JPS62205656A

JPS62205656A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS62205656A
Application number: JP61048910A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Oana; 保久小穴; Masayuki Dojiro; 堂城　政幸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-06
Filing date: 1986-03-06
Publication date: 1987-09-10

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】 ε発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は半導体装置に係り、特にその電極配線材料に関
する。

（従来の技術）近年、非晶質シリコン（ａ−８ｉ）ＩＩＪＦを用いた薄
膜１〜ランジスタ（ＴＰＴ）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。これは、非晶質のガラス基板を用い
、低温成！ｌＱができるａ　−８ｉ　１０を用いてＴＦ
Ｔ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。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、且つ大面積にするためには、ＴＰＴへの
ｔ８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
基数側に設け、この上に絶縁ｌｉＱやａ−３ｉｑφを重
ねてＴＰＴを構成する逆スタガーをのＴＰＴ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酎える材料であることが要求さ
れる。従来この襟な要求を満たすゲート電（ル材籾とし
て、タンタル（Ｔａ）やチタン（Ｔ１）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、より低比抵抗でりロエ性がよく、しかもその
後の各種薬品迅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
カー型ＴＰＴ構造を利用する場合には、ドレイン、ソー
ス電極配線にその峰な特性が要求されることになる。

一方、単結晶８１塁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。例えばダイナミックＲＡＭに代
表されるメモリ集積回路はますます集積度を増している
。従来、この様なメモリ集積回路で用いられるＭ　ＯＳ
　ｔ−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役に用いられて来た。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Ａざる。多結晶シリコン膜より比抵抗が低く、且つ高
温にも耐える材料としてモリブデン・シリサイド（ＭＯ
Ｓｉ２）Ｍ９等があるが、これを用いても例えば１　Ｍ
ピット以上のダイナミック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。

（発明か解決しようとする問題点）以上のように従来のａ−３ｉ膿或いは単結晶Ｓ　ｉ　Ｅ
！ｌｆｉ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ｔ＾化を図るためには、電極配線の抵抗が大
きい問題になっている。また、雷雨配線としては単に抵
抗が小さいだけでなく、加工性に擾れ、各種も理に対す
る耐性に層れ、且つＳ）とのオーミック接触性も良好な
安定な電１へ１材料が望まれている。

本発明は上記した点に鑑みなされたもので、新しい電（
本配線材料を用いて素子の微梱化、大面積七および高集
積化を可能とした半導体装置を提供することを目的とす
る。

「発明の構成」（問題点を解決するための手段）本発明はａ−３ｉ膜や多結晶シリコンＩＩＬ！１１結晶
Ｓｉ基板等を用いた半導体装置のミル配腺材事」として
、モリブデン（Ｍ　Ｏ）とタンタル（Ｔａ）の合金膜を
用いたことを特徴とする。この場合、Ｔａの組成比は３
０〜９５原子％の範囲とする。

また、このｔ！な合金に含まれるＭｏとＴａの総量は９
５原子％以上であればよく、池の元素例えば、炭素（Ｃ
）、１１！素（０）、７／Ｌ／ゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ
）などを５原子％以下の筒器で含むことは許容される。

（作用）本発明における〜ｔｏ　−Ｔ　ａ合金膜は、Ｔａ。

Ｍｏ、Ｔｉなどの金属膜より比抵抗が小さく、勿論ＭＯ
８ｉ２１１Ｑよりはるかに比抵抗が小さい。また加工性
に（憂れ、各Ｆｆｉ処理液に対する耐性にも帰れ、８１
等の半導体とのオーミック接触性にも優れている。

Ｍ　ｏ　−Ｔ　ａ合金の抵抗が低い理由は次の通りであ
る。Ｔａの結晶構造には２ｆＩ項あり、一つは正方晶で
あり、他の一つは体心立方晶である。正方晶Ｔａはβ−
Ｔａと称され、その結晶定数はａＱ＝５．３４人、Ｇｏ
　＝９．９４人であり、また蒸行薄摸の固有抵抗はρ＝
１８０〜２００μΩ−ｃｍである。一方体心立方晶Ｔａ
はα−Ｔａと称され、結晶定数はａａ−３，３０人、蒸
着薄膜の固有抵抗はρ＝１０〜１５０μΩ−口である。

