JPH0564713B2 - - Google Patents

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JPH0564713B2
JPH0564713B2 JP62074410A JP7441087A JPH0564713B2 JP H0564713 B2 JPH0564713 B2 JP H0564713B2 JP 62074410 A JP62074410 A JP 62074410A JP 7441087 A JP7441087 A JP 7441087A JP H0564713 B2 JPH0564713 B2 JP H0564713B2
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Japan
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sputtering target
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film
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Mitsuo Kawai
Hideo Ishihara
Takenori Umeki
Yasuhisa Oana
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum

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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、導電性、加工性、酸化皮膜の形成
性、他の特性が優れた合金膜の生成に好適なスパ
ツタリングターゲツトおよび電気配線用合金膜に
関する。 (従来の技術) 近年、非晶質シリコン(a−Si)膜を用いた薄
膜トランジスタ(TFT)をスイツチング素子と
して用いて構成されるアクテイブマトリクス型液
晶表示装置が注目されている。これは、非晶質の
ガラス基板を用い、低温成膜ができるa−Si幕を
用いてTFTアレイを形成することにより、大面
積、高精細、高画質、且つ安価なパネルデイスプ
レイ(フラツト型テレビジヨン)が実現できる可
能性があるからである。このアクテイブマトリク
ス型液晶表示装置の表示画素をできるだけ小さく
し、且つ大面積にするためには、TFTへの信号
線、即ちゲート配線とデータ配線を細く且つ長く
することが必要である。例えばゲート電極配線を
ガラス基板側に設け、この上に絶縁膜やa−Si膜
を重ねてTFTを構成する逆にスタガー型のTFT
構造を採用する場合、ゲート電極配線は薄くて十
分に低抵抗であり、その後の薬品処理にも耐える
材料であることが要求される。従来この様な要求
を満たすゲート電極材料として、タンタル(Ta)
やチタン(Ti)など各種の金属膜が用いられて
いるが、更に大面積化、高精細化を図るために
は、より低抵抗で加工性がよく、しかもその後の
各種薬品処理工程での耐性が優れた材料が望まれ
ている。ドレイン、ソース電極配線を基板側に設
けるスタガー型TFT構造を利用する場合には、
ドレイン、ソース電極配線にその様な特性が要求
されることになる。 一方、単結晶Si基板を用いた半導体集積回路に
おいても、同様の問題がある。例えばダイナミツ
クRAMに代表されるメモリ集積回路で用いられ
るMOSト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一般に用いられて
来た。しかし更に素子の微細化、高集積化を図る
ためには多結晶シリコン膜では比抵抗が高過ぎ
る。多結晶シリコン膜より比抵抗が低く、且つ高
温にもたえる材料としてモリブデン・シリコンサ
イド(MoSi2)膜等があるが、これを用いて例え
ば1Mビツト以上のダイナミツクRAM等を実現
しようとすると電極配線の抵抗が大きい問題にな
る。 (発明が解決しようとする問題点) 以上のように従来のa−Si膜或いは単結晶Si基
板等を用いた半導体装置において、更に素子の微
細化と高集積化を図るためには、電極配線の抵抗
が大きい問題になつている。また、電極配線とし
ては単に抵抗が小さいだけでなく、加工性に優
