JPH0456136A - 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、薄膜形成技術を用いて作製される表示パネル
、センサ、ＩＣなどの電子部品に使用する配線の形成法
に関するものである。

〔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
。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、さらにエツ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
空薫看法や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（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７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いう難点がある
。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じて
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
レィの本流と見做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、パ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、ノー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、ハスライン表面は可能な限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ｎｍ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、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の大幅な特性劣化、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何の工夫もなく
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。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、アルミニウ
ム配線の耐熱性を高める方法を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の配線用薄膜形成法
は、スパッタ法によるアルミニウム配線層の堆積時に、
少なくとも０．５〜１０重量％のニッケルを含有するア
ルミニウム合金ゲ・ノドを用いることを特徴とし、さら
にこれに加えて、少なくとも１〜２０流量％の水素を含
有するスバ・ツタガスを用いることを特徴とする。

〔作用〕

アルミニウムの構造材において、耐熱、耐クリープ材料
としてニッケル系アルミニウム合金が知られている。こ
の系ではニッケルが再結晶温度を高めて耐熱性を向上さ
せていると思われる。したがって、二・７ケルを含有さ
せることにより、電子部品用薄膜配線としても耐熱性が
向上する可能性がある。そこでニッケル含有アルミニウ
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、ニッケル合金化が表面
荒れの防止に関して著しい効果のあることが明らかとな
った。また、ヒロ、りに関しても明らかに強い抑制作用
が認められた。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℃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、すなわちアルゴンに水素ガ
スを添加するとヒロヅク生成抑止に著しい効果のあるこ
とを見出した。ニッケル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
℃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ニッケルと協調して抑制してお
り、また膜生成時にヒロックの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。

いずれにしろニッケル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成長を抑制していることに
なる。

以下にニッケルおよび水素を添加した場合のアルミニウ
ム薄膜の性質を具体的に示す。アルミニウムにニッケル
を添加しただけの場合、ニッケル添加量０．５重量％タ
ーゲ７）でも光沢面が安定に得られるようになり、ニッ
ケル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。

しかし電気比抵抗も同時に増加し、１０重量％以上では
２０μΩ・ｃｍ以上とモリブデン配線差に増大してしま
う。また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もバタン寸法精度、エツチ
ングの均一性の点で劣化してゆく。

一方、水素ガスの添加では、ニッケル５重量％ターゲッ
トにおいては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、５流量％以上では３０
０℃熱処理でも全くヒロックが現れなくなる。このとき
比抵抗も増大してゆき、２０流量％以上ではｌＯμΩ・
ｃｍ以上となる。なお、ニッケル含有量が多いほど比抵
抗の増大も大きい。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
スに適用した実施例を示す。

〔実施例〕

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ＴＦＴ
部の出来上がり断面の模式図を図面に示す。

まず、洗浄後のガラス基板９にＤＣマグネトロンスパッ
タ法によりアルミニウムを０．２μｍ堆積した。このと
きターゲットにはニッケル５重量％のものを用いた。ま
たスパッタガスは５流量％の水素を添加したアルゴンで
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若干黄色味を帯び、鏡面性が優
れていた。また膜のシート抵抗は０．４２Ω／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ｌＯ％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ｌ
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。これはニッケル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、有利な性質である。

つぎにゲート絶縁膜として膜厚０．　２μｍのシリコン
窒化膜２、能動層として膜厚０゜０５μｍのアモルファ
スシリコン３、および能動層保護膜として膜厚０．３μ
ｍのシリコン窒化膜４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３５０℃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、能動層保護層４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３重量％のニッケル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７ａはＩＴＯを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、スバ・ツタガスはアスゴンのみで水
素は添加しなかった。また基板加熱も行わなかった。堆
積膜のシート抵抗は０．１５Ω／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をプラズマＣＶＤ
により堆積した。このとき基板は２７０℃に加熱された
が、データバス７はニッケル含有アルミニウムであるた
め、ヒロックは頻度が少なく、またその高さは最高でも
０．０３μｍ、大部分は０、Ｏ１ｐｍ以下であり、ヒロ
ックによる悪影響は全く認められなかった。最後に外部
接続端子部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゜３μΩ・ｃｍ
、データバス層では４．５μΩ−ｃｍ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できる。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ると推察される。

〔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
を高めることができるもので、主として表示パネルの高
精細・大形画面化に対処することができる。このため高
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用を活
用して信顛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】

図は本発明の方法を適用して作製した逆スタガードＴＰ
ＴアクティブマトリクスのＴＦＴ部の断面模式図である
。 ■・・・本発明の方法を適用した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、５・・・ソース・ドレイ
ン電極、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、７ａ・・・クロム層、８・・・保護膜。

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方法
   において、少なくとも０．５〜１０重量％のニッケルを
   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方法
   において、少なくとも０．５〜１０重量％のニッケルを
   含有するアルミニウムターゲット、および少なくとも１
   〜２０流量％の水素を含有するスパッタガスを用いるこ
   とを特徴とする配線用薄膜形成法。