JP3213196B2 - 配線材料、金属配線層の形成方法 - Google Patents
配線材料、金属配線層の形成方法Info
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶デイスプレー等の電
子機器装置用の電極配線材料に係わる。特に、高熱安定
性でヒロックやピンホール等の欠陥が少なく、高耐蝕性
で低抵抗の電極配線材料に係わる。また、陽極酸化によ
ってその表面に酸化膜を形成することによって耐電圧の
高いゲート絶縁膜を得ることができる電極配線材料に係
わる。
子機器装置用の電極配線材料に係わる。特に、高熱安定
性でヒロックやピンホール等の欠陥が少なく、高耐蝕性
で低抵抗の電極配線材料に係わる。また、陽極酸化によ
ってその表面に酸化膜を形成することによって耐電圧の
高いゲート絶縁膜を得ることができる電極配線材料に係
わる。
【０００２】
【従来技術】電子機器装置に用いられる低抵抗の電極配
線材料には従来Cu,Al,Mo,Ta,W等の純金属やAl-Cu,Al-Cu
-Si,Al-Pd等の合金材料材料が用いられている。一方最
近特に薄型ディスプレーとして注目されている液晶デイ
スプレーの電極材料では、大画面による大面積配線、高
精細による高集積化配線、高温度工程によるアレー制作
等々従来材料よりも異なるより優れた特性が要求されて
いる。図１に薄膜トランジスター（ＴＦＴ）による液晶
ディスプレーのアレーの一画素部の概略図を示す。一つ
の画素開口部１に表示電極２、ゲート線３、ゲート電極
３Ａ、データ線４、ドレイン電極４Ａ、ソース電極５、
ＴＦＴアクテイブ素子６が配設されている。ゲート線３
の信号によって、ＴＦＴがｏｎになると、データ線４の
電位がソース電極５を介して接続された画素電極２に等
しくなる。その結果、画素電極２の紙面方向上部に封入
された液晶が配向し、その画素が表示状態になる。ここ
で、本願発明が対象とする液晶デイスプレーのアレーの
電極配線材料は、ゲート線３、ゲート電極３Ａ、データ
線４、ドレイン電極４Ａ、ソース電極５に使用される。
線材料には従来Cu,Al,Mo,Ta,W等の純金属やAl-Cu,Al-Cu
-Si,Al-Pd等の合金材料材料が用いられている。一方最
近特に薄型ディスプレーとして注目されている液晶デイ
スプレーの電極材料では、大画面による大面積配線、高
精細による高集積化配線、高温度工程によるアレー制作
等々従来材料よりも異なるより優れた特性が要求されて
いる。図１に薄膜トランジスター（ＴＦＴ）による液晶
ディスプレーのアレーの一画素部の概略図を示す。一つ
の画素開口部１に表示電極２、ゲート線３、ゲート電極
３Ａ、データ線４、ドレイン電極４Ａ、ソース電極５、
ＴＦＴアクテイブ素子６が配設されている。ゲート線３
の信号によって、ＴＦＴがｏｎになると、データ線４の
電位がソース電極５を介して接続された画素電極２に等
しくなる。その結果、画素電極２の紙面方向上部に封入
された液晶が配向し、その画素が表示状態になる。ここ
で、本願発明が対象とする液晶デイスプレーのアレーの
電極配線材料は、ゲート線３、ゲート電極３Ａ、データ
線４、ドレイン電極４Ａ、ソース電極５に使用される。
【０００３】液晶デイスプレーの電極配線材料の要求特
性としてはまず電気抵抗が小さいことである。電気抵抗
が大きいと特に液晶デイスプレーの大型化に当たって、
信号の遅延、発熱等の様々な問題を生じる。このため液
晶デイスプレーの配線材料には電気抵抗の低い純Ａｌが
用いられてきた。純Ａｌはエッチング特性に優れ、基板
との密着性の観点からも好適な材料である。しかし、純
Ａｌは融点が低く、配線膜形成後のＣＶＤプロセスにお
ける加熱工程によってヒロックと呼ばれる欠陥を生じや
すいという欠点があった。この加熱処理は通常４００℃
程度でなされるものであるが、この工程後に配線材料を
観察するとその表面に微少な突起やピンホールなどの陥
落欠陥が観察されることがある。このような微少な突起
等の欠陥をヒロックというが、これが生じると配線材料
層の平滑性が失われ、配線材料層上に後工程による酸化
膜等を形成することができなくなるため、ヒロックの発
生は液晶デイスプレーの製造工程上極めて大きな問題と
なる。ヒロックの発生のメカニズムは確定されていない
が、加熱による薄膜と基板との線膨張係数の差によって
薄膜に圧縮方向の応力が作用すると、この圧縮応力を駆
動力として粒界に沿ってＡｌ原子が移動することによっ
て発生すると考えられている。
性としてはまず電気抵抗が小さいことである。電気抵抗
が大きいと特に液晶デイスプレーの大型化に当たって、
信号の遅延、発熱等の様々な問題を生じる。このため液
晶デイスプレーの配線材料には電気抵抗の低い純Ａｌが
用いられてきた。純Ａｌはエッチング特性に優れ、基板
との密着性の観点からも好適な材料である。しかし、純
Ａｌは融点が低く、配線膜形成後のＣＶＤプロセスにお
ける加熱工程によってヒロックと呼ばれる欠陥を生じや
すいという欠点があった。この加熱処理は通常４００℃
程度でなされるものであるが、この工程後に配線材料を
観察するとその表面に微少な突起やピンホールなどの陥
落欠陥が観察されることがある。このような微少な突起
等の欠陥をヒロックというが、これが生じると配線材料
層の平滑性が失われ、配線材料層上に後工程による酸化
