JPS63241164A - スパッタリングターゲットおよび電気配線用合金膜 - Google Patents

スパッタリングターゲットおよび電気配線用合金膜

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JPS63241164A
JPS63241164A JP62074410A JP7441087A JPS63241164A JP S63241164 A JPS63241164 A JP S63241164A JP 62074410 A JP62074410 A JP 62074410A JP 7441087 A JP7441087 A JP 7441087A JP S63241164 A JPS63241164 A JP S63241164A
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Takenori Umeki
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    • 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
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    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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

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】 [発明の目的コ (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ッタリングターゲ
ットに関する。
(従来の技術) 近年、非晶質シリコンCa−8i )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。これは、非晶質のガラス基板を用い、低温
成膜ができるa−3i 9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−3+1を重ねてTPTを溝成する逆
にスタガー型のTPT構造を採用する場合、ゲートN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(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(
MO3!2)膜等がおるが、これを用いて例えば1Mピ
ッ1〜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。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のように従来のa−3+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
っている。また、電極配線としては単に抵抗が小さいだ
(プでなく、加工性に優れ、各種処理に対する耐性に優
れ、且つSiとのオーミック接融性も良好な安定な電極
材お1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。
[発明の溝成] (問題点を解決するための手段および作用)本発明はa
−3i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ック接触性、そ
の他が口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が好適
で必ることを見出した事による。
すなわち、本発明はスパックにより生成した電気配線用
合金膜の組成が原子パーセントでMO5〜70%、残部
Taおよび付随的不純物より成るように調整された事を
特徴とする電気配線用スパッタリングターゲットである
ここで本発明のスパッタリングターゲットの組成限定理
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○有1が30原子パ一セント未満と
なる組成では合金膜の電気抵抗が大ぎく、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T
a含有口が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
抗が大ぎ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。
この合金膜を得るターゲットの組成とし・では、原子パ
ーセントでMO15〜50%、残部Taおよび付随的不
純物を含有する範囲が良い。しかし、これらのターゲッ
トを用いても雰囲気あるいは印加電圧等の条件により合
金膜の組成は変化するものであり一概に決定されるもの
ではない。
上記スパッタリングターゲット用ターゲットの形態とし
ては、MOとTaを溶解し合金化した合金ターゲット、
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ット、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ッ
ト等が考えられる。
上記各ターゲットの選択理由を述べると、合金ターゲッ
トはTaとMOのスパッ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。この合金ターゲットを得る際
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。
次に焼結ターゲットは、7−aとMOのスパッタ効率が
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、複合ターゲットはTa板とMO板をそのまま使用
できるため原お!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。
なお、本発明に係る電気配線要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%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の含有口を種々変化させた合金をエレク1−ロンビ
ーム溶解により溶解後殿械加工し、ターゲットを作成し
た。
次いでこのJ:うに用意された合金ターゲットを用いて
アルゴン雰囲気中、空温でスパッタリングを行なったの
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った。
その結果を第1表に示す。
以下余白 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、MO3!2などについても比較
のため、スパッ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空温堆
積後において、Ti、Cr、Ta。
MO3!2のいずれよりも比抵抗が小ざく、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
MO3!2膜と同等に優れたものであり、テーパ加工も
容易でおった。のた、MO,Ti、Or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19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
れたものであった。Siとのオーミック接触性も優れ、
また3iQ2v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<
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、4
00 ’C程度の温度でピンホールがなく、3×105
V/cm以上の耐圧、1 x 10−10A / mr
ft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、3xl
O’ V/cm以上の耐圧、lXl0−10A/−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、400
 ’C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(侃
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電極では表に承りようにこれらが良好に行なえず
、Ta電(うで1はこれらの辺埋が可能であるが比抵抗
が高いという間題がおる。この点本発明のMo−Ta合
金は、Taの組成比が30原子%1ス上であれば熱酸化
膜形成、陽極駿化膜形成、強震処理を良好に行うことが
でき、しかも1’−a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%以下でおれば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、真空ホッl〜プレスにより焼成後、殿械加
工を施すことにより焼結ターゲットを得た。また、純度
99.9%のTaおよび〜l o J:り切り出した板
を組合せてTaと〜10の面積比を変化さゼることによ
り複合ターゲットを得た。
これら焼、拮ターゲットおよび複合ターゲットを用いて
、アルゴン雰囲気、室温でスパッタリングを行った後、
電気抵抗、加工性、酸化膜形成性等について各種試論を
行った結果、合金ターゲッ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、本発明に係るスパッタリングター
ゲラ1〜を使用することにより、比抵抗が非常に小さく
、加工性、安定性に侵れた電極配線を1ユることか出来
、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、工桑上項る有用である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スパッタにより生成した電気配線用合金膜の組成
    が原子パーセントでモリブデン5〜70%、残部タンタ
    ルおよび付随的不純物より成るように調整されたことを
    特徴とするスパッタリングターゲット。
  2. (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成る合金ターゲットで
    ある特許請求の範囲第1項に記載のスパッタリングター
    ゲット。
  3. (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成る焼結
    ターゲットである特許請求の範囲第1項に記載のスパッ
    タリングターゲット。
  4. (4)原子パーセントでモリブデン15〜50%および
    付随的不純物、残部タンタルおよび付随的不純物に成る
    よう両者の面積比で調整した複合ターゲットである特許
    請求の範囲第1項に記載のスパッタリングターゲット。
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