(57)【要約】【課題】隣接するＳｉ膜へのＣｕ及び／又はＡｇの拡散が非常に少なく、かつ、低抵抗の配線材料及びそれ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】Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜と、前記合金のシリサイド膜あるいは前記合金の主成分以外の構成元素のシリサイド膜との積層構造として配線用薄膜を構成する。特に、Ｓｉ膜に接して形成された前記合金膜に、加熱処理を施すことで、前記合金膜の前記Ｓｉ膜側をシリサイド膜とすることにより前記積層構造を形成する。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜と、前記合金のシリサイド膜または前記合金の主成分以外の構成元素のシリサイド膜とを積層した膜からなることを特徴とする配線用薄膜。
【請求項２】
Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金が、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上の元素を添加元素として含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の配線用薄膜。
【請求項３】
添加元素の添加量が０．１原子％以上３０原子％以下であることを特徴とする請求項２に記載の配線用薄膜。
【請求項４】
Ｓｉ膜に接して形成された、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜に、熱処理を施すことで、前記合金膜の前記Ｓｉ膜側をシリサイド膜としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配線用薄膜。
【請求項５】
Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とし、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上の元素を添加元素として含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項６】
添加元素の添加量が０．１原子％以上３０原子％以下であることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）等のＦＰＤや半導体素子に用いられる配線材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータや携帯端末の表示装置として液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＬＣＤと略す）が採用されている。この液晶ディスプレイのうち、薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴと略す）を有するアクティブマトリクス型のＬＣＤは、広視野角である特徴を有しておりブラウン管方式に近い表示が可能であることから注目を集めている。
【０００３】
このようなＴＦＴ型のＬＣＤ等ではＴＦＴの電極配線材としてＴａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ単体かこれらの合金が採用されている。最近では、ＴＦＴ−ＬＣＤは大画面化、高精細化を実現するため、より低抵抗の材料が要求されており、Ａｇ系、Ｃｕ系の電極配線材が検討されている。
【０００４】
ただし、Ａｇ、Ｃｕ配線は、耐酸化性に劣り、Ｓｉ中に拡散しやすいため、素子の特性を劣化させるなどの問題点が指摘されている（Ｃｏｐｐｅｒ−Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｐ２９，２０００）。
【０００５】
今までＣｕ系の材料としては、Ｃｕ−Ｔｉ（例えば、１９８８年秋季第４９回応用物理学会学術講演会予稿集第２分冊第４３４頁）、Ｃｕ−Ｚｒ（例えば、特開平３−１９６６１９号公報）、Ｃｕ−Ｂ（例えば、特開平３−１９６６２０号公報）を窒素雰囲気中で加熱処理するものが発表されている。しかしながら、これらは耐酸化性の向上を目的としたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｓｉ膜への拡散が非常に少なく、さらに低抵抗の配線材料を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述のような現状に鑑み、種々の検討を行った。その結果、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも一種からなる合金膜とその合金のシリサイド膜あるいはその合金の主成分以外の元素のシリサイド膜との積層構造とすることで、配線材料を構成する元素のＳｉ膜への拡散を防止でき、さらに低抵抗特性を有することを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜と、前記合金のシリサイド膜または前記合金の主成分以外の構成元素のシリサイド膜とを積層した膜からなることを特徴とする配線用薄膜に関する。なお、前記合金の主成分以外の構成元素が２種以上である場合は、前記合金膜に積層するシリサイド膜は、前記構成元素の各々のシリサイド膜であっても良いし、それらの一部又は全部の合金のシリサイド膜であっても良い。ここで、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金とは、▲１▼Ａｇを７０原子％以上含む合金、▲２▼Ｃｕを７０原子％以上含む合金、又は、▲３▼ＡｇとＣｕを両者の合計で７０原子％以上含む合金のいずれかの合金である。
