JP2562588B2 - タンタル金属薄膜回路 - Google Patents
タンタル金属薄膜回路Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタンタル金属薄膜回路に関し、特にタンタル
金属薄膜を、２層構造とすることによって、基板との剥
離強度、表面抵抗を改善して長寿命化させ、信頼性を顕
著に向上させた金属タンタル薄膜回路に関する。
金属薄膜を、２層構造とすることによって、基板との剥
離強度、表面抵抗を改善して長寿命化させ、信頼性を顕
著に向上させた金属タンタル薄膜回路に関する。
［従来技術］ 従来、薄膜回路においては、金属薄膜として銅、ニッ
ケルおよびクロムなどが使用されているが、これらの金
属薄膜は、高温、高湿度下で電界が印加された場合に
は、高い電位側の金属が水の介在により、電気的な作用
で溶け出すことにより腐食が発生する。
ケルおよびクロムなどが使用されているが、これらの金
属薄膜は、高温、高湿度下で電界が印加された場合に
は、高い電位側の金属が水の介在により、電気的な作用
で溶け出すことにより腐食が発生する。
また、銅、ニッケルなどの金属を使用して形成した薄
膜回路は、高温低温の温度サイクルの繰り返しによって
基板から金属薄膜が剥離しやすいという欠点を有してい
た。
膜回路は、高温低温の温度サイクルの繰り返しによって
基板から金属薄膜が剥離しやすいという欠点を有してい
た。
この腐食や剥離の現象により、これらの金属薄膜を用
いた回路は極めて信頼性に欠けるものとなっていた。
いた回路は極めて信頼性に欠けるものとなっていた。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、このような従来技術の欠点を克服
し、薄膜としての電気的特性を維持しつつ膜の密着性お
よび抵抗値を改善し、長寿命化させて著しく信頼性を向
上させた、金属タンタル薄膜回路を提供することにあ
る。
し、薄膜としての電気的特性を維持しつつ膜の密着性お
よび抵抗値を改善し、長寿命化させて著しく信頼性を向
上させた、金属タンタル薄膜回路を提供することにあ
る。
［発明の経緯］ 本発明者等は、上記従来技術の問題点を解決するため
に、先に、耐食性および基板と金属薄膜との密着性の向
上を目的として種々検討した結果、タンタル、チタンま
たはスズを用いた金属薄膜回路とすることで耐食性およ
び基板との剥離強度を顕著に改善する発明を完成した。
に、先に、耐食性および基板と金属薄膜との密着性の向
上を目的として種々検討した結果、タンタル、チタンま
たはスズを用いた金属薄膜回路とすることで耐食性およ
び基板との剥離強度を顕著に改善する発明を完成した。
これらの研究をさらに進めるため、本発明者等は、ガ
ラス基板上にスパッタリングによりタンタル膜を2000Å
の厚みで形成したところ、スパッタリング条件（スパッ
タ圧力、スパッタガス流量、印加電圧）を一定にしてい
るにも拘わらず、タンタル膜の抵抗値およびタンタル膜
の付着力にバラツキがあるので、この原因について広い
角度から調査した。
ラス基板上にスパッタリングによりタンタル膜を2000Å
の厚みで形成したところ、スパッタリング条件（スパッ
タ圧力、スパッタガス流量、印加電圧）を一定にしてい
るにも拘わらず、タンタル膜の抵抗値およびタンタル膜
の付着力にバラツキがあるので、この原因について広い
角度から調査した。
この結果、同一のスパッタリング条件でスパッタして
いるにも拘わらず、生成したタンタル膜はα型結晶構造
（体心立方構造）とβ型結晶構造（正方晶系構造）およ
びそれらが混在しているものがあることが判明した。
いるにも拘わらず、生成したタンタル膜はα型結晶構造
（体心立方構造）とβ型結晶構造（正方晶系構造）およ
びそれらが混在しているものがあることが判明した。
そこで、スパッタリングガス中に窒素ガスを混入させ
てタンタル膜の結晶構造を制御する公知の方法により、
α、β、（α＋β）の３タイプのタンタル膜を作り、そ
のガラスに対する付着力を調べた。その結果、α−タン
タルは抵抗は低いが相対的にガラスとの剥離強度が小さ
く、β−タンタルは抵抗は高いが相対的にガラスとの剥
離強度が大きいという相反する性質を持つことが判っ
た。
てタンタル膜の結晶構造を制御する公知の方法により、
α、β、（α＋β）の３タイプのタンタル膜を作り、そ
のガラスに対する付着力を調べた。その結果、α−タン
タルは抵抗は低いが相対的にガラスとの剥離強度が小さ
く、β−タンタルは抵抗は高いが相対的にガラスとの剥
離強度が大きいという相反する性質を持つことが判っ
た。
［問題点を解決するための手段および作用］ そこで本発明者等は、基板との剥離強度が強く、表面
抵抗が低くかつ安定した膜となるような種々のタイプの
タンタル薄膜回路を作成して鋭意検討を重ねた結果、上
記目的が達成できることを知見して、本発明を完成する
に至った。
