JPH0424925A - 薄膜部品用配線材料 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＬＳＩ、ハイブリッドＩＣ１表示パネルなど、
薄膜形成技術を用いて作製される電子部品、すなわち薄
膜部品に使用される配線材料に関する。

〔従来の技術〕

薄膜部品にはその用途、製造プロセスにより、各種の配
線材料が使用されている。例えばＬＳＩではＡＱ　（ア
ルミニウム）、Ｗ（タングステン）。

ＭＯ（モリブデン）、あるいは各種シリサイドなどが、
一方表示パネルではＣｒ（クロム）、ＭＯｌＴａ（タン
タル）、Ｔｉ（チタン）等が一般に用いられている。こ
れらは、配線材料としての電気抵抗が低いことは勿論で
あるが、さらにＳｉＯ２（二酸化ケイ素）やガラスとの
接着性、エツチング加工のしやすさ、あるいは耐熱性、
耐酸化性などさまざまな観点からその用途、製造プロセ
スに合った材料が選択されて使用されている。

上記のうち、ＭＯは耐熱性に優れ、また電気抵抗も比較
的低いこと、エツチング加工が容易なこと、またその加
工寸法精度が良好なことから、比較的よく使われる配線
材料である。薄膜堆積の方法としてはＣＶＤ　（化学蒸
着）法、真空蒸着法なども可能であるが、主としてＭＯ
ツタ−ットによるスパッタ法が用いられている。

ところがこの配線材料として用いられるＭＯにも幾つか
の問題点がある。まず第１に、接着性である。８１０２
などへの接着性はそれほど悪くはないが、ＣｒやＴｉ、
ＡＱなどと比較するとＭ。

の接着性は劣ることが事実である。このため１作製プロ
セス上で問題を引き起こすこともあるが、それにもまし
てスパッタ装置内で剥離が生じて。

フレークとなり欠陥を生成する問題がある。Ｍ。

を堆積すべき基板は、加熱などにより、可能な限り接着
性のよい条件に設定できるが、装置内すべてをそのよう
な条件にすることは不可能である。

その結果、装置内治具１例えばステンレス治具上で極端
な場合には数回の堆積でＭＯの剥離が起こる。剥離した
Ｍｏフレークが、基板あるいはターゲットに落下すれば
、堆積した薄膜の中の塊状あるいはフレーク状の巨大な
欠陥が形成されてしまう。このため、欠陥低減にはこの
フレーク対策が最重要問題となる。

第２の問題点として、エツチング加工の問題が挙げられ
る。上述したように、Ｍｏは精度のよいバタン加工が、
ドライエツチングでもウェットエツチングでも容易に得
られる特徴がある。これは、スパッタＭＯが柱状晶にな
りやすく、自ずから異方性エツチングを起こしてしまう
ことに起因している。ところが、バタン側壁に傾斜が必
須の条件とされるような場合においても、逆にこの性質
が障害となり、直立あるいは極端な場合には僅かなオー
バハングさえ生じてしまう。したがって、この配線層上
に堆積される層は段差切れを起こしやすい。

第３の問題として、耐ドライエツチング性がある。ＭＯ
は通常用いられるフッ素系および塩素系エツチングガス
のプラズマによるドライエツチングで容易にエツチング
される。この性質は、バタン加工という点では有利であ
るが、逆に下層配線にＭｏを使用している場合には、ド
ライエツチングによる絶縁膜の開口時に、この下層配線
のＭ。

が浸食され、甚だしくはＭＯの配線層が消失する結果と
なる。これを防止するためには、他の材料との複合配線
が必要であり、ＭＯ単独で配線を構成する場合には耐ド
ライエツチング性の向上が必須の要件となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したごとく、従来の薄膜部品に配線材料として用い
られているＭＯ薄膜は、接着性が良くないために剥離が
生じてフレーク状の巨大な欠陥が生じたり、またエツチ
ング加工においてはオーバハングが生じて、この上に堆
積される層の段差切れを起こしやすく、また耐ドライエ
ツチング性が低いためにＭＯの下層配線層が消失するな
どの問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消す
るものであって、薄膜としての接着性が良好で、エツチ
ング加工性ならびに耐ドライエツチング性に優れたＭｏ
合金よりなる薄膜部品用配線材料を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、薄膜形成技術によって作製される
電子部品に用いる配線材料として、ＭＯを主成分として
、少なくともＣｒを０．５〜１０重量％添加したＭｏ合
金よりなる薄膜とすることにより達成される。

〔作　　　用〕

Ｍｏは周知のように融点約２６２０℃の高融点金属であ
り、通常のスパッタ法で堆積した膜は柱状晶が優勢とな
る。これは、拡散がわずかしか行われずに堆積が進行す
る結果と考えられる。このＭｏ堆積膜の柱状晶の粒界は
、酸化物などが含まれやすく、化学的にも異方性が生じ
、これがエツチングの際のバタン側壁が垂直になり・や
すい−因となっている。

また、Ｍｏのフッ化物および塩化物の昇華点は室温付近
であり、著しく昇華しやすい物質である。

したがって、絶縁膜の開口に用いられるようなＣＦ４等
のガスでドライエツチングを行うと、Ｍｏは反応して容
易に昇華してしまう。すなわち、エツチングは簡単に進
行する。上述したＭｏの性質は、バタン加工では望まし
いが、配線材料としては問題がある。

一方、ＭＯの酸化物生成エンタルピはＡＱ。

Ｓｉ、Ｔｊなどと比較して絶対値的に小であり、シリコ
ン酸化膜やステンレス表面酸化膜に対して、化学結合的
な強固な接着性は得られないことが推定される。以上の
ＭＯの性質は、Ｃｒの添加により大幅に改良することが
できる。

