(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子の電極形成方法であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって形成されることを特徴とする半導体素子の電極形成方法。
【請求項２】
前記混合ガスは、
Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．１以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項３】
前記混合ガスは、
Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．４以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項４】
前記混合ガスは、
さらに窒素（Ｎ2）ガスを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項５】
前記混合ガスは、
Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．１以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項６】
前記混合ガスは、
Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．４以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項７】
前記混合ガスの圧力は、
０．１５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子の電極形成方法。
【請求項８】
半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子電極であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが２０００Å〜２５００Åに形成されることを特徴とする半導体素子電極。
【請求項９】
半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子電極であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ2）ガスおよび窒素（Ｎ2）ガスを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが４０００Å〜６０００Åに形成されることを特徴とする半導体素子電極。
【請求項１０】
半導体結晶の表面に前記オーミックメタル層と、前記バリアメタル層と、前記ボンディングメタル層とを形成し、さらにパターンニングされた状態での平面図上に投影された形状における辺の最大長さが、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の半導体素子電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の電極形成方法およびその方法によって形成される半導体素子電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の電極は、半導体基板と外部配線との接続部であり、半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える。
【０００３】
ボンディングメタル層の材料には、一般的に金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。またバリアメタル層の材料には、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデン（Ｍｏ）などが用いられているけれども、ボンディングメタル層の材料にＡｕが用いられるときには、バリアメタル層の材料としてＭｏが選択される。
【０００４】
この理由は以下による。ボンディングメタル層の材料にＡｕが用いられるとき、ＴｉはＡｕと熱反応を起こしやすいのでバリアメタル層の材料として不適であり、ＴｉＮおよびＴｉＷはＡｕに対して密着性が悪いので、これらをバリアメタル層の材料として用いると、バリアメタル層とボンディングメタル層との間で剥離を生じるという問題がある。一方Ｍｏは、Ａｕ系材料と熱反応を起こすことが無く、またＡｕ系材料に対して優れた密着性を有するので、ボンディングメタル層の材料にＡｕが用いられるときには、バリアメタル層の材料としてＭｏが好適に用いられる。
【０００５】
このようにボンディングメタル層の材料にＡｕを用い、バリアメタル層の材料にＭｏを用いる半導体素子電極は、従来以下のような工程のフローで形成されている。
【０００６】
（ａ１）前処理工程；電極が形成されるべく準備された半導体結晶をエッチングする。エッチングにはフッ化水素を含むフッ酸系エッチング液または硫酸を含む硫酸系エッチング液が用いられる。エッチング後純水によって半導体結晶を洗浄し充分に乾燥する。この前処理工程では、たとえば半導体結晶がシリコンウェハなどでは、ウェハの表面に形成されているＳｉＯ2膜がエッチングにより除去されるので、ウェハとスパッタリングされるオーミックメタルとの密着性を良好にすることができる。
【０００７】
（ａ２）オーミックメタル層形成工程；半導体結晶表面にオーミックメタル層が、スパッタ法によって形成される。オーミックメタル層は、Ｐｏｓｉｔｉｖｅ（Ｐ）側では、ＡｕＺｎまたはＡｕＢｅなどが、Ｎｅｇａｔｉｖｅ（Ｎ）側では、ＡｕＳｉまたはＡｕＧｅなどが、厚み：２０００〜４０００Å程度になるように積層される。このオーミックメタル層は、蒸着法によって形成されても良い。
