KR101250191B1 - 전자부품용 박막 배선 및 박막 배선 형성용 스퍼터링 타겟재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 대형 기판으로의 성막에 있어서도, 기판에 휨이 발생하지 않는 저저항이며, 내열성, 내식성, 기판과의 밀착성이 우수한 신규한 Mo 합금 박막 배선을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 기판 상에 금속막을 형성한 박막 배선에 있어서, 상기 금속막은 Mo와 첨가 원소의 총량을 100 원자%로 했을 때, 그 첨가 원소로서 Nb를 2~15 원자%, W를 2~20 원자%, Nb+W로 30 원자% 이하 함유하고, 잔부 Mo 및 불가피적 불순물로 되는 전자부품용 박막 배선이다.

Description

전자부품용 박막 배선 및 박막 배선 형성용 스퍼터링 타겟재{Thin film interconnect for electronic component, and sputtering target material for formation of thin film interconnect}

본 발명은 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 평면표시장치, 박막 센서 등의 전자부품의 전기 배선·전극에 사용되는 전자부품용 박막 배선 및 박막 배선 형성용 스퍼터링 타겟재에 관한 것이다.

유리 등의 기판 상에 박막 디바이스를 제작하는 TFT 액정 디스플레이, 박막 센서나 세라믹스 기판 상에 소자를 형성할 때 사용하는 전기 배선막·전극 등에는, 종래부터 내식성, 내열성, 기판과의 밀착성이 우수한 고융점 금속의 순 Cr막, 순 Ta막, 순 Ti막 등의 순금속막 또는 그들의 합금막이 사용되고 있다.

또한, 최근, 액정 디스플레이 등의 평면표시장치 분야에서는, 표시장치의 대형화, 고정세화에 수반하여 신호의 지연을 방지하기 위해 배선막·전극막을 저저항화하는 요구가 있다.

이와 같은 저저항화의 요구에 대해, 보다 저저항의 고융점 금속으로서 Mo를 주성분으로 한 배선막이 검토되고 있다. 본 출원인도, 내식성, 내열성이나 기판과의 밀착성이 우수한 저저항의 Mo 합금막으로서 Mo에 3~50 원자%의 Nb를 첨가한 Mo 합금막을 제안하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2002-190212호 공보

전술한 특허문헌 1에서 제안되는 MoNb 합금의 박막 배선은, 타겟재를 사용한 스퍼터링법에 의해 기판 상에 성막되는 것이나, 본 출원인은, 성막하는 기판이 1 ㎡ 정도의 대면적의 기판이 된 경우에, 성막 후의 기판에 커다란 휨이 발생하는 경우가 있는 것을 확인하였다.

본 발명의 목적은, 대형 기판으로의 성막에 있어서도, 기판에 휨이 발생하지 않는 저저항이며, 내열성, 내식성, 기판과의 밀착성이 우수한 신규한 Mo 합금의 전자부품용 박막 배선 및 박막 배선을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟재를 제공하는 것이다.

본 발명자는, 상기의 과제에 관해 여러 가지 검토한 결과, MoNb 합금의 스퍼터링막에는, 인장응력이 부여되기 쉽다는 사실을 발견하고, 이 인장응력의 완화에는, W의 적량 첨가가 효과적인 것을 발견하여 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 기판 상에 금속막을 형성한 박막 배선에 있어서, 상기 금속막은 Mo와 첨가 원소의 총량을 100 원자%로 했을 때, 그 첨가 원소로서 Nb를 2~15 원자%, W를 2~20 원자%, Nb+W로 30 원자% 이하 함유하고, 잔부 Mo 및 불가피적 불순물로 되는 전자부품용 박막 배선이다.

또한, 바람직하게는, 비저항이 30 μΩ㎝ 이하인 전자부품용 박막 배선이다. 또한, 바람직하게는, 막두께가 100 ㎚~400 ㎚인 전자부품용 박막 배선이다.

또한, 본 발명은, Mo와 첨가 원소의 총량을 100 원자%로 했을 때, 그 첨가 원소로서 Nb를 2~15 원자%, W를 2~20 원자%, Nb+W로 30 원자% 이하 함유하고, 잔부 Mo 및 불가피적 불순물로 되는 박막 배선 형성용 스퍼터링 타겟재이다.

본 발명의 Mo 합금막을 선택함으로써, 저저항이고, 내열성, 내식성 및 기판과의 밀착성이 우수하며, 대형 기판에 대한 휨의 발생을 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 전자부품용 박막 배선으로서 빼놓을 수 없는 기술이다.

본 발명의 중요한 특징은, Mo에 대해, Nb와 W를 적량 첨가함으로써, 저저항이며, 내열성, 내식성, 기판으로의 밀착성이 우수한 동시에, 스퍼터링 성막했을 때 인장응력을 완화하여, Mo 합금 박막을 성막한 기판의 휨의 발생을 억제하는 것이 가능해지는 점에 있다.

