(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素ガス分圧を１５％以下としたＡｒ＋Ｏ２ガスの酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットを用いてスパッタリングにより成膜するＣｕ系配線膜の成膜方法において、
前記酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットに印加する電力量を１〜１０Ｗ／ｃｍ２に設定してスパッタリングにより成膜する第１の成膜工程を経た後、前記Ｃｕターゲットに印加する電力量を第１の成膜工程よりも増加させて２〜２０Ｗ／ｃｍ２に設定してスパッタリングにより成膜する第２の成膜工程を行なうことを特徴とするＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第２の成膜工程の後、前記Ｃｕターゲットに印加する電力量を第２の成膜工程よりも減少させてスパッタリングにより成膜する第３の成膜工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第１の成膜工程では、膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することを特徴とする請求項１または２に記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第２の成膜工程では、膜厚１００〜５００ｎｍの膜を成膜することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第３の成膜工程では、膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することを特徴とする請求項２に記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項６】
比抵抗が１０μΩｃｍ以下のＣｕ系配線膜を得ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【請求項７】
前記第３の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は、１〜１０Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項２または５に記載のＣｕ系配線膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面表示装置に用いられるＣｕ系配線膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面表示装置に使用される薄膜トランジスタ等の半導体電子部品においては、電子回路の高集積化や応答速度の高速化の進展に伴い、配線層の低抵抗化が求められている。現在、低抵抗化の配線材料としては、主にＡｌ系の材料が用いられているが、更なる低抵抗化が要求されているため、Ｃｕ系の材料の採用が検討されている。
【０００３】
薄膜トランジスタ等の半導体電子部品において、Ｃｕ配線は基板上に形成されるが、純Ｃｕ膜は基板に対する密着性が弱いために、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ等の下地層を形成する構造が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
また、半導体集積回路において、基板に対するＣｕ配線層の密着性を向上させるためＣｕ配線層の下地膜としてＣｕＯ層を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３３４２２号公報
【特許文献２】特開平６−３３３９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案されるＣｕとＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ等の金属膜を積層する配線構造は、低抵抗でありながら基板とに密着性が弱いＣｕ配線の課題を克服するために効果的な方法である。しかしながら、Ｃｕ以外の金属膜を別に形成する必要があるため、金属膜の蒸着工程を追加しなければならず、製造効率の上ではなお課題を有するものである。
また、特許文献２に提案されるＣｕ配線構造においても、Ｃｕ配線とは別に酸化Ｃｕ層を形成するという別工程を加えなければならず、この点において製造効率上なお課題を有するものである。
