JP2004055842A

JP2004055842A - 半導体デバイス電極／配線、半導体デバイス電極用膜／配線用膜並びにＡｌ合金薄膜形成用スパッタリングターゲット

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Publication number: JP2004055842A
Application number: JP2002211590A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kugimiya; 釘宮　敏洋; Junichi Nakai; 中井　淳一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP4044383B2

Abstract

【課題】ドライエッチング処理して半導体デバイスの電極（薄膜状の電極および配線）を形成するのに最適な、Ａｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜を提供する。
【解決手段】Ｎｄを１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることを特徴とするドライエッチング特性に優れた半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイス電極／配線に関するものであって、特に、ドライエッチング処理を施して、薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ等の半導体デバイスの薄膜状の電極および配線を形成するのに好適なＡｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜、およびこの様な電極用膜／配線用膜を用いて得られる半導体デバイス電極／配線、更には該Ａｌ合金薄膜を形成するのに有用なスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの一つである液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｉｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ；以下、ＬＣＤと略す）は、従来の表示機器であるブラウン管よりも薄型化・軽量化・低消費電力化を図ることができ、しかも高解像度を達成できることから、ブラウン管に代わる表示機器として急速に普及している。ＬＣＤの中でも、特に画素のスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴと略す）を組み込んだ薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｉｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ；以下ＴＦＴ−ＬＣＤと略す）は主流になりつつある。
【０００３】
ここでＴＦＴとは、半導体薄膜に金属薄膜よりなる電極および配線が接続された能動素子をいい、半導体デバイス電極とは、該ＴＦＴの一部として使用される電極（薄膜状の電極および配線）と定義される。
【０００４】
上記半導体デバイス電極において電極／配線を構成する薄膜には低電気抵抗率の他、次のような様々の特性が要求される。即ち、該薄膜はＬＣＤ製造段階におけるＳｉ半導体層の形成工程等で３００〜４００℃程度の熱履歴を受けるが、薄膜の耐熱性が乏しい場合には、基板と薄膜との熱膨張係数の違いに起因する圧縮応力が駆動力となって突起物（ヒロック）が発生し、配線間で短絡や断線を引き起こす原因となる。従って熱履歴を受けた場合でも前記ヒロックを発生しない、優れたヒロック耐性が求められる。同様に、熱履歴を受けた場合に基板と薄膜との熱膨張係数の違いに起因する引張応力が駆動力となって生ずるくぼみ（ボイド）についても抑制された、優れたボイド耐性を有することが求められている。
【０００５】
更に薄膜は、蒸着形成後のフォトリソグラフィー工程でフォトレジスト現像液等のアルカリ性溶液に曝されるが、この様なアルカリ性溶液による腐食は電極形状の精度を劣化させ、結果として電気的な短絡や断線を引き起こす原因となる。従って前記薄膜には、上記アルカリ性溶液等に対して優れた耐食性を有するものでなければならない。
【０００６】
本発明者らは、この様なＬＣＤの電極／配線に用いる薄膜の特性改善についてかねてより研究を進めており、その一環として先に特願平５−１８４７４７号を提案している。この発明は、Ａｌをベースとし、合金成分としてＮｄ、Ｇｄ、Ｄｙのうちの１種又は２種以上を総量で１．０ａｔ％超〜１５ａｔ％含有する様に成分調整することで低電気抵抗率、ヒロック耐性、ボイド耐性および耐食性を満足させることに成功したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら近年、ＴＦＴ−ＬＣＤの高画質化、高精細化とともに、Ａｌ薄膜電極用配線の線幅微細化が進められており、配線形成の方法として従来汎用されてきたウェットエッチング法（薬液によるエッチングによって配線パターニングを行う方法）から、ドライエッチング法（反応性プラズマによるエッチングによって配線パターニングを行う方法）へ移行しつつある。ウェットエッチング法では、薬液がパターニングのマスクであるレジストの下側に回り込んで配線側壁をエッチングするサイドエッチングと呼ばれる現象が発生するので、配線寸法・形状の精密な制御が難しい。これに対しドライエッチング法は、精密なエッチングを行うことができるので配線加工の制御性に優れており、特に線幅が２μｍ以下になるとドライエッチングでしか対応できないとされている。
