JP2001011554A - Al合金配線およびAl合金ターゲット - Google Patents

Al合金配線およびAl合金ターゲット

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JP2001011554A
JP2001011554A JP11177508A JP17750899A JP2001011554A JP 2001011554 A JP2001011554 A JP 2001011554A JP 11177508 A JP11177508 A JP 11177508A JP 17750899 A JP17750899 A JP 17750899A JP 2001011554 A JP2001011554 A JP 2001011554A
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alloy
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target
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JP11177508A
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Makoto Akai
誠 赤井
Hideo Murata
英夫 村田
Hiroshi Takashima
洋 高島
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Tokyo Electron Ltd
Proterial Ltd
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Tokyo Electron Ltd
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドライエッチングプロセスにも適用可能で、
かつ耐ヒロック性も優れたAl合金配線およびこれを製
造するためのターゲットを提供する。 【解決手段】 本発明は、B量が2〜10at%であるよう
に含有するか、C量が2〜10at%であるように含有す
る、残部実質的にAlよりなる合金配線およびこれを製
造するためのターゲットである。より好ましくは10at%
以下のBと10at%以下のCの1種または2種を総添加量が
2〜10at%であるように含有させる。本発明において、更
により好ましくは0.1at%以上10at%以下のBと0.1at%以
上10at%以下のCとを総添加量が2〜10at%であるように含
有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶などの配線に
用いられるAl合金配線膜、Al合金配線を形成するために
用いられるAl合金ターゲットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶の高精細度化、大画面化に伴い、配
線線路長は増大し、配線幅は減少し続けている。素子の
応答速度を低下させないためには、配線抵抗を一定値以
下に保持する必要がある。従って、配線線路長が増大
し、配線幅が減少する場合には配線材質の比抵抗の低減
が不可欠である。このような理由により、液晶における
配線材質は、比抵抗の高いCrから、比抵抗の低いMoおよ
びMo合金、そして、さらに比抵抗の低いAl合金へと移行
してきている。
【0003】一般的に純Al膜を電極膜として使用した
場合、製造時の熱履歴によってヒロックと呼ばれる突起
物が発生し、層間絶縁破壊や断線などの問題を引き起こ
すことが知られている。これは成膜後の加熱工程におい
て粒界拡散により、膜応力が開放された結果生じると考
えられており、添加元素を加えることによりこれらを抑
制することが出来ることが知られているが、一般的に合
金化は比抵抗の上昇を招くため、比抵抗の上昇を伴わ
ず、耐ヒロック性の向上を図れる添加元素の探索が行わ
れ、様々な元素の添加が検討されている。
【0004】例えば、J.Vac.Sci.Technol.A8(3)(1990)
に記載されているAl-Sm、J.Vac.Sci.Technol.B9(1991)
に記載されているAl-Yなどの例があり、特開平7-45555
に開示されているAl−希土類合金膜なども、比抵抗が
小さく、耐ヒロック性に優れた合金であることが知ら
れ、広く用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のAl合金は、比抵
抗および耐ヒロック性のみに主眼を置いて開発されてき
た。例えば、特開平7-45555号等に記載されている希土