【０００８】
（ａ３）バリアメタル層形成工程；半導体素子電極形成工程に含まれる熱処理工程において、オーミックメタル層に含まれる元素とボンディングメタル層に含まれる元素とが反応しないように、オーミックメタル層に含まれることのあるたとえばＧａ，Ｚｎ，Ｂｅ，ＳｉおよびＧｅなどがボンディングメタル層の表面まで拡散移動することを抑止するために、オーミックメタル層の外方にバリアメタル層が形成される。バリアメタル層は、Ｍｏがアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚み：約３０００Åに積層される。
【０００９】
（ａ４）ボンディングメタル層形成工程；バリアメタル層の外方にＡｕが、蒸着法またはスパッタ法によって形成される。
【００１０】
（ａ５）電極パターン形成工程；ボンディングメタル層の形成された半導体デバイス基板表面に、半導体デバイス基板上の回路構成に必要とされる電極パターンをフォトリソグラフィ法によって形成する。
【００１１】
（ａ６）エッチング工程；電極パターンの形成された半導体デバイス基板をエッチングして、不要部のオーミックメタル層、バリアメタル層およびワイヤボンディング層を除去した後、剥離液によってレジスト膜を除去する。
【００１２】
（ａ７）熱処理工程；オーミックメタル層と半導体結晶表面との間にオーミック接続を形成するために、４００〜４５０℃の温度で熱処理を行う。
【００１３】
図７は、従来の半導体素子電極１の構成を示す断面図である。図７には、前述の工程フローに従って形成された従来の半導体素子電極１の構成が示され、半導体結晶２の表面に、オーミックメタル層３、バリアメタル層４およびボンディングメタル層５が、この順番に積層されて電極形成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の工程フローに示すスパッタ法によって形成されるＭｏのバリアメタル層４は、オーミックメタル層３に含まれる元素の拡散移動を抑止する性能が、他のＴｉ，ＴｉＮまたはＴｉＷなどのバリアメタル層に比べて弱く、また薄肉材の横断面に作用する面内力である膜応力が大きいという性質がある。
【００１５】
したがって、Ｍｏをバリアメタル層として用いる場合、他のＴｉ，ＴｉＮまたはＴｉＷなどからなるバリアメタル層と同等の性能を得るためには、前記他の材料よりも層厚を厚くしなければならない。たとえばＴｉ，ＴｉＮおよびＴｉＷなどからなる厚み：１０００〜２０００Åのバリアメタル層と同等の性能を、Ｍｏのバリアメタル層で得るためには、厚み：３０００〜４０００Åを要する。
【００１６】
しかしながら、Ｍｏからなるバリアメタル層の厚みを厚くすると、一層膜応力が増大するので、バリアメタル層にクラックや剥がれが発生する。図８は、バリアメタル層４に発生するクラック６および剥がれ７の概略を示す平面図である。特に形成された半導体素子電極のパターンが小さい程クラック６や剥がれ７が発生しやすいという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、ボンディングメタル層に対する密着性に優れ、膜応力が小さくて層厚を厚くすることができ、元素の拡散抑止性能に優れるＭｏバリアメタル層を備える半導体素子の電極形成方法および半導体電極素子を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子の電極形成方法であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって形成されることを特徴とする半導体素子の電極形成方法である。
【００１９】
本発明に従えば、半導体素子電極に備わるＭｏ含有バリアメタル層を、ＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって形成する。このようにして形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、金（Ａｕ）系材料からなるボンディングメタル層に対する密着性に優れ、かつオーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れるとともに、クラックや剥がれを生じにくい性質を有するので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を高い歩留で製造することが可能になる。
【００２０】
また本発明は、前記混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．１以上であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．４以上であることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．１以上、より好ましくは０．４以上に設定される。このように混合比（Ｏ2／Ａｒ）を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。ここで混合比とは、混合ガスを構成する各成分ガスの分圧比の意味に用いる。
【００２３】
