルで拡散ポンプオイルの炉内への混入を防止しつつ、Ｔｉ材のＥＢ溶解を行うことが好ましい。また、ＥＢ溶解時における操作条件は格別限定されるものではないが、Ｎａ、Ｋの精製効果や酸素の汚染吸収を考慮して、溶解速度を選定することが求められる。例えば1.75kg／時間〜2.3kg／時間程度が好ましい条件である。なお、ＥＢ溶解時の電極はそれぞれの金属材が析出したフィラメントを直接使用する。
【００２７】
このようにヨウ化物分解法で精製されたＴｉ材は、ＥＢ溶解によりさらに精製される。また、溶解は高真空下で行われるため、酸素や窒素による汚染も少なく、高純度のＴｉ材が得られる。
【００２８】
次に、本発明の第２の高純度Ｔｉ材の製造方法について述べる。この第２の製造方法においては、まず溶融塩電解法によって粗Ｔｉ粒を作製する。原料のＴｉ材料としては、例えばスポンジＴｉを用いる。また、電解浴としてはＫＣｌ−ＮａＣｌ等が好ましい。電解温度は730℃〜755℃、電圧は6.0V〜8.0V程度が好適である。ここで、溶融塩電解法によって得られる粗Ｔｉ粒は、表面近傍にＡｌを含む金属元素や酸素等の不純物が集中して存在するため、この表面汚染層を選択的に除去する。
【００２９】
この表面汚染層の除去方法としては、
(a)  酸やアルカリ等による表面処理法、
(b)  表面層だけヨウ素、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンと反応させて揮発分離する方法、
等が例示される。
【００３０】
上記(a)の方法は、表面層の再汚染（特に酸素）を防止する上で、アルゴンガス雰囲気のような不活性雰囲気中で処理した後、純水で洗浄、乾燥することにより行うことが好ましい。使用する処理液としては、フッ酸、硝酸、塩酸、あるいはこれらの混酸等の酸液や、水酸化ナトリウム溶液のようなアルカリ溶液が用いられる。また、溶融塩電解法によれば、重金属類の除去を比較的容易に行うことが可能であるため、表面近傍に存在するＡｌのみを選択的に除去するようにしてもよい。この場合には、塩酸や水酸化ナトリウム溶液が効果的である。
【００３１】
また、上記(b)の方法は、例えば図１に示したヨウ化物分解法による精製装置内に溶融塩電解法によって得られた粗Ｔｉ材を収容し、ハロゲンをガス状態で導入した後、反応容器内の温度を上げて一定時間保持することにより、粗Ｔｉ材の表面とハロゲンとを反応させ、この生成物を吸引除去することによって実施される。反応容器温度が充分に高い場合、ほとんどの金属不純物のハロゲン化物は蒸気圧が高いことから、容易に反応容器外に運び出される。このような操作を繰り返し行うことによって、粗Ｔｉ材表面の汚染層は徐々に取り除かれる。
【００３２】
これらの方法によって除去する表面汚染層は表面から5μm以上とすることが好ましく、さらに好ましくは10μm以上である。また、比較的粒径の大きいＴｉ粒を選択して用いることにより、比表面積が小さくなることから、Ａｌを含む不純物量を相対的に減少させることができる。これにより、表面汚染層の除去がより効果的に行える。また、表面汚染層の除去処理後に篩分けを実施し、比較的粒径の大きいＴｉ粒を選択的に使用しても、同様な効果が得られる。
【００３３】
このようにして表面汚染層の除去処理後に、前記した第１の製造方法と同様に、高真空下でＥＢ溶解し、最終的に内部のＡｌやＮａ、Ｋ等の除去を行い、高純度Ｔｉ材を得る。ここで、通常ＥＢ溶解を行う際には、得られたＴｉ粒をプレス成形によって圧縮して固形化し、これを電極としてＥＢ溶解することが考えられる。しかし、その場合は工具、成形時の変形による再汚染の発生が考えられるため、本発明においてはこの再汚染を防止するために、Ｔｉ粒をそのまま真空中でバイブレーター式グラニュー投入した後、ＥＢ溶解を実施することが好ましい。
【００３４】
