JPH02301554A - Production of thin tantalum film - Google Patents

Production of thin tantalum film

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JPH02301554A
JPH02301554A JP12253089A JP12253089A JPH02301554A JP H02301554 A JPH02301554 A JP H02301554A JP 12253089 A JP12253089 A JP 12253089A JP 12253089 A JP12253089 A JP 12253089A JP H02301554 A JPH02301554 A JP H02301554A
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JP
Japan
Prior art keywords
nitrogen
oxygen
sputtering
etching
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP12253089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Mori
義明 森
Haruo Saegusa
三枝 晴夫
Katsuhiro Takahashi
克弘 高橋
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

PURPOSE:To uniformize etching distribution and to arbitrarily control etching speed by carrying out sputtering by the use of a Ta cathode while regulating the mixing ratio of nitrogen gas in a gaseous mixture consisting of argon, oxygen, and nitrogen to <=5%. CONSTITUTION:As a sputter gas for a magnetron sputtering device, a gaseous mixture of argon, oxygen, and nitrogen is used. The mixing ratio of nitrogen in the above gaseous mixture is regulated to <=5%. Then, sputtering is carried out by the use of tantalum as a cathode. By this method, etching distribution can be uniformized and etching speed can be arbitrarily controlled.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は液晶ディスプレイ等に用いられる、透明なタン
タル薄膜の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing a transparent tantalum thin film used in liquid crystal displays and the like.

[発明の概要] 本発明は液晶ディスプレイ等のタンタル薄膜の製造方法
であり、アルゴン、酸素、窒素の混合ガスを用い、前記
窒素ガスの混合比を5%以下としりアクティブスパッタ
を行うことにより、エツチングレイトを任意に、かつ基
板内で均一にすることが可能な、透明絶縁膜を得る手段
である。
[Summary of the Invention] The present invention is a method for manufacturing a tantalum thin film for liquid crystal displays, etc., in which active sputtering is performed using a mixed gas of argon, oxygen, and nitrogen with the mixing ratio of the nitrogen gas being 5% or less. This is a means of obtaining a transparent insulating film that allows the etching rate to be arbitrarily made uniform within the substrate.

〔従来の技術) 従来は透明なタンタルの絶縁膜を得る手段として、酸素
とアルゴンの混合ガスを用いて、スパッタを行っていた
[Prior Art] Conventionally, as a means of obtaining a transparent tantalum insulating film, sputtering was performed using a mixed gas of oxygen and argon.

また、ハイブリッドICの受動素子に用いられるタンタ
ル薄膜として、特開55−107774があるが、この
時酸素を混合ガスとして使ったか不明であると共に、窒
素の混合比が5%以上となっている。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-107774 describes a tantalum thin film used in a passive element of a hybrid IC, but it is unclear whether oxygen was used as a mixed gas and the mixing ratio of nitrogen is 5% or more.

〔発明が解決しようとする課題1 しかし、基板が大きくなるに従い、酸素とアルゴンの混
合ガスでスパッタ成膜されたクンタル薄膜(TaOx)
は、その成膜装置によってはエツチング分布の不均一を
招くばかりではなく、また装置によれずどもエツチング
レイトをコントロールしすらい、一方、酸素、アルゴン
、窒素の混合ガスを用いたタンタル薄膜では、窒素の混
合比が5%以上だとエツチングレイトが著しく遅くなる
という欠点を有していた。
[Problem to be Solved by the Invention 1] However, as the size of the substrate increases, the amount of Kuntal thin film (TaOx) formed by sputtering with a mixed gas of oxygen and argon increases.
However, depending on the film forming equipment, it not only causes non-uniform etching distribution, but also requires controlling the etching rate regardless of the equipment.On the other hand, in tantalum thin films using a mixed gas of oxygen, argon, and nitrogen, When the mixing ratio of nitrogen is 5% or more, the etching rate becomes extremely slow.