抵抗が低くかつ安定した膜となるような種々のタイプの
タンタル薄膜回路を作成して鋭意検討を重ねた結果、上
記目的が達成できることを知見して、本発明を完成する
に至った。
すなわち本発明は、絶縁体基板、半導体基板にタンタ
ル金属薄膜回路を形成するに際し、該タンタル金属薄膜
が２層からなり、表面側のタンタル層がα−タンタルを
主体とするタンタル膜からなることを特徴とするタンタ
ル金属薄膜回路である。
ル金属薄膜回路を形成するに際し、該タンタル金属薄膜
が２層からなり、表面側のタンタル層がα−タンタルを
主体とするタンタル膜からなることを特徴とするタンタ
ル金属薄膜回路である。
以下、本発明を図面に基いて詳細に説明する。
第１図および第２図は、本発明による金属薄膜回路の
一例を示す構造図で、１は絶縁体、半導体などからなる
基板であり、２は表面側のタンタル層、３は基板側のタ
ンタル層、４はTa2O5層である。
一例を示す構造図で、１は絶縁体、半導体などからなる
基板であり、２は表面側のタンタル層、３は基板側のタ
ンタル層、４はTa2O5層である。
ここに用いられる基板１としては、ガラス、アルミ
ナ、窒化アルミニウムなどの絶縁体基板、ポリイミド、
エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリブタジエンなどの樹
脂基板、シリコンやゲルマニウムなどの単体半導体、ガ
リウム−ひ素、インジウム−アンチモンなどの化合物半
導体基板があり、その他にFe2O3、SnO2、BaTiO3などの
金属酸化物半導体基板やLiNbO3などの誘電体基板が挙げ
られる。
ナ、窒化アルミニウムなどの絶縁体基板、ポリイミド、
エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリブタジエンなどの樹
脂基板、シリコンやゲルマニウムなどの単体半導体、ガ
リウム−ひ素、インジウム−アンチモンなどの化合物半
導体基板があり、その他にFe2O3、SnO2、BaTiO3などの
金属酸化物半導体基板やLiNbO3などの誘電体基板が挙げ
られる。
本発明においては、表面側のタンタル層２としてα−
タンタルを主体としたタンタル膜を用いる。ここでいう
α−タンタルを主体としたタンタル膜とは、α−タンタ
ルを少なくとも50％以上含有するタンタル膜である。
タンタルを主体としたタンタル膜を用いる。ここでいう
α−タンタルを主体としたタンタル膜とは、α−タンタ
ルを少なくとも50％以上含有するタンタル膜である。
また、基板側のタンタル層３としては、β−タンタル
を50％以上含むβ−タンタルを主体としたタンタル膜が
好ましく用いられる。この基板側のタンタル層３とし
て、α−タンタルを主体としたタンタル膜を用いてもよ
いが、少なくともβ−タンタルを30％以上含有し、しか
も表面側のタンタル層２よりもβ−タンタルの含有量が
多いことが必要である。
を50％以上含むβ−タンタルを主体としたタンタル膜が
好ましく用いられる。この基板側のタンタル層３とし
て、α−タンタルを主体としたタンタル膜を用いてもよ
いが、少なくともβ−タンタルを30％以上含有し、しか
も表面側のタンタル層２よりもβ−タンタルの含有量が
多いことが必要である。
このような２層からなるタンタル金属薄膜回路の形成
法としては、スパッタリング法により、基板温度、雰囲
気ガス組成、スパッタリングガス圧力および印加電圧を
適宜調整して、基板側のタンタル層３、表面側のタンタ
ル層２を順次形成する。例えば、基板側のタンタル層３
としてβ−タンタルを主体とするタンタル膜を形成する
場合には、ガラス基板の温度を約200℃とし、スパッタ
リング中の放電ガスの窒素ガスの分圧が10-4Torr以下と
なるようにスパッタリング圧力を調整し、投入パワーを
1KWとしてスパッタリングを行なうことにより得られ
る。また、表面側のタンタル層２としてα−タンタルを
主体とするタンタル膜を形成する場合には、ガラス基板
の温度を約200℃とし、スパッタリング中の放電ガスの
窒素ガスの分圧が10-3〜10-4Torrとなるようにスパッタ
リング圧力を調整し、投入パワーを0.75KWとしてスパッ
タリングを行なうことにより得られる。なお、スパッタ
リング法以外の真空蒸着法を始めとする他の物理的形成
法でもタンタル金属薄膜を形成することができる。
法としては、スパッタリング法により、基板温度、雰囲
気ガス組成、スパッタリングガス圧力および印加電圧を
適宜調整して、基板側のタンタル層３、表面側のタンタ
ル層２を順次形成する。例えば、基板側のタンタル層３
としてβ−タンタルを主体とするタンタル膜を形成する
場合には、ガラス基板の温度を約200℃とし、スパッタ
リング中の放電ガスの窒素ガスの分圧が10-4Torr以下と
なるようにスパッタリング圧力を調整し、投入パワーを
1KWとしてスパッタリングを行なうことにより得られ
る。また、表面側のタンタル層２としてα−タンタルを
