JP3859119B2

JP3859119B2 - 電子部品用薄膜配線

Info

Publication number: JP3859119B2
Application number: JP2000390064A
Authority: JP
Inventors: 英夫村田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002190212A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、薄膜センサ−、磁気ヘッド等の薄膜電子部品の電気配線、電極等に用いられる電子部品用薄膜配線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作成するＴＦＴ−ＬＣＤ、薄膜センサ−等や、セラミック基板上に素子を形成するに用いる電気配線膜、電極等には、従来から耐食性、耐熱性、基板との密着性に優れる高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられている。
現在、ＬＣＤ分野においては、大型化、高精細化に伴い配線膜、電極膜には信号の遅延を防止するために低抵抗化の要求がある。たとえば、１２インチ以上の大型カラーＬＣＤに用いられる配線では比抵抗を３０μΩｃｍ以下にすることが要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、純Ｔａ膜やＴａ合金膜は耐食性に優れるが、薄膜にした場合β−Ｔａとなり、比抵抗は１８０μΩｃｍと非常に高い膜となるという問題がある。
また、純Ｔｉ膜やＴｉ合金膜では六方最密構造（ｈｃｐ）を有しており、５０μΩｃｍと高い抵抗値しか得られない。
さらに、純Ｃｒ膜やＣｒ合金膜は３０μΩｃｍ以下の比抵抗を得られるが、配線膜や電極膜とする場合にエッチングを行うとそのエッチング液中に有害なＣｒイオンが生成することが問題となっている。
【０００４】
上記した純ＣｒおよびＣｒ合金膜、純ＴａおよびＴａ合金膜、純ＴｉおよびＴｉ合金膜以外では、純Ｍｏ膜，純Ｗ膜，純Ａｌ膜およびＡｌ合金膜についての検討もされている。
しかし、純Ｍｏ膜、純Ｗ膜では比抵抗は低いが耐食性に問題があることが知られている。
また、純Ａｌ膜およびＡｌ合金膜では、上述の高融点金属膜より比抵抗は低いが耐食性や薄膜デバイスを製造する際の工程での加熱によりヒロックが発生したり、断線する等の耐熱性や信頼性に問題がある。
上述のように、高融点な材質で低比抵抗と耐食性、耐熱性を有する配線材料が望まれるため、最近では高融点金属の合金による配線材質も提案されてきている。
たとえば、特開平７−３０１８２２号に提案されるＭｏ−Ｃｒ合金を用いることで耐熱性と耐食性を兼ね備えた導電性のある膜が得られるとされている。また、ＷＯ９５／１６７９７ではＭｏ−Ｗ合金で耐食性を改善する事が可能であると述べられている。
【０００５】
しかし、特開平７−３０１８２２号のようなＭｏ−Ｃｒ合金膜では、エッチング時に有害なＣｒ化合物が発生するという問題がある。
また、ＷＯ９５／１６７９７のようなＭｏ−Ｗ合金膜では、低抵抗な膜が得にくく、また、エッチング時に残さやむらが発生しやすい問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑み薄膜配線に要求される耐食性、耐熱性、基板との密着性に優れた高融点金属膜において、より低抵抗な電子部品用薄膜配線を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高融点金属膜、特に低抵抗なＭｏに種々添加元素を加えたＭｏ合金膜を検討し、その中でも、ＮｂやＶを含有する合金膜は、有害なＣｒを含有せず、低抵抗で高い耐食性を有することを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、基板上に金属膜を形成した薄膜配線において、前記金属膜はＭｏを主体として、さらにＶ，Ｎｂから選ばれるの１種以上を含有する合金からなる電子部品用薄膜配線である。
【０００８】
さらに、本発明の電子部品用薄膜配線は、体心立方晶の結晶構造を有し、Ｘ線回折強度比（１１０）／（２００）が４以下であることが好ましい。さらに望ましくは前記回折強度の比は２以下が良い。
また、本発明の電子部品用薄膜配線は、上記のような組成、組織とすることで、比抵抗を３０μΩｃｍ以下とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品用薄膜配線で最も重要とするところは、Ｍｏを主体とし、Ｖ，Ｎｂの１種以上を含むとしたことである。
本発明でＭｏを主体とした理由は、耐食性や低抵抗性を実用上兼ね備えた元素であり、さらにＣｒに比較し、エッチング等によるプロセス上で発生する生成物が有毒でない等、今後の地球環境等に配慮した電子部品用薄膜配線に最も適した元素であるためである。
通常、電子部品用薄膜配線を形成させる元素としては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗが考えられる。しかし、Ｃｒは耐食性やエッチング等のプロセスの安定性等で優れた元素であるが、上述したようにエッチング液中に有毒な六価Ｃｒが生成する。また、Ｗは、低抵抗が得にくいのと、基板への密着性が低いといった問題が提起されている。
【００１０】
また、Ｍｏに添加する合金としてはＣｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等が考えられる。これらはＭｏに添加しても大幅な抵抗値の増加はなく、耐食性の向上に効果がある。
しかし、Ｃｒを加えた場合、エッチング時に有毒なＣｒ化合物が発生し、また、Ｗ、Ｔａではエッチング時に残さやむらが生じやすい。
このため、本発明でＭｏに添加する元素はＶ、Ｎｂとした。これらの元素を１種以上含む合金膜とすることで、低抵抗で高い耐食性を有し、エッチング残さが生じにくいＭｏ合金膜となる。
Ｖ、Ｎｂから選ばれる１種以上の元素の添加量は３〜５０原子％が望ましい。５原子％以下では耐食性向上の効果が低く、５０原子％を超えると抵抗値が増加してしまうためである。
上述のＶやＮｂを添加しても大きく抵抗値が増加しない理由は定かではないが、２元系金属に平衡相状態図から判断すると高温域で全率固溶であり、化合物相等が形成されないことと関与していると考えられる。
【００１１】
また、本発明の電子部品用薄膜配線は、体心立方晶の結晶構造を有し、Ｘ線回折強度比（１１０）／（２００）が４以下となっていることが好ましい。このような結晶構造、Ｘ線回折強度比とすることにより、低い比抵抗を安定して得ることが可能となる。
通常、薄膜形成においては結晶の最密面で成長することが知られており、Ｃｒ、Ｍｏ等の立方晶の場合(１１０)に強く配向した膜が得られる。
しかし、本発明者が詳細に配向性と抵抗値の関係を調べた結果、低抵抗な膜では（２００）の回折線が強くなっていることを見いだした。つまり、（２００）の回折線を強くすれば、より低抵抗な薄膜配線とすることができるのである。
【００１２】
さらに詳細に調べてみると、（１１０）と（２００）のＸ線回折での強度比である（１１０）／（２００）としては４以下で安定して低い比抵抗が得られていることが明らかとなった。
この理由は不詳ではあるが、（２００）となることで膜中の欠陥が減少するためか、膜表面形態の変化により電子の表面散乱が抑制されていることが考えられる。
本発明によれば、上述したように、ＭｏにＶ、Ｎｂ添加したＭｏ合金膜とし、さらにその膜の結晶構造を制御することで、電子部品用薄膜配線において、信号遅延を起こし、性能低下に影響を及ぼす比抵抗を３０μΩｃｍ以下、さらに好ましくは２０μΩｃｍ以下の薄膜金属配線を得ることが可能となる。
このような本発明の薄膜は、組成調整したターゲットをスパッタリングして得ることができる。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
以下に検討した薄膜配線の製造工程およびその膜の測定方法を示す。
まず、１５０℃に加熱したガラス基板上に表１に示す組成の膜をＤＣマグネトロンスパッタ法で２００ｎｍ形成した。
形成したスパッタリング薄膜の比抵抗を４端子法で測定し、リン酸と塩酸を含有したエッチング液を用いてエッチングした際の残さの有無を確認した。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１に示したようにＭｏにＣｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａを添加したＭｏ合金膜は比抵抗の増加は少ないが、Ｔｉ、Ｚｒを添加した場合は大幅に比抵抗が増大していることがわかる。
エッチング残さは、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉを添加したＭｏ合金膜で発生した。Ｎｂも添加量が５０原子％を超えると残さが発生するが、Ｍｏが主体のＭｏ合金では残さはほとんど発生しなかった。
以上のように、ＭｏにＶ，Ｎｂ、Ｃｒを添加したＭｏ合金膜で低抵抗と良好なエッチング性を有したＭｏ合金膜が得られることがわかる。しかし、Ｃｒを添加した場合、エッチング液中に有毒な六価クロム化合物が生成することが確認され、その廃液処理方法が問題となった。
【００１６】
（実施例２）
次にガラス基板上にＭｏに各種の添加元素を加えたＭｏ合金膜をＤＣマグネトロンスパッタ法で２００ｎｍ形成した。
その際にスパッタ条件であるターゲットへの投入電力、基板加熱温度を種々変化させたスパッタリング薄膜を形成した。得られた膜の比抵抗を４端子法で測定した。また、Ｘ線回折法により、各回折線の強度を測定し、（１１０）と（２００）との回折強度比を求めて配向比とした。それぞれの結果を表２に示す。なお、得られた膜はすべて体心立方晶であった。
【００１７】
【表２】

