JP3112275B2 - 薄膜部品用配線材料 - Google Patents
薄膜部品用配線材料Info
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- JP3112275B2 JP3112275B2 JP02124081A JP12408190A JP3112275B2 JP 3112275 B2 JP3112275 B2 JP 3112275B2 JP 02124081 A JP02124081 A JP 02124081A JP 12408190 A JP12408190 A JP 12408190A JP 3112275 B2 JP3112275 B2 JP 3112275B2
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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LSI、ハイブリッドIC、表示パネルなど、薄
膜形成技術を用いて作製される電子部品、すなわち薄膜
部品に使用される配線材料に関する。
膜形成技術を用いて作製される電子部品、すなわち薄膜
部品に使用される配線材料に関する。
薄膜部品にはその用途、製造プロセスにより、各種の
配線材料が使用されている。例えばLSIではAl（アルミ
ニウム）、Ｗ（タングステン）、Mo（モリブデン）、あ
るいは各種シリサイドなどが、一方表示パネルではCr
（クロム）、Mo、Ta（タンタル）、Ti（チタン）等が一
般に用いられている。これらは、配線材料としての電気
抵抗が低いことは勿論であるが、さらにSiO2（二酸化ケ
イ素）やガラスとの接着性、エッチング加工のしやす
さ、あるいは耐熱性、耐酸化性などさまざまな観点から
その用途、製造プロセスに合った材料が選択されて使用
されている。
配線材料が使用されている。例えばLSIではAl（アルミ
ニウム）、Ｗ（タングステン）、Mo（モリブデン）、あ
るいは各種シリサイドなどが、一方表示パネルではCr
（クロム）、Mo、Ta（タンタル）、Ti（チタン）等が一
般に用いられている。これらは、配線材料としての電気
抵抗が低いことは勿論であるが、さらにSiO2（二酸化ケ
イ素）やガラスとの接着性、エッチング加工のしやす
さ、あるいは耐熱性、耐酸化性などさまざまな観点から
その用途、製造プロセスに合った材料が選択されて使用
されている。
上記のうち、Moは耐熱性に優れ、また電気抵抗も比較
的低いこと、エッチング加工が容易なこと、またその加
工寸法精度が良好なことから、比較的よく使われる配線
材料である。薄膜堆積の方法としてはCVD（化学蒸着）
法、真空蒸着法なども可能であるが、主としてMoターゲ
ットによるスパッタ法が用いられている。
的低いこと、エッチング加工が容易なこと、またその加
工寸法精度が良好なことから、比較的よく使われる配線
材料である。薄膜堆積の方法としてはCVD（化学蒸着）
法、真空蒸着法なども可能であるが、主としてMoターゲ
ットによるスパッタ法が用いられている。
ところがこの配線材料として用いられるMoにも幾つか
の問題点がある。まず第１に、接着性である。SiO2など
への接着性はそれほど悪くはないが、CrやTi、Alなどと
比較するとMoの接着性は劣ることが事実である。このた
め、作製プロセス上で問題を引き起こすこともあるが、
それにもましてスパッタ装置内で剥離が生じて、フレー
クとなり欠陥を生成する問題がある。Moを堆積すべき基
板は、加熱などにより、可能な限り接着性のよい条件に
設定できるが、装置内すべてをそのような条件にするこ
とは不可能である。その結果、装置内治具、例えばステ
ンレス治具上で極端な場合には数回の堆積でMoの剥離が
起こる。剥離したMoフレークが、基板あるいはターゲッ
トに落下すれば、堆積した薄膜の中の塊状あるいはフレ
ーク状の巨大な欠陥が形成されてしまう。このため、欠
陥低減にはこのフレーク対策が最重要問題となる。
の問題点がある。まず第１に、接着性である。SiO2など
への接着性はそれほど悪くはないが、CrやTi、Alなどと
比較するとMoの接着性は劣ることが事実である。このた
め、作製プロセス上で問題を引き起こすこともあるが、
それにもましてスパッタ装置内で剥離が生じて、フレー
クとなり欠陥を生成する問題がある。Moを堆積すべき基
板は、加熱などにより、可能な限り接着性のよい条件に
設定できるが、装置内すべてをそのような条件にするこ
とは不可能である。その結果、装置内治具、例えばステ
ンレス治具上で極端な場合には数回の堆積でMoの剥離が
起こる。剥離したMoフレークが、基板あるいはターゲッ
トに落下すれば、堆積した薄膜の中の塊状あるいはフレ
ーク状の巨大な欠陥が形成されてしまう。このため、欠
陥低減にはこのフレーク対策が最重要問題となる。