膜等を形成することができなくなるため、ヒロックの発
生は液晶デイスプレーの製造工程上極めて大きな問題と
なる。ヒロックの発生のメカニズムは確定されていない
が、加熱による薄膜と基板との線膨張係数の差によって
薄膜に圧縮方向の応力が作用すると、この圧縮応力を駆
動力として粒界に沿ってＡｌ原子が移動することによっ
て発生すると考えられている。
【０００４】Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ，ＭｏＴａ等の高融点材
料を使用すれば粒界に沿っての原子の拡散が起こりにく
いためヒロックの発生は防止できる。しかし、これらの
高融点材料はおしなべて比抵抗が５０μΩ・ｃｍ以上と
高く（Ａｌは４μΩ・ｃｍ程度である）、配線材料とし
ての電気的な特性が好ましくない。特に、このような高
抵抗の材料は液晶デイスプレーの大型化に沿わないもの
である。
料を使用すれば粒界に沿っての原子の拡散が起こりにく
いためヒロックの発生は防止できる。しかし、これらの
高融点材料はおしなべて比抵抗が５０μΩ・ｃｍ以上と
高く（Ａｌは４μΩ・ｃｍ程度である）、配線材料とし
ての電気的な特性が好ましくない。特に、このような高
抵抗の材料は液晶デイスプレーの大型化に沿わないもの
である。
【０００５】そこで、Ａｌをベースとした合金電極材料
の開発が試みられてきた。古くは、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−
Ｃｕ−Ｓｉなどであり、最近ではＡｌ−Ｔａ，Ａｌ−Ｚ
ｒが報告されているが、依然として３００℃以上の高温
でのヒロックの発生率、電気抵抗の両面で十分なもので
はない。
の開発が試みられてきた。古くは、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−
Ｃｕ−Ｓｉなどであり、最近ではＡｌ−Ｔａ，Ａｌ−Ｚ
ｒが報告されているが、依然として３００℃以上の高温
でのヒロックの発生率、電気抵抗の両面で十分なもので
はない。
【０００６】また、液晶デイスプレーの断面構造を図２
に示す。ガラス基板、および、その上のアンダーコート
部分上に形成された配線材料部分を透明電極、アモルフ
ァスシリコン沿う、ソース／ドレイン電極から絶縁する
ためにゲート絶縁膜を形成し、ＴＦＴ動作時の絶縁破壊
を防止する。このゲート絶縁膜はシリコン酸化物、ある
いは、シリコン窒化物から構成され、配線材料部分上に
積層される。しかし、このような多層からなる酸化物
層、窒化物層を形成することは工程的にも複雑であり、
また、形成された層に欠陥が含まれると絶縁破壊の原因
となる。
に示す。ガラス基板、および、その上のアンダーコート
部分上に形成された配線材料部分を透明電極、アモルフ
ァスシリコン沿う、ソース／ドレイン電極から絶縁する
ためにゲート絶縁膜を形成し、ＴＦＴ動作時の絶縁破壊
を防止する。このゲート絶縁膜はシリコン酸化物、ある
いは、シリコン窒化物から構成され、配線材料部分上に
積層される。しかし、このような多層からなる酸化物
層、窒化物層を形成することは工程的にも複雑であり、
また、形成された層に欠陥が含まれると絶縁破壊の原因
となる。
【０００７】この絶縁膜の形成工程の複雑さ、絶縁破壊
の問題に対処するためにゲート電極に使用される電極配
線材料を直接陽極酸化によって酸化し、緻密な酸化膜を
形成することによって上述した絶縁膜を代替することが
望ましい。この方法によれば、従来数工程で行っていた
絶縁膜の形成工程を一工程で行うことができるし、陽極
酸化法は緻密な酸化膜を得るのに適した方法だからであ
る。配線材料として純Ａｌを用いるとこのようなことが
可能となる。純Ａｌは陽極酸化によって非常に緻密な酸
化膜を形成できる。しかし、純Ａｌによればヒロックの
発生という問題があることは述べた。
の問題に対処するためにゲート電極に使用される電極配
線材料を直接陽極酸化によって酸化し、緻密な酸化膜を
形成することによって上述した絶縁膜を代替することが
望ましい。この方法によれば、従来数工程で行っていた
絶縁膜の形成工程を一工程で行うことができるし、陽極
酸化法は緻密な酸化膜を得るのに適した方法だからであ
る。配線材料として純Ａｌを用いるとこのようなことが
可能となる。純Ａｌは陽極酸化によって非常に緻密な酸
化膜を形成できる。しかし、純Ａｌによればヒロックの
発生という問題があることは述べた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は電極配線材
料、特に液晶デイスプレーに使用される電極配線材料と
して、高熱安定性を有しヒロック等の欠陥の発生が少な
く、電気抵抗の低く、かつ、陽極酸化によって容易に緻
密な絶縁膜が形成できる配線材料を提供することを目的
とする。
料、特に液晶デイスプレーに使用される電極配線材料と
して、高熱安定性を有しヒロック等の欠陥の発生が少な
く、電気抵抗の低く、かつ、陽極酸化によって容易に緻
密な絶縁膜が形成できる配線材料を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願発明の目的は、その
組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）1-xで表され、Ｍは
希土類元素群から選択された少なくとも一の元素であ