ＣｒはＭＯより、酸化物との親和性がよい。

たがって、Ｃｒの添加により接着界面の所々にづ学的結
合が形成されるため接着性は大幅に改善゛きる。さらに
、ドライエツチングの時に生成さｊるＣｒの反応生成物
は昇華しにくく、Ｃｒは工二チングの進行に伴い表面に
濃縮されてゆき、わ１かな濃度でもドライエツチング速
度を著しく低］させることができる。このように、Ｍｏ
に対し１Ｃｒを添加することにより、各種の性質を改善
ズき、さらに（、ｒはＭｏと同属であり、全率固溶する
ために均質性は良好であり、また耐熱性の劣イ［も少な
い。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を挙げ、さらに詳細に８明する。

焼結法により０〜１０重量％Ｃｒを含有するＭｏターゲ
ットを作製し、直流マグネトロンスノ（ツタ装置により
膜堆積を行った。スパッタ電力は８００Ｗ、Ａｒ圧力は
３．０ｍＴｏｒｒ　（ミリトル）に統一した。膜堆積速
度は、Ｃｒの含有量に依存せず純ＭＯと同等であった。

まず、基板に対する付着性を検討した。基板は特に加熱
せず、３４の膜厚でガラス、ステンレス、およびＳｉ基
板上に堆積させた。カッターにより基盤目状に切り込み
を入れ、テープ剥離テストを行った。その結果、純Ｍｏ
の場合、どの基板でも容易に剥離されてしまったが、Ｃ
ｒを含有した場合には明らかに剥離しにくくなった。０
．５％Ｃｒ含有量では、特に付着性の悪いガラスおよび
ステンレス基板上では剥離が生じたが、Ｓｉ基板では認
められず、３％以上のＣｒを含有する水準ではどの基板
に対してもテープによる剥離は認められなかった。

つぎに、バタン加工性であるが、純ＭＯの場合と同様に
硝酸を含む通常のＡＩ２エツチング液を用いてウェット
エツチング加工を行った。試料は、基板の加熱温度１５
０℃で、膜厚０．３虜に形成した。ＳＥＭ（走査電子顕
微ＩＲ）観察の結果、純ＭＯでは矩形断面にバタンか形
成されたが、Ｃｒ含有量の増加と共にエツチングの等方
性が増し、５％Ｃｒではバタン側壁は約４５°に形成さ
れていた。これは、微細配線には不利なバタン形状であ
るが、ウェットエツチングを適用するような領域では、
はとんど問題は生じない。そして、Ｃｒ含有量１０％の
試料でも残渣は全く認められず、またエツチング速度も
この組成範囲ではほとんど同一であった。すなわち、Ａ
Ｑエツチング液によるウェットエツチングでは純ＭＯと
同等に扱えることが判った。

一方、ドライエツチングではＣｒの含有により、ＣＦ４
などフッ素系ガスに対して著しい耐性の向上が見ら九る
。第１図にその一例を示す。図において、横軸はＭｏ合
金薄膜中のＣｒ含有量（重量％）で、縦軸はエツチング
速度（人／ｍ１ｎ）である。図に示すごとく、Ｃｒの含
有量の増加により、エツチング速度は純ＭＯの１／４程
度に低下し、他の材料との選択比を考慮すれば、事実上
この系統のガスではバタン加工は困難となる９逆に、絶
縁膜を上記のエツチングガスで開口すれば、Ｃｒを含有
するＭＯ配線バタンはわずがな浸食に留めることが可能
となる。一方、酸素を含有する塩素系ガスでは、純Ｍｏ
に比較して、Ｃｒの含有によりエツチング速度は同様に
若干低下するが、ＣＦ４系程ではなく、バタン加工に用
いることは可能であり、微細配線加工には支障が生じな
かった。すなわち、ガス系を切り換えることによりドラ
イエンチング加工も、あるいは逆にエツチング耐性の向
上も可能となる。なお、単純な酸素プラズマによるアッ
シングでは、純ＭＯに比へＣｒの含有により酸化される
程度が少なくなり、耐酸化性の向上が認められた。

ＭｏにＣｒを添加するに従って、電気抵抗は単調に増加
する。上記条件で作製した純Ｍｏ膜は、比抵抗で１０〜
１５μΩ・国程度であるが、Ｃｒ５％では３０μΩ・■
となり、ＣｒｌＯ％では４０μΩ・国程度と、ＣｒやＴ
ａ配線とほぼ同等の抵抗になった。配線材料として、こ
れはＭｏの長所を失うことであり、１ｏ％以下の添加に
留めることが望ましい。

以上から、Ｃｒの添加がＭｏ配線の性質改善に有効なこ
とを実証することができた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明はＭｏ薄膜の接着性
、ドライエツチング耐性、あるいはバタン加工性などの
問題点を、ＭＯにＣｒを添加して合金化することにより
改善した。バタン加工性が良好で高性能のＭｏ合金より
なる配線材料が得られる。したがって、従来のＭｏ配線
を使用していた薄膜部品においては、装置内で発生する
フレークに起因する歩留り低下、あるいは上層配線の断
線などによる歩留り低下を解消することができ、低コス
ト化と信頼性の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において例示したＭＯ合金薄膜
中のＣｒ含有量とエツチング速度との関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、薄膜形成技術によって作製される電子部品に用いる
   配線材料であって、モリブデンを主成分とし、少なくと
   もクロムを０．５〜１０重量％含むモリブデン合金薄膜
   よりなることを特徴とする薄膜部品用配線材料。