JPH04323872A - 液晶ディスプレイ用半導体装置材料及び液晶ディスプレイ用半導体装置材料製造用溶製スパッタリングターゲット材料 - Google Patents

液晶ディスプレイ用半導体装置材料及び液晶ディスプレイ用半導体装置材料製造用溶製スパッタリングターゲット材料

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JPH04323872A
JPH04323872A JP9225191A JP9225191A JPH04323872A JP H04323872 A JPH04323872 A JP H04323872A JP 9225191 A JP9225191 A JP 9225191A JP 9225191 A JP9225191 A JP 9225191A JP H04323872 A JPH04323872 A JP H04323872A
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隆 大西
Masatake Yamamoto
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置材料に関し
、詳細には、半導体装置における薄膜状のAl系配線又
は電極材料であり、特には液晶ディスプレイ等に使用さ
れる薄膜トランジスター:Thin Film Tra
nsister(以降 TFTという)に用いて好適な
半導体装置材料に関する。
【0002】
【従来の技術】一般の半導体装置(即ちSiウェハー上
に素子を形成する半導体装置)の集積回路の電極・配線
材料としては、薄膜状のAl系金属材料が使用され、こ
れらには大別して純Alと、Si、Cu又はMgを含有
するAl基合金とがある。
【0003】純Alは、電気抵抗が小さく且つ密着性が
良好であるという点では最も優れているが、融点が低く
、耐熱性に劣り、ストレスマイグレーション(以降SM
という)やエレクトロマイグレーション(以降EMとい
う)が生じるという問題点がある。ここで、SMとは応
力に起因する薄膜状配線のふくれ(ヒロック)及び断線
(通電不良)であって主に加熱により発生する。EMと
は電気泳動に起因する薄膜状配線の断線であって主に通
電により発生する。
【0004】Si、Cu又はMgを含有するAl基合金
は、上記問題点を改善すべく開発されたものであるが、
比抵抗の増大を抑えるという観点から合金元素添加量は
2at%以下にして使用されており、耐SM性及び耐E
M性が未だ充分でない。又、耐食性は純Alよりも優れ
るが、長期信頼性の点でまだまだ不充分である。従って
、より信頼性の高い新規半導体装置材料の開発が要望さ
れている。
【0005】尚、更に合金化することが考えられるが、
金属は一般的に合金化により抵抗値が増大する傾向にあ
り、一方では近年の半導体装置の高集積化に伴う配線の
微細化(配線巾狭化)により、電気抵抗値の許容上限値
が低くなってきているので、単純に合金化するだけでは
該上限値を超えてしまい、従って新規半導体装置材料の
開発は容易でない現状にある。
【0006】TFT の電極・配線材料としては、前記
一般の半導体装置の場合と異なり、TFT製造プロセス
中に比較的高温( 400℃程度もしくはそれ以下の温
度)に加熱されるため、Al系金属材料ではSMを生じ
て耐熱性に欠けるので、Ti、Cr、Mo、Ta等の高
融点金属材料が多用されている。しかし、これらは電気
抵抗値が大きいという問題点を有しており、その改善が
望まれている。
【0007】更には、近年液晶ディスプレイは大画面化
・大型化して、各TFT 素子を結ぶ配線(アドレス配
線)も増長化する傾向にあり、それに伴って抵抗及び容
量が増大してアドレスパルスの遅延を引き起こし易くて
、上記高融点金属材料は使用し難くなり、従って、配線
抵抗の小さい新規耐熱性金属材料の開発が望まれている
【0008】かかるTFT 用配線として必要な電気抵
抗は略30μΩcm以下であり、更に用途拡大のために
は従来のAl基合金と同水準(10μΩcm以下)であ
ることが望まれる。これを充たす金属種としてAu、C
u、Alがあるが、Auは高価なため採用困難であり、
Cuは密着性及び耐酸性の点で問題があり、Alは低融
点金属であって耐熱性に欠けSMにより層間(線間)シ
ョートを生じる恐れがあり、いづれも実用し得ない。