【０００９】
なお、前記Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上の元素を添加元素として含む合金であることが好ましい。
【００１０】
上記の添加元素の添加量は、０．１原子％以上３０原子％以下の範囲であることが好ましい。なお、添加元素が２種以上である場合は、それらの添加量の合計が０．１原子％以上３０原子％以下の範囲であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は上記の配線用薄膜において、Ｓｉ膜に接して形成された、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜に、熱処理を施すことで、前記合金膜の前記Ｓｉ膜側をシリサイド膜としたことを特徴とする配線用薄膜に関する。
【００１２】
また、本発明は、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とし、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットに関する。
【００１３】
ここで、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とするとは、▲１▼Ａｇを７０原子％以上含むこと、▲２▼Ｃｕを７０原子％以上含むこと、又は、▲３▼ＡｇとＣｕを両者の合計で７０原子％以上含むことを意味する。
【００１４】
上記スパッタリングターゲットに関し、上記添加元素の添加量は、０．１原子％以上３０原子％以下であることが好ましい。これらの添加元素は１種であっても良いし２種以上であっても良いが、２種以上の場合は、添加量はそれらの合計で０．１原子％以上３０原子％以下であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【００１６】
図１はＳｉ膜上に形成した本発明の配線用薄膜の一例の構造を示す部分断面図である。図１では、Ｓｉ膜１１上に、シリサイド膜１２、Ｍ−Ｘ合金膜１３が積層された２層膜の配線用薄膜が形成されている。
【００１７】
本発明の配線用薄膜に用いられるＭ−Ｘ合金の主成分ＭとしてはＡｇ、Ｃｕの少なくとも１種である。
【００１８】
上記配線材の主成分に添加する元素Ｘとしては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上の元素であることが好ましい。
【００１９】
主成分へ添加する元素の量は０．１原子％以上３０原子％以下が好ましく、より好ましくは０．５原子％以上２０％以下、さらに好ましくは０．７原子％以上１０原子％以下の範囲である。添加量が３０原子％を超えると、膜の抵抗率が大きくなり、配線材料としては実用的でなくなる。添加量が０．１原子％未満ではＳｉへの拡散防止機能が低下する。
【００２０】
本発明の配線用薄膜はスパッタリング法や真空蒸着法等の真空成膜技術により成膜することができる。特に、本発明のＭ−Ｘ系合金ターゲットは、電子ビーム溶解法、真空溶解法、ホットプレス法、ＨＩＰ法などさまざまな方法で製造することができるが、添加元素の種類等に応じて適宜最適な方法により製造すれば良い。なお、本発明の配線用薄膜をスパッタリング法により形成する場合、ターゲットとして合金ターゲットを使用して成膜するだけではなく、例えばＣｕターゲットの上に添加元素のチップを置いて、これをターゲットとして成膜することも可能である。
【００２１】
本発明は、Ｓｉ膜上にシリサイド膜とＡｇ合金膜あるいはＣｕ合金膜との２層積層とすることもできるが、Ｓｉ膜上に形成したＡｇ合金膜あるいはＣｕ合金膜の単層膜を熱処理することでシリサイド膜を形成することが有効である。ここで、熱処理とは、真空中において、シリサイド膜が形成する温度で加熱することである。
【００２２】
また、上述した例では、Ｓｉ膜を下層にしたものであるが、逆に上層にＳｉ膜を形成する場合は、基板上に合金膜、Ｓｉ膜を積層し熱処理をして使用することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
純度４ＮのＣｕ粉末と純度４ＮのＴａ粉末をＣｕ−３原子％Ｔａになるように配合し、ポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより１６時間混合し、混合粉末を製造した。
【００２５】
この粉末を内径２００ｍｍのカーボン製のモールドに入れ、ホットプレス法にて以下の焼結条件により焼結を行った。
【００２６】
焼結温度：９５０℃
荷重：２００ｋｇ／ｃｍ２
昇温速度：２００℃／ｈ
焼結時間：２時間
雰囲気：真空
得られた焼結体をφ１５０×５ｍｍｔに加工し、インジウム半田を用いて無酸素銅のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
【００２７】
Ｓｉターゲットの上にＴａチップを置いたターゲットを用いて、ガラス基板上に形成されたＳｉ膜（２００ｎｍ）上に、Ｔａ−Ｓｉ膜（５０ｎｍ）を成膜した。次にＣｕ−３原子％Ｔａターゲットを用いて、Ａｒガスを雰囲気とし、圧力１Ｐａの条件下で、ＤＣスパッタリング法により、Ｃｕ−Ｔａ膜（１５０ｎｍ）を成膜した。このようにして作製した薄膜サンプルの組成、抵抗率及びＣｕのＳｉへの拡散を調べた。組成はＩＣＰ法、抵抗率は４端子法で測定した。また、ＣｕのＳｉへの拡散の評価は、３００℃、３０ｍｉｎアニール処理した後、ＥＳＣＡで分析した。
【００２８】
（実施例２）