れ、各種処理に対する耐性に優れ、且つSiとのオ
ーミツク接触性も良好な安定な電極材料が望まれ
ている。 本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、導
電性、加工性、酸化皮膜の形成性、その他の特性
や優れた合金膜の生成に好適なスパツタリングタ
ーゲツトおよび電気配線用合金膜を提供すること
を目的としたものである。 [発明の構成] (問題点を解決するための手段および作用) 本発明はa−Si膜や多結晶シリコン膜、単結晶
Si基板などを用いた半導体装置の電気配線材料と
して種々の金属、合金膜について系統的に実験検
討した結果、タンタル(Ta)とモリブデン
(Mo)の限定された組成範囲においてTaあるい
はMo膜の電気抵抗に比べ、遥かに低い電気抵抗
を有するとともに、電気配線用膜として必要な加
工性、酸化膜形成性、シリコンとのオーミツク接
触性、その他が優れた半導体装置用電気配線膜が
得られ、さらにこの半導体装置用電気配線膜の生
成にはスパツタが好適であることを見出した事に
よる。 すなわち、本発明は原子パーセントでモリブデ
ン15〜50%、残部タンタルおよび付随的不純物よ
りなるスパツタリングターゲツトである。 また、本発明の他の発明は、原子パーセントで
モリブデン15〜50%、残部タンタルおよび付随的
不純物よりなるスパツタリングターゲツトを用い
て生成された電気配線用合金膜である。 ここで、本発明のスパタリングターゲツトの組
成限定理由について説明すると、目的とする組成
の電極配線用合金膜を得るためである。 また、本発明の別の発明である電極配線用合金
膜の組成限定理由について説明すると、スパツタ
により生成した合金膜の組成においてTa含有量
が30原子パーセント未満となる組成では合金膜の
電気抵抗が大きく、酸化膜形成性、混液洗浄性な
どが悪く、また合金膜の組成においてTa含有量
が95原子パーセントを越える組成では合金膜の加
工性や酸化膜形成性、混液洗浄性は良いが、電気
抵抗が大きくなるため上記範囲とした。 なお、望ましくは生成した合金膜の組成におい
て、Taが30〜80原子パーセントとなる組成、さ
らに望ましくは生成した合金膜の組成において
Taが50〜80原子パーセントとなる組成が良い。 上記スパツタリングターゲツト用ターゲツトの
形態としては、MoとTaを溶解し合金化した合金
ターゲツト、Mo粉末、Ta粉末を混合成形後焼結
して得られた粉末焼結体よりなる焼結ターゲツ
ト、またはMo部材とTa部材の面積比により両者
を複合させてなる複合ターゲツト等が考えられ
る。 上記各ターゲツトの選択理由を述べると、合金
ターゲツトはTaとMoのスパツタ効率が異なるた
め合金化した方が均一な合金膜が得られること、
加工工程が比較的少ないこと等が挙げられる。こ
の合金ターゲツトを得る際の合金の溶解は、エレ
クトロンビーム溶解、消耗電極式アーク溶解等が
好ましい。 次に焼結ターゲツトは、TaとMoのスパツタ効
率が異なる為、粉末を混合し焼結すると生成する
合金膜のバラツキが比較的少なく均一なものが得
られ、また加工工程が比較的少ない。 また、複合ターゲツトはTa板とMo板をそのま
ま使用できるため原料の入手が容易であり、焼結
ターゲツトと比較してガス成分の少ないものが得
られる。 なお、本発明に係る電気配線用スパツタリング
ターゲツトにおいて、炭素、窒素、水素、酸素、
その他の不純物元素は少ないほうが望ましいが5
原子%以下の範囲で含むことは許容される。 (実施例) 純度99.9%のTaおよびMoを原料として、Ta
とMoの含有量を種々変化させた合金をエレクト
ロンビーム溶解により溶解後機械加工し、ターゲ
ツトを作成した。 次いでこのように用意された合金ターゲツトを
用いてアルゴン雰囲気中、室温でスパツタリング
を行なつたのち、電気抵抗、加工性(ドライ)、
酸化膜形成性等について各種試験を行なつた。 その結果を第1表に示す。
【表】 なお、純度99.9%と称する市販のチタン、クロ
ム、モリブデン、タンタル、MoSi2などについて
も比較のため、スパツタリング後の特性を同様に
評価した。 表から明らかなように、本発明にかかる合金膜
は室温堆積後において、Ti、Cr、Ta、MoSi2
いずれよりも比抵抗が小さく、特にTaが80原子
%以下ではMoよりも小さい。堆積後、熱処理を
