電子デバイス用基板及びその製造方法
【課題】配向した窒化タンタル膜が配された電子デバイス用基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】被成膜面１ａが（１１１）配向したシリコンからなる基材１と、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行うと、基材１の前記被成膜面１ａ上に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜が形成される。前記のことから（１００）配向した窒化タンタル膜から構成された電子デバイス用の（１１１）配向した基板１０を提案する。
【解決手段】被成膜面１ａが（１１１）配向したシリコンからなる基材１と、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行うと、基材１の前記被成膜面１ａ上に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜が形成される。前記のことから（１００）配向した窒化タンタル膜から構成された電子デバイス用の（１１１）配向した基板１０を提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイス用基板に係り、より詳しくは（１１１）配向したシリコンからなる基板の被成膜面に窒化タンタル膜を備えた電子デバイス用基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴａＮ膜は、きわめて安定で電気抵抗値の経時変化が少なく、また高融点であるなどの優れた性質をもっている。さらに、作製条件を変えることにより電気抵抗値を金属から絶縁物まで変化させることができることから、ＬＳＩにおける低抵抗のバリアメタルから高抵抗の薄膜抵抗器まで幅広く用いられている。
【０００３】
バリアメタルとは、近年のＬＳＩの配線材料に用いられているＣｕ配線中のＣｕがＳｉまたはＳｉＯ２などの絶縁物に拡散するのを防止するために、層間絶縁膜とＣｕ配線との間にＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮなどを成膜し配線の信頼性を向上するものである。
このようなバリアメタルに求められる条件として、抵抗値が低いこと、エレクトロ・ストレスマイグレーションなどが起きにくいこと、緻密な膜形成が可能で、配線材料とＳｉ基板との反応に対するバリア効果を有することなどが挙げられる。
【０００４】
近年、ＬＳＩ基板として低温プロセスで製作できる安価な多結晶Ｓｉが注目され、それらの面方位依存性が調べられている。
従来では、（１１１）配向したシリコン基板上に窒化タンタル膜を成膜することは困難であった。
【特許文献１】特開平１０−７２２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被成膜面が（１１１）配向したシリコン基板上に窒化タンタル膜が配された電子デバイス用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の電子デバイス用基板は、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材と、前記被成膜面上に配された窒化タンタル膜とから構成されることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の電子デバイス用基板は、請求項１において、前記窒化タンタル膜は、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の電子デバイス用基板は、請求項２において、前記窒化タンタル膜は、さらに（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項４に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項４において、前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項５において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を３ｓｃｃｍ以上４ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項５において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を２５％以上４０％以下とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項８に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向と（２００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項８において、前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする。
本発明の請求項１０に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項９において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を１ｓｃｃｍ以上２ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の請求項１１に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項９において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を１０％以上２０％以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来では報告のなかった被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基板上に窒化タンタル膜を備えた電子デバイス用基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
図１は、本発明の電子デバイス用基板を模式的に示した断面図である。本発明の電子デバイス用基板１０は、被成膜面１ａが（１１１）配向したシリコンからなる基材１と、被成膜面１ａ上に配された窒化タンタル膜２とから概略構成されている。以下、詳細に説明する。
【００１１】
基材１は、ｐ型Ｓｉ（１１１）基板であり、その厚さは例えば３２５μｍ以上３７５μｍ以下である。また、基材１の電気抵抗値は、例えば１０００Ω・ｃｍ以上６０００Ω・ｃｍ以下である。
【００１２】
窒化タンタル膜２は、被成膜面１ａが（１１１）配向した基材１上に配された薄膜であり、ＴａＮからなる。窒化タンタル膜の厚さや電気抵抗値は、窒化タンタル膜の成膜条件により調節することができ、その厚さの範囲は０．１μｍ以上２．０μｍ以下、電気抵抗値は１．０×１０−４Ω・ｃｍ以上１．９Ω・ｃｍ以下という広範囲な電気抵抗値を有することができる。
【００１３】
以下に、本発明の電子デバイス用基板の製造方法を説明する。
本発明の電子デバイス用基板１０の製造方法は、高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパッタリングにより、基材１の被成膜面にＴａＮ膜が成膜される。
図２は、本発明の電子デバイス用基板１０を作製する際に用いる高周波マグネトロンスパッタリング装置２０を模式的に示した図である。
高周波マグネトロンスパッタリング装置２０としては、従来公知のものを用いることができ、例えば図２に示すような、真空チャンバ２１と、真空チャンバ２１内の内部上方側にて基材１を所定の位置に配置する基材保持手段２２と、真空チャンバ２１の内部下方側にて前記基材保持手段２１と対向して配された台座２３と、台座２３の基材保持手段２２と対向する面に設けられたターゲット２４と、真空チャンバ２１内にプロセスガスを供給するガス供給部２５と、真空チャンバ２１の一面に配された排気手段２６と、高周波電圧を供給する電源２７とから概略構成されているものが挙げられる。
本発明においては、ガス供給部２５の真空チャンバ２１における開口部２５ｂは、基材１の被成膜面１ａと平行をなす方向からプロセスガスを導入するように配されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に使用する製造装置の各構成部材の形態は、装置の容量等によって適宜選択されるが、図２に示す内径を２０ｃｍとし、高さを１６ｃｍとした装置において、ターゲット２４と基材１との間の距離は、好ましくは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、より好ましくは４２ｍｍである。
