JP4132869B2

JP4132869B2 - 半導体デバイス電極／配線

Info

Publication number: JP4132869B2
Application number: JP2002050355A
Authority: JP
Inventors: 敏洋釘宮; 隆大西; 秀夫藤井; 勝高畠
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003253437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイス電極／配線に関するものであって、特に、ドライエッチング処理を施して、薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ等の半導体デバイスの薄膜状の電極および配線を形成するのに好適なＡｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜、およびこの様な電極用膜／配線用膜を用いて得られる半導体デバイス電極／配線、更には該Ａｌ合金薄膜を形成するのに有用なスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの一つである液晶ディスプレイ(Liquid Cristal Display；以下、ＬＣＤと略す)は、従来の表示機器であるブラウン管よりも薄型化・軽量化・低消費電力化を図ることができ、しかも高解像度を達成することができることから、ブラウン管に取って代わる表示機器として広まりつつある。特にＬＣＤの中でも、画素のスイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor；以下、ＴＦＴと略す)を組み込んだ薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（Thin Film Transistor- Liquid Cristal Display；以下ＴＦＴ−ＬＣＤと略す）が主流になりつつある。
【０００３】
ここでＴＦＴとは、半導体薄膜に金属薄膜よりなる電極および配線が接続された能動素子をいい、半導体デバイス電極とは、該ＴＦＴの一部として使用される電極（薄膜状の電極および配線）と定義される。
【０００４】
上記半導体デバイス電極において電極／配線を構成する薄膜には様々な特性が要求され、低電気抵抗率の他、次のような特性が要求される。即ち、ＬＣＤ製造段階におけるＳｉ半導体層の形成工程等で３００〜４００℃程度の熱履歴を受けるが、薄膜の耐熱性が乏しい場合には、基板と薄膜との熱膨張係数の違いに起因する圧縮応力が駆動力となって突起物（ヒロック）が発生し、配線間で短絡や断線を引き起こす原因となる。従って熱履歴を受けた場合でも前記ヒロックを発生しない、優れたヒロック耐性が求められる。同様に、熱履歴を受けた場合に基板と薄膜との熱膨張係数の違いに起因する引張応力が駆動力となって生ずるくぼみ（ボイド）についても抑制された、優れたボイド耐性を有することが求められている。更に薄膜は、蒸着形成後のフォトリソグラフィー工程でフォトレジスト現像液等のアルカリ性溶液に曝されるが、この様なアルカリ性溶液による腐食は電極形状の精度を劣化させ、結果として電気的な短絡や断線を引き起こす原因となる。従って前記薄膜には、上記アルカリ性溶液等に対して優れた耐食性を有するものでなければならない。
【０００５】
本発明者らは、この様なＬＣＤの電極／配線に用いる薄膜の特性改善についてかねてより研究を進めており、その一環として先に特開２００１-２８３４８号を提案した。この発明は、Ａｌをベースとし、合金成分としてＹを０．３at％以上含有させるとともに、IVa族元素(Ｔｉ, Ｚｒ, Ｈｆ)のうち、１種または２種以上：合計で０．２at％以上含有せしめ、かつこれら合金元素の含有量が「０．３CＹ+３CIVa≦２(ただし、CＹはＹの含有量、CIVaはIVa族元素の含有量を示すものである)」を満たすように成分調整することで、低電気抵抗率、ヒロック耐性、ボイド耐性および耐食性を満足させることに成功したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら近年、ＴＦＴ−ＬＣＤの高画質化、高精細化とともに、Ａｌ薄膜電極用配線の線幅微細化が進められており、配線形成の方法として従来汎用されてきたウェットエッチング法(薬液によるエッチングによって配線パターニングを行う方法)から、ドライエッチング法(反応性プラズマによるエッチングによって配線パターニングを行う方法)へ移行しつつある。ウェットエッチング法では、薬液がパターニングのマスクであるレジストの下側にまわって配線側壁をエッチングするサイドエッチングと呼ばれる現象が発生することから、配線寸法・形状の精密な制御が難しい。これに対しドライエッチング法は、精密なエッチングを行うことができるので配線加工の制御性に優れており、特に線幅が２μｍ以下になるとドライエッチングでしか対応できないとされている。