り、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかから選択された少
なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜９９．５原子％、
好ましくはｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を有する
合金を爾後の熱処理によってＡｌと上記希土類元素の金
属間化合物をマトリクス中に析出させたものによって達
成できる。
組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）1-xで表され、Ｍは
希土類元素群から選択された少なくとも一の元素であ
り、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかから選択された少
なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜９９．５原子％、
好ましくはｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を有する
合金を爾後の熱処理によってＡｌと上記希土類元素の金
属間化合物をマトリクス中に析出させたものによって達
成できる。
【００１０】また、本願発明の目的はＡｌに０．５〜
２．０原子％のＮｂを添加した合金を爾後の熱処理によ
ってＡｌと上記希土類元素の金属間化合物をマトリクス
中に析出させたものによっても達成できる。これらの場
合の熱処理の温度はいずれも２５０〜４５０℃の範囲が
望ましく、得られる配線材料の電気抵抗は１０μΩ・ｃ
ｍ以下、好適な実施例では５μΩ・ｃｍ程度である。な
お、金属精練上不可避的な不純物の混入は本願発明の権
利範囲の射程外に出るものではない。
２．０原子％のＮｂを添加した合金を爾後の熱処理によ
ってＡｌと上記希土類元素の金属間化合物をマトリクス
中に析出させたものによっても達成できる。これらの場
合の熱処理の温度はいずれも２５０〜４５０℃の範囲が
望ましく、得られる配線材料の電気抵抗は１０μΩ・ｃ
ｍ以下、好適な実施例では５μΩ・ｃｍ程度である。な
お、金属精練上不可避的な不純物の混入は本願発明の権
利範囲の射程外に出るものではない。
【００１１】
【実施例】本願発明ではＡｌをベースとしてそれに添加
元素を加えて上記特性を満たすものである。一般的には
Ａｌに添加元素を加えると電気抵抗は著しい増大を示
す。特に添加元素がＡｌ地に固溶している場合はこの傾
向が大きい。従って、微量の添加で耐熱性を改善しヒロ
ック等の欠陥を防止できる元素を探求するとともに、固
溶状態にある溶質添加元素を熱処理によってＡｌの金属
間化合物の形で析出させ電気抵抗の低減を試みた。
元素を加えて上記特性を満たすものである。一般的には
Ａｌに添加元素を加えると電気抵抗は著しい増大を示
す。特に添加元素がＡｌ地に固溶している場合はこの傾
向が大きい。従って、微量の添加で耐熱性を改善しヒロ
ック等の欠陥を防止できる元素を探求するとともに、固
溶状態にある溶質添加元素を熱処理によってＡｌの金属
間化合物の形で析出させ電気抵抗の低減を試みた。
【００１２】具体的にはＹ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ等の希土類金属元素を添加して、その
一部をＮｂ，Ｚｒ，Ｔａなどの高融点金属元素で置換す
ることが好適であることが判明した。これらの希土類元
素と高融点金属元素のうちの少なくとも一種類ずつをＡ
ｌに対して合計０．５〜２．０原子％添加し、その後、
３００〜４５０℃の範囲で熱処理を行うことによって溶
質原子をＡｌとの金属間化合物として析出させる。それ
により、ヒロック・ピンホール等の欠陥の少ない、電気
抵抗の小さい極めて優れた液晶デイスプレー用の配線材
料を得ることができた。このように本願発明では配線材
料を熱処理することが必須の条件であるが、それはマト
リクス中に固溶している溶質原子をＡｌとの金属間化合
物の形でマトリクス中に析出させ、マトリクス中の固溶
原子濃度を減少させることによって電気抵抗を低減する
とともに、析出した金属間化合物が高温における原子の
移動を拘束しヒロック等欠陥の発生を阻止するためであ
る。従って、熱処理の温度はあくまでも目安の条件に過
ぎず、マトリクス中に金属間化合物が析出することが重
要である。従って、熱処理の温度としては上述した温度
よりも高い５００℃くらいまでは所期の目的を達成する
ことができるが、それ以上の温度になると粒子の粗大化
が起こったり、配線材料中に過度の熱応力が発生した
り、かえってヒロック等の欠陥が発生しやすくなるので
するので望ましくない。
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ等の希土類金属元素を添加して、その
一部をＮｂ，Ｚｒ，Ｔａなどの高融点金属元素で置換す
ることが好適であることが判明した。これらの希土類元
素と高融点金属元素のうちの少なくとも一種類ずつをＡ
ｌに対して合計０．５〜２．０原子％添加し、その後、
３００〜４５０℃の範囲で熱処理を行うことによって溶
質原子をＡｌとの金属間化合物として析出させる。それ
により、ヒロック・ピンホール等の欠陥の少ない、電気