また、真空チャンバ２１の一面で開口したガス供給部２５の開口部２５ａから、基材１までの距離は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。ターゲット２４はタンタルからなり、該タンタルの純度が９９．９９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１５】
スパッタリングを行うプロセスガスとしては、Ａｒの不活性ガスにＮ２の反応性ガスを混合した混合ガスで行う。Ａｒガスとしては、純度が９９．９９９％以上のものを、Ｎ２ガスとしては、純度が９９．９９９９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１６】
次に、図２に示した装置による電子デバイス用基板１０の製造方法を説明する。
まず、基材保持手段２２に、被成膜面１ａが下方側を向くように基材１を設置する。
次に、真空チャンバ２１内を所定の真空状態下とした後、ターゲット２４と基材１との間にＡｒガスとＮ２ガスとが所定の割合で混合されたプロセスガスを供給して、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を電源２７によりターゲット２４と基材１との間に印加する。すると、グロー放電によりプロセスガスがイオン化されてターゲット２４の周辺にプラズマ放電が発生し、該プラズマ放電領域内に存在する陽イオンが静電場によりターゲット２４の表面２４ａに衝突する。この際、ターゲット２４の表面２４ａから離脱した原子又は分子が対向側の基材１に配された被成膜面１ａ上に蒸着されることによって、窒化タンタル膜２が形成される。この場合の高周波出力は、２００Ｗ、３００Ｗが実用的に好ましい。
なお、成膜に際して、真空チャンバ２１の到達圧力は６×１０−７Ｔｏｒｒ、動作圧力は２×１０−２Ｔｏｒｒ、プリスパッタリングは５分以上１５分以下、スパッタリングは２０分以上４０分以下で行うことが好ましい。
【００１７】
＜（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜＞
上記の製造方法において、Ａｒガスの流量を例えば１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガスの流量を３ｓｃｃｍ以上５ｓｃｃｍ以下とすることで（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００１８】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは０．６μｍ以上１．１μｍ以下である。また抵抗値は５．２×１０−３Ω・ｃｍ以上１．５Ω・ｃｍ以下と広範囲な抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００１９】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力２００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が２５％以上４０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。Ｎ２ガスの流量比を２５％以上３５％以下とすることで、結晶性にも優れた窒化タンタル膜を得ることができる。
【００２０】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは０．５μｍ以上１．１μｍ以下である。また抵抗値は１．１×１０−２Ω・ｃｍ以上１．２×１０−２Ω・ｃｍ以下と比較的均一なものが作製できるため、ばらつきの少ない抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２１】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力３００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が２５％以上３０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２２】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．３μｍ以上１．４μｍ以下であり、比較的均一な膜厚の窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。また抵抗値は１．０×１０−２Ω・ｃｍ以上１．２×１０−２Ω・ｃｍ以下と比較的均一なものが作製できるため、ばらつきの少ない抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２３】
＜（１００）配向と（２００）配向とに起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜＞
上記の製造方法において、Ａｒガスの流量を１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガスの流量を１．５ｓｃｃｍ以上２．５ｓｃｃｍ以下とすることで（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２４】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．２μｍ以上１．４μｍ以下である。また抵抗値は０．８×１０−３Ω・ｃｍ以上１．５×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２５】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力２００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が１０％以上２０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２６】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．１μｍ以上１．４μｍ以下である。また抵抗値は１．８×１０−４Ω・ｃｍ以上１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２７】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力３００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が１５％以上２０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２８】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．９μｍ以上２．０μｍ以下であり、薄い膜厚の窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。また抵抗値は３．７×１０−４Ω・ｃｍ以上２．０×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２９】
本発明の電子デバイス用基板の製造方法によれば、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２あるいは（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを基材１上に作り分けられることに加え、成膜条件を様々に変化させることで１．０×１０−３Ω・ｃｍから１．５Ω・ｃｍの広範囲で電気抵抗値を調節することが可能となる。したがって、適用する電子デバイスに応じて所望の電気抵抗値を有した窒化タンタル膜を成膜することが可能となる。
【実施例】
【００３０】
＜実施例１＞
図２に示したような高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いて、厚さ３５０±２５μｍ、抵抗率１０００〜６０００Ω・ｃｍのｐ型Ｓｉ（１１１）基板上にＡｒおよびＮ２雰囲気中で反応性スパッタリング法によりＴａＮ薄膜を作製した。
