JPH0754139A - Sputtering target - Google Patents

Sputtering target

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JPH0754139A
JPH0754139A JP20417594A JP20417594A JPH0754139A JP H0754139 A JPH0754139 A JP H0754139A JP 20417594 A JP20417594 A JP 20417594A JP 20417594 A JP20417594 A JP 20417594A JP H0754139 A JPH0754139 A JP H0754139A
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film
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workability
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molybdenum
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美治 深沢
Mitsuo Kawai
光雄 河合
Hideo Ishihara
秀夫 石原
Takenori Umeki
武則 梅木
Yasuhisa Oana
保久 小穴
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Abstract

PURPOSE:To provide a sputering target excellent in the formability of an alloy film excellent in electric conductivity, workability, the formability of an oxidized film and other various properties. CONSTITUTION:This sputtering target is a composite target in which the area ratio of molybdenum and tantalum is requlated so as to regulate into, by atom, 15-50% molybdenum, and the balance tantalum with an incidental impurity. Thus, the target extremely small in specific resistance can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導電性,加工性,酸化
被膜の形成性,その他の特性が優れた合金膜の生成に好
適なスパッタリングターゲットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target suitable for producing an alloy film excellent in conductivity, workability, oxide film forming property and other properties.

【0002】[0002]

【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クス型液晶表
示装置が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to an active matrix type liquid crystal display device constituted by using a thin film transistor (TFT) using an amorphous silicon (a-Si) film as a switching element.

【0003】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膜を用いてTFTアレイを形成す
ることにより、大面積,高精細,高画質,かつ安価なパ
ネルディスプレイ(フラット型テレビジョン)が実現で
きる可能性があるからである。
This is a large-area, high-definition, high-quality, and inexpensive panel display (using an amorphous glass substrate and an a-Si film that can be formed at a low temperature to form a TFT array. This is because there is a possibility that a flat television will be realized.

【0004】このアクティ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、かつ大面積にするた
めには、TFTへの信号線、すなわちゲート配線とデー
タ配線を細くかつ長くすることが必要である。
In order to make the display pixel of this active matrix type liquid crystal display device as small as possible and have a large area, it is necessary to make the signal line to the TFT, that is, the gate line and the data line thin and long.

【0005】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、その後の各種
薬品処理にも耐える材料であることが要求される。
For example, when the inverted stagger type TFT structure in which a gate electrode wiring is provided on the glass substrate side and an insulating film or an a-Si film is stacked on the glass substrate to form a TFT, the gate electrode wiring is thin and sufficient. It is required to be a material that has low resistance and can withstand various chemical treatments thereafter.

【0006】従来、このような要求を満たすゲート電極
配線材料として、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。
Heretofore, various metal films such as tantalum (Ta) and titanium (Ti) have been used as gate electrode wiring materials satisfying such requirements.

【0007】しかし、近年さらに大面積化,高精細化を
図るためには、より低抵抗で加工性が良く、膜剥がれを
発生せず、しかもその後の各種薬品処理にも耐性に優れ
た材料が望まれている。
However, in recent years, in order to achieve a larger area and higher definition, a material having lower resistance, good workability, no film peeling, and excellent resistance to subsequent chemical treatments has been selected. Is desired.

【0008】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,ソース電極配線に上記のような特性が要求されるこ
とになる。
When the stagger type TFT structure in which the drain and source electrode wirings are provided on the substrate side is used, the drain and source electrode wirings are required to have the above characteristics.

【0009】一方、単結晶Si基板を用いた半導体集積
回路においても、同様な問題がある。
On the other hand, a semiconductor integrated circuit using a single crystal Si substrate has the same problem.

【0010】例えば、ダイナミック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
に使用されてきた。しかし、さらに素子の微細化,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
すぎる。
For example, an impurity-doped polycrystalline silicon film has been generally used for a gate electrode wiring of a MOS transistor used in a memory integrated circuit represented by a dynamic RAM. However, the resistivity of the polycrystalline silicon film is too high for further miniaturization and high integration of the device.