抵抗の小さい極めて優れた液晶デイスプレー用の配線材
料を得ることができた。このように本願発明では配線材
料を熱処理することが必須の条件であるが、それはマト
リクス中に固溶している溶質原子をＡｌとの金属間化合
物の形でマトリクス中に析出させ、マトリクス中の固溶
原子濃度を減少させることによって電気抵抗を低減する
とともに、析出した金属間化合物が高温における原子の
移動を拘束しヒロック等欠陥の発生を阻止するためであ
る。従って、熱処理の温度はあくまでも目安の条件に過
ぎず、マトリクス中に金属間化合物が析出することが重
要である。従って、熱処理の温度としては上述した温度
よりも高い５００℃くらいまでは所期の目的を達成する
ことができるが、それ以上の温度になると粒子の粗大化
が起こったり、配線材料中に過度の熱応力が発生した
り、かえってヒロック等の欠陥が発生しやすくなるので
するので望ましくない。
【００１３】この結果、得られた配線材料は３５０℃以
上の高温でヒロック等の欠陥の発生がほとんどなく、ま
た、電気抵抗は４〜６μΩ・ｃｍであり、純Ａｌと同等
からその２倍程度に抑えることができる。電気抵抗に関
していえば、従来知られてきたヒロックの発生を抑えた
配線材料は最も優れたものでも８μΩ・ｃｍ程度であ
り、純Ａｌの３倍近いものであったから（Ａｌ−Ｔａ
系）、本願発明は公知の材料に比べて極めて特性の良好
なものであることが一目瞭然である。
上の高温でヒロック等の欠陥の発生がほとんどなく、ま
た、電気抵抗は４〜６μΩ・ｃｍであり、純Ａｌと同等
からその２倍程度に抑えることができる。電気抵抗に関
していえば、従来知られてきたヒロックの発生を抑えた
配線材料は最も優れたものでも８μΩ・ｃｍ程度であ
り、純Ａｌの３倍近いものであったから（Ａｌ−Ｔａ
系）、本願発明は公知の材料に比べて極めて特性の良好
なものであることが一目瞭然である。
【００１４】なお、高融点金属元素を添加しないもので
も電気抵抗が低く、ヒロックの発生は抑えることができ
る。しかし、高融点金属元素を添加しないと耐酸化性が
十分ではなく、また、耐食性も良好ではない。従って、
第２の添加元素としてＮｂ，Ｚｒ，Ｔａなどの元素を添
加する必要が生じる。
も電気抵抗が低く、ヒロックの発生は抑えることができ
る。しかし、高融点金属元素を添加しないと耐酸化性が
十分ではなく、また、耐食性も良好ではない。従って、
第２の添加元素としてＮｂ，Ｚｒ，Ｔａなどの元素を添
加する必要が生じる。
【００１５】本願発明者らはこれらの元素を添加すると
形成された陽極酸化膜の耐電圧が著しく増大することを
発見した。つまり、高融点金属元素の添加は陽極酸化膜
を緻密化し、その絶縁破壊特性を向上させるものと考え
られる。従って、こうして得られた配線材料を陽極酸化
することによって配線後、複層の絶縁膜を形成していた
液晶デイスプレーの工程を短縮することが可能である。
また、耐食性についてもこれらの元素を加えることによ
って改善効果があることが判明した。そして、これらの
元素の添加量をバランスのよいものとすることによって
ヒロックの発生率、電気抵抗等、希土類元素を添加した
合金の有している望ましい特性を維持しつつも、耐食性
・耐酸化性を向上させることができることがわかった。
形成された陽極酸化膜の耐電圧が著しく増大することを
発見した。つまり、高融点金属元素の添加は陽極酸化膜
を緻密化し、その絶縁破壊特性を向上させるものと考え
られる。従って、こうして得られた配線材料を陽極酸化
することによって配線後、複層の絶縁膜を形成していた
液晶デイスプレーの工程を短縮することが可能である。
また、耐食性についてもこれらの元素を加えることによ
って改善効果があることが判明した。そして、これらの
元素の添加量をバランスのよいものとすることによって
ヒロックの発生率、電気抵抗等、希土類元素を添加した
合金の有している望ましい特性を維持しつつも、耐食性
・耐酸化性を向上させることができることがわかった。
【００１６】本願発明の組成はその組成式が実質的にＡ
ｌｘＭ１−ｘ（Ｍは希土類元素群から選択された少なく
とも一の元素、ｘ＝９８〜９９．５原子％）で表され、
前記希土類元素の一部をＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかか
ら選択された少なくとも一の元素で置換したものとも記
述できる。
ｌｘＭ１−ｘ（Ｍは希土類元素群から選択された少なく
とも一の元素、ｘ＝９８〜９９．５原子％）で表され、
前記希土類元素の一部をＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかか
ら選択された少なくとも一の元素で置換したものとも記
述できる。
【００１７】また、本願発明者らは希土類元素を添加す
ることなく同等の効果を得ることができないかを検討し
た。その結果、Ａｌ−Ｎｂ合金系でも同様に電気抵抗が
低く、ヒロックの発生率が低く、かつ、陽極酸化によっ
て強固な絶縁膜が形成可能な合金を得ることができるこ
とを発見した。このときのＮｂの添加量は０．５〜２．
０原子％であり、希土類元素を添加した３元系の合金の
場合と同様に、２５０℃以上の熱処理を施すものであ
る。以下、これらのついて詳細を実験データとともに開
示する。
ることなく同等の効果を得ることができないかを検討し