自然界にはα−Ｔａが存在することは珍しく、通常の物
理定数表等にもα−Ｔａの固有抵抗等の記述はない。

またα−Ｔａはρが安定しないこと、抵抗温度係数が１
００〜３０００ｐｐｍ　、”Ｃと大きいこと、クラック
が入り易いこと、表面が滑らかでないこと、剥離し易い
こと、等の理由で薄膜としては＋４ｉめで扱いにくい材
料である。これに対し本発明の合金は、α−Ｔａの固有
抵抗特性を引き継いで、他の待１１はβ−Ｔａのそれを
利用するものと言える。

即ち、ＭＯのように結晶構造が体心立方晶しかなく、格
子定数がａａ＝３．１４人とＴａに近く、しかもＴａと
全率固溶体（合金）を作る金属をＴａに混入することに
より、Ｔａをα相にして、固有抵抗の小さい体心立方晶
の合金を１８ることかできるのである。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

具体的なデバイスに適用した実部例の説明に先だって、
本発明にかかるＭＯＴａ合金膜そのものの各種特性を曲
の電極材料膜と比較して測定した結果を下表に示す。

なＪ５各電極配に！ｓは室温でのスパッタ法により形成
された。表から明らかなように、本発明にかかる合金膜
は室温堆ｆ＾後において、Ｔｉ、Ｃｒ。

王ａ、〜ｌ０３ｉ２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よりも小さい。

ｊ＃積後、熱処理を行うことにより、更に小さい比１氏
抗がｊワられている。また、；ヘライエッチングによる
加工性も、Ｍ０３ｉ２膜と同等に擾れたものであり、テ
ーパ加工も容易であった。また、〜１０゜Ｔｉ、Ｃｒな
どでは良質の熱酸化膜か形成されないが、本発明にかか
る合金膜では良質の熱酸化膜が１９られている。洗浄液
として広く用いられる、Ｈ２３０４＋Ｈ２０２混液に対
する耐性も優れたものであった。Ｓｉとのオーミック接
触性も漫れ１、上た５ｉ０２摸との反応も少なく、３ｉ
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、○（良好）、△（やや不良）、×（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、またテーパ加工性については同
じ＜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った。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、３Ｘ１０Ｂ
Ｖ／ｃｍ以上の耐圧、Ｉ　Ｘ　１０　”　Ａ／ｓ＋２以
下のリーク電流の酸化膜が得られるか否かにより、陽惜
酸化摸形成については、ピンホールがなく、３Ｘ１０６
Ｖ、’ｃ以上の耐圧、１Ｘ１０゛！ＯＡ／′履２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。ま
たシリコンとのオーミック接触性については、良好なシ
リサイドが界面に形成されているか否かにより、酸化膜
との非反応性については、４００℃程度の温度で反応す
るか否かにより行った。

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１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、ＴａＭ極ではこれらの２！ｌ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〜１Ｏ−
Ｔａ合金は、Ｔａの組成比が３０原了％以上であれば熱
酸化膜形成、陽極酸化摸形成１強Ａり処理を良好に行う
ことができ、しかもＴａ電極に化ぺて比抵抗を大幅に低
くし、Ｔａの組成［ヒが９５原子％以下であればＭＯ電
憧よりも低い比抵抗を！？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。

次に具体的なデバイスに適用した実施例を説明する。

第１図および第２図は逆スタガー型ＴＰＴを用いたアク
ティブマ［−リクス型液晶表示装置に適用した実施例の
等価回路図およびＴＦＴ部の断面図である。第１図にお
いて、１は透明ガラス括板を示し、この上にゲート配線
２とｆ−夕配線３が７１ヘリクス状に配設されている。

これら配線の各交差部にａ−３ｉＱＱによりＴＦＴ　　
４が形成されている。ＴＦＴ　４のドレインはデータ配
線３に接続され、ゲート電極はゲート配置！ｉ！２と一
体形成されている。またＴＦＴ　　４のソースには各画
素の表示電極５と液晶容ａ６が接続されている。

