JP2007186779A - Al-Ni-B ALLOY WIRING MATERIAL, AND ELEMENT STRUCTURE USING THE SAME - Google Patents

Al-Ni-B ALLOY WIRING MATERIAL, AND ELEMENT STRUCTURE USING THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an Al-based alloy wiring material which, in a display device comprising a thin-film transistor and a transparent electrode layer, can be bonded directly to a transparent electrode layer such as ITO and IZO and also can be bonded directly to a semiconductor layer such as n<SP>+</SP>-Si. <P>SOLUTION: The Al-Ni-B alloy wiring material has a composition in which the nickel content and the boron content are within the ranges satisfying inequalities 0.5≤X≤10.0, 0.05≤Y≤11.0, Y+0.25X≥1.0 and Y+1.15X≤11.5 (wherein X represents the content of nickel in atomic percentage (at%) and Y represents the content of boron in atomic percentage (at%)) and the balance is composed of aluminum. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本願発明は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスの素子に用いられるAl系合金配線材料に関し、特に、薄膜トランジスタや透明電極を備える表示デバイスに好適なAl−Ni−B合金の配線材料及びそれを用いた素子構造に関する。   The present invention relates to an Al-based alloy wiring material used for an element of a display device such as a liquid crystal display, and in particular, an Al-Ni-B alloy wiring material suitable for a display device including a thin film transistor and a transparent electrode, and an element using the same Concerning structure.

近年、液晶ディスプレイに代表される薄型テレビなどの表示デバイスには、その構成材料としてアルミニウム(以下、単にAlと記載する場合がある)系合金の配線材料が広く普及している。この理由は、Al系合金配線材料の比抵抗値が低く、配線加工が容易な特性を有することによる。   2. Description of the Related Art In recent years, wiring materials made of aluminum (hereinafter sometimes simply referred to as “Al”)-based alloys are widely used as constituent materials in display devices such as thin-screen televisions typified by liquid crystal displays. This is because the specific resistance value of the Al-based alloy wiring material is low and the wiring process is easy.

例えば、アクティブマトリックスタイプの液晶ディスプレイの場合、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略称する)や、ITO(Indium Tin Oxide)或いはIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明電極(以下、透明電極層と称する場合がある)と、Al系合金配線材料より形成された配線回路(以下、配線回路層と称する場合がある)とから素子が構成される。このような素子構造では、Al系合金配線材料による配線回路を、透明電極と接合させる部分やTFT内におけるn−Si(リンドープの半導体層)と接合させる部分が存在する。 For example, in the case of an active matrix type liquid crystal display, a thin film transistor (Thin Film Transistor, hereinafter abbreviated as TFT) as a switching element, a transparent electrode (hereinafter, referred to as Indium Tin Oxide), ITO (Indium Tin Oxide), or the like. An element is composed of a transparent circuit layer (sometimes referred to as a transparent electrode layer) and a wiring circuit formed from an Al-based alloy wiring material (hereinafter also referred to as a wiring circuit layer). In such an element structure, there are a portion where a wiring circuit made of an Al-based alloy wiring material is bonded to a transparent electrode and a portion where n + -Si (phosphorus-doped semiconductor layer) is bonded in the TFT.

現在使用されているAl系合金配線材料では、上述のような素子を構成する場合、Al系合金配線材料に形成されるアルミニウム酸化物の影響を考慮し、配線回路と透明電極との間に、モリブデン(Mo)やチタニウム(Ti)などの高融点金属材料を、いわゆるキャップ層として形成している。また、n−Siのような半導体層と配線回路との接合においては、製造工程中の熱プロセスにより、AlとSiとが相互拡散することを防止すべく、半導体層と配線回路との間に、上記キャップ層と同じモリブデン(Mo)やチタニウム(Ti)などの高融点金属材料を介在させるようにしている。 In the Al-based alloy wiring material currently used, when configuring the element as described above, considering the influence of aluminum oxide formed in the Al-based alloy wiring material, between the wiring circuit and the transparent electrode, A refractory metal material such as molybdenum (Mo) or titanium (Ti) is formed as a so-called cap layer. In addition, in the junction between a semiconductor layer such as n + -Si and a wiring circuit, in order to prevent Al and Si from interdiffusion due to a thermal process during the manufacturing process, the semiconductor layer and the wiring circuit are not connected. In addition, a refractory metal material such as molybdenum (Mo) or titanium (Ti), which is the same as the cap layer, is interposed.

図1を参照しながら、上記した素子構造について具体的に説明する。図1には、液晶ディスプレイに関するa−SiタイプのTFT断面概略図を示している。このTFT構造では、ガラス基板1上に、ゲート電極部Gを構成するAl系合金配線材料からなる電極配線回路層2と、MoやMo−Wなどからなるキャップ層3とが形成されている。そして、このゲート電極部Gには、その保護としてSiNxのゲート絶縁膜4が設けられている。また、このゲート絶縁膜4上には、a−Si半導体層5、チャネル保護膜層6、n−Si半導体層7、キャップ層3、電極配線回路層2、キャップ層3が順次堆積され、適宜パターン形成されることにより、ドレイン電極部Dとソース電極部Sとが設けられる。このドレイン電極部Dとソース電極部Sとの上には、素子の表面平坦化用樹脂またはSiNxの絶縁膜4’が被覆される。さらに、ソース電極部S側には、絶縁層4’にコンタクトホールCHが設けられ、その部分にITOやIZOの透明電極層7’が形成される。このような電極配線回路層2にAl系合金配線材料を用いる場合では、n−Si半導体層7と電極配線層2との間やコンタクトホールCHにおける透明電極層7’と電極配線層2との間に、キャップ層3を介在させる構造となっている。 The above element structure will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an a-Si type TFT relating to a liquid crystal display. In this TFT structure, an electrode wiring circuit layer 2 made of an Al-based alloy wiring material constituting the gate electrode portion G and a cap layer 3 made of Mo, Mo—W, or the like are formed on the glass substrate 1. The gate electrode portion G is provided with a SiNx gate insulating film 4 as protection. On the gate insulating film 4, an a-Si semiconductor layer 5, a channel protective film layer 6, an n + -Si semiconductor layer 7, a cap layer 3, an electrode wiring circuit layer 2, and a cap layer 3 are sequentially deposited. A drain electrode portion D and a source electrode portion S are provided by appropriately forming a pattern. On the drain electrode portion D and the source electrode portion S, an element surface flattening resin or SiNx insulating film 4 ′ is coated. Further, on the source electrode portion S side, a contact hole CH is provided in the insulating layer 4 ′, and a transparent electrode layer 7 ′ of ITO or IZO is formed in that portion. In the case where an Al alloy wiring material is used for such an electrode wiring circuit layer 2, the transparent electrode layer 7 ′ and the electrode wiring layer 2 between the n + -Si semiconductor layer 7 and the electrode wiring layer 2 and in the contact hole CH The cap layer 3 is interposed between the two.

この図1に示す素子構造では、Moなどのキャップ層を形成するため、材料や製造設備などのコストアップは避けられず、製造工程の複雑化が指摘されていた。そのため、本願出願人は、このような従来の素子構造におけるキャップ層の省略を可能とする技術を既に提案している(特許文献1参照)。この特許文献1では、ITOとの直接接合が可能となる、Al−C−Ni合金やAl−C−Ni−Si合金の配線材料を開示した。
特開2003−89864号公報
In the element structure shown in FIG. 1, since a cap layer of Mo or the like is formed, an increase in the cost of materials and manufacturing equipment is inevitable, and it has been pointed out that the manufacturing process is complicated. Therefore, the applicant of the present application has already proposed a technique that enables the omission of the cap layer in such a conventional element structure (see Patent Document 1). In this patent document 1, the wiring material of Al-C-Ni alloy and Al-C-Ni-Si alloy which can be directly joined with ITO was disclosed.
JP 2003-89864 A

しかしながら、上記特許文献1のAl系合金配線材料では、ITOやIZOなどの透明電極層との直接接合は可能となるものではあるが、n−Siなどの半導体層と直接接合させる場合にあっては十分に満足できる特性を備えるものではなかった。例えば、Al系合金配線材料からなる配線回路層と半導体層とを直接接合した際に、接合界面においてAlとSiとの拡散現象などが生じ、接合特性を満足できない傾向を示すことがあった。 However, the Al-based alloy wiring material disclosed in Patent Document 1 can be directly bonded to a transparent electrode layer such as ITO or IZO. However, when it is directly bonded to a semiconductor layer such as n + -Si. However, they did not have sufficiently satisfactory characteristics. For example, when a wiring circuit layer made of an Al-based alloy wiring material and a semiconductor layer are directly bonded, a diffusion phenomenon between Al and Si may occur at the bonding interface, and the bonding characteristics may not be satisfied.

より具体的には、図1で示した素子構造のキャップ層を省略した場合には、次のような特性を満足するAl系合金配線材料が要求される。図1の素子構造におけるゲート電極Gの電極配線回路層2については、図示はないが引き出し配線部分でITOなどの透明電極層との直接接合が可能である必要があり、望ましくは350℃以上の耐熱性を満足することが要求される。その理由は、ゲート電極Gの上に形成するゲート絶縁膜を形成する際に、高温の熱履歴が加わるため、350℃以上の温度においても、電極配線回路層がヒロックなどの欠陥を生じないような耐熱性が必要となるからである。また、図1の素子構造におけるドレイン電極部Dやソース電極部Sの電極配線回路層2については、ITOなどの透明電極層との直接接合が可能であり、且つ、n−Siなどの半導体層との直接接合が可能であることが要求される。このn−Siなどの半導体層との直接接合では、200℃以上の熱履歴が加わってもAlとSiとの拡散現象などが生じないことが必要とされる。そして、このドレイン電極部Dやソース電極部Sの電極配線回路層2では、250℃程度の熱履歴が加わっても、ヒロックなどの欠陥を生じない耐熱性も要求される。さらに、ゲート電極部G、ドレイン電極部D、ソース電極部S、その他の配線部分を形成するAl系合金配線材料には、当然に、比抵抗が低い特性、即ち、10μΩ・cm以下、望ましくは5μΩ・cm以下の比抵抗値を満足することが要求されるのである。つまり、このような要求特性をすべからく満足するAl系合金配線材料が切望されているのが現状である。 More specifically, when the cap layer of the element structure shown in FIG. 1 is omitted, an Al-based alloy wiring material that satisfies the following characteristics is required. The electrode wiring circuit layer 2 of the gate electrode G in the element structure of FIG. 1 needs to be able to be directly bonded to a transparent electrode layer such as ITO at the lead wiring portion, although not shown in the drawing. It is required to satisfy heat resistance. The reason is that, when a gate insulating film formed on the gate electrode G is formed, a high-temperature thermal history is added, so that the electrode wiring circuit layer does not cause defects such as hillocks even at a temperature of 350 ° C. or higher. This is because a high heat resistance is required. Further, the electrode wiring circuit layer 2 of the drain electrode portion D and the source electrode portion S in the element structure of FIG. 1 can be directly bonded to a transparent electrode layer such as ITO, and a semiconductor such as n + -Si. It is required that direct bonding with the layer is possible. In direct bonding with a semiconductor layer such as n + -Si, it is necessary that a diffusion phenomenon between Al and Si does not occur even when a thermal history of 200 ° C. or higher is applied. The electrode wiring circuit layer 2 of the drain electrode portion D and the source electrode portion S is also required to have heat resistance that does not cause defects such as hillocks even when a thermal history of about 250 ° C. is applied. Furthermore, the Al-based alloy wiring material for forming the gate electrode portion G, drain electrode portion D, source electrode portion S, and other wiring portions naturally has a low specific resistance, that is, 10 μΩ · cm or less, preferably It is required to satisfy a specific resistance value of 5 μΩ · cm or less. That is, the present situation is that an Al-based alloy wiring material that satisfies all of the required characteristics is desired.

