JPH09228035A - Aluminum alloy film for thin film wiring and aluminium alloy sputtering target material - Google Patents

Aluminum alloy film for thin film wiring and aluminium alloy sputtering target material

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JPH09228035A
JPH09228035A JP3035396A JP3035396A JPH09228035A JP H09228035 A JPH09228035 A JP H09228035A JP 3035396 A JP3035396 A JP 3035396A JP 3035396 A JP3035396 A JP 3035396A JP H09228035 A JPH09228035 A JP H09228035A
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JP
Japan
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thin film
film
target
added
alloy
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JP3035396A
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Hideo Murata
英夫 村田
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce an Al alloy film in which low resistance and heat resistance so as to prevent' the generation of hillocks are compatible and to produce a target material forming the same. SOLUTION: This Al alloy film for thin film wiring is the one in which, by atom, <=2% Zr as a primary element to be added and <=2% of one or more kinds among W, Nb and Mo as secondary elements to be added are compositely added, the total content of the primary element to be added and the secondary elements to be added is regulated to 0.2 to 2%, and the balance substantially Al, and the specific resistance is regulated to <=15μΩcm. This thin film can be formed concretely by sputtering. Furthermore, the sputtering target material providing the above thin film has the above compsn.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
等の電極部あるいは配線部として用いられる薄膜配線用
アルミニウム合金膜(以下Al合金膜)およびこのAl
合金膜形成用スパッタリングターゲットに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum alloy film for thin film wiring (hereinafter referred to as an Al alloy film) used as an electrode portion or a wiring portion of a liquid crystal display or the like and this Al.
The present invention relates to a sputtering target for forming an alloy film.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、コンピュータの表示装置として液
晶ディスプレイが注目されている。この液晶ディスプレ
イのうち、薄膜トランジスター(Thin Film
Transister、以下TFTと略す)を有するア
クティプマトリックス型−液晶ディスプレイ(Liqu
id Cristal Display 以下LCDと
略す)は、視野が広くブラウン管方式に近い表示が可能
であるとして、開発が急がれている。従来はガラス基板
上に薄膜デバイスを形成するLCDにおいては、電気配
線膜、電極等には高融点金属である純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
られていた。
2. Description of the Related Art Recently, a liquid crystal display has attracted attention as a display device of a computer. Among the liquid crystal displays, thin film transistors (Thin Film)
Transistor (hereinafter abbreviated as TFT) Active matrix type liquid crystal display (Liqu)
The development of an id Cristal Display (hereinafter abbreviated as LCD) has been urgently promoted because it has a wide field of view and can display near a cathode ray tube system. Conventionally, in an LCD in which a thin film device is formed on a glass substrate, a pure Cr film, which is a refractory metal, or a pure Ta film is used for an electric wiring film, an electrode, etc.
A film, a pure metal film such as a pure Ti film, or an alloy film thereof has been used.

【0003】最近LCDの大型化、高精細化の要求に伴
い配線膜電極膜には信号の遅延を防止するために低抵抗
化、低応力化と安定化の要求が一段と高まってきてい
る。たとえば、12インチ以上の大型カラーLCDに用
いられる電極用では15μΩcm以下にすることが望ま
れる。しかし従来のCr、Ta系の高融点合金膜では膜
の安定性には優れるが抵抗値が高い。たとえばCrで約
30、Taで約l80、Tiで約60μΩcmである。
そのため、上述した高融点金属に代わって低抵抗が得ら
れるAl膜の適用が注目されている。
Recently, with the demand for large-sized and high-definition LCDs, there has been an increasing demand for lower resistance, lower stress and stabilization in the wiring film electrode film in order to prevent signal delay. For example, for electrodes used in a large-sized color LCD of 12 inches or more, it is desired to be 15 μΩcm or less. However, a conventional Cr or Ta-based high melting point alloy film is excellent in stability but high in resistance value. For example, Cr is about 30, Ta is about 180, and Ti is about 60 μΩcm.
Therefore, attention has been paid to the application of an Al film that can obtain a low resistance in place of the above-mentioned refractory metal.

【0004】また、LCDの高精細化に伴い高品質の膜
質の金属膜を安定して製造するために用いられるスパッ
タ装置としては、従来の非常に大きな基板搬送式のイン
ライン方式の装置から、基板を静止させて成膜する枚様
式と呼ばれる装置が多く用いられるようになってきた。
そして、LCDの大型化に伴って、薄膜形成基板が大型
化し、これに伴い薄膜を形成するためのターゲットにも
大型化が要求されている。特に上述した枚様式のスパッ
タ装置では基板に対して静止させて膜形成を行うために
基板サイズより大きなターゲットが要求される。従来は
ターゲットサイズの増大に対応する方法として2分割や
3分割の大きさで製造したターゲットを貼り合わせて用
いることも行われていた。しかし、分割したターゲット
ではその継ぎ目から異物が発生し不良となるため、高品
質の薄膜を得るためには一体物のターゲットが要求され
ている。
Further, as a sputtering apparatus used for stably producing a metal film of high quality as the LCD becomes finer, a conventional substrate transfer type in-line type apparatus can be used as a sputtering apparatus. A device called a single-wafer system for forming a film by allowing the film to stand still has come into wide use.
Then, as the LCD becomes larger, the thin film forming substrate becomes larger, and accordingly, the target for forming the thin film is also required to become larger. In particular, in the above-described single-wafer type sputtering apparatus, a target larger than the substrate size is required in order to form a film while standing still on the substrate. Conventionally, as a method of coping with an increase in the target size, the targets manufactured in the size of two-division or three-division have also been bonded and used. However, in the divided target, foreign matter is generated from the joint and becomes defective, so that an integrated target is required to obtain a high quality thin film.