類添加などがこの例である。しかし、本発明者等が上述
のAl希土類合金膜へのドライエッチングの適用を検討
した結果、ドライエッチング時に大量の残さが発生する
という問題点があることが明らかになった。さらに、こ
の原因は希土類のハロゲン化物の蒸気圧が非常に低く、
ドライエッチング時の揮散量が少ないために、気相から
の塩化物の生成、堆積反応の方が優先的になるためであ
ることを解明した。
【0006】このように、エッチング残滓が多くなる組
成系をドライエッチングでパターニングするためには、
エッチングガス流量を増量して、強制的にポンプで減圧
し、常に新鮮な多量のエッチングガスを供給するととも
に、エッチングのためのスパッタ投入電力を増大する必
要がある。高い耐ヒロック性を有し、比抵抗が低いとい
う大きな特徴を持ちながらドライエッチング性に著しく
劣る欠点を持つAl希土類元素合金電極膜を使用するこ
とは、パターン形成の生産効率の低下、パターン精度の
低下のみならず、装置ダメージと常用コストが高いとい
う問題を有している。また、極端な場合には、塩化物の
堆積速度が揮散速度を上回るために、エッチングそのも
のが不可能になる場合さえあり、エッチング残さを低減
するためには、希土類元素の添加量を減らす以外に方法
が無く、この場合、耐ヒロック性の低下が懸念される。
【0007】本発明はAl希土類合金膜に関する上述の
問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、
ドライエッチングプロセスにも適用可能で、かつ耐ヒロ
ック性も優れたAl合金配線およびこれを製造するため
のターゲットを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、比抵抗、耐
ヒロック性、ドライエッチング性が良好なバランスを保
つ組成を検討して、特定のAl-(B,C)系の薄膜がその特性
を満足することを見いだし、本発明に到達した。
【0009】すなわち、本発明は、B量が2〜10at%で
あるように含有し、残部実質的にAlよりなる合金配
線、ないしは、C量が2〜10at%であるように含有し、
残部実質的にAlよりなる合金配線である。本発明にお
いて、より好ましくは10at%以下のBと10at%以下のCの
1種または2種を総添加量が2〜10at%であるように含有
し、残部実質的にAlよりなるAl合金配線である。
【0010】本発明において、更により好ましくは0.1a
t%以上10at%以下のBと0.1at%以上10at%以下のCとを総
添加量が2〜10at%であるように含有し、残部実質的にA
lよりなる組成とする。本発明は、上述した組成規定に
より、ドライエッチングによりパターンニングされたA
l合金配線を提供することが可能となる。
【0011】また、他の本発明は、上述した本発明のA
l合金配線を得るために使用するターゲットであり、B
量が2〜10at%であるように含有し、残部実質的にAl
よりなる組成、ないしは、C量が2〜10at%であるよう
に含有し、残部実質的にAlよりなる組成を有するもの
とする。より好ましくは10at%以下のBと10at%以下のC
のいずれか1種または2種を総添加量が2〜10at%である
ように含有し、残部実質的にAlの組成を有するものと
する。更により好ましくは0.1at%以上10at%以下のBと
0.1at%以上10at%以下のCとを総添加量が2〜10at%である
ように含有させる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明者は、様々な実験の結果、
Alに対するB,C添加は、比抵抗上昇率が小さいことを見
出した。また、B,CおよびAlは、塩化物の蒸気圧が極め
て高い元素であるため、添加量が増加しても、ドライエ
ッチング性を損ねない。さらに、BとCはAlとの間に安定
な化合物を形成し、また、BとCどうしも安定な化合物を
形成する。このような、安定な化合物の形成は、溶質原
子の掃出しによる比抵抗の低下、析出強化機構による耐
ヒロック性の向上などをもたらす。上述した知見から、
Al-(B,C)系を選択し、実用可能な組成を見いだしたもの
である。
【0013】本発明においては、Bを10%以下と規定
したのは、Bは、単位添加量あたりの比抵抗上昇率が小
さく、耐ヒロック性を向上できる元素であるが、比抵抗
の値がMoの比抵抗とほぼ同等になり、Al合金配線を使
用するメリットが薄れる。従って、添加量10at%を上限
とした。また、本発明において、Cを10%以下とした
のはCは、単位添加量あたりの比抵抗上昇率が、Bには
及ばないものの比較的小さい元素であるが、添加量が10
at%を超えると、比抵抗の値がMoの比抵抗とほぼ同等に