また、従来のAl系合金配線材料では、配線回路中に金属間化合物などの析出物が存在し、この析出物の存在により透明電極層(画素電極)との直接接合が可能となることが推測されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、Al系合金配線材料により形成した配線回路中の析出物が、どのような分散状態であるときに直接接合に影響をするのかは、本願発明者等の知る限りでは明確に解明されてはいない。そのため、より理想的な直接接合を実現するために、このAl系合金配線材料における析出物に関しても、さらなる現象解明を要求されているのが現状である。
特開2004−214606号公報
In addition, in the conventional Al-based alloy wiring material, deposits such as intermetallic compounds exist in the wiring circuit, and it is assumed that the presence of this deposit enables direct bonding to the transparent electrode layer (pixel electrode). (For example, refer to Patent Document 2). However, as far as the inventors of the present application know, it is not clear whether the precipitates in the wiring circuit formed from the Al-based alloy wiring material directly affect the bonding when in a dispersed state. Not in. Therefore, in order to realize more ideal direct bonding, it is the present situation that further phenomenon elucidation is required for the precipitates in the Al-based alloy wiring material.
JP 2004-214606 A

そして、従来のAl系合金配線材料においては、配線回路を形成する際にスパッタリングにより成膜したAl系合金膜の表面がかなり荒れた状態になることが知られている。このような荒れた表面状態においては、そのAl系合金膜上に、透明電極層や半導体層などを直接積層した場合、その積層する材料によるカバレッジが良好に行えないこと、すなわち、表面凹凸の凹部分に積層される材料で完全に被覆できないことが懸念されている。そのため、配線回路を形成するAl系合金膜の表面状態を平滑にする技術についても更なる検討が要求されている。   And in the conventional Al type alloy wiring material, when forming a wiring circuit, it is known that the surface of the Al type alloy film formed by sputtering will be considerably roughened. In such a rough surface state, when a transparent electrode layer, a semiconductor layer, or the like is directly laminated on the Al-based alloy film, coverage by the laminated material cannot be satisfactorily performed, that is, the surface unevenness There is concern that it cannot be completely covered with the material laminated to the part. For this reason, further studies are required for a technique for smoothing the surface state of the Al-based alloy film forming the wiring circuit.

本願発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、薄膜トランジスタや透明電極層を備える表示デバイスにおいて、ITOやIZOなどの透明電極層との直接接合が可能であるとともに、n−Siなどの半導体層と直接接合が可能なAl系合金配線材料を提供するものである。そして、Al系合金配線材料により形成された配線回路層が、透明電極層或いは半導体層と直接接合された構造を有する表示デバイスの素子に関し、直接接合した際のコンタクト抵抗値の増加や接合不良を生じさせることのない、表示デバイスの素子構造を提案するものである。 The present invention has been made in the background as described above, and in a display device including a thin film transistor and a transparent electrode layer, it can be directly bonded to a transparent electrode layer such as ITO or IZO, and n + − An Al-based alloy wiring material that can be directly bonded to a semiconductor layer such as Si is provided. In addition, regarding a display device element having a structure in which a wiring circuit layer formed of an Al-based alloy wiring material is directly bonded to a transparent electrode layer or a semiconductor layer, an increase in contact resistance value or a bonding failure when directly bonded. The present invention proposes an element structure of a display device that does not occur.

本願発明者等は、Al−Ni系合金に関して鋭意検討したところ、Al−Ni合金に、所定量のボロン(B)を含有させることにより上記課題が解決できることを見出し、本願発明を想到するに至った。   The inventors of the present application have conducted intensive studies on Al-Ni alloys, and found that the above-mentioned problems can be solved by adding a predetermined amount of boron (B) to the Al-Ni alloy, leading to the present invention. It was.

本願発明は、アルミニウムにニッケル及びボロンを含有したAl−Ni−B合金配線材料において、ニッケル含有量をニッケルの原子百分率Xat%とし、ボロン含有量を原子百分率Yat%とした場合、
式 0.5≦X≦10.0・・・・・・(1)
0.05≦Y≦11.0・・・・・(2)
Y+0.25X≧1.0・・・・・(3)
Y+1.15X≦11.5・・・・(4)
の各式を満足する領域の範囲内にあり、残部がアルミニウムであるAl−Ni−B合金配線材料である。尚、本願発明におけるAl−Ni−B合金配線材料は、以下に述べる本願発明の奏する効果を逸脱しない範囲において、例えば、材料製造工程或いは配線回路形成工程や素子製造工程などで混入する可能性のあるガス成分やその他の不可避不純物の混入を妨げるものではない。
In the present invention, in the Al-Ni-B alloy wiring material containing nickel and boron in aluminum, when the nickel content is the atomic percentage Xat% of nickel and the boron content is the atomic percentage Yat%,
Formula 0.5 ≦ X ≦ 10.0 (1)
0.05 ≦ Y ≦ 11.0 (2)
Y + 0.25X ≧ 1.0 (3)
Y + 1.15X ≦ 11.5 (4)
This is an Al—Ni—B alloy wiring material that is in the range of the region satisfying each of the formulas, with the balance being aluminum. The Al—Ni—B alloy wiring material in the present invention may be mixed in, for example, a material manufacturing process, a wiring circuit forming process, an element manufacturing process, or the like, without departing from the effects of the present invention described below. It does not prevent the mixing of certain gas components and other inevitable impurities.

ニッケルは、熱処理によりアルミニウムとの金属間化合物を形成し、透明電極層との直接接合における接合特性を良好にする作用を有する。但し、ニッケル含有量が多くなると、配線回路自体の比抵抗が高くなり実用的でなくなる。また、ニッケル含有量が少ないと、アルミニウムとの金属間化合物の生成量が減少し、透明電極層との直接接合ができなくなり、耐熱性(熱によるAl系合金配線材料の塑性変形発生に対する抑止作用)も低下する傾向となる。これらのことからニッケル含有量は上記(1)式を満足する必要がある。   Nickel has an effect of forming an intermetallic compound with aluminum by heat treatment to improve the bonding characteristics in direct bonding with the transparent electrode layer. However, when the nickel content is increased, the specific resistance of the wiring circuit itself is increased and becomes impractical. Also, if the nickel content is low, the amount of intermetallic compound produced with aluminum decreases, making direct bonding to the transparent electrode layer impossible, and heat resistance (suppressing action against plastic deformation of Al-based alloy wiring materials due to heat) ) Also tends to decrease. Therefore, the nickel content needs to satisfy the above formula (1).

具体的には、ニッケル含有量が10.0at%を超えると、配線材料の比抵抗値が大きくなりすぎるとともに、ディンプルと呼ばれる窪み状の欠陥が配線材料表面に形成され易く、耐熱性を確保できなくなる傾向とある。また、0.5at%未満であると、いわゆるヒロックと呼ばれる突起物が配線材料表面に形成され易くなり、耐熱性を確保できなくなる傾向となる。このディンプルとは、Al系合金配線材料を熱処理した際に生じる応力ひずみによって材料表面に形成される微小な窪み状の欠陥のことをいい、このディンプルが発生すると、接合特性に悪影響を与え、接合信頼性が低下する。一方、ヒロックとは、ディンプルとは逆に、Al系合金配線材料を熱処理した際に生じる応力ひずみによって材料表面に形成される突起物であるが、このヒロックが発生しても、接合特性に悪影響を与え、接合信頼性が低下する。このディンプルとヒロックとは、熱によるAl系合金配線材料の塑性変形である点で共通するものであり、総称してストレスマイグレーションと呼ばれる現象で、これらの欠陥の発生レベルによりAl系合金配線材料の耐熱性を判断することができる。   Specifically, when the nickel content exceeds 10.0 at%, the specific resistance value of the wiring material becomes too large, and a dimple-like defect called dimple is easily formed on the surface of the wiring material, and heat resistance can be secured. There is a tendency to disappear. On the other hand, if it is less than 0.5 at%, a so-called hillock projection is likely to be formed on the surface of the wiring material, and the heat resistance tends not to be ensured. This dimple is a micro-dent defect formed on the surface of the material due to stress strain generated when heat treating Al-based alloy wiring material. When this dimple is generated, it adversely affects the bonding characteristics and Reliability decreases. On the other hand, hillocks, contrary to dimples, are protrusions that are formed on the material surface due to stress strain generated when heat treating Al-based alloy wiring material. Even if hillocks occur, the bonding characteristics are adversely affected. And the bonding reliability is lowered. These dimples and hillocks are common in that they are plastic deformation of the Al-based alloy wiring material due to heat, and are collectively referred to as a stress migration phenomenon. Heat resistance can be judged.