【0005】現在主流であるLCD用の基板サイズは3
70×470mmであり、この基板に金属膜を形成する
ための枚様式スパッタ装置用のターゲットには550×
650mm程度という極めて大型のターゲットを一体で
製造することが要求される。このような大型のターゲッ
トの製造を一体もので実現しようとすると、上述の純C
r、純Ta、純Ti等の高融点金属では、高温で大型の
溶解炉やエレクトロンビーム溶解炉や、塑性加工を行う
にも高温で使用できる特殊な鍛造機、圧延機等の非常に
高価な装置が必要であると言う問題がある。今後はさら
にLCDの大型に伴い基板サイズは大きくなると予想さ
れ、これ以上大きなターゲットを高融点金属で一体もの
として製造するには非常に困難な状況にある。
The substrate size for the LCD, which is currently the mainstream, is 3
70 × 470 mm, and a target for a single-wafer sputtering apparatus for forming a metal film on this substrate is 550 ×
It is required to integrally manufacture an extremely large target of about 650 mm. If an attempt is made to manufacture such a large target as a single unit, the pure C
High melting point metals such as r, pure Ta, and pure Ti are very expensive, such as large melting furnaces and electron beam melting furnaces at high temperatures, special forging machines that can be used at high temperatures for plastic working, and rolling machines. There is a problem that a device is needed. In the future, it is expected that the size of the substrate will increase as the size of the LCD further increases, and it is extremely difficult to manufacture a larger target with a refractory metal as one body.

【0006】上述の高融点金属のターゲットに対して、
低抵抗が得られるという利点を有するAlは、そのター
ゲットを得る際の塑性加工性に優れるという利点もあ
る。したがって、Al膜は、薄膜を得るための大型のタ
ーゲット材を容易に製造できるという利点もあり注目さ
れているのである。しかし、上述した低抵抗性に優れ、
大型のターゲットを適用することが可能なAl膜におい
ては、耐熱性が高融点金属よりも劣るという極めて重大
な問題があった。
With respect to the above refractory metal target,
Al, which has an advantage of obtaining low resistance, also has an advantage of being excellent in plastic workability when obtaining the target. Therefore, the Al film has attracted attention because it has an advantage that a large target material for obtaining a thin film can be easily manufactured. However, the above-mentioned low resistance is excellent,
The Al film to which a large target can be applied has a very serious problem that the heat resistance is inferior to that of the refractory metal.

【0007】詳しく説明すると、TFT製造プロセス上
不可避である電極膜形成後の加熱工程(250〜400
℃程度)において、形成した薄膜上にヒロックといわれ
る微小な突起が表面に生じるという問題がある。このヒ
ロックはストレスマイグレーション、サーマルマイグレ
ーション等により発生すると考えられ、このヒロックが
発生するとAl配線膜上に絶縁膜や保護膜等を形成し、
さらに配線膜、電極膜等を形成しようとした場合に電気
的短絡(ショート)や、このヒロックを通してエッチン
グ液等が侵入しAl配線膜が腐食してしまうという問題
がある。
More specifically, the heating step (250 to 400) after the electrode film formation is inevitable in the TFT manufacturing process.
There is a problem that minute projections called hillocks are formed on the surface of the formed thin film at about (° C.). This hillock is considered to be generated by stress migration, thermal migration, etc. When this hillock occurs, an insulating film, a protective film, etc. are formed on the Al wiring film,
Further, there is a problem that an electric short circuit occurs when an interconnection film, an electrode film, or the like is formed, and an etching solution or the like enters through the hillocks to corrode the Al interconnection film.