【0011】この多結晶シリコン膜より比抵抗が低く、
かつ高温にも耐える材料としてモリブデン・シリサイド
(MoSi2 )膜などがあるが、これを用いて例えば1
Mビット以上のダイナミックRAM等を実現しようとす
ると、やはり電極配線の抵抗が大きいという問題があ
る。
The resistivity is lower than that of the polycrystalline silicon film,
A material that can withstand high temperatures is molybdenum silicide (MoSi 2 ) film.
When attempting to realize a dynamic RAM or the like having M bits or more, the resistance of the electrode wiring is still high.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
a−Si膜、あるいは単結晶Si基板などを用いた半導
体装置において、さら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ことが問題になって
いる。
As described above, in the conventional semiconductor device using the a-Si film or the single crystal Si substrate, in order to further miniaturize the element and increase the degree of integration, the electrode is required. The problem is that the wiring resistance is high.

【0013】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、各種薬品処理に対する耐
性に優れ、かつSiとのオーミック接触性も良好な安定
な電極材料が望まれている。
Further, as the electrode wiring, a stable electrode material having not only a small resistance but also excellent workability, excellent resistance to various chemical treatments, and good ohmic contact with Si is desired. .

【0014】本発明は、上記点に鑑みて成されたもの
で、導電性,加工性,酸化被膜の形成性、その他の各種
特性に優れた合金膜の生成に優れたスパッタリングター
ゲットを提供することを目的としたものである。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a sputtering target excellent in the formation of an alloy film excellent in conductivity, workability, oxide film forming property, and other various characteristics. It is intended for.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段と作用】本発明は、a−S
i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、遥かに低いて電気抵
抗を有すると共に、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ック接触性,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、スパッタ法が好適
であることを見出したことによる。
The present invention provides a-S
As a result of systematically conducting an experimental study on various metals and alloy films as electric wiring materials for semiconductor devices using i films, polycrystalline silicon films, single crystal Si substrates, etc., tantalum (Ta) and molybdenum (Mo) are limited. Ta in the composition range
Alternatively, it has a much lower electric resistance than the electric resistance of the Mo film, and has a workability required as an electric wiring film,
It has been found that an electric wiring film for a semiconductor device, which is excellent in oxide film forming property, ohmic contact with silicon, and the like, can be obtained, and that a sputtering method is suitable for producing the electric wiring film for a semiconductor device. by.

【0016】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
物よりなるよう両者の面積比で調整した複合ターゲット
であるスパッタリングターゲットである。
That is, the present invention is a sputtering target which is a composite target in which the atomic ratio of molybdenum is 15 to 50%, the balance of tantalum and incidental impurities are adjusted by the area ratio of both.

【0017】また、本発明により得られた電極配線用合
金膜の組成限定理由について説明すると、スパッタによ
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
などは良好であるが、電気抵抗が大きくなるため上記範
囲とした。
Further, the reason for limiting the composition of the alloy film for electrode wiring obtained by the present invention will be explained. When the Ta content is less than 30 atomic percent in the composition of the alloy film produced by sputtering, the electrical resistance of the alloy film is reduced. Is large, the oxide film forming property and the mixed liquid cleaning property are poor, and the alloy film composition in which the Ta content exceeds 95 atomic percent has a good alloy film processability, oxide film forming property and mixed liquid cleaning property. However, since the electric resistance increases, the above range is set.

【0018】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5
0原子パーセント越え80原子パーセント以下となる組
成が良い。これは、Taが50原子パーセントを越える
量、言い換えれば、Moが50原子パーセント未満賭す
ることにより、膜剥がれを効果的に防止できるのであ
る。
The composition of the formed alloy film is preferably such that Ta is 30 to 80 atomic percent, and more preferably the composition of the formed alloy film has Ta of 5 or less.
A composition of more than 0 atomic percent and 80 atomic percent or less is preferable. This is because film peeling can be effectively prevented by betting an amount in which Ta exceeds 50 atomic percent, that is, Mo is less than 50 atomic percent.