この際、Ａｒガスの純度は９９．９９９％、Ｎ２ガスの純度は９９．９９９９％、Ｔａ金属ターゲットの純度は９９．９９％のものを用いた。高周波装置としては、ターゲット２４と基材１との間の距離を４２ｍｍ、周波数は１３．５６ＭＨｚとした。プリスパッタリング時間を１０分、スパッタリング時間を３０分、到達圧力を６×１０−７Ｔｏｒｒ、動作圧力を２×１０−２Ｔｏｒｒとして、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量において、Ａｒガスの流量を１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガス流量を２ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍまで変化させて成膜し、これを実施例１の電子デバイス用基板とした。
【００３１】
実施例１の電子デバイス用基板を、触針式表面形状測定器（Ｄｅｋｔａｋ）を用いて膜厚を測定し、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ）を用いて結晶評価を行った。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて実施例１の電子デバイス用基板の表面状態の観察を行い、四端子測定法（ｖａｎ ｄｅｒ ｐａｕｗ法）によりＴａＮ膜の電気抵抗値をそれぞれ測定して、Ｎ２ガス依存による結晶構造の変化および膜厚、電気抵抗値を調べた。図３〜図４に、その結果を示す。
【００３２】
図３は、実施例１の電子デバイス用基板における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルである。なお、Ｎ２ガス流量をＮ２ガス流量比で表すと、２ｓｃｃｍは１６．７％、３ｓｃｃｍは２３．１％、４ｓｃｃｍは２８．６％、５ｓｃｃｍは３３．３％である。Ｎ２ガス流量が２ｓｃｃｍ（１６．７％）から５ｓｃｃｍ（３３．３％）の場合、どの条件下でもＴａＮ（１００）のピークが観察されるが、３ｓｃｃｍ（２３．１％）の時が最もピークが強く観察され、その後はＮ２ガスの流量が増加していくにつれてピーク強度が次第に小さくなっていくことが観察された。また、Ｎ２ガスの流量が２ｓｃｃｍ（１６．７％）においてのみＴａＮ（２００）のピークが観測された。また、Ｎ２ガスの流量が３ｓｃｃｍ（２３．１％）以上ではＴａＮ（２００）のピークはなくなってＴａＮ（１００）のピークのみとなった。さらにＮ２ガス流量を増加させていくと、ＴａＮ（１００）のピークがブロードとなっていき、結晶性が悪くなっていった。ゆえに、反応性スパッタリング法での成膜は、Ｎ２ガス流量が増加するにつれて、Ｓｉ基板上でのＴａとＮ２の反応性が悪くなっていくと考えられる。したがって、ＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）とが共存するためには、Ａｒガス流量を１０ｓｃｃｍとした場合、Ｎ２ガス流量は、１．５〜２．５ｓｃｃｍとすることが好ましい。
【００３３】
次に、実施例１における電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との関係を図４に示す。
図４から、Ｎ２ガス流量を増加させていくと膜厚が減少していき、逆に抵抗値は増加していく結果が得られた。図４における膜厚と抵抗値とを表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１より、Ｎ２ガス流量が２ｓｃｃｍ（２３．１％）と５ｓｃｃｍ（３３．３％）とを比較すると、膜厚は１．３μｍから０．６μｍに変化しており、５ｓｃｃｍの条件では膜厚は半分以下となっている。また、Ｎ２ガス流量が３ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍにかけてＴａＮ膜の抵抗値が５．２×１０−３Ω・ｃｍから１．５Ω・ｃｍに増大している。
これらの原因は、Ｎ２ガス流量が増加するにつれて、ＴａＮ膜中でのＮ２の割合が多くなっていくためＴａＮ膜の抵抗値が増加するからである。膜厚の低下は、合計ガス流量が増加したために気体分子が増え、ＴａとＮ２との反応を妨げるからと考えられる。そのために、Ｎ２ガスの流量を増やすだけではＴａＮ膜を成膜するのに適さず、Ａｒガスの流量を増やしてＴａの量を増やす必要があることが示唆された。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例１の電子デバイス用基板において、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、Ｎ２ガス流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）を１０％から３５％にそれぞれ変えて高周波出力２００Ｗで成膜を行ったこと以外は実施例１と同様に作製し、これを実施例２の電子デバイス用基板とした。
【００３７】
表２に、高周波出力２００Ｗで成膜した際の成膜条件を示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
高周波出力２００Ｗで成膜を行った際に、ＸＲＤの結果からＮ２ガス流量比が１０％〜４０％において、ＴａＮ薄膜が成膜されていることが確認できた。
【００４０】
図５に、実施例２におけるＮ２ガス流量比を１０％から４０％までとした際の窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示す。
図５より、Ｎ２ガス流量比が１０％から４０％まではＴａＮ膜が成膜されていることが確認できる。しかし、Ｎ２ガス流量比が４０％ではＴａＮ膜のピークは観測されるが、ピーク強度は小さく、ブロードなスペクトルであり結晶性が悪くなっている。Ｎ２ガス流量比が１０％から２０％においてピーク強度が小さくなっているのは、ＴａＮ薄膜の表面状態が悪いためである。また、Ｎ２ガス流量比が１０％から４０％において、ＴａＮ（１００）のピーク位置が左にシフトしていき、引っ張り歪が強くなっている。一方、ＴａＮ（２００）のピーク位置は右にシフトしていき圧縮歪が強くなっていることが観測され、Ｎ２ガス流量比を増加させていくと内部歪が大きくなることが確認できた。
また、図３と図５の結果を比較すると、Ｎ２ガス流量比の近い値において同じようなピークスペクトルが得られていることから、Ｎ２ガス流量比に依存してピークが観測されることが明らかになった。
また図５において、ミラー指数の構造が異なるＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）の二つのピークは顕著に観測されたが、他のミラー指数のピークは非常に小さかった。さらに、ＸＲＤスペクトルの形状はＳｉ（１００）上に成長したものとは異なっていた。他の報告（Deok-Kim,et.al., Electrical and mechanical properties of tantalum nitride thin films deposited by reactive sputtering, Journal of crystal growth, 283(2005)404-408やS.M.kang,et.al., Control of electrical resistivity of TaN thin fils by reactive sputtering for embedded passive resistor, Thin Solid Films 6(2006)113-114(online published)）では、Ｎ２ガス流量比を増加させていくとＴａ３Ｎ５膜が成膜されるが、本発明においてはＴａＮのみのピークしか得られていない。
【００４１】
図６に、本実施例におけるＮ２ガス流量比を２０，３０，４０％として得られた電子デバイス用基板における窒化タンタル膜のＡＦＭ像を示す。図６において、（ａ）はＮ２ガス流量比が２０％のもの、（ｂ）はＮ２ガス流量比が３０％のもの、（ｃ）はＮ２ガス流量比が４０％のものである。
図６より、Ｎ２ガス流量比が２０％と３０％のものでは、膜のラフネス値はそれぞれ５．９２５ｎｍと３．０６９ｎｍであった。このように、ラフネス値が大きいこと、およびＸＲＤの観測結果からも、ＴａＮ膜が成膜されていることがわかる。
一方、Ｎ２ガス流量比が４０％の際は、ラフネス値が０．６１７ｎｍと非常に小さくなっておりＳｉ基板の表面状態に近づいているため、ＴａＮ膜は成膜されにくいことが分かった。またＮ２ガス流量比が小さい方が、粒径サイズが大きいことが観測された。
【００４２】
＜比較例＞
実施例２の電子デバイス用基板において、Ｎ２ガス流量比を５０％以上とした以外は実施例２の電子デバイス用基板と同様に作製し、これを比較例の電子デバイス用基板とした。表３に高周波出力２００Ｗで成膜した際の成膜条件を示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３に示す条件において、Ｎ２ガス流量比が５０％以上のものでは緑色と赤色の混ざった干渉膜が観測され、膜が薄くなっていることがわかった。さらに、Ｎ２ガス流量比が１００％に近くなるにつれてプラズマの安定性が悪くなっていくことが確認された。以上より、Ｎ２ガスのみでの反応性スパッタリングではプラズマ状態が安定しないため、成膜プロセスにおいてはＡｒの存在が重要であることが示された。