본 발명에 있어서, 첨가 원소로서 Nb를 2~15 원자%, W를 2~20 원자%, Nb+W로 30 원자% 이하 함유하는 것으로 한 이유를 이하에 설명한다.

본 발명에서 Nb를 첨가 원소로서 함유하는 것은, Mo와 합금화함으로써 내식성을 개선하는 효과를 가지기 때문이다. 이 내식성의 개선효과는, 2 원자%부터 나타나고, 첨가량의 증가와 함께 내식성은 향상되나, 비저항이 상승하기 때문에 과도한 첨가는 바람직하지 않다. 특히, 박막 배선으로서 사용하는 데 있어서는, 비저항을 30 μΩ㎝ 정도로 안정적으로 제어해야만 하기 때문에, 첨가량의 상한은 15 원자%가 바람직하다. 보다 바람직하게는 10 원자% 이하이다.

Mo는 원래, 저저항성이나 밀착성을 실용상 겸비한 원소이나, 내식성이 떨어지는 동시에, 대형 기판에 스퍼터링 성막했을 때 인장응력이 부가되기 쉽다.

Mo에 Nb만을 첨가해도, Mo의 스퍼터막에 부여되는 인장응력의 완화에는 효과가 적다. 이에, 인장응력을 완화하기 위해 W를 첨가한다. 상기의 MoNb 합금막의 인장응력을 완화하는 효과는 W를 2 원자% 이상으로 첨가함으로써 명확해진다. 인장응력의 완화는 W의 첨가량의 증가에 수반하여 막응력이 인장측으로부터 압축측으로 추이함으로써 현저해지나 W의 첨가량이 20 원자%를 초과하면 압축응력이 증가하여 밀착성이 저하되기 때문에, 20 원자% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전자부품용 박막 배선은 비저항이 낮은 것이 바람직하다. 그 때문에 Nb 및 W의 첨가의 총량을 30 원자% 이하로 한다. 배선에 있어서의 비저항의 증가는 박막 디바이스의 신호 지연을 일으켜 성능 저하를 초래하기 때문에, 최대한 낮은 것이 바람직하고, 실용적인 비저항으로서는 30 μΩ㎝ 이하인 것이 바람직하다. Mo에 대해, Nb, W를 첨가하여 합금화함으로써 비저항이 증가하는 본 발명의 Mo 합금 박막의 경우에는, 비저항의 저감에는, Nb, W의 첨가량의 최적화가 가장 중요하고, 안정적으로 30 μΩ㎝ 이하의 박막 배선을 실현하기 위해서는, Nb 및 W의 첨가량의 총량을 20 원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 전자부품용 박막 배선에 있어서, Mo는 밀착성이나 저저항성을 실용상 겸비한 원소이기 때문에 필수 원소인 동시에 전술한 Nb, W 이외의 잔부를 차지하는 베이스가 되는 원소이다. 그 때문에, 잔부는 가능한 한 불가피적 불순물 함유량이 적은 것이 요망되나, 본 발명의 작용을 손상시키지 않는 범위에서, 가스성분인 산소, 질소나 탄소, 전이금속인 Fe, Cu, 반금속의 Al, Si 등의 불가피적 불순물을 포함해도 된다. 예를 들면, 가스성분의 산소, 질소는 각각 1000 질량ppm 이하, 탄소는 200 질량ppm 이하, Fe, Cu는 200 질량ppm 이하, Al, Si는 100 질량ppm 이하 등으로, 가스성분을 제외한 순도로서 99.9% 이상이면 된다.

본 발명의 전자부품용 박막 배선에서는, 상기의 구성에 의해, 저저항이며, 내열성, 내식성 및 기판과의 밀착성이 우수한 종래의 MoNb 합금과 동등 이상의 특성을 확보하면서, 종래의 MoNb 합금의 문제였던 인장응력을 완화할 수 있다. 이 때문에 Mo 합금 박막을 성막한 기판의 휨의 발생을 억제하는 것이 가능해진다는 효과를 가져, 전자부품용 박막 배선으로서 매우 적합하다.

본 발명의 전자부품용 박막 배선은, 안정한 전기저항을 얻기 위해 막두께로서는 100~400 ㎚로 하는 것이 바람직하다. 막두께가 100 ㎚ 미만이면, 막이 얇기 때문에 전자의 표면산란 영향으로 전기저항이 상승해버리는 동시에, 막의 표면 형태가 변화하기 쉬워진다. 한편, 막두께가 400 ㎚를 초과하면, 비저항을 낮게 하는 것이 가능하나, 막을 형성할 때 시간이 걸려, 생산성이 저하된다.

