JPS63185052A - タンタル金属薄膜回路 - 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］ 本発明はタンタル金属薄膜回路に関し、特にタンタル金
属薄膜を２Ｍ構造とすることによって、基板との剥離強
度、表面抵抗を改善して長寿命化させ、信頼性を顕著に
向上させた金属タンタル薄膜回路に関する。

［従来技術ｊ 従来、薄膜回路においては、金属薄膜として銅、ニッケ
ルおよびクロムなどが使用されているが、これらの金属
薄膜は、高温、高湿度下で電界が印加された場合には、
高い電位側の金属が水の介在により、電気的な作用で溶
は出すことにより腐食が発生する。

また、銅、ニッケルなどの金属を使用して形成した薄膜
回路は、高渇低潟の温度サイクルの繰り返しによって基
板から金属薄膜が剥離しやすいという欠点を有していた
。

この腐食や剥離の現象により、これらの金属薄膜を用い
た回路は極めて信頼性に欠けるものとなっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、このような従来技術の欠点を克服し、
ＷＩｌ！Ｊとしての電気的特性を維持しつつ膜の密着性
および抵抗値を改善し、長寿命化させて著しく信頼性を
向上させた、金属タンタル薄膜回路を提供することにあ
る。

［発明の経ＩＩ］ 本発明者等は、上記従来技術の問題点を解決するために
、先に、耐食性および基板と金属簿膜との密着性の向上
を目的として種々検討した結果、タンタル、チタンまた
はスズを用いた金属薄膜回路とすることで耐食性および
基板との剥離強度を顕著に改善する発明を完成した。

これらの研究をさらに進めるため、本発明者等は、ガラ
ス基板上にスパッタリングによりタンタル膜を２０００
人の厚みで形成したところ、スパッタリング条件（スパ
ッタ圧力、スパッタガス流量、印加電圧）を一定にして
いるにも拘わらず、タンタル膜の抵抗値およびタンタル
膜の付着力にバラツキがあるので、この原因について広
い角度から調査した。

この結果、同一のスパッタリング条件でスパッタしてい
るにも拘わらず、生成したタンタル膜はα型結晶構造（
体心立方構造）とβ型結晶構造（正方品系構造）および
それらが混在しているものがあることが判明した。

そこで、スパッタリングガス中に窒素ガスを混入させて
タンタル膜の結晶構造を制御する公知の方法により、α
、β、（α十β）の３タイプのタンタル膜を作り、その
ガラスに対する付着力を調べた。その結果、α−タンタ
ルは抵抗は低いが相対的にガラスとの剥離強度が小さく
、β−タンタルは抵抗は高いが相対的にガラスとの剥離
強度が大きいという相反する性質を持つことが判った。

［問題点を解決するための手段および作用］そこで本発
明者等は、基板との剥離強度が強く、表面抵抗が低くか
つ安定した膜となるような種々のタイプのタンタル薄膜
回路を作成して鋭意検討を重ねた結果、上記目的が達成
できることを知見して、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、絶縁体基板、半導体基板にタンタル
金属薄膜回路を形成するに際し、該タンタル金属簿膜が
２層からなり、表面側のタンタル層がα−タンタルを主
体とするタンタル膜からなることを特徴とするタンタル
金Ｊｉｉ薄膜回路である。

以下、本発明を図面に基いて詳細に説明する。

第１図および第２図は、本発明による金属薄膜回路の一
例を示す構造図で、１は絶縁体、半導体などからなる基
板であり、２は表面側のタンタル層、３は基板側のタン
タル層、４はＴａ２０５層である。

ここに用いられる基板１としては、ガラス、アルミナ、
窒化アルミニウムなどの絶縁体基板、ポリイミド、エポ
キシ樹脂、ポリエステル、ポリブタジェンなどの樹脂基
板、シリコンやゲルマニウムなどの牛体半導体、ガリウ
ム−ひ素、インジウム−アンチモンなどの化合物半導体
基板があり、その他にＦｅ２０３　、Ｓｎ　０２．３ａ
　Ｔｉ　０３などの金属酸化物半導体基板やＬ　ｉ　Ｎ
ｂ　０３などの誘電体基板が挙げられる。