また、上記した溶融塩電解により得たＴｉ材の表面汚染層の除去処理は、上記第１の製造方法において溶融塩電解によるＴｉ材を原料Ｔｉ材として用いる際にも有効な処理である。つまり、表面汚染層の除去処理を施した溶融塩電解によるＴｉ材をヨウ化物分解法によって精製する。次に、この精製されたＴｉ材をＥＢ溶解する。これにより、ヨウ化物分解法による精製効率をよりいっそう高めることが可能となる。なお、ヨウ化物分解法の前処理としては、同一装置内で実施することが可能であることから、上記(b)の方法を採用することが好ましい。
【００３５】
このようにして、第１の方法または第２の方法のいずれかを採用して得られるＴｉ材は、Ａｌ含有量が10ppm以下を満足すると共に、他の不純物についても同様に低減され、高純度を満足するものとなる。他の不純物は、例えば酸素含有量が300ppm以下、さらに250ppm以下（さらに好ましくは200ppm以下）、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各元素の含有量がそれぞれ10ppm以下（さらに好ましくは5ppm以下）、Ｎａ、Ｋの各元素の含有量がそれぞれ0.1ppm以下（さらに好ましくは0.05ppm以下）となる。
【００３６】
本発明における配線膜は、以下のようにして得られる。まず、上記した製造方法により得た高純度Ｔｉ材を、それらの再汚染を防止しつつ、任意の形状に冷間鍛造する。上記鍛造工程はガス吸収性の高いＴｉ材の性質を考慮し、吸収ガスによる再汚染を防止する上で、冷間（室温近傍）で行うことが好ましい。このように、冷間での加工が可能となるのは、高純度を満足させることによって、加工性が向上するためである。この後、機械加工によって所定のターゲット形状に加工する。このようなスパッタターゲットを用いて薄膜を成膜することにより配線膜が得られる。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明のスパッタターゲットの具体的な実施例およびその評価結果について説明する。まず第１の高純度Ｔｉ材の製造方法を適用した各例について述べる。
【００３８】
実施例１
原料となる粗Ｔｉ材として、クロール法により製造したスポンジＴｉを用意した。次いで、このスポンジＴｉを図１に示したヨウ化物分解法を適用した精製装置の反応容器１内に投入し、ヨウ素を0.2g/ｌの割合で収容した。そして、フィラメント５の温度を1400℃に、また反応容器１の温度を600℃に設定し、上記スポンジＴｉをヨウ化物分解法によって精製した。精製開始時のフィラメント５の径は2mmであり、これが約30mmとなるまでＴｉを析出させた。
【００３９】
次に、上記Ｔｉを析出させたフィラメントをＥＢ溶解用原料として用い、炉内を1×10-5mbarの高真空にし、フレオンバッフルで拡散ポンプオイルの混入を防ぎ、20kV、フィラメント電流1.5A〜2.0A、ＥＢ出力30kW〜40kW、溶解速度4kg／時間の条件でＥＢ溶解を行って、直径135mmのＴｉインゴットを得た。
【００４０】
また、上記Ｔｉインゴットを冷間（室温付近）で鍛造し、機械研削によって所定形状に加工してスパッタターゲットを作製した。このようにして得たＴｉターゲットの各不純物量を測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
実施例２
上記実施例１における粗Ｔｉ材を、溶融塩電解法によって得た針状Ｔｉに代える以外は、上記実施例１と同一条件でヨウ化物分解およびＥＢ溶解を行い、Ｔｉインゴットを作製し、さらにＴｉターゲットを作製した。このようにして得たＴｉターゲットの分析結果を表１に併せて示す。
【００４２】
実施例３
まず、上記実施例２で粗Ｔｉ材として用いた溶融塩電解法による針状Ｔｉを、フッ酸、硝酸、塩酸および水を2:1:1:196の比率で混合した混酸に10分間浸漬し、表面汚染層の除去処理を行った。この後、流水で充分に洗浄して原料Ｔｉ材とした。なお、酸処理による表面汚染層の除去量は表面から約15μmとした。
【００４３】
次に、上記酸処理を施したＴｉ材を用いて、実施例１と同一条件でヨウ化物分解およびＥＢ溶解を行ってＴｉインゴットを作製し、さらにＴｉターゲットを作製した。このようにして得たＴｉターゲットの分析結果を表１に併せて示す。
【００４４】
実施例４
