JP2917820B2 - 半導体装置用電極又は配線材料 - Google Patents

半導体装置用電極又は配線材料

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JP2917820B2 JP17282694A JP17282694A JP2917820B2 JP 2917820 B2 JP2917820 B2 JP 2917820B2 JP 17282694 A JP17282694 A JP 17282694A JP 17282694 A JP17282694 A JP 17282694A JP 2917820 B2 JP2917820 B2 JP 2917820B2
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栄治 岩村
隆 大西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置用電極又は配
線材料に関し、詳細には液晶ディスプレイ用半導体装置
である薄膜トランジスタの電極又は配線材料として好適
に用いることができる半導体装置用電極又は配線材料に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイにおいて薄膜トランジ
スタはスイッチング素子として機能しており、上記薄膜
トランジスタを製造するにあたっては、ガラス等の絶縁
基板上に電極及び配線材料として金属材料を薄膜状に被
覆形成し、これをフォトリソグラフィーやエッチング等
の方法により所望の電極及び配線形状にパターニングし
た後、250〜400℃という比較的高い温度に加熱し
て、アモルファスシリコンを積層し薄膜トランジスタと
する方法が採用されている。
【0003】一般の半導体装置であるICやLSI等の
電極又は配線材料としては、SiやCuを含有するAl
合金又は純Al等のAl系材料が用いられている。但
し、Al系材料を上記薄膜トランジスタの電極又は配線
材料として用いると、アモルファスシリコンを積層する
際の加熱によって、電極又は配線の表面にヒロックと呼
ばれる突起部が形成される。上記ヒロックが電極又は配
線の表面にあると、その上に薄膜トランジスタを構成す
る各層を平行に積層することができず、また高さによっ
ては上記ヒロックの先端が上側の層を突き抜けて、電気
的短絡が発生することもあり、スイッチング素子として
の信頼性を著しく損なうことになる。上記ヒロックが発
生する原因としては、電極又は配線材料として用いられ
るAl系材料の熱膨張率と、基板である絶縁材料の熱膨
張率との間に大きな差があり、アモルファスシリコンを
積層するときの加熱によって、熱膨張率の高いAl系材
料の内部に応力が発生して表面にヒロックとして突出す
るものと考えられる。
【0004】従って上記薄膜トランジスタ用の電極及び
配線材料としては、熱膨張率が比較的小さいTa,T
i,Mo,Cr等の高融点金属が使用されてきた。しか
しながら、上記高融点金属は、薄膜形状での比抵抗値が
大きく[例えば、Taで約180,Tiで約80,Mo
で約50,Crで約50(μΩ・cm)]、近年大型化
する傾向にある液晶ディスプレイにおいては、高い比抵
抗値が電気信号の遅延につながるので好ましくない。
【0005】そこでやはり比抵抗の小さいAl系材料の
利用が見直されており、Al系材料の耐ヒロック性を改
善する技術が検討されている。
【0006】例えば特開平5−100248号公報に
は、AlにTaやTiを含有させた合金の薄膜をスパッ
タリングにより基板上に形成した配線が耐ヒロック性に
優れており、上記配線を250〜500℃の温度で熱処
理することによって、比抵抗を20μΩ・cm以下まで
小さくできることが開示されている。
【0007】また、Solid Thin Films [N.Peacock, 156
(1988), 173]には、イオンプレーティングにより、A
r,B,As等のイオンをAl薄膜に打ち込んで耐ヒロ
ック性を向上させる技術が開示されている。しかしなが
ら、イオンプレーティングによる薄膜表面の改質方法で
は、加熱時に生じる内部応力によって発生するヒロック
を完全に抑制できるものではなく、特に、電極又は配線
の側面方向に突出するヒロック(以下、サイドヒロック
という)が発生してしまう。この様なサイドヒロックが
発生すると、電極又は配線が隣設電極又は配線と接触し
て短絡することもあり好ましくない。また上記イオンの
打ち込みエネルギーが小さいと、打ち込んだイオンが加