本発明においては、表面側のタンタル１１２としてα−
タンタルを主体としたタンタル膜を用いる。

ここでいうα−タンタルを主体としたタンタル膜とは、
α−タンタルを少なくとも５０％以上含有するタンタル
膜である。

また、基板側のタンタル層３としては、β−タンタルを
５０％以上含むβ−タンタルを主体としたタンタル膜が
好ましく用いられる。この基板側のタンタル層３として
、α−タンタルを主体としたタンタル膜を用いてもよい
が、少なくともβ−タンタルを３０％以上含有し、しか
も表面側のタンタル層２よりもβ−タンタルの含有量が
多いことが必要である。

このような２層からなるタンタル金属薄膜回路の形成法
としては、スパッタリング法により、基板温度、雰囲気
ガス組成、スパッタリングガス圧力および印加電圧を適
宜調整して、基板側のタンタル層３、表面側のタンタル
層２を順次形成する。

例えば、基板側のタンタル層３としてβ−タンタルを主
体とするタンタル膜を形成する場合には、ガラス基板の
温度を約２００℃とし、スパッタリング中の放電ガスの
窒素ガスの分圧が１０”４Ｔｏｒｒ以下となるようにス
パッタリング圧力を調整し、投入パワーを　１ＫＷとし
てスパッタリングを行なうことにより得られる。また、
表面側のタンタル層２としてα−タンタルを主体とする
タンタル膜を形成する場合には、ガラス基板の温度を約
２００℃とし、スパッタリング中の放電ガスの窒素ガス
の分圧が１０−３〜１０−４　Ｔ　ｏｒｒとなるように
スパッタリング圧力を調整し、投入パワーを０，７５Ｋ
Ｗとしてスパッタリングを行なうことにより得られる。

なお、スパッタリング法以外の真空蒸着法を始めとする
他の物理的形成法でもタンタル金属薄膜を形成すること
ができる。

また、本発明の金１１薄膜回路においては、第２図に示
されるように、基板１と基板側のタンタル層３の間に酸
化タンタル（Ｔａ２０ｓ）４の密着膜を導入することに
より、さらに基板との剥離強度を強化することができる
。

このように本発明は、表面側のタンタル層２としてα−
タンタルを主体としたタンタル膜を用い、基板側のタン
タルＭ３として表面側のタンタル層２よりもβ−タンタ
ルの多いタンタル膜、好ましくはβ−タンタルを主体と
したタンタル膜を用いるものであるが、このことは第３
図に図示されるように、タンタルの結晶構造に起因する
特性の相違に着目したものである。すなわち、第３図は
タンタル膜の結晶構造と体積抵抗率およびガラス基板の
剥離強度との関係を示したものであるが、タンタル膜中
のα−タンタルの含有量が多くなるに従って、体積抵抗
率は低下するが、相対的に剥離強度が小さくなる。一方
、タンタル膜中のβ−タンタルの含有量が多くなるに従
って、体積抵抗率は増大するが、相対的に剥離強度が大
きくなるという傾向がある。

従つ゛【、本発明のように、タンタル金属薄膜を２層と
して、所望の特性を有するタンタル膜を組合わせること
によって、基板との剥離強度に優れ、しかも低抵抗率を
有する金属薄膜回路が得られるのである。

［実施例］ 以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的
に説明する。

宸１」ＬＬ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリン
グ装置を用いてアルゴンガス単独で、スパッタ圧力１ｍ
Ｔｏｒｒ　、投入パワー１ＫＷ、基板温度２００℃にて
、基板側のタンタル層としてβ−タンタルを主体とする
タンタル膜を１０００人成膜し、続いて、Ａｒ：Ｎ２中
１００：　　１にてスパッタ圧力１ｍＴｏｒｒ　、投入
パワー０．７５　ＫＷ、　ＪｉＳ板温度２００℃にて、
表面側のタンタル層としてα−タンタルを主体とするタ
ンタル膜を１０００人成膜し、２層構造とした。このよ
うにして得られたタンタル金属薄膜をリソグラフィーに
よりバターニングしたところ、ビール剥離強度が大きく
、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パターン
が得られた。