【０００８】
前記ドライエッチングでは、真空容器内に載置した基板上にハロゲンガスであるＣｌ_２等を含む原料ガスを高周波電力によってプラズマ化し、他方で、基板（被エッチング材）を載置しているサセプタに別の高周波電力を印加することで、基板上にプラズマ中のイオンを引き込み、反応性プラズマとのイオンアシスト反応によって異方性のパターニングを行う方法が一般に用いられている。
【０００９】
この様なドライエッチングを前記公報に開示したＡｌ−（Ｎｄ、Ｇｄ、Ｄｙ）系合金膜に施すと、下地トランジスタにプラズマダメージが生じたり、下地絶縁膜がエッチングされるなどの問題を生じることがある。そのため、高精細な配線を形成すべくドライエッチング処理を適用するにあたっては、更なる検討を要する。
【００１０】
即ち、従来の電極用配線材料においては、上述の如く低電気抵抗率、高ヒロック耐性、高ボイド耐性、高耐食性といった特性の改善に主眼を置いて検討されてきたが、その様な材料が直ちにドライエッチング特性に優れているとは限らないことから、近年では配線寸法・形状の緻密な制御を達成するためにドライエッチング特性に優れた材料が求められている。
【００１１】
ここで良好なドライエッチング特性とは
▲１▼エッチング後の残渣発生量が少ないこと、
▲２▼高エッチングレートであること、
▲３▼高レジスト選択性であること、をいう。
【００１２】
またエッチングレートとは、ドライエッチングにおけるプラズマとＡｌ合金薄膜との反応速度の指標であり、このエッチングレートが高いほど、ドライエッチング処理に要する時間を短縮させることができ、結果として生産性を向上させることができる。
【００１３】
更に、Ａｌ合金薄膜のエッチングレートとマスクとなるレジストのエッチングレートとの比を「レジスト選択比」といい、このレジスト選択比が高い（高レジスト選択性である）ほど、マスクとなるレジストはエッチングされ難く、下地のＡｌ合金薄膜が良好にエッチングされる。
【００１４】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記ドライエッチング特性において優れた性質を発揮するＡｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜を提供し、更には該電極用膜／配線用膜にドライエッチングを施して得られる半導体デバイス電極／配線、更に加えて該Ａｌ合金薄膜を形成するのに有用なスパッタリングターゲットを提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、前記ドライエッチング特性の優れた性質を維持しつつ、電気抵抗率、ヒロック耐性、ボイド耐性、耐食性においても優れた性質を発揮する半導体デバイス電極用膜／配線用膜を提供し、更には該電極用膜／配線用膜にドライエッチングを施して得られる半導体デバイス電極／配線を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るドライエッチング特性に優れた半導体デバイス電極用膜／配線用膜は、Ｎｄを０．１ａｔ％超〜１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることに要旨を有する。
【００１７】
また本発明に係るドライエッチング特性の優れた性質を維持しつつ、電気抵抗率、ヒロック耐性、ボイド耐性、耐食性においても優れた性質を発揮する半導体デバイス電極用膜／配線用膜とは、前記Ａｌ合金の少なくとも片面にＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａよりなる群から選択される１種の単金属または２種以上の合金よりなる薄膜が積層されていることに要旨を有する。
【００１８】
本発明の該薄膜は基体上に形成し、Ａｌ合金膜形成体とすることが好ましい形態である。
【００１９】
更に本発明は、該Ａｌ合金膜形成体の半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜にドライエッチング処理を施して得られる半導体デバイス電極または半導体デバイス配線も含むものである。
【００２０】
本発明に係るＡｌ合薄膜形成用スパッタリングターゲットとは、Ｎｄを１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることに要旨を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上述の通り、ドライエッチング処理で半導体デバイス電極における積層配線を形成するのに好適な電極用膜／配線用膜を得るべく検討を進めたところ、該電極用膜／配線用膜の電極／配線部分を構成するＡｌ合金薄膜の合金成分組成を制御すればよいことを見出した。そこで、Ａｌに様々な合金元素を添加したＡｌ合金ターゲットを製作し、該ターゲットを使用してスパッタリング法により種々の合金組成を有するＡｌ合金薄膜を形成し、ドライエッチング処理を施して前記ドライエッチング特性の評価実験を行った。
【００２２】
