JP2006179881A - 配線・電極及びスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗率が低く、電子デバイスの高密度化、特に液晶ディスプレイ等の平面表示素子の大型化、高精細化に適した配線・電極、及びその製造に用いられる放電安定性の高いスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】Ａｌに元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の金属を総含有量で０．５原子％未満含有し、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のＡｌ系合金薄膜により配線・電極を形成することにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の電気抵抗率と同等の低い電気抵抗率を有し、かつ、ヒロック耐性の高い配線・電極が得られる。このような配線・電極は、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の金属を総含有量で０．５原子％未満含有し、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であるＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットを用い形成することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は半導体デバイスやフラットパネルディスプレイに使用されるＡｌ系合金薄膜からなる電極・配線及びその製造に使用されるＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットに関するものである。

ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイ用の薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）等の配線や電極に使用される材料として、従来、Ｃｒ、Ｍｏ等の高融点金属が使用されており、また、半導体電子デバイスに用いられる配線には、Ａｌ、Ｃｕなどの純金属や、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄなどの合金材料が用いられている。しかし、最近、特に高集積回路半導体デバイス（ＶＬＳＩ）や薄型テレビとして需要の高いＴＦＴ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）の電極・配線において、高密度化・高集積化による配線幅の減少や配線長の増大などによる信号遅延や高温多層膜工程による配線の熱欠陥（ヒロックやボイドなど）などが大きな問題となってきている。

ディスプレイの大型化、高精細化に伴い、より低抵抗の配線・電極材料が要求されており、『ＦＰＤテクノロジー大全』によると２０型でＳｕｐｅｒ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ（ＳＸＧＡ）以上の解像度には１０μΩｃｍ以下の抵抗率の配線材料が必要とされている。また、半導体デバイスの高密度化に伴い、配線のサイズをより微細にし、欠陥を少なくする必要がある。そのため電極・配線材料として低抵抗で高熱安定性の材料の開発が強く要求されている。

これらの問題を解決するために、古くはＶＬＳＩ半導体回路ではＡｌ−Ｃｕ（例えば、非特許文献１参照），Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ（例えば、非特許文献２参照）が、最近ではＣｕ膜（例えば、非特許文献３参照）が、また、液晶の薄膜半導体（ＴＦＴ）ではＡｌ−Ｔａ（例えば、非特許文献４参照）、Ａｌ−Ｚｒ（例えば、非特許文献５参照）、Ａｌ−Ｎｄ（例えば、特許文献１、２参照）などの合金化が図られ、特に、液晶配線材料としてはＮｄを２原子％程度添加したＡｌ合金材料が広く使用されている。しかし、将来のデバイスの高速化、高集積化に対しては電気抵抗がまだ高く、また、高生産性を確保するためにスパッタリング投入パワーを大きくすると異常放電によるスプラッシュが発生しやすいという問題がある。

特開平７−４５５５５号公報 特開２００１−９３８６２号公報 Ｆ．ｄ’Ｈｕｅｒｌｅ：Ｍｅｔａｌ．Ｔｒａｎｓ．，ｖｏｌ．２，ｐ．６８３ Ｓ．Ｖａｉｄｙａ，Ｄ．Ｂ．Ｆｒａｓｅｒ ａｎｄ Ａ．Ｋ．Ｓｉｎｈａ，Ｐｒｏｃ．１８ｔｈ ＩＲＰＳ，ＩＥＥＥ，１９８０，ｐ．１６５ Ｃ．−Ｋ．Ｈｕ，Ｓ．Ｃｈａｎｇ，Ｍ．Ｂ．ＳｍａｌｌａｎｄＪ．Ｅ．Ｌｅｗｉｓ，Ｐｒｏｃ．３ｔｈ ＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ．Ｃｏｎｆ．，ＩＥＥＥ，１９８６，ｐ．１８１ 日本金属学会会報、３２巻、第４号（１９９３）、ｐ．２３２ ＳＩＤ，９４Ｄｉｇｅｓｔ（１９９４）、ｐ．１４２

これら従来技術の問題点を解決するために、本発明は、電子デバイスの高密度化、特に液晶ディスプレイ等の平面表示素子の大型化、高精細化に適した電気抵抗率の低い配線・電極及びその作製に用いられる放電安定性の高いスパッタリングターゲットを提供することを目的とするものである。

