CN1165990C - 电子部件用金属材料,电子部件或设备及电光学部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电子部件的金属材料，电子部件，电子设备，金属材料的处理方法以及电光学部件。例如，本发明适用于液晶显示板，各种半导体元件，布线板，芯片部件等。本发明提出一种以具有比现有材料更低的电阻率，更高的稳定性和更优异的可处理性为特征为金属材料。本发明也提出使用所述金属材料的电子部件和电子设备。一种可应用的金属材料是含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量%Pd和总量为0.1-3重量%的元素如Al的合金。

Description

电子部件用金属材料，电子部件或 设备及电光学部件
技术领域
本发明涉及用于电子部件的金属材料，电子部件，电子设备，以及金属材料的处理方法。例如，本发明可应用于液晶显示板，各种半导体器件，布线板，芯片部件等。本发明使用金属材料，更具体地，使用含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及总量为0.1-3重量％的元素如Al的合金，因此，本发明提供用于电子部件的金属材料，使用所述金属材料的电子部件及设备，据此，所述金属材料以比现有技术的材料具有更低的电阻率，更高的稳定性，以及更优异的可加工性为特征。
背景技术
传统地，导线、电极以及电子部件的设备中的接点均使用金属材料如包括Cu，Al，Mo，Ta，W，Cr等的纯金属，以及包括Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Pd，TaSi，WSi等的合金来形成布线图案。
例如，构成平板显示器的透明液晶显示板一般使用纯Al作为布线材料，原因在于纯Al的腐蚀性能优异且电阻较低。然而纯Al的熔点低至660℃。使用纯Al作为液晶显示板的布线材料时，有可能在布线膜形成后，在进行化学气相沉积(CVD)所需的约300-400℃的热处理期间出现缺陷如小丘和触须。一些类型的液晶显示板通过用高温下稳定的高熔点的布线材料如Ta，Mo，Cr，W等替代纯Al来防止出现这些缺陷。
反射型液晶显示板要求能够反射通过液晶元件的透射光的高反射系数层。这种高反射系数层或者起高反射系数层作用的布线图案和电极的组件使用纯Al，Al基合金，纯Ag，Ag基合金，Au等，一种电光学部件(此后称作使用微小镜子的电光学部件)使用在硅基片上排列的微小镜子并且通过每个镜子的光学调制来展示图像。这种电光学部件使用纯Al作为镜子的元件。
如果能提供一种金属材料，该金属材料的特征在于其具有比传统电子设备中使用的金属材料更低的电阻率，更高的稳定性和更优异的可处理性，在各种电子部件中使用此种材料能够改进性能和简化制造过程。
透明液晶显示板使用Ta，Mo，Cr，W等替代纯Al，以防止缺陷的出现。然而，如表1所示，这些材料的缺点在于其电阻率比纯Al高。如果透明的液晶显示板更大且分辨率更高，则用于布线图案的导线长度增加，布线图案变得更细密，从而难于进行容易、可靠地操作。为此，尚无法获得透明液晶板的最佳布线材料。
表1
    材料 电阻率(μΩcm)     耐化学性     阳极氧化
    Mo     50     差     不可能
    Cr     12.9     良好     不可能
    Ti     55     优异     不可能
    Ta     13.6     优异     可能
    Al     2.7     差     可能
    Cu     1.7     差     不可能
    Ag     1.6     良好     不可能
    Au     2.3     优异     不可能
反射型液晶显示板以及使用微小镜子的电光学部件使得导线与电极起高反射系数层的作用。在这种情形下，有必要使用于透明液晶显示板的布线材料满足高反射系数层的性能要求。
从有效反射高反射系数层上的入射光的角度考虑，纯Ag是最佳的用于高反射系数层的材料，因为纯Ag在可见光波长区域内的反射参数最高。然而，纯Ag的抗蚀性能差，不适于作为布线或电极材料。因此，对于反射型液晶显示板和使用微小镜子的电光学部件而言，也不一定总能够获得最佳的布线材料。
鉴于此，反射型液晶显示板使用形成于所述高反射系数膜与布线电极层的上面或上下两面的阻挡层来改善其抗蚀性能。然而，增加形成阻挡层的步骤使制造过程变得复杂。另外，即使形成了阻挡层，但其可靠性在高温条件下仍是不稳定的。
作为低电阻的布线材料，Au，Cu和Ag的电阻率比Al低。然而，Au不易获得，Cu的特征在于其抗蚀性能差，其可处理性会因腐蚀而变差，而且还难于进行精细处理。Ag会与氯化物，硫和硫化物过分反应，从而使其精细处理性和抗蚀性能受到损害。
例如，在采用含氯的腐蚀气体进行干法腐蚀期间，Ag会发生过度反应。随着腐蚀过程的进行，Ag与腐蚀气体中的氯反应，在布线图案的边界表面上形成AgCl。此AgCl会对导电性和导热性造成损害。
这里是一个Ag在抗蚀性能上出现问题的实例。当Ag应用于反射型液晶显示板时，其很有可能与氧，或者与通过和透明导电层直接接触形成的界面上的少量硫等反应。与Al类似，有必要在基体层上形成一阻挡层或者将基体层置于两阻挡层之间构成三明治结构。
许多情形下，所述这些液晶显示板使用包含作为驱动元件的非晶硅或多晶硅的TFT(薄膜晶体管)。目前，从驱动元件的角度考虑，尚不能获得最佳电极材料。
一些驱动元件可以通过氧化电极中的金属材料以及在所述电极与硅有源元件间形成一个栅绝缘膜来使生产过程得以简化。该方法称为阳极氧化法。
在表1中所示的布线材料中，Al和Ta能够形成栅绝缘膜。特别是，Ta能够形成几乎不存在缺陷如针孔且产量高的氧化物绝缘膜。然而，Ta的特征在于电阻率高。当采用阳极氧化法时，电极结构要求使用低电阻率的Al的2层布线，从而增加了制造过程。当使用两层布线时，布线图案的电阻率与由Al确定的电阻率相同。