その結果、Ａｌ−Ｎｄ系合金薄膜（以下、Ａｌ合金薄膜という）を基本とし、本発明で定める合金成分組成に調整すれば、良好なドライエッチング特性が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００２３】
尚、本発明に係る電極用膜／配線用膜は、ドライエッチング処理に供され、ゲート電極、ソース／ドレイン電極、反射電極等として用いられるものである。以下の説明では、上記特性にとりわけ大きな影響を与えるＡｌ合金薄膜に重点を置いて説明する。
【００２４】
ドライエッチング特性に優れた本発明の半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜（以下、Ａｌ合金薄膜という）は、Ｎｄを０．１ａｔ％超１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることに要旨を有する。
【００２５】
ドライエッチングにおいては、主として使用されるＣｌ_２ガスがプラズマによって解離されて、Ｃｌラジカルを生成する。このＣｌラジカルは反応性が高く、被エッチング物であるＡｌ合金薄膜に吸着し、該Ａｌ合金薄膜表面にハロゲン化物を生成する。Ａｌ合金薄膜が形成された基板には、高周波バイアスが印加されるので、プラズマ中のイオンが加速されてＡｌ合金薄膜表面に入射し、このイオンボンバード効果によってハロゲン化物は蒸発し、基板が載置されている真空容器外へと排気されるのである。
【００２６】
ここでドライエッチングを効率良く行うには、前記ハロゲン化物が蒸気圧の比較的高いものであることを要する。蒸気圧が高ければ、Ａｌ合金薄膜の表面温度やイオンボンバードの物理的なアシストによって前記ハロゲン化物を蒸発させることができる。一方、ハロゲン化物の蒸気圧が低い場合は、表面にハロゲン化物が生成したまま蒸発せずに残留するため、エッチング残渣（ドライエッチング中に発生するエッチング残り）が発生してしまう。
【００２７】
本発明に係るＡｌ合金薄膜の場合、形成され得るハロゲン化物（例えば塩化物）であるＡｌＣｌ_３の蒸気圧は高く、上記状況下にて容易に蒸発しうる。これに対して、Ｎｄのハロゲン化物であるＮｄＣｌ_３は融点が７５８℃の高融点化合物で蒸気圧も低いため、難エッチング材料（元素）分類される。一般に、難エッチング材料の場合には、ドライエッチング方法としてハロゲンとの反応性を利用する方法ではなく、イオンボンバードによる物理的なエッチング、いわゆるスパッタエッチングが適用される。
【００２８】
しかしながら、特に、Ａｌ合金薄膜をゲート電極とソース／ドレイン電極に用いるボトムゲート型のＴＦＴ−ＬＣＤのソース／ドレイン電極（配線）形成に、前記物理的なスパッタエッチングを適用する場合、既に下地にＴＦＴが形成されているため、高基板バイアスを印加して該物理的スパッタリングによるエッチングを行うと、下地トランジスタにプラズマダメージを与えたり、下地絶縁膜がエッチングされるなどの問題が生じてしまう。従って、種々の形態のＴＦＴ−ＬＣＤに適用させるべく、低基板バイアスを印加してハロゲンとＡｌ合金薄膜との反応性を利用するプラズマエッチングを行うにあたっては、Ａｌ合金薄膜におけるＮｄ含有量を１．０ａｔ％以下に制御する必要がある。
【００２９】
即ち、１．０ａｔ％を超えるＮｄが含まれている場合には、低基板バイアス印加の条件下では、エッチングレートが低く（例えば後述する実施例に示す様に、１．０ａｔ％を超えるＮｄが含まれている場合のエッチングレートは３００ｎｍ／ｍｉｎ以下と低い値である。）、ドライエッチング中に、真空容器内の壁から放出される酸素等によってＮｄが容易に酸化されＮｄ_ｘＯ_ｙとして例えば島状に残留する。この様なＮｄ酸化物は、エッチング残渣として残留し、該残渣によって画素部での開口不良や配線間ショート、或いは次工程での成膜不良などの原因になることがある。この様に、Ａｌ合金薄膜に１．０ａｔ％を超えるＮｄが含まれていると、エッチングレートが低下する他、該薄膜に残渣が残留するため望ましくない。尚、この様な問題を解決するには、生成する酸化物（Ｎｄ_ｘＯ_ｙ）を還元してハロゲン化することが有効であるが、該還元には大量の還元性ガス（例えばＢＣｌ_３）が必要となる。ところがＢＣｌ_３の添加量を増すと、チャンバ壁に付着する酸化物（例えばＢ_２Ｏ_３）が増大するため、チャンバ壁等に付着した酸化物を除去するために頻繁にメンテナンスをしなければならず、メンテナンスコスト、製造効率の観点から好ましくない。
【００３０】
したがってエッチングレートが高く、しかもエッチング後の残渣量が少ない半導体デバイス電極または半導体デバイス配線を得るには、Ａｌ合金薄膜に含まれているＮｄ含有量を、１．０ａｔ％以下に抑えることが必要であり、好ましくは０．６ａｔ％以下である。
【００３１】
一方、Ｎｄ含有量が０．１ａｔ％以下になると、耐ヒロック性が劣化することがあるので、０．１ａｔ％超、好ましくは０．２ａｔ％以上とすることが望ましい。
【００３２】
尚、良好なエッチング特性を発揮するには、ＮｄはＡｌ合金薄膜中に固溶していることが望ましいが、Ｎｄは平衡状態ではＡｌに対する固溶限が極めて小さいため、固溶限を超えるＮｄは析出してしまう。したがって本発明ではスパッタリング法によってＮｄを強制的にＡｌに固溶させることが望ましい。即ち、本発明の半導体デバイス電極用Ａｌ合金薄膜または半導体デバイス配線用Ａｌ合金薄膜は、Ｎｄが非平行状態で固溶していることが望ましい。
【００３３】