そして、本願発明のように、アルミニウムに、ニッケルに加えてボロンを含有させると、n−Siなどの半導体層と直接接合をした際に、接合界面におけるAlとSiとの相互拡散を効果的に防止する作用を奏する。また、このボロンは、ニッケルと同様に耐熱性にも作用する。ボロンは、11.00at%を超える含有量であると配線回路自体の比抵抗が高くなり実用的でなくなる。逆に、0.05at%未満の含有量であると、AlとSiとの相互拡散の防止能力が低下し、半導体層との直接接合ができなくなる。具体的には、半導体層とAl−Ni−B合金配線材料を直接接合し、所定温度で熱処理した際に、接合部分においてAlとSiとの相互拡散が生じ易くなるのである。さらに加えて、ディンプルも発生し易い傾向となる。そのため、ボロンの含有量は上記(2)の式を満足する必要がある。 And, when boron is contained in aluminum in addition to nickel as in the present invention, the interdiffusion between Al and Si at the bonding interface is effective when directly bonded to a semiconductor layer such as n + -Si. It has the effect of preventing. Moreover, this boron acts on heat resistance similarly to nickel. If the boron content exceeds 11.00 at%, the specific resistance of the wiring circuit itself becomes high and becomes impractical. On the other hand, when the content is less than 0.05 at%, the ability to prevent mutual diffusion between Al and Si is lowered, and direct bonding with the semiconductor layer is not possible. Specifically, when a semiconductor layer and an Al—Ni—B alloy wiring material are directly bonded and heat-treated at a predetermined temperature, mutual diffusion between Al and Si is likely to occur at the bonded portion. In addition, dimples tend to occur easily. Therefore, the boron content needs to satisfy the formula (2).

また、本願発明者等は、半導体層と直接接合した場合であって、240℃を超える温度の熱プロセスにおいても、その接合界面でAlとSiとの相互拡散を確実に防止するためには、上記(3)式を満足する必要があることを見出した。そして、Al−Ni−B合金配線材料自体の比抵抗を10μΩcm以下に確実に維持するためには、上記(4)式を満足する必要があることを見出した。   In addition, the inventors of the present application are the case where the semiconductor layer is directly bonded, and even in a thermal process at a temperature exceeding 240 ° C., in order to reliably prevent the mutual diffusion of Al and Si at the bonding interface, It has been found that the above formula (3) needs to be satisfied. And in order to maintain reliably the specific resistance of Al-Ni-B alloy wiring material itself to 10 microhm-cm or less, it discovered that it was necessary to satisfy said (4) Formula.

さらに、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%以上で、ボロン含有量が0.80at%以下であると、上述したディンプルの発生が極力抑制されたAl−Ni−B合金配線材料となり、半導体層や透明電極層に対しても直接接合をした際の接合信頼性を向上できる。より具体的には、350℃、30分間の熱処理を行った場合、Al−Ni−B合金配線材料の表面に生じるディンプルの発生率を1.6%以下に抑制できるため、より好ましいものとなる。   Further, in the range satisfying the above formulas (1) to (4), when the nickel content is 4.0 at% or more and the boron content is 0.80 at% or less, the above-described dimple generation is suppressed as much as possible. The resulting Al—Ni—B alloy wiring material can improve the bonding reliability when directly bonding the semiconductor layer and the transparent electrode layer. More specifically, when heat treatment is performed at 350 ° C. for 30 minutes, the dimple generation rate generated on the surface of the Al—Ni—B alloy wiring material can be suppressed to 1.6% or less, which is more preferable. .

上述したように、ディンプルとはAl−Ni−B合金配線材料を熱処理した際に配線材料表面に形成される微小な窪み状の欠陥であるが、本願発明者等は、Al−Ni−B合金配線材料に対し所定の熱処理を行った後、その材料表面を観察し、発生したディンプル(0.3〜0.5μm)を調査した。このディンプル調査において、観察視野内に発生した全ディンプルの面積を求め、観察視野におけるディンプルの占める面積比率をディンプル発生率として、配線材料の耐熱特性を調べた結果、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%以上であり、ボロン含有量が0.80at%以下であると350℃、30分間の熱処理を行った場合でも、ディンプルの発生率を1.6%以下に抑制できることを見出したのである。このディンプルは極力発生しないことが望ましいものであり、このディンプル発生率が低いと、表示デバイスの素子製造工程における熱プロセスを通過しても、半導体層や透明電極層との直接接合した接合界面において、接合欠陥などを発生しにくくなり、接合信頼性が向上するため、より好ましいものとなる。また、ディンプル発生率が1.6%以下に抑制されたものであると、例えば、半導体層と直接接合した構造を備えるTFTにおけるオン−オフ比(on/off比)が安定し、接続信頼性が向上するものと考えられる。尚、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料は、半導体層や透明電極層との直接接合に好適なものではあるが、例えば、半導体層側にMoなどの高融点金属材料からなるキャップ層を設けた素子構造において適用することを妨げるものではない。さらに、上述する半導体層や透明電極層との直接接合の用途以外に、いわゆる反射膜として、本願発明に係る本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料を適用することも可能である。   As described above, the dimple is a microscopic defect formed on the surface of the wiring material when the Al—Ni—B alloy wiring material is heat-treated. After performing a predetermined heat treatment on the wiring material, the surface of the material was observed, and the generated dimples (0.3 to 0.5 μm) were examined. In this dimple investigation, the area of all the dimples generated in the observation visual field was obtained, and the area ratio of the dimples in the observation visual field was used as the dimple generation rate. As a result, the heat resistance characteristics of the wiring material were investigated. When the nickel content is 4.0 at% or more and the boron content is 0.80 at% or less in the range satisfying the formula, even when heat treatment is performed at 350 ° C. for 30 minutes, the dimple generation rate is reduced. It has been found that it can be suppressed to 1.6% or less. It is desirable that this dimple is not generated as much as possible. If this dimple generation rate is low, even if it passes through the thermal process in the device manufacturing process of the display device, it is at the bonding interface directly bonded to the semiconductor layer or the transparent electrode layer. Further, it becomes difficult to generate a bonding defect and the like, and the bonding reliability is improved. Further, when the dimple occurrence rate is suppressed to 1.6% or less, for example, the on / off ratio (on / off ratio) in a TFT having a structure directly bonded to a semiconductor layer is stabilized, and connection reliability is improved. Is thought to improve. The Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention is suitable for direct bonding to a semiconductor layer or a transparent electrode layer. For example, a cap made of a refractory metal material such as Mo on the semiconductor layer side. This does not prevent application in an element structure provided with layers. Furthermore, in addition to the use for direct bonding with the semiconductor layer and the transparent electrode layer described above, the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention according to the present invention can be applied as a so-called reflective film.

さらに、本願発明者等は、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%〜6.0at%で、ボロン含有量が0.20at%〜0.80at%であると、半導体層と直接接合させる際に、特に好適なAl−Ni−B合金配線材料となることを見出した。   Further, the inventors of the present application have a nickel content of 4.0 at% to 6.0 at% and a boron content of 0.20 at% to 0.00 in the range satisfying the above formulas (1) to (4). It has been found that when it is 80 at%, it becomes a particularly suitable Al—Ni—B alloy wiring material when directly bonding to the semiconductor layer.

Al系合金配線材料からなる配線回路層と半導体層とを直接接合した際には、接合界面においてAlとSiとの拡散現象が生じることが知られているが、本願発明者等の研究によると、この相互拡散の影響によって、直接接合した際の接合界面に変質層が形成される現象を確認したのである。この変質層とは、Al系合金配線材料と半導体層とを直接接合し、所定の熱処理を加えた後、Al系合金配線材料を剥離して、その半導体層表面を観察した際に、半導体層表面に認められる黒点となった変質部分、或いは半導体層表面の変色や荒れなどの状態(本明細書においては、このような半導体層表面を変質層と称する)のことをいう。この変質層は、熱処理温度が高くなるほど発生し易くなる傾向があり、実用上200℃以上の熱処理(30分間)で発生しないことが望ましい。また、CVDにより絶縁層を形成する際に加わる熱履歴を考慮すると、240℃〜300℃の高温域においても変質層が生じないことが望ましく、さらに、素子の製造工程における各熱履歴の加わる製造条件の適用範囲に余裕を持たせるためには、330℃以上での変質層の発生が抑制されていることが望ましいものと考えられる。そこで、このような変質層を生じない組成範囲を検討した結果、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%〜6.0at%で、ボロン含有量が0.20at%〜0.80at%であると、330℃、30分間の熱処理においても変質層の形成が抑制される傾向を見出した。そして、この組成範囲では配線材料自体の比抵抗値も5μΩcm以下となる。つまり、このような組成範囲であれば、上述したようにディンプルの発生が極めて抑制され、比抵抗値も低いものとなるので、半導体層との直接接合を実現するためのAl−Ni−B合金配線材料として、実用上、非常に好適なものとなる。   It is known that when a wiring circuit layer made of an Al-based alloy wiring material and a semiconductor layer are directly bonded, a diffusion phenomenon between Al and Si occurs at the bonding interface. As a result, a phenomenon in which a deteriorated layer is formed at the bonding interface when directly bonded is confirmed by the influence of the mutual diffusion. This altered layer refers to a semiconductor layer formed by directly bonding an Al-based alloy wiring material and a semiconductor layer, applying a predetermined heat treatment, peeling off the Al-based alloy wiring material, and observing the surface of the semiconductor layer. This refers to an altered portion that is a black spot recognized on the surface, or a state such as discoloration or roughness of the surface of the semiconductor layer (in this specification, the surface of the semiconductor layer is referred to as an altered layer). This deteriorated layer tends to be generated more easily as the heat treatment temperature becomes higher, and it is preferable that the deteriorated layer is not generated by heat treatment (30 minutes) at 200 ° C. or higher. Further, in consideration of the thermal history applied when forming the insulating layer by CVD, it is desirable that a deteriorated layer does not occur even in a high temperature range of 240 ° C. to 300 ° C. Further, the manufacturing in which each thermal history is added in the device manufacturing process In order to provide a margin for the application range of conditions, it is considered desirable to suppress the generation of a deteriorated layer at 330 ° C. or higher. Therefore, as a result of examining a composition range in which such a deteriorated layer does not occur, the nickel content is 4.0 at% to 6.0 at% in the range satisfying the above formulas (1) to (4), and boron is contained. When the amount was 0.20 at% to 0.80 at%, it was found that the formation of the deteriorated layer was suppressed even in heat treatment at 330 ° C. for 30 minutes. In this composition range, the specific resistance value of the wiring material itself is 5 μΩcm or less. In other words, in such a composition range, as described above, the generation of dimples is extremely suppressed and the specific resistance value is low. Therefore, an Al—Ni—B alloy for realizing direct bonding with the semiconductor layer. As a wiring material, it is very suitable for practical use.