除了应用于上述显示元件处，半导体元件如DRAM，闪存器，CPU，MPU和ASIC由于集成度高均要求较窄的布线宽度。由于基片尺寸增加和布线复杂程度的加大如多层互连，结果布线图案的布线长度变得更长。这些半导体元件也要求具有低的电阻率，稳定运行以及优异可处理性的布线材料。
减小布线宽度和增大布线长度会使布线电阻增加。增加电阻也就增加了布线上的电压降和减小了各元件的驱动电压。而且，功率消耗也增大，从而由于布线会导致信号发射的延迟。
除了上述这些半导体元件处，电子部件如印刷布线板、片式电容器和继电器均使用Cu和Ag作为布线、电极和触点材料。实际上，这些材料的抗蚀性性能不足，循环使用难以进行。
由于存在上述问题，因此进行了本发明。本发明目的在于提供用于电子部件的具有比现有材料更低电阻率、更能稳定运行和更优异的可处理性的金属材料。本发明的目的也在于提供使用该金属材料的电子部件，电子设备，电光学部件以及该金属材料的处理方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供用于电子部件的金属材料，该金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％的Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中至少一种或多种。
本发明还提供用于电子部件的金属材料，该金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3％Pd以及0.1-3重量％的选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中之一元素的合金。
本发明还提供采用特定金属材料制造的电子部件，其中，在这些部件上形成有布线图案、电极或触点，所述金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及总量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中之一种或多种。
本发明还提供由特定金属材料制造的电子设备，其中，在这些部件上存在布线图案、电极或触点，所述金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中之一种或多种。
本发明还提供金属材料的处理方法，所述处理方法通过用含磷酸的溶液腐蚀金属膜来形成布线图案，电极或触点，所述金属膜包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中之一种或多种。
本发明还提供金属材料的处理方法，在所述处理方法通过使用含氯的气氛腐蚀金属膜来形成布线图案、电极或触点，所述金属膜包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种。
本发明还提供包含金属材料的元件处理方法，当所述金属材料包括金属膜时，所述金属膜包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种，所述处理方法通过在含氟的气氛中进行腐蚀来处理除上述金属膜之外的材料。
本发明还提供金属材料的处理方法，所述处理方法通过在300-750℃的温度范围内对金属膜进行热处理来形成布线图案，电极或触点。因此，所述金属膜包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种。
本发明还提供金属材料的处理方法，所述处理方法在由W，Ta，Mo，铟锡氧化物，氮化钛，氧化硅，氮化硅，硅或非晶硅制成的基体或沉积膜上形成布线图案，电极或触点。因此，布线图案、电极或触点包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种。
本发明还提供金属材料的处理方法，所述处理方法通过在玻璃或塑料基体上直接形成金属膜来形成布线图案、电极或触点。因此，所述金属膜包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种。
本发明还提供由特定金属材料制成的电光学部件，其中，在这些部件上形成有反射膜，布线图案，电极或触点，所述金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及量为0.1-3重量％的其它元素的合金，所述其它元素选自于Al，Cu，Ta，Cr，Ti和Co中之一种或多种。
通过将Pd添加至Ag中并且使Pd均匀混合至Ag的晶界，有可能改善整体Ag的抗蚀性性能。通过添加选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种元素，有可能降低电阻率。所述第三种元素能够抑制电阻率的增加速度。改善抗蚀性性能需添加的元素量为0.1-3重量％。
有可能通过AgPd合金中加入0.1-3重量％的选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种元素来获得一种合金。这种合金保持了纯Ag的极优异的导热性。这种合金适用于传统的膜形成方法例如溅射法、蒸发法、CVD法和电镀法。这种合金可以很容易地借助湿式腐蚀技术和干式腐蚀技术形成图案。这种合金能够在高温下保持稳定状态。
在优选的实施方案中，有可能提供一种以具有比现有材料更低电阻率，更能稳定运行以及更优异的可处理性为特征的用于电子部件的金属材料。
在优选的实施方案中，有可能提供其布线图案、电极或触点使用用于电子部件的金属材料的电子部件，其中，所述材料的特征在于低的电阻率，稳定的运行状态以及优异的可处理性。
在优选的实施方案中，有可能提其布线图案，电极或触点使用用于电子部件的金属材料的电子设备，其中，所述的材料的特征在于低的电阻率，稳定的运行状态以及优异的可加处理性。
