JPH113873A - 半導体電極用Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ 合金薄膜および半導体電極用Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ 合金薄膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents

半導体電極用Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ 合金薄膜および半導体電極用Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ 合金薄膜形成用スパッタリングターゲット

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JPH113873A
JPH113873A JP10093780A JP9378098A JPH113873A JP H113873 A JPH113873 A JP H113873A JP 10093780 A JP10093780 A JP 10093780A JP 9378098 A JP9378098 A JP 9378098A JP H113873 A JPH113873 A JP H113873A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 5 μΩcm以下の比抵抗とヒロック耐性の両特
性とともに、高い絶縁耐圧性を有する半導体電極用Al合
金薄膜を提供し、更に該半導体電極用Al合金薄膜を形成
するためのAl合金スパッタリングターゲットも提供す
る。 【解決手段】 半導体電極用Al合金薄膜を、Niを0.3 at
% 以上、Y を0.3at%以上含有し、かつ0.22 CNi＋0.74 C
Y を1.6 at% 以下 [但し、 CNi;Ni 含有量(at%)、 CY ;
Y含有量(at%)]とした組成のAl合金とする。また、このA
l合金薄膜形成用ターゲットを、NiとY とを含む組成のA
l合金とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体電極用Al-N
i-Y 合金薄膜及びAl-Ni-Y 合金薄膜形成用スパッタリン
グターゲットに関し、特には、薄膜トランジスター（Th
in Film Transis-tor)を有するアクティブマトリックス
型液晶ディスプレイの電極（薄膜状の配線及び電極自
体）として好適な、半導体電極用Al-Ni-Y 合金薄膜及び
Al-Ni-Y 合金薄膜形成用スパッタリングターゲットに関
する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Dis
play、以下 LCDと言う）は、従来の表示機器であるブラ
ウン管に比べ、薄型化・軽量化・低消費電力化がはか
れ、しかも高い解像度の画像が得られる。そのため、近
年、テレビやノート型パーソナルコンピューターなどに
広く利用されている。かかるLCD として最近では、更に
画像品質を高めるために、 LCD内部にスイッチング素子
として半導体装置である薄膜トランジスター（以降 TFT
という）を組み込んだ構造の LCDが提案され、広く用い
られてきている。ここで、 TFTとは、ガラス等の絶縁基
板上に形成された薄い半導体薄膜に、薄膜状金属よりな
る半導体電極（薄膜状の配線及び電極）が接続してなる
能動素子を言う。したがって、半導体電極とは、 TFTの
一部として使用される電極であって、薄膜状の配線と電
極自体とを含むものと定義する（以降も、同様）。尚、
TFTとなった状態においては、配線と電極自体とは電気
的に接続されている。
【０００３】上記LCD に使用される半導体電極用薄膜
（以下、単に電極用薄膜と言う）に要求される特性は種
々あるが、まず、特に低比抵抗と高ヒロック耐性が重要
である。このうち、まず、低比抵抗について説明する。
LCD の電極用薄膜として使用される材料の比抵抗は、そ
れらを流れる電気信号の伝達速度に影響する。例えば、
比抵抗が高い材料を電極用薄膜に用いると、電気信号の
伝達速度が遅くなり、その結果、信号遅延がLCD 自体の
性能上の問題となる。近年のLCD の大画面化或いは高精
細化の動きにより、信号の遅延を防止するために低比抵
抗化が最も重要な要求特性になりつつある。
【０００４】次に、ヒロック耐性について説明する。電
極用薄膜として使用される材料は、LCD の製造工程にお
いて、薄膜トランジスターを形成するなどの電極用薄膜
形成後の製造工程において、300 〜400 ℃程度の繰り返
しの( 複数回の) 熱履歴を受ける。これは、LCD の製造
工程では、前記電極用薄膜形成工程に続いて、Si半導体
層などの形成工程など、幾つかの加熱を必要とする工程
が存在するからである。このような場合、LCD の電極用
薄膜としてAl薄膜を用いると、前記繰り返しの熱履歴に
よって、ヒロックと言われる微小な凸凹が表面に生じる
問題点がある。このヒロックは、ガラス基板とAl薄膜と
の間における熱膨張係数の違いに起因する圧縮応力が駆
動力となって発生する半球状の突起である。通常 TFT-L
CDでは電極用薄膜が、LCD 積層構造の最下層となるた
め、かかるヒロックが発生すると、更にその上に、他の
薄膜を平坦に積層できなくなるという問題を引き起こ
す。更に絶縁薄膜を上部に積層させた電極用薄膜におい
てヒロックが発生すると、これらのヒロックが、前記絶
縁薄膜を突き破り、層間における電気的な短絡（絶縁不
良）を引き起こすという問題を生じる。
【０００５】したがって、LCD の電極用薄膜材料には、
前記低比抵抗の他に、前記熱履歴を受けてもヒロックが
発生しないヒロック耐性が要求される。このため、従来
から、これら LCDの半導体用電極のうち、 TFTを搭載し
た LCD（以降 TFT-LCDという）の電極材料としては、T
a, Mo, Cr, Ti等の高融点金属が使用されている。しか
し、これら材料は、ヒロック耐性には優れるものの、薄
膜形状での比抵抗値が大きく、Taで約180 、Moで約50、
Crで約50、Tiで約80μΩcmであり、いづれも前記要求比
抵抗5 μΩcmよりもはるかに大きい。
【０００６】また、低比抵抗の半導体用電極材料とし
て、Au、Cu及びAlなどの材料が挙げられる。しかし、Au
はシート状電極即ち電極膜（配線膜等）の成膜後に所定
パターン形状にするのに必要なエッチングの特性が悪
く、しかも高価である。又、Cuは膜の密着性及び耐食性
に問題があり、いずれも実用に適さない。一方、Alはヒ
ロック耐性に劣る。
【０００７】このため、低比抵抗およびヒロック耐性の
両方に優れた半導体用電極材料として、本発明者らは、