本発明者らは電子デバイスの高密度化のためのＡｌ系合金配線材料の開発過程で、周期律表の第３族の元素を微量添加したＡｌ系合金薄膜において、周期律表第３族の元素の総含有量を０．５原子％未満とし、酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の電気抵抗率と同等の電気抵抗率を有し、かつ、純Ａｌ薄膜に比べてヒロック耐性が格段に優れたＡｌ系合金薄膜が得られることを見出した。

また、周期律表第３族の元素の総含有量を０．５原子％未満としたＡｌ系合金薄膜においては、Ａｌ系合金の（１１１）面が基板面に対して平行になるように、（１１１）面の配向性を向上させること、すなわち、Ａｌ系合金の（１１１）Ｘ線回折強度の大きな合金薄膜とすることにより、低抵抗率でヒロック耐性の高い薄膜を得ることができることを見出した。

すなわち、本発明の第１の態様の配線・電極は、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする配線・電極である。ここで、元素周期律表第３族の元素とは、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイドを意味する。

本発明の第２の態様の配線・電極は、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、Ａｌ系合金の（１１１）Ｘ線回折強度が、前記Ａｌ系合金薄膜と同一条件で形成された純Ａｌ薄膜の（１１１）Ｘ線回折強度より大きいことを特徴とする配線・電極である。

本発明の第３の態様の配線・電極は、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、Ａｌ系合金の（１１１）面の配向率が５０％以上であることを特徴とする配線・電極である。

なお、これらの第２及び第3の態様の配線・電極を構成するＡｌ系合金薄膜の酸素含有量は１００ｐｐｍ以下である事が好ましい。酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とする事により、（１１１）面の配向性を向上させることが容易となり、それにより、低抵抗率、高ヒロック耐性の配線・電極を容易に得ることが可能となる。

また、Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素としてはＮｄが最も好ましい。

本発明の配線・電極においては、薄膜形成後、１５０℃以上の熱処理を施す事が好ましい。熱処理を施す事により、（１１１）面の配向性が強くなる傾向にあり、より低抵抗率、高ヒロック耐性の配線・電極を容易に得ることが可能となる。

本発明のスパッタリングターゲットは、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットであって、前記元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であるスパッタリングターゲットである。

また、Ａｌ系合金に含まれる元素周期律表第３族の元素としてはＮｄが最も好ましい。

以下、本発明の配線・電極及びその作製に用いられるスパッタリングターゲットについてさらに詳しく説明する。

本発明の第１の態様の配線・電極は、Ａｌを主成分とし、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極である。元素周期律表第３族の元素から選ばれる１種以上の元素の総含有量を０．５原子％未満とし、酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の電気抵抗率と同等の電気抵抗率を有し、かつ、純Ａｌ薄膜に比べてヒロック耐性が格段に優れたＡｌ系合金薄膜を得ることができる。なお、得られる配線・電極の電気抵抗率の観点から、元素周期律表第３族の元素から選ばれる１種以上の元素の総含有量は０．４原子％以下がより好ましい。また、０．３原子％以下であることがさらに好ましい。それにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の低い電気抵抗率のＡｌ系合金薄膜を得ることが可能となる。なお、元素周期律表第３族の元素の総含有量の下限値は特になく、少なくとも０でなければ良いが、ヒロック耐性の観点から、０．０１原子％以上であることが好ましく、０．０５原子％以上であることがさらに好ましい。酸素含有量については、（１１１）面の配向性をさらに向上させ、より低抵抗率で、高ヒロック耐性の合金薄膜を得ること等を考慮すると、５０ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。

本発明の第２の態様の配線・電極は、元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、Ａｌ系合金の（１１１）Ｘ線回折強度が、前記Ａｌ系合金薄膜と同一条件で形成された純Ａｌ薄膜の（１１１）Ｘ線回折強度より大きいことを特徴とする配線・電極である。

Ａｌ系合金の（１１１）Ｘ線回折強度が大きいことは、（１１１）面が基板面に平行に配向していることを示しており、その理由は必ずしも明確ではないが、この（１１１）面の配向性を向上させることにより、低抵抗率で、かつ、ヒロック耐性に優れたＡｌ合金薄膜を得ることができる。

また、この（１１１）面の配向性の向上は、例えば、薄膜中の酸素含有量を低減することにより達成することができる。特に、元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満の合金薄膜では、（１１１）面の配向性に及ぼす酸素の影響が顕著であり、酸素含有量を低減することにより、配向性が著しく向上し、同一条件で形成した純Ａｌ薄膜よりも強い（１１１）Ｘ線回折強度を示す合金薄膜が得られる。