这种三元合金允许采用磷酸基的腐蚀溶液如H3PO4+HNO3+CH3COOH进行腐蚀。有可能通过添加水，硝酸铈和硝酸银以及磷酸、在硝酸和醋酸来控制腐蚀速率。
在优选的实施方案中，有可能提供一种除传统布图技术外的适合于这种类型的金属材料的布图技术。
这种三元合金允许在含氯的气氛中进行干式腐蚀处理。例如，可以在含氯气氛中如Cl2，CCl4，BCl3和SiCl4中进行RIE(反应性离子蚀刻)和等离子体蚀刻。
在优选的实施方案中，能够提供一种除传统布图技术外的适用于这种类型的金属材料的布图技术。
这种三元合金难于在含氟气氛中进行干式腐蚀，因此，该合金就具有在此类气氛中不受损害的优点。能够防止在含氟气氛如CF4，C3F8，C4F8和SF6中借助RIE或等离子体蚀刻腐蚀该三元合金。然而，能够对其它材料如Si，多晶Si，非晶Si，SiO2，Si3N4，Mo，W，Ta，Ti和Pt进行腐蚀。
在优选的实施方案中，本发明能够应用于包含这种类型的金属材料以及所述其它材料的元件并且能够提供最佳的布图技术。
在优选的实施方案中，本发明能够应用于金属材料的处理方法。能够采用比如蒸发，CVD等方法形成由这种合金构成的沉积层并且随后再进行合金化。这种合金的高温稳定性很好。在能够在采用各种成膜方法形成膜后，在高温处理期间保持稳定状态。这种合金能够应用于要求高温处理的各种元件，从而能够提供稳定且可处理性优良的布线图案等。
在优选的实施方案中，本发明能够应用于金属材料的处理方法。由这种类型的合金制成的布线图案、电极或触点形成在由W，Ta，Mo，铟锡氧化物，氮化钛，二氧化硅，氮化硅，Si或非晶硅制成的基体或沉积膜上。采用传统的处理方法能够确保充分的结合性能、能够提供以具有低电阻率，稳定运行状态和优异可处理性为特征的布线图案等。
在优选的实施方案中，本发明能够应用于金属材料的处理方法中。由这种类型的合金制成的布线图案，电极或触点能够直接形成在玻璃或塑料板上。在这种情形下，由于这种合金不易与氧作用，其电阻率的增加没有Al的那么大。因此，可以采用较容易的制造方法来有效形成具有低电阻率的布线图案。
在优选的实施方案中，本发明能够提供其反射膜，布线图案或电极由具有低电阻率，稳定运行状态，以及优异的可处理性和反射率的金属材料制成的电光学部件。
如上所述，根据本发明的金属材料可以是含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd以及总量为0.1-3重量％的元素如Al的合金。能够提供用于电子部件的金属材料，使用这种金属材料的电子部件和设备，藉此，所述金属材料的特征在于比现有技术更低的电阻率，更高的稳定性和更优异的可处理性。
附图说明
图1是根据本发明的Ag合金可应用其中的液晶显示板的横截面示意图。
图2是根据本发明的Ag合金可应用其中的另一个液晶显示板的横截面示意图。
图3是根据本发明的Ag合金可应用其中的闪存元件的横截面示意图。
图4是应用本发明形成的电子部件的横截面示意图。
图5是另一个应用本发明形成的电子部件的横截面示意图；以及
图6是能够用来处理本发明的金属材料的溅射装置的示意图。
具体实施方式
现在，通过示例性实施例并参照附图，对本发明进行详细描述。
所述实施方案使用用于各种电子部件的金属材料，所述金属材料是一种含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd和总量为0.1-3重量％的其它元素的合金，其中所述其它元素选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中之一种或多种。在这种情形下，各种电子部件包括显示元件如透明液晶显示板，反射型液晶显示板，有机EL(电发光)板，等离子体显示器，使用微小镜子等的电光学部件，各种半导体元件，印刷布线板、芯片电容器，继电器等。这些合金适用于布线材料，电极材料，高反射膜材料，触点材料等，以及布线形成等过程所用的溅射靶材。
众所周知的是，能够通过将Pd添加至Ag中并且将Pd混合至Ag的晶界来改善整体Ag的抗蚀性性能。然而，只是添加Pd至Ag来确保充分的抗蚀性性会增加电阻率。能够通过添加一种或多种选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中的元素来降低电阻率或抑制电阻率的增加。改善抗蚀性需要添加0.1-3重量％的所述第三种元素。此种元素添加量超过3重量％会损坏抗蚀性能。
具有改善的抗蚀性能的银合金保持了纯Ag在金属元素中具有最优异的导电性，导热性和反射性的特征。该合金能够提供具有优异抗蚀性能，低电阻率，高导热性和高反射性的金属材料。
特别是，当所合金应用于布线材料时，从上述元素中选择添加元素能够确保获得布线材料所要求的3μΩcm或更低的电阻率。已知的是实际可用的布线材料的判据是不超过广泛使用的AlSi合金的电阻率。一次试验的电阻率结果为1.6μΩcm或更高。根据需要，能够确保获得此种AlSi合金所要求的低于3.5μΩcm或更低的电阻率。
这种银合金不是一种共晶反应型合金材料，而是一种完全固溶体。另外，从微观角度看，所述银合金能够稳定地具有均匀的性能。所述完全固溶体金属合金保持了Ag的延展性。由于膜应力的有害作用很小，例如，应力在大于1μm的厚膜上或薄轧板上的出现几率降低。结果，与传统材料如Al，Mo，Cr，Ti，Ta和Cu相比，所述材料能够提供优异的可处理性，高温下稳定的运行状态以及改善的可靠性。
至于Ag的处理方法，干式腐蚀使用氯基复合气体。湿式腐蚀使用硝酸基腐蚀剂。所述方法也可用于腐蚀根据本实施方案的Ag合金，能够采用应用于传统Ag合金的各种处理方法。
氯化的气体包括，比如，Cl2，CCl4，BCl3，SiCl4。在这些气氛中，RIE或等离子体蚀刻可用来处理根据本实施方案的Ag合金膜。使用氯化腐蚀气体的干式腐蚀方法可以应用于Ag基布线图案。随着腐蚀过程的进行，气体中的氯与Ag反应并在布线图案中的边界表面生成AgCL此AgCl不利于导电性和导热性。现已证实，根据本实施方案的Ag合金膜不会发生这种反应。