【００４５】
図７に、比較例における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示す。
図７より、Ｎ２ガス流量比が５０％以上になるとＳｉのピークのみが観測され、ＴａＮ膜のピークは全く観測されなかった。そのために、ＴａＮ膜はほとんど成膜されていないと考えられる。Ｎ２ガス流量比が５０％以上の条件では、成膜された膜に干渉縞が観察された。このように干渉縞が現れた場合では、ＴａＮ薄膜が成膜されにくいことがわかった。
【００４６】
また実施例１において、Ｎ２ガス流量を２，３，４，５ｓｃｃｍとしてそれぞれ作製した電子デバイス用基板と、実施例２と比較例とにおいてＮ２ガス流量比を２０（２ｓｃｃｍ），３０（３ｓｃｃｍ），４０（４ｓｃｃｍ），５０％（５ｓｃｃｍ）としてそれぞれ作製した電子デバイス用基板とを比較すると、Ｎ２ガス流量が同じ条件であっても、ＸＲＤスペクトルの違いから反応性スパッタリング法で成膜するにはＡｒガスの流量とＮ２ガス流量比が重要であることが明らかとなった。
【００４７】
図８に、実施例２と比較例とにおける膜厚と抵抗値との関係を示す。
Ｎ２ガス流量比が１０％と１５％の条件ではＴａＮ膜の抵抗値が高くなっているが、Ｎ２ガス流量比が２０％の条件ではＴａＮ膜の密着性が良く、該ＴａＮ膜の抵抗値は低くなった。Ｎ２ガス流量比が２５％以上の条件ではＴａＮ膜中での構造の変化やＮ２の割合が増加するために抵抗値は高くなった。
また、膜厚が薄くなる理由は、Ａｒの質量がＮ２より大きいために、Ａｒガスの方がスパッタリングをするエネルギーが大きく、Ｎ２ガスよりＴａ原子を多く飛ばすことが出来るためである。そのため、Ａｒガス流量が少なくなっていくとＴａ原子の量も減少して、Ｎ２との反応性が悪くなったと考えられる。
ゆえに、Ｎ２ガス流量比を増加させるほどＴａＮ膜の抵抗値は上がり、成膜もされにくくなった。結果として、Ａｒ流量を一定にした際と同様な結果が得られたので、反応性スパッタリング法によりスパッタリングを行う際は、Ａｒの流量を増やすことで抵抗値を低くすることや、膜厚を厚くすることができる。
以上より、２００ＷにおけるＴａＮ膜の成膜条件ではＮ２ガス流量比を変化させることで、様々な抵抗値を持つＴａＮ膜が成膜できることが明らかとなった。
【００４８】
＜実施例３＞
実施例２の電子デバイス用基板において、高周波出力を３００Ｗとし、Ｎ２ガス流量比を１５％から３０％とした以外は実施例２と同様に作製し、これを実施例３の電子デバイス用基板とした。表３に、高周波出力３００Ｗにおける成膜条件を示す。また、図９にＸＲＤスペクトルを示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
図９より、高周波出力３００Ｗの際も、実施例２の高周波出力２００Ｗの際と同様に、Ｎ２ガス流量比が増加するにしたがいＴａＮ（１００）のピーク位置が左にシフトしていき、ＴａＮ（２００）のピーク位置は右にシフトしていくことが観測された。
Ｎ２ガス流量比が２５％と３０％の時ではＴａＮ（１００）の半値幅の狭い鋭いピークが検出され、結晶性の良いＴａＮ（１００）を成膜できたことが確認できた。高周波出力２００Ｗから本実施例の高周波出力３００Ｗに上げることで、Ｎ２ガス流量比が２５％から３０％の範囲でもＴａＮ膜が厚く成膜された。
Ｎ２ガス流量比が２０％以下でもＴａＮ膜は厚くなるが、表面状態やＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）とのピーク強度は実施例２の２００Ｗで成膜した際と大きな変化が無いことから反応性は良くならず、高周波出力に依存していないことが明らかとなった。
【００５１】
図１０に、本実施例における窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との関係を示す。
図１０より、本実施例においても、実施例２の高周波出力２００Ｗで成膜した際と同様の傾向を示し、膜厚が厚くなると抵抗値は減少したが、２００Ｗで成膜した際と比べると、抵抗値は低くなった。これは、高周波出力を大きくすることでＴａＮ薄膜の膜厚が厚くなり、抵抗値が低くなることを示唆している。
【００５２】
以上より、窒化タンタル膜の成膜条件を様々に変化させることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２あるいは（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを基材１上に作り分けられることに加え、１．０×１０−３Ω・ｃｍから１．９Ω・ｃｍの広範囲で電気抵抗値を調節することが可能となることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ＬＳＩや超ＬＳＩに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の電子デバイス用基板を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の製造装置を模式的に示した図である。
【図３】実施例１における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図４】実施例１におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【図５】実施例２における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図６】実施例２における窒化タンタル膜のＡＦＭ像を示した図である。
【図７】比較例における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図８】実施例２と比較例におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【図９】実施例３における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図１０】実施例３におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 基材、１ａ 基材の被成膜面、２ 窒化タンタル膜、１０ 電子デバイス用基板、２０ 高周波マグネトロンスパッタリング装置、２１ 真空チャンバ、２２ 基材保持手段、２３ 台座、２４ ターゲット、２５ ガス供給手段、２６ 排気手段、２７ 電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイス用基板に係り、より詳しくは（１１１）配向したシリコンからなる基板の被成膜面に窒化タンタル膜を備えた電子デバイス用基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴａＮ膜は、きわめて安定で電気抵抗値の経時変化が少なく、また高融点であるなどの優れた性質をもっている。さらに、作製条件を変えることにより電気抵抗値を金属から絶縁物まで変化させることができることから、ＬＳＩにおける低抵抗のバリアメタルから高抵抗の薄膜抵抗器まで幅広く用いられている。
【０００３】
バリアメタルとは、近年のＬＳＩの配線材料に用いられているＣｕ配線中のＣｕがＳｉまたはＳｉＯ２などの絶縁物に拡散するのを防止するために、層間絶縁膜とＣｕ配線との間にＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮなどを成膜し配線の信頼性を向上するものである。
このようなバリアメタルに求められる条件として、抵抗値が低いこと、エレクトロ・ストレスマイグレーションなどが起きにくいこと、緻密な膜形成が可能で、配線材料とＳｉ基板との反応に対するバリア効果を有することなどが挙げられる。
【０００４】
近年、ＬＳＩ基板として低温プロセスで製作できる安価な多結晶Ｓｉが注目され、それらの面方位依存性が調べられている。
従来では、（１１１）配向したシリコン基板上に窒化タンタル膜を成膜することは困難であった。
