JPH0335524A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置に係わり、特にその電極配線に関す
る。

（従来の技術） 非晶質シリコン（ａ−８ｉ）膜を用いた薄膜トランジス
タ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）をスイッチング素子として用いて構成
されるアクティブマトリックス型液晶表示装置の表示画
素をできるだけ小さくし、且表示装置を大面積化するた
めには、ＴＰＴへの信号線であるゲート配線を細く且長
くすることが必要である。従来、逆スタガー型のＴＰＴ
構造の場合、その電極配線にはＴａやＴｉあるいはＣｒ
の上にＭ　ｏ　Ｓ　ｉ　２を積層したものなどの薄膜が
使用されているが、更に表示装置の大面積化、高精密化
を図るためには、より低抵抗で加工性が良く、しかもそ
の後の薬品処理工程での耐性に優れた電極配線が望まれ
ている。またスタガー型のＴＰＴ構造のものにおいては
、ドレイン、ソース電極配線に、やはり上記の特性が要
求される。

一方、単結晶Ｓｉ基板を用いた半導体集積回路、例えば
、Ｄ−ＲＡＭに代表されるメモリ集積回路で用いられる
ＭＯＳ）ランジスタのゲート電極、配線には、不純物ド
ープ多結晶シリコン膜が使用されている。しかしながら
更に低電力化、スイッチング速度の向上を図るために、
より低抵抗な電極配線が要求されている。また現在、集
積回路のＡＪ配線で問題となっているストレスマイグレ
ーションによる断線は、絶縁保護膜であるパッシベーシ
ョン膜を高温度で成膜するために生じる問題であり、Ａ
Ｊ２−Ｓｔ−Ｃｕを始めとするＡＩ２配線の合金化、或
はパッシベーション成膜の低温化等により、信頼性の回
復を図っているが、充分なものは得られていなかった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のａ−３ｔ膜或は単結晶Ｓｉ基板等を
用いた半導体装置において、更なる素子の微細化、高集
積化を図るためには、電極配線の抵抗が大きな問題とな
っている。また電極配線としては、加工性に優れ、各種
熱処理、薬品処理に対する耐性に優れ、且配線のストレ
スマイグレーション耐性向上も望まれている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、素子の微
細化、大面積化、高集積化および高信頼性化を可能とし
た電極配線を有する半導体装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、Ｔａ酸化物あるいはこれとＮｂ酸化物及びＭｏ酸化
物の少なくとも一方とを含んだ複合酸化物で被覆されて
なる電極配線を有することを特徴とする半導体装置であ
る。

また本発明は、Ｔａ単体あるいはこれにＮｂ及びＭｏの
少なくとも一方を含んだ合金よりなる中間金属膜層を介
して、Ｔａ酸化物あるいはこれとＮｂ酸化物及びＭｏ酸
化物の少なくとも一方とを含んだ複合酸化物で被覆され
てなる電極配線を有することを特徴とする半導体装置で
ある。

本発明に係る半導体装置の電極配線においては、その内
部に低抵抗配線材料が配設される。この配線材料として
具体的には、純ＡＪ、純Ａｕ、純Ａｇ、純Ｃｕや、Ａｌ
２−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｇ５ＡＪ２−Ｔｉ、ＡＪ−Ｔａ％Ａ
Ｊ−Ｃｒ、ＡＪ２−Ｉｎ。

Ｃｕ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ａｇ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ａｇ５Ａ
ｕ−ＰｄＳＡｕ−Ｃｕの各合金等があげられる。なお、
これらの配線材料中には、溶質としてＳｔ等がｌｖｔ％
程度含まれていても良い。

次にこうした低抵抗配線材料を、Ｔａ酸化物あるいはこ
れとＮｂ酸化物あるいはＭｏ酸化物の少なくとも一方と
を含んだ複合酸化物で被覆して本発明に係る電極配線と
する。このＮｂ酸化物の含有量としては配線の加工性、
密着性、耐薬品性。