作为干式腐蚀气体广泛使用的HCl，Cl2，CCl4，BCl3和SiCl4中，最优选采用Cl2进行精细处理并且随后采用HCl和BCl3进行处理。使用混合气体可以改善干式腐蚀方法的处理效果，所述混合气体通过向任何所述气体中添加含碘气体如HI获得，即为Cl2+HI，HCl+HI或BCl3+HI。
在氯化的气体气氛中腐蚀能够在使用这种类型的金属材料制造电子部件的过程中提供一种最佳的布图技术。
所述三元合金在含氟但不含氯的气氛中难于进行干式腐蚀，因而具有避免受到此类气体损坏的优点。在气氛如CF4，C3F8，C4F8或SF6中的RIE或等离子腐蚀能够腐蚀其它材料如多晶Si，非晶Si，SiO2，Si3N4，Mo，W，Ti和Pt，而又不会对这种三元合金有任何影响。
在含氟而不含氯的气氛中的处理允许对除所述三元合金之外的部分进行选择性腐蚀。这种方法也提供了一种非常适用于这种类型的金属材料的布图技术。
目前，在液晶显示制造设备中的湿式腐蚀使用用于腐蚀纯Al等的含磷酸的腐蚀剂。磷酸腐蚀剂包括，比如，H3PO4+HNO3+CH3COOH。采用这种腐蚀剂腐蚀传统的纯Ag或者包含作为主要组元的Ag的由两种或多种元素构成的合金很困难。
已被证实的是，这种磷的复合物可用来腐蚀含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd和0.2-3重量％的元素Cu或Ti的合金。可以有效采用传统的Al基腐蚀设备进行腐蚀。与现有技术类似，也可以通过添加水，硝酸铈和硝酸银以及磷酸，硝酸和醋酸来控制腐蚀速率。
腐蚀之后的后处理比如水洗可以采用与纯Al，Al合金等相同的方法。与腐蚀Al材料时相比，能够减小环境污染的可能性。
根据本发明的材料能够比传统材料如Al，Mo，Cr，Ti，Ta和Cu具有更好的可处理性。
这种Ag合金可以采用传统的膜形成方法如溅射法，蒸汽法，CVD法和电镀法来加以容易且可靠地形成。溅射法可以以比Al材料快约3倍的速度溅射这种Ag合金。这意味着就所述溅射法而言，该Ag合金具有薄膜形成速度快的特点。这样就能够缩短膜形成的时间以及整个生产所需要的时间。由于主要组元Ag是贵金属，因此，它可以比其它金属更容易地回收和循环。
对本发明而言，所述溅射装置1与典型地具有图1所示构形的溅射装置一起使用。参照图1，溅射装置1，由根据本发明的Ag合金制造的靶材元件5以及由靶材元件5发射的Ag合金沉积其上的基体6分布在真空室2中。当靶材元件5用使用水的冷却回路7进行冷却并且，比如，氩气经由供气口9进入真空室2，而同时，借助真空泵8将空气抽出真空室2时，在真空室2中进行溅射处理。磁控溅射法在由溅射装置1中的磁铁10产生的磁场中进行。
当采用溅射法，蒸发法等成膜时，需要加热来进行合金化。在300-750℃范围内的热处理能够形成具有低电阻率，高稳定性和优异可处理性的特征的金属膜。
对于处理方法来说，与基体材料的结合状况很重要。通过使用W，Ta，Mo，铟锡氧化物，氮化钛，氧化硅或氮化硅作为基体材料能够确保结合性能优异。对于各种半导体元件等而言，可以很容易地替代传统的Al基布线图案，而且还能够确保有利的性能。
当Al基薄膜直接在塑料或玻璃的上形成时，Al与氧反应导致电阻明显增大，即比整体材料的电阻值高2-3倍。然而，根据本发明的Ag合金几乎不与氧作用，而且会减小由于直接在塑料或玻璃上形成薄膜而引起的电阻率增加。能够通过在塑料或玻璃上直接形成布线图案等来获得具有优异性能的布线图案等。可以使用简单的制造方法来产生具有低电阻率的布线图案。
所述Ag合金能够应用于透明液晶显示板的布线图案。如果由于显示尺寸增大或清晰度增加而使得的布线长度增加和布线变得细密，则能够提供容易，安全的运行，改善的可靠性以及降低的功率消耗。
同时，在反射型液晶显示板中使用的反射膜要求对整个波长范围内的可见光具有高的反射率。对于Ag而言，它对波长为400nm的波长的光的反射率为约90％。然而，对AgPd(0.9重量％)Cu(1.0重量％)而言，其对波长为400nm的光的反射率降至约86％。可以在不损害化学稳定性的条件下，通过用Al来取代部分上述合金中所含有Cu，来使其对波长为400nm的光的反射率的降低程度最小。
含Ag合金例如AgPd(0.9重量％)Cu(0.7重量％)Al(0.7重量％)可使对上述波长的光的反射率改善至88％。因此，能够在不损害膜的化学稳定性的条件下，改善所述膜对约380-500nm的短波长范围的光的反射率。
因此，所述Ag合金能够应用于具有与透明液晶显示板相当效果的反射型液晶显示板的布线图案。将所述Ag合金应用于高反射膜能够稳定确保高反射率并且能够形成明亮的显示屏。
作为通过应用根据本发明的Ag合金获得的TFT液晶显示元件的一个实例，下面对反射型彩色液显示板进行简要介绍。如图2所示，反射型彩色液晶显示板11包含在玻璃基体11上顺序排列的反射电极13，液晶层14，透明电极15，滤色器06，玻璃基体17，相差膜18，极化板19和散射板20。反射电极13由上述Ag合金材料制成。
图2中的反射型彩色液晶显示板11利用的是反射电极13与散射板20的镜面，基本上，这种安排可以应用于任何与透明电极配对的电极。由根据本发明的Ag合金制成的反射电极当应用于反射型元件时，具有作为电极材料的低电阻率，高的运行可靠性以及高的反射率的优点。
或许毋须说明，液晶元件可以是反射型或透射型，根据本发明的Ag合金也可以用于后一种类型的液晶元件。附加地，根据本发明的Ag合金不仅能够用于如图2所示的液晶驱动电极，而且也可用于使用有源矩阵驱动系统的反射型彩色液晶显示板。
如上所述的反射型彩色液晶显示板，由于功率消耗速度低，可以优选用作移动电话机，PDA(个人数字助理)或某些其它移动信息终端的显示板。通过使用根据本发明的Ag合金形成并且在上述类型的液晶显示板中使用的TFT不需要配置Al或任何已知Al合金与某些其它材料反应或者扩散进入所述其它材料中的阻挡层。
