説明

金属薄膜配線

【課題】 密着性の確保と抵抗値の上昇を抑制した下地膜あるいはカバ−膜を有する金属薄膜配線を提供する。
【解決手段】 Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜の下地膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。また、Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜のカバー膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶ディスプレイ、薄膜センサ−、磁気ヘッド等の薄膜電子部品の電気配線、電極等に用いられる金属薄膜配線に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作成する薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ(TFT−LCD)や、セラミック基板上に素子を形成する薄膜センサ−等に用いる電気配線膜には、近年、低抵抗なAl、Cu、Ag、Au等の純金属膜またはそれらを主体とする合金膜が用いられるようになった。一般的にこれらの膜は、電気配線膜として要求される耐熱性、耐食性、密着性のいずれかがに劣るために、電気配線を形成するためのプロセスに十分耐えられないという問題点がある。
【0003】
そこで、上記の問題点を解決するために、基板に対する下地膜やカバー膜として、高融点金属であるCr、Mo、Ti等の薄膜を形成することが検討され、その中で耐熱性、耐食性、密着性、コスト面、さらに環境保全の視点からMoやMo合金が広く用いられるようになってきている。例えば、液晶表示装置において、Al配線と積層するMo合金膜として、MoにCr、Ti、Ta、Nbを添加する合金膜が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2000−284326号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のMo合金膜は、Al配線との積層膜として耐熱性やエッチング性に優れることは記載されているが、Alよりさらに低抵抗なAg膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜との密着性、さらにAg膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜の抵抗値の上昇を抑制する下地膜、カバ−膜として優れた特性を有するMo合金に関しては何ら開示されていない。
【0005】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、密着性の確保と抵抗値の上昇を抑制した下地膜あるいはカバ−膜を有する金属薄膜配線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜に積層される下地膜やカバー膜として望ましいMo合金膜を探索するために、Moに種々の添加元素を加えたMo合金ターゲットを作製し、系統的にスパッタリングによりMo合金膜を形成し、Mo−Ti合金が望ましいことを見出し、本発明に至った。
【0007】
すなわち、本発明は、Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜の下地膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。
また、本発明は、Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜のカバー膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなる金属薄膜配線である。
【発明の効果】
【0008】
以上のように、本発明によれば耐食性に優れ、さらにAg膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜との密着性に優れたMo合金膜が積層された金属薄膜配線得られるため、薄膜電子部品の電気配線、電極等に用いられ産業上の利用価値は高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明のMo合金膜は、Moを主体としたTiを含有するMo合金膜であり、有害なCrを含有せず、AgやAg合金膜等の下地膜として高い耐熱性、耐食性および密着性を有する金属薄膜を得ることができる。
【0010】
Moに添加する元素としてTiを選定した理由は、Moの耐食性を向上させる効果があるためである。さらにTiはAg、Moの両者とも固溶域を有する元素であるため、低抵抗なAgまたはAg合金膜の下地膜やカバー膜として、MoにTiを添加することにより、密着性が向上する。さらに、結晶格子のミスフィット低減によりAgまたはAg合金膜の抵抗値の増加抑制に効果が高いためである。
【0011】
ここで、Tiの添加量は2〜50原子%が望ましい。2原子%未満では形成した膜の耐食性向上の効果が低く、50原子%を超えるとエッチング性が低下してしまう。また、AgおよびAg合金膜の格子の整合を十分にとるにはTiの添加量は10%以上が望ましい。10%以下ではAgとの結晶格子のミスフィットが5%以上と大きくなるためである。
また、TiはAgと同様にIb族元素として共通するCuやAuとも固溶域を有する。このために、MoにTiを添加したMo−Ti合金膜はCu、AuやCu、Auを主体とする合金膜との密着性も向上するため、これらの膜の下地膜、カバ−膜として用いることが可能である。
【0012】
上述のようにスパッタリングにより形成された膜の組成は、そのターゲット組成と相関が強く、上記組成のターゲットを用いることで、同様な組成の膜を形成することが可能であり、各種特性に優れた金属膜が得られる。
【0013】
本発明のMo合金膜薄は、スパッタリングにより得られる膜の特性を向上、安定化させるために、含まれる不純物はできる限り少ない方が好ましい。具体的には、ガス成分を除いた含有比にて、Mo、Tiの合計が99.9質量%以上の純度を有していることが好ましい。加えて、遷移金属であるFeを300ppm以下、Niを200ppm以下、アルカリ金属であるNa、K、Caをそれぞれ5ppm以下、放射性元素であるU、Thをそれぞれ1ppm以下とすることが望ましい。
【0014】
特に、現在の主流である非晶質Si、さらに高精細な低温多結晶Siを用いた薄膜トランジスタ駆動の液晶ディスプレイに本発明のMo合金膜を用いる場合には、これらの半導体素子の接合リークを引き起こす遷移金属の低減が有効であり、Feは300ppm以下、Niは200ppm以下、さらには各々50ppm以下とすることが望ましい。また、α線を放出し半導体素子の誤動作を引き起こす放射性元素の低減も有効であって、U、Thは各々1ppm以下、さらには0.1ppm以下とすることが望ましい。加えて、ガス成分を除いた上記の純度も、99.9%以上、さらには99.99%以上が望まれる。
【0015】
さらに、本発明のスパッタリングにより得られるMo合金膜の特性をさらに向上、安定化させるために、膜の特性に関与するガス成分であるO(酸素)含有量を1000ppm以下、C(炭素)含有量を500ppm以下とすることが好ましい。Oが1000ppm以上にもなると、抵抗値や膜応力が増加するとともに、エッチング性に影響を与える。このためO含有量は1000ppm以下、さらに好ましくは300ppm以下、さらには100ppm以下と少ない方がより好ましいことは言うまでもない。同様にC含有量についても500ppm以下、さらには50ppm以下とすることで膜特性をより安定化させることができる。
【実施例1】
【0016】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
まず、下記した各種の製造方法で純金属およびMo合金ターゲットを製造した。
[製法A]
真空度3×10−3Paの到達圧力の電子ビーム溶解装置を用いて直径150mmのインゴットを製造し、切り出してターゲットを製造する方法を(AE)、プラズマ溶解により直径100mmのインゴットを作製し、同様に製造にする方法を(AP)とする。
[製法B]
所定の組成になるよう粉末を混合し、焼結する方法である。うち、カーボンのモールド中に挿入し、ホットプレスにより製造した焼結体から切り出す方法を(BP)とする。なお、そのホットプレスの面圧は30MPaとし、その温度はMo合金においては1300℃とした。一方、軟鋼製のカプセルに封入し、HIP処理して製造した焼結体から切り出す方法を(BH)とする。なお、Mo合金においてそのHIP処理の圧力は120MPa、加熱温度は1000℃とした。また、粉末を冷間静水圧プレス(CIP)で加圧成形体としたものを焼結する方法を(BS)とする。なお、焼結の際には水素焼結炉を用いて、その加熱温度は1700℃とした。
【0017】
さらに、上記した製法A、Bにおいては、その溶解法で製造したインゴット、または焼結体に鍛造、圧延の塑性加工を行なう方法は(R)を添え字に用いた。塑性加工の際には、加工性を向上させるために素材を加熱し、その温度はCr、Mo、Tiでは各々1200℃、1000℃、600℃、Mo合金では800〜1000℃とした。その素材をカプセルに封入して塑性加工を行なった。
以上の各種製造方法にて板状のターゲット素材を作製し、機械加工により所定の大きさのターゲットを製造した。
【0018】
表1に示す組成のタ−ゲットを種々の製造方法で作製し、スパッタリング装置に取り付けてガラス基板上に膜厚20nm形成した。形成した後に温度80℃の純水に30分浸積した後膜表面の変色の有無を確認して耐食性の評価とした。また、同様に形成した膜厚40nmの膜を下地膜として、その上にAg−Zr−Cu合金膜を200nm形成した。その後、Ag合金膜上にスコッチテ−プを貼り付けて斜め45℃方向に引き剥がしAg合金膜との密着性を評価した。膜が完全に剥がれた物を×、一部が剥がれたものを△、剥がれていないが欠陥が出た物を○、全く剥がれなかった物を◎とした。
【0019】
【表1】