そこで本発明は、このような問題を解決するもので、そ
の目的とするところは、大型の基板を使用する液晶ディ
スプレイ等の、透明かつ絶縁膜に用いるタンタル薄膜(
TaOx)へ窒素をわずかにドーピングすることにより
(5%以下)、エツチング分布が均一で、かつそのスピ
ードを任意にコントロール可能ならしめるタンタル薄膜
の製造方法を提供するところにある。
The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to improve tantalum thin films (
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tantalum thin film in which the etching distribution is uniform and the etching speed can be arbitrarily controlled by doping a small amount of nitrogen (5% or less) into TaOx.

[課題を解決するための手段] 本発明のクンタル薄膜の製造方法は、マグネトロンスパ
ッタ装置を用い、そのスパッタガスとしてアルゴン(A
r)、酸素(O□)、窒素(N、)の混合ガスを使用し
、さらに前記窒素の混合比を5%以下とし、カソードに
クンタル(Ta)を用いてスパッタを行うことを特徴と
する。
[Means for Solving the Problems] The method for producing a Kuntal thin film of the present invention uses a magnetron sputtering device and uses argon (A) as the sputtering gas.
r), using a mixed gas of oxygen (O□), and nitrogen (N, .

窒素の混合比を5%以上としても、それで得られたタン
タル薄膜のエツチングレイトは変化しないばかりか、ス
パッタレイトが、小さいという欠点だけが出てくる。
Even if the mixing ratio of nitrogen is increased to 5% or more, the etching rate of the resulting tantalum thin film does not change, and the only drawback is that the sputtering rate is small.

「実 施 例] 以下に本発明の実施例を図面にもとずいて説明する。第
1図は本実施例で用いたスパック装置を示す。
``Example'' An example of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1 shows a spacing device used in this example.

真空チャンバl内に回転する基板ホルダ2を備え、それ
と対向し、かつ基板ホルダ2の回転軸よりずれた位置に
ターゲット4(タンタル)を設けた構成としている。ガ
ラス基板14のサイズは25cmX30cmである。こ
のチャンバl内にアルゴン72SCCM酸素40SCC
M、窒素のドープ流量を0からIO3CCMまで変化さ
せた混合ガスを導入しスパッタした時の、ガラス基板1
4の中心部と端部におけるスパッタレイト分布を第2図
に示す。
A rotating substrate holder 2 is provided in a vacuum chamber 1, and a target 4 (tantalum) is provided at a position opposite to the rotating substrate holder 2 and offset from the rotation axis of the substrate holder 2. The size of the glass substrate 14 is 25 cm x 30 cm. Inside this chamber argon 72sccm oxygen 40sccm
M, glass substrate 1 when sputtering was performed by introducing a mixed gas in which the nitrogen doping flow rate was varied from 0 to IO3CCM.
FIG. 2 shows the sputter rate distribution at the center and end portions of No. 4.

第2図より明らかな様に窒素ドープ流量が増えるとスパ
ッタレイトは低下する。また、ガラス基板14の中心部
と端部における分布は、窒素ドープ流量に関係なく均一
である。
As is clear from FIG. 2, as the nitrogen doping flow rate increases, the sputtering rate decreases. Furthermore, the distribution at the center and edges of the glass substrate 14 is uniform regardless of the nitrogen doping flow rate.

この傾向は、アルゴン、窒素の流量を一定として、酸素
の流量を増やした時も表われる。すなわち反応性ガスの
分圧を増すと、スパッタレイトが低下するという、−M
的な傾向と言λる。
This tendency also appears when the flow rate of oxygen is increased while keeping the flow rates of argon and nitrogen constant. In other words, increasing the partial pressure of the reactive gas lowers the sputtering rate, -M
It is said that this tendency is λ.

以上のようにスパッタレイトだけみると、特別な窒素ド
ープ効果はない。
As mentioned above, when looking only at the sputtering rate, there is no special nitrogen doping effect.