如图3所示，上述类型的反射型彩色液晶显示板21具有形成于玻璃基体22上且被数据线23和字线24隔开的每个区域中的液晶层25。开关组件26与每个区域的液晶层25导电连接。如图3所示，反射型彩色液晶显示板21还包括在液晶层25上顺序分布的透明电极27，滤色器28和玻璃基体29。
根据本发明的Ag合金可以用于开关组件如TFT中的各种电极包括栅电极，漏电极和/或某些其它电极以及用于将所述电极连接的导线。另外，它也可以用于各种显示元件，包括电发光(EL)元件，存储发射元件(FED)和等离子体显示板(PDP)。
另外，根据本发明的Ag合金还可以优选用于反射型液晶显示膜，反射电极和连接液晶显示板中的此类电极的导线，用于栅电极，栅区的电极，漏区的电极和连接透射型液晶元件中的TFT中的此类电极的导线，以及用于等离子体显示元件中的反馈电极和将其连接的导线。
同样地，所述Ag合金可应用于光学调制元件如使用微小镜子的电光学部件的反射膜、电极或者布线图案。由于反射率高和电阻率低，因而能够形成可具有高亮度且快速运行的元件。
对于所述液晶显示板及各种半导体元件而言，所述Ag合金可以采用使用Ta的阳极氧化法进行处理。例如，一种使用这种银合金和Ta的2层结构能够提供充分小的电阻值。
图4示出了作为闪贮存器的最小储存单元工作的一个闪贮存器单元，根据本发明的Ag合金能够在该单元中应用。
如图4所示，闪贮存器单元包括在P型硅层31上形成的源区32和漏区33，以及浮栅34，控制栅35和由Ag合金制成的位线36。
尽管图4中的n型通道的金属氧化物半导体元件(nMOS：金属氧化物半导体)的位线36由Ag合金制成，但是，根据本发明的Ag合金的可应用范围并不仅限于nMOS的位线，还包括几乎所有电子元件例如P型通道金属氧化物半导体元件(PMOS)，双极晶体管，BiCMOS(互补型金属氧化物半导体元件)，薄膜晶体管以及使用铁电材料或铁磁材料的贮存器元件的导线。
根据本发明的Ag合金不仅可以用于作为如图4所示的元件顶层形成的单布线层的材料，而且也可以作为如图5和6所示的多层布线排列的材料。图5中的半导体元件具有三层排列型式，其中的第一层41，第二层42和第三层43均由Ag合金制成，并且以两层间穿插有绝缘层44的方式顺序排列。第一层41，第二层42和第三层43中的每一层均存在通孔45。
图6中的半导体元件也具有三层排列型式，典型地由多晶硅或硅化物制成的第一层51，第二层52和第三层53之间均插入有绝缘层，所述第二层52和所述第三层53均由Ag合金制成。另外，第一层51，第二层52和第三层53中的每一层均存在通孔55。
对于已知的多层布线排列，布线层典型地由多晶硅或硅的化合物如WSi2，MoSi2，或TaSi2制成，以确保在布线后的热加工过程中布线层的化学稳定性。然而，上面列出的材料存在电阻率高的缺点。尽管Al及Al合金具有比上述任何高熔点材料低得多的电阻率，但不足之处是它们的熔点低至660℃。鉴于此，根据本发明的Ag合金能够优选用于多层布线排列，原因在于银的熔点高达960℃，而且，所述合金在高温下化学稳定。
本发明可以应用的半导体元件包括CPU(中央处理单元)，MPU(微处理单元)，具有贮存器的LSI(大规模集成电路)，DRAM(动态随机存储器)，SRAM(静态RAM)，ROM(只读贮存器)，PROM(可编程ROM)，闪贮存器，FeRAM(铁电RAM)，MRAM(磁RAM)，门阵列，CCD(电荷耦合器件)，MOS图像传感器以及太阳能电池。
所述Ag合金也可以用于各种半导体元件的布线图案，而且，能够防止因布线长度增大和布线细密所引起的电阻值增加。这也能够降低功率消耗。也能够防止由于布线所引起的电压降并且能防止信号延迟，从而使各种性能及可靠性得到改善。
所述Ag合金也可以用于印刷布线板的布线图案，芯片部件电极，继电器触点等，以确保性能最佳和可靠性较高。
现在，对含Ag合金的四元素合金的类型及其作用进行讨论。当导线由Al或Al合金(如AlSi)制成时，导线会发生破断，这是因为导线在元件制造过程中需暴露在高温以及当导线长时间高电流密度使用时会出现称作Al原子迁移现象。然而，由根据本发明的Ag合金，特别是AgPdCuTi或AgPdCuCr制成的导线在原子迁移方面的性能很好。尤其是，AgPd(0.7-0.8重量％)Cu(0.5重量％)Ti(0.5重量％)和AgPd(0.7-0.8重量％)Cu(0.5重量％)Cr(0.5重量％)在原子迁移方面的性能极为优异。
[实施方案]
表2示出了上述银合金的电阻率大小和耐化学性。为比较，也示出了传统使用的纯Al，Al基合金和Ag合金的上述结果。
表2
    材料     电阻率     耐化学性
    Al     2.69     差
    Cu     1.7     差
    Ag     1.6     良好
    Au     2.3     优异
    Al-1wt％Cu     3.26     差
    Al-0.5wt％Si     3.45     差
    Al-0.5wt％Si-1wt％Cu     3.48     差
    Ag-2wt％Au     2.15     良好
    Ag-3wt％Pd     3.01     良好
    Ag-0.1wt％Pd-0.1wt％Cu     1.75     优异
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Cu     1.93     优异
    Ag-2.0wt％Pd-2.0wt％Cu     2.44     优异
    Ag-3.0wt％Pd-0.1wt％Cu     2.98     优异
    Ag-0.1wt％Pd-3.0wt％Cu     1.96     优异
    Ag-3.0wt％Pd-3.0wt％Cu     2.76     优异