また、本願発明者等は、半導体層の表面状態変化に関して調査した。この調査は、直接接合して熱処理した後に、Al系合金配線材料を剥離して露出させた半導体層の表面粗さRz(十点平均粗さ、JIS B0601:1994)と、直接接合前の半導体層表面粗さRzとを比較することで行った。この表面状態変化の調査結果より、本願発明のAl合金配線材料では、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%〜6.0at%で、ボロン含有量が0.20at%〜0.80at%とした組成範囲であれば、直接接合前の半導体層表面粗さ値を1とした場合、直接接合して熱処理後の露出させた半導体層表面粗さ値を1.5倍以下の変化量にすることができることを、更に見出したのである。   Further, the inventors of the present application investigated the change in the surface state of the semiconductor layer. In this investigation, the surface roughness Rz (10-point average roughness, JIS B0601: 1994) of the semiconductor layer exposed by peeling and exposing the Al-based alloy wiring material after direct bonding and heat treatment, and the semiconductor before direct bonding This was done by comparing the layer surface roughness Rz. From the investigation results of the surface state change, the Al alloy wiring material of the present invention has a nickel content of 4.0 at% to 6.0 at% within the range satisfying the above formulas (1) to (4). When the content is in the composition range of 0.20 at% to 0.80 at%, when the semiconductor layer surface roughness value before direct bonding is 1, the semiconductor layer surface roughness exposed after direct bonding and heat treatment It was further found out that the value can be changed by a factor of 1.5 or less.

この半導体層の表面粗さの変化量は、SiとAlとの相互拡散に直接関連するパラメータとなるものかは明確には把握できていないものの、熱処理温度が高くなるほどその変化量が大きくなることは確認されている。また、半導体層の表面状態が変化することは、TFTにおけるスイッチング特性に影響することが予想される。つまり、TFTにおけるオン−オフ比(on/off比)の変化に繋がるものと推測され、半導体層との直接接合をして熱処理を行っても、半導体層の表面状態があまり変化しないことが、トランジスタのスイッチング特性を良好に維持できることが予想される。そのため、直接接合して熱処理した後に、Al系合金配線材料を剥離して露出させた半導体層の表面粗さRzが、直接接合前の半導体層表面粗さ値を1としたときに、直接接合前の半導体層表面粗さ値の1.5倍以下の変化量となることが、TFTのスイッチング特性などを考慮した接続信頼性を十分に確保できるものと考えられる。尚、本願発明では、直接接合における半導体層の表面状態変化に関し、その表面状態を特定する際に表面粗さRzを採用しているが、JIS B0601などに記載されている表面性状パラメータ、例えば、表面粗さRa(算術平均粗さ)などのパラメータを採用することもできる。   Although it is not clear whether the amount of change in the surface roughness of the semiconductor layer is a parameter directly related to the interdiffusion between Si and Al, the amount of change increases as the heat treatment temperature increases. Has been confirmed. In addition, the change in the surface state of the semiconductor layer is expected to affect the switching characteristics of the TFT. That is, it is presumed that this leads to a change in the on-off ratio (on / off ratio) in the TFT, and the surface state of the semiconductor layer does not change so much even if heat treatment is performed with direct bonding to the semiconductor layer. It is expected that the switching characteristics of the transistor can be maintained well. Therefore, when the surface roughness Rz of the semiconductor layer exposed by peeling off the Al-based alloy wiring material after direct bonding and heat treatment is 1 when the surface roughness value of the semiconductor layer before direct bonding is 1, direct bonding is performed. It is considered that the connection reliability considering the switching characteristics of the TFT can be sufficiently ensured that the amount of change is 1.5 times or less of the previous semiconductor layer surface roughness value. In the present invention, regarding the surface state change of the semiconductor layer in the direct bonding, the surface roughness Rz is adopted when specifying the surface state, but the surface property parameter described in JIS B0601 etc., for example, Parameters such as surface roughness Ra (arithmetic average roughness) can also be employed.

そして、本願発明者等は、Al系合金配線材料が透明電極層や半導体層と直接接合された構造を有する表示デバイスの素子構造に関し、直接接合した際のコンタクト抵抗値の増加や接合不良を生じさせる要因として、Al系合金膜の表面粗度Raについて研究したところ、半導体層および/または透明電極層と直接接合される前記配線回路を構成するAl−Ni−B合金配線材料により形成されたAl−Ni−B合金膜の表面粗度Raが2.0Å〜20.0Åであることが望ましいことを見出した。本願発明のAl系合金配線材料により形成されたAl−Ni−B合金膜の表面粗度Raが2.0Å未満であると、透明電極層を直接接合した際にその接合強度が低くなり、一方、20.0Åを超えると、コンタクト抵抗値が大きくなる傾向が顕著となることが認められたのである。尚、この表面粗度Raは、成膜後におけるAl−Ni−B合金膜の表面の粗さをいう。表示デバイスの製造方法によっては、成膜されたAl−Ni−B合金膜には、スタガ構造の場合は半導体層或いは逆スタガ構造の場合は透明電極層がさらに成膜される構造となる。尚、この表面粗度Raは、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)により非接触測定を行い、JIS B0601−1982準拠してRaを算出したものである。   Then, the inventors of the present application relate to an element structure of a display device having a structure in which an Al-based alloy wiring material is directly bonded to a transparent electrode layer or a semiconductor layer, resulting in an increase in contact resistance or a bonding failure when directly bonded. As a factor to make the surface roughness Ra of the Al-based alloy film, Al was formed by the Al—Ni—B alloy wiring material constituting the wiring circuit directly bonded to the semiconductor layer and / or the transparent electrode layer. It has been found that the surface roughness Ra of the Ni-B alloy film is desirably 2.0 to 20.0. When the surface roughness Ra of the Al—Ni—B alloy film formed of the Al-based alloy wiring material of the present invention is less than 2.0 mm, the bonding strength is lowered when the transparent electrode layer is directly bonded. It was recognized that when the value exceeds 20.0 mm, the tendency of increasing the contact resistance value becomes remarkable. The surface roughness Ra is the surface roughness of the Al—Ni—B alloy film after film formation. Depending on the manufacturing method of the display device, the deposited Al—Ni—B alloy film has a structure in which a semiconductor layer is further formed in the case of a staggered structure or a transparent electrode layer is formed in the case of an inverted staggered structure. The surface roughness Ra is obtained by performing non-contact measurement with an atomic force microscope (AFM) and calculating Ra according to JIS B0601-1982.

本願発明のAl−Ni−B合金配線材料により形成されたAl−Ni−B合金膜に関しては、その膜厚が1000Å〜3000Åであることが望ましいものである。Al−Ni−B合金膜厚が1000Å未満であると、配線回路を形成した際の実効抵抗値が実用的レベルを満足することが困難となり、3000Åを超えるとAl−Ni−B合金膜上に積層する上層のカバレッジが不均一となることから、実用的な素子構造を形成することが困難となる傾向があるためである。   Regarding the Al—Ni—B alloy film formed of the Al—Ni—B alloy wiring material of the present invention, it is desirable that the film thickness is 1000 to 3000 mm. If the Al—Ni—B alloy film thickness is less than 1000 mm, it is difficult to satisfy the practical level of the effective resistance when the wiring circuit is formed. This is because the coverage of the upper layer to be laminated becomes non-uniform, and it tends to be difficult to form a practical element structure.

更に加えて、本願発明者等の研究によると、本願発明のAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層では、素子を構成した際の配線回路層中に分散析出する析出物が偏析することなく均一に分散していることを見出した。   In addition, according to the study by the inventors of the present application, in the wiring circuit layer formed of the Al—Ni—B alloy wiring material of the present invention, precipitates that are dispersed and precipitated in the wiring circuit layer when the element is configured are present. It was found that the particles were uniformly dispersed without segregation.

本願発明者等の研究では、従来提唱されているAl系合金配線材料の特定の組成においては配線回路中に析出する化合物、いわゆる金属間化合物が偏析する傾向があることを確認している。例えば、上記特許文献2に開示されたNdを含むAl−Ni−Nd合金配線材料では、素子を形成した際の熱処理によって、配線回路層中の析出物が偏析する傾向を示すのである(図5参照)。   In the research by the inventors of the present application, it has been confirmed that a compound that precipitates in a wiring circuit, that is, a so-called intermetallic compound tends to segregate in a specific composition of an Al-based alloy wiring material that has been proposed conventionally. For example, in the Al—Ni—Nd alloy wiring material containing Nd disclosed in Patent Document 2, precipitates in the wiring circuit layer tend to segregate due to the heat treatment when the element is formed (FIG. 5). reference).

このように、配線回路層中に析出物の偏析が起こると、配線回路層との接合位置によっては直接接合における接合特性が良好とならないことが懸念される。つまり、配線回路層中に析出する金属間化合物が直接接合における接合抵抗等に影響を与えるので、透明電極層や半導体層が、配線回路層の偏析を生じている部分に直接接合される場合と、偏析のない部分に直接接合される場合とでは、その接合特性に相違が生じることになる。また、Al系合金配線材料により成膜した薄膜をエッチングして配線回路を形成する場合、偏析の生じた部分と偏析のない部分とのエッチング速度の違いから、適正な形状の配線回路を形成できないことも生じる。   Thus, when segregation of precipitates occurs in the wiring circuit layer, there is a concern that the bonding characteristics in direct bonding may not be improved depending on the bonding position with the wiring circuit layer. In other words, since the intermetallic compound precipitated in the wiring circuit layer affects the bonding resistance in direct bonding, the transparent electrode layer and the semiconductor layer are directly bonded to the segregated portion of the wiring circuit layer. In the case of being directly joined to a portion without segregation, the joining characteristics are different. In addition, when a wiring circuit is formed by etching a thin film formed with an Al-based alloy wiring material, a wiring circuit having an appropriate shape cannot be formed due to a difference in etching rate between a segregated portion and a non-segregated portion. It also happens.

一方、本願発明のAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層では、素子を構成した際に、Ni化合物が分散析出し、このNi化合物が、配線回路層断面における配線回路層厚み方向と直交する線分上において、その存在率が、配線回路層の厚み方向で25%〜45%となるのである。つまり、配線回路層の厚み全体においてNi化合物が偏析する傾向を示さないのである(図6参照)。そのため、上述したAl−Ni−Nd合金配線材料のように、透明電極層や半導体層を直接接合させる場所を特定する必要が無く、また、適正な回路形状の配線回路をエッチングにより確実に形成できることとなる。   On the other hand, in the wiring circuit layer formed of the Al—Ni—B alloy wiring material of the present invention, the Ni compound is dispersed and deposited when the element is configured, and this Ni compound has a wiring circuit layer thickness in the section of the wiring circuit layer. On the line segment orthogonal to the direction, the existence ratio is 25% to 45% in the thickness direction of the wiring circuit layer. That is, the Ni compound does not tend to segregate over the entire thickness of the wiring circuit layer (see FIG. 6). Therefore, unlike the Al-Ni-Nd alloy wiring material described above, it is not necessary to specify a place where the transparent electrode layer or the semiconductor layer is directly joined, and a wiring circuit having an appropriate circuit shape can be reliably formed by etching. It becomes.