第２の問題点として、エッチング加工の問題が挙げら
れる。上述したように、Moは精度のよいパタン加工が、
ドライエッチングでもウェットエッチングでも容易に得
られる特徴がある。これは、スパッタMoが柱状晶になり
やすく、自ずから異方性エッチングを起こしてしまうこ
とに起因している。ところが、パタン側壁に傾斜が必須
の条件とされるような場合においても、逆にこの性質が
障害となり、直立あるいは極端な場合には僅かなオーバ
ハングさえ生じてしまう。したがって、この配線層上に
堆積される層は段差切れを起こしやすい。
れる。上述したように、Moは精度のよいパタン加工が、
ドライエッチングでもウェットエッチングでも容易に得
られる特徴がある。これは、スパッタMoが柱状晶になり
やすく、自ずから異方性エッチングを起こしてしまうこ
とに起因している。ところが、パタン側壁に傾斜が必須
の条件とされるような場合においても、逆にこの性質が
障害となり、直立あるいは極端な場合には僅かなオーバ
ハングさえ生じてしまう。したがって、この配線層上に
堆積される層は段差切れを起こしやすい。
第３の問題として、耐ドライエッチング性がある。Mo
は通常用いられるフッ素系および塩素系エッチングガス
のプラズマによるドライエッチングで容易にエッチング
される。この性質は、パタン加工という点では有利であ
るが、逆に下層配線にMoを使用している場合には、ドラ
イエッチングによる絶縁膜の開口時に、この下層配線の
Moが浸食され、甚だしくはMoの配線層が消失する結果と
なる。これを防止するためには、他の材料との複合配線
が必要であり、Mo単独で配線を構成する場合には耐ドラ
イエッチング性の向上が必須の要件となる。
は通常用いられるフッ素系および塩素系エッチングガス
のプラズマによるドライエッチングで容易にエッチング
される。この性質は、パタン加工という点では有利であ
るが、逆に下層配線にMoを使用している場合には、ドラ
イエッチングによる絶縁膜の開口時に、この下層配線の
Moが浸食され、甚だしくはMoの配線層が消失する結果と
なる。これを防止するためには、他の材料との複合配線
が必要であり、Mo単独で配線を構成する場合には耐ドラ
イエッチング性の向上が必須の要件となる。
上述したごとく、従来の薄膜部品に配線材料として用
いられているMo薄膜は、接着性が良くないために剥離が
生じてフレーク状の巨大な欠陥が生じたり、またエッチ
ング加工においてはオーバハングが生じて、この上に堆
積される層の段差切れを起こしやすく、また耐ドライエ
ッチング性が低いためにMoの下層配線層が消失するなど
の問題があった。
いられているMo薄膜は、接着性が良くないために剥離が
生じてフレーク状の巨大な欠陥が生じたり、またエッチ
ング加工においてはオーバハングが生じて、この上に堆
積される層の段差切れを起こしやすく、また耐ドライエ
ッチング性が低いためにMoの下層配線層が消失するなど
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、薄膜としての接着性が良好で、エッ
チング加工性ならびに耐ドライエッチング性に優れたMo
合金よりなる薄膜部品用配線材料を提供することにあ
る。
するものであって、薄膜としての接着性が良好で、エッ
チング加工性ならびに耐ドライエッチング性に優れたMo
合金よりなる薄膜部品用配線材料を提供することにあ
る。
上記本発明の目的は、薄膜形成技術によって作製され
る電子部品に用いる配線材料として、Moを主成分とし
て、少なくともCrを３重量％以上10重量％未満添加した
Mo合金よりなる薄膜とすることにより達成される。
る電子部品に用いる配線材料として、Moを主成分とし
て、少なくともCrを３重量％以上10重量％未満添加した
Mo合金よりなる薄膜とすることにより達成される。
Moは周知のように融点約2620℃の高融点金属であり、
通常のスパッタ法で堆積した膜は柱状晶が優勢となる。
これは、拡散がわずかしか行われずに堆積が進行する結
果と考えられる。このMo堆積膜の柱状晶の粒界は、酸化
物などが含まれやすく、化学的にも異方性が生じ、これ
がエッチングの際のパタン側壁が垂直になりやすい一因
となっている。
通常のスパッタ法で堆積した膜は柱状晶が優勢となる。
これは、拡散がわずかしか行われずに堆積が進行する結
果と考えられる。このMo堆積膜の柱状晶の粒界は、酸化
物などが含まれやすく、化学的にも異方性が生じ、これ
がエッチングの際のパタン側壁が垂直になりやすい一因
となっている。
また、Moのフッ化物および塩化物の昇華点は室温付近
であり、著しく昇華しやすい物質である。したがって、
絶縁膜の開口に用いられるようなCF4等のガスでドライ
エッチングを行うと、Moは反応して容易に昇華してしま
う。すなわち、エッチングは簡単に進行する。上述した