【0008】このような、耐熱性の劣化を防止するた
め、純Alではなく、Alに様々な金属を添加する方法
が提案されている。たとえば、特開平4−323872
号公報には、Mn、Zr、Crを0.05〜1.0at
%添加することが有効であることが述べられている。ま
た、特公平4−48854号公報では、Bを0.002
〜0.5wt%、Hf、Nb、Ta、Mo、Wを0.0
02〜0.7wt%添加する方法や、さらにSiを0.
5〜1.5wt%加える方法が開示されている。また、
特開平5−65631号公報ではTi、Zr、Taを
0.2〜10at%添加することがヒロックの発生の抑
制に効果があることが述べられている。さらに特開平7
−45555号で述べられているようにFe、Co、N
i、Ru、Rh、Irを0.1〜10at%、また希土
類元素を0.05〜15at%添加する方法や、特開平
5−335271のようにAl−Si合金にCu、T
i、Pd、Zr、Hf、Y、Scを0.01〜3wt%
添加する方法が知られている。
In order to prevent such deterioration of heat resistance, a method of adding various metals to Al instead of pure Al has been proposed. For example, JP-A-4-323872
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2005-242242 discloses that Mn, Zr, and Cr are added at 0.05 to 1.0
% Addition is said to be effective. Moreover, in Japanese Patent Publication No. 4-48854, B is 0.002.
~ 0.5 wt%, Hf, Nb, Ta, Mo, W 0.0
02-0.7 wt% addition, and further adding Si to 0.
A method of adding 5 to 1.5 wt% is disclosed. Also,
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-65631 describes that adding Ti, Zr, and Ta in an amount of 0.2 to 10 at% is effective in suppressing the generation of hillocks. Furthermore, JP-A-7
-Fe, Co, N as described in U.S. Pat.
i, Ru, Rh, Ir of 0.1 to 10 at% and a rare earth element of 0.05 to 15 at%, or Cu and T added to an Al-Si alloy as disclosed in JP-A-5-335271.
0.01 to 3 wt% of i, Pd, Zr, Hf, Y and Sc
A method of adding is known.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Al
に様々な合金元素を添加しAl合金とする方法は、ヒロ
ックの発生を抑制することができ、耐熱性の向上にとっ
て有効である。しかし、特開平7−45555号公報や
特開平5−335271号公報で提案されているRh,
Ir,Y,Scや希土類元素を添加することは、高価に
なるためできるだけ避けるほうが良い。また、上述した
希土類元素など酸化され易い元素を添加することは、薄
膜を製造する過程における成膜雰囲気のわずかな差を受
けやすくなり、成膜した基板内や基板ロット間の抵抗値
やヒロック発生状況のバラツキが大きくなるという問題
がある。また、ターゲットの酸素量を増加し、抵抗値を
高めてしまうという問題もある。
As described above, as described above, Al
The method of adding various alloying elements to Al to form an Al alloy is effective for improving heat resistance because hillock generation can be suppressed. However, Rh, which is proposed in JP-A-7-45555 and JP-A-5-335271,
Addition of Ir, Y, Sc or rare earth elements is expensive and should be avoided as much as possible. In addition, the addition of easily oxidizable elements such as the above-mentioned rare earth elements is likely to be subject to a slight difference in the film forming atmosphere in the process of manufacturing a thin film, and the resistance value and hillock generation in the formed substrate or between substrate lots may occur. There is a problem that the variability of the situation increases. There is also a problem that the oxygen amount of the target is increased and the resistance value is increased.

【0010】これに対して、特開平5−65631号、
特開平7−45555号あるいは特開平5−33527
1号公報のように高融点の金属を添加することは、耐熱
性の向上に有効である。しかし、これらの元素は、上述
したようにAlに比べ抵抗値が高く、できるだけ少ない
添加量が望まれるが、耐熱性を高めるには添加元素の量
を増加する必要があり、耐熱性と低抵抗性の両立という
点では、まだ十分に満足できるものとは言えないもので
あった。本発明の目的は、上述した問題に鑑み低抵抗性
とヒロックの発生を防止できる耐熱性とを両立したAl
合金膜を提供するとともに、上述したAl合金膜を形成
するのに適するAl合金ターゲット材を提供することを
目的とする。
On the other hand, JP-A-5-65631 discloses
JP-A-7-45555 or JP-A-5-33527
The addition of a metal having a high melting point as in JP-A-1 is effective in improving heat resistance. However, these elements have a higher resistance value than Al as described above, and it is desirable to add as little amount as possible, but it is necessary to increase the amount of added elements in order to improve heat resistance. In terms of compatibility of sex, it was not yet fully satisfactory. In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to make Al having both low resistance and heat resistance capable of preventing the generation of hillocks.
It is an object to provide an alloy film and an Al alloy target material suitable for forming the above Al alloy film.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、Alに添加
する合金元素の作用を詳細に検討し、Zrを第1添加元
素とし、W,Nb、Moのうちの一種以上を第2添加元
素とする時、これらを複合で添加すると、単独添加では
得られなかった低抵抗性とヒロックの発生を防止できる
耐熱性との両立を実現できることを見いだし本発明に到
達した。
Means for Solving the Problems The present inventor has studied in detail the action of alloying elements added to Al, using Zr as the first additive element, and adding one or more of W, Nb and Mo to the second additive. The inventors have found that, when they are added as elements, when they are added in combination, it is possible to achieve both low resistance and heat resistance that can prevent the generation of hillocks, which were not obtained by single addition.

【0012】すなわち、本発明は第1添加元素としてZ
rを2at%以下含有し、第2添加元素としてW,N
b、Moのうちの1種以上を2at%以下含有し、かつ
第1添加元素と第2添加元素の総量が0.2〜2at
%、残部実質的にAlでなる組成を有し、比抵抗が15
μΩcm以下である薄膜配線用Al合金膜である。具体
的には、本発明の薄膜は、具体的にはスパッタリングで
形成することができる。
That is, the present invention uses Z as the first additive element.
2 at% or less of r, and W, N as the second additive element
b, 1 or more kinds of Mo are contained at 2 at% or less, and the total amount of the first additive element and the second additive element is 0.2 to 2 at
%, With the balance being essentially Al, with a specific resistance of 15
It is an Al alloy film for thin film wiring having a thickness of μΩcm or less. Specifically, the thin film of the present invention can be specifically formed by sputtering.

