JP3046829B2 - モリブデン膜の形成方法 - Google Patents

モリブデン膜の形成方法

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JP3046829B2
JP3046829B2 JP2124075A JP12407590A JP3046829B2 JP 3046829 B2 JP3046829 B2 JP 3046829B2 JP 2124075 A JP2124075 A JP 2124075A JP 12407590 A JP12407590 A JP 12407590A JP 3046829 B2 JP3046829 B2 JP 3046829B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はモリブデン膜の形成方法に関し、さらに詳し
くは薄膜形成技術を用いて作製されるLSI、液晶表示パ
ネル等の電子デバイスにおけるモリブデン膜とアルミニ
ウム膜を積層した配線材料の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
モリブデンは、高融点金属であるため耐熱性に優れ、
またケミカルウェットエッチングによる加工性も、他の
高融点金属に比べ比較的容易なこともあって、LSI等の
集積回路や、薄膜トランジスタを用いた薄膜デバイスの
電極材料や、配線材料として広く使用されている。
しかし、通常のアルゴンガスを用いて、モリブデンを
スパッタ法で堆積成膜すると、基板に垂直な柱状組織に
形成されることが知られている。したがって、モリブデ
ンのスパッタ膜をケミカルウェットエッチング加工でパ
タン形成すると、柱状組織構造を転写して寸法精度は高
いが、パタン端の形状が垂直となり、この垂直側壁が上
層での配線の断線や絶縁膜の耐圧不足による短絡の起因
となる欠点があった。
さらに、柱状組織であること、スパッタという低温成
膜のために組織の結合性が脆弱であることから、ホトリ
ソグラフィ処理や、ケミカルウェットエッチング処理中
に現像液やエッチング液が膜厚方向に、すなわち、柱状
組織に沿って浸入し易く下層の材料を損傷する欠点があ
った。例えば、LCD(液晶素子)用アクティブマトリク
スでは、配線の低抵抗化をはかる目的で透明電極のITO
(インジウムとスズの酸化物よりなる透明電極)上にAl
(アルミニウム)を重ねた積層構造を採用したいところ
であるが、ITOとAlを直接重ねると、ケミカルウェット
エッチングでのパタニングの際、異種金属間の電池作用
によってITOの優先的溶解による腐食が生じる問題があ
った。ITOとAlの中間にモリブデンを介在させるとITOの
腐食損傷は防止できるが、柱状組織のスパッタモリブデ
ン膜では、現像液やAlエッチング液の浸み込みが生じ易
くITOが損傷されることがあり、完全にはITOの腐食をな
くすことができない欠点があった。さらに、燐酸に小量
の硝酸を添加したAlエッチング液を用いてAlとモリブデ
ンの積層膜をエッチング加工すると、モリブデンのエッ
チング速度がAlよりも非常に大きいために、断面形状が
下層のモリブデンがサイドエッチングされオーバハング
が生じるという別の問題が発生した。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述したごとく、従来技術においては、モリブデン膜
が柱状組織であるためにパタン形成においてその端部の
形状が垂直となるため、この上層に設ける配線層の断線
や絶縁膜の耐圧不足による短絡が生じたり、またケミカ
ルウェットエッチング処理中に、エッチング液がモリブ
デン膜の柱状組織中に浸入し、下層の材料を腐食損傷さ
せたり、さらに下層に設けたモリブデン膜のエッチング
速度が非常に大きいためにオーバハングが生じ易いなど
の問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消
するものであって、スパッタモリブデン膜の柱状組織を
改質して、ケミカルウェットエッチングにおける下層材
料の腐食損傷ならびに下層モリブデン膜のサイドエッチ