上記の（１１１）面の配向性は、後方散乱電子回折像法（以下ＥＢＳＰ法と称す）により、Ａｌ系合金薄膜の表面に存在する結晶面について、どのような結晶面がどのような傾きでどのくらい存在しているかを測定することで評価することができる。例えば、測定対象であるＡｌ系合金薄膜の表面を構成する結晶面の内、基板面に対する傾きが１５度以内の（１１１）面の面積の合計が、測定領域の全面積の５０％に相当するとき、「（１１１）面の配向率が５０％である」と定義することができる。

また、（１１１）面の配向性の増大により、（１１１）X線回折強度が増大することから、（１１１）X線回折強度と上記の（１１１）面の配向率との相関を予め定めることにより、X線回折強度を測定することで、前記（１１１）面の配向率を推定することができる。

この（１１１）面の配向性に及ぼす酸素の影響は、元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満のＡｌ系合金薄膜では非常に顕著であり、酸素含有量が少ないＡｌ系合金薄膜、例えば、酸素含有量２０ｐｐｍのターゲットを用いてスパッタリング法により成膜して得たＡｌ系合金薄膜では、第３族元素の含有量が０．１原子％程度の場合、（１１１）X線回折強度が非常に強くなり、純Ａｌ薄膜の２倍近い強度を示す（図５参照）。また、ＥＢＳＰ法により測定される上記（１１１）面の配向率は７５％に達する。

これに対して、酸素含有量２７０ｐｐｍのターゲットを用いてスパッタリング法により成膜して得たＡｌ系合金薄膜では、第３族元素の含有量が０．１原子％程度の場合でも、（１１１）X線回折強度は非常に弱く、酸素含有量２０ｐｐｍのターゲットを用いて得られたＡｌ系合金薄膜の１０分の１程度の回折強度を示すだけである（図５参照）。また、ＥＢＳＰ法により測定される上記（１１１）面の配向率も高々３５％にすぎない。

なお、後述の実施例３及び比較例２との比較から明らかなように、配向性の高いＡｌ系合金薄膜では、抵抗率が非常に低く、かつ、第３族元素の添加元素の含有量が極わずかであってもヒロック耐性が十分に高いことが認められる（図３〜５参照）。

本発明の配線・電極を構成するＡｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素としてはＳｍ、Ｎｄ、Ｇｄが好ましくＮｄが最も好ましい。

本発明のＡｌ系合金薄膜は少なくとも１つの元素周期律表第３族の元素を含むものであるが、より低い電気抵抗率の薄膜を得るという観点から、元素周期律表第３族の元素以外の元素はできるだけ含まない方が好ましい。特に、Ａｌ、元素周期律表第３族の元素、水素、酸素、窒素、炭素、硫黄、希ガス元素以外の元素（以下、不純物元素と称す）の総量が５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、ガス成分（水素、酸素、窒素、炭素、硫黄）は総量で５００ｐｐｍ以下、より好ましくは、３５０ｐｐｍ以下である。

本発明のＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極の形成には、スパッタリングや真空蒸着、イオンプレーティング等の真空成膜法や、めっき法などの湿式法を用いる事が出来る。中でも、大面積に均一に高速成膜が可能な点でスパッタリング法が好ましい。

スパッタリング法による成膜法では、純Ａｌターゲット上にチップ材料を置いて成膜する方法や、純Ａｌターゲットと希土類元素のターゲットの同時スパッタリング、あるいは、Ａｌ系合金ターゲットを使用したスパッタリングを利用する事が出来る。中でも、薄膜特性の均一性の観点からＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法が好ましい。

熱処理は、Ａｌ系合金薄膜の形成後に行なうが、熱処理の温度を高くする事により低抵抗率を得る事が出来る。熱処理の温度は好ましくは２００℃以上、より好ましくは２５０℃以上である。なお、本発明における熱処理とは、例えば、窒素中、真空中等の非酸化性雰囲気中で所定温度で所定時間保持することであり、保持時間としては１５分以上が好ましく、３０分〜１時間であることがさらに好ましい。該熱処理は熱処理用の炉を利用する他、デバイスの製造工程で発生する熱（例えばＣＶＤ工程での熱履歴）を利用することもできる。