なり、同様にAl合金配線を使用するメリットが薄れ
る。従って、Cも添加量10at%が上限となる。
【0014】本発明においては、さらに、BとCの総量
で2ないし10at%と規定した。これは、総量で2at%未
満では、実用的な耐ヒロック性が得られないためであ
る。また、総量で10at%を越えると、上述したような
比抵抗の上昇が問題となるため、総量で10at%とし
た。
【0015】また、BおよびCを複合添加する場合は、
B,Cはそれぞれ0.1at%以上添加することが望まし
い。これは、Alに対するBの固溶限は、Alの融点直
下で0.055at%であり、ヒロックを防止できるホウ化物を
形成するためには、固溶以上が必須であるためである。
また、Alに対してCを0.1at%以上添加すれば、確実に
固溶限を越え、ヒロックに有効な炭化物の形成が認めら
れたので、0.1at%以上とすることが望ましいのである。
また、一般に、膜中へ酸素が固溶すると比抵抗が上昇す
るため、酸素量は低い方が望ましい。C添加には、耐ヒ
ロック性向上以外にも、脱酸素効果という利点もある。
ここで言う脱酸素効果は、二つの意味があり、ひとつは
ターゲット中の溶存酸素量の低減効果であり、もうひと
つは、スパッタ後のゲッタリング効果である。Cの酸化
物はガスであるため、スパッタ系外へ酸素をガスとして
排出する効果を狙うことが出来る。
【0016】さらに、BとCを共添加した場合は、Bと
Cは、お互いの間に強固な化合物を形成するために、一
種のスカベンジング効果があり、総添加量が同じ場合に
は、B,Cの単独添加よりも、複合添加の方がヒロック
抑制効果は高いことを確認した。
【0017】上述した組成を有する本発明のAl合金配
線は、スパッタリングによって得ることができる。たと
えば、上述したBあるいはC量に調整した本発明のAl
合金ターゲットを用いてスパッタリングを行い、スパッ
タした膜を得る。スパッタままでは、BあるいはCが強
制固溶した非平衡な状態になっている。しかし、固溶限
を越えて添加されたBあるいはCは、たとえば250〜450
℃の熱履歴を加えるとと粒界などに掃き出されて化合物
を形成する。すなわち、析出強化機構が作用し、膜の変
形抵抗が上昇し、ヒロックを抑制することが出来るので
ある。上述した熱履歴は独立の熱処理工程を付加しても
よいが、液晶製造時等の半導体形成時の加熱工程に付加
される熱履歴でも十分である。
【0018】なお、本発明において、Al,B,C以外
の不純物は可能な限り低い方が良い。特に、半導体ドー
パントとしてジャンクションを破壊するNa,Kなどのアル
カリ金属は10ppm未満、放射線を発生するためにソフト
エラーを誘発するUなどの放射性元素などは1ppm未満に
抑えることが望ましく、これら以外の不純物元素もトー
タルで1000ppm以下に抑えることが望ましい。
【0019】本発明のターゲットは、たとえば以下のよ
うにして得ることができる。目標組成となるように調合
した粉末を、金属容器に充填し、真空に引きながら加熱
して内部の吸着ガスを排出したあとで、封止する。この
容器を、熱間静水圧プレスにかけて、500から600℃の温
度下で、かつ、望ましくは1000気圧以上の圧力下で焼結
させる。焼結後のインゴットを缶から取り出し、所定の
寸法に削り加工、ボンディング加工などを施してスパッ
タリング用のターゲットとする。ここでは、粉末の熱間
静水圧プレス法による製法について説明したが、溶解
法、圧延、押出し法、ホットプレス法など他の方法でも
製造は可能である。ただし、溶解法では、引け巣、添加
元素滅失、密度不良を起こしやすい。なお、ターゲット
を利用して成膜を行う。本ターゲットは、非磁性かつ導
電性であるので、弱磁マグネットを使用したDCマグネト
ロンスパッタリングを利用した成膜方法が適用できる。
【0020】
【実施例】純Al、純B、純Cの粉末を目的組成に合致する
ように均一に混合し、金属缶に充填後、加熱しながら真
空排気を行って、脱気封止する。これを、580℃、160MP
aで熱間静水圧プレスを行ない、その後機械加工を施し
てφ200mmのターゲットを製造した。上記ターゲット
を使用し、Ar圧力0.3Pa、投入電力500Wで、DCマグネト
ロンスパッタリングを行い、膜厚300nmの膜試料をガラ
ス基板上に成膜した。
【0021】種々のB,C組成のターゲットで成膜した膜
の比抵抗を表1に示す。表1においては、Al配線形成
時の熱履歴を想定して、熱処理しないもの(R・T)、250
〜450℃×30分の真空熱処理を施したものを記載した。
単位は[μΩ・cm]である。比較の為に、Al-1,2,3at%Nd
の比抵抗も一緒に示す。本発明におけるBとCの総量が
10at%以下の場合には、比抵抗の値は10μΩ・cm以下で