【0013】また上述した薄膜を提供する本発明のター
ゲット材は、第1添加元素としてZrを2at%以下含
有し、第2添加元素としてW,Nb、Moのうちの1種
以上を2at%以下含有し、かつ第1添加元素と第2添
加元素の総量が0.2〜2at%、残部実質的にAlで
なる組成を有する。
The target material of the present invention which provides the above-mentioned thin film contains Zr as a first additive element in an amount of 2 at% or less and at least one of W, Nb and Mo as an additive element in an amount of 2 at% or less. It has a composition in which the total amount of the first additive element and the second additive element is 0.2 to 2 at%, and the balance is substantially Al.

【0014】[0014]

【発明の実施の態様】上述したように、本発明の重要な
特徴は、Zrを第1添加元素とし、W,Nb、Moのう
ちの一種以上を第2添加元素とする時、これらを複合で
添加することによって、 低抵抗性とヒロックの発生を
防止できる耐熱性との両立を実現できたことにある。本
発明者は、Alに添加する元素の作用について、詳細な
検討を行うため、Alに種々の元素を添加したAl合金
ターゲット材を製造し、これらターゲット材の特性を調
べた。そして、様々なターゲット材を使用してスパッタ
リングにより種々のAl合金膜を形成し、その組成、不
純物及び電極、配線膜としての抵抗値、エッチング性、
加熱時のヒロックの発生状況等の特性を調べた。その結
果Zrと、W、Nb、Moのいずれかを1種以上の複合
添加することが上記特性を大きく改善することを見いだ
したものである。以下に詳しく説明する。
As described above, an important feature of the present invention is that when Zr is the first additive element and one or more of W, Nb and Mo is the second additive element, they are combined. The reason for this is that the low resistance and the heat resistance capable of preventing the generation of hillocks have both been achieved by the addition of. The present inventor manufactured Al alloy target materials in which various elements were added to Al, and examined the characteristics of these target materials in order to perform detailed studies on the action of the elements added to Al. Then, various Al alloy films are formed by sputtering using various target materials, and their composition, impurities and electrodes, resistance value as a wiring film, etching property,
Characteristics such as hillock generation during heating were investigated. As a result, it has been found that the combined addition of Zr and one or more of W, Nb and Mo significantly improves the above characteristics. This will be described in detail below.

【0015】本発明で必須とするZrは、原子半径が
0.160nmであり、Alの原子半径0.144nm
よりも大きい。そのため、形成した薄膜中でAlが結晶
核を形成して成長する場合、Alの結晶粒界に押し出さ
れ析出する。これは、Zrが密度が低く軽い元素であっ
て、862℃で結晶構造が六方晶(hcp)から体心立
方晶に変態する金属であり、比較的低温で原子の移動が
起こりやすい元素であるためである。このように粒界に
析出したZrは、加熱したときのAlの原子移動を阻止
し、ストレスマイグレーション、サーマルマイグレーシ
ョンに起因するヒロックの発生を抑制することが期待で
きる。
Zr which is essential in the present invention has an atomic radius of 0.160 nm and an atomic radius of Al of 0.144 nm.
Greater than. Therefore, when Al forms crystal nuclei and grows in the formed thin film, they are extruded and precipitated at the Al crystal grain boundaries. This is an element in which Zr has a low density and is light, and is a metal whose crystal structure transforms from hexagonal (hcp) to body-centered cubic at 862 ° C., and is an element in which atoms easily move at a relatively low temperature. This is because. Zr thus precipitated on the grain boundaries can be expected to prevent the atomic migration of Al when heated and suppress the generation of hillocks due to stress migration and thermal migration.

【0016】なお、Zrと同様に原子移動が起こりやす
くAlの結晶粒界に析出する元素としてはTiがある。
しかし、Tiは原子半径が0.147nmとAlの0.
144nmに近く金属間化合物を形成した場合、Alの
結晶構造を乱すことが少なくAlの結晶中に取り込まれ
てしまいZrより粒界析出が起こりにくくなるためヒロ
ック抑制効果が少ない。このため、Zrと同様の効果を
得ようとすると添加量が多くなるため比抵抗が増加して
しまう。またTiを含有する薄膜は形成中に酸素等を取
り込みやすくAl−Ti薄膜は比抵抗の雰囲気に対する
変化が大きい問題があるため添加元素としては望ましく
ない。このため本発明では添加元素としてはZrを選択
した。
As with Zr, atomic migration is likely to occur, and Ti is an element that precipitates at Al grain boundaries.
However, Ti has an atomic radius of 0.147 nm and an Al.
When an intermetallic compound is formed near 144 nm, the crystal structure of Al is not disturbed so much that it is incorporated into the crystal of Al and grain boundary precipitation is less likely to occur than Zr, so the hillock suppressing effect is small. Therefore, if an effect similar to that of Zr is to be obtained, the added amount increases, so that the specific resistance increases. Further, a Ti-containing thin film is apt to take in oxygen and the like during formation, and an Al-Ti thin film is not desirable as an additive element because it has a problem that the resistivity changes greatly with respect to the atmosphere. Therefore, in the present invention, Zr is selected as the additive element.