絶縁耐圧を考慮すると６０ｖｔ％以下さらには３３ｖｔ
％以下とすることが好ましい。またＭｏ酸化物の場合も
６０ｖｔ％以下さらには３０ｖｔ％以下とすることが好
ましい。

さらにはこうした酸化物による被覆と、低抵抗配線材料
との間にさらにＴａ単体あるいはこれにＮｂ及びＭｏの
少なくとも一方を含んだＴａ合金よりなる中間金属膜層
を介在させて電極配線とする。そして、この中間金属膜
層にＴａ合金を用いる場合、添加されているＮｂ及びＭ
Ｏはそれぞれ３５ｖｔ％以下とすることが好ましい。

本発明において低抵抗配線材料を被覆する酸化物の層は
、例えば、あらかじめ形成した低抵抗配できる。またこ
の時その陽極酸化を制御することにより、低抵抗配線材
料上に中間金属膜層を残してその外側を酸化物の層で被
覆した構成の電極配線を得ることができる。

またこれら酸化物や中間金属膜層においてその形成時に
混入し得るＡｒ、Ｃ，Ｎ等が５原子％以下程度含まれる
のは、電極配線としては許容範囲内である。

なお、本発明において、低抵抗配線材料の配設及び中間
金属膜層を形成する場合、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ５＠
気抵抗加熱法、スパッター法、電子ビーム蒸着法何れに
よるものでも良く、スパッター法の場合、２見開時スパ
ッター、合金ターゲットによるもの、或はモザイク状タ
ーゲットによるもの何れによるものでも良い。また、酸
化物層の形成法は、前述した金属膜の陽極酸化法が最も
望ましいが、その他金属膜の熱酸化、或は、ＣＶＤ、プ
ラズマＣＶＤ、化成スパッター法等、何れの方法によっ
ても良い。

（作　用） 本発明で用いるＴａはテーパー加工性に優れ、かつ陽極
酸化によって形成されたＴａ酸化物は、緻密な膜である
ため、その後の耐薬品性に関しても、半導体プロセスで
使用されるＳＨ処理（Ｈ２ＳＯ４：　Ｈ２０２−３：　
１）等に対しても良好な耐性を有している。さらにその
酸化物が低温で形成されること及び酸化時に膨張で配線
材料自体に低温で圧縮応力がかかるため、低抵抗配線材
料のストレスマイグレーション耐性をも向上させる。

一方Ｎｂは、陽極酸化終了後に残存する可能性のあるＴ
ａ膜の電気抵抗を下げる働きがある。

Ｔａは、スパッター等で成膜すると、バルク材（ｂ　ｃ
　ｃ）とは異なった構造（ｂｅｔ）通称β−Ｔａとなり
、そのため電気抵抗が上昇する。Ｎｂ添加は、その様な
Ｔａ薄膜の結晶構造をバルク材と同様なりｃｃ構造とし
、電気抵抗の低下をはかることかできる。Ｍｏ添加も同
様である。

（実施例） 以下に本発明の実施例を詳述する。

実施例１〜１６ 第１図は、本発明に於ける配線構造の一実施例を示す断
面模式図であり、アクティブマトリックス型液晶表示装
置の配線部を模擬したものである。

こうした構造を用いて以下のように試料を形成した。

まず透明ガラス基板上（１）に、スパッター法によりＡ
Ｊ−１％Ｓ　ｉ−０，５％Ｃｕ膜を形成し、リソグラフ
ィ　（ＰＥＰ）、パターンニング、配線シンターし、配
線幅６８ｍ１厚さ１５００λの低電気抵抗材料による配
線（２）を形成した。次に、スパッター法により、第１
表に示す組成の膜（上層膜）を各々１０００λ成膜し、
ＰＥＰ、パターンニング（テーパー加工）を行ない、そ
の後、陽極酸化により酸化膜ｆｉ（４）を形成した。そ
してこの陽極酸化により、上記上層膜全てを酸化したも
の（実施例１〜８）及び９００Åの厚さまで酸化し残り
を中間金属膜層（３）として残したもの（実施例９〜１
６）の双方を形成した。なお、この中間金属膜層の厚さ
は、下記試験後その断面を測定することにより調べたも
のである。