た。その結果、Ａｌ−Ｎｂ合金系でも同様に電気抵抗が
低く、ヒロックの発生率が低く、かつ、陽極酸化によっ
て強固な絶縁膜が形成可能な合金を得ることができるこ
とを発見した。このときのＮｂの添加量は０．５〜２．
０原子％であり、希土類元素を添加した３元系の合金の
場合と同様に、２５０℃以上の熱処理を施すものであ
る。以下、これらのついて詳細を実験データとともに開
示する。
【００１８】実施例１ ＡｌにＹ，ＮｄあるいはＧｄ少なくとも１元素とＺｒ，
Ｎｂ，Ｔａから選択した１元素を所定の膜組成になるよ
うに混合した合金やＡｌ板の上に上記元素のチップを配
設した複合ターゲットを用いることにより蒸着法やスパ
ッタ法で厚さ約３００ｎｍのＡｌ合金薄膜を作成した。
表１に作成したＡｌ合金薄膜の３５０℃、１時間真空中
熱処理後の比抵抗とヒロック発生個数の有無、さらに該
合金膜を陽極酸化した膜の耐電圧を示す。表には比較の
ためＡｌ単体元素薄膜および添加元素の合計量が２原子
％よりも多く、0.5%よりも少ない合金膜の結果も示して
ある。
Ｎｂ，Ｔａから選択した１元素を所定の膜組成になるよ
うに混合した合金やＡｌ板の上に上記元素のチップを配
設した複合ターゲットを用いることにより蒸着法やスパ
ッタ法で厚さ約３００ｎｍのＡｌ合金薄膜を作成した。
表１に作成したＡｌ合金薄膜の３５０℃、１時間真空中
熱処理後の比抵抗とヒロック発生個数の有無、さらに該
合金膜を陽極酸化した膜の耐電圧を示す。表には比較の
ためＡｌ単体元素薄膜および添加元素の合計量が２原子
％よりも多く、0.5%よりも少ない合金膜の結果も示して
ある。
【００１９】
【表１】 組成 比抵抗 ヒロック発生数 耐電圧 （μΩcm) （MV/cm) 比較例 Al 3.6 多数 7.8 実施例 Al99(Nd0.7Zr0.3)1 5.6 なし 7.5 実施例 Al98(Nd0.5Ta0.5)2 6.2 極少 7.0 実施例 Al98.5(Nd0.4Nb0.6)1.5 5.7 なし 7.7 実施例 Al98.7(Y0.7Nb0.3)1.3 6.1 なし 6.9 実施例 Al99(Y0.5Zr0.5)1 5.6 なし 7.6 実施例 Al98.2(Y0.4Ta0.6)0.8 5.5 なし 7.4 実施例 Al98(Gd0.7Ta0.3)2 6.0 なし 7.0 実施例 Al99(Gd0.5Nb0.5)1 5.4 なし 7.0 実施例 Al98.5(Gd0.4Zr0.6)1.5 5.8 なし 7.6 比較例 Al97(Nd0.7Ta0.3)3 15.0 なし 6.5 比較例 Al99.6(Nd0.7Ta0.3)0.4 6.0 多い 7.5 比較例 Al99.8(Y0.7Zr0.3)0.2 5.0 多い 7.5 比較例 Al97.5(Gd0.5Nb0.5)2.5 18.0 なし 6.5
【００２０】表１から明らかなように本発明のＡｌ合金
薄膜は高い熱安定性と欠陥の極めて少ない高信頼性で抵
抗が極めて低い液晶デイスプレーＴＦＴ電極配線材料と
して最適な合金であることが分かる。表から明らかなよ
うに、組成式Ａｌx（ＭyＮ1-y）1-xを有する合金におい
て、ｘ＝０．５〜２原子％で良好な結果が得られ、ｘが
これよりも小さくなるとヒロックの発生が増大し、ま
た、ｘがこれよりも大きくなると電気抵抗が増大する。
耐電圧は広い組成の範囲で大きな変化は観察されず、好
適な実施例では純Ａｌの有する耐電圧と比較して１５％
以内の低下にとどまっている。ｘ＝２．５と添加元素を
多くすると劣化する傾向がある。
薄膜は高い熱安定性と欠陥の極めて少ない高信頼性で抵
抗が極めて低い液晶デイスプレーＴＦＴ電極配線材料と
して最適な合金であることが分かる。表から明らかなよ
うに、組成式Ａｌx（ＭyＮ1-y）1-xを有する合金におい
て、ｘ＝０．５〜２原子％で良好な結果が得られ、ｘが
これよりも小さくなるとヒロックの発生が増大し、ま
た、ｘがこれよりも大きくなると電気抵抗が増大する。
耐電圧は広い組成の範囲で大きな変化は観察されず、好
適な実施例では純Ａｌの有する耐電圧と比較して１５％
以内の低下にとどまっている。ｘ＝２．５と添加元素を
多くすると劣化する傾向がある。
【００２１】また、希土類元素Ｍと高融点金属元素Ｎと
の比に関しては広い範囲で良好な特性を得ることができ
る。希土類元素の方が多い場合、あるいは、高融点金属
元素の方が多い場合のいずれでも上述した適切なｘの範
囲内で良好な特性を実現できる。ただ、希土類元素のみ
では陽極酸化性、あるいは、耐食性がさほど良好ではな
いことがわかっており、高融点金属元素が極端に少ない
と問題が生じる可能性はある。これに対して、希土類元
素が極端に少ない場合は、次の実施例に示すようにＡｌ
−Ｎｂ２元系のものが良好な特性を示すことから考えれ
ば、大きな問題を生じない可能性が高い。なお、表１に
は希土類元素としてＹ，Ｎｄ，Ｇｄしか示していない
が、Ｌａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ等の他の希土
類元素でも同様の効果が期待できる。希土類元素、特
に、ランタノイド群に属する一群の元素はその最外殻電
子、次外殻電子の数が等しく化学的性質が相互に極めて
類似しており、実際、Ａｌとの２元系においてはいずれ
も同様な効果を耐ヒロック特性等に対して有することが
確認されている（本出願人による同日出願、出願人整理