先に、Al-Ta およびAl-Ti 等のAl合金薄膜を特開平5-10
0248号公報で、また、Al-Fe 系Al合金薄膜(Fe, Co, Ni,
Nd,Ru, Rh, Irのうちの１種又は２種以上）を特開平7-
45555 号公報等で提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】近年、 LCDは、益々大
画面化と高精細化（高解像度化）が進んでおり、これに
伴い、 LCDの電極用薄膜の形状は、より微細化される傾
向にある。このような形状の微細化、即ち形状の変化
は、配線や電極部分の電気抵抗の増加をもたらし、この
結果生じる電気信号の遅延が、LCD 自体を高性能化する
上での大きな問題となる。この LCDの電極用薄膜の形状
の微細化に伴う電気信号の遅延を防止するためには、例
えばカラーLCD 、特に画面サイズが10インチ以上のカラ
ーLCD では、半導体用電極の比抵抗値（電気抵抗率値）
を5 μΩcm以下にすることが必要である。
【０００９】しかし、前記Al-Ta 、Al-Ti 、Al-Fe 系お
よびAl-Nd 等のAl合金薄膜では、合金元素のTa、Ti、Fe
系、Ndなどの含有がヒロック耐性の向上をもたらしては
いるものの、一方では、これら合金元素の含有が比抵抗
の増大をもたらすため、5 μΩcm以下の比抵抗とヒロッ
ク耐性の特性を両立することは難しかった。
【００１０】更に、LCD 製造工程において、電極用薄膜
が受ける熱履歴は一回とは限らず、前記した通り、複数
回繰り返される状況にある。したがって、 LCDの電極用
薄膜用材料には、この繰り返しの熱履歴に対して高いヒ
ロック耐性を有することが求められる。しかし、前記、
Al-Ta 、Al-Ti 、Al-Fe 系およびAl-Nd 等の合金薄膜で
は、一回目の熱履歴に対してはヒロックの発生が抑えら
れるもの、二回目以降の熱履歴ではヒロックが発生して
しまうという問題もある。即ち、これら合金薄膜では繰
り返しの熱履歴に対して高いヒロック耐性を有すること
ができない。
【００１１】また、最近では、これらAl合金薄膜を陽極
酸化して、この陽極酸化膜をゲート絶縁薄膜として用い
る試みがなされており、この場合、Al合金薄膜には、5
μΩcm以下の比抵抗とヒロック耐性の両者特性ととも
に、更にAl合金薄膜の陽極酸化膜には高い絶縁耐圧性が
求められるようになっている。しかし、前記Al-Ta 、Al
-Ti 、Al-Fe 系およびAl-Nd 等の合金薄膜では、5 μΩ
cm以下の比抵抗とヒロック耐性の両者特性を兼ね備え、
なおかつ要求される陽極酸化膜の高い絶縁耐圧性を有す
ることができない。
【００１２】この点をより具体的に説明すると、従来か
らLCD のスイッチング素子である薄膜トランジスターの
ゲート絶縁薄膜には、層間において高い絶縁耐圧性が要
求される。従来、ゲート絶縁薄膜にはSiN 薄膜が使用さ
れてきたが、このSiN 薄膜では材質的にピンホールを完
全に除去することが難しい。そして、このピンホール
が、更にはSiN 薄膜蒸着時に発生するパーティクル等に
起因する欠陥が、SiN 薄膜の絶縁耐圧性を劣化させるた
め、SiN 薄膜のみでは、十分な絶縁耐圧性を確保するの
は困難であった。このため、現在では、ゲート電極薄膜
を陽極酸化して、上層に陽極酸化膜を形成し、その上に
SiN 薄膜を蒸着する、陽極酸化膜／SiN 薄膜の２層構造
のゲート絶縁薄膜が、一般的に使用されている。
【００１３】そして、更に、今日では、LCD 工程の簡略
化の観点から、前記２層構造のゲート絶縁薄膜を、陽極
酸化膜単層のゲート絶縁薄膜とすることが指向されてい
る。この場合、LCD の前記合金の電極用薄膜を陽極酸化
して形成される、ゲート絶縁薄膜用陽極酸化膜には、Si
N 薄膜並みの高い絶縁耐圧性を有することが求められて
いる。この絶縁耐圧性とは、前記合金の電極用薄膜の陽
極酸化膜が、この陽極酸化膜形成時の電圧よりも高い絶
縁状態破壊電圧を有することである。仮に、陽極酸化膜
の絶縁状態破壊電圧が、陽極酸化膜形成時の電圧よりも
低いと、TFT のゲート絶縁薄膜間において、電気的な短
絡( 絶縁不良) が起こり、それが原因となるTFT の動作
不良などの問題を生じる。しかし、前記Al-Ta 、Al-Ti
、Al-Fe系およびAl-Nd 等の合金薄膜の陽極酸化膜で
は、このSiN 薄膜並みの高い絶縁耐圧性を有することが
できず、前記陽極酸化膜単層のゲート絶縁薄膜化に対応
できない。
【００１４】以上述べた通り、従来の薄膜材料では、今
日の LCDの電極用薄膜に要求される前記諸特性を満足で
きない。したがって、この LCDの電極用薄膜に適した薄
膜材料、即ち、低比抵抗と、高いヒロック耐性の両特性
を満足するとともに、更に陽極酸化膜の高い絶縁耐圧性
をも兼備する薄膜材料は、今まで無かったのが実情であ
る。
【００１５】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、従来のAl合金薄膜がもつ問
題点を解消し、今日の LCDの電極用薄膜に要求される5
μΩcm以下の比抵抗と、薄膜への繰り返しの熱履歴に対
する高いヒロック耐性と、薄膜の陽極酸化膜がSiN 薄膜
並みの高い絶縁耐圧性を兼備する半導体電極用Al合金薄
膜を提供しようとするものである。また、該半導体電極
用Al合金薄膜を形成するためのAl合金スパッタリングタ
ーゲットを提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る半導体電極用Al合金薄膜は、合金成分
として、Niを0.3 at% 以上、Y を0.3at%以上含有し、か
つ0.22 CNi＋0.74 CYを1.6 at% 以下 [但し、 CNi;Ni
含有量(at%) 、 CY ;Y含有量(at%)]としたAl合金薄膜よ
りなることを要旨とする。
【００１７】半導体電極用Al合金薄膜を、前記組成とす
ることにより、5 μΩcm以下の比抵抗とヒロック耐性の
両特性とともに、陽極酸化膜の絶縁耐圧性を兼備する特
性が得られるが、前記合金薄膜自体は、スパッタリング
法により形成されることが好ましい。
【００１８】また、本発明に係る半導体電極用Al合金薄
膜は、固溶した合金成分であるNiとY の一部又は全部
を、Al3Ni 、Al3Y、Ni2Y3 等の金属間化合物として析出
させ、Al合金薄膜の電気抵抗値5 μΩcm以下とすること
が好ましい。
【００１９】更に本発明では、この半導体電極用Al合金
薄膜をスパッタリング法等の蒸着により得るためのター
ゲットとして、合金成分としてNiとY を含有するAl合金
とする。このターゲットの合金組成としては、Niを0.3
at% 以上、Y を0.3at%以上含有し、かつ、0.22 CNi＋0.