熱時に飛び出す脱ガスが生じて、イオンプレーティング
の効果が低減する。一方前記イオンの打ち込みエネルギ
ーが大き過ぎると、イオン打ち込みによる表面あれが発
生して好ましくない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、電極又は配線とした際の
上面だけではなく側面も含む全表面における耐ヒロック
性に優れ、しかも比抵抗の低い半導体装置用電極又は配
線材料の提供を目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明の半導体装置用電極又は配線材料とは、Ta,Ti,
Nd,Gd,Fe,Co,Niよりなる群から選択され
る1種以上を含有すると共に、Arを1〜6.5原子%
含有するAl基合金よりなることを要旨とするものであ
る。Ar以外の合金化元素としては、Ta,Ti,N
d,Gdが好ましく、TaまたはNdであるとより好ま
しい。
【0010】
【作用】本発明者らは、スパッタリング法に汎用される
Arガスに着目し、Al薄膜を形成するにあたって、こ
れまで薄膜中への取込みを不純物の混入とみなされてい
たArを、むしろAl薄膜に積極的に含有させることに
よって、Al薄膜の特性がどのように影響を受けるかに
ついて調べた。その結果、通常のAl薄膜形成時におけ
るArの含有率は0.06原子%程度であるが、Ar含
有率を増加させることによって、意外にもAl合金薄膜
の比抵抗を増加させることなく、ヒロック密度を低下で
きることを見出し、本発明に想到した。
【0011】スパッタリング法によって、Al薄膜中に
Arを含有させることにより、TaやTi等の合金化元
素を含有させる場合と同様、Alの拡散を抑制して、そ
の結果ヒロックの生成を抑制できるものであるが、上記
TaやTiの場合は、Ta,Tiの含有率が増加するに
つれて、薄膜の比抵抗が増加した。しかしながらArの
場合には、比抵抗の増加を招かず、しかも特別に熱処理
を施さなくても比抵抗が低いという好ましい結果が得ら
れた。
【0012】またイオンプレーティング法によりArを
Al薄膜表面に打ち込む方法では、電極又は配線の上面
だけが改質され易く側面にサイドヒロックが発生する
が、本発明方法によれば、Arが電極又は配線の側面部
にも含有されることから、サイドヒロックの抑制に対し
ても充分な効果を発揮する。
【0013】本発明の電極及び配線材料において、Ar
の含有率は1〜6.5原子%とする必要がある。1原子
%未満では、耐ヒロック性の向上効果が充分に得られ
ず、一方6.5原子%を超えるとAl薄膜を形成する際
の成膜速度が著しく低下し、また膜表面が粗面化される
ので好ましくない。尚、Ar含有率の上限値としては
3.5原子%が好ましく、2.0原子%以下がより望ま
しい。
【0014】上記Ar含有率は、スパッタリング時のA
rガス圧を増減することによって制御することができ
る。本発明の電極及び配線材料を製造するにあたり、A
r含有率を1〜6.5原子%に制御するには、真空容器
内のArガス圧を10〜50mtorrにしてスパッタ
リングすればよい。
【0015】尚、本発明の半導体装置用電極及び配線材
料は、少なくともArを1〜6.5原子%含有するAl
基合金であればよく、Ar以外の合金化元素として、T
a,Ti,Nd,Gd,Fe,Co,Niの1種以上を
含有する場合には、ヒロックの生成抑制に効果的であ
る。
【0016】
【実施例】実施例1 溶解・鋳造法で製作した2.0原子%のTaを含有する
Al−Ta合金をターゲットとして用い、DCマグネト
ロンスパッタリング法により、厚さ0.5mmのガラス
基板上に、厚さ300nmの薄膜を形成した。尚スパッ
タリングによって、該薄膜を形成するにあたっては、真
空容器内のAr圧を2〜50mtorrの範囲で変化さ
せて、上記薄膜中のAr含有率を調べた。結果は図1に
示す。
【0017】次に、フォトリソグラフィーにより、上記
薄膜を10μm幅のストライプパターンに形成した。1
×10-6torr以下の真空中で、300℃にて1時間
加熱する熱処理を施して試験片とした。該試験片を用い
て、顕微鏡による表面観察を行い、単位面積(10μm
幅ストライプパターンで長さ100μm)当たりに見ら
れるヒロック(高さ400Å以上の突起物)を数えた。
この様にして算出したヒロック密度とAr含有率の関係
を図2に示す。また、熱処理を350℃と400℃で行
い、同様の実験を繰り返した。結果は図2に併記する。
【0018】いずれの熱処理温度であっても、Ar含有
率の増加によって、ヒロック密度は減少し、特に成膜時