第3図に、同様にアルゴン72SCCM、酸素40SC
CM、窒素を0からIO3ccMまで変化させた混合ガ
スを、導入しスパッタしたタンタル、1IPNのエツチ
ングレイトを示す。
In Figure 3, argon 72SCCM and oxygen 40SCCM are similarly shown.
The etching rate of tantalum and 1IPN sputtered by introducing a mixed gas in which CM and nitrogen were varied from 0 to IO3ccM is shown.

エツチングはフレオン(CF4)と酸素の混合ガスを用
いた一般的なドライエツチング法で、その装置自身に起
因するエツチング分布はない事をすでに確認している。
Etching is a general dry etching method using a mixed gas of freon (CF4) and oxygen, and it has already been confirmed that there is no etching distribution caused by the device itself.

第3図より、窒素ドープ流量0、すなわちアルゴンと酸
素のみで得られたスパッタ薄膜は、ガラス基板14の中
心部と端部においてエツチングレイトの著しい差を生じ
る。ここで、酸素の流量を増しても、ガラス基板I4の
中心部と端部の両方において、わずかにエツチングレイ
トの低下はあるものの、その差は改善されない。
As can be seen from FIG. 3, a sputtered thin film obtained using only argon and oxygen at a nitrogen doping flow rate of 0 causes a significant difference in etching rate between the center and the edges of the glass substrate 14. Here, even if the flow rate of oxygen is increased, although there is a slight decrease in the etching rate at both the center and the edges of the glass substrate I4, the difference is not improved.

このような、エツチング分布の原因は、成膜条件、特に
成膜装置の構造、構成によるところが多いと考える。第
4図に本実施例で用いたスパック装置でのガラス基板1
4の中心部と端部におけるデポジションの様子を示す、
ガラス基板14の中心部は常に一定のデポジション量が
あるのに対して、端部は基板ホルダ2の回転と同一周期
を持つ交流的な成膜となる6そして、端部の総膜厚は中
心部のそれと同一となる。しかし、膜質は異なる。特に
酸素の膜中への取り込みという点で両者は異なる。ガラ
ス基板14の端部は中心部に比べ酸素の取り込み量が少
なく、かつダングリングホントあるいはボイドが多いの
ではないかと思われる。従って、中心部よりエツチング
レイトが大きくなると考える。また、スパッタ時の酸素
分圧(流量)を増しても、その成膜の仕方により膜中へ
の酸素の取り込み量にはそれぞれ限度があるのではない
か、従って、エツチングレイトの分布は改善されない。
It is believed that the cause of such an etching distribution is largely due to the film forming conditions, particularly the structure and configuration of the film forming apparatus. FIG. 4 shows a glass substrate 1 in the spacing device used in this example.
4 shows the state of deposition at the center and edges,
While there is always a constant amount of deposition at the center of the glass substrate 14, at the edges the film is formed in an alternating current manner with the same period as the rotation of the substrate holder 26.Then, the total film thickness at the edges is It will be the same as that in the center. However, the membrane quality is different. The two differ in particular in the way oxygen is taken into the film. It seems that the edges of the glass substrate 14 take in less oxygen than the center, and there are many dangling spots or voids. Therefore, it is considered that the etching rate is larger than that in the center. Furthermore, even if the oxygen partial pressure (flow rate) during sputtering is increased, there may be a limit to the amount of oxygen taken into the film depending on the method of film formation, and therefore the etching rate distribution will not be improved. .

第3図に戻り、窒素を2.5SCCM (混合比2.2
%)ドーピングしてスパッタしたタンタル薄膜のエツチ
ングレイト分布は、大幅に改善される。これは、ガラス
基板14の端部に多いダングリングボンドを窒素が埋め
たあるいはボンドの減少による効果だと考える。そして
、窒素ドープ流量6SCCM(in合比5%)位まで、
エツチングレイトは徐々に低下する。
Returning to Figure 3, add nitrogen at 2.5SCCM (mixing ratio 2.2
%) The etching rate distribution of doped and sputtered tantalum thin films is significantly improved. This is thought to be due to nitrogen filling in the dangling bonds that are common at the edges of the glass substrate 14 or due to a reduction in the number of bonds. Then, up to the nitrogen doping flow rate of 6SCCM (in combined ratio 5%),
The etching rate gradually decreases.