74 CY を1.6 at% 以下 [但し、 CNi;Ni 含有量(at%)、
CY ;Y含有量(at%)]としたAl合金とし、Al合金薄膜の前
記組成範囲と略同一の組成範囲とすることが好ましい。
【００２０】本発明者等は、Alに種々の元素を添加した
Al合金ターゲットを製作し、これらターゲットを使用し
て、スパッタリング法により種々の組成のAl合金薄膜を
形成し、これらAl合金薄膜の、比抵抗、ヒロック耐性、
陽極酸化膜の絶縁耐圧性等の諸特性を調べた。その結
果、特定組成のAl-Ni-Y 合金薄膜が、ヒロック耐性に優
れて成膜後（電極膜形成後）の熱履歴を受けてもヒロッ
クが生じ難く、繰り返しの熱履歴に対して高いヒロック
耐性を得ることが可能であること、更に該熱履歴を受け
た後に、Al合金薄膜の比抵抗が低下することを知見し
た。また、この特定組成のAl-Ni-Y 合金薄膜が、前記熱
履歴の前（或いは更に熱履歴時点）及び後で、各々必要
な高ヒロック耐性及び低比抵抗の条件を充たすととも
に、更に陽極酸化膜の絶縁耐圧性にも優れていることを
知見して本発明を完成するに至ったものである。
【００２１】まず、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜が、5 μΩ
cm以下の低い比抵抗を示す理由は、次の通りである。一
般に、スパッタリング法により蒸着されるAl合金薄膜に
おいて、合金元素はAl中に固溶した状態にある。そし
て、この固溶した合金元素に伝導電子が散乱されること
が原因で、Al合金薄膜では、比抵抗の大幅な増加が起こ
る。本発明Al-Ni-Y 合金薄膜の合金元素であるNiとY
も、Al中への固溶により、比抵抗の増加を引き起こす元
素ではあるが、その影響度は、前記従来のTa、Ti、Fe系
元素、Nd等の元素の影響よりは小さい。しかも、蒸着後
のAl-Ni-Y 合金薄膜において固溶しているNiとY が、前
記熱履歴を受けることにより、固溶した分の一部又は全
部が、Al3Ni 、Al3Y、Ni2Y3 等の金属間化合物として析
出するため、熱履歴後には、5 μΩcm以下の低い比抵抗
を示すものである。ここで、金属間化合物の粒径は0.1
μm 以下であり、金属間化合物の析出場所は、結晶粒界
または結晶粒内の少なくともいずれかである。
【００２２】次に、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜が、繰り返
しの熱履歴に対する高いヒロック耐性を示す理由につい
て述べる。スパッタリング法により蒸着されたAl合金薄
膜において、合金元素のNiとY はAl（マトリックス）中
に固溶しているから、これらNiとY との固溶強化によっ
て、Al-Ni-Y 合金薄膜は、前記Al-Ta 、Al-Ti 、Al-Fe
系およびAl-Nd 等の合金薄膜に比して、高い降伏応力を
示すようになる。また、このNiとY との含有によって、
Al自体の結晶粒も微細化され、結晶粒微細化による結晶
粒界強化によっても、Al-Ni-Y 合金薄膜の降伏応力が更
に向上する。
【００２３】したがって、Al-Ni-Y 合金薄膜が最初（一
回目）の熱履歴を受ける際は、Al-Ni-Y 合金薄膜が、固
溶強化と結晶粒界強化により高い降伏応力を示すこと
で、塑性変形の一種であるヒロックの発生が抑制され、
つまりは熱履歴に対する高いヒロック耐性を有する。そ
して、一度熱履歴を受けたAl-Ni-Y 合金薄膜中では、Ni
とY の一部又は全部が、Al3Ni 、Al3Y、Ni2Y3 等の金属
間化合物として析出しているため、これら金属間化合物
による析出強化によって、Al-Ni-Y 合金薄膜は高い降伏
応力を示す。したがって、Al-Ni-Y 合金薄膜が二回以上
（二回目以降）の熱履歴を受けても、この析出強化によ
る高い降伏応力により支えられ、高いヒロック耐性を有
することになる。
【００２４】しかも、これら固溶強化、結晶粒界強化、
金属間化合物による析出強化等の効果は、NiとY の含有
量の増加に伴い大きくなり、Al-Ni-Y 合金薄膜の降伏応
力が更に増加して、より高いヒロック耐性が得られる。
なおこの場合、Niの含有による比抵抗増加量は、Y の比
抵抗増加量よりも小さい。そのため、比抵抗5 μΩcm以
下の制約下では、Y より、Niを含有させる方が、比抵抗
を増加させずに、Al-Ni-Y 合金薄膜のヒロック耐性を向
上させる点で好ましい。この点、Niの含有量について
は、優れたヒロック耐性を得るために0.3at%以上含有さ
せることが好ましい。
【００２５】更に、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜の陽極酸化
膜が高い絶縁耐圧性を示す理由について述べる。通常、
Y を含まないAl-Ni 合金薄膜を陽極酸化させる場合、陽