【0017】しかし、Zrの添加は上述した点で有効と
考えられたが、Zrの単体の添加ではヒロックを抑制す
る効果は、Ta,Ti,Cr等を添加する場合に比べて
大きな差は認められなかった。そこで本発明者のさらな
る検討の結果、上述した粒界に析出するZrのヒロック
抑制効果を著しく高める第2添加元素としてW、Nb、
Moを見いだしたのである。本発明者は、これらの元素
が融点が高く重いため薄膜を形成する際に基板上でエネ
ルギーを失いやすく、周囲のAlとの金属間化合物等を
形成し移動できなくり、周囲のAlの移動を抑制してA
lの結晶核を形成することに着目した。そしてこのよう
にAlの結晶核の成形を促進させることによって、Zr
の粒界析出を促進しヒロックの抑制効果を飛躍的に高め
ることに成功したのである。本発明において、高融点金
属としてW、Nb、Moを選択したのは、バルク材とし
ての抵抗値が100μΩcm以下であり、薄膜の抵抗値
の上昇を最小限にできること、および安価であることで
ある。たとえば、Taは、高価であるとともに、バルク
材としての抵抗値がl80μΩcmもあり、低抵抗を目
的とする本発明にとっては好ましくない。
However, although the addition of Zr was considered to be effective from the above-mentioned point, the effect of suppressing hillocks by the addition of Zr alone showed a large difference as compared with the case of adding Ta, Ti, Cr or the like. I couldn't do it. As a result of further study by the present inventor, W, Nb, and the like were added as the second additive elements to remarkably enhance the hillock suppressing effect of Zr precipitated at the grain boundaries.
I found Mo. The present inventor tends to lose energy on the substrate when forming a thin film because these elements have a high melting point and are heavy, and cannot form and move an intermetallic compound or the like with the surrounding Al. Suppress A
Attention was paid to the formation of 1 crystal nucleus. By promoting the formation of Al crystal nuclei in this way, Zr
It has succeeded in promoting the grain boundary precipitation and dramatically increasing the hillock suppressing effect. In the present invention, W, Nb, and Mo are selected as the refractory metal because the resistance value of the bulk material is 100 μΩcm or less, the increase in the resistance value of the thin film can be minimized, and the cost is low. . For example, Ta is expensive and has a resistance value of 180 μΩcm as a bulk material, which is not preferable for the present invention aiming at low resistance.

【0018】本発明においては、上述したZrおよび
W、Nb、Moの添加元素の総量が0.2〜2at%と
したのは0.2at%以下ではヒロックの抑制効果が十
分でなく2%以上では比抵抗が15μΩcm以上となっ
てしまうためである。好ましくは、0.4〜1.5%の
範囲とする。またさらに望ましくは、Zrを0.2at
%以上とし、且つW、Nb、Moのいずれかを1種以上
を0.2at%以上とし、ヒロックの抑制効果をより十
分なものとする。本発明では、このように少ない添加元
素量で、十分なヒロックの抑制効果があり、抵抗値の増
加を防止できるとともに、Al合金薄膜をホトエッチン
グのプロセスでパターニングを行う際の添加元素に起因
するエッチング残査を低減できるため、Al合金膜を安
定して歩留まり良く製造することが可能となるという利
点も有する。
In the present invention, the total amount of the additive elements of Zr, W, Nb, and Mo described above is 0.2 to 2 at% because the effect of suppressing hillocks is not sufficient at 0.2 at% or less and 2% or more. This is because the specific resistance becomes 15 μΩcm or more. Preferably, it is in the range of 0.4 to 1.5%. More preferably, Zr is 0.2 at
% Or more, and at least one of W, Nb, and Mo is 0.2 at% or more, and the effect of suppressing hillocks is more sufficient. In the present invention, with such a small amount of additional element, there is a sufficient effect of suppressing hillocks, it is possible to prevent an increase in resistance value, and it is caused by the additional element when patterning the Al alloy thin film by the photoetching process. Since the etching residue can be reduced, there is also an advantage that the Al alloy film can be stably manufactured with high yield.

【0019】また、上述した薄膜の特性に加えて、スパ
ッタリング用のターゲットとしては、添加元素の総量が
2at%を超えるとターゲット中にできる金属間化合物
の量が多くなり、大型のターゲット、具体的にはスパッ
タ面が0.3m2を越えるターゲットを製造する際行う
場合に割れや、微細なクラックが発生しやすくなる問題
が発生する。また、添加元素の総量が多いとターゲット
内で析出する金属間化合物の偏析量が多くなり、薄膜組
成がばらつき、薄膜抵抗値のばらつきの原因ともなる。
そのため、本発明のターゲットにおいても、添加元素の
総量は2at%以下とする。
In addition to the characteristics of the thin film described above, as a target for sputtering, when the total amount of additive elements exceeds 2 at%, the amount of intermetallic compound that can be formed in the target is large, and a large target, specifically However, when a target with a sputter surface of more than 0.3 m 2 is produced, there is a problem that cracks and fine cracks are likely to occur. Further, if the total amount of additive elements is large, the amount of segregation of the intermetallic compound that precipitates in the target increases, which causes variations in thin film composition and variations in thin film resistance.
Therefore, also in the target of the present invention, the total amount of additional elements is set to 2 at% or less.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

