CN102956158B

CN102956158B - 电子部件用层叠布线膜以及覆盖层形成用溅射靶材

Info

Publication number: CN102956158B
Application number: CN201210293060.8A
Authority: CN
Inventors: 村田英夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: JP2013060655A; TW201309822A; CN102956158A; TWI443207B; KR101358529B1; JP6016083B2; KR20130020569A

Abstract

本发明提供一种使用了如下由Mo合金构成的覆盖层的电子部件用层叠布线膜以及用于形成覆盖层的溅射靶材，其中，所述覆盖层改善耐湿性、耐氧化性，进而，在与低电阻的主导电层Al进行层叠时，即使经过加热工序也能维持低电阻值。所述电子部件用层叠布线膜是在基板上形成金属膜的电子部件用层叠布线膜，由以Al为主成分的主导电层和覆盖该主导电层的一面和/或另一面的覆盖层构成，该覆盖层为，原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤30、3≤y≤20所表示，余量由不可避免的杂质构成。

Description

电子部件用层叠布线膜以及覆盖层形成用溅射靶材

技术领域

本发明涉及要求耐湿性、耐氧化性的电子部件用层叠布线膜以及用于形成覆盖该层叠布线膜的主导电层的一面和/或另一面的覆盖层的覆盖层形成用溅射靶材。

背景技术

不仅在液晶显示器(以下称为LCD)、等离子体显示面板(以下称为PDP)、用于电子纸等的电泳型显示器等的平面显示装置(平板显示器、以下称为FPD)中需要形成低电阻的布线膜，而且在各种半导体器件、薄膜传感器、磁头等薄膜电子部件中也需要形成低电阻的布线膜。例如，就在玻璃基板上形成薄膜器件的LCD、PDP、有机EL显示器等的FPD而言，伴随着大画面、高精细、高速应答化，对其布线膜要求低电阻化。进而，近年来，已开发出对FPD赋予操作性的触摸面板、使用了树脂基板的柔性FPD等新产品。

近年来，被用作FPD的驱动元件的薄膜晶体管(TFT)使用Si半导体膜，若作为低电阻布线膜的Al与Si直接接触，则因TFT制造中的加热工序而导致热扩散，使TFT的特性劣化。因此，可使用以耐热性优异的纯Mo、Mo合金在Al与Si之间作为遮挡膜的层叠布线膜。

另外，在从TFT接出的像素电极或用于便携型终端、平板电脑等的触摸面板的位置检测电极中，通常使用作为透明导电膜的ITO(铟-锡氧化物)。在这种情况下，若作为布线膜的Al与ITO接触，则在其界面生成氧化物而也使电接触性劣化。因此，在Al与ITO之间形成纯Mo、Mo合金作为接触膜而确保与ITO的接触性。

如上所述，要获得发挥Al的低电阻特性的布线膜，纯Mo、Mo合金膜必不可少，需要制成将Al用纯Mo、Mo合金覆盖的层叠布线膜。

进而，近年来，积极进行着使用了被认为比非晶质Si半导体更适于高速驱动的氧化物的透明半导体膜的研究，对这些氧化物半导体的Al层叠膜的接触膜、遮挡膜的覆盖层，也在研究纯Mo的应用。

因此，作为改善纯Mo特性的手段，本申请人提出了耐腐蚀性、耐热性、与基板的密合性优异且低电阻的对Mo添加3～50原子％的V、Nb等而得的Mo合金膜(例如，参照专利文献1)。

专利文献

专利文献1:日本特开2002-190212号公报

发明内容

上述专利文献1中提出的Mo-V、Mo-Nb合金等由于与Mo相比耐腐蚀性、耐热性、与基板的密合性优异，所以被广泛用于在玻璃基板上形成FPD的用途。

然而，在制造FPD时，在基板上形成层叠布线膜后移至下一个工序之际有时被长时间地放置于大气中。另外，在为了提高简便性而使用了树脂膜的轻量且柔性的FPD等中，由于树脂膜与迄今为止的玻璃基板等相比有透湿性，所以对层叠布线膜要求更高的耐湿性。