主体とするタンタル膜を形成する場合には、ガラス基板
の温度を約200℃とし、スパッタリング中の放電ガスの
窒素ガスの分圧が10-3〜10-4Torrとなるようにスパッタ
リング圧力を調整し、投入パワーを0.75KWとしてスパッ
タリングを行なうことにより得られる。なお、スパッタ
リング法以外の真空蒸着法を始めとする他の物理的形成
法でもタンタル金属薄膜を形成することができる。
また、本発明の金属薄膜回路においては、第２図に示
されるように、基板１と基板側のタンタル層３の間に酸
化タンタル（Ta2O5）４の密着膜を導入することによ
り、さらに基板との剥離強度を強化することができる。
されるように、基板１と基板側のタンタル層３の間に酸
化タンタル（Ta2O5）４の密着膜を導入することによ
り、さらに基板との剥離強度を強化することができる。
このように本発明は、表面側のタンタル層２としてα
−タンタルを主体としたタンタル膜を用い、基板側のタ
ンタル層３として表面側のタンタル層２よりもβ−タン
タルの多いタンタル膜、好ましくはβ−タンタルを主体
としたタンタル膜を用いるものであるが、このことは第
３図に図示されるように、タンタルの結晶構造に起因す
る特性の相違に着目したものである。すなわち、第３図
はタンタル膜の結晶構造と体積抵抗率およびガラス基板
の剥離強度との関係を示したものであるが、タンタル膜
中のα−タンタルの含有量が多くなるに従って、体積抵
抗率は低下するが、相対的に剥離強度が小さくなる。一
方、タンタル膜中のβ−タンタルの含有量が多くなるに
従って、体積抵抗率は増大するが、相対的に剥離強度が
大きくなるという傾向がある。
−タンタルを主体としたタンタル膜を用い、基板側のタ
ンタル層３として表面側のタンタル層２よりもβ−タン
タルの多いタンタル膜、好ましくはβ−タンタルを主体
としたタンタル膜を用いるものであるが、このことは第
３図に図示されるように、タンタルの結晶構造に起因す
る特性の相違に着目したものである。すなわち、第３図
はタンタル膜の結晶構造と体積抵抗率およびガラス基板
の剥離強度との関係を示したものであるが、タンタル膜
中のα−タンタルの含有量が多くなるに従って、体積抵
抗率は低下するが、相対的に剥離強度が小さくなる。一
方、タンタル膜中のβ−タンタルの含有量が多くなるに
従って、体積抵抗率は増大するが、相対的に剥離強度が
大きくなるという傾向がある。
従って、本発明のように、タンタル金属薄膜を２層と
して、所望の特性を有するタンタル膜を組合わせること
によって、基板との剥離強度に優れ、しかも低抵抗率を
有する金属薄膜回路が得られるのである。
して、所望の特性を有するタンタル膜を組合わせること
によって、基板との剥離強度に優れ、しかも低抵抗率を
有する金属薄膜回路が得られるのである。
［実施例］ 以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体
的に説明する。
的に説明する。
実施例１ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリ
ング装置を用いてアルゴンガス単独で、スパッタ圧力1m
Torr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、基板側のタ
ンタル層としてβ−タンタルを主体とするタンタル膜を
1000Å成膜し、続いて、Ar:N2≒100:1にてスパッタ圧力
1mTorr、投入パワー0.75KW、基板温度200℃にて、表面
側のタンタル層としてα−タンタルを主体とするタンタ
ル膜を1000Å成膜し、２層構造とした。このようにして
得られたタンタル金属薄膜をリソグラフィーによりパタ
ーニングしたところ、ピール剥離強度が大きく、基板と
の剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パターンが得られ
た。また、表面抵抗を測定したところ40Ωと低い抵抗値
であった。
ング装置を用いてアルゴンガス単独で、スパッタ圧力1m
Torr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、基板側のタ
ンタル層としてβ−タンタルを主体とするタンタル膜を
1000Å成膜し、続いて、Ar:N2≒100:1にてスパッタ圧力
1mTorr、投入パワー0.75KW、基板温度200℃にて、表面
側のタンタル層としてα−タンタルを主体とするタンタ
ル膜を1000Å成膜し、２層構造とした。このようにして
得られたタンタル金属薄膜をリソグラフィーによりパタ
ーニングしたところ、ピール剥離強度が大きく、基板と
の剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パターンが得られ
た。また、表面抵抗を測定したところ40Ωと低い抵抗値
であった。