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、低抵抗を維持した上で、基板との密着性を向上することが可能な新規なＣｕ系配線膜の成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、Ｃｕ系配線膜の成膜方法として、Ｃｕターゲットを用いてスパッタリングする雰囲気を所定の酸素含有雰囲気に維持しつつも、Ｃｕターゲットに印加する電力量の制御によって、基板との密着性を向上させると同時に、Ｃｕが元来有する低抵抗の特性を有するＣｕ系配線膜の成膜方法を見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、所定の酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットを用いてスパッタリングにより成膜するＣｕ系配線膜の成膜方法において、所定の酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットに印加する電力量を所定の値に設定してスパッタリングにより成膜する第１の成膜工程を経た後、前記Ｃｕターゲットに印加する電力量を第１の成膜工程よりも増加させてスパッタリングにより成膜する第２の成膜工程を行なうＣｕ系配線膜の成膜方法である。
【０００６】
また、前記第２の成膜工程の後、前記Ｃｕターゲットに印加する電力量を第２の成膜工程よりも減少させてスパッタリングにより成膜する第３の成膜工程を行なうＣｕ系配線膜の成膜方法である。
また、第１の成膜工程では膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することが好ましく、第２の成膜工程では膜厚１００〜５００ｎｍの膜を成膜することが好ましく、第３の成膜工程では膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することが好ましい。
また、得られるＣｕ系配線膜は比抵抗を１０μΩｃｍ以下とすることが好ましい。
また、第１の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は１〜１０Ｗ／ｃｍ２であることが好ましく、第２の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は２〜２０Ｗ／ｃｍ２であることが好ましく、第３の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は１〜１０Ｗ／ｃｍ２であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低抵抗を維持した上で、基板との密着性を向上することが可能な新規なＣｕ系配線膜を効率よく成膜方法することが可能となるので、平面表示装置用のＣｕ配線膜の成膜方法として欠くことのできない技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の最大の特徴は、所定の酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットを用いてスパッタリングする際に、Ｃｕターゲットに印加する電力量を制御して、Ｃｕ系配線膜の基板に対する密着性を向上させることが可能となる点にある。
【０００９】
本発明においては、まず、所定の酸素含有雰囲気中で、Ｃｕターゲットに印加する電力量を所定の値に設定してスパッタリングを行なう第１の成膜工程を実施する。その後、同一のＣｕターゲットに印加する電力量を第１の成膜工程よりも増加させてスパッタリングを行なう第２の成膜工程を実施する。このＣｕターゲットに印加する電力量を第１の成膜工程よりも第２の成膜工程で増加させることで、低抵抗を維持した上で基板との密着性を向上することが可能となる。
【００１０】
上記のように電力量を制御して基板に対する密着性を向上できる理由は明確ではないが、スパッタリングする際に、酸素含有雰囲気中で、Ｃｕターゲットに印加する電力量を初期の値を低く抑える第１の成膜工程を実施することで、Ｃｕ系配線膜の成膜初期側には密着性に優れた酸素濃化された領域が形成されるためと考えられる。
印加される電力量が低い場合はＣｕタ−ゲット上から放出されるＣｕ粒子の量は少なく、電力量が上昇すると放出されるＣｕの粒子は増加する。この時、電力量が低い場合は、酸素と反応した酸化Ｃｕ粒子が多く形成され酸素濃度が上昇する。一方、電力量が増加すると酸素と反応しないＣｕ粒子が増加すると同時に酸素と反応した酸化Ｃｕ粒子の一部は分解してＣｕ粒子となって放出され、Ｃｕ粒子の割合が増加することとなり、酸素濃度を低下することができる。