Ｃｕ−３原子％Ｔａターゲットを用いて、ガラス基板上に形成されたＳｉ膜（２００ｎｍ）上にＡｒガスを雰囲気として、圧力１Ｐａの条件下で、ＤＣスパッタリング法により、Ｃｕ−Ｔａ膜（２００ｎｍ）を成膜した。この後、真空中で３０分加熱処理をした。加熱温度は４００℃である。このようにして作製した薄膜サンプルを実施例１と同様の方法で評価した。
【００２９】
（比較例１）
Ｔａ粉末を混合せず、純度４ＮのＣｕ粉末のみを用いたこと以外は、実施例１と同様の方法でターゲットを製造した。このターゲットを用いて、実施例２と同様の方法で配線用薄膜を作製し評価した。
【００３０】
実施例１、２、比較例１の結果を表１に示す。実施例２において、ＥＳＣＡの結果から、熱処理により、Ｔａ−Ｃｕ−Ｓｉ層が形成されていることが確認された。表１の拡散の評価は、ＥＳＣＡの分析結果において、ＣｕのＳｉへ拡散する深さが３ｎｍ以下であるものを○、３ｎｍから５ｎｍであるものを△、５ｎｍを超えるものを×とした。ＣｕにＴａを添加し熱処理してＴａシリサイド膜を形成することでＳｉへの拡散が防止できることがわかる。
【００３１】
【表１】
2004076079.tif 000002
（実施例３）
純度４ＮのＣｕ粉末と、添加物Ｘ粉末（Ｘ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ）をＣｕ−３原子％Ｘになるように配合した混合粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法でターゲットを製造した。このターゲットを用いて、実施例１、２と同様の方法で配線用薄膜を作製し評価した。この結果、上記配線用薄膜の抵抗率はどれも１０μΩｃｍ以下で、Ｓｉへの拡散が小さく、優れた特性が得られることが確認された。
【００３２】
（実施例４）
純度４ＮのＣｕからなるφ１５０×５ｍｍｔのターゲット上に、添加物としてＴａチップを載せたものをターゲットとし、Ｔａチップの数を変えて、形成される薄膜の組成を変化させたこと以外は、実施例１と同様の方法で種々の組成の配線用薄膜を作製し評価した。
【００３３】
（実施例５）
純度４ＮのＣｕからなるφ１５０×５ｍｍｔのターゲット上に、添加物としてＴａチップを載せたものをターゲットとし、Ｔａチップの数を変えて、形成される薄膜の組成を変化させたこと以外は、実施例２と同様の方法で種々の組成の配線用薄膜を作製し評価した。
【００３４】
実施例４、５と比較例１の測定結果を表２、３に示す。Ｔａ添加量が０．１原子％〜３０原子％の範囲であれば配線用薄膜の抵抗率は１０μΩｃｍ以下で、Ｓｉへの拡散が小さい。Ｔａ添加量が０．１原子％未満では、Ｓｉへの拡散が大きくなる。Ｔａ添加量が３０原子％を超えると、配線用薄膜の抵抗率が１０μΩｃｍを超え、低抵抗配線材料としては実用的ではない。
【００３５】
【表２】
2004076079.tif 000003
【表３】
2004076079.tif 000004
（実施例６）
Ｃｕ粉末の替わりに純度４ＮのＡｇ粉末を用い、焼結温度を８５０℃としてターゲットを製造したこと以外は、上記実施例１〜３と同様の方法で配線用薄膜を作製し評価した。なお、実施例６〜７及び比較例２については、ＡｇのＳｉ膜への拡散を測定して評価した。
【００３６】
（実施例７）
純度４ＮのＡｇからなるφ１５０×５ｍｍｔのターゲット上に、添加物としてＴａチップを載せたものをターゲットとし、Ｔａチップの数を変えて、形成される薄膜の組成を変化させたこと以外は、実施例１と同様の方法で種々の組成の配線用薄膜を作製し評価した。
【００３７】
（実施例８）
純度４ＮのＡｇからなるφ１５０×５ｍｍｔのターゲット上に、添加物としてＴａチップを載せたものをターゲットとし、Ｔａチップの数を変えて、形成される薄膜の組成を変化させたこと以外は、実施例２と同様の方法で種々の組成の配線用薄膜を作製し評価した。
【００３８】
（比較例２）
純度４ＮのＡｇ粉末を用い、焼結温度を８５０℃としてターゲットを製造したこと以外は、比較例１と同様の方法で配線用薄膜を作製し評価した。
【００３９】
（実施例９）
純度４ＮのＣｕ粉末と純度４ＮのＡｇ粉末と純度４ＮのＴａ粉末を５０原子％Ｃｕ−４７原子％Ａｇ−３原子％Ｔａになるように配合したこと以外は、実施例１と同様の方法でターゲットを製造し、このターゲットを用いて、実施例１、２と同様の方法で配線用薄膜を作製し評価した。なお、本実施例においては、ＣｕとＡｇのＳｉ膜への拡散を測定したが、ともに３ｎｍ以下であった。
【００４０】
実施例６〜９、比較例２の測定結果を表４〜７に示す。Ａｇの場合もＣｕの結果と同様に添加物及びシリサイド膜の効果が認められた。
【００４１】
【表４】
2004076079.tif 000005
【表５】
2004076079.tif 000006
【表６】
2004076079.tif 000007
【表７】
2004076079.tif 000008
【発明の効果】
本発明によれば、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種を主成分とする合金からなる合金膜とその合金のシリサイド膜あるいはその合金の主成分以外の構成元素のシリサイド膜とを積層構造とすることで、配線材料を構成する元素のＳｉへの拡散が非常に少なく、低抵抗の配線用薄膜を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ膜上に形成した本発明の配線用薄膜の一例の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１１：Ｓｉ膜
１２：シリサイド膜
１３：Ｍ−Ｘ合金膜
【図１】
2004076079.tif 000009