この様にＮｄ含有量を制御することによって、ボトムゲート型のＴＦＴ−ＬＣＤにおけるソース／ドレイン電極（配線）形成に適用する場合であっても、残渣の発生を極力抑えつつ低バイアス印加でのドライエッチングが可能となるのである。
【００３４】
更に本発明では、Ｎｄ含有量を上記の如く制御することによって、エッチング時における難エッチング性化合物の生成も抑えられるので、後述する図３に示す如くエッチングレートを高めることができ、結果として、半導体デバイス電極の生産性も向上する。エッチングレートは、好ましくは３００ｎｍ／ｍｉｎ超、より好ましくは４５０ｎｍ／ｍｉｎ以上とすることが望ましい。
【００３５】
また本発明を実施する際にマスクに用いるレジストの選択性は、配線膜厚が５００ｎｍ、レジスト膜厚が１．０μｍとした場合、１００％のオーバーエッチングにおいてもレジストが残留することを仮定すると、選択比は１以上であることが好ましく、より好ましくは１．５以上である。レジスト選択比がこの様な値以上であれば、マスクとなるレジストはエッチングされることなく、下地のＡｌ合金薄膜が良好にエッチングされる。
【００３６】
Ａｌ合金膜を形成する基体としては、例えばガラス，サファイヤ，石英などの透明基体、或いはセラミック等の不透明基体のいずれであってもよく、用途に応じた基体を選べばよい。これらの中でもガラスは安価であるため推奨される。
【００３７】
また後述する如く、優れたドライエッチング特性、低電気抵抗率、並びに高耐食性を確保しつつ、更に優れたヒロック耐性とボイド耐性を発揮する電極用膜／配線用膜とするには、該Ａｌ合金薄膜の少なくとも片面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａよりなる群から選択される１種の単体金属または２種以上の合金よりなる薄膜（以下、Ｖ−ＶＩ族薄膜という）を積層させることが好ましい。
【００３８】
したがってＡｌ合金薄膜が基体上に形成されている本発明のＡｌ合金薄膜形成体とは、基体とＡｌ合金薄膜の間に上記Ｖ−ＶＩ族薄膜が形成されていてもよく、或いは更に任意の薄膜、例えばアモルファスシリコンや多結晶シリコンなどの半導体膜等、用途に応じて適宜選択した薄膜が形成されていてもよい意味である。勿論、上記Ｖ−ＶＩ族薄膜や任意の薄膜はＡｌ合金薄膜の両面、或いは任意の片面にのみ形成されていてもよい。
【００３９】
基体にＡｌ合金薄膜を形成する方法として、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などの各種蒸着方法が存在するが、本発明ではスパッタリング法を採用することが推奨される。Ｎｄは平衡状態でのＡｌに対する固溶限が極めて小さいため、例えば真空蒸着法による場合、固溶限（０．１ａｔ％）を超えるＮｄは析出してしまう。そのため真空蒸着法によって蒸着形成したＡｌ−Ｎｄ合金薄膜は、上記の如く含有量が０．１ａｔ％を超えるＮｄは析出してしまい、マトリックスの改質効果が低く、ドライエッチング特性に劣るものとなる。これに対し、スパッタリング法で蒸着形成を行なうと、Ｎｄが平衡状態での固溶限を超えて多量にＡｌ中に強制固溶されるので、固溶強化を図ることができ、また該薄膜中にＮｄを均一に分散できるため、優れたドライエッチング特性を示すものとなる。またスパッタリング法によって蒸着形成したＡｌ合金薄膜は、後述する如く高いヒロック耐性とボイド耐性を有するので望ましい。したがってスパッタリング法は優れたＡｌ合金薄膜を形成する方法として推奨される。
【００４０】
尚、本発明は、上記プラズマエッチングの実施条件まで規定するものではなく、例えば、真空容器内にＣｌ_２を含む原料ガスを導入し、高周波電力を該真空容器内へ導入することによって、該原料ガスをプラズマ状態とし、真空容器内のサセプタ上に載置された基板にサセプタを介して高周波基板バイアスを印加してエッチングを行う方法など、公知の方法を採用できる。
【００４１】
本発明では、スパッタリングなどによって基体上にＡｌ合金膜を形成したＡｌ合金膜形成体にエッチング処理を施すことが望ましい。
【００４２】
＜電気抵抗について＞
スパッタリング法によって蒸着形成したＡｌ合金薄膜は、Ｎｄが母材であるＡｌ中に固溶している状態にあり、伝導電子が該固溶元素に散乱されるため、真空蒸着によって形成したＡｌ合金薄膜よりも高い電気抵抗率を示す。しかしながら本発明者らが高精細ＬＣＤの電極用配線に要求される６μΩ・ｃｍ以下の低電気抵抗率を達成させるべく検討した結果、スパッタリング法によって形成したＡｌ合金薄膜を加熱すると、ＮｄがＡｌとの金属間化合物としてＡｌ合金中の粒界／粒内に析出するため、電気抵抗率を低減できることを見出した。
【００４３】
図１は、Ａｌ合金薄膜中のＮｄ含有量と電気抵抗率との関係を示すグラフであり、実験は次の様にして行った。即ち、Ｎｄを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲットをスプレーフォーミング法により製造し、該ターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、直径６インチ、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金薄膜（Ａｌ−Ｎｄ合金薄膜）を蒸着して形成した。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｎｄ含有量を０．１〜２．０ａｔ％の範囲内で変化させた。次にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより電気抵抗率測定用パターンに加工し、その後、３００℃と４００℃で夫々６０分間保持する真空熱処理（真空度２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ）を施した。この様にして得られた薄膜を用い、室温で直流四探針法により電気抵抗率を測定した。