表示面積が２０ｃｍＸ１５α（Ａ４サイズ）１画素ピッ
チが２５０μｍの液晶表示装置を形成した場合、ゲート
配線２の長さはおよそ２３０となった。ゲート線幅およ
び厚さは種々の条件例えば、テーパ角、ゲート絶縁膜厚
、開口率、デバイスルールなどにより変わってくるが、
本実施例では線幅３０μｍ、厚さ２００ｎｍを採用した
。このゲート配線材料として、スパッタ法により堆積し
たＭｏ　＜６０原子％）−Ｔａ　（４０原子％）の合金
膜を用いた。こうして得られたゲート電１に配線の抵抗
は、１−１．８にΩであった。

ちなみに、同條のゲート配線を池の材料で形成Ｌ　タＱ
合、Ｔ　ｉ　でｆ、ｔｌ　７６．３にΩ、Ｃｒでは４９
．８にΩ、Ｍ　Ｏでは１９．２にΩ、Ｔａでは８４．３
にΩであった。

第２図は、Ｔ’　ＦＴ部の断面、構造を示している。

透明ガラス基板１上に先ずＭｏ−Ｔａ合金摸からなるゲ
ート電権２’　が形成される。このゲート電極２′（ユ
第１図のゲート配線２と同じ材ｔ１．同じ工程で一体形
成される。この工程で重要なことは、後に形成される層
の段切れを防１トするためにテーバのついたゲート電極
を形成することである。これは、レジストとドライエツ
チングの組合わせにより容易に実現できる。この実茄例
ではゲート電極２′として第１図のゲート配線２と同じ
厚み２ＱＱｎｍ、幅３０μｍのものを形成した。このグ
ー１−電極形成後、この上にゲート絶縁膜として２００
ｎｍの３ｉ３Ｎ４膜７を形成し、続いて３００　ｎ　ｍ
のノンドープのａ−８ｉ膜８，５０ｎｍのｎ＋型ａ−８
ｉ躾９を堆積し、この上に５０ｎｍのＭｏ膜１０を形成
している。この工程で重要なことは、ゲート絶縁膜ｊ「
積前の処理である。

ゲー１−・電極をＰＥＰによりパターニングするために
表面には有機、無機の汚染物質が多量に存在しており、
これを洗浄する必要がある。この処理は、ゲート電極間
ウム砒素たガラス基板をＨ２ＳＯ４＋１１２０２の混合
液に浸すことにより行われる。

本実施例の合金膜によるゲート電極はこの洗浄液に腐蝕
・エツチングされることのない十分な耐性を示した。Ｒ
１捻にドレイン電極３′およびソース電極１１が形成さ
れる。トレイン電極３′は第１図のデータ配線３と連続
的に形成される。先の洗浄１捏が不十分であると、ドレ
イン、ソースＭ＜％とゲート電極間の耐圧不良、引いて
は層間短絡等を生じ、画像表示に線欠陥等を生じること
になる。

この実施例では十分な洗浄を１１うことにより、この様
な不良の光生を防止することができた。

上記実施例では、ゲート電極上に直接Ｓｉ３Ｎ４！ｌ！をゲート絶縁膜として堆積したが、こ
のＳｉ３Ｎ＋ＩＩＩ堆積に先だってゲート電極表面に熱
酸化膜を形成することは有用である。実際に上記実施例
のゲート電樽形成後、常圧酸素中。

４００℃、１時間の熱酸化により１０００人の酸化膜が
形成できた。この熱酸化膜の耐圧は５゜２Ｘ１０６Ｖ、
／′α以Ｆであり、誘電率は２３であった。この様な熱
酸化膜を形成した後にＳｉ３Ｎ＋模を堆積してゲート絶
縁膜を構成すると、留間短終による欠陥をより効果的に
防止することができる。また２層目の絶縁膜を薄くする
ことができるため、ＴＰＴのしきい値電圧を下げること
ができるという効果もｉｑられる。ゲート電極部分に限
らず、ゲート配線全体或いは配線交差部に同様に熱酸化
膜を形成することにより、配線間特に交差部での短絡に
よる欠陥の防止を図ることができる。