まず、図１に示したヨウ化物分解法を適用した精製装置の反応容器１内に、上記実施例２で粗Ｔｉ材として用いた溶融塩電解法による針状Ｔｉを投入し、真空排気した後にヨウ素をガス状態で導入し、600℃で10分間保持して針状Ｔｉ表面とヨウ素とを反応させた。この後、真空排気を行って反応生成物を除去した。以上の操作を3回繰り返し行って表面汚染層を除去した。なお、ヨウ素による表面汚染層の除去量は表面から約15μmとした。また、使用した精製装置は、図示を省略したヨウ化物トラップ機構を介して反応容器１に接続された排気系を有するものである。
【００４５】
次に、上記表面汚染層の除去処理に引き続いてフィラメント５に通電し、実施例１と同一条件でヨウ化物分解を行い、さらにＥＢ溶解を行ってＴｉインゴットを作製した。この後、Ｔｉターゲットを作製した。このようにして得たＴｉターゲットの分析結果を表１に併せて示す。なお、表１に示す比較例１、２は、それぞれ上記実施例１、２で用いた粗Ｔｉ材の分析結果である。
【００４６】
【表１】
0003621582.tif 000002
表１の結果から明らかなように、上記各実施例によるＴｉ材は、半導体素子の電極、コンタクト部、バリヤ層等の特性に悪影響を及ぼすＡｌの含有量が少なく、また他の不純物も低減された高純度を満足するものであることが分る。
【００４７】
次に、上記した実施例および比較例に基づくＴｉターゲットをそれぞれ用いて、金属シリサイド膜からなる配線網を半導体基板上に形成することによって、半導体素子を作製してその特性を評価した。具体的な製造方法と評価方法、およびその結果について、以下に述べる。
【００４８】
まず、各金属ターゲット中のＡｌの影響を評価した結果について説明する。図２に示すように、n-Ｓｉ基板１１に設けられた多結晶Ｓｉ層１２上に、上記した各実施例と同様にして作製した、Ａｌ含有量が異なる3種類のＴｉターゲットをそれぞれ用いて、膜厚60nmのＴｉ膜をスパッタ法によって各々成膜した。次いで、所望の回路パターンに応じて不要部分をエッチング処理によって除去した後、残存する部分に 2段アニール処理を施すことによってシリサイド化し、多結晶Ｓｉ層１２上にＴｉシリサイド膜（ＴｉＳｉ2膜）１３を形成すると同時に、ソース領域１４およびドレイン領域１５をシリサイド化し、それぞれダイオードを作製した。なお、図中１６はＳｉＯ2膜である。
【００４９】
用いたＴｉターゲット中のＡｌ濃度は、54ppm、3ppm、1ppm以下である。また、他の不純物量は同等とした。このようにして得た各ダイオードに逆バイアス電圧を印加しリーク電流を測定した。その結果を図３に示す。
【００５０】
図３から明らかなように、ターゲット中のＡｌ濃度が増加することによって、リーク電流も増加することが分る。なお、同様の測定を各ターゲットを用いて作製した10個のダイオードについて行ったところ、それぞれ同じ傾向を示した。すなわち、上記実施例で得られた低Ａｌ含有量のＴｉ材を用いてスパッタターゲットを作製し、そのＴｉターゲットを用いて目的とする薄膜を形成することによって、高集積化された半導体素子の電極やコンタクト部等を高信頼性のもとで形成することが可能となる。
【００５１】
次に、Ｔｉターゲットの酸素含有量と、それを用いて形成したＴｉＳｉ2膜の比抵抗との関係について説明する。まず、上記実施例と同様にして作製した酸素含有量が異なる6種類のＴｉターゲット（各酸素含有量：80ppm、120ppm、200ppm、300ppm、550ppm、700ppm）をそれぞれ用い、成膜装置内を1×10-5Torrに排気した後にＡｒガスを5×10-3Torrまで導入し、ＤＣマグネトロンスパッタリングによって多結晶Ｓｉ基板上に、成膜速度2.0μm／時間で膜厚0.2μmのＴｉ膜をそれぞれ成膜した。
【００５２】
これらＴｉ膜の比抵抗を測定した後に、それぞれに700℃で30秒間ランプアニールを施し、ＴｉとＳｉとを反応させてＴｉＳｉ2膜をそれぞれ形成した。これらＴｉＳｉ2膜についても同様に比抵抗を測定した。なお、比抵抗は膜抵抗に膜厚を乗じたものであり、膜抵抗を直流4探針法（ナプソン(株)製、RESISTEST-8A）によって測定し求めた。Ｔｉターゲット中の酸素量とＴｉ膜の比抵抗との関係を表２に示す。また、Ｔｉ膜の比抵抗とＴｉＳｉ2膜の比抵抗との関係を図４に示す。