【0020】
耐食性評価を行うと純Mo膜と純Ti膜は変色し、Ti量が50原子%越えたMo−60Ti合金膜も変色したが、純Cr膜およびTiを2〜50原子%添加したMo−Ti合金膜は変色しなかった。このため、純Cr膜および本発明のMo−Ti合金膜で耐食性が良好である事がわかる。Ag合金との密着性は、純金属の中では試料No.3の純Ti膜が良い。また、Mo合金ではTiを2原子%以上含んだMo−Ti合金膜で密着性が良好で有ることがわかる。以上のことから耐食性、Ag合金に対する密着性の良い下地膜はMo−Ti合金であり、その添加量は2〜50原子%であることがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜の下地膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなることを特徴とする金属薄膜配線。
【請求項2】
Ag膜、Cu膜、Au膜あるいはこれらを主体とする合金膜のカバー膜として、Tiを2〜50原子%含有し、残部Moおよび不可避的不純物からなるMo合金膜が積層されてなることを特徴とする金属薄膜配線。

【公開番号】特開2008−263191(P2008−263191A)
【公開日】平成20年10月30日(2008.10.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−85630(P2008−85630)
【出願日】平成20年3月28日(2008.3.28)
【分割の表示】特願2003−272745(P2003−272745)の分割
【原出願日】平成15年7月10日(2003.7.10)
【出願人】(000005083)日立金属株式会社 (2,051)
【Fターム(参考)】