同様の実験をターゲット・前面基板通過型インラインス
パック装置で成膜したタンタル薄膜について行った。
A similar experiment was conducted on a tantalum thin film deposited using an in-line spacing device that passes through the target and front substrate.

この時は、窒素ドープ流量が0の時にもエツチングレイ
ト分布はなかった。これは前述の理由による。すなわち
、ガラス基板14の中心部と端部において、成膜方法が
同じであるからだと考える。また、窒素の混合比3%ま
で、エツチングレイトは徐々に低下し、それ以後は飽和
した。
At this time, there was no etching rate distribution even when the nitrogen doping flow rate was 0. This is for the reason mentioned above. In other words, it is thought that this is because the film formation method is the same at the center and at the edges of the glass substrate 14. Further, the etching rate gradually decreased until the nitrogen mixing ratio reached 3%, and then became saturated.

これらの実験より言えることは、装置による成膜方法の
違いがあっても、窒素を微量ドーピングしてスパッタす
ることにより、エツチングレイト分布は均一となるとい
うことであり、また、さらに窒素ドープ流量を最高混合
比5%まで増やすことにより、エツチングレイトを徐々
に低下、すなわちコントロールすることが可能であると
いうことである。
What can be said from these experiments is that even if there are differences in film formation methods depending on the equipment, the etching rate distribution can be made uniform by sputtering with a small amount of nitrogen doped. By increasing the maximum mixing ratio to 5%, the etching rate can be gradually lowered, that is, controlled.

それではエツチングレイトをコントロールできることに
よるメリットを説明する。
Next, we will explain the advantages of being able to control the etching rate.

第5図、第6図、第7図のそれぞれ(a)は、ガラス基
板14上に本実施例のタンタル薄膜13を成膜し、さら
に金属膜12(絶縁膜でも可)を重ねて成膜し、レジス
ト11でパターンニングを行った後、ドライエツチング
を行った時のプロファイルを示す、(b)は、その後レ
ジストを剥離し、さらに金属膜15(絶縁膜でも可)を
成膜した時のプロファイルを示す。
5, 6, and 7 (a) show that the tantalum thin film 13 of this embodiment is formed on a glass substrate 14, and then a metal film 12 (an insulating film is also acceptable) is further formed. (b) shows the profile when dry etching is performed after patterning with the resist 11. (b) shows the profile when the resist is then peeled off and a metal film 15 (an insulating film is also acceptable) is further formed. Show profile.

第5図は、タンタル薄11113と金属膜12のエツチ
ングレイトがほぼ同程度の時のプロファイルである。こ
の時は金属膜15の断線はおこらない。
FIG. 5 shows a profile when the tantalum thin film 11113 and the metal film 12 have approximately the same etching rate. At this time, disconnection of the metal film 15 does not occur.

第6図は、タンタル薄11i13のエツチングレイトが
金属l112のそれより大きい場合のプロファイルであ
る。この時は、タンタル薄膜13のエツジ部分が金属膜
12のそれよりオーバエッチされる。従って、その上の
金属膜15は断線する。
FIG. 6 shows a profile when the etching rate of tantalum thin film 11i13 is larger than that of metal l112. At this time, the edge portion of the tantalum thin film 13 is etched more than that of the metal film 12. Therefore, the metal film 15 thereon is disconnected.

また逆に、第7図は、タンタル薄膜13のエツチングレ
イトが金属膜12のそれより小さい場合のプロファイル
である。この時は、金属膜12のエツジ部分がオーバエ
ッチされる。この時も同様に金属11115は断線する
Conversely, FIG. 7 shows a profile when the etching rate of the tantalum thin film 13 is smaller than that of the metal film 12. At this time, the edge portion of the metal film 12 is overetched. At this time, the metal 11115 is similarly disconnected.