ングの生じないモリブデン膜の形成方法を提供するもの
であり、さらに具体的には、パタン断面がテーパ加工で
き、エッチング液などの浸み込みがなく、Alエッチング
液でのエッチング速度がAlとほぼ同程度以下のモリブデ
ン膜を、スパッタ法により形成させる方法を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本発明の目的は、スパッタ法によってモリブデン
膜とアルミニウム膜とを積層して積層膜を形成させる場
合に、上記モリブデン膜の形成において、窒素ガスを混
合したスパッタガスを用いてモリブデン膜を堆積させる
ことにより達成される。
すなわち、上記モリブデン膜とアルミニウム膜を積層
する場合に、スパッタガス中への窒素ガスの混合比を、
モリブデン膜の成長段階に応じて低減させながらモリブ
デン膜の堆積を行う方法とするものである。
〔作用〕 モリブデン膜の形成には、一般にはスパッタガスとし
てアルゴンを用いるが、窒素ガスをスパッタガスである
アルゴンに混合してモリブデン膜を成膜したところ、エ
ッチング速度が低下することが分かった。窒素ガスの混
合比とエッチング速度の関係を第1図に示す。燐酸を主
成分とした一般的なAlエッチング液では、窒素ガスを20
%混合するとエッチング速度がアルゴン100%の場合と
比較して1/4になる。
一方、エッチングによるパタン側壁の形状は、窒素ガ
スの混合比が増加するにしたがい90度に近かったテーパ
角が低減し、窒素ガス20%の混合比で等方性エッチング
の45度には至らなかったが50度程度になることが分かっ
た。
スパッタガスであるアルゴンに窒素ガスを混合するこ
とによって現われる上述の現象は、スパッタガス中に窒
素が存在することで、モリブデンのスパッタ粒子がプラ
ズマ中で窒化されて窒化モリブデン膜として堆積し、そ
の組織構造は柱状から均質構造へと窒素ガス混合比の増
加と共に進行し、膜組織が緻密化される結果と考えられ
る。
本発明は上記現象に基づくもので、スパッタモリブデ
ン膜の成膜中にスパッタガスであるアルゴンガス中への
窒素ガスの混合比を、モリブデン膜の成長段階に応じて
低減させながらモリブデン膜の堆積を行うことを特徴と
し、エッチングによる断面をテーパ状にすることを可能
にし、下地へのエッチング液の浸入を防ぎ、さらにはエ
ッチング速度がAlと同等以下になってAlを重ねた積層膜
のオーバハングのないエッチング加工を可能とするモリ
ブデン膜の形成方法を実現するものである。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照しながらさ
らに詳細に説明する。
実施例1 ガラス基板(コーニング社製#7059)に、ITOを200℃
加熱の直流マグネトロンスパッタ法にて500Å堆積した
試料基板を用いて、スパッタガスとして用いたアルゴン
に窒素(N2)ガスを10%混合して窒化モリブデン膜を10
00Å堆積した。スパッタ装置は、ターゲット上50mmの位
置に試料をセットしたキャリアが移動して成膜するスパ
ッタアップ方式のものを用いた。モリブデンターゲット
は、5インチ(12.7cm)×15インチ(38.1cm)のサイズ
で、99.9重量%以上の純度のものを使用した。試料の加
熱は、100℃でスパッタ中にも背面より加熱して保温し
た。スパッタガスはアルゴン27SCCM(Ncm3/min)、N2
スほ3SCCMの混合ガスで圧力は3.0Tmorr(ミリトル)と
した。スパッタ電力は2.0Aと電流一定方式で、電圧は約
500Vで1kWとした。この条件で、基板の移動速度を120mm
/minにすると1000Åの窒化モリブデン膜が堆積された。
引き続き、同じスパッタ装置でAlを2000Å堆積した。Al
のスパッタ条件は、アルゴン30SCCMで3.0mTorr、スパッ
タ電力は6.0Aの3kW、移動速度は120mm/min、基板加熱は
100℃とした。
以上の条件で、ガラスウェハ基板上にITO(500Å)、
窒化モリブデン(1000Å)、Al(2000Å)が順に堆積し
た3層膜を形成した。この構成は、LCDマトリクスの配
線抵抗を低減させる場合のもので、ITOに直接Alを重ね