前記ドライエッチングでは、真空容器内に載置した基板上にハロゲンガスであるＣｌ₂等を含む原料ガスを高周波電力によってプラズマ化し、他方で、基板（被エッチング材）を載置しているサセプタに別の高周波電力を印加することで、基板上にプラズマ中のイオンを引き込み、反応性プラズマとのイオンアシスト反応によって異方性のパターニングを行う方法が一般に用いられている。
【０００７】
この様なドライエッチングにおいては、エッチング残渣(ドライエッチング中に発生するエッチング残り)が多量に生じないことが重要となってくる。残渣が多量に残留すると、画素部での残渣による開口不良や配線間ショート、あるいは次工程での成膜不良などの問題が生じるからである。前記エッチング残渣量は、上記Ｃｌ₂プラズマによるドライエッチングの場合、生成する合金元素とのハロゲン化物、例えばＸＣｌ_n(Ｘ: Ａｌ合金に含まれる元素)の蒸気圧および含有量に影響を受け、前記公報に開示したＡｌ-Ｙ-(Ｔｉ, Ｚｒ, Ｈｆ)系合金の場合には、Ｙ塩化物やＹ酸化物がエッチング残渣として残存することがあるので、高精細な配線を形成すべくドライエッチング処理を適用するにあたっては、更なる検討を有するものと考えられる。
即ち、従来の電極用配線の材料においては、上述の如く低電気抵抗率、高ヒロック耐性、高ボイド耐性、高耐食性といった特性を満足させるべく検討が行われてきたが、これらに加えて良好なドライエッチング特性、詳細には、
▲１▼エッチング後の残渣発生量が抑制されていること、
▲２▼高エッチングレートであること、
▲３▼高レジスト選択性であること等が要求される。
ここでエッチングレートとは、ドライエッチングにおけるプラズマとＡｌ合金薄膜との反応速度の指標であり、このエッチングレートが高いほど、ドライエッチング処理に要する時間を短縮させることができ、結果として生産性を向上させることができる。
また、Ａｌ合金薄膜のエッチングレートとマスクとなるレジストのエッチングレートの比を「レジスト選択比」といい、このレジスト選択比が高い（高レジスト選択性である）こととは、マスクとなるレジストがエッチングされずに、下地のＡｌ合金薄膜が良好にエッチングされることをいう。
【０００８】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、これまで要求されている低電気抵抗率、高ヒロック耐性、高ボイド耐性、高耐食性を維持しつつ、前記ドライエッチング特性においても優れた性質を発揮するＡｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜を提供し、更には該電極用膜／配線用膜にドライエッチングを施して得られる半導体デバイス電極／配線、更に加えて該Ａｌ合金薄膜を形成するのに有用なスパッタリングターゲットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＡｌ合金薄膜形成用スパッタリングターゲットとは、合金成分として、Ｙ：０．０５ａｔ％以上０．３ａｔ％未満、IVa族元素：合計で０．２ａｔ％以上を含み、かつ下記式（１）を満たすところに特徴を有するものであり、前記IVa族元素として特に好ましいのはＺｒ及び／又はＨｆである。更に前記ターゲットは、スプレーフォーミング法にて製造されたものであることが好ましい。
０．３［Ｙ］＋３［IVa］≦２ …（１）
｛式中［Ｙ］はＹの含有量（ａｔ％）を示し、［IVa］はIVa族元素の含有量（ａｔ％）を示す｝
【００１０】
本発明に係る半導体デバイス電極用膜／配線用膜は、上記スパッタリングターゲット（以下、単にターゲットということがある）を用いて形成されたＡｌ合金薄膜を有するところに特徴があり、該Ａｌ合金薄膜の少なくとも片面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属または２種以上の合金よりなる薄膜が積層されているものを好ましい形態とする。
【００１１】
更に本発明は、上記半導体デバイス電極用膜／配線用膜にドライエッチング処理を施すことによって得られる半導体デバイス電極／配線も含むものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上述の通り、ドライエッチング処理を行って半導体デバイス電極における積層配線を形成するのに好適で、かつ低電気抵抗率で、優れたヒロック耐性、ボイド耐性および耐食性を有する電極用膜／配線用膜を得るべく検討を進めたところ、該電極用膜／配線用膜の電極／配線部分を構成するＡｌ合金薄膜の合金成分組成を制御すればよいことを見出した。そこで、Ａｌに様々な合金元素を添加したＡｌ合金ターゲットを製作し、該ターゲットを使用してスパッタリング法により種々の合金組成を有するＡｌ合金薄膜を形成し、前記特性の評価実験を行った。
【００１３】
その結果、Ａｌ−Ｙ−IVａ族元素系のＡｌ合金薄膜（以下、単に「Ａｌ−Ｙ−IVａ薄膜」ということがある）を基本とし、本発明で定める合金成分組成に調整すれば、良好なドライエッチング特性が得られるだけでなく、薄膜形成後の工程で繰り返し熱履歴を受けた場合であっても、ヒロック又はボイドを生じることのない、優れたヒロック耐性および高いボイド耐性を有し、更に６μΩ・cm以下の低電気抵抗率で、アルカリ性溶液に対して優れた耐食性を示すものとなることを見出し、本発明に想到した。