のAr圧が10mtorr以上ではヒロック密度が1個
/100μmを大幅に下回り、液晶ディスプレイ用の電
極膜として非常に優れた耐ヒロック性を示すことがわか
る。
【0019】また上記試験片を用いて、四端子(探針)
法により、室温における比抵抗を測定した。結果は図3
に示す。いずれの熱処理温度の試験片であっても、Ar
含有率が6.5%以下の範囲であれば、Ar含有率が増
加しても比抵抗はほとんど変化しないことが分かる。
【0020】実施例2 組成がAl−1.0原子%Taであるターゲットを用い
て薄膜を形成した以外は、実施例1と同様にしてヒロッ
ク密度を測定した。結果は図4に示す。Ar含有率の増
加によって、ヒロック密度は減少し、液晶ディスプレイ
用の電極膜として非常に優れた耐ヒロック性を示すこと
がわかる。図4のグラフにおいてAr圧が10mtor
rに変曲点が見られ、10mtorr以上でヒロック密
度は特に小さくなっている。また図1のグラフを参照す
ると、Ar圧が10mtorr以上とは、Ar含有率で
1原子%以上であることが分かる。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上の様に構成されているの
で、耐ヒロック性に優れ、しかも比抵抗も低い半導体装
置用電極及び配線材料が提供できることとなった。特に
本発明によれば、イオンプレーティング法による表面改
質方法の様にサイドヒロックも発生せず、非常に優れた
耐ヒロック性を発揮する半導体装置用電極及び配線材料
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Al合金をスパッタリングして基板上に薄膜
を形成するにあたり、Ar圧と薄膜中のAr含有率の関
係を示すグラフである。
【図2】 Al合金薄膜のAr含有率とヒロック密度の
関係を示すグラフである。
【図3】 Al合金薄膜のAr含有率と比抵抗の関係を
示すグラフである。
【図4】 Al合金薄膜のAr含有率とヒロック密度の
関係を示すグラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/28 301 H01L 21/28 301L 301M (72)発明者 吉川 一男 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平2−219224(JP,A) 特開 昭63−19840(JP,A) 特開 平3−240944(JP,A) 特開 昭61−102733(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/336 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/78

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ta,Ti,Nd,Gd,Fe,Co,
    Niよりなる群から選択される1種以上を含有すると共
    に、Arを1〜6.5原子%含有するAl基合金よりな
    ることを特徴とする耐ヒロック性に優れた半導体装置用
    電極又は配線材料。
  2. 【請求項2】 Ta,Ti,Nd,Gdよりなる群から
    選択される1種以上を含有すると共に、Arを1〜6.
    5原子%含有するAl基合金よりなることを特徴とする
    耐ヒロック性に優れた半導体装置用電極又は配線材料。
  3. 【請求項3】 Taを含有すると共に、Arを1〜6.
    5原子%含有するAl基合金よりなることを特徴とする
    耐ヒロック性に優れた半導体装置用電極又は配線材料。
  4. 【請求項4】 Ndを含有すると共に、Arを1〜6.
    5原子%含有するAl基合金よりなることを特徴とする
    耐ヒロック性に優れた半導体装置用電極又は配線材料。
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TW460599B (en) 1998-01-14 2001-10-21 Toshiba Corp Method for forming fine wiring pattern
JP2003089864A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd アルミニウム合金薄膜及びその薄膜を有する配線回路並びにその薄膜を形成するターゲット材

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