実施例２ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリ
ング装置を用いて、Ar:O2≒4:1とし、スパッタ圧力1mTo
rr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて反応スパッタに
より酸化タンタル（Ta2O5）を200Å成膜し、その膜の上
にアルゴンガス単独で、スパッタ圧力1mTorr、投入パワ
ー1KW、基板温度200℃にて、基板側のタンタル層として
β−タンタルを主体とするタンタル膜を1000Å成膜し、
続いてAr:N2≒100:1にてスパッタ圧力1mTorr、投入パワ
ー0.75KW、基板温度200℃にて、表面側のタンタル層と
してのα−タンタルを主体とするタンタル膜を1000Å成
膜して、２層構造とした。このようにして得られたタン
タル金属薄膜をリソグラフィーによりパターニングした
ところ、ピール剥離強度が実施例１よりもさらに大き
く、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パター
ンが得られた。また、表面抵抗を測定したところ40Ωと
低い抵抗値であった。
ング装置を用いて、Ar:O2≒4:1とし、スパッタ圧力1mTo
rr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて反応スパッタに
より酸化タンタル（Ta2O5）を200Å成膜し、その膜の上
にアルゴンガス単独で、スパッタ圧力1mTorr、投入パワ
ー1KW、基板温度200℃にて、基板側のタンタル層として
β−タンタルを主体とするタンタル膜を1000Å成膜し、
続いてAr:N2≒100:1にてスパッタ圧力1mTorr、投入パワ
ー0.75KW、基板温度200℃にて、表面側のタンタル層と
してのα−タンタルを主体とするタンタル膜を1000Å成
膜して、２層構造とした。このようにして得られたタン
タル金属薄膜をリソグラフィーによりパターニングした
ところ、ピール剥離強度が実施例１よりもさらに大き
く、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パター
ンが得られた。また、表面抵抗を測定したところ40Ωと
低い抵抗値であった。
比較例１ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリ
ング装置を用いて、Ar:N2≒100:1のガスをスパッタ圧力
1mTorr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、実質的に
α−タンタルからなるタンタル膜を2000Å成膜した。こ
のようにして得られたタンタル金属薄膜をリソグラフィ
ーによりパターニングしたところ、剥離する場合があっ
た。
ング装置を用いて、Ar:N2≒100:1のガスをスパッタ圧力
1mTorr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、実質的に
α−タンタルからなるタンタル膜を2000Å成膜した。こ
のようにして得られたタンタル金属薄膜をリソグラフィ
ーによりパターニングしたところ、剥離する場合があっ
た。
比較例２ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリ
ング装置を用いて、アルゴンガス単独でスパッタ圧力1m
Torr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、実質的にβ
−タンタルからなるタンタル膜を2000Å成膜した。
ング装置を用いて、アルゴンガス単独でスパッタ圧力1m
Torr、投入パワー1KW、基板温度200℃にて、実質的にβ
−タンタルからなるタンタル膜を2000Å成膜した。
このようにして得られたタンタル金属薄膜をリソグラ
フィーによりパターニングしたところ、ピール剥離強度
が大きく、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜
パターンが得られた。ところが、60℃程度でエージング
したところ表面抵抗が増大し、テスタで軽く当るとＭΩ
オーダーであり、強く当ると100Ω程度となり、わずか
に表面近傍の酸化が進んでいることが確認された。
フィーによりパターニングしたところ、ピール剥離強度
が大きく、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜
パターンが得られた。ところが、60℃程度でエージング
したところ表面抵抗が増大し、テスタで軽く当るとＭΩ
オーダーであり、強く当ると100Ω程度となり、わずか
に表面近傍の酸化が進んでいることが確認された。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明のタンタル金
