JPH05179437A - Formation of tantalum film - Google Patents
Formation of tantalum filmInfo
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- JPH05179437A JPH05179437A JP19744491A JP19744491A JPH05179437A JP H05179437 A JPH05179437 A JP H05179437A JP 19744491 A JP19744491 A JP 19744491A JP 19744491 A JP19744491 A JP 19744491A JP H05179437 A JPH05179437 A JP H05179437A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス方
式の液晶表示パネルにおける、液晶スイッチング素子に
用いる、金属―絶縁体―金属（以下ＭＩＭと記載する）
構造の配線や電極に用いるタンタル膜、あるいは薄膜ト
ランジスタ（以下ＴＦＴと記載する）の配線やゲート電
極に用いるタンタル膜の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal-insulator-metal (hereinafter referred to as MIM) used for a liquid crystal switching element in an active matrix type liquid crystal display panel.
The present invention relates to a method of manufacturing a tantalum film used for a wiring or an electrode having a structure or a tantalum film used for a wiring or a gate electrode of a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT).
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＭＩＭ構造やＴＦＴなどのアクテ
ィブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいて、タンタ
ル（以下Ｔａと記載することもある）膜は、陽極酸化や
テーパーエッチングを行うことが可能であることから、
電極や配線として多く用いられている。しかし、通常の
スパッタリング法で得られるタンタル膜は、抵抗の大き
なβ−Ｔａであり液晶表示パネルを大面積化したり、微
細パターン化するには不利である。2. Description of the Related Art Conventionally, in an active matrix type liquid crystal display panel such as a MIM structure or a TFT, a tantalum (sometimes referred to as Ta hereinafter) film can be anodized or tapered etched. ,
It is often used as an electrode or wiring. However, the tantalum film obtained by the ordinary sputtering method is β-Ta having a large resistance, and is disadvantageous in increasing the area of the liquid crystal display panel or forming a fine pattern.
【０００３】そこで低抵抗な体心立方格子（以下ｂｃｃ
と記載することもある）構造のタンタル膜をスパッタリ
ング法で形成する方法として、例えば下記の文献に記載
された方法がある。Therefore, a low-resistance body-centered cubic lattice (hereinafter referred to as bcc)
There is a method described in the following document, for example, as a method of forming a tantalum film having a structure by a sputtering method.
【０００４】第３７回応用物理学講演予稿集 講演番号
２９ａ−ＳＣ−１０ ｐ．６９５「Ｔａ／Ｔａ―Ｍｏ
積層構造によるゲート配線の低抵抗化」 １９９０年
春季Proceedings of 37th Applied Physics Lecture No. 29a-SC-10 p. 695 "Ta / Ta-Mo
Low resistance of gate wiring by laminated structure "1990
Spring
【０００５】上記文献に記載されている低抵抗タンタル
膜の形成方法は、下層にＴａ−Ｍｏをスパッタリング法
により形成し、その上層にタンタル膜をスパッタリング
法により形成して、体心立方格子構造のタンタル膜を形
成し、タンタル膜を低抵抗化している。The method of forming a low-resistance tantalum film described in the above document is that Ta-Mo is formed as a lower layer by a sputtering method, and a tantalum film is formed as an upper layer thereof by a sputtering method to obtain a body-centered cubic lattice structure. A tantalum film is formed to reduce the resistance of the tantalum film.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た下層に異種金属や合金を用いて体心立方格子構造のタ
ンタル膜を形成する方法では、使用するターゲットの種
類がふえるという課題がある。さらに、下層と上層との
タンタル膜の格子定数の整合をとるために、被膜形成条
件が限定される。さらにそのうえ、陽極酸化の条件やエ
ッチング方法が、上層のタンタル膜と下層のＴａ―Ｍｏ
とで異なり、アクティブ素子形成工程が複雑になるとい
う課題がある。However, the above-mentioned method of forming a tantalum film having a body-centered cubic lattice structure by using a different metal or alloy in the lower layer has a problem that the kinds of targets to be used vary. Furthermore, the film forming conditions are limited in order to match the lattice constants of the tantalum film between the lower layer and the upper layer. Furthermore, the conditions of anodic oxidation and the etching method depend on the upper tantalum film and the lower Ta-Mo film.