【特許文献１】特開平１０−７２２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被成膜面が（１１１）配向したシリコン基板上に窒化タンタル膜が配された電子デバイス用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の電子デバイス用基板は、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材と、前記被成膜面上に配された窒化タンタル膜とから構成されることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の電子デバイス用基板は、請求項１において、前記窒化タンタル膜は、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の電子デバイス用基板は、請求項２において、前記窒化タンタル膜は、さらに（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項４に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項４において、前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項５において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を３ｓｃｃｍ以上４ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項５において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を２５％以上４０％以下とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項８に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向と（２００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項８において、前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする。
本発明の請求項１０に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項９において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を１ｓｃｃｍ以上２ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の請求項１１に記載の電子デバイス用基板の製造方法は、請求項９において、前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を１０％以上２０％以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来では報告のなかった被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基板上に窒化タンタル膜を備えた電子デバイス用基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
図１は、本発明の電子デバイス用基板を模式的に示した断面図である。本発明の電子デバイス用基板１０は、被成膜面１ａが（１１１）配向したシリコンからなる基材１と、被成膜面１ａ上に配された窒化タンタル膜２とから概略構成されている。以下、詳細に説明する。
【００１１】
基材１は、ｐ型Ｓｉ（１１１）基板であり、その厚さは例えば３２５μｍ以上３７５μｍ以下である。また、基材１の電気抵抗値は、例えば１０００Ω・ｃｍ以上６０００Ω・ｃｍ以下である。
【００１２】
窒化タンタル膜２は、被成膜面１ａが（１１１）配向した基材１上に配された薄膜であり、ＴａＮからなる。窒化タンタル膜の厚さや電気抵抗値は、窒化タンタル膜の成膜条件により調節することができ、その厚さの範囲は０．１μｍ以上２．０μｍ以下、電気抵抗値は１．０×１０−４Ω・ｃｍ以上１．９Ω・ｃｍ以下という広範囲な電気抵抗値を有することができる。
【００１３】
以下に、本発明の電子デバイス用基板の製造方法を説明する。
本発明の電子デバイス用基板１０の製造方法は、高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパッタリングにより、基材１の被成膜面にＴａＮ膜が成膜される。
図２は、本発明の電子デバイス用基板１０を作製する際に用いる高周波マグネトロンスパッタリング装置２０を模式的に示した図である。
高周波マグネトロンスパッタリング装置２０としては、従来公知のものを用いることができ、例えば図２に示すような、真空チャンバ２１と、真空チャンバ２１内の内部上方側にて基材１を所定の位置に配置する基材保持手段２２と、真空チャンバ２１の内部下方側にて前記基材保持手段２１と対向して配された台座２３と、台座２３の基材保持手段２２と対向する面に設けられたターゲット２４と、真空チャンバ２１内にプロセスガスを供給するガス供給部２５と、真空チャンバ２１の一面に配された排気手段２６と、高周波電圧を供給する電源２７とから概略構成されているものが挙げられる。
本発明においては、ガス供給部２５の真空チャンバ２１における開口部２５ｂは、基材１の被成膜面１ａと平行をなす方向からプロセスガスを導入するように配されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に使用する製造装置の各構成部材の形態は、装置の容量等によって適宜選択されるが、図２に示す内径を２０ｃｍとし、高さを１６ｃｍとした装置において、ターゲット２４と基材１との間の距離は、好ましくは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、より好ましくは４２ｍｍである。
また、真空チャンバ２１の一面で開口したガス供給部２５の開口部２５ａから、基材１までの距離は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。ターゲット２４はタンタルからなり、該タンタルの純度が９９．９９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１５】
スパッタリングを行うプロセスガスとしては、Ａｒの不活性ガスにＮ２の反応性ガスを混合した混合ガスで行う。Ａｒガスとしては、純度が９９．９９９％以上のものを、Ｎ２ガスとしては、純度が９９．９９９９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１６】
次に、図２に示した装置による電子デバイス用基板１０の製造方法を説明する。
まず、基材保持手段２２に、被成膜面１ａが下方側を向くように基材１を設置する。
次に、真空チャンバ２１内を所定の真空状態下とした後、ターゲット２４と基材１との間にＡｒガスとＮ２ガスとが所定の割合で混合されたプロセスガスを供給して、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を電源２７によりターゲット２４と基材１との間に印加する。すると、グロー放電によりプロセスガスがイオン化されてターゲット２４の周辺にプラズマ放電が発生し、該プラズマ放電領域内に存在する陽イオンが静電場によりターゲット２４の表面２４ａに衝突する。この際、ターゲット２４の表面２４ａから離脱した原子又は分子が対向側の基材１に配された被成膜面１ａ上に蒸着されることによって、窒化タンタル膜２が形成される。この場合の高周波出力は、２００Ｗ、３００Ｗが実用的に好ましい。
なお、成膜に際して、真空チャンバ２１の到達圧力は６×１０−７Ｔｏｒｒ、動作圧力は２×１０−２Ｔｏｒｒ、プリスパッタリングは５分以上１５分以下、スパッタリングは２０分以上４０分以下で行うことが好ましい。
【００１７】
＜（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜＞
上記の製造方法において、Ａｒガスの流量を例えば１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガスの流量を３ｓｃｃｍ以上５ｓｃｃｍ以下とすることで（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００１８】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは０．６μｍ以上１．１μｍ以下である。また抵抗値は５．２×１０−３Ω・ｃｍ以上１．５Ω・ｃｍ以下と広範囲な抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００１９】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力２００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が２５％以上４０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。Ｎ２ガスの流量比を２５％以上３５％以下とすることで、結晶性にも優れた窒化タンタル膜を得ることができる。