属薄膜回路は、表面抵抗が低く、しかも基板との剥離強
度に優れることから、信頼性の極めて高いタンタル金属
薄膜回路として好適に用いられる。
属薄膜回路は、表面抵抗が低く、しかも基板との剥離強
度に優れることから、信頼性の極めて高いタンタル金属
薄膜回路として好適に用いられる。
第１図は、タンタル膜の結晶構造と体積抵抗率および基
板との剥離強度の関係を示す図、 第２図および第３図は、本発明のタンタル金属薄膜回路
の一実施例をそれぞれ示す断面図。 1:ガラス基板、 2:表面側のタンタル層、 3:基板側のタンタル層、 4:Ta2O5層。
板との剥離強度の関係を示す図、 第２図および第３図は、本発明のタンタル金属薄膜回路
の一実施例をそれぞれ示す断面図。 1:ガラス基板、 2:表面側のタンタル層、 3:基板側のタンタル層、 4:Ta2O5層。
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁体基板または半導体基板にタンタル金
属薄膜回路を形成するに際し、該タンタル金属薄膜が２
層からなり、表面側のタンタル層がα−タンタルを主体
とするタンタル膜からなることを特徴とするタンタル金
属薄膜回路。 - 【請求項２】前記タンタル金属薄膜がスパッタリング法
により得られる特許範囲第１項に記載のタンタル金属薄
膜回路。 - 【請求項３】前記基板と基板側のタンタル層の間に酸化
タンタル膜を設けた特許請求の範囲第１項または第２項
に記載のタンタル金属薄膜回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62015996A JP2562588B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | タンタル金属薄膜回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62015996A JP2562588B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | タンタル金属薄膜回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63185052A JPS63185052A (ja) | 1988-07-30 |
| JP2562588B2 true JP2562588B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=11904254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62015996A Expired - Lifetime JP2562588B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | タンタル金属薄膜回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562588B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2795883B2 (ja) * | 1989-03-24 | 1998-09-10 | シチズン時計株式会社 | 液晶表示装置における非線形素子 |
| JP2594384B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1997-03-26 | 松下電器産業株式会社 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
| TW465179B (en) | 1999-05-27 | 2001-11-21 | Murata Manufacturing Co | Surface acoustic wave device and method of producing the same |
| JP3376969B2 (ja) * | 1999-09-02 | 2003-02-17 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置及びその製造方法 |
| CN113235060B (zh) * | 2021-05-12 | 2023-01-06 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种全α相钽涂层的制备方法 |
-
1987
- 1987-01-28 JP JP62015996A patent/JP2562588B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63185052A (ja) | 1988-07-30 |
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