極酸化膜の形成過程において、合金元素のNiは酸化され
ず、イオンとして陽極酸化膜中に混入する。そして、こ
のNiイオンが陽極酸化膜にわずかな導電性をもたらす結
果、Al-Ni 合金薄膜の陽極酸化膜では高い絶縁耐圧性が
得られない。したがって、前記した通り、ヒロック耐性
向上のためにはNiは多い方がよいが、陽極酸化膜の高い
絶縁耐圧性を得るためには、逆に、陽極酸化膜へのNiの
混入を防止すべきである。このNi混入による陽極酸化膜
の絶縁性の劣化を抑えるためには、Niの含有量を4at%以
下に抑えることが好ましい。以上よりNiの好ましい含有
量は、0.3 〜4at%である。
【００２６】この点、Y はこの陽極酸化膜へのNi混入防
止という特異な役割を果たす。具体的には、Y を含むAl
-Ni-Y 合金薄膜では、陽極酸化の初期段階で、Al2Y
4O9 、AlYO3 、Al5Y3O12などのAlとY との複合酸化物が
生成し、これらの酸化物がバリヤ層となって、陽極酸化
膜へのNiイオンの混入を防止し、この結果高い絶縁耐圧
性が得られる。しかも、陽極酸化膜の一部または全部
が、AlとY との複合酸化物からなることも、高い絶縁耐
圧性に寄与する。この場合、Y の含有量の増加に伴っ
て、この陽極酸化膜の絶縁耐圧性が向上する。また、Y
の含有量の増加に伴って、陽極酸化膜の表面において、
突起物やピンホールなどの欠陥が少なくなり、表面がよ
り平滑なものが得られるという効果も認められる。した
がって、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜の陽極酸化膜は、ゲー
ト絶縁薄膜に要求される、前記SiN 薄膜並みの高い絶縁
耐圧性、即ち、陽極酸化膜形成時の電圧よりも高い絶縁
状態破壊電圧を有することができる。ここで、陽極酸化
膜全体における複合酸化物の混在の割合 (濃度) は0.2
〜3at%が好ましい。
【００２７】以上、NiとY との作用について述べたが、
本発明Al-Ni-Y 合金薄膜における、NiとY との含有量に
ついても説明する。まず、Niの含有量は、0.3 at% 以上
にする必要がある。図１に、Al-Ni-Y 合金薄膜であっ
て、Y 含有量を0.3 at% と一定にし、Niの含有量を0 〜
7at%まで変化させたものを熱処理 (熱履歴) した場合
の、ヒロック密度 (単位表面積当たりに発生するヒロッ
ク数) と、Niの含有量との関係を示す。なお、この図１
は後述する実施例２と同様の条件と方法でAl-Ni-Y合金
薄膜を形成およびヒロック密度を測定している。図１か
ら明らかな通り、Ni含有量が0.3at%を境として、0.3at%
未満では、ヒロック密度が著しく高くなる。即ち、Niの
含有量が0.3at%未満では、前記Niによるヒロック耐性向
上効果が不充分となり、高いヒロック耐性が得られない
ことが裏付けられる。したがって、Niの含有量は、ヒロ
ック耐性の点から0.3 at% 以上にする。
【００２８】また、Y の含有量は、0.3 at% 以上にする
必要がある。図２に、Al-Ni-Y 合金薄膜で、Ni含有量を
0.3 at% と一定にし、Y の含有量を0 〜3at%まで変化さ
せたものを熱処理 (熱履歴) した場合の、ヒロック密度
と、Y の含有量との関係を示す。なお、この図２は後述
する実施例２と同様の条件と方法でAl-Ni-Y 合金薄膜を
形成およびヒロック密度を測定している。図２から明ら
かな通り、Y 含有量が0.3at%を境として、0.3at%未満で
はヒロック密度が著しく高くなる。即ち、Y の含有量が
0.3at%未満では、Y によるヒロック耐性向上効果が不充
分となり、高いヒロック耐性が得られないことが裏付け
られる。したがって、Y の含有量は、ヒロック耐性、お
よび後述する陽極酸化膜の絶縁耐圧性向上効果の点から
0.3 at%以上にする。
【００２９】一方、NiとY の含有量は、0.22 CNi＋0.74
CY で表される式が、1.6 at% を超えないようにする必
要がある [但し、C Ni;Ni 含有量(at%) 、C Y ;Y含有量
(at%)]。本発明者等の知見によれば、NiとY の含有量と
比抵抗には、図３に示す関係がある。即ち、図３に示す
点線が0.22 CNi＋0.74 CY と表され、この点線より上方
では(0.22 C Ni＋0.74 CY が1.6 at% を超えると) 、図
中の×印の通り、比抵抗が大きく増加してしまい、5 μ
Ωcm以下の低い比抵抗が得られない。逆に、図３の点線
より下方では( 0.22 C Ni ＋0.74 CY が1.6 at% 以下で
あると) 、図中の○印の通り、5 μΩcm以下の低い比抵
抗が得られる。したがって、NiとY の含有量は、0.22 C
Ni＋0.74 CY ≦1.6 at% とする。なお、この図３は後述