また本発明は、前記混合ガスは、さらに窒素（Ｎ2）ガスを含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．１以上であることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．４以上であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、混合ガスは、さらにＮ2ガスを含み、Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．１以上、より好ましくは０．４以上に設定される。このように混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。特にＮ2ガスをも含有する雰囲気中でＭｏ含有バリアメタル層を形成することによって、膜応力が低減されるので、層厚みを厚く形成し、前述の拡散抑制性能を一層向上することが可能になる。また、雰囲気ガスに用いられるＯ2ガスおよびＮ2ガスの供給源として空気を利用することができるので、Ａｒガスと空気との混合という簡単な操作によって雰囲気ガスを生成することができるとともに、雰囲気ガスのコストを低減することができる。
【００２８】
また本発明は、前記混合ガスの圧力は、０．１５Ｐａ以下であることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、混合ガスの圧力は、０．１５Ｐａ以下に設定される。このように混合ガス圧力を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。
【００３０】
また本発明は、半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子電極であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが２０００Å〜２５００Åに形成されることを特徴とする半導体素子電極である。
【００３１】
本発明に従えば、半導体素子電極に備わるバリアメタル層は、Ｍｏを含み、ＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが２０００Å〜２５００Åに形成される。このようにＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中で適正範囲の層厚みに形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、拡散抑止性能に優れ、かつクラックや剥がれを発生しにくいので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を製造歩留良く得ることができる。
【００３２】
また本発明は、半導体結晶の表面にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層と、オーミックメタル層の外方に積層されオーミックメタル層に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層と、バリアメタル層の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層とを備える半導体素子電極であって、
前記バリアメタル層は、
モリブデン（Ｍｏ）を含み、アルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ2）ガスおよび窒素（Ｎ2）ガスを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが４０００Å〜６０００Åに形成されることを特徴とする半導体素子電極である。
【００３３】
本発明に従えば、半導体素子電極に備わるバリアメタル層は、Ｍｏを含み、ＡｒガスとＯ2ガスとＮ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが４０００Å〜６０００Åに形成される。このようにＡｒガスとＯ2ガスとＮ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中で適正範囲の層厚みに形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、拡散抑止性能に優れ、かつクラックや剥がれを発生しにくいので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を製造歩留良く得ることができる。特に雰囲気ガス中にＮ2を含有させることによって、形成されるバリアメタル層の膜応力が低減され、クラックや剥がれを生じることなくその層厚みを厚くすることができるので、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能を一層向上することが可能になる。
【００３４】
また本発明は、半導体結晶の表面に前記オーミックメタル層と、前記バリアメタル層と、前記ボンディングメタル層とを形成し、さらにパターンニングされた状態での平面図上に投影された形状における辺の最大長さが、１５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、（Ａｒ＋Ｏ2＋Ｎ2）雰囲気ガス中においてスパッタ法で形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、その膜応力が小さいので、クラックや剥がれを生じさせることなく、最大辺が１５０μｍ以下の小さな寸法の電極を形成することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体素子電極１０の構成を簡略化して示す断面図である。半導体素子電極１０は、半導体結晶１１の表面１２にオーミック接続するために積層されるオーミックメタル層１３と、オーミックメタル層１３の外方に積層されオーミックメタル層１３に含まれる元素の拡散移動を抑止するバリアメタル層１４と、バリアメタル層１４の外方に積層されワイヤボンディングが行われるボンディングメタル層１５とを備える。