进而，有时在对FPD的接头部等安装信号线电缆时在大气中进行加热，因此，对层叠布线膜还要求耐氧化性的提高。除此以外，在使用了氧化物的半导体膜中，有时为了提高特性、稳定化而在含氧的气氛下、在形成含氧的保护膜之后，在350℃以上的高温下进行加热处理。因此，对层叠布线膜也提高了提升耐氧化性的要求，以使之在经过这些加热处理后也能维持稳定的特性。

根据本发明人的研究，确认了若用上述Mo-V、Mo-Nb合金、纯Mo，则有时产生如下问题：在上述环境下的耐湿性、耐氧化性不充分，在FPD制造工序中制成层叠布线膜的覆盖层时，发生变色。若耐氧化性不充分，则使电接触性劣化而导致电子部件的可靠性下降。

此外，本发明人确认了如下问题:由于高速驱动，TFT制造工序中的加热温度存在上升的倾向，若经过更高温度下的加热工序，则层叠布线膜所含的合金元素扩散至Al中而使电阻值增大。

本发明的目的在于提供一种使用了由Mo合金构成的覆盖层的电子部件用层叠布线膜以及用于形成覆盖层的溅射靶材，其中，所述覆盖层可改善耐湿性、耐氧化性，在与低电阻的主导电层Al层叠时，即使经过加热工序，也可维持低电阻值。

本发明人鉴于上述课题，致力于新添加至Mo中的元素的最优化，其结果是，发现通过将特定量的Ni与Ti复合添加至Mo中，使耐湿性、耐氧化性提高，并且在制成作为主导电层的Al的覆盖层时，即使经过加热工序，也可维持低电阻值，从而完成了本发明。

即，本发明为一种电子部件用层叠布线膜，是在基板上形成金属膜的电子部件用层叠布线膜，由以Al为主成分的主导电层和覆盖该主导电层的一面和/或另一面的覆盖层构成，该覆盖层为，原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤30、3≤y≤20所表示，余量由不可避免的杂质构成。

另外，本发明中，优选将上述组成式的x、y分别设为10≤x≤20、9≤y≤15。

另外，本发明为一种覆盖层形成用溅射靶材，其为利用溅射法形成上述覆盖层时的靶材，所述覆盖层形成用溅射靶材为，原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤30、3≤y≤20所表示，余量由不可避免的杂质构成。

另外，本发明中，优选上述组成式的x、y分别为10≤x≤20、9≤y≤15。

本发明的电子部件用层叠布线膜可提高耐湿性、耐氧化性。另外，即使在与Al进行层叠时的加热工序中也可抑制电阻值增大而维持低电阻值。由此，具有通过用于在各种电子部件、例如形成于树脂基板上的FPD等的布线膜而能够对电子部件的稳定制造、可靠性提高作出大的贡献的优点，为在电子部件的制造中不可缺少的技术。尤其是成为对于使用触摸面板、树脂基板的柔性FPD非常有用的层叠布线膜。这是由于对于这些制品而言，尤其是耐湿性、耐氧化性非常重要。

附图说明

图1是本发明的电子部件用层叠布线膜的截面示意图的一例。

具体实施方式

将本发明的电子部件用层叠布线膜的示意图示于图1。本发明的电子部件用层叠布线膜包含覆盖以Al为主成分的主导电层3的一面和/或另一面的覆盖层2、4，例如形成在基板1上。虽然在图1中在主导电层3的两面形成覆盖层2、4，但可根据电子部件的形态而仅覆盖一面，可适当地进行选择。应予说明，仅将主导电层的一面用本发明的覆盖层进行覆盖时，在主导电层的另一面上可根据电子部件的用途而用与本发明组成不同的覆盖层进行覆盖。

