JPH0430530A - 配線用薄膜形成法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は表示パネル、センサ、ＩＣなど、薄膜形成技術
を用いて作製される電子部品に使用する配線の形成法に
関する。

（従来の技術） 薄膜形成技術を用いて作製される電子部品にはその用途
、製造プロセスにより、各種配線材料が使用されている
０例えばＩＣではアルミニウム、タングステン、各種シ
リサイドなどが、一方表示パネルではクロム、タンタル
、チタンなどが用いられている。これらは配線材料とし
て電気抵抗が低いことは勿論、シリコン酸化膜やガラス
との接着性、エツチング加工のしやすさ、耐熱性、耐酸
化性など様々な観点から、その用途、製造プロセスに合
った材料が選択されている。

上記のうち、アルミニウムは接着性に優れ、電気抵抗も
低く、さらにエンチング加工が容易であることから、周
知のようにＩＣでは最も多量に使用されている配線材料
である。またこのアルミニウム膜堆積の方法として真空
蒸着法やＣＶＤ法が知られているが、現在ではスパッタ
法が主として用いられている。よく知られているとおり
、スパッタ法は通常アルゴンガスをスパッタガスとして
用い、プラズマ状態で発生したアルゴンイオンをターゲ
ットに衝突させて、弾き出されたターゲット物質を対向
する試料に付着させる方法であり、ターゲット合金組成
を比較的維持して膜堆積可能なため、シリコン等を添加
することの多いアルミニウム膜堆積では多用されている
。

（発明が解決しようとする課題） ところがこのアルミニウムも耐熱性と言う難点がある。

Ｉｃにおいては配線の微細化と共に耐熱性の面でアルミ
ニウム配線の限界が指摘されている。すなわち配線加工
後の熱処理によりヒロックあるいはボイドが生してしま
い、微細配線の断線が惹起される。このため現在アルミ
ニウム配線の見直しが鋭意に行われている。

一方表示パネル、とりわけ今後の高画質平面デイスプレ
ィの本流と見なされているアクティブマトリクス液晶表
示パネルにおいては、ハスラインの大幅な低抵抗化が大
画面化に必須であり、アルミニウム配線の全面的適用が
考えられているが、ここでもアルミニウムの耐熱性が問
題視されている。

通常アクティブマトリクスのハスライン幅はＩＣのよう
に微細ではない。しかしながら現在使用されているアク
ティブマトリクスでは、パスラインの上に絶縁膜を介し
てアモルファスシリコンＴＰＴが形成される。したがっ
てパイライン表面は可能なかぎり平滑であることが要請
される。ところがここにアルミニウム配線を用いると耐
熱性に欠けるため、表面は大幅に荒れ、さらには数百ｎ
ｍにも及ぶヒロックが形成されてしまう。

このように表面が荒れると、アクティツマトリクス製作
工程のような低温プロセスでは、絶縁膜をこの上に堆積
しても平坦化は不可能であり、かつ絶縁膜の組織も粗雑
になる。このためこの上に形成されるアモルファスシリ
コンＴＰＴは大幅な特性劣化さらには絶縁不良を引き起
こす。したがってアルミニウム配線をなんの工夫もなく
アクティブマトリクスに採用する訳には行かない。

ＩＣにおいてもアルミニウムの耐熱性を高めるため、銅
１〜４％含有アルミニウム合金を用いる場合がある。し
かしながらこのような材質でも表面荒れ、ヒロックの発
生は防ぎ切れず、アクティブマトリクスのＴＰＴ形成に
は障害となる欠点を有している。

本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的はアルミニウム配線の耐熱性を高くした配線
用薄膜形成法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため本発明はスパッタ法によるア
ルミニウム配線層の堆積において、０１〜２重量％のボ
ロンを少なくとも含有するアルミニウムターゲントを用
いることを特徴とする配線用薄膜形成法を発明の要旨と
するものである。

（作　用） ボロンはそれ自体で耐熱材料であり、周期律表の上でア
ルミニウムと同族であり、またアモルファス金属に配合
されるなど、粒界などの欠陥の移動を妨げ、結晶の微細
化に有効な元素である。したがってアルミニウムにボロ
ンを添加すれば再結晶温度を高めて耐熱性を向上させる
と考えられる。

そこでボロン含有アルミニウムターゲットを作製し、ス
パッタ法により薄膜を作製して耐熱性を評価した。その
結果、ボロン合金化が表面荒れの防止に関して効果のあ
ることが明らかとなった。またヒロックに関しても２０
０°Ｃ程度の基板加熱と組み合わせることにより、明ら
かに強い抑制作用が認められた。またこの系は添加濃度
を増加させても比抵抗の増大が比較的少ない特徴を持つ
。したがって従来使用されている銅−アルミニウム合金
に比較して大幅な耐熱性改善が可能となった。