【００３７】
半導体結晶１１は、たとえばシリコンウェハである。オーミックメタル層１３は、形成される電極がＰ側であれば、たとえばＡｕＺｎ、ＡｕＢｅなどであり、形成される電極がＮ側であれば、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅなどである。このオーミックメタル層１３は、層厚みが２０００〜４０００Åになるように形成される。
【００３８】
バリアメタル層１４は、Ｍｏを含有する層であり、層厚みが２０００〜２５００Åまたは４５００〜６０００Åの範囲内になるようにスパッタ法によって形成される。このバリアメタル層１４は、半導体素子電極１０形成工程に含まれる熱処理工程において、前述のようにオーミックメタル層１３に含まれるたとえばＧａ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｓｉ，Ｇｅなどの元素が拡散移動してボンディングメタル層１５と反応を起こすことを防止する。ボンディングメタル層１５は、Ａｕ系材料からなる。
【００３９】
半導体素子電極１０は、半導体結晶１１の表面１２に以下の工程フローに従って形成される。
【００４０】
（ｂ１）前処理工程；電極が形成されるべく準備された半導体結晶１１をエッチングする。エッチングにはフッ化水素を含むフッ酸系エッチング液または硫酸を含む硫酸系エッチング液が用いられる。エッチング後純水によって半導体結晶１１を洗浄し充分に乾燥する。この前処理工程によって半導体結晶１１とオーミックメタル層１３との密着性を良好にすることができる。
【００４１】
（ｂ２）オーミックメタル層形成工程；半導体結晶１１の表面１２にオーミックメタル層１３が、スパッタ法または蒸着法によって前述の厚み：２０００〜４０００Åになるように形成される。
【００４２】
（ｂ３）バリアメタル層形成工程；バリアメタル層１４は、Ｍｏが、Ａｒガスと酸素ガスとの混合ガス（Ａｒ＋Ｏ2）またはＡｒガスと空気（Ｏ2＋Ｎ2）との混合ガス（Ａｒ＋Ｏ2＋Ｎ2）雰囲気中でスパッタ法によって形成される。
【００４３】
このバリアメタル層１４をスパッタ法によって形成するとき、雰囲気を構成する混合ガスの条件は、次のように設定される。混合ガスの圧力は、０．７Ｐａ以下、より好ましくは０．１５Ｐａ以下に設定される。混合ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）または［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］は、いずれも０．１以上、より好ましくは０．４以上に設定される。
【００４４】
前述のような条件下において、混合ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いるとき、バリアメタル層１４は、層厚み：２０００〜２５００Åになるように形成され、混合ガスに（Ａｒ＋Ｏ2＋Ｎ2）を用いるとき、バリアメタル層１４は、層厚み：４５００〜６０００Åになるように形成される。
【００４５】
以下に混合ガスの設定条件範囲限定理由およびバリアメタル層１４の層厚み範囲限定理由について説明する。
【００４６】
混合ガス圧力：混合ガス圧力が、０．７Ｐａを超えると、ガス圧力が高いのでスパッタリングによってバリアメタル層１４を形成するとき、スパッタリング雰囲気であるプラズマ中を移動する粒子の平均自由行程が短くなる。したがって、オーミックメタル層１３の表面に到達するＭｏ粒子が少なくなり、緻密なバリアメタル層１４が形成されなくなるので、バリア性が低くなる。スパッタリングにおけるガス圧力は、前述のように平均自由行程の観点においては、低い方が好ましいけれども、低過ぎると、Ｍｏ粒子の絶対数が減少して積層速度が低下し積層効率が悪化するばかりでなくプラズマが発生しなくなるので、スパッタリングによるバリアメタル層１４の形成が不能になる。
【００４７】
また混合ガス圧力が０．７Ｐａを超えると、スパッタリング用チャンバ内に電界が形成されたとき、高いエネルギを有する高速粒子が過剰に存在することになるので、ターゲットであるＭｏだけでなくスパッタリング用チャンバ内壁などを構成する元素まで励起されてバリアメタル層１４にコンタミネーションを生じ、オーミックメタル層１３に含まれる元素の拡散を抑止する性能（以後、便宜上バリア性と呼ぶ）が低下する。
【００４８】
このように、コンタミネーションが少なく緻密でバリア性に優れるバリアメタル層１４を高い積層効率で形成するためには、高過ぎずかつ低過ぎない適正な混合ガス圧力に設定されなければならない。したがって、混合ガス圧力は、０．７Ｐａ以下、より好ましくは０．１５Ｐａ以下とした。
【００４９】
混合ガスの混合比：混合比が０．１未満では、Ｏ2ガスまたはＯ2ガスとＮ2ガスとを混合ガス中に含むことによるＭｏ含有バリアメタル層１４のバリア性向上効果が発現されない。また混合比が０．１未満では、Ｏ2ガスとＮ2ガスとを混合ガス中に含むことによるＭｏ含有バリアメタル層１４の膜応力の低減効果が発現されない。Ｍｏ含有バリアメタル層１４のバリア性向上効果や膜応力の低減効果は、混合比０．１以上で発現され、混合比０．４以上でより顕著に発現される。したがって、混合ガスの混合比を０．１以上、より好ましくは０．４以上とした。
【００５０】
混合ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いるときの層厚み：層厚みが、２０００Å未満では、バリア性が不充分であり、２５００Åを超えると、膜応力が増大し、クラックや剥がれが発生する。したがって、層厚みを２０００Å〜２５００Åとした。
【００５１】