【００５３】
【表２】
0003621582.tif 000003
表２および図４の結果から明らかなように、Ｔｉターゲット中の酸素量を減らすことによって、Ｔｉ膜の比抵抗を105μΩ・cm未満と低くすることができる。また、Ｔｉ膜の比抵抗を低くすることにより、ＴｉＳｉ2膜の比抵抗を低くすることができる。特に、酸素含有量が300ppm以下のＴｉターゲットを使用することによって、比抵抗15μΩ・cm以下という低抵抗のＴｉＳｉ2膜が得られる。そして、ＴｉＳｉ2膜を低抵抗化することは、半導体素子における信号の遅延を防止することを意味し、より信頼性の高い半導体素子を得ることが可能となる。
【００５４】
次に、第２の高純度Ｔｉ材の製造方法を適用した各例について説明する。
実施例５
まず、ＫＣｌ−ＮａＣｌ電解浴（ＫＣｌ：16重量％、ＮａＣｌ：84重量％）中にスポンジＴｉからなる電極を投入し、電解温度755℃、電流200A、電圧80Vで溶融塩電解し、粒状の針状粗Ｔｉ材を作製した。次に、上記針状粗Ｔｉ材に対して塩酸水溶液（50％）による表面層の除去処理を施した。この酸処理は、アルゴン雰囲気中において上記塩酸水溶液中に時間を変化させて浸漬し、その後純水により洗浄し、乾燥させることによって行った。このようにして、酸処理による表面層の除去量が異なる数種のＴｉ材を作製した。
【００５５】
ここで、上記酸処理前の針状粗Ｔｉ材のＡｌ含有量を、表面からの深さとの関係として求めた。その結果を図５に示す。同図から明らかなように、表面から10μm 程度の表層部を除去することによって、著しく不純物量が減少する。
【００５６】
次に、上記酸処理時間を変化させた粗Ｔｉ粒をそれぞれＥＢ溶解用原料として用い、グラニュラー投入機に挿入し、真空中で汚染を防止しながらＥＢ溶解炉に投入した。炉内を1×10-5mbarの高真空にし、フレオンバッフルで拡散ポンプオイルの混入を防ぎ、20kV、フィラメント電流1.3A〜1.5A、ＥＢ出力26kW〜30kW、溶解速度4kg/時間の条件でＥＢ溶解を行って、直径135mmのインゴットをそれぞれ作製した。
【００５７】
このようにして得た各Ｔｉ材の不純物量を測定した。Ａｌ含有量と酸処理による除去量との関係を表３に示す。なお、他の不純物量はいずれもＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各元素の含有量が1ppm以下、Ｎａ、Ｋの各元素の含有量が0.01ppm以下、酸素含有量が200ppm以下であった。
【００５８】
【表３】
0003621582.tif 000004
表３の結果から明らかなように、この実施例によれば、溶融塩電解法による粗Ｔｉ材の表面層を除去し、その後ＥＢ溶解することで、半導体素子の電極、コンタクト部等の特性に悪影響を及ぼすＡｌの含有量が少なく、また他の不純物も低減された高純度を満足するＴｉ材が得られることが分る。
【００５９】
次に、本発明の配線膜を使用した半導体パッケージの実施例を説明する。図６は、半導体パッケージの一例の概略構成を示す図である。同図においては、２１は絶縁基板２２上にはんだ層２３によって搭載された半導体チップである。この半導体チップ２１は、Ａｕリード線２４によってリードフレーム２５と電気的に接続されている。また、半導体チップ２１は、Ａｕリード線２４やリードフレーム２５と共に、封止樹脂２６によってモールディングされている。
【００６０】
上記半導体チップ２１は、配線網の一部の形成材料として本発明の配線膜を使用している。この半導体チップ２１の詳細をその製造方法と共に図７を参照して以下に説明する。
【００６１】
まず、p-Ｓｉ基板３１に対して熱酸化を施し、p-Ｓｉ基板３１の表面に熱酸化膜を形成する。次いで、ソース、ゲート、ドレインの各領域を除いて、選択的に酸化処理を行い、フィールド酸化膜３２を形成する。次に、ソース、ドレインの各領域上の熱酸化膜を、レジスト膜の形成とエッチング処理（以下、ＰＥＰ処理と称する）とによって除去する。このＰＥＰ処理によって、ゲート酸化膜３３が形成される。