Moの性質は、パタン加工では望ましいが、配線材料とし
ては問題がある。
であり、著しく昇華しやすい物質である。したがって、
絶縁膜の開口に用いられるようなCF4等のガスでドライ
エッチングを行うと、Moは反応して容易に昇華してしま
う。すなわち、エッチングは簡単に進行する。上述した
Moの性質は、パタン加工では望ましいが、配線材料とし
ては問題がある。
一方、Moの酸化物生成エンタルピはAl、Si、Tiなどと
比較して絶対値的に小であり、シリコン酸化膜やステン
レス表面酸化膜に対して、化学結合的な強固な接着性は
得られないことが推定される。以上のMoの性質は、Crの
添加により大幅に改良することができる。
比較して絶対値的に小であり、シリコン酸化膜やステン
レス表面酸化膜に対して、化学結合的な強固な接着性は
得られないことが推定される。以上のMoの性質は、Crの
添加により大幅に改良することができる。
CrはMoより、酸化物との親和性がよい。したがって、
Crの添加により接着界面の所々に化学的結合が形成され
るため接着性は大幅に改善できる。さらに、ドライエッ
チングの時に生成されるCrの反応生成物は昇華しにく
く、Crはエッチングの進行に伴い表面に濃縮されてゆ
き、わずかな濃度でもドライエッチング速度を著しく低
下させることができる。このように、Moに対してCrを添
加することにより、各種の性質を改善でき、さらにCrは
Moと同属であり、全率固溶するために均質性は良好であ
り、また耐熱性の劣化も少ない。
Crの添加により接着界面の所々に化学的結合が形成され
るため接着性は大幅に改善できる。さらに、ドライエッ
チングの時に生成されるCrの反応生成物は昇華しにく
く、Crはエッチングの進行に伴い表面に濃縮されてゆ
き、わずかな濃度でもドライエッチング速度を著しく低
下させることができる。このように、Moに対してCrを添
加することにより、各種の性質を改善でき、さらにCrは
Moと同属であり、全率固溶するために均質性は良好であ
り、また耐熱性の劣化も少ない。
以下に本発明の実施例を挙げ、さらに詳細に説明す
る。
る。
焼結法により０〜10重量％Crを含有するMoターゲット
を作製し、直流マグネトロンスパッタ装置により膜堆積
を行った。スパッタ電力は800W、Ar圧力は3.0mTorr（ミ
リトル）に統一した。膜堆積速度は、Crの含有量に依存
せず純Moと同等であった。
を作製し、直流マグネトロンスパッタ装置により膜堆積
を行った。スパッタ電力は800W、Ar圧力は3.0mTorr（ミ
リトル）に統一した。膜堆積速度は、Crの含有量に依存
せず純Moと同等であった。
まず、基板に対する付着性を検討した。基板は特に加
熱せず、３μｍの膜厚でガラス、ステンレス、およびSi
基板上に堆積させた。カッターにより碁盤目状に切り込
みを入れ、テープ剥離テストを行った。その結果、純Mo
の場合、どの基板でも容易に剥離されてしまったが、Cr
を含有した場合には明らかに剥離しにくくなった。0.5
％Cr含有量では、特に付着性の悪いガラスおよびステン
レス基板上では剥離が生じたが、Si基板では認められ
ず、３％以上のCrを含有する水準ではどの基板に対して
もテープによる剥離は認められなかった。
熱せず、３μｍの膜厚でガラス、ステンレス、およびSi
基板上に堆積させた。カッターにより碁盤目状に切り込
みを入れ、テープ剥離テストを行った。その結果、純Mo
の場合、どの基板でも容易に剥離されてしまったが、Cr
を含有した場合には明らかに剥離しにくくなった。0.5
％Cr含有量では、特に付着性の悪いガラスおよびステン
レス基板上では剥離が生じたが、Si基板では認められ
ず、３％以上のCrを含有する水準ではどの基板に対して
もテープによる剥離は認められなかった。
つぎに、パタン加工性であるが、純Moの場合と同様に
硝酸を含む通常のAlエッチング液を用いてウェットエッ
チング加工を行った。試料は、基板の加熱温度150℃
で、膜厚0.3μｍに形成した。SEM（走査電子顕微鏡）観
察の結果、純Moでは矩形断面にパタンが形成されたが、
Cr含有量の増加と共にエッチングの等方性が増し、５％
Crではパタン側壁は約45゜に形成されていた。これは、
微細配線には不利なパタン形状であるが、ウェットエッ
チングを適用するような領域では、ほとんど問題は生じ
ない。そして、Cr含有量10％の試料でも残渣は全く認め
られず、またエッチング速度もこの組成範囲ではほとん
ど同一であった。すなわち、Alエッチング液によるウェ
ットエッチングでは純Moと同等に扱えることが判った。
硝酸を含む通常のAlエッチング液を用いてウェットエッ
チング加工を行った。試料は、基板の加熱温度150℃
で、膜厚0.3μｍに形成した。SEM（走査電子顕微鏡）観
察の結果、純Moでは矩形断面にパタンが形成されたが、
Cr含有量の増加と共にエッチングの等方性が増し、５％