また、表面抵抗を測定したところ４０Ωと低い抵抗値で
あった。

！１」ＬＬ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリン
グ装置を用いて、Ａ「：０２中４＝　１とし、スパッタ
圧力ｔｍＴｏｒｒ　、投入パワーＩＫＷ。

基板温度２００℃にて反応スパッタにより酸化タンタル
（Ｔａ２０ｓ）を２００人成膜し、その膜の上にアルゴ
ンガス単独で、スパッタ圧力１０１ＴＯｒｒ　。

投入パワー　ＩＫＷ、基板温度２００℃にて、基板側の
タンタル層としてβ−タンタルを主体とするタンタル膜
を１０００人成膜し、続いてΔｒ：Ｎ２キ１００：　　
１にてスパッタ圧力１１１Ｔｏｒｒ　、投入パワー０．
７５　ＫＷ、基板温度２００℃にて、表面側のタンタル
層としてのα−タンタルを主体とするタンタル膜を１０
００人成膜して、２層構造とした。このようにして得ら
れたタンタル金属薄膜をリソグラフィーによりバターニ
ングしたところ、ビール剥離強度が実施例１よりもさら
に大きく、基板との剥離もなく良好なタンタル金属Ｍ膜
パターンが得られた。また、表面抵抗を測定したところ
４０Ωと低い抵抗値であった。

１１Ｌ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリン
グ装置を用いて、Ａｒ：Ｎ２中１００：１のガスをスパ
ッタ圧力１ｍＴｏｒｒ　、投入パワー　１ＫＷ、基板温
度２００℃にて、実質的にα−タンタルからなるタンタ
ル膜を２０００人成膜した。このようにして得られたタ
ンタル金属薄膜をリソグラフィーによりパターニングし
たところ、剥離する場合があった。

比較例２ 超音波洗浄にて洗浄された青板ガラス上にスパッタリン
グ装量を用いて、アルゴンガス単独でスパッタ圧力Ｉｎ
＋Ｔｏｒｒ　、投入パワーＩＫＷ、基板温度２００℃に
て、実質的にβ−タンタルからなるタンタル膜を２００
０人成膜した。

このようにして得られたタンタル金属薄膜をリソグラフ
ィーによりパターニングしたところ、ビール剥離強度が
大きく、基板との剥離もなく良好なタンタル金属薄膜パ
ターンが得られた。ところが、６０℃程度でエージング
したところ表面抵抗が増大し、テスタで軽く当るとＭΩ
オーダーであり、強く当ると１００Ω程度となり、わず
かに表面近傍の酸化が進んでいることが確認された。

［発明の効宋］ 以上の説明から明らかなように、本発明のタンタル金属
簿膜回路は、表面抵抗が低く、しかも基板との剥離強度
に優れることから、信頼性の極めて高いタンタル金Ｂ薄
膜回路として好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タンタル膜の結晶構造と体積抵抗率および基
板との剥離強度の関係を示す図、第２図および第３図は
、本発明のタンクル金属薄膜回路の一実施例をそれぞれ
示す断面図。 １ニガラス基板、 ２：表面側のタンタル層、 ３：基板側のタンタル層、 ４：Ｔａ２０５層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁体基板または半導体基板にタンタル金属薄膜回
   路を形成するに際し、該タンタル金属薄膜が２層からな
   り、表面側のタンタル層がα−タンタルを主体とするタ
   ンタル膜からなることを特徴とするタンタル金属薄膜回
   路。 ２、前記タンタル金属薄膜がスパッタリング法により得
   られる特許範囲第１項に記載のタンタル金属薄膜回路。 ３、前記基板と基板側のタンタル層の間に酸化タンタル
   膜を設けた特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   タンタル金属薄膜回路。