【0019】上記スパッタリングターゲットの形態とし
ては、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ットが好ましい。
As the form of the sputtering target, a composite target obtained by combining both of the Mo member and the Ta member depending on the area ratio is preferable.

【0020】上記ターゲットの選択理由を述べると、複
合ターゲットは、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、焼結ターゲットと比較
してガス成分の少ないものが得られることが挙げられ
る。
The reason for selecting the above target is as follows. As the composite target, the Ta plate and the Mo plate can be used as they are, so that the raw materials are easily available and a gas component having a smaller gas component than that of the sintered target is obtained. It can be mentioned.

【0021】なお、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットにおいて、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原子パーセント委
かの範囲で含むことは許容される。
In the sputtering target according to the present invention, it is desirable that the amount of carbon, nitrogen, hydrogen, oxygen and other impurity elements is small, but it is acceptable to include them in the range of 5 atomic percent.

【0022】[0022]

【実施例】純度99.9%の市販のTa板およびMo板
より切り出した板材を組合せてTaとMoの面積比を変
化させることにより複合ターゲットを得た。
EXAMPLE A composite target was obtained by combining plate materials cut out from a commercially available Ta plate and a Mo plate having a purity of 99.9% and changing the area ratio of Ta and Mo.

【0023】次いで、このように作成された各種組成の
スパッタリングターゲットを用いてアルゴン雰囲気中、
室温でスパッタリングを行い、表1に示す各種膜組成の
合金膜を得た。
Then, using the sputtering targets of various compositions thus prepared, in an argon atmosphere,
Sputtering was performed at room temperature to obtain alloy films having various film compositions shown in Table 1.

【0024】得られた合金膜について、電気抵抗,加工
性(ドライエッチング),酸化膜形成性など表1に示す
各種試験を行った。
The obtained alloy film was subjected to various tests shown in Table 1 such as electric resistance, workability (dry etching) and oxide film forming property.

【0025】その結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.

【0026】なお比較として、純度99.9%と称する
市販のチタン(Ti),クロム(Cr),モリブデン
(Mo),タンタル(Ta),モリブデンシリサイド
(MoSi2 )の各種スパッタリングターゲットについ
ても、上記と同様に各種試験を行った。
For comparison, various commercially available titanium (Ti), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and molybdenum silicide (MoSi 2 ) sputtering targets having a purity of 99.9% are also described above. Various tests were conducted in the same manner as in.

【0027】その結果を併せて表1に示す。The results are also shown in Table 1.

【0028】なお、表1中、○(良好),△(やや良
好),×(不良)の評価は、加工性については、CF4
系のドライエッ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 系のドライエッチングによ
りテーパ角度制御が可能か否かにより行った。
In Table 1, ◯ (good), Δ (somewhat good), and × (poor) were evaluated in terms of workability by CF 4
The taper workability was determined by whether or not the taper angle can be controlled by the CF 4 -based dry etching.

【0029】熱酸化性については、400℃程度の温度
でピンホールがなく、3×105 V/cm以上の耐圧、1
×10-10 A/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
ルがなく、3×106 V/cm以上の耐圧、1×10-10
A/mm2 以下のリーク電流の酸化膜が得られるか否かに
より行った。
Regarding the thermal oxidative property, there is no pinhole at a temperature of about 400 ° C. and a withstand voltage of 3 × 10 5 V / cm or more, 1
Depending on whether or not an oxide film with a leak current of × 10 -10 A / mm 2 or less can be obtained, there is no pinhole in forming the anodic oxide film, and a breakdown voltage of 3 × 10 6 V / cm or more, 1 × 10 − Ten
It was carried out depending on whether or not an oxide film having a leak current of A / mm 2 or less was obtained.

【0030】また、シリコンとのオーミック接触性につ
いては、400℃程度の温度で反応するか否かにより行
った。
The ohmic contact with silicon was determined depending on whether or not the reaction occurred at a temperature of about 400.degree.