【００４４】
この図１から明らかな様に、電気抵抗率はＮｄ含有量が０．１〜２．０ａｔ％の範囲内において６．０μΩ・ｃｍ以下が得られている。特に３００℃と４００℃で熱処理した０．１〜１．０ａｔ％の範囲内のものは、５．０μΩ・ｃｍ以下の電気抵抗率が得られる。
【００４５】
この様に、電気抵抗率増加の原因となり得る合金成分であるＮｄを添加した場合であっても、上記範囲内で６．０μΩ・ｃｍ以下といった低電気抵抗率が達成される理由は、次の様に考えられる。即ち、本発明に係るＡｌ合金薄膜についても、合金成分であるＮｄがＡｌ中へ固溶することで電気抵抗率は増加すると考えられる。ところが、Ａｌ合金薄膜形成後に加熱すると、上記合金成分がＡｌとの金属間化合物としてＡｌ合金中の粒界／粒内へ析出するため伝導電子の妨害とならず、６μΩ・ｃｍ以下といった低い電気抵抗率を達成できたものと考えられる。
【００４６】
＜耐食性について＞
本発明で定める上記の合金成分組成とすれば、高レベルの耐食性も確保される。通常、Ａｌよりも貴な金属元素、例えばＣｏやＮｉ等が合金元素として含まれるＡｌ合金薄膜の場合、強アルカリ性の有機アルカリ系フォトレジスト現像液に曝されると著しく腐食され、Ａｌ合金薄膜の表面に孔食が発生する。これに対して本発明のＡｌ合金薄膜の場合は、Ａｌ合金薄膜中に含まれているＮｄがＡｌより卑な金属元素であるため、強アルカリ性の有機アルカリ系フォトレジスト現像液に曝されても腐食されにくく、高い耐食性を発揮する。
【００４７】
＜ヒロック耐性とボイド耐性について＞
本発明では、ヒロック耐性およびボイド耐性を確保するため、Ｎｄを０．１ａｔ％超、好ましくは０．２ａｔ％以上含有させることが望ましい。
【００４８】
本発明に係るＡｌ合金薄膜中のＮｄ含有量を制御することによって、繰り返し受ける熱履歴に対し高いヒロック耐性と高いボイド耐性を確保することができる。
【００４９】
即ち、スパッタリング法によって得られたＡｌ合金薄膜において、合金元素であるＮｄは母相であるＡｌ中に固溶しており、固溶強化によって、本発明に係るＡｌ合金薄膜は高い降伏応力を示す。従って、Ａｌ合金薄膜が最初の熱履歴を受ける際には、固溶強化による高い降伏抗力を示すため、塑性変形の一種であるヒロックおよびボイドの発生が抑制されるのである。そして、一度熱履歴を受けたＡｌ合金薄膜中では、Ｎｄの一部または全部がＡｌとの金属間化合物として析出するため、この金属間化合物による析出強化によってもＡｌ合金薄膜は高い降伏応力を維持し、ヒロックやボイドの発生を未然に防ぐことができるのである。
【００５０】
更に、上記した如く本発明に係るＡｌ合金薄膜の少なくとも片面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属または２種以上の合金よりなる薄膜を積層すれば、エッチング特性，電気抵抗率，耐食性を維持しつつ、ヒロック耐性とボイド耐性を一層向上できる他、Ａｌ合金薄膜をソース／ドレイン電極として用いた場合に、Ａｌ合金とＩＴＯ透明電極との電気的コンタクト、アモルファスシリコンや多結晶シリコンとの電気的コンタクトが得られるので望ましいことが分かった。
【００５１】
積層する上記薄膜としては、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属の金属薄膜として形成することの他、Ｍｏ−Ｗ、Ｔｉ−Ｗ、Ｔａ−Ｗ等の２種の合金薄膜等を形成することが考えられ、クロムフリーとするなど環境に考慮し、かつ良好にドライエッチングを行うといった観点からはＭｏやＴｉを用いることが好ましい。また積層させる膜の膜厚は５０〜２００ｎｍとすることが好ましい。
【００５２】
尚、Ａｌ合金薄膜に異なる成分の合金薄膜を積層させた場合、エッチング特性の異なる薄膜を同時にエッチングすることになるため、良好な配線パターンを得難くなるが、本発明のＡｌ合金薄膜と上記Ｖ−ＶＩ族薄膜を積層させたものは、エッチングによって良好な配線パターンを得ることができるので望ましい。
【００５３】
上記積層膜はＡｌ合金薄膜の少なくとも片面に積層されているのがよく、例えば、Ｍｏ／Ａｌ合金／Ｍｏといった両面積層構にして、ＴＦＴ−ＬＣＤにおけるゲート電極もしくはソース／ドレイン電極に用いることが挙げられる。
【００５４】
尚、前記積層膜についても、特にその成膜法を限定するものではなく、スパッタリング法や真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等によって蒸着形成することが可能である。
【００５５】
本発明では、上記の様なＡｌ合金薄膜を得る際に用いるスパッタリングターゲットについても検討を行った。気相コーティング法では、使用するターゲットの成分組成が、形成される皮膜の成分組成を決定付けることから、ターゲットの成分組成は、目的とする皮膜の成分組成と同一であることが好ましい。即ち、ドライエッチング特性等に優れた本発明のＡｌ合金薄膜を得るために用いる、ターゲットとしては、合金成分であるＮｄ含有量が１．０ａｔ％以下、好ましくは０．２以上であって０．６ａｔ％以下であるものがよい。