しかし３００°Ｃ以上の熱処理では、ヒロック密度、ヒ
ロック寸法共に小さいながらもヒロックは発生しており
、アクティブマトリクス作製の加熱工程等のプロセス条
件によっては未だ耐熱性十分とは言えない場合のあるこ
とが判った。

そこでこの合金を基本としてさらに各種の検討を行った
。その中でスパッタガス、すなわちアルゴンガスに水素
ガスを添加するとヒロック生成抑止に著しい効果のある
ことを見出した。ボロン含有アルミニウムターゲットと
水素添加スパッタガスの組合せで堆積した膜は、３５０
　’Ｃ熱処理でも全く表面は荒れず鏡面を保ったままで
あり、また暗視野顕微鏡による検査でもヒロックは検出
されなかった。この水素の作用の詳細は今のところ不明
である。しかしながら同様に水素添加アルゴンをスパッ
タガスに用いても、ターゲットとして通常の純アルミニ
ウムを用いた場合には、堆積された膜表面はかえって大
幅に荒れてしまい、またヒロックも全く抑止されないこ
とが判明している。

さらに水素添加スパッタガスを用いると膜の比抵抗が増
大している。したがって水素は膜中に取り込まれたアル
ミニウム原子の拡散をボロンと協調して抑制しており、
また膜生成時にヒロック成長核となるような膜組織の不
均一性を排除している可能性がある。

いずれにしろボロンおよび水素の作用が再結晶などによ
る表面荒れおよびヒロック密度を抑制していることにな
る。

以下に上記元素添加に伴う現象を述べる。アルミニウム
にボロンを添加しただけの場合、ボロン添加量０．１重
量％ターゲットでも光沢面が安定に得られるようになり
、ボロン量増加と共にヒロック密度ならびにその大きさ
が徐々に減少する。特に堆積時基板加熱を行うことによ
り、ヒロ、り発生頻度は大幅に減少する。また電気比抵
抗の増加は緩やかで２重量％以上でもｌＯμΩ・１以下
の値を保つ。しかし同時に燐酸系アルミニウムエツチン
グ液によるウェットエツチングの加工性はバタン寸法精
度、エツチングの均一性の点で劣化してゆく。以上の結
果アルミニウムに対するボロンの含有量は０．１〜２重
量％が好ましい。

一方、水素ガスの添加では、ボロン０，５重量％ターゲ
ットにおいて１流量％以上の水素で明らかにヒロック抑
制効果が現れており、さらに水素の流量を増加させるに
従って、抑制効果が顕著となり、１０流量％以上では３
５０°Ｃ熱処理でも全くヒロックが現れなくなる。この
ときボロン単独の場合と異なり比抵抗も増大してゆき、
２０流量％以上では２０μΩ・１以上となる。また水素
含有量増大と共に膜堆積速度も減少し、２０流量％以上
では１５％以上の減少となる。同時にこの付近の流量か
ら過剰な水素が膜中に取り込まれ、後続工程の加熱処理
時に気泡が発生し、配線が膨れ上がる事故が起こるよう
になる。なお水素ガスの添加は燐酸系アルミニウムエツ
チング液によるエツチング加工性に対して影響を与えな
い。以上の結果から水素の添加量は１〜２０流量％が好
ましい。

以下に本発明のアルミニウム配線をアクティツマトリク
スに適用した実例を示す。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうろこと
は云うまでもない。