た場合に生ずる電池作用でのITOの腐食損傷を防ぐため
に用いられる。
配線パタンをウェットエッチングで加工形成するた
め、ポジ型のホトレジスト(シプレイ社製マイクロポジ
ット1400−31)をスピンナで1.5μm塗布し、マスク露
光で所定の配線パタンを焼付け、2倍に薄めた現像液
(シプレイ社製MF−312)でシャワー現像した。この現
像液は、アミン系のかなり強度のアルカリ性で、従来の
スパッタガスとしてアルゴン100%で堆積したモリブデ
ン膜では、現像時に下層のITOを損傷する障害が発生す
る。その理由は、レジストが残らない領域、すなわち配
線部以外の領域では、Al堆積膜のピンホール等の欠陥や
段差部上のAlの粗雑部分から浸入した現像液が、柱状組
織のモリブデン膜を通過して下層のITOにまで到達し、A
lとの電池作用で瞬間的に広範囲のITOを腐食させるため
であると考えられる。
本発明によるN2混合(本実施例の場合は10%)スパッ
タガスで堆積した窒化モリブデン膜では、現像でのITO
の腐食損傷は発生しなかった。さらに、希釈していない
原液の現像液を用い試料のAl膜がほとんど溶解するまで
浸漬してもITOの損傷は全く認められず、モリブデンの
窒化により膜組織が緻密化されるITOの腐食損傷の防止
に顕著な効果のあることが分かった。
ホトレジストパターンを形成後、120℃10分のハード
ベーク処理をして、燐酸:酢酸:硝酸=20:3:1のエッチ
ング液でAl膜と窒化モリブデン膜を連続してエッチング
加工した。
このエッチング工程においても上述した現像液の浸入
と同様の理由から、従来のアルゴン100%で堆積したモ
リブデン膜の場合にはITOの腐食損傷がより高頻度に生
じたが、本実施例においてはITOの腐食損傷は、上記現
像液の場合と同様に皆無であった。
さらに断面を観察すると、従来のアルゴン100%で
は、第2図に示すように、モリブデン膜3のサイドエッ
チングによるオーバハングの形状となるが、N2ガスを10
%混入した本実施例の窒化モリブデン膜4の場合には、
第3図に示すごとく、窒化モリブデン(MoxN)膜4とAl
膜5はスムーズに連続した傾斜となり、テーパ形状のパ
タン断面が得られた。これは、N2の混合ガスによってエ
ッチング速度が低下して、Al膜5のエッチング速度に近
づいたことと、膜組織が均質で緻密化されていることを
示す。本実施例では、N2ガスの混合比が10%のこともあ
って、上記パタン断面のテーパ角は30度程度であった
が、N2混合比を増加すれば下層の窒化モリブデン膜4の
テーパ角をさらに低減させることが可能であることは言
うまでもない。
実施例2 ガラス基板(コーニング社製#7059)上に、アルゴン
ガスにN2を20%混合したスパッタガスを用いて窒化モリ
ブデンを1000Å堆積した。スパッタ装置は実施例1の場
合と同様の直流マグネトロンによるスパッタアップ方式
を用いた。モリブデンターゲットも実施例1と同様の5
インチ×15インチサイズ99.9%以上の純度のものを使用
した。試料の加熱温度は100℃とし、スパッタ中も加熱
保温した。スパッタガスは、アルゴン24CCM、N26SCCMで
3.0mTorrとした。スパッタ電力は2.0Aの500Vで1kWとし
た。キャリア移動速度を120mm/minとして1000Åの窒化
モリブデンをガラス基板上に堆積した後、連続してスパ
ッタガスをアルゴン100%に変更して、窒化モリブデン
上にモリブデン膜を1000Å堆積した。スパッタ条件は、
アルゴンガス30SCCMで3.0mTorr、電力は2.0Aの400Vで80
0Wとした。この窒化モリブデンとモリブデンの2層の積
層膜に、ポジ型レジストで配線パタンを描き、燐酸:酢
酸:硝酸=20:3:1のエッチング液を用いてエッチング加
工した。配線パタンの断面形状を、SEM(走査電子顕微
鏡)で観察すると第4図に示すごとく、下層の窒化モリ
ブデン膜4はテーパエッチングされ、上層のモリブデン
膜3は、ほぼ垂直に近い形状となった。この積層膜の電
気抵抗は、シート抵抗から換算すると2.8×10-5Ω・cm
であった。一方、N2ガスを20%混合してスパッタした窒
化モリブデン膜だけの場合は7.0×10-5Ω・cmとなるの