【0009】そこで、多層配線(複合配線)や、イオン
注入による配線表面部の合金化(表面合金化配線)等が
提案されている。この多層配線は下層を低抵抗材料、上
層を高耐熱材料とし、下層(低抵抗)及び上層(耐SM
性)の複合機能を発揮させるものである。表面合金化配
線は低抵抗材料に異種元素をイオン注入して表面部に耐
熱性合金層を設けたものであって、上記と同様の機能を
発揮させるものである。
【0010】しかし、多層配線では、その製造に際し成
膜を2回行う必要があり、又、下層上層の組合わせによ
っては配線パターン形成のためのエッチングを別工程で
行う必要があるので、プロセス増加及び生産性低下を招
き、表面合金化配線では、イオン注入という複雑なプロ
セスを要し、又、表面合金層の制御が難しいので、プロ
セス増加及び生産歩留低下を招くという難点がある。従
って、かかる問題点を有さず、配線抵抗が小さく且つ耐
熱性に優れたTFT 用新規金属材料の開発が望まれて
いる現状にある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な事情
に着目してなされたものであって、その目的は従来のも
のがもつ以上のような問題点を解消し、耐熱性(耐SM
性等)、耐EM性及び耐食性に優れると共に電気抵抗が
10μΩcm以下と低くて、一般半導体装置用及びTF
T 用として生産性低下等を招くことなく好適に使用し
得、しかも近年の半導体装置の高集積化に伴う配線巾狭
化や、液晶ディスプレイの大画面化・大型化に伴うTF
Tのアドレス配線増長化に対応し得る半導体装置材料(
電極・配線材料)を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は次のような構成の半導体装置材料として
いる。即ち、本発明に係る半導体装置材料は、合金成分
としてMn、Cr、Zrの中の1種又は2種以上を総量
で0.05〜1.0 at%含有するAl基合金よりな
ることを特徴とする半導体装置材料である。
【0013】
【作用】本発明は、種々の組成のAl基合金よりなるタ
ーゲットを製作し、スパッタリング法により半導体装置
配線用のAl基合金薄膜を形成し、それらAl基合金薄
膜の組成、耐熱性(耐SM性等)、耐EM性、耐食性及
び電気抵抗を調べ、その結果得られた下記知見に基づく
ものである。
【0014】即ち、合金成分としてMn、Cr、Zrの
1種又は2種以上(以降、Mn等という)を含有するA
l基合金薄膜は、最も耐熱性(耐SM性等)に優れ、極
めて少量の合金成分添加によりその有効性を発揮し、又
、耐EM性及び耐食性に優れると共に電気抵抗が低いと
いう知見が得られた。詳細には、耐熱性及び耐EM性は
、従来のAl基合金に比して優れ、Ti、Cr、Mo、
Ta等の高融点金属材料と同水準もしくはそれ以上にし
得、又、耐食性は従来のAl基合金よりも向上し得、更
に電気抵抗は10μΩcm以下にし得ることを見出した
【0015】このとき、Mn等の含有量は総量で0.0
5at%以上にすることが必要であり、0.05at%
未満では耐熱性及び耐食性が不充分になって良くない。 この含有量の増加に伴って耐熱性が向上するが、1.0
 at%を超えると、電気抵抗が10μΩcmよりも大
きくなって本発明に係る電気抵抗の目標値を満足しない
。従って、Mn等(Mn、Cr、Zrの1種又は2種以
上)の含有量は0.05〜1.0 at%にすることが
必要である。
【0016】上記Al基合金薄膜は、従来のAl系金属
合金薄膜と同様の方法により生産し得るので、複合配線
やイオン注入による表面合金化配線の如き生産性低下等
を招くものではない。
【0017】そこで、本発明に係る半導体装置材料は、
前述の如く、合金成分としてMn、Cr、Zrの中の1
種又は2種以上を総量で0.05〜1.0 at%含有
するAl基合金よりなるようにしており、従って、前記
知見よりして、耐熱性(耐SM性等)、耐EM性及び耐
食性に優れると共に電気抵抗が10μΩcm以下と低く
て、一般半導体装置用及びTFT 用として生産性低下
等を招くことなく好適に使用し得、しかも近年の半導体
装置の高集積化に伴う配線巾狭化や、液晶ディスプレイ
の大画面化・大型化に伴うTFT のアドレス配線増長
化に対応し得るものになり得る。
【0018】上記本発明に係るAl基合金よりなる半導
体装置材料はスパッタリング法により形成し得、その際
のスパッタリングターゲットとしては溶解・鋳造法又は