薄膜中の酸素含有量や不純物元素の含有量の制御は、ターゲット中の酸素含有量や不純物元素の含有量を制御する事により可能である。酸素含有量が１００ｐｐｍ以下の薄膜は、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のスパッタリングターゲットを使用する事により製造する事が可能である。また、不純物含有量が５０ｐｐｍ以下の薄膜は、不純物含有量が５０ｐｐｍ以下のスパッタリングターゲットを使用する事により得る事が可能である。

本発明のスパッタリングターゲットは、元素周期律表第３族の元素から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットであって、前記元素周期律表第３族の元素から選ばれる１種以上の元素の総含有量が０．５原子％未満、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であるスパッタリングターゲットであり、以下のようにして作製できる。粒径が１〜１００μｍ程度の原料粉末（Ａｌと元素周期律表第３族元素から選ばれる１種以上の元素）を所定の組成比で混合し、ホットプレス法（ＨＰ法）や熱間静水圧法（ＨＩＰ法）などの技術を使用して製造したり、また、所定の組成比で混合した原料粉末を溶解して鋳造法で作製したりする事ができる。本発明のスパッタリングターゲットに含まれる、元素周期律表第３族の元素から選ばれる１種以上の元素の総量は、得られる薄膜の抵抗率の観点から、０．４原子％以下がより好ましい。また、０．３原子％以下であることがさらに好ましく、それにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の低い電気抵抗率のＡｌ系合金薄膜を得ることが可能となる。また、元素周期律表第３族の元素の総含有量の下限値は特になく、少なくとも０でなければ良いが、ヒロック耐性の観点から、０．０１原子％以上であることが好ましく、０．０５原子％以上であることがさらに好ましい。

本発明のスパッタリングターゲットを製作する際、原料の選別、精製や、混合法、焼結条件、あるいは、熔解条件、鋳造条件等を制御することにより、スパッタリングターゲット中の酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすることができ、それにより、酸素含有量１００ｐｐｍ以下のＡｌ系合金薄膜の形成が可能となり、かつ、放電安定性を向上させることができる。なお、酸素含有量については、（１１１）面の配向性をさらに向上させ、より低抵抗率で、高ヒロック耐性の合金薄膜を得ること等を考慮すると、５０ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。

また、Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素としてはＳｍ、Ｎｄ、Ｇｄが好ましくＮｄが最も好ましい。

なお、本発明における純Ａｌ及び純Ａｌ薄膜は、いずれも合金化するための元素を添加していないＡｌ及びＡｌ薄膜を意味し、具体的には少なくとも純度９９．９９重量％以上の高純度のＡｌ及びＡｌ薄膜を意味する。

本発明によれば、電気抵抗率が同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等であり、ヒロックの発生が純Ａｌ薄膜と比べて格段に少ない配線・電極を得ることができ、電子デバイスの高密度化、特に液晶ディスプレイ等の平面表示素子の大型化、高精細化に適した配線・電極として使用することができる。また、本発明のスパッタリングターゲットによれば、そのような配線・電極を安定した放電により効率よく形成することが可能となる。

以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順、製造方法などは本発明の趣旨を逸脱しない限り変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

（実施例１、比較例１）
純Ａｌからなる円板状ターゲット（直径１００ｍｍ、純度９９．９９％）の上にＮｄチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍｔ、純度９９．９％）を所定の組成になるように配設した複合ターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を使用し、スパッタガスをＡｒ０．５Ｐａとして、厚さ２００ｎｍ、Ｎｄ含有量０．０８原子％、０．１７原子％及び０．３４原子％のＡｌＮｄ合金薄膜を作製した（実施例１）。また、比較例として、Ｎｄを添加していない純Ａｌ薄膜並びにＮｄ含有量０．５５原子％及び０．６５原子％のＡｌＮｄ合金薄膜を同様に作製した（比較例１）。それらの試料を窒素雰囲気中で６０分間、２００〜４００℃にて熱処理した後の電気抵抗率を四端子法にて測定した。３５０℃で熱処理した場合の抵抗率比（試料の電気抵抗率／同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の電気抵抗率）のＮｄ濃度依存性を図１に示す。薄膜組成はＩＣＰ法を用いて測定した。また、各種熱処理温度での抵抗率比を表１に示す。なお、溶融ガス分析により得られた前記の純Ａｌからなる円板状ターゲットの酸素含有量は２０ｐｐｍであった。