【００１１】
このように、電力量を低い値に設定すると膜中の酸素量を増加させることができ、電力量を増加させると酸素量がより低い領域を形成することができる。
つまり、第１の成膜工程で密着性に有効な酸素濃化領域を形成すること、第２の成膜工程で低抵抗性が要求される低酸素領域を形成することを、Ｃｕターゲットに印加する電力量を第１の成膜工程よりも第２の成膜工程で増加させる電力量制御により達成できる点が、本発明の重要な特徴である。
【００１２】
また、Ｃｕ系配線膜の用途によっては、Ｃｕ系配線膜上に耐湿性が要求される場合がある。そのため、Ｃｕ系配線膜の成膜終期側にも酸素濃化された領域を形成することが耐湿性を向上させるには有効と考えられる。
そこで、酸素雰囲気中でスパッタリングする際に、第２の成膜工程後に、Ｃｕターゲットに印加する電力量を第２の成膜工程よりも減少させてスパッタリングを行なうことで、成膜初期側のみならず成膜終期側にも内部よりも酸素濃化された領域を形成することが可能となる。そして、上記の方法によって、基板との密着性と同時にＣｕ系配線膜上の耐湿性を改善したＣｕ系配線膜を形成することが可能となる。
【００１３】
また、本発明においてスパッタリングガス中の酸素分圧は、密着性を向上させるための酸素濃化された領域を形成することと、低抵抗を維持するためのバランスをとることが有効である。配線膜としての要求値によって適正な酸素分圧は異なるが、酸素分圧が高すぎると本来Ｃｕが有する低抵抗性が得にくくなるため、酸素分圧は３０％以下とすることが望ましい。より望ましくは１５％以下である。また、十分な密着性を得るために酸素分圧は３％以上であることがより好ましい。
【００１４】
また、第１の成膜工程では、膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することが望ましい。それは、膜厚が１０ｎｍに満たない場合には、密着性が十分得られない場合があり、１００ｎｍを超えると配線膜の抵抗値が上昇する場合があるためである。
また、第２の成膜工程では、膜厚１００〜５００ｎｍの膜を成膜することが望ましい。それは、膜厚が１００ｎｍに満たない場合には、膜が薄すぎるために導電を得るのに十分な抵抗値を得づらいためであり、５００ｎｍを超えると抵抗値は低く抑えられるが、成膜に時間がかかり生産効率上望ましくないためである。
また、第３の成膜工程では、膜厚１０〜１００ｎｍの膜を成膜することが望ましい。それは、膜厚が１０ｎｍに満たない場合には、耐湿性を向上させるのに十分な膜を形成できない場合があり、１００ｎｍを超えると配線膜の抵抗値が上昇する場合があるためである。
【００１５】
また、Ｃｕターゲットに印加する電力量の制御も重要となる。十分なスパッタリングによる成膜速度を維持するためには、電力量としては、使用するターゲットの単位面積当たりの電力密度に換算して、１Ｗ/ｃｍ２以上であることが望ましい。膜中に含まれる酸素量は、雰囲気の酸素分圧が同じ場合、投入電力に大きく影響される。
そして、第１の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は１〜１０Ｗ/ｃｍ２であることが望ましく、第２の成膜工程でＣｕターゲットに印加する電力量は第１の成膜工程よりも増加させ２〜２０Ｗ/ｃｍ２であることが望ましい。それは、密着性と低い抵抗値を両立させるためである。第１の成膜工程の電力量は、基板または下地膜との密着性を確保するために必要な酸素量を含有させるために１〜１０Ｗ/ｃｍ２に制御することが望ましいためである。より好ましくは１〜７Ｗ/ｃｍ２である。また、第２の成膜工程は低い抵抗値を得るために、第１の成膜工程より高い電力量である２〜２０Ｗ/ｃｍ２とすることが望ましく、より好ましくは４〜２０Ｗ/ｃｍ２である。また、第３の成膜工程でＣｕに印加する電力量は、第２の成膜工程よりも減少させ第１の成膜工程と同様に１〜１０Ｗ/ｃｍ２であることが望ましい。
また、Ｃｕターゲットに印加する電力量は、密着性を維持しつつより比抵抗を低くするために、第２の成膜工程では第１の成膜工程で設定する２倍以上の値とすることが望ましい。
【００１６】
また、本発明のＣｕ系配線膜の成膜方法で得られるＣｕ系配線膜は、平面表示装置等の配線膜として使用される場合には低い比抵抗とすることが好ましいため、比抵抗を１０μΩｃｍ以下とすることが望ましい。
【００１７】