本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層中に分散析出するNi化合物は、主にAlNi相の金属間化合物である。本発明者等がNi化合物を調査した結果、配線回路表面を走査電子顕微鏡(SEM)により観察した場合、大きさ20nm〜160nm径のものが存在し、各観察視野における平均粒径としては80nm〜140nmであることが確認された。また、そのNi化合物が観察視野を占める面積比は5〜20%であり、そのNi化合物の密度は1000個/100μm〜5000個/100μmであった。さらに、配線回路層断面を透過電子顕微鏡(TEM)により観察した場合、Ni化合物の大きさは、配線回路層厚み200nmに対して10%〜80%の径のものであり、各Ni化合物の相互間隔は10nm〜150nmの距離があった。 The Ni compound dispersed and precipitated in the wiring circuit layer formed of the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention is mainly an Al 3 Ni phase intermetallic compound. As a result of investigating the Ni compound by the present inventors, when the surface of the wiring circuit is observed with a scanning electron microscope (SEM), those having a size of 20 nm to 160 nm exist, and the average particle size in each observation field is 80 nm to It was confirmed to be 140 nm. Moreover, the area ratio which the Ni compound occupies the observation visual field was 5 to 20%, and the density of the Ni compound was 1000/100 μm 2 to 5000/100 μm 2 . Further, when the cross section of the wiring circuit layer is observed with a transmission electron microscope (TEM), the Ni compound has a diameter of 10% to 80% with respect to the wiring circuit layer thickness of 200 nm. The distance was 10 nm to 150 nm.

上記した本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料により、表示ディスプレイの素子を製造する場合には、ニッケル含有量をニッケルの原子百分率Xat%とし、ボロン含有量をボロンの原子百分率Yat%とした場合、上記式(1)〜(4)の各式を満足する領域の範囲内にあり、残部がアルミニウムであるスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。特に、上記(1)〜(4)式を満足する範囲のうち、ニッケル含有量が4.0at%〜6.0at%で、ボロン含有量が0.20at%〜0.80at%であるスパッタリングターゲットであれば、半導体層との直接接合に極めて好適な配線回路を容易に実現できる。このような組成のスパッタリングターゲットを用いる場合、スパッタリング時の成膜条件に多少左右されることもあるが、ターゲット組成とほぼ同じ組成のAl−Ni−B合金薄膜を容易に形成できる。   In the case of manufacturing a display device using the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention described above, the nickel content is set to an atomic percentage Xat% of nickel, and the boron content is set to an atomic percentage Yat% of boron. In this case, it is preferable to use a sputtering target that is in the range of the region satisfying each of the formulas (1) to (4) and the balance is aluminum. In particular, among the ranges satisfying the above formulas (1) to (4), a sputtering target having a nickel content of 4.0 at% to 6.0 at% and a boron content of 0.20 at% to 0.80 at%. Then, it is possible to easily realize a wiring circuit that is extremely suitable for direct bonding with the semiconductor layer. When a sputtering target having such a composition is used, an Al—Ni—B alloy thin film having almost the same composition as the target composition can be easily formed, although it may be somewhat affected by the film forming conditions during sputtering.

尚、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料は、上記したようにスパッタリング法により成膜することが実用的に望ましいが、他の異なる方法を採用しても良い。例えば、蒸着法、スプレーホーミング法などの乾式法によってもよく、本願発明のAl−Ni−B合金組成からなる合金粒子を配線材料として用い、エアロゾルディポジッション法で配線回路を形成することや、インクジェット法により配線回路を形成することなどが挙げられる。   In addition, although it is practically desirable to form the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention by sputtering as described above, other different methods may be adopted. For example, a dry method such as a vapor deposition method or a spray homing method may be used. An alloy particle made of the Al—Ni—B alloy composition of the present invention is used as a wiring material, and a wiring circuit is formed by an aerosol deposition method. For example, a wiring circuit may be formed by a method.

以上のように、本願発明によれば、Moなどの高融点金属材料からなるキャップ層を省略しても、ITOやIZOなどの透明電極層と直接接合できるとともに、薄膜トランジスタのn−Siなどの半導体層とも直接接合ができる配線回路を形成することが可能となる。特に、240℃を超える熱プロセスを加えた場合において、本願発明のAl−Ni−B合金配線材料からなる配線回路と半導体層とを直接接合した接合界面では、AlとSiとの相互拡散が抑制される。 As described above, according to the present invention, even if a cap layer made of a refractory metal material such as Mo is omitted, it can be directly bonded to a transparent electrode layer such as ITO or IZO, and n + -Si of a thin film transistor can be used. A wiring circuit that can be directly bonded to the semiconductor layer can be formed. In particular, when a thermal process exceeding 240 ° C. is applied, the interdiffusion between Al and Si is suppressed at the bonding interface where the wiring circuit made of the Al—Ni—B alloy wiring material of the present invention and the semiconductor layer are directly bonded. Is done.

加えて、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料は、耐熱性も極めて良好で、その比抵抗が10μΩcm以下と低いため、大画面化された表示ディスプレイの構成材料として極めて好適である。このようなことから、本願発明は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスの製造における材料面、設備面、工程面のすべての点においてコスト削減を可能とし、優れた特性を備えた表示デバイスを実現可能とする技術である。   In addition, since the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention has extremely good heat resistance and a specific resistance as low as 10 μΩcm or less, it is extremely suitable as a constituent material for a display with a large screen. For this reason, the present invention makes it possible to reduce costs in all aspects of materials, facilities, and processes in the production of display devices such as liquid crystal displays, and to realize a display device with excellent characteristics. Technology.

以下、本願発明における最良の実施形態について説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described.

第一実施形態:本実施形態では、表1に示す実施例及び比較例の各組成のAl−Ni−B合金配線材料についてスパッタリングにより膜形成し、その膜の特性評価を行った。スパッタリングターゲットは、アルミニウムに、表1記載の各組成の金属を混合して、真空中で溶解攪拌した後、不活性ガス雰囲気中で鋳造した後、得られたインゴットを圧延、成型加工をし、スパッタに供する表面を平面加工して製造したものを用いた。表1記載の各組成における膜の特性評価は、半導体層と直接接合した際のSi拡散耐熱性、膜の比抵抗、膜の350℃耐熱性、透明電極層と直接接合した際のITO接合性及びIZO接合性について行った。その結果を表1及び表2に示す。 First Embodiment: In this embodiment, films were formed by sputtering on Al—Ni—B alloy wiring materials having the compositions shown in Table 1 and the comparative examples, and the characteristics of the films were evaluated. The sputtering target was prepared by mixing the metals having the compositions shown in Table 1 with aluminum, dissolving and stirring in vacuum, casting in an inert gas atmosphere, rolling the obtained ingot, and molding the resulting ingot. A surface produced by processing the surface to be sputtered was used. The characteristics of the film in each composition shown in Table 1 are as follows: Si diffusion heat resistance when directly bonded to the semiconductor layer, specific resistance of the film, 350 ° C. heat resistance of the film, ITO bondability when directly bonded to the transparent electrode layer And IZO bondability. The results are shown in Tables 1 and 2.

以下に各特性評価の測定条件について説明する。
Si拡散耐熱性:この特性の評価サンプルには、ガラス基板上にn−Si半導体層(300Å)をCVDにより形成し、その半導体層上にスパッタリング(マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力3.0Watt/cm、アルゴンガス流量100sccm、アルゴン圧力0.5Pa)により、表1に示す各組成膜(2000Å)を形成したものを用いた。そして、評価サンプルを150〜350℃の温度域で10℃毎に熱処理温度を設定し、窒素ガス雰囲気中30分間の熱処理を行った後、リン酸系Alエッチング液(関東化学(株)社製、液温32℃のAl混酸エッチャント/組成(容量比)リン酸:蓚酸:酢酸:水=16:1:2:1)に10分間浸漬させることにより、上層に形成した各組成膜のみを溶解し、半導体層を露出させた。この露出した半導体層表面を光学顕微鏡(200倍)にて観察し、SiとAlとの相互拡散が生じているかを調べた。
The measurement conditions for each characteristic evaluation will be described below.
Si diffusion heat resistance: As an evaluation sample of this characteristic, an n + -Si semiconductor layer (300 Å) was formed on a glass substrate by CVD, and sputtering (magnetron sputtering apparatus, input power 3.0 Watt / What formed each composition film | membrane (2000 kg) shown in Table 1 by cm < 2 >, argon gas flow rate 100sccm, argon pressure 0.5Pa) was used. And after setting the heat processing temperature for every 10 degreeC in the temperature range of 150-350 degreeC and performing the heat processing for 30 minutes in nitrogen gas atmosphere for an evaluation sample, phosphoric acid type Al etching liquid (made by Kanto Chemical Co., Inc.) , By dissolving for 10 minutes in an Al mixed acid etchant / composition (volume ratio) phosphoric acid: succinic acid: acetic acid: water = 16: 1: 2: 1) at a liquid temperature of 32 ° C., only each composition film formed in the upper layer is dissolved. Then, the semiconductor layer was exposed. The exposed surface of the semiconductor layer was observed with an optical microscope (200 times) to examine whether mutual diffusion between Si and Al occurred.

図2及び図3には、露出した半導体層表面における、代表的な光学顕微鏡写真を示す。図2は相互拡散が全く認められない半導体層表面であり、図3は相互拡散の痕跡(写真中の黒点)が認められたものである。Si拡散耐熱性は、図3のような黒点が認められたサンプルを不良とし、図2のように相互拡散が全く認められなかったサンプルのうち、最も高い熱処理温度値をSi拡散耐熱性の評価の指標値として表2に記載した。   2 and 3 show typical optical micrographs on the exposed semiconductor layer surface. FIG. 2 shows the surface of the semiconductor layer where no interdiffusion is observed, and FIG. 3 shows the traces of interdiffusion (black spots in the photograph). As for the Si diffusion heat resistance, a sample with black spots as shown in FIG. 3 is regarded as defective, and among the samples where no mutual diffusion is recognized as shown in FIG. 2, the highest heat treatment temperature value is evaluated for Si diffusion heat resistance. The index values are shown in Table 2.