ガラス基板上にいわゆる逆スタガードＴＰＴによる液晶
パネル用アクティブマトリクスを形成した。そのＴＰＴ
部の出来上がり断面の模式図を第１図に示す。

まず、洗浄後のガラス基板にＤＣマグネトロンスパッタ
法によりボロン含有アルミニラムラ０．２μｍ堆積した
。このときターゲットにはボロン０．５重量％含有アル
ミニウムのものを用いた。またスパッタガスは５流量％
の水素を冷加したアルゴンである。基板加熱は特には行
っていない。堆積した膜は純アルミニウムの場合より鏡
面性が優れていた。また膜のシート抵抗は０．４５Ω／
口であった。レジストバタン形成後、通常のアルミニウ
ムエツチング液、すなわち１０％程度の硝酸を含有する
燐酸液によりバタン加工を行い、ゲート電極およびゲー
トバス１を作製した。形成されたバタンの側面は約４５
°の傾斜を有し、はぼ等方性のエツチングがなされてい
ることが判った。これはボロンおよび水素の添加により
結晶粒が微細化したことによると考えられる。この配線
バタン側面が傾斜を有することは、この上に堆積される
層の段差における組織の粗雑化を回避でき有利な性ｔ７
　する。つぎにゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜０．
２μｍ２、能動層としてアモルファスシリコン０，０５
μｍ３、および能動層保護膜としてシリコン窒化膜０．
３μｍ４をプラズマＣＶＤにより連続堆積した。このと
きの最高温度は予備加熱およびゲート絶縁膜堆積時の３
００　’Ｃである。堆積した膜の上から暗視野顕微鏡に
より観察したが、アルミニウム配線上にヒロックは一切
認められず、平滑なままであった。アクティブ領域を画
成した後、能動層保護膜にソース・ドレイン用コンタク
トを開口し、ソース・ドレイン電極としてリンをドープ
したアモルファスシリコン５を堆積してパターニング後
、ＩＴＯを堆積して画素電極６を形成した。さらにスパ
ッタによりクロムを０．１μｍ堆積し、続けて０．５重
量％のポロンを含有するアルミニウムターゲットにより
アルミニウムを０．４μｍ堆積した。ここでクロム層は
ＩＴＯとアルミニウムとの直接接触を避け、コンタクト
を安定化させる機能を持つ。アルミニウム堆積時、スパ
ッタガスはアルゴンのみで水素は添加しなかった。

また基板加熱は２００°Ｃとした。堆積膜のシート抵抗
は０．１２Ω／口であった。

レジストバタン形成後、この積層膜をエツチングし、デ
ータバス７を作製した。最後に保護膜としてシリコン窒
化膜８を２をプラズマＣＶＤにより堆積した。このとき
基板は２８０°Ｃに加熱されたが、データバスは水素含
有ではないが、基板加熱下で堆積したポロン含有アルミ
ニウムであるヒロックの発生は認められなかった。最後
に外部接続端子部品を開口してアクティブマトリクス基
板の作製を終了した。

この基板内に配置された検査用素子で測定した結果、デ
ータバス層のアルミニウムの比抵抗は６．８μΩ・ｌ、
データバス層では３．９μΩ・Ｃ１Ｎの値を示した。こ
れは堆積直後の値より低下しており、熱工程により回復
ないし結晶粒の成長が起こっているためと思われる。こ
のように純アルミニウム配線に比較して１．５〜２倍の
抵抗となるが、従来のアクティブマトリクスに用いられ
ていたクロムやタンタル配線に比較して、１桁近くの抵
抗削減が達成された。

上記実施例では逆スタガードＴＰＴによるアクティブマ
トリクス製作工程を例示したが、当然ながらスタガード
ＴＰＴによるアクティブマトリクスにも適用できる。ま
たアルミニウム配線は表示パネルに限られるものではな
く、ＩＣなどの電子部品にも使用することが出来る。Ｉ
Ｃへの適用の場合、拡散層突き抜けを防止するため、よ
く知られているように上記アルミニウムにさらにシリコ
ンを添加する必要があろう。

（発明の効果） 以上述べたように本発明はアルミニウム配線の耐熱性を
高める方法を提供するもので、主として表示パネルの高
精細・大型画面化に対処するため発明された０本発明に
よれば、スパッタ法によるアルミニウム配線層の堆積に
おいて、０．１〜２重量％のボロンを少なくとも含有す
るアルミニウムターゲットを用いることにより高精細な
２０インチ以上のパネルも色ムラなく実現でき、２値駆
動では４０インチ（約１００ＣＩ）以上のパネルも容易
に実現可能である。さらにセンサ、ファックス読み取り
装置など各種電子部品、さらにはＩＣなどにもその耐熱
性の利点を活用して信顧性のよい配線として適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を適用して作製した逆スタガード
ＴＰＴアクティブマトリクスのＴＦＴ部の断面模式図で
ある。 ｌ・・・本発明の方法を通用したボロン含有アルミニウ
ムゲート電極およびゲートハス、２・・・ゲート絶縁膜
、３・・アモルファスシリコン能動層、４・・・能動層
保護膜、５・・・ソース・ドレイン、６・・・画素電極
、７・・・本発明の方法を適用したアルミニウムソース
・ドレイン電極およびデータバス、８・・・保護膜。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタ法によるアルミニウム配線層の堆積にお
   いて、０．１〜２重量％のボロンを少なくとも含有する
   アルミニウムターゲットを用いることを特徴とする配線
   用薄膜形成法。
2. （２）スパッタ法によるアルミニウム配線層の堆積にお
   いて、１〜２０流量％の水素を少なくとも含有するスパ
   ッタガスを用いることを特徴とする請求項１記載の配線
   用薄膜形成法。