(実施例1)まず、AlにTi,Zr,Ta,Cr,M
nのいずれか1種を0.2〜10at%添加した2元系
Al合金のインゴットを加工率65%で塑性加工したφ
300mmのターゲットを製造した。このターゲットを
用いて、DCマグネトロン方式でスパッタリングを行い
ガラス基板上に厚さ250nmの本発明の評価の基準と
なる比較例の2元系Al合金薄膜を形成した。このと
き、薄膜形成の条件はAr圧力0.2Pa、ターゲット
への投入電力8W/cm2、基板温度200℃とし、所
定の膜厚に到達した後に室温まで冷却して薄膜を形成し
たガラス基板を取り出すようにした。
(Example 1) First, Al, Ti, Zr, Ta, Cr, M
φ of a binary Al alloy ingot containing 0.2 to 10 at% of any one of n was plastically worked at a working rate of 65%
A 300 mm target was manufactured. Using this target, sputtering was performed by a DC magnetron system to form a binary Al alloy thin film of a comparative example having a thickness of 250 nm as a reference for evaluation of the present invention on a glass substrate. At this time, the conditions for forming the thin film were Ar pressure of 0.2 Pa, power applied to the target of 8 W / cm 2 , and substrate temperature of 200 ° C. After reaching a predetermined film thickness, the glass substrate was cooled to room temperature to form a thin film. I took it out.

【0021】得られたAl合金薄膜をICP(誘導結合
プラズマ発光分光分析法)により組成分析し、薄膜中の
添加元素の比率を求めた。また、Al合金薄膜を室温に
て4端子(探針)法により比抵抗値を測定した。また、
耐熱性を評価するため、ホトリソグラフィおよびウェッ
トエッチングにより10μmの短冊状のストライプパタ
ーンに加工したのち真空中で400℃で1時間の加熱処
理を行った。この加熱処理によってストライプパターン
上に発生する突起物(ヒロック)の数を測定し、単位面
積当たりのヒロックの発生密度を求め、耐熱性の評価と
した。
The composition of the obtained Al alloy thin film was analyzed by ICP (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) to determine the ratio of the additive element in the thin film. Further, the specific resistance value of the Al alloy thin film was measured at room temperature by the 4-terminal (probe) method. Also,
In order to evaluate heat resistance, a striped pattern having a strip shape of 10 μm was processed by photolithography and wet etching, and then heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in vacuum. The number of projections (hillocks) generated on the stripe pattern by this heat treatment was measured, the density of hillock generations per unit area was determined, and the heat resistance was evaluated.

【0022】添加元素の薄膜中の含有量に対する比抵抗
値を図3に示し、ヒロックの発生密度を図4示す。合金
の添加量を増加すると図3に示すように比抵抗は増大
し、図4に示すようにヒロックの発生は少なくなる。し
かし、評価した添加元素の内、Mnが他の元素に比べて
比抵抗を増大して好ましくないものであるが、他の添加
元素においては顕著な差異は認められない。
The specific resistance value with respect to the content of the additive element in the thin film is shown in FIG. 3, and the hillock generation density is shown in FIG. When the amount of alloy added is increased, the specific resistance is increased as shown in FIG. 3 and the generation of hillocks is reduced as shown in FIG. However, among the additional elements evaluated, Mn increases the specific resistance as compared with the other elements and is not preferable, but no significant difference is observed in the other additional elements.

【0023】上述した2元合金ターゲットの結果から、
比抵抗の増大が少なかった、Ti,Zr,Cr,Taの
ターゲットを用いて、Wを合金薄膜中に1at%含有さ
せるように表面に配置してスパッタリングを行った。得
られた薄膜の組成と、比抵抗およびヒロック数の関係を
図1および図2に示す。図1および図2に示すように、
Zrは、Ti,Cr,Taと異なり、Wとの複合添加に
より、少ない添加元素領域において抵抗値の増大が少な
いにもかかわらず、ヒロックの発生密度が少ないものと
なっている。すなわち、Ti,Cr,Taでは、Wとの
複合添加による低抵抗化および耐熱性の向上を両立させ
る効果は期待できないものであったが、ZrはWとの複
合添加により、低抵抗でかつ耐熱性が高いという相反す
る特性を満足できるものとなることがわかる。
From the results of the binary alloy target described above,
Sputtering was performed by using a target of Ti, Zr, Cr, and Ta in which the increase in specific resistance was small, and disposing W on the surface so that the alloy thin film contained 1 at%. The relationship between the composition of the obtained thin film, the specific resistance and the hillock number is shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1 and 2,
Unlike Ti, Cr, and Ta, Zr has a small hillock generation density due to the combined addition of W, although the resistance value hardly increases in a small additive element region. That is, Ti, Cr, and Ta could not be expected to have the effect of reducing the resistance and improving the heat resistance by adding W together, but Zr has a low resistance and heat resistance due to the addition of W together. It can be seen that the contradictory property of high property can be satisfied.

【0024】なお、Zrを添加する場合であってもAl
に対する添加元素の含有量が2%を超える場合、すなわ
ち図1においては合金Xの量が1%を越えると比抵抗が
15μΩcmとなり、低抵抗性を確保するためには、添
加元素の総量として2%以下が好ましいことがわかる。
Even when Zr is added, Al
When the content of the additional element with respect to 1 exceeds 2%, that is, when the amount of alloy X exceeds 1% in FIG. 1, the specific resistance becomes 15 μΩcm, and in order to secure low resistance, the total amount of the additional element is 2 μm. It can be seen that the content is preferably not more than%.