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Cr     3.44     优异
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Si     3.51     优异
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Ti     2.34     优异
用于上述测试的试样的制备过程为：采用RF溅射法在二氧化硅板上形成具有上述各种组成的膜，然后，在真空条件下，于300℃热处理3小时。所有试样上的膜厚均为300nm。采用四控针法测量室温下的电阻值。
所述金属材料中，Ag的电阻率最低。将其它元素添加至Ag中会增大电阻率。作为参考，电阻增加值是以使用最广泛的AlSi合金的电阻率3.5μΩcm为基础进行计算的。当Pd添加量为0.1-3重量％和Cu添加量为0.1-3重量％时，AgPdCu合金满足这一判据。在Cu与Pd的添加量相同的条件下，添加Cu所引起的电阻率增大程度比添加Pd时小。当将Cu添加至AgPd合金时，会出现添加Cu使电阻率降低的情形。
为了研究采用除溅射法以外的成膜方法成膜时电阻率的大小，我们采用蒸发法，电镀法和CVD法获得了Ag-1.0重量％Pd-1.0重量％Cu膜。采用上述测量方法对电阻进行了测量。测量结果表面，采用蒸发法，电镀法及CVD法获得的所有试样的电阻率范围为1.90-12.98μΩcm。已发现，能够形成几乎相同的膜，而与成膜方法无关。
表3示出了成膜后但未退火的电阻率结果。本次测量采用溅射法在聚丙烯基体上形成150nm厚的膜。当在这种塑料基体上成膜时，由于薄膜性能，与氧反应以及其它原因，Al基合金使电阻值明显增大。其电阻率比整体材料大2-3倍。
表3
    材料     电阻率[μΩcm]
    Al     6.23
    Ag     2.56
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Cr     7.31
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Si     7.45
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Ti     5.34
    Ag-0.9wt％Pd-1.0wt％Cu     3.23
相反，根据本发明的Ag合金几乎不与氧作用，从而使电阻率保持在最高为整体材料的1.6倍的水平。所获得的电阻率低至2.56μΩcm。当将Cr，Si，Ti和Cu添加至AgPd中形成合金时，添加材料对电阻率和电阻率的增加速率有不同影响。加Cr和Si可使电阻率超过Al。添加Cu和Ti获得的电阻率比Al低。特别是，Cu的添加可获得3.23μΩcm充分低的电阻率。
表4示出了各种膜材料的耐化学性的评价结果。表2耐化学性一列总结了表4中的评价结果。本评价试验中，将试样在室温下分别浸泡在3％NaCl，5％NaOH，1％KOH和1％H2SO4的溶液中，时间达24小时。24小时后，对试样进行肉眼观测。
表4
    材料     3％NaCl     5％NaOH
    Au     无变化     无变化
    Al     完全反应     完全反应
    Al-1.0wt％Cu     完全反应     完全反应
    Al-0.5wt％Si     完全反应     完全反应
    Al-0.5wt％Si-1.0wt％Cu     完全反应     完全反应
    Ag     完全反应     变色
    Ag-2wt％Au     完全反应     变色
    Ag-3wt％Pd     轻微变色     变色
    Ag-0.1wt％Pd-0.1wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-3.0wt％Pd-0.1wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-1.0wt％Pd-0.1wt％Cu     无变化     无变化
    Ag-2.0wt％Pd-2.0wt％Cu     无变化     无变化
    Ag-0.1wt％Pd-3.0wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-3.0wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化     无变化
    材料     1％KOH     1％H2SO4
    Au     无变化     无变化
    Al     完全反应     完全反应
    Al-1.0wt％Cu     完全反应     完全反应
    Al-0.5wt％Si     完全反应     完全反应
    Al-0.5wt％Si-1.0wt％Cu     完全反应     完全反应
    Ag     变色     轻微变色
    Ag-2wt％Au     变色     轻微变色
    Ag-3wt％Pd     变色     轻微变色
    Ag-0.1wt％Pd-0.1wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-3.0wt％Pd-0.1wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-1.0wt％Pd-1.0wt％Cu     无变化     无变化
    Ag-2.0wt％Pd-2.0wt％Cu     无变化     无变化
    Ag-0.1wt％Pd-3.0wt％Cu     轻微变色     轻微变色