膜の比抵抗:表1記載の各組成膜の比抵抗値は、ガラス基板上にスパッタリング(条件は上記と同様)により単膜(厚み約0.3μm)を形成し、窒素ガス雰囲気中、300℃、30分間の熱処理を行った後、4端子抵抗測定装置により測定した。 Specific resistance of film: The specific resistance value of each composition film described in Table 1 is as follows: a single film (thickness of about 0.3 μm) is formed on a glass substrate by sputtering (the conditions are the same as above), and 300 in a nitrogen gas atmosphere. After performing a heat treatment at 30 ° C. for 30 minutes, the measurement was performed with a four-terminal resistance measuring device.

350℃耐熱性:表1記載の各組成膜の耐熱性は、ガラス基板上にスパッタリング(条件は上記と同様)により単膜(厚み約0.3μm)を形成し、窒素ガス雰囲気中、100℃〜400℃範囲の温度で、30分間の熱処理後、走査型電子顕微鏡(SEM:1万倍)で膜表面を観察して行った。また、このSEM観察は、各観察試料について観察範囲10μm×8μmを5視野確認するようにした。そして、350℃耐熱性の評価は、350℃、30分間の熱処理において、観察表面に径0.1μm以上の突起物(ヒロック)が確認されたか、或いは観察表面に窪み状部分(径0.3μm〜0.5μm)となったディンプルが4個以上確認されたものを×とした。突起物が全く無く、ディンプルが3個以下のものを○とした。 Heat resistance at 350 ° C .: The heat resistance of each composition film shown in Table 1 is as follows: a single film (thickness of about 0.3 μm) is formed on a glass substrate by sputtering (the conditions are the same as above), and 100 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. After heat treatment for 30 minutes at a temperature in the range of ˜400 ° C., the film surface was observed with a scanning electron microscope (SEM: 10,000 times). Moreover, this SEM observation was made to confirm five visual fields of observation range 10 micrometers x 8 micrometers about each observation sample. The heat resistance at 350 ° C. was evaluated by confirming that projections (hillocks) having a diameter of 0.1 μm or more were observed on the observation surface in a heat treatment at 350 ° C. for 30 minutes, or a depression-like portion (diameter 0.3 μm in the observation surface). A case where 4 or more dimples having a diameter of ~ 0.5 μm were confirmed was rated as x. A sample having no protrusions and having 3 or less dimples was marked as ◯.

ITO接合性:このITO接合性は、図4の概略斜視図に示すようにガラス基板上にITO(In−10wt%SnO)電極層(1000Å厚、回路幅10μm)を形成し、その上に各組成膜層(2000Å厚、回路幅10μm)をクロスするように形成した試験サンプル(ケルビン素子)を用いて評価した。 ITO bondability: The ITO bondability form a ITO (In 2 O 3 -10wt% SnO 2) electrode layer (1000 Å thick, circuit width 10 [mu] m) on a glass substrate as shown in the schematic perspective view of FIG. 4, It evaluated using the test sample (Kelvin element) formed so that each composition film layer (2000-thickness, circuit width 10micrometer) might be crossed on it.

この試験サンプルの作製は、まず、ガラス基板上に、前記組成の各Al系合金ターゲットを用い、上記スパッタリング条件にて、厚み2000ÅのAl系合金膜を形成した。このときのスパッタリング時の基板温度については、表6に示すように設定して各成膜を行った。そして、各Al系合金膜表面にレジスト(OFPR800:東京応化工業(株))を被覆し、10μm幅回路形成用パターンフィルムを配置して露光処理をし、濃度2.38%、液温23℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液(以下、TMAH現像液と略す)で現像処理をした。現像処理後、リン酸系混酸エッチング液(関東化学(株)社製)により回路形成を行い、ジメチルスルフォキシド(以下DMSOと略す)剥離液によりレジストの除去を行って、10μm幅のAl系合金膜回路を形成した。   For the production of this test sample, first, an Al-based alloy film having a thickness of 2000 mm was formed on a glass substrate under the sputtering conditions using each Al-based alloy target having the above composition. The substrate temperature during sputtering at this time was set as shown in Table 6 to perform each film formation. Then, the surface of each Al-based alloy film is coated with a resist (OFPR800: Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), a pattern film for forming a 10 μm wide circuit is disposed and exposed to light, and the concentration is 2.38% and the liquid temperature is 23 ° C. The film was developed with an alkali developer containing tetramethylammonium hydroxide (hereinafter abbreviated as TMAH developer). After the development process, circuit formation is performed with a phosphoric acid mixed acid etching solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and the resist is removed with a dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO) stripping solution. An alloy film circuit was formed.

そして、10μm幅のAl系合金膜回路を形成した基板を、純水洗浄、乾燥処理を行い、その表面にSiNxの絶縁層(厚み4200Å)を形成した。この絶縁層の成膜は、スパッタリング装置を用い、投入電力RF3.0Watt/cm、アルゴンガス流量90sccm、窒素ガス流量10sccm、圧力0.5Pa、基板温度300℃のスパッタ条件により行った。 Then, the substrate on which the 10 μm wide Al-based alloy film circuit was formed was subjected to pure water cleaning and drying treatment, and an SiNx insulating layer (thickness 4200 mm) was formed on the surface. This insulating layer was formed using a sputtering apparatus under sputtering conditions of an input power of RF 3.0 Watt / cm 2 , an argon gas flow rate of 90 sccm, a nitrogen gas flow rate of 10 sccm, a pressure of 0.5 Pa, and a substrate temperature of 300 ° C.

続いて、絶縁層表面にポジ型レジスト(東京応化工業(株)社製:TFR−970)を被覆し、10μm×10μm角のコンタクトホール開口用パターンフィルムを配置して露光処理をし、TMAH現像液により現像処理をした。そして、CFのドライエッチングガスを用いて、コンタクトホールを形成した。コンタクトホール形成条件は、CFガス流量50sccm、酸素ガス流量5sccm、圧力4.0Pa、出力150Wとした。 Subsequently, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: TFR-970) is coated on the surface of the insulating layer, a 10 μm × 10 μm square pattern film for opening a contact hole is placed, exposed, and subjected to TMAH development. Development processing was performed with the solution. Then, a contact hole was formed using a dry etching gas of CF 4 . The contact hole formation conditions were a CF 4 gas flow rate of 50 sccm, an oxygen gas flow rate of 5 sccm, a pressure of 4.0 Pa, and an output of 150 W.

上記したDMSO剥離液によりレジストの剥離処理を行った。そして、イソプロピルアルコールを用いて残存剥離液を除去した後、水洗、乾燥処理を行った。このレジストの剥離処理が終了した各サンプルに対し、ITOターゲット(組成In−10wt%SnO)を用いて、コンタクトホール内及びその周囲にITOの透明電極層を形成した。透明電極層の形成は、スパッタリング(基板温度70℃、投入電力1.8Watt/cm、アルゴンガス流量80sccm、酸素ガス流量0.7sccm、圧力0.37Pa)を行い、厚み1000ÅのITO膜を形成した。 The resist was stripped with the DMSO stripper described above. And after removing residual peeling liquid using isopropyl alcohol, it washed with water and performed the drying process. An ITO transparent electrode layer was formed in and around the contact hole by using an ITO target (composition In 2 O 3 -10 wt% SnO 2 ) for each sample after the resist peeling process was completed. The transparent electrode layer is formed by sputtering (substrate temperature 70 ° C., input power 1.8 Watt / cm 2 , argon gas flow rate 80 sccm, oxygen gas flow rate 0.7 sccm, pressure 0.37 Pa) to form an ITO film having a thickness of 1000 mm. did.

このITO膜表面にレジスト(東京応化工業(株)社製:OFPR800)を被覆し、パターンフィルムを配置して露光処理をし、TMAH現像液で現像処理をし、しゅう酸系混酸エッチング液(関東化学(株)社製:ITO05N)により10μm幅回路の形成を行った。ITO膜回路形成後、DMSO剥離液によりレジストを除去した。   The ITO film surface is coated with a resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: OFPR800), a pattern film is placed and exposed, developed with a TMAH developer, and an oxalic acid mixed acid etchant (Kanto). A 10 μm-wide circuit was formed by using Chemical Industries, Ltd. (ITO05N). After forming the ITO film circuit, the resist was removed with a DMSO stripping solution.

以上のような作製方法により得られた各試験サンプルを、大気雰囲気中、250℃、30分間の熱処理を行った後、図4に示す試験サンプルの矢印部分の端子部から連続通電(3mA)をして抵抗を測定した。このときの抵抗測定条件は、85℃の大気雰囲気中における、いわゆる寿命加速試験条件で行った。そして、この寿命加速試験条件の下、各試験サンプルにおいて、測定開始における初期抵抗値の100倍以上の抵抗値に変化した時間(故障時間)を調べた。この寿命加速試験条件で250時間を超えても故障しなかった試験サンプルを評価○とした。また、寿命加速試験条件の下、250時間以下で故障した試験サンプルを評価×とした。尚、上記した寿命加速試験については、JIS C 5003:1974、参照文献(著書名「信頼性加速試験の効率的な進め方とその実際」:鹿沼陽次 編著、発行所 日本テクノセンター(株))に準拠したものである。   Each test sample obtained by the manufacturing method as described above is subjected to a heat treatment at 250 ° C. for 30 minutes in an air atmosphere, and then continuous energization (3 mA) is performed from the terminal portion indicated by the arrow in the test sample shown in FIG. And measured the resistance. The resistance measurement conditions at this time were so-called life acceleration test conditions in an air atmosphere at 85 ° C. Then, under this life acceleration test condition, the time (failure time) during which each test sample changed to a resistance value 100 times or more the initial resistance value at the start of measurement was examined. A test sample that did not fail even after 250 hours under this accelerated life test condition was rated as “Good”. A test sample that failed in 250 hours or less under the life acceleration test condition was evaluated as x. In addition, about the above-mentioned life acceleration test, JIS C 5003: 1974, reference literature (book name "Efficient method of the reliability acceleration test and its practice": edited by Yoji Kanuma, publisher, Japan Techno Center Co., Ltd.) Is compliant.