【００１４】
尚、本発明に係る電極用膜／配線用膜は、ドライエッチング処理に供され、ゲート電極、ソース／ドレイン電極、反射電極等として用いられるものである。以下の説明では、特に上記特性に大きな影響を与えるＡｌ合金薄膜に重点を置いて説明する。
【００１５】
＜ドライエッチング特性について＞
ドライエッチングにおいては、主として使用されるＣｌ₂ガスがプラズマによって解離され、Ｃｌラジカルを生成する。このＣｌラジカルは反応性が高く、被エッチング物であるＡｌ合金薄膜に吸着し、該Ａｌ合金薄膜表面にハロゲン化物を生成する。Ａｌ合金薄膜が形成された基板には、高周波バイアスが印加されるので、プラズマ中のイオンが加速されてＡｌ合金薄膜表面に入射し、このイオンボンバード効果によって、ハロゲン化物は蒸発し、基板が載置されている真空容器外へと排気されるのである。
【００１６】
ここでドライエッチングを効率良く行うには、前記ハロゲン化物が蒸気圧の比較的高いものであることを要する。蒸気圧が高ければ、Ａｌ合金薄膜の表面温度やイオンボンバードの物理的なアシストによって前記ハロゲン化物を蒸発させることができるが、ハロゲン化物の蒸気圧が低い場合には、表面にハロゲン化物が生成したまま蒸発せずに、エッチング残渣として残留してしまうからである。
【００１７】
本発明に係るＡｌ-Ｙ-IVa薄膜の場合、形成され得る塩化物であるＡｌＣｌ₃は高い蒸気圧を示し、またIVa族元素については、ＴｉＣｌ₄が１３６℃の沸点を有し、ＨｆＣｌ₄が３１７℃の昇華点を有し、ＺｒＣｌ₄が３３１℃の昇華点を有するなど、いずれも上記状況下にて容易に蒸発しうる高い蒸気圧を有していることが分かる。これに対して、Ｙのハロゲン化物であるＹＣｌ₃は融点が７０９℃の高融点化合物で蒸気圧も低いため、難エッチング材料(元素)と位置付けられる。一般に、難エッチング材料の場合には、ドライエッチング方法としてハロゲンとの反応性を利用する方法ではなく、イオンボンバードによる物理的なエッチング、いわゆるスパッタエッチングが適用される。
【００１８】
しかしながら、特に、Ａｌ合金薄膜をゲート電極とソース/ドレイン電極に用いるボトムゲート型のＴＦＴ-ＬＣＤのソース/ドレイン電極(配線)形成に、前記物理的なスパッタエッチングを適用する場合、既に下地にＴＦＴが形成されているため、高基板バイアスを印加して該物理的スパッタリングによるエッチングを行うと、下地トランジスタにプラズマダメージを与えたり、下地絶縁膜がエッチングされるなどの問題が生じてしまう。従って、種々の形態のＴＦＴ-ＬＣＤに適用させるべく、低基板バイアスを印加してハロゲンとＡｌ合金薄膜との反応性を利用するプラズマエッチングを行うにあたっては、Ａｌ-Ｙ-IVa薄膜におけるＹ含有量を以下の様に制御する必要があることを見出した。
【００１９】
即ち、後述する実施例２に示す通り、０．４at％のＹが含まれている場合には、エッチング後の残渣が鎖状に残留するのに対し、Ｙ含有量が０．２at％になると、残渣が点在する程度にまで低減することから、Ａｌ合金薄膜の合金成分として添加するＹ含有量を０．３at％未満に抑えることとした。Ｙ含有量は、好ましくは０．２at％以下、より好ましくは０．１５at％以下である。
【００２０】
この様にＹ含有量を０．３at％未満とすることによって、ボトムゲート型のＴＦＴ-ＬＣＤにおけるソース/ドレイン電極（配線）形成に適用する場合であっても、残渣の発生を極力抑えつつ低バイアス印加でのドライエッチングが可能となるのである。
【００２１】
更に本発明では、Ｙ含有量を０．３at％未満とすることによって、エッチング時における難エッチング性化合物の生成も抑えられるので、後述する図３に示す如くエッチングレートを高めることができ、結果として、半導体デバイス電極の生産性を向上させることができるのである。エッチングレートは、５００ｎｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。
【００２２】
尚、本発明は、上記プラズマエッチングの実施条件まで規定するものではなく、例えば、真空容器内にＣｌ₂を含む原料ガスを導入し、高周波電力を該真空容器内へ導入することによって、該原料ガスをプラズマ状態とし、真空容器内のサセプタ上に載置された基板にサセプタを介して高周波基板バイアスを印加してエッチングを行う方法等が挙げられる。
【００２３】
本発明は、この様に優れたドライエッチング特性を確保しつつ、低電気抵抗率で、優れたヒロック耐性、ボイド耐性および耐食性を発揮する電極用膜／配線用膜を得るべく検討を行ったものである。以下では、低電気抵抗率、高ヒロック耐性、高ボイド耐性および高耐食性を確保するための要件を規定した理由について説明する。
【００２４】
＜電気抵抗性について＞
本発明に係るＡｌ合金薄膜について、高精細ＬＣＤの電極用配線に要求される６μΩ・cm以下の低電気抵抗率を達成させるべく検討した。