【００２０】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは０．５μｍ以上１．１μｍ以下である。また抵抗値は１．１×１０−２Ω・ｃｍ以上１．２×１０−２Ω・ｃｍ以下と比較的均一なものが作製できるため、ばらつきの少ない抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２１】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力３００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が２５％以上３０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２２】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．３μｍ以上１．４μｍ以下であり、比較的均一な膜厚の窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。また抵抗値は１．０×１０−２Ω・ｃｍ以上１．２×１０−２Ω・ｃｍ以下と比較的均一なものが作製できるため、ばらつきの少ない抵抗値を有した窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２３】
＜（１００）配向と（２００）配向とに起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜＞
上記の製造方法において、Ａｒガスの流量を１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガスの流量を１．５ｓｃｃｍ以上２．５ｓｃｃｍ以下とすることで（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２４】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．２μｍ以上１．４μｍ以下である。また抵抗値は０．８×１０−３Ω・ｃｍ以上１．５×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２５】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力２００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が１０％以上２０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２６】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．１μｍ以上１．４μｍ以下である。また抵抗値は１．８×１０−４Ω・ｃｍ以上１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２７】
また、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、高周波出力３００Ｗで印加した際、Ｎ２ガスの流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）が１５％以上２０％以下とすることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークとを有した窒化タンタル膜を基材１の被成膜面１ａに作製することができる。
【００２８】
この製造方法で得られた電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜２の厚さは１．９μｍ以上２．０μｍ以下であり、薄い膜厚の窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。また抵抗値は３．７×１０−４Ω・ｃｍ以上２．０×１０−３Ω・ｃｍ以下と抵抗値の低い窒化タンタル膜２を備えた電子デバイス用基板を得ることができる。
【００２９】
本発明の電子デバイス用基板の製造方法によれば、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２あるいは（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを基材１上に作り分けられることに加え、成膜条件を様々に変化させることで１．０×１０−３Ω・ｃｍから１．５Ω・ｃｍの広範囲で電気抵抗値を調節することが可能となる。したがって、適用する電子デバイスに応じて所望の電気抵抗値を有した窒化タンタル膜を成膜することが可能となる。
【実施例】
【００３０】
＜実施例１＞
図２に示したような高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いて、厚さ３５０±２５μｍ、抵抗率１０００〜６０００Ω・ｃｍのｐ型Ｓｉ（１１１）基板上にＡｒおよびＮ２雰囲気中で反応性スパッタリング法によりＴａＮ薄膜を作製した。
この際、Ａｒガスの純度は９９．９９９％、Ｎ２ガスの純度は９９．９９９９％、Ｔａ金属ターゲットの純度は９９．９９％のものを用いた。高周波装置としては、ターゲット２４と基材１との間の距離を４２ｍｍ、周波数は１３．５６ＭＨｚとした。プリスパッタリング時間を１０分、スパッタリング時間を３０分、到達圧力を６×１０−７Ｔｏｒｒ、動作圧力を２×１０−２Ｔｏｒｒとして、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量において、Ａｒガスの流量を１０ｓｃｃｍと一定にし、Ｎ２ガス流量を２ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍまで変化させて成膜し、これを実施例１の電子デバイス用基板とした。
【００３１】
実施例１の電子デバイス用基板を、触針式表面形状測定器（Ｄｅｋｔａｋ）を用いて膜厚を測定し、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ）を用いて結晶評価を行った。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて実施例１の電子デバイス用基板の表面状態の観察を行い、四端子測定法（ｖａｎ ｄｅｒ ｐａｕｗ法）によりＴａＮ膜の電気抵抗値をそれぞれ測定して、Ｎ２ガス依存による結晶構造の変化および膜厚、電気抵抗値を調べた。図３〜図４に、その結果を示す。
【００３２】
図３は、実施例１の電子デバイス用基板における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルである。なお、Ｎ２ガス流量をＮ２ガス流量比で表すと、２ｓｃｃｍは１６．７％、３ｓｃｃｍは２３．１％、４ｓｃｃｍは２８．６％、５ｓｃｃｍは３３．３％である。Ｎ２ガス流量が２ｓｃｃｍ（１６．７％）から５ｓｃｃｍ（３３．３％）の場合、どの条件下でもＴａＮ（１００）のピークが観察されるが、３ｓｃｃｍ（２３．１％）の時が最もピークが強く観察され、その後はＮ２ガスの流量が増加していくにつれてピーク強度が次第に小さくなっていくことが観察された。また、Ｎ２ガスの流量が２ｓｃｃｍ（１６．７％）においてのみＴａＮ（２００）のピークが観測された。また、Ｎ２ガスの流量が３ｓｃｃｍ（２３．１％）以上ではＴａＮ（２００）のピークはなくなってＴａＮ（１００）のピークのみとなった。さらにＮ２ガス流量を増加させていくと、ＴａＮ（１００）のピークがブロードとなっていき、結晶性が悪くなっていった。ゆえに、反応性スパッタリング法での成膜は、Ｎ２ガス流量が増加するにつれて、Ｓｉ基板上でのＴａとＮ２の反応性が悪くなっていくと考えられる。したがって、ＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）とが共存するためには、Ａｒガス流量を１０ｓｃｃｍとした場合、Ｎ２ガス流量は、１．５〜２．５ｓｃｃｍとすることが好ましい。
【００３３】
次に、実施例１における電子デバイス用基板において、窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との関係を図４に示す。