本发明的重要特征在于发现了一种新的Mo合金，其通过在图1所示的电子部件用层叠布线膜的覆盖层中，向Mo复合添加特定量的Ni与Ti，使耐湿性、耐氧化性提高，在与Al层叠时的加热工序中能够维持低电阻值。下面，对本发明的电子部件用布线膜进行详细说明。应予说明，以下说明中，“耐湿性”是指在高温高湿环境下的布线膜的电阻值变化。另外，“抗氧化性”是指高温环境下的电接触性劣化难度，可利用布线膜的变色确认，例如可利用反射率进行定量评价。

在形成本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层的Mo合金中添加Ni的理由在于提高覆盖层的耐氧化性。纯Mo在大气中加热后，发生氧化，膜表面变色，电接触性劣化。本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层通过对Mo添加特定量的Ni而具有抑制覆盖层变色的效果，可提高耐氧化性。其效果在Ni的添加量为10原子％以上时变得显著。

另一方面，Ni是比Mo容易向Al进行热扩散的元素。若Ni向Mo的添加量超过30原子％，则在制造FPD等电子部件时的加热工序中，覆盖层的Ni容易扩散至主导电层的Al而变得难以维持低电阻值。因此，将Ni的添加量设为10～30原子％。另外，在对主导电层的Al形成覆盖层，以高于350℃的温度进行加热时，覆盖层的Ni变得容易扩散至主导电层的Al，有时电阻值上升。本发明中为了维持低电阻值，优选将Ni的添加量设为20原子％以下。

向形成本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层的Mo合金添加Ti的理由是由于由此提高耐湿性。Ti是具有容易与氧、氮结合的性质的金属，具有在高温高湿气氛中对表面形成钝态膜而保护布线膜内部的效果。因此，本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层可通过向Mo添加特定量的Ti而大幅提高耐湿性。该效果在Ti的添加量为3原子％以上时变得显著。

另一方面，若Ti的添加量超过20原子％，则耐腐蚀性过度提高，使得通过Al用蚀刻剂进行蚀刻的速度下降，在蚀刻与Al层叠的层叠膜时产生残渣，或者变得无法进行蚀刻。因此，本发明中，将Ti的添加量设为3～20原子％。

另外，要稳定地得到比以往的Mo-Nb合金更高的耐湿性，Ti的添加量可为9原子％以上，优选使Ti的添加量为9～15原子％。

另外，在主导电层Al膜的一面和/或另一面形成覆盖层且制造工序中的加热温度为350℃以上的高温时，优选使在形成覆盖层的Mo合金中复合添加的Ni与Ti的总和为35原子％以下。其理由为，不仅Ni是热扩散至Al的元素，Ti也是热扩散至Al的元素，若Ni与Ti的总和超过35原子％，则覆盖层的Ni、Ti扩散至主导电层的Al层，变得难以维持低电阻值。

另外，在形成覆盖层的Mo合金中复合添加的Ni与Ti优选以原子比计，Ni/Ti为1以上。如上所述，Ti是与耐湿性提高相关的元素，但降低耐氧化性，因此在Ti的添加量比Ni的添加量多时，变得难以得到提高耐氧化性的效果。因此，通过以Ni与Ti的原子比成为1以上的方式分别添加，从而能够更稳定地获得覆盖层的耐湿性和耐氧化性。

本发明的电子部件用层叠布线膜中，为了稳定地获得低电阻值和耐湿性、耐氧化性，优选将主导电层的膜厚设为100～1000nm。若主导电层的膜厚比100nm薄，则因薄膜特有的电子散射的影响，电阻值变得容易增加。另一方面，若主导电层的膜厚变得比1000nm厚，则为了形成膜需要花费时间，或者因膜应力而导致基板变得容易发生翘曲。主导电层的膜厚的更优选的范围为200～500nm。