以上のように、タンタル薄膜13のエツチングレイトを
コントロールし、金属刃112のエツチングレイトと同
程度とすることにより、その上層膜である金属膜15の
断線を防ぐことが可能となる。これは、エツチングレイ
トをコントロールできることのメリットのひとつである
As described above, by controlling the etching rate of the tantalum thin film 13 and making it comparable to the etching rate of the metal blade 112, it is possible to prevent disconnection of the metal film 15, which is the upper layer film. This is one of the advantages of being able to control the etching rate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、アルゴン、酸素、窒素を用い、かつ
上記窒素ガスの混合比を5%以下としてスパッタするこ
とにより、それで得られたタンタル薄膜のダングリング
ボンドを埋め、あるいはボイドを減少させ窒化度を調整
し、エツチングレイトの分布を均一とすると共に、エツ
チングレイトそのものをコントロールできるという効果
を有する。
As described above, by sputtering using argon, oxygen, and nitrogen at a mixing ratio of 5% or less of the nitrogen gas, it is possible to fill the dangling bonds in the resulting tantalum thin film or reduce the voids and nitride it. This has the effect that the etching rate can be adjusted to make the distribution of the etching rate uniform, and the etching rate itself can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例に用いたスパッタ装置の模式第2図はタ
ンタル薄膜成膜時の窒素ドープ流量とスパッタレイトと
の関係を示す図。 第3図はタンクル薄膜成膜時の窒素ドープ7M量と、そ
の薄膜のエツチングレイトとの関係を示す図。 第4図は実施例に用いたスパック装置のデポジションの
様子を示す図。 第5図、第6図、第7図はタンタル薄膜のエツチングの
プロファイルを示す図。 1・・・真空チャンバ 2・・・基扱ホルダ 4・・・ターゲット 11・・・レジスト 12・・・金属膜 13・・・タンタル薄膜 14・・・ガラス基板 15・・・金属膜 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴 木 喜三部(他1名)第 1 口 墾素ド′−]・廐% (sccハ) 免 Z  図 窒素トーフOテた量 αccが) め 3 区 第 4 g ca)             cb)隼らB 寛]口
FIG. 1 is a schematic diagram of the sputtering apparatus used in the example. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between nitrogen doping flow rate and sputtering rate during tantalum thin film formation. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of 7M nitrogen doped during the formation of a tankle thin film and the etching rate of the thin film. FIG. 4 is a diagram illustrating the deposition process of the spackle device used in the example. FIGS. 5, 6, and 7 are diagrams showing the etching profile of a tantalum thin film. 1...Vacuum chamber 2...Substrate handling holder 4...Target 11...Resist 12...Metal film 13...Tantalum thin film 14...Glass substrate 15...Metal film and above Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Representative Patent Attorney Kisanbe Suzuki (and 1 other person) No. 1 Nitrogen tofu Ota amount αcc) Me No. 3 4 g ca) cb) Hayabusa B Hiroshi] mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、マグネトロンスパッタ装置を用い、そのスパッタガ
スとしてアルゴン(Ar)、酸素(O_2)、窒素(N
_2)の混合ガスを使用し、さらに、前記窒素の混合比
を5%以下とし、カソードにタンタル(Ta)を用いて
スパッタを行うことを特徴とするタンタル薄膜の製造方
法。
1. Using a magnetron sputtering device, the sputtering gas is argon (Ar), oxygen (O_2), nitrogen (N
A method for producing a tantalum thin film, using the mixed gas of _2), further setting the mixing ratio of nitrogen to 5% or less, and performing sputtering using tantalum (Ta) as a cathode.
JP12253089A 1989-05-16 1989-05-16 Production of thin tantalum film Pending JPH02301554A (en)

Priority Applications (1)

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JP12253089A JPH02301554A (en) 1989-05-16 1989-05-16 Production of thin tantalum film

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JP12253089A JPH02301554A (en) 1989-05-16 1989-05-16 Production of thin tantalum film

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6036823A (en) * 1995-08-11 2000-03-14 Denso Corporation Dielectric thin film and thin-film EL device using same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6036823A (en) * 1995-08-11 2000-03-14 Denso Corporation Dielectric thin film and thin-film EL device using same

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