粉末焼結法で製作したAl基合金(以降、溶製Al合金
ターゲットという)を使用することが望ましい。かかる
溶製Al合金ターゲットは組成的に均一であり、又、ス
パッタ率及び出射角度が均一であるので、Al基合金膜
(即ち配線・電極材料)が得られ、従って、より信頼性
に優れた半導体装置を製作し得るようになる。中でも、
溶解・鋳造法で製作したターゲットは酸素含有量を10
0ppm以下にし得、そのため膜形成速度を一定に保持
し易くなると共に、Al基合金膜の酸素量を低くし得、
従って、Al基合金膜の電気抵抗の低下及び耐食性の向
上がより図り易くなる。
【0019】
【実施例】
(実施例1)DCマグネトロンスパッタリング法により
、ソーダライムガラス基板上に厚さ:5000ÅのTa
2O5 膜を形成した後、Mn、Cr、Zrの含有量が
種々異なる溶製Al合金ターゲットを用いて上記と同様
法により上記Ta2O5 膜の上に厚さ:3000Åの
Al合金膜を形成した。該Al合金膜をホトリソグラフ
ィー及びウェットエッチングにより10μm 巾のスト
ライプパターン状に加工し、試料とした。 又、比較例として上記Mn、Cr、Zrに代えてTi膜
を形成したものを上記と同様に加工し、試料とした。
【0020】上記試料について、400 ℃で1時間保
持する真空熱処理をした後、ストライプパターン表面に
発生するヒロック数を測定し、ヒロック密度を求めた。 その結果を図1に示す。Ti、Mn、Cr、Zrの添加
によりヒロック密度が減少するが、その減少の程度はT
iの場合よりもMn、Cr、Zr添加の場合に著しいこ
とが判る。又、Mn、Cr、Zrの添加はTi添加の場
合に比して少量の添加でヒロック密度が大幅に減少して
耐SM性が向上することが判る。Mn、Cr、Zr添加
効果は独立しており、ヒロック密度減少に対して加成性
が成立し、従って、かかる効果はTi、Taを同時に添
加した場合でも成り立つ。
【0021】(実施例2)実施例1の場合と同様のター
ゲットを用いて同様のスパッタリング法により、ソーダ
ライムガラス基板上に厚さ:2000ÅのAl合金膜を
形成した後、同様の方法により該膜を巾:100μm,
 長さ:10mm のストライプ試料に加工した。次に
、該試料について4探針法により比抵抗を測定した。そ
の結果を図2に示す。Mn、Cr、Zr量の増大に伴っ
て比抵抗が増大する。比抵抗は可能な限り低いことが望
ましく、比抵抗の上限は半導体装置の適用品種によって
異なるが、液晶ディスプレイ用TFTの電極・配線材料
としては、従来のAl基合金と同水準(略10μΩcm
)と考えられ、この値を確保するにはMn、Cr、Zr
量は1at%以下にすればよいことが判る。上記10μ
Ωcmは、従来のTi等の高融点金属材料の比抵抗(5
0μΩcm以上)に比して小さく、その約 1/5に相
当し、従って、本発明の半導体装置材料によれば液晶デ
ィスプレイの大画面化・大型化に伴うTFT のアドレ
ス配線増長化に充分に対応し得、好適に使用し得ること
が明白である。
【0022】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置材料は、前述の
如き構成を有し作用をなすものであって、耐熱性(耐S
M性等)、耐EM性及び耐食性に優れると共に電気抵抗
が低くて10μΩcm以下であり、一般の半導体装置用
及びTFT 用として生産性低下等を招くことなく好適
に使用し得、しかも近年の半導体装置の高集積化に伴う
配線巾狭化や、液晶ディスプレイの大画面化・大型化に
伴うTFT のアドレス配線増長化に充分に対応し得る
ようになるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係るAl合金膜についての各元素(
Mn、Cr、Zr又はTi)の含有率とヒロック密度と
の関係を示す図である。
【図2】実施例2に係るAl合金薄膜についての各元素
(Mn、Cr、Zr)の含有率と比抵抗との関係を示す
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  合金成分としてMn、Cr、Zrの中
    の1種又は2種以上を総量で0.05〜1.0 at%
    含有するAl基合金よりなることを特徴とする半導体装
    置材料。
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