図１および表１からＮｄ含有量が０．５原子％未満のＡｌＮｄ合金薄膜においては、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の電気抵抗率を有する事が分かる。

また、０．０８原子％Ｎｄを含有した膜の３５０℃熱処理後のＸＲＤプロファイル（θ−２θ法）を図２に示す。４０°付近の回折線は、Ａｌの（１１１）回折線に該当するものであり、図２より、（１１１）面が基板面に平行に配向していることが分かる。

さらに、熱処理後の薄膜を光学顕微鏡により観察し、ヒロック密度を測定した。３５０℃熱処理後の各Ｎｄ組成の試料のヒロック密度比（試料のヒロック密度／同一条件で作製した純Ａｌ薄膜のヒロック密度）を表２に示す。表２から微量のＮｄの添加によりヒロックの発生を著しく低減できることがわかる。

これに対して、元素周期律表第３族の元素の含有量が０．５５原子％及び０．６５原子％の合金薄膜では、ヒロック耐性は多少向上するが、抵抗率比はそれぞれ１．０４及び１．０９であり、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の電気抵抗率（抵抗率比：１．０）を有する実施例の合金薄膜と比べて大きなものとなっている。

（実施例２）
Ｎｄチップの代わりにＧｄチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍｔ、純度９９．９％）をＧｄ含有量が０．２原子％になるように配設した複合ターゲットを用いたこと以外は実施例１と同様にして、厚さ２００ｎｍのＡｌＧｄ合金薄膜を形成し、窒素雰囲気中で６０分間、３５０℃で熱処理を施した。得られたＡｌＧｄ合金薄膜の電気抵抗率は同一条件で作製したＡｌ薄膜の電気抵抗率よりも低く、その比は０．９６であった。

（実施例３、比較例２）
真空溶解法によるインゴットから純Ａｌターゲットを作製した。溶融ガス分析により測定した結果、このターゲットの酸素含有量は２０ｐｐｍであった。以下、このターゲットを低酸素ターゲットと称す。

このターゲット上にＮｄチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍｔ、純度９９．９％）を所定の組成になるように配設し、薄膜形成前の到達真空度を５×１０^−４Ｐａ以下とした後、スパッタガスをＡｒ０．５Ｐａとして、厚さ２００ｎｍの種々の組成を有する薄膜を得た。成膜後の試料を窒素雰囲気中で６０分間、３５０℃にて熱処理した後の電気抵抗率を四端子法にて測定した。また、ヒロック密度を光学顕微鏡を使用して測定した（実施例３）。

比較のために、純Ａｌ原料粉末をホットプレスで焼結させたインゴットから純Ａｌターゲットを作製した。溶融ガス分析により測定した結果、このターゲットの酸素含有量は２７０ｐｐｍであった。以下、このターゲットを高酸素ターゲットと称す。実施例３と同様に、このターゲット上にＮｄチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍｔ、純度９９．９％）を所定の組成になるように配設し、薄膜形成前の到達真空度を５×１０^−４Ｐａ以下とした後、スパッタガスをＡｒ０．５Ｐａとして、厚さ２００ｎｍの種々の組成を有する薄膜を得た。成膜後の試料を窒素雰囲気中で６０分間、３５０℃にて熱処理した後の電気抵抗率を四端子法にて測定した。また、ヒロック密度を光学顕微鏡を使用して測定した（比較例２）
実施例３で用いた低酸素ターゲットを用いて同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の抵抗率に対する上記実施例３及び比較例２の薄膜の抵抗率比を図３に示す。同様にして同一条件で作製した純Ａｌ薄膜のヒロック密度に対する上記実施例３及び比較例２の薄膜のヒロック密度比を図４に示す。

図３、４から明らかなように、実施例３の酸素含有量２０ｐｐｍの低酸素ターゲットを用いて作製した合金薄膜の方が、比較例２の酸素含有量２７０ｐｐｍの高酸素ターゲットを用いて作製した合金薄膜に比べて、低い抵抗率、低いヒロック密度の薄膜が得られる事が分かる。

また、図５に熱処理後の各合金薄膜の（１１１）Ｘ線回折強度のＮｄ含有量依存性を示す。なお、Ｘ線回折測定の測定条件は以下の通りである。

Ｘ線：ＣｕＫα、印加電圧：５０ｋＶ、電流：２００ｍＡ、スキャン：３７〜４０°（θ−２θ法）、ステップスキャン刻み幅：０．００２°、スキャン速度：０．１°／min。