另外，以Al为主成分的主导电层优选能够得到最低的电阻值的纯Al。另外，考虑到耐热性、耐腐蚀性等可靠性，可使用向Al添加了过渡金属、半金属等的Al合金。此时，为了得到尽可能低的电阻值，向Al添加的元素的添加量优选5原子％以下。

另外，本发明的电子部件用层叠布线膜中，要稳定地得到低电阻值和耐湿性、耐氧化性，优选将覆盖层的膜厚设为20～100nm。覆盖层的膜厚低于20nm时，Mo合金膜的连续性低，有时无法充分得到上述特性。另一方面，若覆盖层的膜厚超过100nm，则覆盖层的电阻值变高，在与主导电层的Al膜进行层叠时，作为电子部件用层叠布线膜，变得难以得到低电阻值。另外，要抑制加热时原子向形成主导电层的Al的扩散，优选将覆盖层的膜厚设为20～70nm。

要形成本发明的电子部件用层叠布线膜的各层，使用溅射靶的溅射法是最适合的。形成覆盖层时，可应用使用与覆盖层的组成相同组成的Mo合金溅射靶来成膜的方法；通过使用Mo-Ni合金溅射靶和Mo-Ti溅射靶进行共溅射而成膜的方法等。从溅射条件设定的简便、易于得到所需组成的覆盖层这样的方面出发，最优选使用与覆盖层的组成相同组成的Mo合金溅射靶来进行溅射成膜。

因此，要形成本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层，通过使用原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤30、3≤y≤20所表示，余量由不可避免的杂质构成的溅射靶，从而能够稳定地形成覆盖层。

另外，如上所述，要在成为高达350℃的温度的加热工序的情况下也得到低电阻值的电子部件用层叠布线膜，优选使Mo中含有10～20原子％的Ni、9～15原子％的Ti。

作为本发明的覆盖层形成用溅射靶材的制造方法，例如可应用粉末烧结法。粉末烧结法中，例如可用气体雾化法制造合金粉末来作为原料粉末，或可将多种合金粉末、纯金属粉末以成为本发明的最终组成的方式进行混合，将该混合粉末作为原料粉末。作为原料粉末的烧结方法，可使用热等静压压制、热压制、放电等离子体烧结、挤出压制烧结等的加压烧结。

形成本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层的Mo合金中，为了确保耐氧化性、耐湿性，优选作为占有除必需元素Ni、Ti以外的余量的Mo以外的不可避免的杂质的含量少，但是在不损害本发明作用的范围内，可含有属于气体成分的氧、氮、碳，属于过渡金属的Fe、Cu，半金属的Al、Si等不可避免的杂质。例如，气体成分的氧、氮分别为1000质量ppm以下，碳为200质量ppm以下，Fe、Cu为200质量ppm以下，Al、Si为100质量ppm以下等，作为气体成分除外的纯度，优选为99.9质量％以上。

实施例1

举出以下实施例，对本发明进行详细的说明。

首先，制作了用于形成成为覆盖层的Mo合金膜的溅射靶材。将平均粒径为6μm的Mo粉末、平均粒径为100μm的Ni粉末和平均粒径为150μm的Ti粉末，以成为规定组成的方式进行混合，填充到软钢制罐中后，边加热边进行真空排气，除去罐内的气体成分后，进行了密封。接着，将密封的罐放入热等静压压制装置，在800℃、120MPa、5小时的条件下进行烧结后，利用机械加工，制作了直径100mm、厚度5mm的溅射靶材。另外，还同样制作了作为对比的纯Mo、Mo-Nb合金、Mo-Ni合金的溅射靶材。

将上述得到的各溅射靶材焊接至铜制的背衬板而安装于溅射装置中。溅射装置使用了CANON ANELVA公司制的SPF-440H。

在25mm×50mm的玻璃基板上，分别以表1所示的膜厚构成，用溅射法形成添加了表1所示的规定量的Ni和Ti的覆盖层即Mo合金膜，在其上面形成主导电层即Al膜，进而在其上面形成Mo合金膜，得到电子部件用层叠布线膜。另外，为了比较，将纯Mo、Mo-Nb合金膜、Mo-Ni合金膜分别与Al膜进行层叠，也制作了层叠布线膜。

