(57)【要約】【課題】  低電気抵抗で、かつ繰返しの加熱環境にあって抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜、そのＮｉ合金電極膜を形成するためのスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】  基板上に形成される電極膜であって、０．５〜２．０原子％のＷを含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる組成を有し、抵抗率が３０μΩｃｍ以下である繰返し加熱における抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜である。また、繰返し加熱に曝される電極膜形成用に用いられる０．５〜２．０原子％のＷを含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ合金電極膜形成用スパッタリングターゲットである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される電極膜であって、０．５〜２．０原子％のＷを含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる組成を有し、抵抗率が３０μΩｃｍ以下であることを特徴とする繰返し加熱における抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜。
【請求項２】
繰返し加熱に曝される電極膜形成に用いられるスパッタリングターゲットであって、０．５〜２．０原子％のＷを含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とするＮｉ合金電極膜形成用スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に使用される繰返し加熱における抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜およびその電極膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガラス基板やＳｉウェハー上に薄膜を積層して製造される平面表示装置等の電子部品の配線膜・電極膜等の導電膜には、製造中や使用環境において耐熱性、耐食性等が要求されており、高融点金属の純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられている。
また、これらの導電膜には、環境雰囲気、特に湿度に対する耐性も重要な特性になってきている。これは、湿度の影響で膜が変質すること、簡単に言えば酸化により錆びてしまうという現象により、電気的な接点としての特性（コンタクト性）の劣化が起こるというものである。
そこで、耐湿性を改善する導電膜として、Ｎｉをベースとして、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを添加元素として加えたＮｉ合金の導電膜が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９３５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐湿性が要求される電子部品の電極膜には、純Ｎｉ膜や上述の特許文献１に開示されるＮｉ合金膜が適用されている。
一方、電子部品の用途の中には、電極膜が製造プロセス中あるいは使用環境において、繰返しの加熱環境に曝されるものが存在する。このような用途においては、加熱されるごとに電気抵抗が変化すると安定的に電極膜として使用できない場合があることが判明した。また、電極膜としては、電気抵抗が一定以上の値となる場合には、高い電圧をかける必要があるため、望ましくないという問題もある。
本発明の目的は、低電気抵抗で、かつ繰返しの加熱環境にあって抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜、そのＮｉ合金電極膜を形成するためのスパッタリングターゲット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、検討の結果、Ｎｉをベースとして、Ｗを微量に添加することで、上記の目的を達成できることを見いだし本発明に到達した。
すなわち本発明は、基板上に形成される電極膜であって、０．５〜２．０原子％のＷを含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる組成を有し、抵抗率が３０μΩｃｍ以下である繰返し加熱における抵抗率安定性に優れるＮｉ合金電極膜である。
