JP4743645B2

JP4743645B2 - 金属薄膜配線

Info

Publication number: JP4743645B2
Application number: JP2008085630A
Authority: JP
Inventors: 英夫村田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2008263191A

Description

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金属薄膜配線に関するものである。

ガラス基板上に薄膜デバイスを作成する薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）や、セラミック基板上に素子を形成する薄膜センサ−等に用いる電気配線膜には、近年、低抵抗なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の純金属膜またはそれらを主体とする合金膜が用いられるようになった。一般的にこれらの膜は、電気配線膜として要求される耐熱性、耐食性、密着性のいずれかがに劣るために、電気配線を形成するためのプロセスに十分耐えられないという問題点がある。

そこで、上記の問題点を解決するために、基板に対する下地膜やカバー膜として、高融点金属であるＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ等の薄膜を形成することが検討され、その中で耐熱性、耐食性、密着性、コスト面、さらに環境保全の視点からＭｏやＭｏ合金が広く用いられるようになってきている。例えば、液晶表示装置において、Ａｌ配線と積層するＭｏ合金膜として、ＭｏにＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂを添加する合金膜が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８４３２６号公報

上述のＭｏ合金膜は、Ａｌ配線との積層膜として耐熱性やエッチング性に優れることは記載されているが、Ａｌよりさらに低抵抗なＡｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜との密着性、さらにＡｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜の抵抗値の上昇を抑制する下地膜、カバ−膜として優れた特性を有するＭｏ合金に関しては何ら開示されていない。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、密着性の確保と抵抗値の上昇を抑制した下地膜あるいはカバ−膜を有する金属薄膜配線を提供することである。

本発明者は、Ａｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜に積層される下地膜やカバー膜として望ましいＭｏ合金膜を探索するために、Ｍｏに種々の添加元素を加えたＭｏ合金ターゲットを作製し、系統的にスパッタリングによりＭｏ合金膜を形成し、Ｍｏ−Ｔｉ合金が望ましいことを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、Ａｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜の下地膜として、Ｔｉを１０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。
また、本発明は、Ａｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜のカバー膜として、Ｔｉを１０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。

以上のように、本発明によれば耐食性に優れ、さらにＡｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜との密着性に優れたＭｏ合金膜が積層された金属薄膜配線得られるため、薄膜電子部品の電気配線、電極等に用いられ産業上の利用価値は高い。

本発明のＭｏ合金膜は、Ｍｏを主体としたＴｉを含有するＭｏ合金膜であり、有害なＣｒを含有せず、ＡｇやＡｇ合金膜等の下地膜として高い耐熱性、耐食性および密着性を有する金属薄膜を得ることができる。

Ｍｏに添加する元素としてＴｉを選定した理由は、Ｍｏの耐食性を向上させる効果があるためである。さらにＴｉはＡｇ、Ｍｏの両者とも固溶域を有する元素であるため、低抵抗なＡｇまたはＡｇ合金膜の下地膜やカバー膜として、ＭｏにＴｉを添加することにより、密着性が向上する。さらに、結晶格子のミスフィット低減によりＡｇまたはＡｇ合金膜の抵抗値の増加抑制に効果が高いためである。

ここで、Ｔｉの添加量は２〜５０原子％が望ましい。２原子％未満では形成した膜の耐食性向上の効果が低く、５０原子％を超えるとエッチング性が低下してしまう。また、ＡｇおよびＡｇ合金膜の格子の整合を十分にとるにはＴｉの添加量は１０％以上が望ましい。１０％以下ではＡｇとの結晶格子のミスフィットが５％以上と大きくなるためである。
また、ＴｉはＡｇと同様にＩｂ族元素として共通するＣｕやＡｕとも固溶域を有する。このために、ＭｏにＴｉを添加したＭｏ−Ｔｉ合金膜はＣｕ、ＡｕやＣｕ、Ａｕを主体とする合金膜との密着性も向上するため、これらの膜の下地膜、カバ−膜として用いることが可能である。

上述のようにスパッタリングにより形成された膜の組成は、そのターゲット組成と相関が強く、上記組成のターゲットを用いることで、同様な組成の膜を形成することが可能であり、各種特性に優れた金属膜が得られる。

本発明のＭｏ合金膜薄は、スパッタリングにより得られる膜の特性を向上、安定化させるために、含まれる不純物はできる限り少ない方が好ましい。具体的には、ガス成分を除いた含有比にて、Ｍｏ、Ｔｉの合計が９９．９質量％以上の純度を有していることが好ましい。加えて、遷移金属であるＦｅを３００ｐｐｍ以下、Ｎｉを２００ｐｐｍ以下、アルカリ金属であるＮａ、Ｋ、Ｃａをそれぞれ５ｐｐｍ以下、放射性元素であるＵ、Ｔｈをそれぞれ１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。