作为耐氧化性的评价，测定了在大气中于200℃、250℃、300℃、350℃加热1小时后的反射率的变化，另外，作为耐湿性的评价，测定在85℃×85％的高温高湿气氛下放置100小时、200小时、300小时之际的反射率的变化。反射率的测定中使用KONICA MINOLTA公司制造的分光测色计CM-2500d，测定可见光区域的反射特性。其结果示于表1。

表1

如表1所示，层叠布线膜的反射率具有如下倾向:若在大气中加热，则下降，即使在高温高湿气氛下放置也下降。就比较例的对覆盖层使用了纯Mo的层叠布线膜的反射率而言，在大气中加热时，从250℃开始降低，在350℃下进一步大幅下降，耐氧化性低，若在高温高湿气氛下放置100小时，则反射率大幅下降。

另外，可知：就比较例的覆盖层为Mo-10原子％Nb的层叠布线膜的反射率而言，若在大气中加热，则在250℃以上时与纯Mo相比大幅降低，耐氧化性低，但是在高温高湿气氛下放置时的下降比Mo少，耐湿性得到稍许改善。

另外，可知：就比较例的对覆盖层使用了Mo-Ni合金的层叠布线膜的反射率而言，在大气中加热时的反射率下降少，耐氧化性得到改善。然而，在高温高湿气氛下，与纯Mo同样，反射率从100小时开始下降，耐湿性的改善效果低。

另外，比较例的Mo-30原子％Ti的层叠膜的反射率，在大气中加热则350℃以上时大幅下降，抗氧化性低，但高温高湿气氛下放置时其下降少，可知Ti的添加非常有助于耐湿性的改善。与此相对，可确认：就本发明的覆盖层中向Mo添加了规定量的Ni和Ti而得的Mo-Ni-Ti合金的反射率而言，在350℃的大气下的加热后，即使在300小时的高温高湿气氛下放置，其下降也少，可大幅改善耐氧化性、耐湿性两者。

其改善效果通过添加10原子％以上的Ni、添加3原子％以上的Ti而变得明确，在9原子％时耐湿性得到大幅改善，确认了是在电子部件中优选的层叠布线膜。

实施例2

接着，对于实施例1中制作的一部分层叠布线膜在真空中进行加热处理时的电阻值变化进行了确认。电阻值是使用Dia Instruments公司制造的4接头薄膜电阻率测定器MCP-T400进行测定的。加热温度为在250℃、300℃、350℃、400℃、450℃下加热了1小时。测定结果示于表2。

表2

如表2所示，确认了若覆盖层的Ti添加量为超出本发明范围以外的20原子％时，则在450℃的温度下加热时的电阻值大幅增加。另外，Ni的添加量超过作为本发明范围的30原子％时，450℃的温度下加热时电阻值也大幅增大。

与此相对，就本发明例的使用了向Mo添加了特定量的Ti的覆盖层的层叠布线膜而言，即使加热到450℃，电阻值增加也得到抑制，如实施例1所示耐湿性得到提高。其中，若添加优选范围的10～20原子％的Ni和9～15原子％的Ti，则可进一步抑制电阻值增加，可确认为适合于电子部件的层叠布线膜。

实施例3

接着，进行了蚀刻性的评价。仅对在实施例2中使用的形成了层叠布线膜的基板的一半面积涂布光致抗蚀剂，使之干燥，在关东化学株式会社制造的Al用蚀刻剂液体中浸渍，将未涂布部分进行了蚀刻。其后，将基板用纯水清洗，使之干燥，用光学显微镜观察溶解部分与涂布了抗蚀刻剂的未溶解部分的边界附近。其结果示于表2。