する実施例１の表１のNo.1〜25を、NiとY の含有量の関
係で整理し直したものである。
【００３０】なお、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜において、
比抵抗を5 μΩcm以下を満足した上で、高いヒロック耐
性と陽極酸化膜の高い絶縁耐圧性を得るためには、薄膜
合金組成が、Al-1.5〜3.7at%Ni-1.0〜1.6at%Y の範囲が
好ましく、比抵抗を4 μΩcm以下を満足した上で、高い
ヒロック耐性と陽極酸化膜の高い絶縁耐圧性を得るため
には、薄膜合金組成が、Al-0.5〜1.2at%Ni-0.4〜0.6at%
Y の範囲がより好ましい。また、本発明Al-Ni-Y 合金薄
膜において、合金成分としてのNiとY 以外の金属元素
や、酸素等の不純物元素は、薄膜材料のターゲットの製
造工程や、薄膜製造の過程で必然的に含まれる分や、あ
るいは、本発明Al-Ni-Y 合金薄膜の諸特性を阻害しない
範囲での含有は許容される。しかし、それらは概ね、薄
膜の比抵抗を上げるなど、薄膜特性の阻害要因となる可
能性があるので、その含有量は極力低く抑えるべきであ
る。特に、酸素は薄膜中でAl2O3 を形成し、薄膜の比抵
抗を上げ薄膜機能を阻害するので極力低く抑えるべきで
ある。このため、Al-Ni-Y 合金薄膜の諸特性を阻害しな
いために、許容される酸素量の上限値を1000ppm とする
ことが好ましい。また、NiおよびY 以外のその他不純物
の総量も、同様に上限値を1000ppm とすることが好まし
い。
【００３１】このように、本発明に係るAl-Ni-Y 合金薄
膜は優れた特性を有するので、半導体用電極、その内で
も特に、比抵抗を5 μΩcm以下と高いヒロック耐性、お
よび陽極酸化膜の高い絶縁耐圧性が要求されるLCD （液
晶ディスプレイ）用の電極として好適に用いることがで
きる。
【００３２】次に、本発明に係るAl-Ni-Y 合金薄膜の製
造方法について説明する。本発明Al-Ni-Y 合金薄膜は、
スパッタリング法により形成されることが望ましい。ス
パッタリング法以外にも、真空蒸着法、イオンプレーテ
ィング法、化学気相析出法等によって蒸着されることが
可能である。しかし、スパッタリング法により形成され
るAl-Ni-Y 合金薄膜では、NiとY の含有の均一性が、特
に優れている（含有の不均一性が無い）。また、NiとY
の合金元素は、平衡状態ではAlに対する固溶限が極めて
小さいが、スパッタリング法により形成されたもので
は、NiとY が平衡状態での固溶限以上に、Al中に強制固
溶され、NiとY の固溶強化により、その他の通常の薄膜
形成法により形成されるAl合金薄膜と比較して、よりヒ
ロック耐性等を著しく向上し得るからである。
【００３３】また、前記各方法により形成されたAl合金
薄膜上に陽極酸化皮膜を形成する方法は、通常乃至公知
の陽極酸化処理方法が適用可能である。
【００３４】更に本発明では、このAl合金薄膜をスパッ
タリング法等の蒸着により得るためのターゲットとし
て、合金成分としてNiとY を含有したAl合金とする。よ
り好ましくは、合金成分としてNiを0.3 at% 以上含有す
るとともに、Y を0.3 at% 以上含有し、かつ 0.22 C Ni
＋0.74 CY が1.6at%以下であるAl合金とする。このよう
に、Al合金薄膜と略同一組成成分範囲のAl合金をターゲ
ット材を用いることにより、蒸着により得られる本発明
Al合金薄膜の組成成分の再現性とNiとY の含有の均一
性、および薄膜性能を保証することができる。
【００３５】このAl合金ターゲット材は、溶解鋳造法に
よりAl合金溶湯から鋳片を製造する、あるいはスプレー
フォーミング法により不活性ガス雰囲気のチャンバー内
でAl合金溶湯流に高圧の不活性ガスを吹きつけ粉霧化
し、半凝固状態の粉霧化粒子を受け皿に堆積させてビレ
ットを製造し、これら鋳片やビレットのまま、あるいは
これらを適宜成形加工して、一体型のターゲット材とす
るのが好ましい。これら溶製Al合金ターゲット材は、Ni
やY などの合金成分がAlマトリックス中に均一に固溶乃
至分散して含まれる一体型になっており、材質が均一
で、含まれる酸素量も低い。このため、例えば、NiとY
とのチップをAlターゲット上に配置したような、単に合
金成分を複合材化乃至組み合わせ材化した分割型ターゲ
ット材に比して、形成されるAl合金薄膜の組成が安定し
易く、又、薄膜中の酸素量を低くし得る等の利点を有し
ている。
【００３６】以上説明した通り、本発明に係るAl-Ni-Y
合金薄膜は、スパッタリング法等の蒸着により成膜さ
れ、その時点ではNiとY の合金成分の全部又は一部が固
溶した状態にあり、次の熱履歴で、上記固溶した合金成
分の一部又は全部が金属間化合物として析出して、必要