図４から、Ｎ２ガス流量を増加させていくと膜厚が減少していき、逆に抵抗値は増加していく結果が得られた。図４における膜厚と抵抗値とを表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１より、Ｎ２ガス流量が２ｓｃｃｍ（２３．１％）と５ｓｃｃｍ（３３．３％）とを比較すると、膜厚は１．３μｍから０．６μｍに変化しており、５ｓｃｃｍの条件では膜厚は半分以下となっている。また、Ｎ２ガス流量が３ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍにかけてＴａＮ膜の抵抗値が５．２×１０−３Ω・ｃｍから１．５Ω・ｃｍに増大している。
これらの原因は、Ｎ２ガス流量が増加するにつれて、ＴａＮ膜中でのＮ２の割合が多くなっていくためＴａＮ膜の抵抗値が増加するからである。膜厚の低下は、合計ガス流量が増加したために気体分子が増え、ＴａとＮ２との反応を妨げるからと考えられる。そのために、Ｎ２ガスの流量を増やすだけではＴａＮ膜を成膜するのに適さず、Ａｒガスの流量を増やしてＴａの量を増やす必要があることが示唆された。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例１の電子デバイス用基板において、Ｎ２ガスとＡｒガスの流量を合計１０ｓｃｃｍとし、Ｎ２ガス流量比Ｎ２／（Ａｒ＋Ｎ２）を１０％から３５％にそれぞれ変えて高周波出力２００Ｗで成膜を行ったこと以外は実施例１と同様に作製し、これを実施例２の電子デバイス用基板とした。
【００３７】
表２に、高周波出力２００Ｗで成膜した際の成膜条件を示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
高周波出力２００Ｗで成膜を行った際に、ＸＲＤの結果からＮ２ガス流量比が１０％〜４０％において、ＴａＮ薄膜が成膜されていることが確認できた。
【００４０】
図５に、実施例２におけるＮ２ガス流量比を１０％から４０％までとした際の窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示す。
図５より、Ｎ２ガス流量比が１０％から４０％まではＴａＮ膜が成膜されていることが確認できる。しかし、Ｎ２ガス流量比が４０％ではＴａＮ膜のピークは観測されるが、ピーク強度は小さく、ブロードなスペクトルであり結晶性が悪くなっている。Ｎ２ガス流量比が１０％から２０％においてピーク強度が小さくなっているのは、ＴａＮ薄膜の表面状態が悪いためである。また、Ｎ２ガス流量比が１０％から４０％において、ＴａＮ（１００）のピーク位置が左にシフトしていき、引っ張り歪が強くなっている。一方、ＴａＮ（２００）のピーク位置は右にシフトしていき圧縮歪が強くなっていることが観測され、Ｎ２ガス流量比を増加させていくと内部歪が大きくなることが確認できた。
また、図３と図５の結果を比較すると、Ｎ２ガス流量比の近い値において同じようなピークスペクトルが得られていることから、Ｎ２ガス流量比に依存してピークが観測されることが明らかになった。
また図５において、ミラー指数の構造が異なるＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）の二つのピークは顕著に観測されたが、他のミラー指数のピークは非常に小さかった。さらに、ＸＲＤスペクトルの形状はＳｉ（１００）上に成長したものとは異なっていた。他の報告（Deok-Kim,et.al., Electrical and mechanical properties of tantalum nitride thin films deposited by reactive sputtering, Journal of crystal growth, 283(2005)404-408やS.M.kang,et.al., Control of electrical resistivity of TaN thin fils by reactive sputtering for embedded passive resistor, Thin Solid Films 6(2006)113-114(online published)）では、Ｎ２ガス流量比を増加させていくとＴａ３Ｎ５膜が成膜されるが、本発明においてはＴａＮのみのピークしか得られていない。
【００４１】
図６に、本実施例におけるＮ２ガス流量比を２０，３０，４０％として得られた電子デバイス用基板における窒化タンタル膜のＡＦＭ像を示す。図６において、（ａ）はＮ２ガス流量比が２０％のもの、（ｂ）はＮ２ガス流量比が３０％のもの、（ｃ）はＮ２ガス流量比が４０％のものである。
図６より、Ｎ２ガス流量比が２０％と３０％のものでは、膜のラフネス値はそれぞれ５．９２５ｎｍと３．０６９ｎｍであった。このように、ラフネス値が大きいこと、およびＸＲＤの観測結果からも、ＴａＮ膜が成膜されていることがわかる。
一方、Ｎ２ガス流量比が４０％の際は、ラフネス値が０．６１７ｎｍと非常に小さくなっておりＳｉ基板の表面状態に近づいているため、ＴａＮ膜は成膜されにくいことが分かった。またＮ２ガス流量比が小さい方が、粒径サイズが大きいことが観測された。
【００４２】
＜比較例＞
実施例２の電子デバイス用基板において、Ｎ２ガス流量比を５０％以上とした以外は実施例２の電子デバイス用基板と同様に作製し、これを比較例の電子デバイス用基板とした。表３に高周波出力２００Ｗで成膜した際の成膜条件を示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３に示す条件において、Ｎ２ガス流量比が５０％以上のものでは緑色と赤色の混ざった干渉膜が観測され、膜が薄くなっていることがわかった。さらに、Ｎ２ガス流量比が１００％に近くなるにつれてプラズマの安定性が悪くなっていくことが確認された。以上より、Ｎ２ガスのみでの反応性スパッタリングではプラズマ状態が安定しないため、成膜プロセスにおいてはＡｒの存在が重要であることが示された。
【００４５】
図７に、比較例における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示す。
図７より、Ｎ２ガス流量比が５０％以上になるとＳｉのピークのみが観測され、ＴａＮ膜のピークは全く観測されなかった。そのために、ＴａＮ膜はほとんど成膜されていないと考えられる。Ｎ２ガス流量比が５０％以上の条件では、成膜された膜に干渉縞が観察された。このように干渉縞が現れた場合では、ＴａＮ薄膜が成膜されにくいことがわかった。
【００４６】
また実施例１において、Ｎ２ガス流量を２，３，４，５ｓｃｃｍとしてそれぞれ作製した電子デバイス用基板と、実施例２と比較例とにおいてＮ２ガス流量比を２０（２ｓｃｃｍ），３０（３ｓｃｃｍ），４０（４ｓｃｃｍ），５０％（５ｓｃｃｍ）としてそれぞれ作製した電子デバイス用基板とを比較すると、Ｎ２ガス流量が同じ条件であっても、ＸＲＤスペクトルの違いから反応性スパッタリング法で成膜するにはＡｒガスの流量とＮ２ガス流量比が重要であることが明らかとなった。
【００４７】
図８に、実施例２と比較例とにおける膜厚と抵抗値との関係を示す。
Ｎ２ガス流量比が１０％と１５％の条件ではＴａＮ膜の抵抗値が高くなっているが、Ｎ２ガス流量比が２０％の条件ではＴａＮ膜の密着性が良く、該ＴａＮ膜の抵抗値は低くなった。Ｎ２ガス流量比が２５％以上の条件ではＴａＮ膜中での構造の変化やＮ２の割合が増加するために抵抗値は高くなった。
また、膜厚が薄くなる理由は、Ａｒの質量がＮ２より大きいために、Ａｒガスの方がスパッタリングをするエネルギーが大きく、Ｎ２ガスよりＴａ原子を多く飛ばすことが出来るためである。そのため、Ａｒガス流量が少なくなっていくとＴａ原子の量も減少して、Ｎ２との反応性が悪くなったと考えられる。
ゆえに、Ｎ２ガス流量比を増加させるほどＴａＮ膜の抵抗値は上がり、成膜もされにくくなった。結果として、Ａｒ流量を一定にした際と同様な結果が得られたので、反応性スパッタリング法によりスパッタリングを行う際は、Ａｒの流量を増やすことで抵抗値を低くすることや、膜厚を厚くすることができる。
以上より、２００ＷにおけるＴａＮ膜の成膜条件ではＮ２ガス流量比を変化させることで、様々な抵抗値を持つＴａＮ膜が成膜できることが明らかとなった。
【００４８】
＜実施例３＞
実施例２の電子デバイス用基板において、高周波出力を３００Ｗとし、Ｎ２ガス流量比を１５％から３０％とした以外は実施例２と同様に作製し、これを実施例３の電子デバイス用基板とした。表３に、高周波出力３００Ｗにおける成膜条件を示す。また、図９にＸＲＤスペクトルを示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
図９より、高周波出力３００Ｗの際も、実施例２の高周波出力２００Ｗの際と同様に、Ｎ２ガス流量比が増加するにしたがいＴａＮ（１００）のピーク位置が左にシフトしていき、ＴａＮ（２００）のピーク位置は右にシフトしていくことが観測された。