番号ＪＡ９９５０１７）。
の比に関しては広い範囲で良好な特性を得ることができ
る。希土類元素の方が多い場合、あるいは、高融点金属
元素の方が多い場合のいずれでも上述した適切なｘの範
囲内で良好な特性を実現できる。ただ、希土類元素のみ
では陽極酸化性、あるいは、耐食性がさほど良好ではな
いことがわかっており、高融点金属元素が極端に少ない
と問題が生じる可能性はある。これに対して、希土類元
素が極端に少ない場合は、次の実施例に示すようにＡｌ
−Ｎｂ２元系のものが良好な特性を示すことから考えれ
ば、大きな問題を生じない可能性が高い。なお、表１に
は希土類元素としてＹ，Ｎｄ，Ｇｄしか示していない
が、Ｌａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ等の他の希土
類元素でも同様の効果が期待できる。希土類元素、特
に、ランタノイド群に属する一群の元素はその最外殻電
子、次外殻電子の数が等しく化学的性質が相互に極めて
類似しており、実際、Ａｌとの２元系においてはいずれ
も同様な効果を耐ヒロック特性等に対して有することが
確認されている（本出願人による同日出願、出願人整理
番号ＪＡ９９５０１７）。
【００２２】図３には本願に係わる合金のうち、代表的
なものについての熱処理温度と電気抵抗の関係を示す。
ここで、最も上に示されている曲線がＡｌ99（Ｎｄ0.7
Ｚｒ0.3）1であり、以下、Ａｌ98.2（Ｙ0.4Ｔａ0.6）
1.8、Ａｌ99（Ｇｄ0.5Ｎｂ0.5）1であり、最も下の曲線
が純Ａｌである。熱処理温度とともに顕著な電気抵抗の
低下が観察される。熱処理は少なくとも２５０℃以上で
行うことが必要とされ、好ましくは、３００℃〜４００
℃の温度で行うことがよい。また、熱処理温度が例えば
５００℃というようにあまりにも高くなると、かえっ
て、ヒロックの発生が増大したり、粒の粗大化が起こっ
たりするので望ましくない。
なものについての熱処理温度と電気抵抗の関係を示す。
ここで、最も上に示されている曲線がＡｌ99（Ｎｄ0.7
Ｚｒ0.3）1であり、以下、Ａｌ98.2（Ｙ0.4Ｔａ0.6）
1.8、Ａｌ99（Ｇｄ0.5Ｎｂ0.5）1であり、最も下の曲線
が純Ａｌである。熱処理温度とともに顕著な電気抵抗の
低下が観察される。熱処理は少なくとも２５０℃以上で
行うことが必要とされ、好ましくは、３００℃〜４００
℃の温度で行うことがよい。また、熱処理温度が例えば
５００℃というようにあまりにも高くなると、かえっ
て、ヒロックの発生が増大したり、粒の粗大化が起こっ
たりするので望ましくない。
【００２３】図５に本実施例の一例であるＡｌ99（Ｎｄ
0.7Ｚｒ0.3）1を３５０℃で熱処理したときのＸ線回折
チャートを示す。熱処理によって熱処理前には存在しな
かったピーク（□印）が出現しており金属間化合物の析
出に対応すると思われる。このように、熱処理によって
電気抵抗が低下する理由はマトリクス中に固溶している
溶質原子（希土類元素、高融点金属元素）が素地のＡｌ
と金属間化合物を形成し、マトリクス中の固溶量が減少
するためである。また、高融点金属であるＮｂやＺｒ等
もＡｌと金属間化合物を作りやすい元素である。ヒロッ
クの低下についてもこのミクロ的な内部変化が寄与して
いることは疑いがない。どのような元素を添加しても金
属間化合物が析出するとヒロック改善の傾向があること
は知られている。しかし、従来知られているいずれの添
加元素も希土類金属元素を添加した場合ほどはヒロック
の発生率を劇的に改善するものではない。この点で、ヒ
ロックの防止の機構については金属間化合物の析出のみ
ならず、希土類金属元素固有の性質に基づく何らかの機
構が働いているものと考えられる。
0.7Ｚｒ0.3）1を３５０℃で熱処理したときのＸ線回折
チャートを示す。熱処理によって熱処理前には存在しな
かったピーク（□印）が出現しており金属間化合物の析
出に対応すると思われる。このように、熱処理によって
電気抵抗が低下する理由はマトリクス中に固溶している
溶質原子（希土類元素、高融点金属元素）が素地のＡｌ
と金属間化合物を形成し、マトリクス中の固溶量が減少
するためである。また、高融点金属であるＮｂやＺｒ等
もＡｌと金属間化合物を作りやすい元素である。ヒロッ
クの低下についてもこのミクロ的な内部変化が寄与して
いることは疑いがない。どのような元素を添加しても金
属間化合物が析出するとヒロック改善の傾向があること
は知られている。しかし、従来知られているいずれの添
加元素も希土類金属元素を添加した場合ほどはヒロック
の発生率を劇的に改善するものではない。この点で、ヒ
ロックの防止の機構については金属間化合物の析出のみ
ならず、希土類金属元素固有の性質に基づく何らかの機
構が働いているものと考えられる。
【００２４】実施例２ ＡｌにＮｂを所定の膜組成になるように混合した合金や
Ａｌ板の上に上記元素のチップを配設した複合ターゲッ
トを用いることにより蒸着法やスパッタ法で厚さ約３０
０ｎｍのＡｌ合金薄膜を作成した。表２に作成した代表
的なＡｌＮｂ合金薄膜の３５０℃、１時間真空中熱処理
後の比抵抗とヒロック発生個数の密度（巾８μｍｘ長さ
１ｍｍ）及び陽極酸化した時の膜厚２００ｎｍでの耐電
圧を示す。表には比較のためＡｌ単体元素薄膜およびAl
にＮｂを２原子％よりも多く、0.5原子％よりも少なく