あり、実用可能な低い比抵抗値を示す。表2に、熱処理
後のヒロック密度を示す。BあるいはCの総添加量が2a
t%以下では、ヒロック密度が急激に増加しており、ヒロ
ック抑制の為には総添加量2at%以上の添加が必要とな
る。同じ添加量で比較すると、B,Cを共添加した場合に
は、単独添加よりもヒロック密度は低下する傾向にあ
り、BとCの共添加が有効である。なお、表2における評
価は、ヒロック密度(/10000μm2)において、密度が16
0未満で○、160〜320を△、320を越えるものを×とし
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】また、図1に、Al-2at%B-2at%Cのドライエ
ッチング後の30000倍の走査型電子顕微鏡(SE
M)の写真を示す。右がエッチング部、左がレジスト部
であり、エッチング部には少量の付着物が認められる程
度である。本発明においては、いずれも、図1と同様の
ドライエッチング形態を示し、良好なエッチング特性を
有することを確認した。比較の為に、図2に、Al-2at%N
dのドライエッチング後のSEM写真を示す。残滓が非常に
多く、エッチングが極めて困難でなものであった。右が
エッチング部、左がレジスト部であり、レジストの上や
境界部に多量の付着物が認められる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、比抵抗、耐ヒロック
性、ドライエッチング性が良好なバランスを保つAl合金
配線およびAl合金ターゲットを製造することができ、液
晶、半導体製造にとって欠くことのできない技術とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属配線のドライエッチング性を示す
金属ミクロ組織写真である。
【図2】比較例の金属配線のドライエッチング性を示す
金属ミクロ組織写真である。
フロントページの続き (72)発明者 高島 洋 島根県安来市安来町2107番地2 日立金属 株式会社冶金研究所内 Fターム(参考) 2H092 HA06 KB04 NA07 4K029 BA23 BD02 DC04 DC09 5G301 AA03 AA30 AB20 AD10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 B量2〜10at%、残部実質的にAlよりな
    ることを特徴とするAl合金配線。
  2. 【請求項2】 C量2〜10at%、残部実質的にAlよりな
    ることを特徴とするAl合金配線。
  3. 【請求項3】 Alに対し、10at%以下のBと10at%以下の
    Cを総添加量が2〜10at%であるように含有し、残部実質
    的にAlよりなることを特徴とするAl合金配線。
  4. 【請求項4】 0.1at%以上10at%以下のBと0.1at%以上1
    0at%以下のCとを総添加量が2〜10at%であるように含有
    し、残部実質的にAlよりなることを特徴とするAl合
    金配線。
  5. 【請求項5】ドライエッチングによりパターンニングさ
    れたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の
    Al合金配線
  6. 【請求項6】 B量2〜10at%、残部実質的にAlよりな
    ることを特徴とするAl合金ターゲット。
  7. 【請求項7】 C量2〜10at%、残部実質的にAlよりな
    ることを特徴とするAl合金ターゲット。
  8. 【請求項8】 Alに対し、10at%以下のBと10at%以下の
    Cを総添加量が2〜10at%であるように含有し、残部実質
    的にAlよりなることを特徴とするAl合金ターゲッ
    ト。
  9. 【請求項9】 0.1at%以上10at%以下のBと0.1at%以上1
    0at%以下のCとを総添加量が2〜10at%以下であるように
    含有し、残部実質的にAlよりなることを特徴とするA
    l合金ターゲット。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2008047667A1 (ja) * 2006-10-16 2010-02-25 三井金属鉱業株式会社 配線用積層膜及び配線回路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2008047667A1 (ja) * 2006-10-16 2010-02-25 三井金属鉱業株式会社 配線用積層膜及び配線回路
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