【0025】(実施例2)表1に示す組成のインゴット
を鋳造した後、加工率72%で塑性加工を行い、TFT
−LCD用の550×650mmのスパッタリング面を
有する大型ターゲットを製造した。得られたターゲット
の周囲から試料を採取し、蛍光X線分組成分析装置表面
で分析しターゲット組成のばらつきを評価した。結果を
表1に示す。表1の試料No.4に示すように添加元素
の総量が2at%を越えると、72%という高い加工率
ではターゲット内部にクラックが発生してしまう場合が
あることがわかる。また、表1に示すように添加元素の
総量が2%を越えるとこれらの元素の重力偏析に起因す
るターゲット組成のばらつきが大きくなることが認めら
れる。このため、合金ターゲットとしての添加元素の総
量としては、2%以下とすることが望ましいことがわか
る。
Example 2 After casting an ingot having the composition shown in Table 1, plastic working was performed at a working rate of 72% to obtain a TFT.
-Manufactured a large target with 550 x 650 mm sputtering surface for LCD. A sample was taken from around the obtained target and analyzed on the surface of the fluorescent X-ray component composition analyzer to evaluate the variation in the target composition. The results are shown in Table 1. In Table 1, the sample No. As shown in FIG. 4, when the total amount of the additive elements exceeds 2 at%, cracks may occur inside the target at a high processing rate of 72%. Further, as shown in Table 1, it is recognized that when the total amount of the additional elements exceeds 2%, the variation in the target composition due to the gravity segregation of these elements becomes large. Therefore, it is understood that the total amount of the additional elements as the alloy target is preferably 2% or less.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1に示すターゲットの内、クラックや割
れの発生しなかったターゲットを用いて、DCマグネト
ロン方式でスパッタリングを行いガラス基板上に厚さ2
50nmのAl合金薄膜を形成した。このとき、薄膜形
成の条件はAr圧力0.2Pa、ターゲットへの投入電
力8W/cm2、基板温度200℃とし、所定の膜厚に
到達した後に室温まで冷却して薄膜を形成したガラス基
板を取り出すようにした。得られたAl合金薄膜をスク
ラバーで膜表面をこすり、純水中で超音波洗浄を行い、
透過光式の欠陥検出器を用いて膜中の0.3μm以上の
欠陥密度を求めた。なお、ICP(誘導結合プラズマ発
光分光分析法)により組成分析したところ、ターゲット
組成と同様の組成の薄膜が得られていることを確認し
た。
Among the targets shown in Table 1, a target in which no cracks or cracks were generated was used to perform sputtering by a DC magnetron system to form a glass substrate with a thickness of 2
A 50 nm Al alloy thin film was formed. At this time, the conditions for forming the thin film were Ar pressure of 0.2 Pa, power applied to the target of 8 W / cm 2 , and substrate temperature of 200 ° C. After reaching a predetermined film thickness, the glass substrate was cooled to room temperature to form a thin film. I took it out. The surface of the obtained Al alloy thin film is rubbed with a scrubber, and ultrasonically cleaned in pure water.
A defect density of 0.3 μm or more in the film was determined using a transmitted light type defect detector. Composition analysis by ICP (inductively coupled plasma emission spectroscopy) confirmed that a thin film having the same composition as the target composition was obtained.

【0028】また、Al合金薄膜を室温にて4端子(探
針)法により比抵抗値を測定し、基板内での比抵抗値の
ばらつきを求めた。また、耐熱性を評価するため、実施
例1と同様の加熱ホトリソグラフィおよびウェットエッ
チングにより10μmの短冊状のストライプパターンに
加工し、そののち真空中で400℃で1時間の加熱処理
を行った。この加熱処理によってストライプパターン上
に発生する突起物(ヒロック)の数を測定し、単位面積
当たりのヒロックの発生密度を求め、耐熱性の評価とし
た。これらの結果を表2に示す。
Further, the specific resistance value of the Al alloy thin film was measured at room temperature by the four-terminal (probe) method, and the variation in the specific resistance value within the substrate was obtained. Further, in order to evaluate the heat resistance, a striped pattern having a strip shape of 10 μm was processed by the same heating photolithography and wet etching as in Example 1, and then heat treatment was performed in vacuum at 400 ° C. for 1 hour. The number of projections (hillocks) generated on the stripe pattern by this heat treatment was measured, the density of hillock generations per unit area was determined, and the heat resistance was evaluated. Table 2 shows the results.

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】表2に示すように、ZrとW,Nb,Mo
を組み合わせ、かつ添加元素量を2at%以下とした本
発明のターゲットにおいては、欠陥密度が0.05ケ/
cm2以下の高品質の薄膜が得られるとともに、比抵抗
が15μΩcm以下で、ヒロック発生数が10ケ/cm
2以下となり、Ti,Ta,Zr,Mnを単独で添加す
る場合よりも低抵抗の領域でヒロックの発生を大きく低
下できたことがわかる。
As shown in Table 2, Zr and W, Nb, Mo
In the target of the present invention in which the content of the additive element is 2 at% or less, the defect density is 0.05
A high-quality thin film of cm 2 or less can be obtained, a specific resistance of 15 μΩcm or less, and the number of hillocks generated is 10 / cm.
It was 2 or less, and it can be seen that the generation of hillocks can be greatly reduced in the region of low resistance as compared with the case where Ti, Ta, Zr, and Mn are added alone.