또한, 본 발명의 전자부품용 박막 배선을 형성하는 경우, 타겟재를 사용한 스퍼터링이 최적이다. 스퍼터링법으로서는, 박막 배선의 조성과 동일한 Mo 합금 타겟재를 사용해서 성막하는 방법, MoNb 합금 타겟재와 MoW 합금 타겟재를 사용해서 코스퍼터링에 의해 성막하는 방법 등을 적용할 수 있다. 스퍼터링의 조건 설정의 간편·용이함이과, 목적하는 조성의 배선 박막을 얻기 쉽다는 점으로부터는, 박막 배선의 조성과 동일한 Mo 합금 타겟재를 사용해서 스퍼터링 성막하는 것이 바람직하다.

또한, 저저항의 Mo 합금막을 얻는 데는, 스퍼터링시의 성막 조건은 Ar 가스압을 0.5 Pa 이하, 전력밀도를 5 W/㎠ 이상, 기판 가열온도를 150℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

Mo-10Nb(원자%)와 Mo-35W(원자%)의 타겟을 준비하고, 아넬바제 SPF440의 스퍼터링장치를 사용해서 Mo 합금 박막을 성막하였다. 또한, 스퍼터링의 조건은, Ar 압력 0.3 Pa, 투입 전력의 총합을 700 W로 일정하게 하고, 표 1에 나타내는 조성이 상이한 Mo-Nb-W 박막 및 Mo-Nb 박막을 직경 101.6 ㎜의 Si 웨이퍼 상에 두께 200 ㎚로 성막하였다. 또한, 스퍼터링시에는, 기판을 회전시켜서 막두께가 균일해지도록 행하였다.

계속해서, 성막한 Mo 합금 박막의 막응력을 박막응력 측정기 FLX2320(KLA-tencor)을 사용해서 측정하였다. 측정결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 성막한 Mo 합금 박막에 대해, 성막시의 비저항과 순수에 5일간 침지시킨 내식시험 후의 비저항을 4탐침법에 의해 측정하였다. 측정결과를 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 W의 첨가량의 증가에 수반하여 막응력이 인장(양)에서 압축(음)으로 추이하여, 인장응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명예의 시료 2 및 3은, 성막시에 30 μΩ㎝ 이하로 저저항의 박막을 실현할 수 있는 것과, 또한, 내식시험 후에도 비저항의 상승이 없어 충분한 내식성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2

표 2에 나타내는 Mo-Nb 타겟과 Mo-Nb-W 타겟을 제작하여, 스퍼터링 조건으로서, Ar 압력 0.25 Pa, 투입 전력 500 W로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 Si 웨이퍼 상에 Mo 합금막을 성막하였다. 성막 후의 Mo 합금 박막에 대해서는, 실시예 1과 동일하게 막응력을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, 성막한 Mo 합금 박막에 대해, 실시예 1과 동일하게, 성막시의 비저항과 순수에 5일간 침지시킨 내식시험 후의 비저항을 4탐침법에 의해 측정하였다. 측정결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, Mo-Nb 합금에 W를 5 원자% 첨가함으로써 막응력을 대폭 저감할 수 있는 것과, 성막시에 30 μΩ㎝ 이하로 저저항의 박막을 실현할 수 있는 것, 및 내식시험 후에도 비저항의 상승이 없어 충분한 내식성을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

표 3에 나타내는 Mo 타겟, Mo-Nb 타겟, Mo-Nb-W 타겟을 제작하여, 스퍼터링 조건을 Ar 압력 0.3 Pa, 투입 전력 700 W로 하고, 직경 101.6 ㎜의 Si 웨이퍼 상에 두께 400 ㎚로 Mo 막 및 Mo 합금막을 성막하였다. 성막 후의 Mo 박막 및 Mo 합금 박막에 대해서는, 실시예 1과 동일하게 막응력을 측정한 결과를 표 3에 나타낸다.

또한, 상기에서 성막한 Mo 합금 박막에 대해, 성막시의 비저항과, 순수에 5일간 침지시킨 내식시험 후의 비저항, 온도 85℃·상대습도 85%의 환경에 200시간 보유·유지(保持)한 고온고습 시험 후의 비저항을 4탐침법에 의해 측정하였다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

표 3, 표 4에 나타내는 바와 같이 본 발명의 Mo-Nb-W 합금막은 타겟 조성과 막 조성의 차는 적어, Mo 막이나 Mo-Nb 합금막보다 인장응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 그 막 특성은, Mo-Nb 합금과 마찬가지로, Mo보다 높은 내식성을 갖기 때문에 내식성 시험 후 및 고온고습 시험 후에도 저항값의 변화가 적은 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 상에 금속막을 스퍼터링에 의해 형성한 박막 배선에 있어서, 상기 금속막은 Mo와 첨가 원소의 총량을 100 원자%로 했을 때, 그 첨가 원소로서 Nb를 2~15 원자%, W를 2~20 원자%, Nb+W로 30 원자% 이하 함유하고, 잔부 Mo 및 불가피적 불순물로 되며, 또한 비저항이 30 μΩ㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 전자부품용 박막 배선.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속막의 막두께가 100 ㎚~400 ㎚인 것을 특징으로 하는 전자부품용 박막 배선.
   
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