【００２５】
図１は、Ａｌ合金薄膜中のＹ含有量およびＨｆ含有量と電気抵抗率との関係を示すグラフであり、実験は次の様にして行った。即ち、ＹとＨｆを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲットをスプレーフォーミング法により製造し、該ターゲットを用いて、DCマグネトロンスパッタリング法によって、直径６インチ、厚さ０．５mmのバリウム硼珪酸ガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、厚さ３５０nmのＡｌ合金薄膜(Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜)を蒸着して形成した。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｙ含有量を０．１〜５．０at％、Ｈｆ含有量を０．１〜０．７at％の範囲内で変化させた。次にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより電気抵抗率測定用パターンに加工し、その後、３００℃で３０分間保持する真空熱処理（真空度２．０×１０^-6Torr）を施した。この様にして得られた薄膜を用い、室温で直流四探針法により電気抵抗率を測定した。
【００２６】
この図１中の直線（点線）は、次式：０．３［Ｙ］＋３［IVa］＝２｛式中［Ｙ］はＹの含有量（ａｔ％）を示し、［IVa］はIVa族元素の含有量（ａｔ％）を示す｝で表される。
【００２７】
この図１から明らかな様に、点線よりも上方の領域（０．３［Ｙ］＋３［IVa］＞２の領域）では、図中に×印で示される通り、電気抵抗率は６μΩ・ｃｍ超となるが、上記点線よりも下の領域（０．３［Ｙ］＋３［IVa］≦２の領域）では、図中に○印で示される通り６μΩ・ｃｍ以下の低い電気抵抗率を示している。
【００２８】
従って本発明では、６μΩ・ｃｍ以下の低電気抵抗率を達成すべく、下記式（１）を満たすことを要件とした。
０．３［Ｙ］＋３［IVa］≦２ …（１）
｛式中［Ｙ］はＹの含有量（ａｔ％）を示し、［IVa］はIVa族元素の含有量（ａｔ％）を示す｝
【００２９】
この様に、電気抵抗率増加の原因となり得る合金成分であるＹとIVa族元素を添加した場合であっても、上記範囲内で６μΩ・ｃｍ以下といった低電気抵抗率を達成することができた理由は、次の様に考えられる。即ち、一般に、スパッタリング法により蒸着することによって得られるＡｌ合金薄膜において、合金元素は母相であるＡｌ中に固溶した状態にあり、伝導電子が該固溶元素に散乱されるため、Ａｌ合金薄膜は高い電気抵抗率を示す。本発明に係るＡｌ-Ｙ-IVa合金薄膜についても、合金成分であるＹおよびIVa族元素がＡｌ中へ固溶することで電気抵抗率の増加を引き起こすことが考えられる。ところが、Ａｌ合金薄膜形成後に加熱されることによって、上記合金成分がＡｌとの金属間化合物としてＡｌ合金中の粒界／粒内に析出するため、伝導電子の妨害とならずに６μΩ・ｃｍ以下といった低い電気抵抗率を達成できたものと考えられる。
【００３０】
ところで、後述する図７は、熱処理温度と熱処理後における電気抵抗率との関係を、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜中のＹ含有量別に示したグラフである。この図７より、約２５０℃以上の加熱温度では、Ｙ含有量の少ないＡｌ-０．１at％Ｙ-Ｈｆの方が、電気抵抗率がやや高めとなっている。従って本発明では、６μΩ・cm以下の低電気抵抗率を実現するための要件として、Ｙ含有量を０．０５at％以上とすることも定めた。好ましくは０．１at％以上である。
【００３１】
＜ヒロック耐性およびボイド耐性について＞
本発明では、ヒロック耐性およびボイド耐性を確保するため、IVa族元素を合計で０．２ａｔ％以上含有させねばならない。好ましくは合計で０．３ａｔ％以上である。
【００３２】
IVa族元素の種類は特に限定されるものではないが、Ｚｒ、Ｈｆのどちらか１種、または２種を併せて用いることが、前述した電気抵抗率の低下に加え、ヒロック耐性およびボイド耐性の向上にも有効であることから好ましく、特にＺｒよりもＨｆを含有させる方が、前記特性を更に確保し易くなることから望ましい。Ｈｆを含有させる場合、Ｈｆ含有量を０．３〜０．５at％の範囲内とするとともに、Ｙ含有量を０．１〜０．２at％にすれば、優れたヒロック耐性と低電気抵抗化を同時に実現できるので望ましい。
【００３３】
この様に、本発明に係るＡｌ-Ｙ-IVa薄膜中のIVa族合金元素量を制御することによって、繰り返し受ける熱履歴に対し高いヒロック耐性と高いボイド耐性を確保できた理由を以下に示す。
【００３４】