図５より、Ｎｄ含有量が０．５原子％以上では、酸素含有量２０ｐｐｍの低酸素ターゲットを用いて作製した合金薄膜と、比較例２の酸素含有量２７０ｐｐｍの高酸素ターゲットを用いて作製した合金薄膜との間で、（１１１）Ｘ線回折強度に大きな相違がないのに対して、Ｎｄ含有量が０．５原子％未満の合金薄膜では、両者は大きく異なっていることが分かる。すなわち、Ｎｄ含有量が０．５原子％未満の合金薄膜では、酸素の影響が非常に顕著になっており、しかも、微量のＮｄの添加により、純Ａｌ薄膜の（１１１）Ｘ線回折線よりも強い回折強度を示すようになることが分かる。

なお、前述のように、（１１１）Ｘ線回折強度が大きいことは、（１１１）面が基板面に平行に配向していることを示すものであり、酸素含有量が２０ｐｐｍの低酸素ターゲットを用いて得た実施例３の合金薄膜では、極微量のＮｄの添加によっても、（１１１）面の配向性が著しく増大することが分かる。

これに対して、酸素含有量が２７０ｐｐｍの高酸素ターゲットを用いた比較例２の合金薄膜では、Ｎｄ含有量の低下に伴う（１１１）Ｘ線回折強度の増加は僅かであり、回折強度自体も非常に弱く、また、純Ａｌ薄膜の（１１１）Ｘ線回折強度を上回ることもない。

また、図３〜５より、（１１１）面の配向性を高めること、すなわち、（１１１）Ｘ線回折強度を大きくすることにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の低い電気抵抗率で、かつ、十分に高いヒロック耐性を有するＡｌ合金薄膜が得られることが分かる。

これに対して、酸素含有量が２７０ｐｐｍの高酸素ターゲットを用いた比較例２の合金薄膜では、抵抗率、ヒロック密度ともに大きな合金薄膜しか得られないことが分かる。

また、熱処理後の合金薄膜で、Ｎｄ含有量が約０．１ａｔ％の試料のＥＢＳＰ分析を行った結果、前述の（１１１）面の配向率（基板面に対して±１５度以内の（１１１）面の面積の合計が、測定領域の全面積に占める割合）は、酸素含有量が２０ｐｐｍの低酸素ターゲットを用いた合金薄膜では７５％であるのに対して、酸素含有量が２７０ｐｐｍの高酸素ターゲットを用いた合金薄膜では３５％であった。

また、（１１１）面の配向性の増大により、（１１１）Ｘ線回折強度が増大することから、（１１１）Ｘ線回折強度と（１１１）面の配向率との相関関係を求め、図５に示す（１１１）Ｘ線回折強度を（１１１）面の配向率に換算した結果を図６に示す。

図６より、（１１１）面の配向率に及ぼす酸素の影響はＮｄ含有量が０．５ａｔ％未満で非常に顕著になることが認められる。また、図３〜５より、（１１１）面の配向率を５０％以上とすることにより、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜と同等の低い電気抵抗率を有し、かつ、十分に高いヒロック耐性を有するＡｌ合金薄膜が得られることが分かる。

なお、この（１１１）面の配向率は６０％以上が好ましく、７０％以上がさらに好ましい。配向率を大きくすることで、より低抵抗率でヒロック耐性の高いＡｌ合金薄膜が得られる。

（実施例４、比較例３）
ＡｌＮｄ組成物を真空中で溶解し、鋳造してＡｌ−０．２原子％Ｎｄのインゴットを製造した。本インゴットを圧延しターゲット材とし、本ターゲット材を直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に加工し、バッキングプレートにボンディングしてスパッタリングターゲットを完成させた。

得られたスパッタリングターゲットの酸素含有量を溶融ガス分析により測定した結果４０ｐｐｍであった（実施例４）。

このスパッタリングターゲットを用いて実施例１と同じ条件でＡｌＮｄ薄膜を得た。得られた薄膜を３５０℃でアニールした後、抵抗率を測定した結果、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜に対する抵抗率比は０．９８であった。

さらに、このスパッタリングターゲットをＡｒ雰囲気（０．５Ｐａ）中で１０００Ｗの電力で放電させ、放電中に発生する異常放電（アーキング）をターゲット−電源間のケーブルに巻きつけたコイルで誘導起電力を検出することにより、１分間あたりのアーキング発生数を調べた結果０．２個／分であった。