また、上記のＮｉ合金電極膜は、同一組成のスパッタリングターゲットによって形成可能である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のＮｉ合金電極膜は、繰返しの加熱環境において抵抗率の安定性に優れるため、電気信号を繰り返し印加して作動させる電子デバイスを安定動作させる事が可能となる効果を奏するものである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
上述したように、本発明の重要な特徴は繰返しの加熱環境において低電気抵抗で、かつ抵抗率の安定性に優れた電極膜として、Ｗを微量に添加したＮｉ合金を適用したことにある。
以下、本発明に適用するＮｉ合金について説明する。
【０００８】
本発明のＮｉ合金電極膜は、Ｗを０．５〜２．０原子％含有するものである。その理由は、耐湿性を有するＮｉにＷを添加することにより、加熱環境下での抵抗率の変化を大幅に抑制できる効果を有するためである。その効果はＷの添加量０．５原子％より明確となり、添加量の増加に伴いその効果は増加する。ＮｉへのＷの添加により抵抗率の変化を抑制できる理由は明確ではないが、通常、基板上にスパッタリングにより形成された金属薄膜を加熱すると再結晶化することにより結晶粒が成長して抵抗率は低下する。ＷはＮｉに対して１０原子％程度固溶できる元素であるため、Ｎｉ中に固溶したＷは加熱環境下でＮｉから分離したり化合物を形成することなく、Ｎｉ中に安定的に存在でき、マトリクスであるＮｉ原子の移動を抑制することができるためと考えられる。
【０００９】
また、電極膜としては、電気信号の遅延、さらには電極膜の発熱を抑制するために、抵抗率は低い事が望まれており、一般に抵抗率を３０μΩｃｍ以下に制御する。Ｗの添加量の増加に伴いＮｉ合金膜の抵抗率も増大し、２原子％を越えると３０μΩｃｍ以下の低い抵抗率を確保できなくなる。このため、Ｗの含有量は２．０原子％以下とする必要がある。
さらに、より低い２０μΩｃｍ以下の抵抗率を得るにはＷの添加量を１原子％以下とすることが望ましい。
なお、Ｎｉに０．５〜２．０原子％のＷを含有させたＮｉ合金電極膜とすることで、抵抗率を３０μΩｃｍ以下に容易に制御できると同時に、２５０℃での繰返しの加熱において抵抗率の変化が±１０％以下と抵抗率の安定性に優れる電極膜が得られる。
【００１０】
電子部品の電極膜は、製造プロセス中に大気雰囲気または真空雰囲気中で、２５０℃程度の温度で加熱されることがある。また、電極膜として使用される際に通電時の自己発熱によって２５０℃程度の温度に繰返し曝される場合がある。本発明のＮｉにＷを含有したＮｉ合金電極膜は、Ｎｉが本来有する耐熱性と高い耐湿性を有したまま、２５０℃までの加熱温度に対して成膜時からの抵抗率の変化が少なく、また、電極膜として繰返し加熱環境に曝された際の抵抗率の変化も抑制できるため有効である。
【００１１】
また、電子部品の電極膜としては膜剥がれの抑制等のために、成膜時の膜の引張り応力の低減も必要である。本発明者の検討によれば、Ｗの添加量の増加に伴いＮｉの有する引張り応力が低減されるため、Ｗを０．５〜２．０原子％含有するＮｉ合金膜は膜応力の低減の観点からも有効である。
【００１２】
本発明のＮｉ合金電極膜においては、Ｎｉは耐湿性や低い電気抵抗を実用上兼ね備えた元素であるため必須元素であるとともに、添加含有させるＷ以外の残部を占めるベースとなる元素である。それゆえ、残部はできるだけ不可避的不純物含有量が少ないことが望まれるが、本発明の作用を損なわない範囲で、ガス成分である酸素、窒素や炭素、遷移金属であるＦｅ、Ｃｕ、半金族のＡｌ，Ｓｉ等の不可避的不純物を含んでもよい。例えば、ガス成分の酸素、窒素は各々１０００質量ｐｐｍ以下、炭素は２００質量ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｃｕは２００質量ｐｐｍ以下、Ａｌ、Ｓｉは１００質量ｐｐｍ以下等であり、ガス成分を除いた純度として９９．９％以上であれば良い。
【００１３】
本発明のＮｉ合金電極膜を形成する基板は、特に限定されるものではなく、ガラス基板、シリコン基板、ステンレス基板、樹脂基板等に適用できる。特に耐熱性が高く平面平滑性に優れるガラス基板やシリコン基板上に形成することが特に好適である。
【００１４】
また、本発明の電極膜用Ｎｉ合金膜を形成する場合には、Ｎｉ合金膜と同じ組成を有する電極膜形成用スパッタリングターゲット材を用いたスパッタリングが最適である。スパッタリング法では、ターゲット材とほぼ同組成の膜が形成できるためであり、本発明のＮｉ合金膜を安定に形成することが可能となる。
【実施例１】
【００１５】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
まず、以下に述べる方法でＮｉ合金タ−ゲット材を製造した。