即ち、スパッタリング法によって得られたＡｌ-Ｙ-IVa薄膜において、合金元素であるＹおよびIVa族元素は母相であるＡｌ中に固溶しており、特に含有量の比較的多いIVa族元素の固溶強化によって、本発明に係るＡｌ-Ｙ-IVa合金薄膜は高い降伏応力を示す。また、IVa族元素を含有させることでＡｌの結晶粒が微細化され、この結晶粒微細化による結晶粒界強化によってもＡｌ-Ｙ-IVa薄膜の降伏応力は高くなる。従って、Ａｌ-Ｙ-IVa薄膜が最初の熱履歴を受ける際には、固溶強化と結晶粒強化による高い降伏抗力を示すため、塑性変形の一種であるヒロックおよびボイドの発生が抑制されるのである。そして、一度熱履歴を受けたＡｌ-Ｙ-IVa薄膜中では、IVa族元素の一部または全部がＡｌとの金属間化合物として析出するため、これらの金属間化合物による析出強化によってもＡｌ-Ｙ-IVa薄膜の高い降伏応力が維持し、ヒロックやボイドの発生を未然に防ぐことができるのである。
【００３５】
更に、本発明に係るＡｌ-Ｙ-IVa薄膜の少なくとも片面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属または２種以上の合金よりなる層を積層すれば、前掲の特開２００１-２８３４８号に開示したＡｌ-Ｙ-IVa合金薄膜なみに優れたヒロック耐性とボイド耐性を確保することができる他、Ａｌ合金薄膜をソース/ドレイン電極として用いた場合に、Ａｌ合金とITO透明電極との電気的コンタクト、アモルファスシリコンや多結晶シリコンとの電気的コンタクトが得られるので望ましいことが分かった。
【００３６】
上記積層する薄膜としては、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属の金属薄膜として形成することの他、Ｍｏ−Ｗ、Ｔｉ−Ｗ、Ｔａ−Ｗ等の２種の合金薄膜等を形成することが考えられ、クロムフリーとするなど環境に考慮し、かつ良好にドライエッチングを行うといった観点からはＭｏやＴｉを用いることが好ましい。また積層させる膜の膜厚は５０〜２００ｎｍとすることが好ましい。
【００３７】
上記積層膜はＡｌ合金薄膜の少なくとも片面に積層されているのがよく、例えば、Ｍｏ/Ａｌ合金/Ｍｏといった両面積層構にして、ＴＦＴ-ＬＣＤにおけるゲート電極もしくはソース/ドレイン電極に用いることが挙げられる。
【００３８】
尚、前記積層膜についても、特にその成膜法を限定するものではなく、Ａｌ合金薄膜の形成と同様に、スパッタリング法や真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法等によって蒸着形成することが可能である。
【００３９】
＜耐食性について＞
本発明で定める上記の合金成分組成とすれば、高レベルの耐食性も確保される。通常、Ａｌよりも貴な金属元素、例えばＣｏやＮｉ等が合金元素として含有されたＡｌ合金薄膜の場合、強アルカリ性の有機アルカリ系フォトレジスト現像液に曝されると著しく腐食され、Ａｌ合金薄膜の表面に孔食が発生する。これに対して本発明のＡｌ-Ｙ-IVa薄膜の場合には、Ａｌ合金薄膜中に含有されている合金成分；ＹおよびIVａ族元素が、いずれもＡｌより卑な金属元素であるため、強アルカリ性の有機アルカリ系フォトレジスト現像液に曝されても腐食することなく、高い耐食性を発揮するのである。
【００４０】
本発明に係る前記Ａｌ-Ｙ-IVa薄膜は、スパッタリング法や、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法によって蒸着形成することが可能である。特にスパッタリング法で行えば、合金成分：ＹおよびIVa族元素の均一性に優れたＡｌ-Ｙ-IVa薄膜を得ることができるので好ましい。また、ＹおよびIVa族元素は、平衡状態でのＡｌに対する固溶限が極めて小さいが、該スパッタリング法で蒸着形成すれば、ＹおよびIVa族元素が、平衡状態での固溶限を超えて多量にＡｌ中に強制固溶されることから、固溶強化を図ることができ、ヒロック耐性とボイド耐性をより高めることができるのである。
【００４１】
本発明では、上記の様なＡｌ合金薄膜を得る際に用いるスパッタリングターゲットについても検討を行った。気相コーティング法では、使用するターゲットの成分組成が、形成される皮膜の成分組成を決定付けることから、ターゲットの成分組成は、目的とする皮膜の成分組成と同一であることが好ましい。即ち、ドライエッチング特性等に優れた本発明のＡｌ合金薄膜を得るにあたっては、ターゲットとして、合金成分が、
Ｙ：０．０５ａｔ％以上０．３ａｔ％未満、
IVa族元素：合計で０．２ａｔ％以上、かつ
下記式（１）を満たすものを用いるのがよいのである。
０．３［Ｙ］＋３［IVa］≦２ …（１）
｛式中［Ｙ］はＹの含有量（ａｔ％）を示し、［IVa］はIVa族元素の含有量（ａｔ％）を示す｝
【００４２】
尚、ターゲットの製造に用いる原料あるいはターゲット製造時の雰囲気が原因で、ターゲット中に不可避的に混入する不純物は、成膜状態に悪影響を及ぼすことから、ターゲット中に含まれる酸素等の不純物元素は極力抑制するのがよい。
【００４３】
本発明に係るターゲットは、例えば溶解鋳造法、スプレーフォーミング法、粉末焼結法等で製造することができるが、その中でもスプレーフォーミング法で製造されたものが最もよい。その理由は、スプレーフォーミング法で製造すれば、合金成分のＹおよびIVa族元素が、母相であるＡｌ中に均一に固溶ないし分散して含まれる一体型となって材質が均一化され、かつ酸素等の不純物の混入も抑えられるからである。