【００５６】
尚、ターゲットの製造に用いる原料あるいはターゲット製造時の雰囲気に由来して、ターゲット中に不可避的に混入する不純物は、成膜状態に悪影響を及ぼすことがあるので、ターゲット中に含まれる酸素等の不純物元素は極力抑制するのがよい。例えば不純物として含まれるＦｅは０．００５質量％以下、Ｓｉは０．００８質量％以下、Ｃは０．００８質量％以下、Ｏは０．０５質量％以下、Ｎは０．００７質量％以下、Ｃｕは０．００５質量％以下に抑えるのがよい。
【００５７】
本発明に係るターゲットは、例えば溶解鋳造法、スプレーフォーミング法、粉末焼結法等で製造することができるが、その中でもスプレーフォーミング法で製造されたものが最もよい。その理由は、スプレーフォーミング法で製造すれば、合金成分のＮｄが、母相であるＡｌ中に均一に固溶ないし分散した一体型となり材質が均一化されるばかりでなく、酸素等の不純物の混入も抑えられるからである。
【００５８】
従って、本発明のターゲットを用いてスパッタリングを行なう場合には、例えばＮｄのチップをＡｌスパッタリングターゲット上に配置したような、単に各元素成分のチップを組み合わせた分割型スパッタリングターゲットを使用した場合と比較して、得られるＡｌ合金薄膜の組成が安定しやすく、Ａｌ合金薄膜中の酸素量を低減できるので好ましい。
【００５９】
尚、上記溶解鋳造法とは、Ａｌ合金溶湯から鋳片を製造する方法のことで、上記スプレーフォーミング法とは、不活性ガス雰囲気中のチャンバ内でＡｌ合金溶湯流に高圧の不活性ガスを吹き付けて噴霧化し、半凝固状態の噴霧化粒子を受け皿に堆積させてビレットを製造する方法のことをいう。ターゲットとしては、これらの方法で得られた鋳片やビレットをそのまま用いたり、または適宜形成加工したものを用いることができる。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６１】
実施例１
スプレーフォーミング法により、Ｎｄを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲット（溶製Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット、但しＦｅ：０．００３質量％、Ｓｉ：０．００５質量％、Ｃ：０．００５質量％、酸素：０．０２質量％、窒素：０．００５質量％、Ｃｕ：０．００３質量％を含有する、以下製造するターゲットについてもほぼ同じ）を製造した。このスパッタリングターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、直径６インチ、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に積層させた厚さ２００ｎｍのＣＶＤシリコン酸化膜の更に上に、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金薄膜（Ａｌ−Ｎｄ合金薄膜）を蒸着して形成した。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｎｄの含有量を０．１〜２．０ａｔ％の範囲内で変化させた。
【００６２】
この薄膜表面上にｇ線のフォトリソグラフィーによってポジ型フォトレジスト（ノボラック系樹脂；東京応化工業製のＴＳＭＲ８９００、厚さは１．０μｍ）を線幅２．０μｍのストライプ状に形成した。
【００６３】
次にドライエッチング処理を用いた装置について図２を用いて説明する。図２の装置において、チャンバ１上部には誘電窓２があり、さらに誘電窓上には１ターンのアンテナ３が載置されている。使用したプラズマ発生装置は、誘電窓２が平板タイプのいわゆるＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）と呼ばれるものである。アンテナ３には１３．５６ＭＨｚの高周波電力４が整合器５を介して導入される。
【００６４】
チャンバ１にはプロセスガス導入口６があり、ここからＣｌ_２を含むガスが導入される。基板（被エッチング材）７はサセプタ８上に載置される。サセプタ８は静電チャック９となっており、プラズマから基板に流入した電荷によって静電力でチャッキング可能となっている。サセプタ周辺は石英ガラスのカラー１０と呼ばれる部材が載置されている。
【００６５】
チャンバ１内に導入されたＣｌ_２を含むプロセスガスは、誘電窓２上にあるアンテナ３に高周波電力を印加して生じた誘電磁場により、励起状態となりプラズマ化される。
【００６６】
さらにサセプタ８には整合器１１を介して４００ｋＨｚの高周波電力１２が導入され、サセプタ８に載置された基板（被エッチング材）７に高周波バイアスが印加される。この高周波バイアスによってプラズマ中のイオンが基板に異方性をもって引き込まれ、垂直エッチングなどの異方性エッチングが可能となる。
【００６７】
図３に、前記図２に示す装置を用いてドライエッチング処理を行った場合のエッチングレートに及ぼすＡｌ−Ｎｄ薄膜中のＮｄ含有量の影響を示す。この実験ではプロセスガスとしてＣｌ_２／ＢＣｌ_３を使用した。またエッチング条件はＣｌ_２／ＢＣｌ_３＝１２０／６０ｓｃｃｍ、アンテナに印加した電力は５００Ｗ、基板バイアスは４０Ｗ、プロセス圧力は１３ｍＴｏｒｒであり、基板温度はサセプタの温度とし、２０℃とした。