However, there is a problem that the active element forming process becomes complicated.
【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決して、複
雑な方法を行うことなく、タンタル膜の低抵抗化が可能
なタンタル膜の形成方法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems and provide a method for forming a tantalum film which can reduce the resistance of the tantalum film without performing a complicated method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタンタル膜の形成方法は下記記載の工程を
採用する。In order to achieve the above object, the method of forming a tantalum film of the present invention employs the steps described below.
【０００９】希ガスに窒素、二酸化炭素、メタン、酸素
のガスから選ばれる１種、あるいは複数種のガスを添加
しタンタルをターゲットとするスパッタリング法により
第１のタンタル層を形成し、その後希ガスのみを用いて
同一のタンタルをターゲットとするスパッタリング法に
より第２のタンタル層を第１のタンタル層の上に形成す
る。A first tantalum layer is formed by adding one or a plurality of gases selected from nitrogen, carbon dioxide, methane, and oxygen gases to the rare gas by a sputtering method using tantalum as a target, and then forming the rare gas. A second tantalum layer is formed on the first tantalum layer by a sputtering method using the same and targeting the same tantalum.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明のタンタル膜の形成方法におけ
る実施例について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。 図１は、本発明のタンタル膜を得るための製造方
法を工程順に示す断面図である。EXAMPLES Examples of the method for forming a tantalum film of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1A to 1C are sectional views showing a manufacturing method for obtaining a tantalum film of the present invention in the order of steps.
【００１１】まず図１（ａ）に示すように、希ガスとし
て、たとえばアルゴン（Ａｒ）ガスに窒素（Ｎ2 ）ガス
を添加してスパッタリング装置内に導入して、タンタル
をターゲットとする反応性スパッタリング法により、ガ
ラスからなる基板１上に第１のタンタル層２を厚さ５７
ｎｍ形成する。First, as shown in FIG. 1A, as a rare gas, for example, nitrogen (N 2 ) gas is added to argon (Ar) gas and introduced into the sputtering apparatus, and the reactivity with tantalum as a target is set. The thickness of the first tantalum layer 2 is set to 57 on the substrate 1 made of glass by the sputtering method.
nm to form.
【００１２】ただしここで、第１のタンタル層２の膜厚
は、薄膜形成技術上知られているように、次工程で形成
する、第２のタンタル層が形成される際の成長形態を規
制する下地の成長核として必要な膜厚の数分子層以上で
あれば良い。However, here, the thickness of the first tantalum layer 2 regulates the growth form when the second tantalum layer is formed, which is formed in the next step, as is known in the art of thin film formation. It is sufficient that the number of molecular layers is equal to or more than the required number of molecular layers as a growth nucleus of the underlying layer.
【００１３】この第１のタンタル層２の形成条件を以下
に示す。 導入ガス ：Ａｒ＋Ｎ2 全圧 ：６．０ｍＴｏｒｒ Ｎ2 分圧 ：０．１８ｍＴｏｒｒ〜０．９ｍＴｏｒ
ｒ 基板加熱温度 ：３００℃ 投入電力 ：２．０ｋＷThe conditions for forming the first tantalum layer 2 are shown below. Introduced gas: Ar + N 2 total pressure: 6.0 mTorr N 2 partial pressure: 0.18 mTorr to 0.9 mTor
r Substrate heating temperature: 300 ° C Input power: 2.0 kW
【００１４】次に図１（ｂ）に示すように、スパッタリ
ング装置内にアルゴンガスのみを導入し、第１のタンタ
ル層２を形成したターゲットと同じタンタルのターゲッ
トを用いて、スパッタリング法により、以下に記載の条
件で、第１のタンタル２上に第２のタンタル層３を厚さ
２４０ｎｍ形成する。Next, as shown in FIG. 1 (b), only argon gas was introduced into the sputtering apparatus, and the same tantalum target as the target on which the first tantalum layer 2 was formed was used to perform the following sputtering method. The second tantalum layer 3 is formed to a thickness of 240 nm on the first tantalum 2 under the conditions described in 1.