【００４４】
従って、本発明のターゲットを用いた場合には、例えばＹのチップとIVa族元素のチップをＡｌスパッタリングターゲット上に配置したような、単に各元素成分のチップを組み合わせた分割型スパッタリングターゲットを使用した場合と比較して、得られるＡｌ合金薄膜の組成が安定しやすく、Ａｌ合金薄膜中の酸素量を低減できるので好ましい。
【００４５】
尚、上記溶解鋳造法とは、Ａｌ合金溶湯から鋳片を製造する方法のことで、上記スプレーフォーミング法とは、不活性ガス雰囲気中のチャンバ内でＡｌ合金溶湯流に高圧の不活性ガスを吹き付けて粉霧化し、半凝固状態の粉霧化粒子を受け皿に堆積させてビレットを製造する方法のことをいう。ターゲットとしては、これらの方法で得られた鋳片やビレットをそのまま用いたり、または適宜形成加工したものを用いることができる。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
実施例１
スプレーフォーミング法により、ＹとＨｆを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲット（Ｆｅ：０．００５％、Ｓｉ：０．００８％、Ｃ：０．００３％、酸素：０．０２６％、窒素：０．００７％、Ｃｕ：０．００５％含有、以下製造するターゲットについてもほぼ同じ）を製造した。このスパッタリングターゲットを用い、DCマグネトロンスパッタリング法によって、直径６インチ、厚さ０．５mmのバリウム硼珪酸ガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に積層させた厚さ２００nmのCVDシリコン酸化膜の更に上に、厚さ３００nmのＡｌ合金薄膜(Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜)を蒸着して形成した。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｙの含有量を０．１〜０．８at％の範囲内で変化させＨｆを０．４at％で一定とした、Ａｌ−ｘat％Ｙ−０．４at％Ｈｆ(x=０．１〜０．８)の合金層とした。
【００４８】
この薄膜表面上にg線のフォトリソグラフィ-によってポジ型フォトレジスト（ノボラック系樹脂；東京応化工業製のTSMR８９００、厚さは１．０μm）を線幅２．０μmのストライプ状に形成した。
【００４９】
次にドライエッチング処理を行うにあたって使用した装置について図２を用いて説明する。図２の装置において、チャンバ１上部には誘電窓２があり、さらに誘電窓上には１ターンのアンテナ３が載置されている。使用したプラズマ発生装置は、誘電窓２が平板タイプのいわゆるTCP(Transfer Coupled Plasma)と呼ばれるものである。アンテナ３には１３．５６MHzの高周波電力４が整合器５を介して導入される。
【００５０】
チャンバ１にはプロセスガス導入口６があり、ここからＣｌ₂を含むガスが導入される。基板（被エッチング材）７はサセプタ８上に載置される。サセプタ８は静電チャック９となっており、プラズマから基板に流入した電荷によって静電力によってチャッキング可能となっている。サセプタ周辺は石英ガラスのカラー１０と呼ばれる部材が載置されている。
【００５１】
チャンバ１内に導入されたＣｌ₂を含むプロセスガスは、誘電窓２上にあるアンテナ３に高周波電力を印加して生じた誘電磁場により、励起状態となりプラズマ化される。
【００５２】
さらにサセプタ８には整合器１１を介して４００kHzの高周波電力１２が導入され、サセプタ８に載置された基板（被エッチング材）７に高周波バイアスが印加される。この高周波バイアスによってプラズマ中のイオンが基板に異方性をもって引き込まれ、垂直エッチングなどの異方性エッチングが可能となる。
【００５３】
図３に、前記図２に示す装置を用いてドライエッチング処理を行った場合のエッチングレートに及ぼすＡｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜中のＹ含有量の影響を示す。この実験に用いたプロセスガスはＣｌ₂/ＢＣｌ₃またはＡｒ/Ｃｌ₂/ＢＣｌ₃、アンテナに印可した電力は５００Ｗ、基板バイアスは４０Ｗ、プロセス圧力は１３mTorrであり、基板温度はサセプタの温度とし、２０℃とした。
【００５４】
この図３から、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜のエッチングレートはＹ含有量に依存し、Ｙの低含有化とともにエッチングレートが増加しており、難エッチング材料であるＹ含有量を減少させることで、高反応性を確保できることがわかる。
【００５５】
実施例２