添加した合金膜膜の結果も示してある。
Ａｌ板の上に上記元素のチップを配設した複合ターゲッ
トを用いることにより蒸着法やスパッタ法で厚さ約３０
０ｎｍのＡｌ合金薄膜を作成した。表２に作成した代表
的なＡｌＮｂ合金薄膜の３５０℃、１時間真空中熱処理
後の比抵抗とヒロック発生個数の密度（巾８μｍｘ長さ
１ｍｍ）及び陽極酸化した時の膜厚２００ｎｍでの耐電
圧を示す。表には比較のためＡｌ単体元素薄膜およびAl
にＮｂを２原子％よりも多く、0.5原子％よりも少なく
添加した合金膜膜の結果も示してある。
【００２５】
【表２】 組成 比抵抗 ヒロック発生数 耐電圧 （μΩcm) （MV/cm) 比較例 Al 3.6 300 7.8 実施例 Al98Nb2 6.2 10 7.7 実施例 Al98.5Nb1.5 5.7 15 7.8 実施例 Al99Nb1 5.6 20 7.8 比較例 Al97.5Nb2.5 15.0 7 7.0 比較例 Al99.7Nb0.3 5.3 200 7.6
【００２６】表２からわかるとおり、Ｎｂの濃度は０．
５〜２．０原子％がよい。この範囲でのＮｂの添加はほ
とんど純Ａｌの良好な耐電圧を低下させないことが特徴
である。Ｎｂが２．５原子％と多くなると、比抵抗の点
から配線材料として採用が難しくなるとともに、耐電圧
の低下の傾向が見られる。また、Ｎｂが０．５原子％未
満の場合は、ヒロックの発生が改善できない。
５〜２．０原子％がよい。この範囲でのＮｂの添加はほ
とんど純Ａｌの良好な耐電圧を低下させないことが特徴
である。Ｎｂが２．５原子％と多くなると、比抵抗の点
から配線材料として採用が難しくなるとともに、耐電圧
の低下の傾向が見られる。また、Ｎｂが０．５原子％未
満の場合は、ヒロックの発生が改善できない。
【００２７】図４には本発明の代表的な合金膜Ａｌ−１
原子％Ｎｂの３５０℃、真空中等温熱処理での比抵抗の
変化を示す。Ａｌ−Ｎｂ合金系においても熱処理温度は
最低２５０℃、最適には３５０℃以上であることがわか
る。高温熱処理の時の弊害については実施例１と全く同
様である。
原子％Ｎｂの３５０℃、真空中等温熱処理での比抵抗の
変化を示す。Ａｌ−Ｎｂ合金系においても熱処理温度は
最低２５０℃、最適には３５０℃以上であることがわか
る。高温熱処理の時の弊害については実施例１と全く同
様である。
【００２８】なお、本明細書においては説明の都合上液
晶デイスプレー内の配線として説明を行っているが、本
願発明に係わる配線材料は（１）電気抵抗が小さく、
（２）高温によってヒロック等の欠陥が生じないという
同様な要求特性を有する他の用途においても使用しうる
ものである。この用途が配線上を絶縁する必要性がある
場合はさらに本願発明の配線材料は適切なものとなる。
従って、例えば半導体のための配線材料などにも適用可
能である。また、本願発明に係わる組成の合金に、例え
ばＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ｃｕなどの従来同種の
配線材料で検討されてきた元素をその電気的特性、ヒロ
ックの発生率に影響しない程度に添加することも本願発
明の目的を達成する上で有効である。これらの元素はそ
の添加量が合計で０．１％を越えない時は本願発明の目
的を達成可能である。
晶デイスプレー内の配線として説明を行っているが、本
願発明に係わる配線材料は（１）電気抵抗が小さく、
（２）高温によってヒロック等の欠陥が生じないという
同様な要求特性を有する他の用途においても使用しうる
ものである。この用途が配線上を絶縁する必要性がある
場合はさらに本願発明の配線材料は適切なものとなる。
従って、例えば半導体のための配線材料などにも適用可
能である。また、本願発明に係わる組成の合金に、例え
ばＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ｃｕなどの従来同種の
配線材料で検討されてきた元素をその電気的特性、ヒロ
ックの発生率に影響しない程度に添加することも本願発
明の目的を達成する上で有効である。これらの元素はそ
の添加量が合計で０．１％を越えない時は本願発明の目
的を達成可能である。
【００２９】
【発明の効果】電気抵抗が１０μΩ・ｃｍ以下、好まし
い実施例では５μΩ・ｃｍ程度と極めて低く、高温にお
いてヒロック・ピンホール等の欠陥が発生せず、かつ、
陽極酸化によって強固な絶縁皮膜を容易に形成可能な配
線材料を得た。
い実施例では５μΩ・ｃｍ程度と極めて低く、高温にお
いてヒロック・ピンホール等の欠陥が発生せず、かつ、
陽極酸化によって強固な絶縁皮膜を容易に形成可能な配
線材料を得た。
【図１】液晶デイスプレーの画素部の平面図を示す。
【図２】液晶デイスプレーの画素部の断面図を示す。
【図３】本願発明の一つの実施例による熱処理時間が一
定の時の熱処理温度と比抵抗の依存性を示す。
定の時の熱処理温度と比抵抗の依存性を示す。
【図４】本願発明の他の実施例による熱処理温度が一定
の時の熱処理時間と比抵抗の依存性を示す。
の時の熱処理時間と比抵抗の依存性を示す。
【図５】本願発明の一実施例の３５０℃での熱処理を行
ったときにＸ線回折チャートを示す。