混合ガスに（Ａｒ＋Ｏ2＋Ｎ2）を用いるときの層厚み：さらなるバリア性向上のためには、層厚みが４５００Å以上を必要とし、６０００Åを超えると膜応力が増大し、クラックや剥がれが発生するので、４５００〜６０００Åとした。
【００５２】
（ｂ４）ボンディングメタル層形成工程；バリアメタル層１４の外方にＡｕ系材料が、蒸着法またはスパッタ法によって形成される。
【００５３】
（ｂ５）電極パターン形成工程；ボンディングメタル層１５の形成された半導体デバイス基板（ここでは、半導体結晶１１にオーミックメタル層１３、バリアメタル層１４およびボンディングメタル層１５を順次積層したものを半導体デバイス基板と呼ぶ）表面に、半導体デバイス基板上の回路構成に必要とされる電極パターンをフォトリソグラフィ法によって形成する。
【００５４】
（ｂ６）エッチング工程；電極パターンの形成された半導体デバイス基板をエッチングして、不要部のオーミックメタル層、バリアメタル層およびワイヤボンディング層を除去した後、剥離液によってレジスト膜を除去する。
【００５５】
（ｂ７）熱処理工程；オーミックメタル層と半導体結晶表面との間にオーミック接続を形成するために、４００〜４５０℃の温度で熱処理を行う。
【００５６】
このようにして形成される半導体素子電極１０は、半導体素子電極１０に備わるＭｏ含有バリアメタル層１４が、ボンディングメタル層１５に対する密着性に優れ、かつバリア性に優れるとともに、クラックや剥がれを生じにくい性質を有するので、電気的な接続性能に優れ製造歩留が高い。
【００５７】
（実施例）
以下に本発明の実施例を説明する。前述の（ｂ１）〜（ｂ７）の工程フローに従って作製した半導体素子電極と、雰囲気ガスにＡｒガスのみを用いてバリアメタル層を形成したこと以外は前述の（ｂ１）〜（ｂ７）の工程フローに示すのと同一の条件で半導体素子電極とを作製し、バリア性能と耐クラックおよび耐剥がれ性とを比較した。
【００５８】
バリア性能は、バリア破壊発生率によって評価した。バリア破壊とは、バリアメタル層１４のバリア性能が劣ることに起因し、半導体結晶１１および／またはオーミックメタル層１３からＧａやＺｎなどの元素が、ボンディングメタル層１５まで拡散移動し、その結果ワイヤのボンディング不良が発生したり、素子抵抗が高くなることによって駆動電圧が増加するなどの電気的特性が不良になることをいう。バリア破壊発生率は、ボンディング不良や電気的特性の不良が発生した半導体電極数の特性試験に供した半導体電極の全数に対する比を、百分率で表したものをいう。このバリア破壊発生率（％）が小さい程バリア性が良好であると評価した。
【００５９】
耐クラックおよび耐剥がれ性は、同一条件で作製された半導体素子電極全数に対するクラックや剥がれの発生した半導体素子電極数の百分率（以後、これを便宜上クラックまたは剥がれ発生率と呼ぶ）を評価指標とし、クラックまたは剥がれ発生率が小さい程、耐クラックおよび耐剥がれ性が良好であると評価した。
【００６０】
（実施例１）
実施例１では、混合ガスの圧力を０．１３〜１．１Ｐａまで変動させてＭｏ含有バリアメタル層を形成し、混合ガスの圧力が、バリア破壊発生率に及ぼす影響について試験した。混合ガス圧力以外のバリアメタル層形成に用いた条件を表１に示す。
【００６１】
【表１】
0003854532.tif 000002
【００６２】
図２は、混合ガスのガス圧力とバリア破壊発生率との関係を示す図である。図２中で、ライン１６が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合の結果を示し、ライン１７が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合の結果を示し、ライン１８が、雰囲気ガスにＡｒのみを用いた場合の結果を示す。
【００６３】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）または（Ａｒ＋空気）を用いた場合、混合ガスの圧力が０．７Ｐａ付近においてバリア破壊発生率は急激に低下した。混合ガスの圧力が、０．４Ｐａ以下では、バリア破壊発生率はほぼ１０％未満となり、特に０．１５Ｐａ以下では、バリア破壊発生率はほぼ零（０）％近くまで減少し、高い歩留でバリア性の良好な半導体素子電極を得ることができた。
【００６４】
一方、雰囲気ガスにＡｒのみを用いてバリアメタル層を形成した半導体素子電極では、ガス圧力を変動させた範囲のすべてにおいて、バリア破壊発生率が２０％以上であり、歩留が良くなかった。
【００６５】
（実施例２）
実施例２では、混合ガスの混合比を０．０２〜１まで変動させてＭｏ含有バリアメタル層を形成し、混合ガスの圧力が、バリア破壊発生率に及ぼす影響について試験した。混合ガスの混合比以外のバリアメタル層形成に用いた条件を表２に示す。
【００６６】
【表２】
0003854532.tif 000003
【００６７】
図３は、混合ガスの混合比とバリア破壊発生率との関係を示す図である。図３中で、ライン１９が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合の結果を示し、ライン２０が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合の結果を示す。
【００６８】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）または（Ａｒ＋空気）を用いた場合、混合ガスの圧力が、０．１以上でバリア破壊発生率はほぼ１０％未満となり、特に０．４以上ではバリア破壊発生率は０％になり、高い歩留でバリア性の良好な半導体素子電極を得ることができた。
【００６９】
（実施例３）