Crではパタン側壁は約45゜に形成されていた。これは、
微細配線には不利なパタン形状であるが、ウェットエッ
チングを適用するような領域では、ほとんど問題は生じ
ない。そして、Cr含有量10％の試料でも残渣は全く認め
られず、またエッチング速度もこの組成範囲ではほとん
ど同一であった。すなわち、Alエッチング液によるウェ
ットエッチングでは純Moと同等に扱えることが判った。
一方、ドライエッチングではCrの含有により、CF4な
どフッ素系ガスに対して著しい耐性の向上が見られる。
第１図にその一例を示す。図において、横軸はMo合金薄
膜中のCr含有量（重量％）で、縦軸はエッチング速度
（Å/min）である。図に示すごとく、Crの含有量の増加
により、エッチング速度は純Moの1/4程度に低下し、他
の材料との選択比を考慮すれば、事実上この系統のガス
ではパタン加工は困難となる。逆に、絶縁膜を上記のエ
ッチングガスで開口すれば、Crを含有するMo配線パタン
はわずかな浸食に留めることが可能となる。一方、酸素
を含有する塩素系ガスでは、純Moに比較して、Crの含有
によりエッチング速度は同様に若干低下するが、CF4系
程ではなく、パタン加工に用いることは可能であり、微
細配線加工には支障が生じなかった。すなわち、ガス系
を切り換えることによりドライエッチング加工も、ある
いは逆にエッチング耐性の向上も可能となる。なお、単
純な酸素プラズマによるアッシングでは、純Moに比べCr
の含有により酸化される程度が少なくなり、耐酸化性の
向上が認められた。
どフッ素系ガスに対して著しい耐性の向上が見られる。
第１図にその一例を示す。図において、横軸はMo合金薄
膜中のCr含有量（重量％）で、縦軸はエッチング速度
（Å/min）である。図に示すごとく、Crの含有量の増加
により、エッチング速度は純Moの1/4程度に低下し、他
の材料との選択比を考慮すれば、事実上この系統のガス
ではパタン加工は困難となる。逆に、絶縁膜を上記のエ
ッチングガスで開口すれば、Crを含有するMo配線パタン
はわずかな浸食に留めることが可能となる。一方、酸素
を含有する塩素系ガスでは、純Moに比較して、Crの含有
によりエッチング速度は同様に若干低下するが、CF4系
程ではなく、パタン加工に用いることは可能であり、微
細配線加工には支障が生じなかった。すなわち、ガス系
を切り換えることによりドライエッチング加工も、ある
いは逆にエッチング耐性の向上も可能となる。なお、単
純な酸素プラズマによるアッシングでは、純Moに比べCr
の含有により酸化される程度が少なくなり、耐酸化性の
向上が認められた。
MoにCrを添加するに従って、電気抵抗は単調に増加す
る。上記条件で作製した純Mo膜は、比抵抗で10〜15μΩ
・cm程度であるが、Cr5％では30μΩ・cmとなり、Cr10
％では40μΩ・cm程度と、CrやTa配線とほぼ同等の抵抗
になった。配線材料として、これはMoの長所を失うこと
であり、10％未満の添加に留めることが望ましい。
る。上記条件で作製した純Mo膜は、比抵抗で10〜15μΩ
・cm程度であるが、Cr5％では30μΩ・cmとなり、Cr10
％では40μΩ・cm程度と、CrやTa配線とほぼ同等の抵抗
になった。配線材料として、これはMoの長所を失うこと
であり、10％未満の添加に留めることが望ましい。
以上から、Crの添加がMo配線の性質改善に有効なこと
を実証することができた。
を実証することができた。
以上詳細に説明したごとく、本発明はMo薄膜の接着
性、ドライエッチング耐性、あるいはパターン加工性な
どの問題点を、MoにCrを添加して合金化することにより
改善した、パタン加工性が良好で高性能のMo合金よりな
る配線材料が得られる。したがって、従来のMo配線を使
用していた薄膜部品においては、装置内で発生するフレ
ークに起因する歩留り低下、あるいは上層配線の断線な
どによる歩留り低下を解消することができ、低コスト化
と信頼性の向上に寄与することができる。
性、ドライエッチング耐性、あるいはパターン加工性な
どの問題点を、MoにCrを添加して合金化することにより
改善した、パタン加工性が良好で高性能のMo合金よりな
る配線材料が得られる。したがって、従来のMo配線を使
用していた薄膜部品においては、装置内で発生するフレ
ークに起因する歩留り低下、あるいは上層配線の断線な
どによる歩留り低下を解消することができ、低コスト化
と信頼性の向上に寄与することができる。
第１図は本発明の実施例において例示したMo合金薄膜中
のCr含有量とエッチング速度との関係を示すグラフであ
る。
のCr含有量とエッチング速度との関係を示すグラフであ
る。