IZO接合性:このIZO接合性は、上記IZO接合性評価と同様に、IZO(In−10.7wt%ZnO:1000Å厚、回路幅50μm)電極層の上に、各Al系合金膜層(2000Å厚、回路幅50μm)をクロスするように形成した試験サンプル(ケルビン素子)を用いて評価した。試験サンプルの作製条件は、上記ITO接合性と同様とした。この試験サンプルを、上記ITO接合性の場合と同様な寿命加速試験条件により抵抗を測定し、その寿命加速試験結果よりIZO接合性評価を行った。評価基準も上記ITO接合性と同様にした。 IZO bondability: This IZO bondability is the same as that of the IZO bondability evaluation described above, and each Al-based alloy film is formed on an IZO (In 2 O 3 −10.7 wt% ZnO: 1000Å thickness, circuit width 50 μm) electrode layer. Evaluation was performed using a test sample (Kelvin device) formed so as to cross the layer (thickness of 2000 mm, circuit width 50 μm). The test sample was prepared under the same conditions as the ITO bondability. The resistance of this test sample was measured under the same life acceleration test conditions as in the case of the ITO bondability, and IZO bondability was evaluated from the results of the life acceleration test. The evaluation criteria were also the same as the ITO bondability.

表1に示すように、本願発明に関する各実施例のAl−Ni−B合金配線材料では、比抵抗値が10μΩcm以下であり、本願発明の組成範囲を外れる比較例9、比較例11、比較例12については、10μΩcmを超える比抵抗値であった。また、表2に示すように、各実施例のAl−Ni−B合金配線材料では、Si拡散耐熱性は240℃以上あり、330℃の高温においても、接合界面にAlとSiとの相互拡散が認められないものが存在した。そして、表2に示すように、各実施例のAl−Ni−B合金配線材料では、ITO及びIZOの透明電極層との直接接合も可能であることが確認された。尚、このSi拡散耐熱性は、実用上200℃以上の熱処理で発生しないことが望ましく、CVDにより絶縁層を形成する際に加わる熱履歴を考慮すると、240℃〜300℃の高温域においても変質層が生じないことが望ましい。さらに、素子の製造工程における各熱履歴の加わる製造条件の適用範囲に余裕を持たせるためには、330℃以上でのSi拡散耐熱性を備えることが望ましいものである。   As shown in Table 1, in the Al—Ni—B alloy wiring material of each example relating to the present invention, the specific resistance value is 10 μΩcm or less, and Comparative Example 9, Comparative Example 11, and Comparative Example that deviate from the composition range of the present invention About 12, it was a specific resistance value exceeding 10 μΩcm. Further, as shown in Table 2, in the Al—Ni—B alloy wiring material of each example, the Si diffusion heat resistance is 240 ° C. or higher, and even at a high temperature of 330 ° C., mutual diffusion of Al and Si at the bonding interface. There was something that could not be recognized. As shown in Table 2, it was confirmed that the Al—Ni—B alloy wiring material of each example can be directly bonded to the ITO and IZO transparent electrode layers. In addition, it is desirable that this Si diffusion heat resistance is not practically generated by heat treatment at 200 ° C. or higher. Considering the thermal history applied when forming an insulating layer by CVD, the heat treatment is also altered in a high temperature range of 240 ° C. to 300 ° C. It is desirable that no layer occurs. Furthermore, it is desirable to have Si diffusion heat resistance at 330 ° C. or higher in order to provide a sufficient range of application of manufacturing conditions to which each thermal history is applied in the device manufacturing process.

一方、比較例1〜3の場合、比抵抗以外の特性がすべて実用上不十分であることが確認された。また、Al−Ni合金の比較例4及び5では、透明電極層との接合特性は良好なものの、耐熱性及びSi拡散耐熱性において不十分な特性であり、Niの含有量が高い比較例6では、膜比抵抗が10μΩcmを超えるものとなった。そして、本願発明の組成範囲外となる比較例7〜12の場合、ITOとの直接接合に問題があったり(比較例7)、Si拡散耐熱性が200℃以下であったり(比較例8、比較例10)、比抵抗値が10μΩcmを超え(比較例9、比較例11、比較例12)、総合的に満足できる膜特性とは言えなかった。また、ニッケルの代わりにシリコン(Si)を含有した比較例13では、Si拡散耐熱性ばかりでなく、透明電極層との接合性も悪くなる結果となった。さらに、本願出願人の提案した従来のAl−Ni−C合金配線材料(比較例14、比較例15)では、透明電極層との接合性は問題ないものの、耐熱性及びSi拡散耐熱性において不十分な特性であることが確認された。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, it was confirmed that all the characteristics other than the specific resistance were practically insufficient. In Comparative Examples 4 and 5 of the Al—Ni alloy, although the bonding characteristics with the transparent electrode layer are good, the characteristics are insufficient in heat resistance and Si diffusion heat resistance, and Comparative Example 6 having a high Ni content. Then, the film specific resistance exceeded 10 μΩcm. In the case of Comparative Examples 7 to 12 outside the composition range of the present invention, there is a problem in direct bonding with ITO (Comparative Example 7), or the Si diffusion heat resistance is 200 ° C. or less (Comparative Example 8, Comparative Example 10), the specific resistance value exceeded 10 μΩcm (Comparative Example 9, Comparative Example 11, Comparative Example 12), and it could not be said that the film characteristics were totally satisfactory. Further, in Comparative Example 13 containing silicon (Si) instead of nickel, not only the Si diffusion heat resistance but also the bonding property with the transparent electrode layer was deteriorated. Furthermore, the conventional Al—Ni—C alloy wiring materials proposed by the applicant of the present application (Comparative Example 14 and Comparative Example 15) have no problem in the heat resistance and Si diffusion heat resistance, although there is no problem in the bondability with the transparent electrode layer. It was confirmed that the characteristics were sufficient.

第二実施形態:この第二実施形態においては、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料の組成範囲に関し、膜の耐熱性及び半導体層の接合特性との関係を更に詳細に検討した結果について説明する。表3〜表5には、ニッケル含有量及びボロン含有量を変化させた際の、膜の比抵抗値、膜のディンプル発生率、半導体層と直接接合した際の変質層の発生状況及び半導体層表面の粗さ変化量を調べた結果を示している。 Second Embodiment: In the second embodiment, the composition range of the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention is the result of examining the relationship between the heat resistance of the film and the bonding characteristics of the semiconductor layer in more detail. Will be described. Tables 3 to 5 show the specific resistance value of the film when the nickel content and boron content are changed, the dimple generation rate of the film, the occurrence of the altered layer when directly bonded to the semiconductor layer, and the semiconductor layer. The result of investigating the surface roughness variation is shown.


















表3には、各組成における膜の比抵抗値及びディンプル発生率を示している。膜の比抵抗値の測定条件は、上記第一実施形態と同様である。また、ディンプル発生率は、上記第一実施形態における耐熱性評価と同様の条件で、熱処理温度350℃、400℃にした各評価サンプルをSEM観察して得られた結果である。但し、この第二実施形態における耐熱性評価は、上記第一実施形態の耐熱性評価よりも、さらに詳細な検討をするため、ディンプルの発生率を調べた。このディンプル発生率は、観察表面に窪み状部分(径0.3μm〜0.5μm)となったディンプルを検出し、その大きさ及び個数からディンプルの占める面積を算出し、観察面積に対する割合を求めた面積比率で代替した値である。このディンプル面積の計算については、観察表面に存在する窪み状部分を画像解析により二値化して、その窪み状部分を円に近似して行った。尚、このディンプルの深さは、幾つかのディンプルを測定したところ、約100Åであった。また、表3に示すディンプル発生率の値は、各観察試料についての観察範囲10μm×8μmの5視野における平均値を示している。   Table 3 shows the specific resistance value and dimple generation rate of the film in each composition. The measurement conditions of the specific resistance value of the film are the same as in the first embodiment. Further, the dimple generation rate is a result obtained by SEM observation of each evaluation sample having heat treatment temperatures of 350 ° C. and 400 ° C. under the same conditions as the heat resistance evaluation in the first embodiment. However, in the heat resistance evaluation in the second embodiment, the occurrence rate of dimples was examined in order to conduct a more detailed examination than the heat resistance evaluation in the first embodiment. The dimple occurrence rate is obtained by detecting dimples having a hollow portion (diameter: 0.3 μm to 0.5 μm) on the observation surface, calculating the area occupied by the dimples from the size and number of the dimples, and determining the ratio to the observation area. It is a value substituted by the area ratio. The calculation of the dimple area was performed by binarizing a hollow portion existing on the observation surface by image analysis and approximating the hollow portion to a circle. The depth of this dimple was about 100 mm when several dimples were measured. Moreover, the value of the dimple occurrence rate shown in Table 3 indicates an average value in five visual fields in the observation range of 10 μm × 8 μm for each observation sample.

表3の比抵抗値の結果より、ニッケルが6.0at%以下で、ボロンが0.80at%以下であると、5μΩcm以下となることが判明した。また、表3のディンプル発生率の結果から判るように、熱処理温度が高いほどその発生率が大きくなる傾向があり、また、ニッケルが多いほど発生率が小さくなる傾向が認められた。そして、ボロンが増加すると、ディンプルの発生率が大きくなる傾向が認められた。この表3の結果より、350℃、30分間の熱処理において、ディンプル発生率を1.6%以下とするためには、ニッケルが4.0at%以上で、ボロンが0.80at%以下であればよいことが判明した。   From the results of specific resistance values in Table 3, it was found that when nickel was 6.0 at% or less and boron was 0.80 at% or less, the value was 5 μΩcm or less. Further, as can be seen from the results of the dimple generation rate in Table 3, the higher the heat treatment temperature, the higher the generation rate, and the more nickel, the lower the generation rate. As boron was increased, the dimple generation rate tended to increase. From the results in Table 3, in order to reduce the dimple generation rate to 1.6% or less in a heat treatment at 350 ° C. for 30 minutes, nickel is 4.0 at% or more and boron is 0.80 at% or less. It turned out to be good.