な高ヒロック耐性及び低比抵抗を達成する。したがっ
て、本発明に係るAl-Ni-Y 合金薄膜は、LCD の製造工程
において、薄膜トランジスターを形成するなどの電極膜
形成後の熱履歴において、薄膜成膜後に必然的に受ける
熱履歴（ 300〜400 ℃程度）を、薄膜自身の特性を向上
させるための、金属間化合物を析出させる熱処理とし
て、むしろ積極的に利用しているとも言え、この点が本
発明の特徴の一つでもある。
【００３７】この熱履歴により、固溶元素のNiとY を、
金属間化合物としてどの程度析出させるかは、熱履歴条
件と熱履歴前の固溶元素量、および必要な高ヒロック耐
性及び低比抵抗特性に応じて設定される。ただ、NiとY
とが金属間化合物として析出するためには、前記熱履歴
の温度は、150 ℃以上の温度が必要であり、また、逆に
それが400 ℃超の温度では、熱履歴時にヒロックが生じ
てしまう。したがって、勿論熱履歴の温度は、LCD 製造
上の諸条件の方から決定されるが、本発明薄膜の特性向
上の観点からは、熱履歴の最適温度は、150 〜400 ℃の
範囲である。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕NiとY とを所定量含有する溶製Al-Ni-Y 合
金ターゲットを用い、DCマグネトロンスパッタリング法
により、厚さ:0.5mm、大きさ: φ50mmの、コーニングN
o.7059 ガラス基板上に、厚さ：350nm で、合金組成をA
l-xat%Ni-yat%Y(x=0.1 〜7 、y=0.1 〜3)の範囲で変え
た合金薄膜を形成した。これらのAl-Ni-Y 合金薄膜の組
成をICP により分析した。次に、この薄膜をフォトリソ
グラフィーならびにウェットエッチング（エッチャント
はH3PO4:HNO3:H2O=75:5:20の混合液) により線幅100 μ
m 、線長10mmの比抵抗測定用ストレートパターンに加工
した。その後、ホットウォール方式の加熱炉を用いて、
この薄膜に300 ℃で0.5hr 加熱保持する真空熱処理( 真
空度2.0 ×10-6Torr以下) を施した。最後に、熱処理(
熱履歴) 後の薄膜の比抵抗を四探針法により室温にて測
定した。前記Al-Ni-Y 合金薄膜の組成および比抵抗値の
結果を表１に示す。
【００３９】表１の発明例No.7〜9 、12、13、17から明
らかな通り、Niが0.3at%以上、Y が0.3at%以上、かつ
0.22 C Ni＋0.74 CY が1.6 以下の本発明条件を満足す
るAl-Ni-Y 合金薄膜の場合、比抵抗が5 μΩcm以下とな
る。一方、これらのいずれかの条件を上限を超えてはず
れる比較例No.5、10、14、15、18〜25は、比抵抗が5 μ
Ωcm以上となっている。なお、Niが0.3at%未満、あるい
はY が0.3at%未満の比較例No.1〜4 、6 、11、16も、比
抵抗が5 μΩcm以下であるが、これらは前記した通り、
Niの含有量が0.3at%未満では、Niによるヒロック耐性向
上効果が不充分となり、高いヒロック耐性が得られな
い。また、Y の含有量が0.3at%未満では、Yによるヒロ
ック耐性向上効果と陽極酸化膜の絶縁耐圧性向上効果が
不充分となるなどの他の問題がある。
【００４０】
【表１】
【００４１】〔実施例２〕NiとY とを所定量含有する溶
製Al-Ni-Y 合金ターゲットを用い、DCマグネトロンスパ
ッタリング法により、厚さ:0.5mm、大きさ: φ50mmの、
コーニングNo.7059 ガラス基板上に、厚さ：350nm で、
合金組成をAl-xat%Ni-0.3at%Y(x=0.1 〜7)の範囲で変え
た合金薄膜を形成した。これらのAl-Ni-Y 合金薄膜の組
成をICP により分析した。次に、この薄膜をフォトリソ
グラフィーならびにウェットエッチング（エッチャント
はH3PO4:HNO3:H2O=75:5:20の混合液) により線幅10μm
のストライプパターンに加工した。その後、ホットウォ
ール方式の加熱炉を用いて、この薄膜に300 ℃で0.5hr
加熱保持する真空熱処理( 真空度2.0 ×10-6Torr以下)
を繰り返し5 回実施し、各熱処理後におけるヒロック密
度( 単位表面積当たりに発生するヒロック数) を顕微鏡
による表面観察にて測定した。熱処理( 熱履歴) 後の薄
膜のヒロック密度( ×109m-2) と熱履歴回数との関係を
整理し、図４に示す。
【００４２】図４から明らかな通り、Ni含有量が下限0.
3at%未満のAl-0.1at% Ni-0.3at%Yの薄膜( ○印、表1 の
比較例No.2に相当) は、熱履歴回数が増加するにしたが
って、ヒロック密度が増加する。一方、Ni含有量が下限
0.3at%以上の薄膜( △、▽、◇、□の各印、表1 のNo.