表１に示すＮｉ−Ｗ合金膜の目標組成と実質的に同一組成となるように、高純度電解Ｎｉに高純度Ｗを所定量加えて、真空誘導溶解炉にて溶解した後、金属製鋳型に鋳造することでＮｉ合金インゴットを作製した。次に得られたＮｉ合金インゴットを機械加工により直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。
また、比較例として同一寸法の純Ｎｉ、Ｎｉ−７原子％Ｖのスパッタリングターゲット材も同様の方法によりに作製した。
【００１６】
上記で作製した種々の組成のターゲット材を用いてスパッタリング法により、基板上にＮｉ膜およびＮｉ合金膜を形成した。なお、スパッタリング法による各膜の形成には、マグネトロンスパッタリング装置（アルバック製ＣＳ−２００）を用い、サマリウム−コバルト磁石を用いてタ−ゲット表面での漏洩磁束を確保してスパッタリングを行った。スパッタリング時のＡｒ圧力は０．５Ｐａ、投入電力は５００Ｗとした。また、基板には平面寸法１００ｍｍ×１００ｍｍの平滑なガラス基板を用いて、その上に、膜厚２００ｎｍの純Ｎｉ膜およびＮｉ合金膜を形成した。
【００１７】
上記で形成した各膜について、以下の通り、成膜時の抵抗率評価および加熱環境における抵抗率変化の評価を行った。
まず、上記でガラス基板上に形成した純Ｎｉ膜およびＮｉ合金膜について、４端子薄膜抵抗率計（三菱油化製、ＭＣＰ-Ｔ４００）を用いて、成膜時の抵抗率を測定した。続いて、ガラス基板上に形成した純Ｎｉ膜およびＮｉ合金膜の各試料を２５ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切断し、大気中で温度２５０℃、３０分の加熱処理を５回実施し、加熱処理を繰返した際の抵抗率の変化を評価した。抵抗率は、上記と同様に４端子薄膜抵抗率計を使用し、各加熱処理ごとに加熱処理後に試料を室温まで冷却した後に測定した。なお、抵抗率の変化は、成膜時の抵抗率と各加熱処理後の抵抗率との変化として、変化率＝（成膜時抵抗率−各加熱後抵抗率）／成膜時抵抗率×１００（％）として評価した。以上の結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2011122212.tif 000002
【００１９】
表１から、純Ｎｉ膜の抵抗率は成膜時１４．８μΩｃｍと低いが、２５０℃の加熱処理後に低下し、抵抗率の変化率は大きく２５％を越える。Ｎｉ−７原子％Ｖの膜の抵抗率は６０μΩｃｍを超えて非常に高く、電極膜としては望ましくない。それに対して本発明例のＮｉにＷを０．５〜２原子％含有した試料Ｎｏ．１〜４のＮｉ−Ｗ合金膜では抵抗率は３０μΩｃｍ以下と低く、加熱処理後の抵抗率の変化率も１０％以下と小さい。また、Ｗの添加量の増加とともに抵抗率は増加するが、抵抗率の変化率は少なくなる。ただし、Ｗの添加量が３原子％を越えると抵抗率が３０μΩｃｍを越え、低い抵抗率を維持できないため、電極膜としては望ましくない。以上から、Ｗの添加量は０．５〜２．０原子％とすることで３０μΩｃｍ以下の低い抵抗率を維持した上で、繰返し加熱における抵抗率安定性に優れることが分かる。また、試料Ｎｏ．１および２から、さらに低い２０μΩｃｍ以下の抵抗率を得るにはＷの添加量は１原子％以下が好ましいことがわかる。
【００２０】
また、純Ｎｉ膜およびＮｉ合金膜の各試料について、温度８５℃、相対湿度８５％の環境下に３００時間放置する耐湿性試験を行なったところ、試料Ｎｏ．１〜７のいずれの試料においても表面変色が確認できず、十分な耐湿性を有していることを確認した。
【実施例２】
【００２１】
また、実施例１で作製した各スパッタリングターゲット材を使用して、実施例１と同様の方法で直径１０１．６ｍｍのＳｉウェハ−上に膜厚２００ｎｍの純Ｎｉ膜およびＮｉ合金膜を形成した。続いて、形成した各膜について、薄膜応力測定装置ＦＬＸ−２３２０Ｓ（東邦テクノロジ−製）を用いてＳｉウェハ−のそりから膜応力を測定した。その測定結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
2011122212.tif 000003
【００２３】
表２から、純Ｎｉ膜は膜応力が４５０ＭＰａと大きな引張り応力を有していることが分かり、Ｎｉ−７原子％Ｖの膜では多量のＶ添加により膜応力が低下していることが分かる。それに対して、本発明例のＷを１．０原子％、２．０原子％含有するＮｉ−Ｗ合金膜では、わずかな添加量のＷにより、膜応力を低減できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は電子部品の電極膜に必要な耐湿性に優れ、低電気抵抗で、かつ繰返しの加熱環境にあって抵抗率安定性に優れるため、電気信号を繰返し印加して作動させる電子デバイスを安定的に動作させることが必要となる電子部品の電極膜に適用できる。