【0031】また、表2に示すように、1.5at%の
添加元素量をTa,Ti,Zr,Mnを単体として添加
した比較例試料No.12〜15では、ヒロック数が1
2.9〜17.5ヶ/cm2となったのに対し、同じ添
加元素量をZrとNbの複合で添加した本発明の試料N
o.1あるいはZrとNbとMoを複合で添加した本発
明の試料No.6では、ヒロック数はそれぞれ9.4ヶ
/cm2および8.1ヶ/cm2と少ないものとすること
ができたことがわかる。また、上述の試料No.1およ
びNo.6は、比較例に比べて比抵抗の値も低いものと
なっており、本発明のAl合金膜が有効であることがわ
かる。
Further, as shown in Table 2, the sample No. of the comparative example in which an additive element amount of 1.5 at% was added with Ta, Ti, Zr, and Mn as simple substances. In 12 to 15, the number of hillocks is 1
The sample N of the present invention, in which the same amount of the additional element was added as a composite of Zr and Nb, while it was 2.9 to 17.5 pieces / cm 2.
o. 1 or sample No. 1 of the present invention in which Zr, Nb, and Mo were added in combination. In 6, the number of hillocks understood that could be made respectively low and 9.4 months / cm 2 and 8.1 months / cm 2. In addition, the above sample No. 1 and No. No. 6 has a lower specific resistance value than the comparative example, and it is understood that the Al alloy film of the present invention is effective.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、Al合金系薄膜の問題
であった低抵抗性と耐熱性という相反する特性を、Zr
とW,Nb、Moのうちの一種以上との複合添加によっ
て、両立することが可能になった。これにより、Alに
添加する合金総量を少ないものとすることができ、Al
が本来有する低抵抗特性を生かしたLCDを製造するこ
とが可能となる。また、Alに添加する合金総量を少な
くできることは、LCDに要求されるお大型ターゲット
を、合金ターゲットとして一体もので製造する際の加工
性を改善できるためターゲットの製造という点において
も有効である。このように、本発明はLCDの製造にと
って欠くことのできない技術となるものである。
According to the present invention, the contradictory characteristics of low resistance and heat resistance, which have been problems of the Al alloy type thin film, are exhibited by Zr.
It has become possible to achieve both of them by the combined addition of at least one of W, Nb, and Mo. As a result, the total amount of alloy added to Al can be reduced, and
It is possible to manufacture an LCD that takes advantage of the low resistance characteristic originally possessed by. In addition, reducing the total amount of alloy added to Al is also effective in terms of target production because it can improve the workability when a large target required for an LCD is integrally manufactured as an alloy target. Thus, the present invention is an indispensable technology for manufacturing LCDs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Alに対するWに複合した添加元素量と比抵抗
の関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the amount of an additive element compounded with W relative to Al and the specific resistance.

【図2】Alに対するWに複合した添加元素量とヒロッ
ク密度の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of added elements compounded with W relative to Al and the hillock density.

【図3】Alに対する添加元素単体量と比抵抗の関係を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of a single element added to Al and the specific resistance.

【図4】Alに対する添加元素単体量とヒロック密度の
関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of an additional element and the hillock density relative to Al.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1添加元素としてZrを2at%以下
含有し、第2添加元素としてW,Nb、Moのうちの1
種以上を2at%以下含有し、かつ第1添加元素と第2
添加元素の総量が0.2〜2at%、残部実質的にAl
でなる組成を有し、比抵抗が15μΩcm以下であるこ
とを特徴とする薄膜配線用Al合金膜。
1. A Zr content of 2 at% or less as a first additive element, and one of W, Nb and Mo as a second additive element.
2 at% or less of the seeds, and the first additive element and the second
The total amount of additional elements is 0.2 to 2 at%, the balance is substantially Al.
An Al alloy film for thin film wiring, which has a composition of and a specific resistance of 15 μΩcm or less.
【請求項2】 スパッタリングにより形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記戴の薄膜配線用Al合金
膜。
2. The Al alloy film for thin film wiring according to claim 1, which is formed by sputtering.
【請求項3】 第1添加元素としてZrを2at%以下
含有し、第2添加元素としてW,Nb、Moのうちの1
種以上を2at%以下含有し、かつ第1添加元素と第2
添加元素の総量が0.2〜2at%、残部実質的にAl
でなる組成を有することを特徴とする薄膜配線用Al合
金スパッタリングターゲット材。
3. Zr is contained at 2 at% or less as a first additive element, and one of W, Nb and Mo is contained as a second additive element.
2 at% or less of the seeds, and the first additive element and the second
The total amount of additional elements is 0.2 to 2 at%, the balance is substantially Al.
An Al alloy sputtering target material for thin film wiring, which has a composition of
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007254785A (en) * 2006-03-22 2007-10-04 Tungaloy Corp Si-CONTAINING COMPOUND NITRIDE FILM, AND COATED CUTTING TOOL
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