在比较例的对覆盖层使用了纯Mo、Mo-Ni合金膜的层叠布线膜中，确认了边界附近的膜浮起，端部剥离。这被认为是Al与玻璃基板之间的覆盖层的Mo合金膜被蚀刻。

另外，确认了对于蚀刻性，Ti添加量的影响大，在试样No.12的Ti添加量为22原子％的覆盖层中，基板上确认到残渣。另外，在试样No.13、No.14、No.15的Ti的添加量超过30原子％的覆盖层中，无法进行蚀刻。

与此相对，本发明的向Mo添加了特定量的Ni与Ti的覆盖层中，也没有在比较例中产生的膜剥离、残渣，被良好地蚀刻，可确认蚀刻性也优异。

如上所述，可知要满足耐氧化性、耐湿性、加热时电阻值增加的抑制、蚀刻性，优选使Ni的添加量为10～30原子％，Ti的添加量为3～20原子％。另外，可知要抑制高温下电阻值的增加、确保高的耐湿性，更优选使Ni为10～20原子％，Ti为9～15原子％。

实施例4

首先，制作作为覆盖层的Mo-15％Ni-15％Ti(原子％)的溅射靶材。将平均粒径为6μm的Mo粉末、平均粒径为80μm的Ni粉末及平均粒径为25μm的Ti粉末以成为规定组成的方式进行混合，填充至软钢制罐中后，边加热边真空排气，除去罐内的气体成分后，进行了密封。接着，将密封的罐放入热等静压压制装置，在800℃、120MPa、5小时的条件下进行烧结后，利用机械加工，制作了直径100mm、厚度5mm的溅射靶材。

在25mm×50mm的玻璃基板上，分别以表1所示的膜厚构成，用溅射法形成添加了表1所示的规定量的Ni和Ti的覆盖层即Mo合金膜，在其上面形成主导电层即Al膜，进而在其上面形成Mo合金膜，得到电子部件用层叠布线膜。

接着，与实施例1和实施例2同样，使主导电层即Al膜和覆盖层即Mo-Ni-Ti膜的膜厚变化，测定加热时的电阻值的变化和高温高湿时的反射率的变化。将其结果示于表3。

表3

可知在覆盖层的膜厚薄时，成膜时的电阻值低，加热时的电阻值的增加少。另外，主导电层的膜厚越薄，成膜时的电阻值变得越高，加热时的电阻值也越增加。另外，可知：在主导电层的Al膜上形成的覆盖层的膜厚薄达10nm时，在高温高湿的气氛下放置时的反射率容易下降，若覆盖层的膜厚超过20nm，则反射率的下降变少，可获得高耐湿性。

就本发明的电子部件用层叠布线膜而言，可确认：通过形成200～500nm的作为主导电层的Al的膜厚，并形成20～70nm的覆盖层的膜厚，从而可得到低的电阻值和高的耐湿性。

Claims

1.一种电子部件用层叠布线膜，其特征在于，是在基板上形成金属膜的电子部件用层叠布线膜，所述电子部件用层叠布线膜由以Al为主成分的主导电层和覆盖该主导电层的一面和/或另一面的覆盖层构成，

所述主导电层由纯Al或向Al添加了5原子％以下的选自过渡金属和半金属的添加元素的Al合金构成，

所述覆盖层为，原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤20、3≤y≤15所表示，余量由不可避免的杂质构成。

2.如权利要求1所述的电子部件用层叠布线膜，其特征在于，所述组成式的x、y分别为10≤x≤20、9≤y≤15。

3.一种覆盖层形成用溅射靶材，其特征在于，是用于形成权利要求1所述的覆盖层的溅射靶材，

该覆盖层形成用溅射靶材为，原子比的组成式由Mo_100-x-y-Ni_x-Ti_y，10≤x≤20、3≤y≤15所表示，余量由不可避免的杂质构成。

4.如权利要求3所述的覆盖层形成用溅射靶材，其特征在于，所述组成式的x、y分别为10≤x≤20、9≤y≤15。