次に、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜中のＹ含有量がドライエッチング処理で発生する残渣量に与える影響について調べた。エッチング処理には、前記実施例１と同様にガラス基板−シリコン酸化膜−Ａｌ合金薄膜(Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜)を形成させたもので、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜中のＹ含有量が０．１at％、０．２at％および０．４at％の３種類のものを用いた。またプロセスガスとしてＣｌ₂/ＢＣｌ₃（１２０/６０sccm）を用い、高周波RFを５００Ｗ、基板バイアスを４０Ｗ、基板温度を２０℃とした。エッチング時間は下地シリコン酸化膜が露出する瞬間までの時間、いわゆるジャストエッチング時間とした。
（１）エッチング処理後の結果を図４（走査型電子顕微鏡写真）に示す。図４における上段は上面写真、中段はその一部拡大写真、下段は斜め上面(断面を含む)写真である。
【００５６】
この図４から、Ｙの低含有化とともに残渣の発生が抑制されており、Ｙ：０．４at％の場合には、残渣が鎖状となって多量に残留しているが、Ｙ：０．２at％では、残渣が点在する程度にまで抑えられていることが分かる。
（２）図５は、エッチング処理時間をジャストエッチング時間の５０％追加、いわゆる５０％オーバーエッチング時間とし、プロセスガスとしてＣｌ₂/ＢＣｌ₃（１２０/６０sccm）を用い、それ以外の実験条件を上記図４と同様としたときの、エッチング処理後の結果を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【００５７】
この図５と前記図４を比較すると、エッチング処理時間を長くすることで残渣量は減少し、またその密度も低減していることが分かる。
（３）次に、プロセスガスに希ガスであるＡｒを添加してイオンアシスト反応を強めたエッチング処理を行った。その結果を図６に示す。図６は、エッチング処理時間を５０％オーバーエッチング時間とし、プロセスガスとしてＡｒ/Ｃｌ₂/ＢＣｌ₃（１２０/６０sccm）を用い、それ以外の実験条件を上記図４と同様としたときの、エッチング処理後の結果を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【００５８】
この図６から、プロセスガスに希ガスであるＡｒを添加することによって、イオンアシスト反応を強めることができ、エッチング後の残渣発生を更に抑制できることがわかる。
【００５９】
実施例３
次に、熱履歴がＡｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜の電気抵抗率に与える影響について、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜のＹ含有量を変化させて調べた。実験は、スプレーフォーミング法でＹとＨｆを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲットを製造し、このスパッタリングターゲットを用いて、DCマグネトロンスパッタリング法にて、直径２インチ、厚さ０．５mmのバリウム硼珪酸ガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、厚さ３００nmのＡｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜を形成した。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｙの含有量を０．１at％または０．２at％としＨｆを０．４at％で一定とした、Ａｌ−ｘat％Ｙ−０．４at％Ｈｆ(x=０．１or０．２)の合金層とした。
【００６０】
この薄膜表面上にg線のフォトリソグラフィ-によってポジ型フォトレジスト（ノボラック系樹脂；東京応化工業製のTSMR８９００、厚さは１．０μΩ）を線幅２．０μΩのストライプ状に形成した。そしてウェットエッチングにより線幅１００μｍ、線長１０ｍｍの電気抵抗率測定用パターン状に加工した。ウェットエッチングにはH₃PO₄:HNO₃:H₂O=７５:５:２０の混合液を用いた。そして熱履歴を与えるため、前記エッチング処理後に、ホットウォール方式の熱処理炉にて、上記薄膜に加熱温度を２００〜４５０℃の範囲で変化させ、該温度で３０分間保持する真空熱処理(真空度２．０×１０^-6Torr以下)を施した。
【００６１】
この実験結果を、前記熱処理における加熱温度と電気抵抗率の関係として図７に示す。図７より、Ｙ０．２at％含有のＡｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜は熱処理温度３００℃で電気抵抗率が５．８４μΩ・cmであり、Ｙ０．１at％含有のＡｌ-Ｙ-Ｈｆは熱処理温度３５０℃で電気抵抗率５．８２μΩ・cmと、熱履歴を受けることにより６μΩ・cm以下の低電気抵抗率を実現できることが分かった。
【００６２】
実施例４
次に、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ薄膜のＹ含有量がヒロック密度およびボイド密度に与える影響を調べた。