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 岡村 正通 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 砂田 富久 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52−10672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−274747（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−20930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205
Claims (1)
- 【請求項１】薄膜形成技術によって作製されウェットエ
ッチング技術によって加工される電子部品に用いる配線
材料であって、モリブデンを主成分とし、少なくともク
ロムを３重量％以上10重量％未満含むモリブデン合金薄
膜よりなることを特徴とする薄膜部品用配線材料。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02124081A JP3112275B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 薄膜部品用配線材料 |
| US07/697,991 US5162933A (en) | 1990-05-16 | 1991-05-10 | Active matrix structure for liquid crystal display elements wherein each of the gate/data lines includes at least a molybdenum-base alloy layer containing 0.5 to 10 wt. % of chromium |
| EP91107967A EP0457328B1 (en) | 1990-05-16 | 1991-05-16 | Active matrix structure for liquid crystal display elements |
| KR1019910007935A KR950002943B1 (ko) | 1990-05-16 | 1991-05-16 | 액정표시소자의 액티브매트릭스구조 |
| DE69116218T DE69116218T2 (de) | 1990-05-16 | 1991-05-16 | Aktive Matrix-Struktur für Flüssig-Kristall-Anzeigeelementen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02124081A JP3112275B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 薄膜部品用配線材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0424925A JPH0424925A (ja) | 1992-01-28 |
| JP3112275B2 true JP3112275B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=14876458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02124081A Expired - Lifetime JP3112275B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 薄膜部品用配線材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3112275B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997026585A1 (fr) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Hitachi, Ltd. | Dispositif d'affichage a cristaux liquides et procede de fabrication associe |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP02124081A patent/JP3112275B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0424925A (ja) | 1992-01-28 |
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