一方、Ａｌ−０．２原子％Ｎｄ原料粉末をアトマイズ法により製造し、該原料粉末をＨＩＰ法により焼結しＡｌＮｄインゴットを作製した。本インゴットを圧延しターゲット材とし、本ターゲット材を直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に加工し、バッキングプレートにボンディングしてスパッタリングターゲットを完成させた。得られたスパッタリングターゲットの酸素含有量をＬＥＣＯ分析により測定した結果５００ｐｐｍであった（比較例３）。

このスパッタリングターゲットをＡｒ雰囲気（０．５Ｐａ）中で１０００Ｗの電力で放電させ、上記と同様にして１分間あたりのアーキング発生数を調べた結果２．５個／分であった。

（実施例５）
Ｎｄチップの代わりにＳｍチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍｔ、純度９９．９％）をＳｍ含有量が０．１３原子％になるように配設した複合ターゲットを用いたこと以外は実施例３と同様にして、厚さ２００ｎｍのＡｌＳｍ合金薄膜を形成し、窒素雰囲気中で６０分間、３５０℃で熱処理を施した。得られたＡｌＳｍ合金薄膜の電気抵抗率は、同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の電気抵抗率よりも低く、その比は０．９７であった。

（実施例６、比較例４）
実施例４と同じターゲット（溶解鋳造法ターゲット）を使用して、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタガスをＡｒ０．５Ｐａとして、厚さ２００ｎｍのＡｌＮｄ合金薄膜を作製した（実施例６）。また、比較例３と同じターゲット（アトマイズ粉末ターゲット）を使用して、同じくＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタガスをＡｒ０．５Ｐａとして、厚さ２００ｎｍのＡｌＮｄ合金薄膜を作製した（比較例４）。これらの試料を窒素雰囲気中で６０分間、２００〜４００℃にて熱処理した後の電気抵抗率を四端子法にて測定した。さらに、熱処理後の薄膜を光学顕微鏡により観察し、ヒロック密度を測定した。各試料の抵抗率比（試料の抵抗率／同一条件で作製した純Ａｌ薄膜の抵抗率）、ヒロック密度比（試料のヒロック密度／同一条件で作製した純Ａｌ薄膜のヒロック密度）を表３に示す。表3から、ターゲット中の酸素含有量が低いほうが、低抵抗率、高ヒロック耐性の薄膜が得られる事が分かる。特に、酸素含有量が５００ｐｐｍのターゲットを使用して得た比較例４の合金薄膜では、抵抗率比が１．１４と非常に大きなものとなっている。

３５０℃で熱処理した場合の抵抗率比のＮｄ濃度依存性の１例を示す図である。 ３５０℃で熱処理した後のＸＲＤプロファイル（θ−２θ法）の1例を示す図である。 実施例３及び比較例２の薄膜の抵抗率比を示す図である。 実施例３及び比較例２の薄膜のヒロック密度比を示す図である。 （１１１）Ｘ線回折強度のＮｄ含有量依存性の一例を示す図である。 （１１１）Ｘ線回折強度と（１１１）面の配向率との相関関係を用いて、（１１１）Ｘ線回折強度を（１１１）面の配向率に換算した結果を示す図である。

Claims (8)

1. 元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする配線・電極。
2. 元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、Ａｌ系合金の（１１１）Ｘ線回折強度が、前記Ａｌ系合金薄膜と同一条件で形成された純Ａｌ薄膜の（１１１）Ｘ線回折強度より大きいことを特徴とする配線・電極。
3. 元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金薄膜からなる配線・電極であって、前記Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、Ａｌ系合金の（１１１）面の配向率が５０％以上であることを特徴とする配線・電極。
4. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の配線・電極。
5. Ａｌ系合金薄膜に含まれる元素周期律表第３族の元素がＮｄであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配線・電極。
6. 薄膜形成後に、１５０℃以上の熱処理が施されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の配線・電極。
7. 元素周期律表第３族から選ばれる１種以上の元素を含むＡｌ系合金からなるスパッタリングターゲットであって、前記元素周期律表第３族の元素の総含有量が０．５原子％未満であり、かつ、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
8. Ａｌ系合金に含まれる元素周期律表第３族の元素がＮｄであることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリングターゲット。
   

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