ったときにＸ線回折チャートを示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−45555（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297389（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−216070（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−299354（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18060（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−8250（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/336,21/768,29/786
Claims (7)
- 【請求項１】その組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）
1-xで表され、Ｍは希土類元素群から選択された少なく
とも一の元素であり、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれか
から選択された少なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜
９９．５原子％、ｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を
有する合金を２５０℃〜４５０℃で熱処理を施し該熱処
理後に陽極酸化膜を形成された配線材料。 - 【請求項２】その組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）
1-xで表され、Ｍは希土類元素群から選択された少なく
とも一の元素であり、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれか
から選択された少なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜
９９．５原子％、ｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を
有する合金からなり、その電気抵抗が１０μΩ・ｃｍ以
下である配線材料。 - 【請求項３】その組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）
1-xで表され、Ｍは希土類元素群から選択された少なく
とも一の元素であり、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれか
から選択された少なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜
９９．５原子％、ｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を
有する合金からなる配線材料であって、爾後の熱処理に
よってＡｌと上記ＮまたはＭで表される元素との金属間
化合物をマトリクス中に析出させ、その電気抵抗を１０
μΩ・ｃｍ以下に調製した配線材料。 - 【請求項４】さらに合計０．１原子％未満Ｃｒ，Ｔｉ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ｃｕのいずれか一種以上の元素を添加
し、その電気抵抗を１０μΩ・ｃｍ以下に調製したこと
を特徴とする請求項１ないし３の配線材料。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかの配線
材料のうちの少なくとも一つを含む、液晶デイスプレー
装置。 - 【請求項６】金属配線層の形成方法であって、 その組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）1-xで表され、
Ｍは希土類元素群から選択された少なくとも一の元素で
あり、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかから選択された
少なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜９９．５原子
％、ｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を有する合金の
薄膜を基板上に形成し、上記薄膜を２５０〜４５０℃で
熱処理することを含む、該熱処理後を陽極酸化する、金
属配線層の形成方法。 - 【請求項７】金属配線層の形成方法であって、 その組成式が実質的にＡｌx（ＭyＮ1-y）1-xで表され、
Ｍは希土類元素群から選択された少なくとも一の元素で
あり、ＮはＮｂ，Ｚｒ，Ｔａのいずれかから選択された
少なくとも一の元素であり、ｘ＝９８〜９９．５原子
％、ｙ＝０．１〜０．９を具備する組成を有する合金の
薄膜を基板上に形成し、上記薄膜を熱処理してＡｌと上
記希土類元素の金属間化合物をマトリクス中に析出さ
せ、上記配線層の電気抵抗が１０μΩ・ｃｍ以下に調製
されることを含む、金属配線層の形成方法。
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