7、12、17、22に相当) は、熱履歴回数が増加してもヒ
ロック密度は殆ど増加していない。したがって、薄膜が
繰り返しの熱履歴に対して高いヒロック耐性を得るため
には、Ni含有量を0.3at%以上にする必要があることが分
かる。但し、図４において、本発明例は、Al-0.3at% Ni
-0.3at%Yの薄膜(△印、表1 の発明例No.7に相当) 、Al-
3.2at% Ni-0.3at%Yの薄膜( ▽印、表1 の発明例No.12
に相当) 、Al-6at% Ni-0.3at%Yの薄膜( ◇印、表1 の発
明例No.17に相当) であって、Ni含有量で、0.22 C Ni
＋0.74 CY が1.6 を超えるAl-7at%Ni-0.3at%Yの薄膜(
□印、表1 の比較例No.22 に相当) は、前記表1 のとこ
ろで述べた通り、比抵抗が5 μΩcmを超えてしまい、低
比抵抗が得られない別の問題を有する。
【００４３】〔実施例３〕NiとY とを所定量含有する溶
製Al-Ni-Y 合金ターゲット、比較のためのAl-Sc合金タ
ーゲット、Al-La 合金ターゲットを各々用い、DCマグネ
トロンスパッタリング法により、厚さ:0.5mm、大きさ:
φ50mmの、コーニングNo.7059 ガラス基板上に、厚さ：
350nm で、組成がAl-2.0at%Ni-1.5at%Y 合金薄膜、Al-
1.6at%Sc 合金薄膜Al-1.0at%La 合金薄膜を形成した。
なお、これらのAl合金薄膜の組成はICP により分析し
た。次に、これらの薄膜をフォトリソグラフィーならび
にウェットエッチング（エッチャントはH3PO4:HNO3:H2O
=75:5:20の混合液) により線幅10μm のストライプパタ
ーンに加工した。その後、ホットウォール方式の加熱炉
を用いて、この薄膜に300 ℃で0.5hr 加熱保持する真空
熱処理( 真空度2.0 ×10-6Torr以下) を繰り返し5 回実
施し、各熱処理後におけるヒロック密度( 単位表面積当
たりに発生するヒロック数) を顕微鏡による表面観察に
て測定した。熱処理( 熱履歴) 後の薄膜のヒロック密度
( ×109m-2) と熱履歴回数との関係を整理し図５に示
す。
【００４４】図５から明らかな通り、Al-1.6at%Sc 合金
薄膜( △印) 、Al-1.0at%La 合金薄膜( □印) は、熱履
歴回数が増加するにしたがって、ヒロック密度が増加す
る。一方、本発明に係るAl-2.0at%Ni-1.5at%Y 合金薄膜
( ○印) は、熱履歴回数が増加してもヒロック密度は殆
ど増加していない。したがって、本発明Al-Ni-Y 合金薄
膜が、繰り返しの熱履歴に対して、高いヒロック耐性を
有していることが裏付けられる。
【００４５】〔実施例４〕NiとY とを所定量含有する溶
製Al-Ni-Y 合金ターゲット、比較のためのAl-Ni合金タ
ーゲットを各々用い、DCマグネトロンスパッタリング法
により、厚さ:0.5mm、大きさ: φ50mmの、コーニングN
o.7059 のガラス基板上に、厚さ：500nm で、組成がAl-
0.3at%Ni-yat%Y(y=0.1 〜3)合金薄膜、Al-0.3at%Ni 合
金薄膜を形成した。なお、これらのAl合金薄膜の組成は
ICP により分析した。次に、これらの薄膜をフォトリソ
グラフィーならびにウェットエッチング（エッチャント
はH3PO 4:HNO3:H2O=75:5:20の混合液) により線幅100 μ
m の絶縁状態破壊電圧測定用のストレートパターンに加
工した。
【００４６】その後、この薄膜のパターン部分を陽極酸
化して膜厚200nm の陽極酸化膜を形成した。電解浴には
酒石酸水溶液とエチレングリコールとの混合液(3.0wt%
酒石酸水溶液: エチレングリコール=10:90) を使用し
た。また、陽極酸化膜を成長させる際の電流密度を0.2m
A/cm2 、そして膜厚を均一化する際の電圧を80V 、印加
時間を10min とした。更に、陽極酸化膜を形成した下部
電極膜の上に、下部電極膜と同じ合金組成からなるAl-
0.3at%Ni-yat%Y(y=0.1 〜3)合金薄膜、Al-0.3at%Ni 合
金薄膜を、上部電極膜として各々形成した。この上部電
極膜をフォトリソグラフィーならびにウェットエッチン
グにて、下部電極膜のストレートパターンに直交する線
幅100 μm のストレートパターンに加工して、下部電極
膜／陽極酸化膜／上部電極膜（電極面積100 μm ×100
μm)の構造からなる絶縁状態破壊電圧測定用の試料を作
成した。そして、この試料の陽極酸化膜に電圧を印加
し、陽極酸化膜の絶縁状態が破壊されるときの電圧( 絶
縁状態破壊電圧) を測定した。これらの結果を、表２お
よび図６に示す。
【００４７】Al合金薄膜の金属元素含有量とAl合金薄膜
の陽極酸化膜の絶縁状態破壊電圧との関係を示す、表２
および図６から明らかな通り、Al-0.3at%Ni-yat%Y(y=0.
1 〜3)合金薄膜の陽極酸化膜( ○、△、▽、◇、□の各
印) は、Y を含まぬAl-0.3at%Ni 合金薄膜の陽極酸化膜
( ●印) よりも高い絶縁状態破壊電圧を示している。但
し、同じAl-Ni-Y 合金薄膜の陽極酸化膜のうちでも、Y
含有量が0.1 at% とY下限値より少ないAl-0.3at% Ni-0.