特に、現在の主流である非晶質Ｓｉ、さらに高精細な低温多結晶Ｓｉを用いた薄膜トランジスタ駆動の液晶ディスプレイに本発明のＭｏ合金膜を用いる場合には、これらの半導体素子の接合リークを引き起こす遷移金属の低減が有効であり、Ｆｅは３００ｐｐｍ以下、Ｎｉは２００ｐｐｍ以下、さらには各々５０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。また、α線を放出し半導体素子の誤動作を引き起こす放射性元素の低減も有効であって、Ｕ、Ｔｈは各々１ｐｐｍ以下、さらには０．１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。加えて、ガス成分を除いた上記の純度も、９９．９％以上、さらには９９．９９％以上が望まれる。

さらに、本発明のスパッタリングにより得られるＭｏ合金膜の特性をさらに向上、安定化させるために、膜の特性に関与するガス成分であるＯ（酸素）含有量を１０００ｐｐｍ以下、Ｃ（炭素）含有量を５００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。Ｏが１０００ｐｐｍ以上にもなると、抵抗値や膜応力が増加するとともに、エッチング性に影響を与える。このためＯ含有量は１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらには１００ｐｐｍ以下と少ない方がより好ましいことは言うまでもない。同様にＣ含有量についても５００ｐｐｍ以下、さらには５０ｐｐｍ以下とすることで膜特性をより安定化させることができる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
まず、下記した各種の製造方法で純金属およびＭｏ合金ターゲットを製造した。
［製法Ａ］
真空度３×１０^−３Ｐａの到達圧力の電子ビーム溶解装置を用いて直径１５０ｍｍのインゴットを製造し、切り出してターゲットを製造する方法を（ＡＥ）、プラズマ溶解により直径１００ｍｍのインゴットを作製し、同様に製造にする方法を（ＡＰ）とする。
［製法Ｂ］
所定の組成になるよう粉末を混合し、焼結する方法である。うち、カーボンのモールド中に挿入し、ホットプレスにより製造した焼結体から切り出す方法を（ＢＰ）とする。なお、そのホットプレスの面圧は３０ＭＰａとし、その温度はＭｏ合金においては１３００℃とした。一方、軟鋼製のカプセルに封入し、ＨＩＰ処理して製造した焼結体から切り出す方法を（ＢＨ）とする。なお、Ｍｏ合金においてそのＨＩＰ処理の圧力は１２０ＭＰａ、加熱温度は１０００℃とした。また、粉末を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）で加圧成形体としたものを焼結する方法を（ＢＳ）とする。なお、焼結の際には水素焼結炉を用いて、その加熱温度は１７００℃とした。

さらに、上記した製法Ａ、Ｂにおいては、その溶解法で製造したインゴット、または焼結体に鍛造、圧延の塑性加工を行なう方法は（Ｒ）を添え字に用いた。塑性加工の際には、加工性を向上させるために素材を加熱し、その温度はＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉでは各々１２００℃、１０００℃、６００℃、Ｍｏ合金では８００〜１０００℃とした。その素材をカプセルに封入して塑性加工を行なった。
以上の各種製造方法にて板状のターゲット素材を作製し、機械加工により所定の大きさのターゲットを製造した。

表１に示す組成のタ−ゲットを種々の製造方法で作製し、スパッタリング装置に取り付けてガラス基板上に膜厚２０ｎｍ形成した。形成した後に温度８０℃の純水に３０分浸積した後膜表面の変色の有無を確認して耐食性の評価とした。また、同様に形成した膜厚４０ｎｍの膜を下地膜として、その上にＡｇ−Ｚｒ−Ｃｕ合金膜を２００ｎｍ形成した。その後、Ａｇ合金膜上にスコッチテ−プを貼り付けて斜め４５℃方向に引き剥がしＡｇ合金膜との密着性を評価した。膜が完全に剥がれた物を×、一部が剥がれたものを△、剥がれていないが欠陥が出た物を○、全く剥がれなかった物を◎とした。

耐食性評価を行うと純Ｍｏ膜と純Ｔｉ膜は変色し、Ｔｉ量が５０原子％越えたＭｏ−６０Ｔｉ合金膜も変色したが、純Ｃｒ膜およびＴｉを２〜５０原子％添加したＭｏ−Ｔｉ合金膜は変色しなかった。このため、純Ｃｒ膜および本発明のＭｏ−Ｔｉ合金膜で耐食性が良好である事がわかる。Ａｇ合金との密着性は、純金属の中では試料Ｎｏ．３の純Ｔｉ膜が良い。また、Ｍｏ合金ではＴｉを２原子％以上含んだＭｏ−Ｔｉ合金膜で密着性が良好で有ることがわかる。以上のことから耐食性、Ａｇ合金に対する密着性の良い下地膜はＭｏ−Ｔｉ合金であり、その添加量は２〜５０原子％であることがわかる。

Claims

Ａｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜の下地膜として、Ｔｉを１０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜が積層されてなることを特徴とする金属薄膜配線。
Ａｇ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜あるいはこれらを主体とする合金膜のカバー膜として、Ｔｉを１０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜が積層されてなることを特徴とする金属薄膜配線。
前記下地膜が、Ｔｉを３０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜であることを特徴とする請求項１に記載の金属薄膜配線。
前記カバー膜が、Ｔｉを３０〜５０原子％含有し、残部Ｍｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ合金膜であることを特徴とする請求項２に記載の金属薄膜配線。