    Ag-3.0wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化     无变化
除Au之外，传统材料Al，AlCu，AlSi和AlCuSi均丧失了金属光泽或变成了无光泽白色和透明色。这意味着这些材料与各种化学物质发生了反应。相反，通过添加少量的Pd和Cu(0.1重量％)，AgPdCu合金的耐化学性得到极大改善，其表面上只有较微的颜色变化。也已发现，增加Pd和Cu的添加量可以将耐化学性改善至表面不会出现任何变化的程度。
表5和6示出的是稳定性与热处理的关系以及长期稳定性的评价结果。每个试样均采用溅射法在玻璃片上沉积而成。在将试样置于600℃的100％的氧气氛中，长达24小时后，肉眼观察样品获得表5中的评价结果。表6中的评价结果则是依据将样品置于90℃的85％的湿度的气氛中1000小时后肉眼观察样品获得的。
表5
    材料     试验结果
    Au     无变化
    Cu     变黑
    Al     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-1.0wt％Cu     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-0.5wt％Si     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-0.5wt％Si-1.0wt％Cu     变成无光泽白色，完全氧化
    Ag     变黄
    Ag-2wt％Au     变黄
    Ag-3wt％Pd     变黄
    Ag-0.1wt％Pd-0.1wt％Cu     无变化
    Ag-3.0wt％Pd-0.1wt％Cu     无变化
    Ag-1.0wt％Pd-1.0wt％Cu     无变化
    Ag-2.0wt％Pd-2.0wt％Cu     无变化
    Ag-0.1wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化
    Ag-3.0wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化
表6
    材料     试验结果
    Au     无变化
    Cu     变黑
    Al     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-1.0wt％Cu     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-0.5wt％Si     变成无光泽白色，完全氧化
    Al-0.5wt％Si-1.0wt％Cu     变成无光泽白色，完全氧化
    Ag     变黑
    Ag-2wt％Au     变黑
    Ag-3wt％Pd     变黑
    Ag-0.1wt％Pd-0.1wt％Cu     无变化
    Ag-3.0wt％Pd-0.1wt％Cu     无变化
    Ag-1.0wt％Pd-1.0wt％Cu     无变化
    Ag-2.0wt％Pd-2.0wt％Cu     无变化
    Ag-0.1wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化
    Ag-3.0wt％Pd-3.0wt％Cu     无变化
如表5所示，含有0.1-3.0重量％Pd和0.1-3.0重量％Cu的AgPdCu合金在这种恶劣的高温环境下未见有任何变化。除上述这些试验之外，将相同的材料置于750℃的100％氧的气氛中达24小时。同样，在这种条件下，也未观察到任何变化。
根据上述试验，发现相应材料在约750℃的高温处理期间很稳定。在膜形成后，所述材料不随温度发生变化，未生成保护膜，从而使膜形成后的后热处理得以简化。
也发现，所述材料在高温潮湿条件下也很稳定，从而确保其用作布线材料等时具有充分的可靠性。
表7示出了光刻蚀期间的耐化学性的评价结果。本次评价中，试样通过在Si基体上形成150nm厚的Ag-0.9重量％Pd-1.0重量％Cu膜来形成。将所述试样进行抗蚀剂显影，此为普通刻法之一。然后，进行抗蚀剂焙烧以观察薄膜电阻的变化。实际上，作为一种显影的方法，以所述试样浸泡在5％的NaOH溶液中，该溶液为显影液的主要组元。作为一种抗蚀剂焙烧方法，带有抗蚀剂的试样在120℃下焙烧30分种。
表7
  状态 膜形成后 在5％NaOH溶液(显影剂组元)浸泡后 120℃下焙烧30分钟(抗蚀剂焙烧)
  电阻(Ω/□)     0.17     0.17     0.17
如表7所示，在上述每个处理过程前后，所述试样的薄膜电阻没能变化。已发现，所述试样能够应用于传统的光刻法并且能够稳定处理。
表8示出了AgPdCu膜与底层膜材料的结合性能的评价结果。为了评价结合性能，通过使用膜Ti，Cr，W，Ta和Mo，氧化物和氮化物如ETO(铟锡氧化物)，氮化钛，氮化硅，氧化硅和非晶硅形成底层膜材料，然后在所述基体上形成AgPdCu膜，来制备所需试样。底层膜厚度为100nm。AgPdCu膜厚度为300nm。为了进行评价，采用胶带进行了剥离试验。然后，在硝酸盐溶液中腐蚀所述试样并且对缺陷如膜的剥落进行肉眼观测。
表8
    基体材料     膜剥离试验
    Ti     严重剥离
    Cr     轻微剥离
    W     无剥离
    Ta     无剥离
    Mo     无剥离
    ITO     无剥离
    TiN     无剥离
    SiN     无剥离
    SiO2     无剥离
    非晶硅     无剥离