更に、上記実施例のゲート電極表面等に陽極酸化法によ
っても良質の酸化膜を形成することができる。

第３図は、本発明をＭＯ８集積回路に適用した実施例の
〜４０　Ｓ　トランジスタ部分の断面図である。

１２は比抵抗教Ω・ｃＩＲのｐ型車結晶３ｉ基板であり
、これにフィールド絶縁膜１３を形成し、素子領域に熱
酸化により４０ｎｍのゲート酸化膜１３′を形成した。

このＩＭｏ（６０原子％）−丁ａ（４０原子％）の合金
膜をスパッタ法により３００ｎｍ形成し、これをＰＥＰ
、ドライエツチングによりパターニングしてテーパ付の
ゲート電極１４を形成した。そしてゲート電極１４をマ
スクとして、Ｐイオンを１ｘ１０１５．／ｃｍ２゜１０
０ＫｅＶＦ注入し、１０００’Ｃ，３０分の熱処理を行
ってソース、ドレイン領域１５．１５’を形成した。こ
の熱処理工程でゲート電極１４の比抵抗は１．３Ｘ１０
”５Ω・ｃＩＲと低抵抗のものとなった。続いてｃｖｏ
ｕ化膜１６を１μｍの厚さに形成し、これにコンタクト
ホール１７゜１７′を開け、へ２膜の堆積、パターニン
グによりソース、ドレイン電極１８．１９を形成した。

この実施例によれば、ゲート電極は従来のＭＯ８ｉ２１
１を用いた場合に比へて比抵抗が１・′５になり、ゲー
ト遅延時間の短い回路特性が得られた。また１　０００
℃の熱処理によってもゲート電極とその下のゲート酸化
膜との反応はなく、信頼性の高い素子特性が得られた。

なお本発明は上記実施例に限られるものではない。例え
ば上記実施例では〜ｔｏ−Ｔａ合金摸をＭｏＴａ合金タ
ーゲットのスパッタにより形成したが、ＭＯツタ−ット
とＴａターゲッ１〜を用いてこれを同時にスパッタする
ことによっても同様の合金膜を得ることができる。更に
、ＭｏおよびＴａを含む有機ガスの熱分解を利用して同
様の合金ＩＱを形成することも可能である。また本発明
はａ−３ｉ膜、多結晶シリコン膜、単結晶Ｓ１など（７
）Ｓｉに限らず、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅ、Ｔｅ。

ＧａＡｓ、ＧａＰなど他の半導体材料を用いた場合に６
適用することができる。

［発明の効果］１ズ上述へたように本発明によれば、比抵抗が非常に小
さく、加工性、安定性に層れたＭ　ｏ　−Ｔ　ａ合金膜
を電極配線材料として用いることにより、各種半導体装
置の素子の微細化１大面ｆ＾化および高集積化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実Ｕ例のアクティブマトリクス型液
晶表示装置の等画回路図、第２図はそのＴＦＴ部の断面
図、第３図は他の実施例の〜１０８トランジスタ部の断
面図である。１・・・ガラス基板、２・・・ゲート配ＩｎＩ　（Ｍ　
ｏ　−Ｔ　ａ合金膜）、２′・・・ゲート電極（ＭＯ−
Ｔａ合金膜）、３・・・データ配線、４・・・ＴＦＴ、
５・・・表示Ｍ極、６・・・容量、７・・・Ｓｉ３Ｎ４
摸、８・・・ノンドープミー８ｉ叩、９　・ｎ＋型ａ−
３ｉ膜、１０・・・〜ｊＯｍ、３′・・・ドレイン電極
、１１・・・ソース電極、１２・・・単結晶３ｉ基板、
１３・・・フィールド絶縁膜、１３′・・・ブーｌ−酸
化膜、１４・・・グー１〜電４ｆｉ（〜＝＋　。 −Ｔａ合金膜）、１５．１５’　・・・トレイン、ソー
ス領域、１６・・・ＣＶＯ酸化膜、１７．１７’　・・
・コンタクトホール、１８．１９・・・ドレイン、ソー
ス電極。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１　図第３　　ｆ、４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極配線材料として、タンタルの組成比が３０〜
９５原子％であるモリブデンとタンタルの合金を用いた
ことを特徴とする半導体装置。
（２）前記合金はタンタルの組成比が３０〜７０原子％
である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
（３）前記合金中に占めるモリブデンとタンタルの総量
は９５原子％以上である特許請求の範囲第１項記載の半
導体装置。
（４）前記合金を少なくとも一層以上用いた多層配線を
有する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。