【００６８】
この図３から明らかなように、Ｎｄの含有量が低減するにつれて、エッチングレートが増加している。このことから、Ａｌ−Ｎｄ合金のエッチングレートは、Ｎｄ含有量に依存し、難エッチング材料であるＮｄ含有量を減少させることで、高反応性を確保できることがわかる。
【００６９】
図４にＡｌ−Ｎｄ合金のドライエッチングプロセスにおけるエッチングレート（図４（１））、及びレジスト選択比（図４（２））のＣｌ_２／ＢＣｌ_３比の依存性を示す。該図から明らかなように、Ｎｄ含有量が１．０ａｔ％以下であれば、例えばＣｌ_２比０．６７のＣｌ_２リッチな条件下においても３００ｎｍ／ｍｉｎ以上の高いエッチングレートが得られている。この結果から、優れたエッチングレートを得るにはＮｄ含有量が１．０％であることが好ましく、より好ましいＮｄ含有量０．６％、更に好ましくはＮｄ含有量０．２％である。
【００７０】
一方、２．０ａｔ％Ｎｄの場合、Ｃｌ_２比に係わらず２００ｎｍ／ｍｉｎ以下のエッチングレートしか得られていない。したがってＮｄ含有量が１％を超えると、ＢＣｌ_３の大量添加によってチャンバ内の残留物が大量に発生し、量産時の連続処理において大きな問題を生じることになる。
【００７１】
図５はＡｌ−Ｎｄ合金のドライエッチングプロセス後のエッチング形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。図５中、上段は斜断面、下段は断面図を示す。各写真に示されている線幅は２．０μｍである。ドライエッチング処理条件は、Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３＝１２０／６０ｓｃｃｍ（Ｃｌ_２比０．６７）、高周波ＲＦは５００Ｗ、基板バイアスは４０Ｗ、基板温度は２０℃である。エッチング時間は下地シリコン酸化膜が露出する瞬間から５０％のオーバーエッチングを行なった。図５からわかるように、Ｎｄ含有量が０．２ａｔ％、０．６ａｔ％、１．０ａｔ％の場合は、残渣が全く発生しておらず、またレジスト選択比も１を超えていることから十分なレジスト残膜があることが分かる。一方、Ｎｄ含有量が２．０ａｔ％の場合は、上記条件では残渣が発生しており、かつレジストが後退している。１．０ａｔ％以下では残渣は発生しない。この結果、残渣フリーで且つ高レジスト選択比を得るには、１．０ａｔ％以下のＮｄ含有量の範囲が良好であることが分かる。
【００７２】
これらの結果から、基板バイアスにおいて低基板において、高エッチングレートと、高レジストレジスト選択比が得られ、且つ残渣発生のないＮｄの含有量の領域は１．０ａｔ％以下である。
【００７３】
実施例２
次に、熱履歴とＡｌ合金薄膜の電気抵抗率の関係について調べた。実験は、スプレーフォーミング法でＮｄを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲット（溶製Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット）を製造し、このスパッタリングターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法にて、直径２インチ、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金薄膜を蒸着形成した。尚、Ｎｄ含有量は０．１ａｔ％〜２．０ａｔ％の範囲で調節した。
【００７４】
この薄膜表面上にｇ線のフォトリソグラフィーによってポジ型フォトレジスト（ノボラック系樹脂；東京応化工業製のＴＳＭＲ８９００、厚さは１．０μｍ）を線幅２．０μｍのストライプ状に形成した。そしてウェットエッチングにより線幅１００μｍ、線長１０ｍｍの電気抵抗率測定用パターン状に加工した。ウェットエッチングにはＨ_３ＰＯ_４：ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏ＝７５：５：２０の混合液を用いた。そして熱履歴を与えるため、前記エッチング処理後に、ホットウォール方式の熱処理炉にて、上記薄膜に加熱温度を２００〜４５０℃の範囲で変化させ、該温度で３０分間保持する真空熱処理（真空度２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ以下）を施した。
【００７５】
この実験結果を、前記熱処理における加熱温度と電気抵抗率の関係として図６に示す。図６より、Ｎｄを１．０ａｔ％含有するＡｌ合金薄膜は、熱処理温度４００℃で電気抵抗率が４．１μΩ・ｃｍであり、熱履歴を受けることにより５μΩ・ｃｍ以下の低電気抵抗率を実現できることが分かった。
【００７６】
実施例３
次に、Ａｌ合金薄膜のＮｄ含有量がヒロック密度およびボイド密度に与える影響を調べた。
【００７７】
実験は、溶解鋳造法により、Ｎｄを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲットを製造（溶製Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット）し、このスパッタリングターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法にて、直径２インチ、厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、膜厚２００ｎｍのＣＶＤシリコン酸化膜を形成し、その上に膜厚１５０ｎｍのＭｏ金属薄膜をスパッタリングで形成後、膜厚３００ｎｍのＡｌ合金薄膜を蒸着形成し、更にその上に膜厚１５０ｎｍのＭｏ金属薄膜をスパッタリングで形成し、構造がＭｏ／Ａｌ−Ｎｄ／Ｍｏ／ＳｉＯ_２／ガラス基板の積層膜を得た。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｎｄの含有量を０．１〜２．０ａｔ％の範囲内で変化させた。