【００１５】この場合、第２のタンタル層３の膜厚は、
第１のタンタル層２の膜厚の約４倍であり、配線、電極
として主要な電流経路となる。In this case, the film thickness of the second tantalum layer 3 is
It is about four times the film thickness of the first tantalum layer 2 and serves as a main current path for wiring and electrodes.
【００１６】この第２のタンタル膜３の形成条件を以下
に示す。 導入ガス ：Ａｒ 全圧 ：６．０ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 ：３００℃ 投入電力 ：２．０ｋＷ スパッタレート：２１０ｎｍ／ｍｉｎThe conditions for forming the second tantalum film 3 are shown below. Introduced gas: Ar total pressure: 6.0 mTorr Substrate heating temperature: 300 ° C. Input power: 2.0 kW Sputtering rate: 210 nm / min
【００１７】次に図２のグラフを用いて窒素ガス分圧と
タンタル膜の比抵抗との関係を説明する。図２の実線１
１に、本発明の第１のタンタル層２と第２のタンタル層
３とからなる２層構造のタンタル膜における窒素ガス分
圧とタンタル膜の比抵抗との関係を示す。この第１のタ
ンタル膜２と第２のタンタル膜３と膜厚は、前述のよう
にそれぞれ５７ｎｍと２４０ｎｍである。ここで比較の
ために、同じ図２の破線２２に、前記した第１のタンタ
ル層２と同じ形成条件の、アルゴンガスに窒素ガスを添
加して形成した、約３００ｎｍの膜厚のタンタル膜の窒
素ガス分圧と比抵抗との関係を示す。Next, the relationship between the nitrogen gas partial pressure and the specific resistance of the tantalum film will be described with reference to the graph of FIG. Solid line 1 in FIG.
FIG. 1 shows the relationship between the nitrogen gas partial pressure and the specific resistance of the tantalum film in a tantalum film having a two-layer structure composed of the first tantalum layer 2 and the second tantalum layer 3 of the present invention. The thicknesses of the first tantalum film 2, the second tantalum film 3 and the film thickness are 57 nm and 240 nm, respectively, as described above. Here, for comparison, a broken line 22 of the same FIG. 2 shows a tantalum film having a thickness of about 300 nm formed by adding nitrogen gas to argon gas under the same forming conditions as the first tantalum layer 2 described above. The relationship between nitrogen gas partial pressure and specific resistance is shown.
【００１８】本実施例で使用したスパッタリング装置に
おいては、第１のタンタル層２の比抵抗は、図２の破線
２２に示すすように、窒素ガス分圧０．１８ｍＴｏｒｒ
のとき最小値をとる。このときＸ線回折より第１のタン
タル層２は、体心立方格子構造であることを確認してい
る。In the sputtering apparatus used in this embodiment, the specific resistance of the first tantalum layer 2 is 0.18 mTorr of nitrogen gas partial pressure as shown by the broken line 22 in FIG.
Takes the minimum value. At this time, it was confirmed by X-ray diffraction that the first tantalum layer 2 had a body-centered cubic lattice structure.
【００１９】このとき第１のタンタル層２上に形成した
第２のタンタル層３は、その下層の第１のタンタル層２
の構造を受け継いで成長し、アルゴンガスのみでスパッ
タリング法により成長させたにも拘らず体心立方格子構
造となる。このため図２の実線１１に示すように、本発
明の形成方法により形成した、２層構造からなるタンタ
ル膜は低抵抗化される。At this time, the second tantalum layer 3 formed on the first tantalum layer 2 has the first tantalum layer 2 below it.
The structure has a body-centered cubic structure even though it is grown by a sputtering method using only argon gas. Therefore, as shown by the solid line 11 in FIG. 2, the resistance of the tantalum film having a two-layer structure formed by the forming method of the present invention is lowered.