【００６３】
実験は、スプレーフォーミング法でＹとＨｆを所定量含有するＡｌ合金よりなるスパッタリングターゲットを製造し、このスパッタリングターゲットを用いて、DCマグネトロンスパッタリング法にて、直径２インチ、厚さ０．５mmのバリウム硼珪酸ガラス基板（コーニング社製♯１７３７ガラス）上に、膜厚２００ｎｍのＣＶＤシリコン酸化膜を形成し、その上に膜厚１５０ｎｍのＭｏ金属薄膜をスパッタリングで形成後、膜厚３００nmのＡｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜を蒸着形成し、更にその上に膜厚１５０ｎｍのＭｏ金属薄膜をスパッタリングで形成して、構造がＭｏ/Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ/Ｍｏ/SiO₂/ガラス基板の積層膜を得た。前記Ａｌ合金薄膜は、Ｙの含有量を０．１〜０．４at％の範囲内で変化させＨｆを０．４at％で一定とした、Ａｌ−ｘat％Ｙ−０．４at％Ｈｆ(x=０．１〜０．４at％)の合金層とした。
【００６４】
得られた積層膜の表面に、フォトリソグラフィ-によってポジ型フォトレジストを線幅１００μｍのストライプ状に形成した。そして、ホットウォール方式の熱処理炉を用い、上記薄膜に熱処理温度３００℃で３０分間保持する真空熱処理（真空度２．０×１０^-6Torr）を５回繰り返して施し、各熱処理回数後におけるヒロック密度(単位表面積あたりに発生するヒロックの数)およびボイド密度(単位表面積あたりに発生するボイドの数)を光学顕微鏡による表面観察で測定して求めた。
【００６５】
表面観察の結果から、熱処理５回後の０．１at％Ｙ、０．２at％Ｙおよび０．４at％Ｙ含有のいずれのＡｌ-Ｙ-Ｈｆにおいても、ヒロック密度は１×１０⁹ｍ^-2以下と実用上問題ないことが分かった。またボイド密度が０．１×１０⁹ｍ^-2以下とボイドについても実用上問題がないことが分かった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されており、本発明に係る半導体デバイス電極用膜／配線用膜として、配線パターンの高微細化を図ることのできるドライエッチングを施すのに最適で、かつ熱履歴を受けた後に６μΩ・cm以下もの低電気抵抗率を達成することができ、更に該熱履歴を受けた場合であってもヒロックおよびボイドが発生し難いといった、優れたヒロック耐性およびボイド耐性を発揮できるものが得られた。そして、この様な優れた特性を有する半導体デバイス電極用膜／配線用膜の実現によって、より高精細な半導体デバイス電極／配線が得られることとなった。
【００６７】
また、本発明のスパッタリングターゲットは、この様な半導体デバイス電極用膜／配線用膜におけるＡｌ合金薄膜の形成をスパッタリング法により行うのに好適で、形成されるＡｌ合金薄膜の組成が安定し、より前記特性の安定した半導体デバイス電極が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ合金薄膜についてのＹ含有量およびＨｆ含有量と電気抵抗率との関係を示すグラフである。
【図２】実施例で用いたドライエッチング用装置の概略図である。
【図３】実施例１に係るＡｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜中のＹ含有量とドライエッチング処理時のエッチングレートの関係を示すグラフである。
【図４】実施例２に係るドライエッチング処理後のSEM写真である。
【図５】実施例２に係るドライエッチング処理後のSEM写真である。
【図６】実施例２に係るドライエッチング処理後のSEM写真である。
【図７】実施例３に係る熱処理温度と熱処理後に測定した電気抵抗率の関係を、Ａｌ-Ｙ-Ｈｆ合金薄膜中のＹ含有量別に示したグラフである。
【符号の説明】
１チャンバ
２誘電窓
３アンテナ
４高周波電力（アンテナ側）
５整合器（アンテナ側）
６プロセスガス導入口
７基板（被エッチング材）
８サセプタ
９誘電チャック
１０カラー
１１整合器（基板側）
１２高周波電力（基板側）

Claims

合金成分として、Ｙ：０．０５ａｔ％以上０．３ａｔ％未満、Ｈｆ：０．２ａｔ％以上を含み、かつ下記式（１）を満たすＡｌ合金薄膜を有する半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜に、ドライエッチング処理を施して得られることを特徴とする半導体デバイス電極または半導体デバイス配線。
０．３［Ｙ］＋３［Ｈｆ］≦２ …（１）
｛式中［Ｙ］はＹの含有量（ａｔ％）を示し、［Ｈｆ］はＨｆの含有量（ａｔ％）を示す｝
前記半導体デバイス電極用膜または半導体デバイス配線用膜は、前記Ａｌ合金薄膜の少なくとも片面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＷおよびＴａよりなる群から選択される１種の単体金属または２種以上の合金よりなる薄膜が積層されたものである請求項１に記載の半導体デバイス電極または半導体デバイス配線。