実施例３では、層の厚み（以後、膜厚と表記することもある）を変動させてＭｏ含有バリアメタル層を形成し、層の厚みが、バリア破壊発生率に及ぼす影響について試験した。層の厚み以外のＭｏ含有バリアメタル層形成に用いた条件を表３に示す。
【００７０】
【表３】
0003854532.tif 000004
【００７１】
図４は、Ｍｏ含有バリアメタル層の膜厚とバリア破壊発生率との関係を示す図である。図４中で、ライン２１が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合の結果を示し、ライン２２が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合の結果を示し、ライン２３が、雰囲気ガスにＡｒのみを用いた場合の結果を示す。
【００７２】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）または（Ａｒ＋空気）を用いた場合、膜厚が２０００Å以上で、バリア破壊発生率は２０％以下にまで減少し、高い歩留でバリア性の良好な半導体素子電極を得ることができた。特に、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合、膜厚が４５００Å以上で、バリア破壊発生率を０％にすることができた。
【００７３】
一方、雰囲気ガスにＡｒのみを用いてバリアメタル層を形成した半導体素子電極では、約６０００Å以上の膜厚に形成しなければバリア破壊発生率を２０％以下に減少させることができなかった。
【００７４】
（実施例４）
実施例４では、層の厚みを変動させてＭｏ含有バリアメタル層を形成し、層の厚みが、クラックまたは剥がれ発生率に及ぼす影響について試験した。層の厚み以外のＭｏ含有バリアメタル層形成に用いた条件を表４に示す。
【００７５】
【表４】
0003854532.tif 000005
【００７６】
図５は、Ｍｏ含有バリアメタル層の膜厚とクラックまたは剥がれ発生率との関係を示す図である。図５中で、ライン２４が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合の結果を示し、ライン２５が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合の結果を示し、ライン２６が、雰囲気ガスにＡｒのみを用いた場合の結果を示す。
【００７７】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合、膜厚が２５００Åを超えると、クラックまたは剥がれ発生率は、急激に増大し、歩留が悪化する。したがって、前述の膜厚とバリア破壊発生率との関係とも合わせ、バリア性と耐クラックおよび耐剥がれ性とが、ともに良好な製品を高い歩留で得ることができる膜厚の好適範囲として、２０００〜２５００Åが選択された。
【００７８】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合、膜厚が６０００Åを超えると、クラックまたは剥がれが、数％発生するようになる。したがって、前述の膜厚とバリア破壊発生率との関係とも合わせ、バリア性と耐クラックおよび耐剥がれ性とが、ともに良好な製品を１００％の歩留で得ることができる膜厚の好適範囲として、４５００〜６０００Åが選択された。
【００７９】
一方、雰囲気ガスにＡｒのみを用いてバリアメタル層を形成した半導体素子電極では、膜厚が２５００Åを超えると、クラックまたは剥がれ発生率が急激に増大する。したがって、前述の膜厚とバリア破壊発生率との関係とも合わせ、バリア性と耐クラックおよび耐剥がれ性とが、ともに良好な製品を高い歩留で得ることができる膜厚の好適範囲が存在しなかった。
【００８０】
（実施例５）
実施例５では、電極の最大辺長さ（以後、電極サイズと表記することがある）を変動させてＭｏ含有バリアメタル層を形成し、電極サイズが、クラックまたは剥がれ発生率に及ぼす影響について試験した。電極サイズ以外のＭｏ含有バリアメタル層形成に用いた条件を表５に示す。
【００８１】
【表５】
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【００８２】
図６は、電極サイズとクラックまたは剥がれ発生率との関係を示す図である。図６中で、ライン２７が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）を用いた場合の結果を示し、ライン２８が、雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合の結果を示し、ライン２９が、雰囲気ガスにＡｒのみを用いた場合の結果を示す。
【００８３】
雰囲気ガスに（Ａｒ＋空気）を用いた場合、電極サイズに関らずクラックまたは剥がれ発生率は０％であった。すなわち、クラックおよび／または剥がれを生じることなく健全な１５０μｍ以下の小さな寸法の半導体素子電極を、１００％の歩留で得ることができた。
【００８４】
一方、雰囲気ガスに（Ａｒ＋Ｏ2）およびＡｒのみを用いた場合、電極サイズが２５０μｍ未満になると、クラックまたは剥がれ発生率は急激に増大し、歩留が悪化した。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子電極に備わるＭｏ含有バリアメタル層を、ＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって形成する。このようにして形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、金（Ａｕ）系材料からなるボンディングメタル層に対する密着性に優れ、かつオーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れるとともに、クラックや剥がれを生じにくい性質を有するので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を高い歩留で製造することが可能になる。