で、2層構造によって抵抗を1/2以下に低減させること
ができた。
本実施例の結果から、スパッタガス中へのN2ガスの混
合比率を制御することで、配線抵抗の増加を抑制しなが
らエッチング加工でパタン断面のテーパ角を付け得るこ
とが可能となる。すなわち、本発明によればスパッタ膜
堆積の初期にはスパッタガス中へのN2ガス混合比を高く
し、スパッタ膜の成長に応じてN2ガス混合比を低下させ
ることで、第5図に示すごとく、なだらかなテーパを付
与することができ、しかも配線抵抗の増加を抑えること
ができる。さらに、3段階、5段階と必要に応じてN2
合比を変えたり、連続してN2混合比を変化させることに
より、ウェットエッチング加工によってなだらかなテー
パ形状を有する窒化モリデブン(MoxN)膜4の積層膜か
らなるスパッタモリブデン膜の配線パタンを形成するこ
とができる。その結果、上層配線の断線や被覆した絶縁
膜の耐圧低下等の多層配線の欠陥の発生を効果的に防止
することができる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく、本発明のスパッタ法によ
りモリブデン膜とアルミニウム膜を重ねた積層膜を形成
する場合に、スパッタガス中への窒素ガスの混合比を、
モリブデン膜の成長段階に応じて低減させながらモリブ
デン膜の堆積を行うことにより、モリブデン堆積膜を均
質で緻密な膜組織とすることができ、エッチング速度が
低減し、従来テーパ加工が難しかったモリブデン堆積膜
のパタン断面形状にテーパの付いた加工を再現性よく得
ることができる。さらに、モリブデン堆積膜のパタン断
面のテーパ加工の角度を低減させることが可能となり、
上層の配線や絶縁膜の段差に起因する欠陥を防止するこ
とができ、LSI、薄膜デバイス等の多層配線での適用範
囲を拡大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のモリブデン膜の形成方法におけるスパ
ッタガス中の窒素ガス混合比とエッチング速度との関係
に一例を示すグラフ、第2図は従来のモリブデン膜にお
けるオーバハングを示す模式図、第3図は本発明の実施
例1における窒化モリブデン膜を用いた場合のテーパ形
状のパタン断面を示す模式図、第4図は本発明の実施例
2における窒化モリブデン膜とモリブデン膜との積層膜
のパタン断面を示す模式図、第5図は本発明の実施例2
において窒素ガス混合比を段階的に変えて形成した窒化
モリブデン膜のパタン断面形状を示す模式図である。 1…ガラス基板、2…ITO膜 3…モリブデン(Mo)膜 4…窒化モリブデン(MoxN)膜 5…アルミニウム(Al)膜
フロントページの続き (72)発明者 加藤 謹矢 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 斎藤 浩 兵庫県神戸市西区高塚台4丁目3番1 星電器製造株式会社開発技術研究所内 (72)発明者 鵜飼 育弘 兵庫県神戸市西区高塚台4丁目3番1 星電器製造株式会社開発技術研究所内 (72)発明者 樽田 清 兵庫県神戸市西区高塚台4丁目3番1 星電器製造株式会社開発技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−53260(JP,A) 特開 昭59−55016(JP,A) 特開 昭58−48459(JP,A) 特開 平1−268025(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 29/786

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スパッタ法によりモリブデン膜とアルミニ
    ウム膜を重ねた積層膜を形成する方法において、上記モ
    リブデン膜の形成は、スパッタガス中への窒素ガスの混
    合比を、モリブデン膜の成長段階に応じて低減させなが
    らモリブデン膜の堆積を行うことを特徴とするモリブデ
    ン膜の形成方法。
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