【００１８】
表２に示すように、スパッタ条件により、金属膜の比抵抗は大きく変化しているが、抵抗値の低い膜で（１１０）／（２００）の回折強度比が小さくなっていることがわかる。特にＭｏ−Ｖ系で比抵抗が小さいことがわかる。このように上記回折強度比の小さな膜で比抵抗が小さいことがわかる。
また、合金元素としてはＭｏにＴｉ、Ｚｒを添加した場合、比抵抗は大きく増大してしまうが、Ｖ、Ｎｂでは比抵抗の増大は小さい。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明はＭｏにＶ、Ｎｂを含有させたＭｏ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ合金膜としたＭｏ合金膜とすることで、低抵抗と高耐食性と良好なエッチング性を有する電子部品用薄膜配線を得ることが可能となる。さらに、これらのＭｏ合金膜において、体心立方晶の結晶構造を有し、Ｘ線回折で測定した（１１０）回折強度と（２００）回折強度の比（１１０）／（２００）を４以下とすることで、薄膜配線において求められる低い抵抗値可能な電子部品用薄膜配線を安定に得ることができるものである。

Claims

基板上に金属膜を形成した薄膜配線において、前記金属膜はＭｏを主体として、さらにＶ，Ｎｂから選ばれる１種以上を含有する合金からなることを特徴とする電子部品用薄膜配線。
前記電子部品用薄膜配線は、体心立方晶の結晶構造を有し、Ｘ線回折強度比（１１０）／（２００）が４以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用薄膜配線。
前記電子部品用薄膜配線は、比抵抗が３０μΩｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品用薄膜配線。
スパッタリング薄膜でなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品用薄膜配線。