【００８６】
また本発明によれば、混合ガスは、Ａｒガスに対するＯ2ガスの混合比（Ｏ2／Ａｒ）が、０．１以上、より好ましくは０．４以上に設定される。このように混合比（Ｏ2／Ａｒ）を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。
【００８７】
また本発明によれば、混合ガスは、さらにＮ2ガスを含み、Ａｒガスに対するＯ2ガスおよびＮ2ガスの混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］が、０．１以上、より好ましくは０．４以上に設定される。このように混合比［（Ｏ2＋Ｎ2）／Ａｒ］を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。特にＮ2ガスをも含有する雰囲気中でＭｏ含有バリアメタル層を形成することによって、膜応力が低減されるので、層厚みを厚く形成し、前述の拡散抑制性能を一層向上することが可能になる。また、雰囲気ガスに用いられるＯ2ガスおよびＮ2ガスの供給源として空気を利用することができるので、Ａｒガスと空気との混合という簡単な操作によって雰囲気ガスを生成することができるとともに、雰囲気ガスのコストを低減することができる。
【００８８】
また本発明によれば、混合ガスの圧力は、０．１５Ｐａ以下に設定される。このように混合ガス圧力を適正な値に設定することにより、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能に優れたバリアメタル層を形成することができる。
【００８９】
また本発明によれば、半導体素子電極に備わるバリアメタル層は、Ｍｏを含み、ＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが２０００Å〜２５００Åに形成される。このようにＡｒガスとＯ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中で適正範囲の層厚みに形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、拡散抑止性能に優れ、かつクラックや剥がれを発生しにくいので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を製造歩留良く得ることができる。
【００９０】
また本発明によれば、半導体素子電極に備わるバリアメタル層は、Ｍｏを含み、ＡｒガスとＯ2ガスとＮ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中でスパッタ法によって、厚みが４０００Å〜６０００Åに形成される。このようにＡｒガスとＯ2ガスとＮ2ガスとを含む混合ガス雰囲気中で適正範囲の層厚みに形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、拡散抑止性能に優れ、かつクラックや剥がれを発生しにくいので、電気的な接続性能に優れる半導体素子電極を製造歩留良く得ることができる。特に雰囲気ガス中にＮ2を含有させることによって、形成されるバリアメタル層の膜応力が低減され、クラックや剥がれを生じることなくその層厚みを厚くすることができるので、オーミックメタル層に含まれる元素の拡散抑止性能を一層向上することが可能になる。
【００９１】
また本発明によれば、（Ａｒ＋Ｏ2＋Ｎ2）雰囲気ガス中においてスパッタ法で形成されるＭｏ含有バリアメタル層は、その膜応力が小さいので、クラックや剥がれを生じさせることなく、最大辺が１５０μｍ以下の小さな寸法の電極を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体素子電極１０の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】混合ガスのガス圧力とバリア破壊発生率との関係を示す図である。
【図３】混合ガスの混合比とバリア破壊発生率との関係を示す図である。
【図４】Ｍｏ含有バリアメタル層の膜厚とバリア破壊発生率との関係を示す図である。
【図５】Ｍｏ含有バリアメタル層の膜厚とクラックまたは剥がれ発生率との関係を示す図である。
【図６】電極サイズとクラックまたは剥がれ発生率との関係を示す図である。
【図７】従来の半導体素子電極１の構成を示す断面図である。
【図８】バリアメタル層４に発生するクラック６および剥がれ７の概略を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  半導体素子電極
１１  半導体結晶
１３  オーミックメタル層
１４  バリアメタル層
１５  ボンディングメタル層
【図１】
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【図２】
0003854532.tif 000008
【図３】
0003854532.tif 000009
【図４】
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【図５】
0003854532.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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