1at%Yの薄膜の陽極酸化膜( ○印表1 の比較例No.6に相
当) は、陽極酸化膜形成時の電圧80V よりも低い絶縁状
態破壊電圧を示し、前記電圧80V よりも高い絶縁状態破
壊電圧を示す、Y 含有量が0.3 at% 以上の陽極酸化膜(
△、▽、◇、□の各印) に比して、絶縁耐圧性が劣る。
したがって、絶縁耐圧性に優れるためには、Y 量が0.3
at% 以上必要であることが分かる。但し、図６におい
て、本発明例は、Al-0.3at% Ni-0.3at%Yの薄膜( △印、
表1の発明例No.7に相当) 、Al-0.3at% Ni-1.2at%Yの薄
膜( ▽印、表1 の発明例No.8に相当) 、Al-0.3at% Ni-2
at%Yの薄膜( ◇印、表1 の発明例No.9に相当) であっ
て、Y 含有量が上限2at%を超えるAl-0.3at% Ni-3at%Yの
薄膜( □印、表1 の比較例No.10 に相当) は、前記表1
のところで述べた通り、比抵抗が5 μΩcmを超えてしま
い、低比抵抗が得られない別の問題を有する。この実施
例での絶縁状態破壊電圧の許容範囲は80V 以上となる。
但し、陽極酸化皮膜の絶縁状態破壊電圧は陽極酸化皮膜
の膜厚が小さくなるほど低くなる。このため、膜厚の下
限値である20nmの場合でも十分に高い絶縁状態破壊電圧
を得るためには、少なくとも15V 以上の絶縁状態破壊電
圧を有する必要がある。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【発明の効果】本発明に係る半導体電極用Al合金薄膜
は、以上の如き構成を有し作用をなすものであり、ヒロ
ック耐性に優れて成膜後の熱履歴においてヒロックが生
じ難く、繰り返しの熱履歴に対して高いヒロック耐性を
得ることが可能で、該熱履歴の後は比抵抗が低下し、従
って、該熱履歴の前（或いは更に熱履歴時点）及び後で
各々必要な高ヒロック耐性及び低比抵抗という条件（要
件）を充たすとともに、陽極酸化膜の絶縁耐圧性にも優
れている。そのため、アクティブマトリックス型液晶デ
ィスプレイ（ LCD等）の如く、薄膜トランジスターが使
用される機器での半導体用電極として好適に用いること
ができる。従って、これら各機器の高機能化及び品質向
上を図ることができるようになるという効果を奏し、更
に、今後の液晶ディスプレイ等の大画面化・高精細化に
対応し得、それに寄与し得るようになるという効果を奏
する。
【００５０】また、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットは、上記半導体電極の形成をスパッタリング法によ
り行う場合に好適に使用し得、形成される半導体用電極
の組成が安定し易い等の利点を有し、より特性の安定し
た半導体電極が得られるようになるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】Al合金薄膜の、ヒロック密度とNi含有量との関
係を示す説明図である。
【図２】Al合金薄膜の、ヒロック密度とY 含有量との関
係を示す説明図である。
【図３】Al合金薄膜の、NiとY の含有量と比抵抗との関
係を示す説明図である。
【図４】実施例２に係るAl合金薄膜の、ヒロック密度と
熱履歴回数との関係を示す説明図である。
【図５】実施例３に係るAl合金薄膜の、ヒロック密度と
熱履歴回数との関係を示す説明図である。
【図６】実施例４に係るAl合金薄膜の、陽極酸化膜の絶
縁状態が破壊されるときの電圧( 絶縁状態破壊電圧) を
示す説明図である。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合金成分として、Niを0.3 at% 以上、Y
    を0.3at%以上含有し、かつ0.22 CNi＋0.74 CY を1.6 at
    % 以下 [但し、 CNi;Ni 含有量(at%) 、 CY;Y含有量(at
    %)]としたAl合金薄膜よりなり、合金薄膜の比抵抗が5
    μΩcm以下であることを特徴とするヒロック耐性と陽極
    酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比抵抗Al-N
    i-Y 合金薄膜。
  2. 【請求項２】 前記合金薄膜が、スパッタリング法によ
    り形成されている請求項１に記載のヒロック耐性と陽極
    酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比抵抗Al-N
    i-Y 合金薄膜。
  3. 【請求項３】 前記NiとY とが金属間化合物として前記
    合金薄膜内で析出している請求項１又は２に記載のヒロ
    ック耐性と陽極酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極
    用低比抵抗Al-Ni-Y 合金薄膜。
  4. 【請求項４】 前記NiとY との金属間化合物が、前記合
    金薄膜が熱履歴を受けることにより析出したものである
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒロック耐性と
    陽極酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比抵抗
    Al-Ni-Y 合金薄膜。
  5. 【請求項５】 前記ヒロック耐性が、前記合金薄膜の繰
    り返しの熱履歴に対するヒロック耐性である請求項１乃
    至４のいずれか１項に記載のヒロック耐性と陽極酸化膜
    の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比抵抗Al-Ni-Y 合
    金薄膜。
  6. 【請求項６】 前記絶縁耐圧性が、前記合金薄膜の陽極
    酸化膜形成時の電圧よりも高い絶縁状態破壊電圧を有す
    るものである請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒ
    ロック耐性と陽極酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電
    極用低比抵抗Al-Ni-Y 合金薄膜。
  7. 【請求項７】 前記半導体電極が液晶ディスプレイ用で
    ある請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒロック耐
    性と陽極酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比
    抵抗Al-Ni-Y 合金薄膜。
  8. 【請求項８】 前記Al合金薄膜上に陽極酸化皮膜を形成
    した請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒロック耐
    性と陽極酸化膜の絶縁耐圧性が優れる半導体電極用低比
    抵抗Al-Ni-Y 合金薄膜。
  9. 【請求項９】 合金成分として、NiとY を含有したAl合
    金よりなることを特徴とする半導体電極用Al-Ni-Y 合金
    薄膜形成用スパッタリングターゲット。
  10. 【請求項１０】 合金成分として、Niを0.3 at% 以上、
    Y を0.3at%以上含有し、かつ0.22 CNi＋0.74 CY を1.6
    以下 [但し、C Ni;Ni 含有量(at%) 、C Y ;Y含有量(at
    %)]としたAl合金よりなる請求項９に記載の半導体電極
    用Al-Ni-Y 合金薄膜形成用スパッタリングターゲット。
  11. 【請求項１１】 前記ターゲットが、溶解鋳造法または
    スプレーフォーミング法により製造されたAl合金からな
    る請求項９または１０に記載の半導体電極用Al-Ni-Y 合
    金薄膜形成用スパッタリングターゲット。
  12. 【請求項１２】 前記半導体電極が液晶ディスプレイ用
    である請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体
    電極用Al-Ni-Y 合金薄膜形成用スパッタリングターゲッ
    ト。
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