また、本発明においてＣｕ系配線膜は、ガラス基板、Ｓｉウェハ基板、樹脂基板等の上に形成することが可能であるが、特に一般的に平面表示装置を製造するのに使用されているガラス基板上へ成膜するのに有効である。また、配線保護膜であるＳｉＮＸ膜やＳｉ膜等の薄膜の上に形成することで、これらの膜との密着性、Ｓｉ膜との拡散抑制にも有効である。
【実施例１】
【００１８】
２５×５０ｍｍのガラス基板上（コーニング１７３７）に、純度９９．９９％のＣｕターゲット（直径１６４ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を使用して、酸素ガス分圧を１０％としたＡｒ＋Ｏ２ガスの酸素含有雰囲気中で、２５０ｎｍのＣｕ系配線膜を成膜した。その際、Ｃｕターゲットに印加する電力量を初期の値を５００Ｗとして、５０ｎｍの厚さに成膜し（第１の成膜工程）、その後、印加する電力量を１０００Ｗに増加させて２００ｎｍの膜厚で成膜した（第２の成膜工程）。なお、上記のスパッタリング成膜には、スパッタリング装置としてアネルバ製Ｃ−３０１０を使用した。
また、比較例として、上記と同様のＣｕターゲットを使用して、Ａｒガスのみでスパッタ成膜したＣｕ系配線膜、酸素ガス分圧を１０％としたＡｒ＋Ｏ２ガスの酸素含有雰囲気中でＣｕターゲットに印加する電力量をそれぞれ５００Ｗ、１０００Ｗの一定値でスパッタ成膜したＣｕ系配線膜も作製した。
【００１９】
また、上記で作製したＣｕ系配線膜の各試料について、比抵抗を測定するとともに、密着性試験として、各試料のＣｕ系配線膜に２ｍｍ間隔で碁盤の目状に切れ目を入れた後、膜表面にテープを貼り、引き剥がした時に基板上に残った桝目を面積率で評価する試験を行った。以上の結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0005510769.tif 000002
【００２１】
表１から、本発明例の試料４では、７．８μΩｃｍの低い抵抗を維持しつつ、基板に対する十分な密着性を有していることが分かる。
【実施例２】
【００２２】
２５×５０ｍｍのガラス基板上（コーニング１７３７）に、純度９９．９９％のＣｕターゲット（直径１６４ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を使用して、酸素分圧を１０％としたＡｒ＋Ｏ２ガスの酸素含有雰囲気中で、２８０ｎｍのＣｕ系配線膜を成膜した。その際、Ｃｕターゲットに印加する電力量を初期の値を５００Ｗとして、５０ｎｍの厚さに形成し（第１の成膜工程）、その後、印加する電力量を１０００Ｗに増加させて２００ｎｍの厚みに成膜した（第２の成膜工程）。次いで印加する電力量を７００Ｗに減少させて３０ｎｍの厚みに成膜した（第３の成膜工程）。なお、上記のスパッタリング成膜には、スパッタリング装置としてアネルバ製Ｃ−３０１０を使用した。
【００２３】
また、上記で作製したＣｕ系配線膜の各試料について、比抵抗を測定するとともに、密着性試験として、各試料のＣｕ系配線膜に２ｍｍ間隔で碁盤の目状に切れ目を入れた後、膜表面にテープを貼り、引き剥がした時に基板上に残った桝目を面積率で評価する試験を行った。以上の結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0005510769.tif 000003
【００２５】
表２から、本発明例の試料５では、８．２μΩｃｍの低い抵抗を維持しつつ、基板に対する十分な密着性を有していることが分かる。
【実施例３】
【００２６】
２５×５０ｍｍのガラス基板上（コーニング１７３７）に、純度９９．９９％のＣｕターゲット（直径１００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を使用して、酸素ガス分圧を６％としたＡｒ＋Ｏ２ガスの酸素含有雰囲気中で、２５０ｎｍのＣｕ系配線膜を成膜した。その際、Ｃｕターゲットに印加する電力量を表３に示す値として５０ｎｍの厚さに成膜し（第１の成膜工程）、その後、表３に示す電力量に増加させて２００ｎｍの膜厚で成膜した（第２の成膜工程）。なお、上記のスパッタリング成膜には、スパッタリング装置としてアルバック製ＣＳ−２００を使用した。
また、上記で作製したＣｕ系配線膜の各試料について、実施例１と同様に比抵抗の測定と密着性試験を行った。以上の結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
0005510769.tif 000004
【００２８】
表３から、本発明例によれば、低い抵抗を維持しつつ、基板に対する十分な密着性を有していることが分かる。また、電力量は、第２の成膜工程時の値を第１の成膜工程時の値の２倍以上としてより大きくすることで、より低い比抵抗が得られることが分かる。