行うことにより、更に小さい比抵抗が得られてい
る。また、ドライエツチングによる加工性も
MoSi2膜と同等に優れたものであり、テーパ加工
も容易であつた。のた、Mo、Ti、Crなどでは良
質の熱酸化膜が形成されないが、本発明にかかる
合金膜では良質の熱酸化膜が得られている。洗浄
液として広く用いられる、H2SO4+H2O2混液に
対する耐性も優れたものであつた。Siとのオーミ
ツク接触性も優れ、またSiO2膜との反応も少な
く、Siを用いた半導体装置との適合性が良好であ
ることが確認されている。 なお表中の、〇(良好)、△(やや良好)、×(不
良)の評価は、加工性についてはCF4系のドライ
エツチングが可能か否かにより、テーパ加工性に
ついては同じくCF4系のドライエツチングにより
テーパ角度制御ができるか否かにより行つた。熱
酸化膜形成については、400℃程度の温度でピン
ホールがなく、3×105V/cm以上の耐圧、1×
10-10A/mm2以下のリーク電流の酸化膜が得られ
るか否かにより、陽極酸化膜形成については、ピ
ンホールなく、3×106V/cm以上の耐圧、1×
10-10A/mm2以下のリーク電流の酸化膜が得られ
るか否かにより行つた。またシリコンとのオーミ
ツク接触性については、400℃程度の温度で反応
するか否かにより行つた。 半導体装置の電極材料としては、熱酸化膜形
成、陽極酸化膜形成、強酸処理等が必要になる場
合があり、従来のMo電極では表に示すようにこ
れらが良好に行なえず、Ta電極ではこれらの処
理が可能であるが比抵抗が高いという問題があ
る。この点本発明のMo−Ta合金は、Taの組成
比が30原子%以上であれば熱酸化膜形成、陽極酸
化膜形成、強酸処理を良好に行うことができ、し
かもTa電極に比べて比抵抗を大幅に低くし、Ta
の組成比が95原子%以下であればMo電極よりも
低い比抵抗を得ることができるのである。特に表
から明らかなように、Taの組成比を70原子%以
下にすれば、熱処理を行わなくても、Mo電極よ
り低い比抵抗を得ることができる。 また、純度99.9%の市販のTaおよびMo粉末を
原料とし、TaとMoの含有をそれぞれ変化させた
粉末を種々用意し、真空ホツトプレスにより焼成
後、機械加工を施すことにより焼結ターゲツトを
得た。また、純度99.9%のTaおよびMoより切り
出した板を組合せてTaとMoの面積比を変化させ
ることにより複合ターゲツトを得た。 これら焼結ターゲツトおよび複合ターゲツトを
用いて、アルゴン雰囲気、室温でスパツタリング
を行つた後、電気抵抗、加工性、酸化膜形成性等
について各種試験を行つた結果、合金ターゲツト
と同様に良好な特性を示した。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るスパツタリ
ングターゲツトを使用することにより、比抵抗が
非常に小さく、加工性、安定性に優れた電気配線
用合金膜を得ることが出来、各種半導体装置をは
じめとする素子の微細化や高集積化などをはかる
ことが出来、工業上頻る有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原子パーセントでモリブデン15〜50%、残部
    タンタルおよび付随的不純物よりなるスパツタリ
    ングターゲツト。 2 原子パーセントでモリブデン15〜50%、残部
    タンタルおよび付随的不純物よりなる合金ターゲ
    ツトである特許請求の範囲第1項に記載のスパツ
    タリングターゲツト。 3 原子パーセントでモリブデン15〜50%、残部
    タンタルおよび付随的不純物の粉末焼結体よりな
    る焼結ターゲツトである特許請求の範囲第1項に
    記載のスパツタリングターゲツト。 4 原子パーセントでモリブデン15〜50%、残部
    タンタルおよび付随的不純物よりなるよう両者の
    面積比で調整した複合ターゲツトである特許請求
    の範囲第1項に記載のスパツタリングターゲツ
    ト。 5 原子パーセントでモリブデン15〜50%、残部
    タンタルおよび付随的不純物よりなるスパツタリ
    ングターゲツトを用いて生成された電気配線用合
    金膜。
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