Ｎ２ガス流量比が２５％と３０％の時ではＴａＮ（１００）の半値幅の狭い鋭いピークが検出され、結晶性の良いＴａＮ（１００）を成膜できたことが確認できた。高周波出力２００Ｗから本実施例の高周波出力３００Ｗに上げることで、Ｎ２ガス流量比が２５％から３０％の範囲でもＴａＮ膜が厚く成膜された。
Ｎ２ガス流量比が２０％以下でもＴａＮ膜は厚くなるが、表面状態やＴａＮ（１００）とＴａＮ（２００）とのピーク強度は実施例２の２００Ｗで成膜した際と大きな変化が無いことから反応性は良くならず、高周波出力に依存していないことが明らかとなった。
【００５１】
図１０に、本実施例における窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との関係を示す。
図１０より、本実施例においても、実施例２の高周波出力２００Ｗで成膜した際と同様の傾向を示し、膜厚が厚くなると抵抗値は減少したが、２００Ｗで成膜した際と比べると、抵抗値は低くなった。これは、高周波出力を大きくすることでＴａＮ薄膜の膜厚が厚くなり、抵抗値が低くなることを示唆している。
【００５２】
以上より、窒化タンタル膜の成膜条件を様々に変化させることで、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有した窒化タンタル膜２あるいは（１００）配向に起因したＸ線回折ピークと（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを基材１上に作り分けられることに加え、１．０×１０−３Ω・ｃｍから１．９Ω・ｃｍの広範囲で電気抵抗値を調節することが可能となることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ＬＳＩや超ＬＳＩに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の電子デバイス用基板を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の製造装置を模式的に示した図である。
【図３】実施例１における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図４】実施例１におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【図５】実施例２における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図６】実施例２における窒化タンタル膜のＡＦＭ像を示した図である。
【図７】比較例における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図８】実施例２と比較例におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【図９】実施例３における窒化タンタル膜のＸＲＤスペクトルを示した図である。
【図１０】実施例３におけるＮ２ガス流量比と窒化タンタル膜の膜厚と抵抗値との相関を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 基材、１ａ 基材の被成膜面、２ 窒化タンタル膜、１０ 電子デバイス用基板、２０ 高周波マグネトロンスパッタリング装置、２１ 真空チャンバ、２２ 基材保持手段、２３ 台座、２４ ターゲット、２５ ガス供給手段、２６ 排気手段、２７ 電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材と、前記被成膜面上に配された窒化タンタル膜とから構成されることを特徴とする電子デバイス用基板。
【請求項２】
前記窒化タンタル膜は、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス用基板。
【請求項３】
前記窒化タンタル膜は、さらに（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス用基板。
【請求項４】
Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項５】
前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項６】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を３ｓｃｃｍ以上４ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項７】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を２５％以上４０％以下とすることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項８】
Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向と（２００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項９】
前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を１ｓｃｃｍ以上２ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を１０％以上２０％以下とすることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項１】
被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材と、前記被成膜面上に配された窒化タンタル膜とから構成されることを特徴とする電子デバイス用基板。
【請求項２】
前記窒化タンタル膜は、（１００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス用基板。
【請求項３】
前記窒化タンタル膜は、さらに（２００）配向に起因したＸ線回折ピークを有することを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス用基板。
【請求項４】
Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項５】
前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項６】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を３ｓｃｃｍ以上４ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項７】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を２５％以上４０％以下とすることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項８】
Ｔａからなるターゲットと、Ａｒ及びＮ２からなるプロセスガスとを用いて反応性スパッタリングを行い、被成膜面が（１１１）配向したシリコンからなる基材の前記被成膜面に、少なくとも（１００）配向と（２００）配向した窒化タンタル膜を形成することを特徴とする電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項９】
前記窒化タンタル膜を形成する際に、前記被成膜面と平行をなす方向から前記プロセスガスを導入することを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量を１ｓｃｃｍ以上２ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記Ａｒからなるプロセスガスの流量と、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量との合計を１０ｓｃｃｍとした場合、前記Ｎ２からなるプロセスガスの流量比を１０％以上２０％以下とすることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２２８０５８（Ｐ２００９−２２８０５８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４５１６（Ｐ２００８−７４５１６）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
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