【００２０】図２の破線に示すように、第１のタンタル
層２の形成時の窒素ガス分圧を、第１のタンタル層２が
体心立方格子構造化するときの値より、さらに大きくす
ると第１のタンタル層２は窒化され比抵抗は大きくな
る。しかしながら、第１のタンタル層２上に形成した第
２のタンタル層３は、窒素ガス分圧を０．１８Ｔｏｒｒ
以上にした場合においても、体心立方格子構造となり、
低抵抗のタンタル膜が形成できる。As shown by the broken line in FIG. 2, if the partial pressure of nitrogen gas when forming the first tantalum layer 2 is made larger than the value when the first tantalum layer 2 has a body-centered cubic lattice structure. The first tantalum layer 2 is nitrided and its specific resistance is increased. However, the second tantalum layer 3 formed on the first tantalum layer 2 has a nitrogen gas partial pressure of 0.18 Torr.
Even in the above case, the body-centered cubic lattice structure,
A low resistance tantalum film can be formed.
【００２１】本実施例の条件において、膜厚３００ｎｍ
付近で比較すると、４端子法で測定した比抵抗の値は下
記のようになる。 Ｎ2 非導入スパッタリング法（β−Ｔａ ） ：約１
８０μΩ・ｃｍ Ｎ2 導入スパッタリング法（ｂｃｃ−Ｔａ） ：約
７０μΩ・ｃｍ 本発明２層スパッタリング法（ｂｃｃ−Ｔａ） ：約
２４μΩ・ｃｍUnder the conditions of this embodiment, the film thickness is 300 nm.
When compared in the vicinity, the value of the specific resistance measured by the 4-terminal method is as follows. N 2 non-introduced sputtering method (β-Ta): about 1
80 μΩ · cm N 2 introduction sputtering method (bcc-Ta): about
70 μΩ · cm Inventive two-layer sputtering method (bcc-Ta): Approx.
24 μΩ · cm
【００２２】上記のように、本発明の方法で低抵抗な体
心立方格子構造のタンタル膜が得られる。すなわち、本
発明における２層タンタル膜の比抵抗は、アルゴンガス
のみを導入して形成したβ−Ｔａの比抵抗の約１／８、
アルゴンガスに窒素ガスを導入して形成したｂｃｃ−Ｔ
ａの約１／３である。As described above, a low resistance tantalum film having a body-centered cubic lattice structure can be obtained by the method of the present invention. That is, the specific resistance of the two-layer tantalum film in the present invention is about ⅛ of the specific resistance of β-Ta formed by introducing only argon gas,
Bcc-T formed by introducing nitrogen gas into argon gas
It is about 1/3 of a.
【００２３】この結果、同一の比抵抗値を得るための、
本発明における２層構造のタンタル膜の膜厚は、アルゴ
ンガスのみを導入して形成したタンタル膜の１／８、ア
ルゴンガスに窒素ガスを添加して形成したタンタル膜の
１／３で良いことになる。As a result, in order to obtain the same specific resistance value,
The thickness of the tantalum film having a two-layer structure in the present invention may be 1/8 of a tantalum film formed by introducing only argon gas and 1/3 of a tantalum film formed by adding nitrogen gas to argon gas. become.
【００２４】本発明における２層構造のタンタル膜の膜
厚が、薄くても比抵抗値が低抵抗であることにより、ス
パッタリング装置を用いた、タンタル膜の形成時間を短
縮することができる。そのうえ、タンタル膜の膜厚が薄
膜化されることにより、エッチングのパターニング時間
も短くなる。さらに、タンタル膜の膜厚が薄膜化される
ことにより、パターニングしたタンタル膜のパターン寸
法の寸法ばらつきも小さくなる。Even if the tantalum film having a two-layer structure of the present invention is thin, the specific resistance value is low, so that the time for forming the tantalum film using the sputtering apparatus can be shortened. In addition, the thinning of the tantalum film shortens the patterning time for etching. Further, by reducing the film thickness of the tantalum film, the dimensional variation of the pattern size of the patterned tantalum film also becomes small.