评价结果表明，除了Ti基体之外，均可获得良好的结合性能。尽管在Cr基体上可看到轻微剥落，但可以认为通过优选处理过程如对成膜条件进行，能够获得良好的结合性能。
除了表8中的结合性能评价之外，也通过在基板上直接形成AgPdCu膜对其与基板本身的结合状况进行了评价、根据这次评价结果，在玻璃板如钠玻璃和石英玻璃，硅晶片板，以及塑料板如聚碳酸酯，聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯上均未观察到有剥落发生。已发现，当这些材料用于基板时，可以落得良好的结合性能。
表9示出了根据RF磁控溅射法的成膜速度的评价结果。本次评价中，使用的Ag合金分别用作3英寸溅射靶材的每种成膜材料制备而成。膜在距离靶材94mm处的基板上形成，并且对时间进行测定直至基体的膜厚达100nm。
表9
    膜材料 膜形成功率(W)   膜形成时间    膜厚(nm)
    AgPdCu     300     75秒     100
    Ag     300     86秒     100
    Au     300     104秒     100
    Cu     300     145秒     100
    Al     300     273秒     100
评价结果表明，采用AgPdCu靶材的成膜速度比采用Al靶材时快约3倍。已发现，采用AgPdCu而非Al作为金属材料可以使成膜时间减少三分之一，并且也可使制造时间缩短。
评价结果也表明，成膜速度比采用Ag作靶材时也有所改善。与所述传统的成膜材料相比，基板上的温度几乎未升高，由此可知，塑料基板是可用的。
上述实施方案对添加一种选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中的元素时的情形进行了介绍。本发明并非受此所限。概括地，本发明可以应用于含有总量为0.1-3重量％的选自于Al，Au，Pt，Cu，Ta，Cr，Ti，Ni，Co和Si中的多种元素的合金。
上述实施方案介绍了采用溅射法等形成膜时的情况，本发明并非受此所限。在概括地讲，本发明可以应用于其它的膜形成方法以及甚至是厚膜的形成方法。

Claims (22)

1.用于电子部件的金属材料，它含作为主要组元的Ag，并且：
所述金属材料包括含有0.1-3重量％Pd和总量为0.1-3重量％的一种或多种选自于Cu，Cr和Ti中的元素的合金。
2.根据权利要求1的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种布线材料。
3.根据权利要求1的用于电子部件的金属材料，其中：电阻率为1.75μΩcm到3.51μΩcm。
4.根据权利要求1的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种电极材料。
5.根据权利要求1的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种触点材料。
6.根据权利要求1的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种溅射靶材。
7.用于电子部件的金属材料，它含作为主要组元的Ag，并且：所述金属材料包括含有0.1-3重量％Pd和0.1-3重量％的一种选自Cu，Cr和Ti的元素的三元合金。
8.根据权利要求7的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种布线材料。
9.根据权利要求7的用于电子部件的金属材料，其中：电阻率为1.75μΩcm到3.51μΩcm。
10.根据权利要求7的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种电极材料。
11.根据权利要求7的用于电子部件的金属材料，其中：所述用于电子部件的金属材料是一种溅射靶材。
12.具有由特定金属材料制成的布线图案、电极或触点的电子部件，其中：所述金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd和总量为0.1-3重量％的一种或多种选自于Cu，Cr和Ti中的元素的合金。
13.根据权利要求12的电子部件，其中：所述布线图案，电极或触点通过采用含有磷酸的溶液的腐蚀方法形成。
14.根据权利要求12的电子部件，其中：所述布线图案，电极或触点通过在含氯的气氛中的腐蚀方法形成。
15.根据权利要求12的电子部件，其中：除了所述布线图案、电极和触点之外的部分采用在含氟气氛中的腐蚀方法进行处理。
16.根据权利要求12的电子部件，其中：所述布线图案，电极或触点在300-750℃的温度范围进行热处理。
17.具有由特定金属材料制成的布线图案、电极、或触点的电子设备，其中：所述金属材料包括含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd和总量为0.1-3重量％的一种或多种选自于Cu，Cr和Ti的元素的合金。
18.根据权利要求17的电子设备，其中：在所述布线图案，电极，或触点通过采用含磷酸溶液的的腐蚀方法形成。
19.根据权利要求17的电子设备，其中：所述布线图案，电极，或触点采用在含氯气氛中的腐蚀方法形成。
20.根据权利要求17的电子设备，其中：除所述布线图案、电极、或触点之外的部分采用在含氟的气氛中的腐蚀方法进行处理。
21.根据权利要求17的电子设备，其中：所述布线图案、电极、或触点在300-750℃的温度范围进行热处理。
22.一种电光学部件，其特征在于使用由金属膜制成的反射膜或电极或布线材料，所述金属膜由含有作为主要组元的Ag，0.1-3重量％Pd和总量为0.1-3重量％的一种或多种选自于Cr和Ti的元素的合金制备而成。
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