こうして得られた各試料に対して、それぞれ（１）　　
第２図に示した四端子パターン形状にて電気抵抗測定し
た（抵抗測定距離１＋ａｍ）。また（２）洗浄液として
使用されるＨ２　ＳＯ，十Ｈ２Ｏ２中沸騰処理による耐
薬品性試験を行なった。さらに、 （３）ＬＣＤプロセスを想定して、第１図に示すように
酸化膜層〈４）の上にさらに、２００ｎｍのＳｉＮ膜よ
りなるパッシベーション膜（５〉を形成し、続いて３０
０ｎａ＋のノンドープのａ−Ｓｉ膜（６）　、５００ｎ
ｇのｎ　型ａ　−Ｓ　ｆ　ａｌ＋（７）を堆積し、この
上に５０ｎｍのＭＯ膜（８〉を形成して、実デバイス模
擬による評価を７行なった。これらの結果を第１表に示
した。

比較例１〜４ 実施例１と同様の形状を有する、Ｔａ単層、Ｃ「単層、
ＭｏＳｉＯ２単層及びＴｉ単層をそれぞれ用いてなる電
極配線を形成し、これらを比較ｆｌＪ　１〜４とした。

そしてこれらも実施例１と同様の試験を行った。この結
果を第１表に併記した。

ＴＳ１表 第１表から明らかなように、本発明に係る電極配線では
、テーパー加工性、陽極酸化膜特性（耐薬品性等）、及
び実配線模擬の堆積膜の健全性等縁てに於て、現用材で
あるＴａ膜と同程度の健全性を持ち、しかも配線抵抗に
おいては、Ｔａ単層のまた、酸化膜の耐圧測定をベタ膜
、陽極酸化膜試料にて測定した結果、すべて３　Ｘ　１
０６Ｖ／ｃｍ以上であった。

実施例１７ Ｓ　ｉ　（１００）基板上に熱酸化膜（Ｓ　ｉ　０２膜
）を１０００入形成後、ＡＪ２−１％５ｉ−０，５％Ｃ
ｕをスパッターにて７０００人威膜、ＰＥＰ、配線加工
を行い、幅１μｍ配線を形成し、４５０℃にてシンター
熱処理を行った。続いて、Ｔａ−２０％Ｎｂを同様にス
パッターにて１０００Å成膜後、ＰＥＰ。

配線加工、陽極酸化を行い、引続きリンドープ５ｉ０２
膜４０００λ、プラズマＳｉＮ膜１４０００Åを順次形
成した。以上の試料に、１５０℃、３０００時間保持試
験を行ったが、配線の断線は発生しなかった。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、比抵抗が非常に小
さく、加工性、安定性、ストレスマイグレーション耐性
に優れた配線または電極を備えた高集積度で高信頼性を
有する半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体装置の一実施例を示す断面模
式図、第２図は、本発明の実施例中にて、電気抵抗１１
１１定に使用した四端子パターンの形状を示す模式図で
ある。 １・・・ガラス基板、２・・・配線、３・・・中間層金
属、４・・・酸化膜層、５・・・パッシベーション膜、
６−ａ　−Ｓ　ｉ膜、７−ｎ＋型ａ−８ｔ膜、８・・・
Ｍｏ膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｔａ酸化物あるいはこれとＮｂ酸化物及びＭｏ酸
   化物の少なくとも一方とを含んだ複合酸化物で被覆され
   てなる電極配線を有することを特徴とする半導体装置。
2. （２）Ｔａ単体あるいはこれにＮｂ及びＭｏの少なくと
   も一方を含んだＴａ合金よりなる中間金属膜層を介して
   、Ｔａ酸化物あるいはこれとＮｂ酸化物及びＭｏ酸化物
   の少なくとも一方とを含んだ複合酸化物で被覆されてな
   る電極配線を有することを特徴とする半導体装置。