【００２５】以上の説明においては、希ガスに添加する
ガスとして窒素ガスを添加する実施例で説明したが、二
酸化炭素や、メタンや、酸素ガスを希ガスに添加して、
第１のタンタル膜２を形成し、その後、希ガスのみをみ
用いて第２のタンタル膜３を形成しても、タンタル膜は
低抵抗化できる。さらに、希ガスに添加するガスは、１
種だけでなく、上記した各種ガスを複数種添加しても良
い。In the above description, the example in which nitrogen gas is added as a gas to be added to the rare gas has been described, but carbon dioxide, methane, or oxygen gas is added to the rare gas,
Even if the first tantalum film 2 is formed and then the second tantalum film 3 is formed by using only the rare gas, the resistance of the tantalum film can be reduced. Furthermore, the gas added to the rare gas is 1
In addition to the species, a plurality of species of the above-mentioned various gases may be added.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上の説明のように、本発明のタンタル
膜の形成方法を用いれば、スパッタリング装置で使用す
るターゲットはタンタルだけで良く、従来のように複数
のターゲットを使用する必要がない。さらに下層と上層
とのタンタル膜の格子定数の整合という点は、考慮する
必要がないので、第１のタンタル層である下層のタンタ
ル膜の形成条件が広くなり、容易に形成できる。さらに
下層と上層とが同じタンタルなので、陽極酸化の条件や
エッチングの方法も上層下層とも同じ条件で行うことが
できる。As described above, if the tantalum film forming method of the present invention is used, the target used in the sputtering apparatus is only tantalum, and it is not necessary to use a plurality of targets as in the conventional case. Furthermore, since it is not necessary to consider the matching of the lattice constants of the lower and upper tantalum films, the conditions for forming the lower tantalum film, which is the first tantalum layer, are wide and can be easily formed. Further, since the lower layer and the upper layer are the same tantalum, the anodic oxidation conditions and the etching method can be performed under the same conditions for the upper and lower layers.
【００２７】したがって、アクティブマトリクス素子形
成工程を複雑にすることなくＭＩＭ方式やＴＦＴ方式な
どのアクティブマトリクス素子を用いた、液晶表示素子
の配線や電極等に使用するタンタル膜の比抵抗値が低抵
抗となり、液晶表示パネルを大面積化することが可能と
なる。Therefore, the specific resistance value of the tantalum film used for the wiring and electrodes of the liquid crystal display element using the active matrix element of the MIM method or the TFT method is low without complicating the process of forming the active matrix element. Therefore, it becomes possible to increase the area of the liquid crystal display panel.
【図１】本発明のタンタル膜の形成方法を工程順に示す
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of forming a tantalum film according to the present invention in the order of steps.
【図２】本発明の一実施例における窒素ガス分圧に対す
るタンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the partial resistance of nitrogen gas and the specific resistance of a tantalum film in an example of the present invention.
１ 基板 ２ 第１のタンタル層 ３ 第２のタンタル層 1 substrate 2 first tantalum layer 3 second tantalum layer
Claims (1)
素から選ばれる１種あるいは複数種のガスを添加しタン
タルをターゲットとするスパッタリング法により第１の
タンタル層を形成し、その後希ガスを用いてタンタルを
ターゲットとするスパッタリング法により第２のタンタ
ル層を形成することを特徴とするタンタル膜の形成方
法。1. A first tantalum layer is formed by adding one or a plurality of gases selected from nitrogen, carbon dioxide, methane, and oxygen to a rare gas to form a first tantalum layer by a sputtering method using tantalum as a target. A method for forming a tantalum film, which comprises forming a second tantalum layer by a sputtering method using tantalum as a target.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19744491A JPH05179437A (en) | 1991-01-18 | 1991-07-12 | Formation of tantalum film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-18436 | 1991-01-18 | ||
| JP1843691 | 1991-01-18 | ||
| JP19744491A JPH05179437A (en) | 1991-01-18 | 1991-07-12 | Formation of tantalum film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05179437A true JPH05179437A (en) | 1993-07-20 |
Family
ID=26355119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19744491A Pending JPH05179437A (en) | 1991-01-18 | 1991-07-12 | Formation of tantalum film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05179437A (en) |
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-
1991
- 1991-07-12 JP JP19744491A patent/JPH05179437A/en active Pending
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