【００７８】
得られた積層膜の表面に、フォトリソグラフィーによってポジ型フォトレジスト（ノボラック系樹脂；東京応化工業製のＴＳＭＲ８９００、厚さは１．０μｍ）を線幅１０．０μｍのストライプ状に形成した。そして、ホットウォール方式の熱処理炉を用い、上記薄膜に熱処理温度３００℃で３０分間保持する真空熱処理（真空度２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ）を５回繰り返して施し、各熱処理回数後におけるヒロック密度（単位表面積あたりに発生するヒロックの数）およびボイド密度（単位表面積あたりに発生するボイドの数）を光学顕微鏡による表面観察で測定して求めた。
【００７９】
表面観察の結果、Ｎｄ含有量が０．１ａｔ％であるＡｌ合金薄膜であっても、ヒロック密度は１×１０^９ｍ^−２以下と実用上問題ないことが分かった。またボイド密度は０．１×１０^９ｍ^−２以下であり、ボイドについても実用上問題がないことを確認した。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されており、本発明に係る半導体デバイス電極用膜／配線用膜として、配線パターンの高微細化を図ることのできるドライエッチングを施すのに最適で、かつ熱履歴を受けた後に６μΩ・ｃｍ以下もの低電気抵抗率を達成することができ、更に該熱履歴を受けた場合であってもヒロックおよびボイドが発生し難いといった、優れたヒロック耐性およびボイド耐性を発揮できるものが得られた。そして、この様な優れた特性を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜の実現によって、より高精細な半導体デバイス電極／配線が得られることとなった。
【００８１】
また、本発明のスパッタリングターゲットは、この様な半導体デバイス電極用膜／配線用膜におけるＡｌ合金薄膜の形成をスパッタリング法により行うのに好適で、形成されるＡｌ合金薄膜の組成が安定し、より前記特性の安定した半導体デバイス電極が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ合金薄膜についてのＮｄ含有量と電気抵抗率との関係を示すグラフである。
【図２】実施例で用いたドライエッチング用装置の概略図である。
【図３】実施例１に係るＡｌ合金薄膜中のＮｄ含有量とドライエッチング処理時のエッチングレートの関係を示すグラフである。
【図４】実施例１に係るＡｌ合金薄膜のドライエッチング処理時のエッチングレート及びレジスト選択比のＣｌ_２／ＢＣｌ_３比依存性を示すグラフである。
【図５】実施例１に係るドライエッチング処理後のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例２に係る熱処理温度と熱処理後に測定した電気抵抗率の関係を、Ａｌ合金薄膜中のＮｄ含有量別に示したグラフである。
【符号の説明】
１　チャンバ
２　誘電窓
３　アンテナ
４　高周波電力（アンテナ側）
５　整合器（アンテナ側）
６　プロセスガス導入口
７　基板（被エッチング材）
８　サセプタ
９　誘電チャック
１０　カラー
１１　整合器（基板側）
１２　高周波電力（基板側）

Claims

Ｎｄを０．１ａｔ％超〜１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることを特徴とするドライエッチング特性に優れた半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜。
前記Ａｌ合金の少なくとも片面にＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａよりなる群から選択される１種の単金属または２種以上の合金よりなる薄膜が積層されている請求項１に記載の半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜。
請求項１または２に記載の半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜が基体上に形成されているＡｌ合金薄膜形成体。
請求項３に記載の半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜にドライエッチング処理を施して得られることを特徴とする半導体デバイス電極または半導体デバイス配線。
Ｎｄを１．０ａｔ％以下含有するＡｌ合金で構成されていることを特徴とするドライエッチング特性に優れた半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜の形成に用いられるＡｌ合金スパッタリングターゲット。
粉末焼結法、溶解鋳造法、或いはスプレーフォーミング法のいずれかにより製造されたものである請求項５に記載のスパッタリングターゲット。