【0031】[0031]

【表1】 上記表1より明らかなように、本発明に係る合金膜は室
温堆積後において、Ti,Cr,Ta,MoSi2 のい
ずれよりも比抵抗が小さく、特にTaが80原子%以下
ではMo単体よりも小さい。堆積後、熱処理を行うこと
により、さらに小さい比抵抗が得られている。
[Table 1] As is clear from Table 1 above, the alloy film according to the present invention has a lower specific resistance than any of Ti, Cr, Ta, and MoSi 2 after room temperature deposition. small. By performing a heat treatment after the deposition, an even smaller specific resistance is obtained.

【0032】また、ドライエッチングによる加工性もM
oSi2 膜と同等に優れたものであり、テーパ加工も容
易であった。
Also, the workability by dry etching is M
It was as excellent as the oSi 2 film and was easy to taper.

【0033】また、Mo,Ti,Crなどでは良質のも
熱酸化膜が形成されないが、本発明に係る合金膜では良
質の熱酸化膜が得られている。
Although a good thermal oxide film is not formed with Mo, Ti, Cr or the like, a good thermal oxide film is obtained with the alloy film according to the present invention.

【0034】また、洗浄液として用いられるH2 SO4
+H2 2 混液に対する耐性も優れたものであった。
H 2 SO 4 used as a cleaning liquid
The resistance to the + H 2 O 2 mixture was also excellent.

【0035】また、Siとのオーミック接触性にも優
れ、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。
Further, it has been confirmed that the ohmic contact with Si is excellent, the reaction with the SiO 2 film is small, and the compatibility with the semiconductor device using Si is good.

【0036】半導体装置の電極材料としては、熱酸化膜
形成性,陽極酸化膜形成性,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1に示すように、これ
らが良好に行えず、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。
As the electrode material of the semiconductor device, there are cases where thermal oxide film forming property, anodic oxide film forming property, strong acid treatment, etc. are required, and as shown in Table 1 in the conventional Mo electrode, these are favorably used. This cannot be done and the Ta electrode can perform these treatments, but there is a problem that the specific resistance is high.

【0037】この点、本発明のMo−Ta合金膜は、T
aの組成比が30原子%以上であれば、熱酸化膜形成
性,陽極酸化膜形成性,強酸処理等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。
In this respect, the Mo--Ta alloy film of the present invention has T
When the composition ratio of a is 30 atomic% or more, thermal oxide film forming property, anodic oxide film forming property, strong acid treatment, etc. can be favorably carried out, and moreover, the specific resistance is made significantly lower than that of Ta electrode,
When the Ta composition ratio is 95 atomic% or less, a specific resistance lower than that of the Mo electrode can be obtained.

【0038】特に、表1から明らかなように、Taの組
成比を70%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。
In particular, as is clear from Table 1, when the composition ratio of Ta is 70% or less, Mo is obtained without heat treatment.
A specific resistance lower than that of the electrodes can be obtained.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスパ
ッタリングターゲッ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
膜を得ることができ、各種半導体装置を初めとする素子
の微細化や高集積化などを図ることができ、工業上極め
て有用である。
As described above, by using the sputtering target according to the present invention, it is possible to obtain an alloy film for electric wiring which has a very small specific resistance and is excellent in workability and stability. It is possible to achieve miniaturization and high integration of elements such as semiconductor devices, which is extremely useful industrially.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅木 武則 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8 株式会 社東芝横浜金属工場内 (72)発明者 小穴 保久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8 株式会 社東芝横浜金属工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Takenori Umeki Inventor Takenori Umeki 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock Company Toshiba Yokohama Metal Works (72) Inventor Hosaku Koana 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi Kanagawa Toshiba Yokohama Metal Factory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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よう両者
の面積比で調整した複合ターゲットであるスパッタリン
グターゲット。
1. Molybdenum 15-50 in atomic percent
%, The balance of tantalum and incidental impurities, and the sputtering target which is a composite target adjusted by the area ratio of both.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS587864A (en) * 1981-07-06 1983-01-17 Hitachi Ltd Semicondutor device and manufacture thereof

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