【００６２】
次に、ソース、ドレインの各領域を除いてレジスト膜を形成した後、p-Ｓｉ基板３１内に不純物元素を注入し、ソース領域３４およびドレイン領域３５を形成する。また、ゲート酸化膜３３上に、ＭｏやＷ等のシリサイド膜３６を形成する。次いで、p-Ｓｉ基板３１の全面に、リンシリケートガラス等からなる絶縁層３７を形成した後、ＰＥＰ処理によってソース領域３４およびドレイン領域３５上のリンシリケートガラス層３７を除去する。次に、リンシリケートガラス層３７を除去した、ソース領域３４およびドレイン領域３５上に、ＴｉＮ膜、ＺｒＮ膜、ＨｆＮ膜等からバリヤ層３８をそれぞれ形成する。
【００６３】
この後、Ａｌ蒸着膜３９を全面に形成し、ＰＥＰ処理を施すことによって、所望形状の配線層を形成する。また、全面にＳｉ3Ｎ4等からなる絶縁保護膜４０を形成した後、その一部にＰＥＰ処理によりＡｕリード線（２４）のボンディング用の開口部を形成して、半導体チップ（２１）が完成する。
【００６４】
本発明の配線膜で電極やコンタクト部を形成することによって、配線密度が微細化された場合においても健全な電極やコンタクト部を得ることができる。これは電極やコンタクト部内の不純物濃度、すなわちＡｌ濃度をはじめとして酸素濃度、アルカリ濃度、重金属濃度を極めて低くすることができるためである。これにより、信頼性の高い半導体パッケージを得ることが可能となる。
【００６５】
なお、上記実施例ではＤＩＰを例として説明したが、ＱＦＰやＰＧＡ等においても同様な効果が得られる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＡｌ量を極めて減少させたＴｉ材を簡易な方法で、再現性よく得ることが可能となる。このようなＴｉ材をスパッタ法におけるターゲット材として使用することにより、高集積化された半導体素子の電極、コンタクト部等に好適な金属膜や金属化合物膜からなる配線膜を再現性よく得ることが可能となる。よって、半導体素子や半導体パッケージの信頼性向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で高純度金属材の製造に使用するヨウ化物分解法を適用した精製装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例で作製したダイオードの構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例で作製したＴｉターゲット中のＡｌ量とそれを用いて形成したＴｉＳｉ2膜を有するダイオードのリーク電流との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例で成膜したＴｉ膜の比抵抗とそれを用いて形成したＴｉＳｉ2膜の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例における溶融塩電解法によるＴｉ材の表面からの距離とＡｌ量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施例による半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。
【図７】図６に示した半導体パッケージに用いた半導体チップの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１……n-Ｓｉ基板
１２……多結晶Ｓｉ層
１３……金属シリサイド膜
１４……ソース領域
１５……ドレイン領域
１６……ＳｉＯ2 膜
２１……半導体チップ
２２……絶縁基板
２４……Ａｕリード線
２５……リードフレーム
２６……封止樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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