次に、表4に示す接合界面における変質層の発生調査の結果について説明する。この変質層調査は、上記第一実施形態で説明したSi拡散耐熱性の評価と同様な条件で作成した評価サンプルを用いた。具体的には、ガラス基板上にn−Si半導体層(300Å)をCVDにより形成し、その半導体層上にスパッタリング(マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力3.0Watt/cm、アルゴンガス流量100sccm、アルゴン圧力0.5Pa)により、表4記載の各組成のAl−Ni−B合金膜(2000Å)を形成したものを用いた。そして、この評価サンプルを300、330、350℃の各温度で、窒素ガス雰囲気中30分間の熱処理を行った後、上述したリン酸系Alエッチング液を用いて、上層に形成したAl系合金膜のみを溶解し、半導体層を露出させた。この露出した半導体層表面を光学顕微鏡(200倍)にて観察し、図3に示した黒点となった変質部分の存在や、或いは半導体層表面の変色や荒れの状態を確認した。表4では、SiとAlとの相互拡散により多数黒点が認められたものを評価×、数個以下の黒点の存在或いは黒点は認められないのの観察表面の変色や、荒れた状態が認められたものを評価△、観察表面に黒点が全く無く、変色や荒れた表面状態が認められなかったものを評価○とした。 Next, the results of the investigation on the occurrence of a deteriorated layer at the joint interface shown in Table 4 will be described. In this deteriorated layer investigation, an evaluation sample created under the same conditions as the Si diffusion heat resistance evaluation described in the first embodiment was used. Specifically, an n + -Si semiconductor layer (300 () is formed on a glass substrate by CVD, and sputtering (magnetron sputtering apparatus, input power 3.0 Watt / cm 2 , argon gas flow rate 100 sccm, Argon pressure of 0.5 Pa was used to form an Al—Ni—B alloy film (2000 kg) having each composition shown in Table 4. And after performing heat processing for 30 minutes in nitrogen gas atmosphere at each temperature of 300, 330, and 350 ° C. for this evaluation sample, an Al-based alloy film formed as an upper layer using the phosphoric acid-based Al etching solution described above Only the semiconductor layer was dissolved to expose the semiconductor layer. The exposed surface of the semiconductor layer was observed with an optical microscope (200 times), and the presence of a denatured portion that became a black spot shown in FIG. 3 or the discoloration or roughness of the surface of the semiconductor layer was confirmed. Table 4 evaluates the case where a large number of black spots were observed due to the mutual diffusion of Si and Al. X The presence of several or fewer black spots or no black spots were observed, and discoloration of the observation surface or a rough state was observed. The evaluation was evaluated as Δ, and the observation surface had no black spots, and no discoloration or rough surface condition was observed as evaluation ○.

そして、表5には、上記変質層調査に伴い、半導体層の表面状態変化を調べた結果を示している。この半導体層の表面状態変化は、半導体層の表面粗さ測定をすることで行った。具体的には、ガラス基板上にn−Si半導体層(300Å)を形成した直後の表面粗度(以下、as−depo粗さとする)と、上記変質層調査の評価サンプルの露出した半導体層の表面粗さ(以下、直接接合粗さとする)とを、それぞれ測定し、(直接接合粗さ値)/(as−depo粗さ値)を算出した。つまり、表5に示す粗さ変化量の数値が1よりも大きくなるほど、直接接合をして熱処理した後の半導体層の表面状態が荒れていることを示す。尚、半導体層の表面粗さ測定には、段差・表面粗さ(あらさ)・微細形状測定装置(KLA Tencor社製:P−15型)を用い、JIS B0601:1994に準じて十点平均粗さRzを求めた。 Table 5 shows the result of examining the surface state change of the semiconductor layer in accordance with the above-mentioned deteriorated layer investigation. The change in the surface state of the semiconductor layer was performed by measuring the surface roughness of the semiconductor layer. Specifically, the surface roughness immediately after forming the n + -Si semiconductor layer (300 し た) on the glass substrate (hereinafter referred to as as-depo roughness), and the exposed semiconductor layer of the evaluation sample of the altered layer investigation The surface roughness (hereinafter referred to as direct bonding roughness) was measured, and (direct bonding roughness value) / (as-depo roughness value) was calculated. That is, the larger the numerical value of the roughness variation shown in Table 5 is, the more rough the surface state of the semiconductor layer after direct bonding and heat treatment is. For measuring the surface roughness of the semiconductor layer, a ten-point average roughness according to JIS B0601: 1994 was used using a step, surface roughness (roughness), and fine shape measuring device (KLA Tencor, Inc .: P-15 type). Rz was determined.

表4の結果より、ニッケルが多くなるほど、変質層の発生を抑制できる傾向が認められた。また、330℃の熱処理の場合、ニッケルが4.0〜6.0at%で、ボロンが0.20〜0.80at%であると、変質層の発生が特に抑制されていることが判明した。また、ニッケルが4.0〜6.0at%で、ボロンが0.30〜0.50at%であると、350℃の高温においても、変質層が発生しない傾向が認められた。   From the result of Table 4, the tendency which can suppress generation | occurrence | production of a deteriorated layer was recognized, so that nickel increased. In addition, in the case of heat treatment at 330 ° C., it has been found that the generation of a deteriorated layer is particularly suppressed when nickel is 4.0 to 6.0 at% and boron is 0.20 to 0.80 at%. Further, when nickel was 4.0 to 6.0 at% and boron was 0.30 to 0.50 at%, there was a tendency that the deteriorated layer did not occur even at a high temperature of 350 ° C.

そして、表5の粗さ変化量については、表3の変質層の結果とほぼ相関した傾向を示すことが判明した。この表5の粗さ変化量の結果から、直接接合後330℃の熱処理によっても、半導体層の接合表面がひどく荒れた状態にならない、つまり、as−depo粗さ値の1.5倍以内の変化量である組成範囲は、ニッケルが4.0〜6.0at%、ボロンが0.20〜0.60at%であることが判った。   And it turned out that about the roughness variation | change_quantity of Table 5, the tendency substantially correlated with the result of the deteriorated layer of Table 3 was shown. From the results of the roughness change in Table 5, even after heat treatment at 330 ° C. after direct bonding, the bonding surface of the semiconductor layer does not become extremely rough, that is, within 1.5 times the as-depo roughness value. It was found that the composition range as the change amount was 4.0 to 6.0 at% for nickel and 0.20 to 0.60 at% for boron.

第三実施形態:この第三実施形態においては、スパッタリングにより成膜した際の表面粗度の調査結果について説明する。この第三実施形態では、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料のうちAl−5.0at%Ni−0.4at%Bの組成(実施例15)のAl−Ni−B合金膜と、比較のための純Al膜(上記第一実施形態と同様に比較例1とする)、Al−2.0at%Nd合金膜(比較例16)について調査を行った。 Third Embodiment: In this third embodiment, the investigation results of the surface roughness when a film is formed by sputtering will be described. In this third embodiment, among the Al—Ni—B alloy wiring materials according to the present invention, an Al—Ni—B alloy film having a composition of Al—5.0 at% Ni—0.4 at% B (Example 15) and A pure Al film for comparison (referred to as Comparative Example 1 as in the first embodiment) and an Al-2.0 at% Nd alloy film (Comparative Example 16) were investigated.

まず、実施例15及び比較例1、比較例16についての成膜条件は、ガラス基板(コーニング社製:#1737)上に、前記組成の各Al系合金ターゲットを用い、スパッタリング条件、投入電力3.0Watt/cm、アルゴンガス流量100sccm、アルゴン圧力0.5Paとしてマグネトロン・スパッタリング装置(トッキ社製:マルチチャンバータイプスパッタ装置MSL464)を用い、厚み2000Åの各合金膜を形成した。また、スパッタリング時の基板温度については、表6に示すように設定して成膜を行った。 First, the film formation conditions for Example 15, Comparative Example 1, and Comparative Example 16 were as follows: sputtering conditions, input power 3 using each Al-based alloy target having the above composition on a glass substrate (manufactured by Corning: # 1737). Each alloy film having a thickness of 2000 mm was formed using a magnetron sputtering apparatus (manufactured by Tokki Co., Ltd .: multi-chamber type sputtering apparatus MSL464) at 0.0 Watt / cm 2 , an argon gas flow rate of 100 sccm, and an argon pressure of 0.5 Pa. The substrate temperature during sputtering was set as shown in Table 6 to form a film.

そして、表6に示す各合金膜の表面粗度Raの測定を行った。この表面粗度測定には、原子間力顕微鏡(セイコーインスツルメンツ(株)製:SPI−3800N)を用い、算術平均粗さRa(JIS B0601−1982)を求めた。また、この測定は、各合金膜表面の5箇所を測定してその平均値を算出した。その結果を表6に示す。表6中、実施例15−1〜3は基板温度100℃〜250℃におけるAl−5.0at%Ni−0.4at%B合金膜の結果を示している。また、この表6では、基板温度が室温におけるAl5.0at%Ni−0.4at%B合金膜の結果を比較例17とし、基板温度が300℃におけるAl−5.0at%Ni−0.4at%B合金膜の結果を比較例18としている。そして、比較例1は純Al膜、比較例16はAl−2.0at%Nd合金膜の結果を示している。尚、ガラス基板表面の平均表面粗度値(Ra)は、1.8Åであった。   And the surface roughness Ra of each alloy film shown in Table 6 was measured. For the surface roughness measurement, an arithmetic average roughness Ra (JIS B0601-1982) was determined using an atomic force microscope (Seiko Instruments Co., Ltd .: SPI-3800N). Moreover, this measurement measured five places on each alloy film surface, and computed the average value. The results are shown in Table 6. In Table 6, Examples 15-1 to 3 show the results of an Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy film at a substrate temperature of 100 ° C. to 250 ° C. Further, in Table 6, the result of the Al 5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy film at the substrate temperature of room temperature is referred to as Comparative Example 17, and Al-5.0 at% Ni-0.4 at at the substrate temperature of 300 ° C. The result of% B alloy film is shown as Comparative Example 18. Comparative Example 1 shows the result for a pure Al film, and Comparative Example 16 shows the result for an Al-2.0 at% Nd alloy film. In addition, the average surface roughness value (Ra) of the glass substrate surface was 1.8 mm.

表6の結果より、Al−Ni−B合金膜の表面粗度は、基板温度により変化することが確認された。また、比較例1の純Al膜では非常に荒れた表面状態となり、比較例16のAl−2.0at%Nd合金膜では基板温度が100℃程度であっても、Ra20Åを超えるような荒れた表面状態であった。   From the results in Table 6, it was confirmed that the surface roughness of the Al—Ni—B alloy film varies depending on the substrate temperature. In addition, the pure Al film of Comparative Example 1 was in a very rough surface state, and the Al-2.0 at% Nd alloy film of Comparative Example 16 was rough enough to exceed Ra 20 mm even when the substrate temperature was about 100 ° C. It was a surface condition.

次に、透明電極層との直接接合におけるコンタクト抵抗値及びその接合強度を調査した結果について説明する。まず、コンタクト抵抗値測定について説明する。上記表面粗度測定で説明したように、ガラス基板上に、前記組成の各Al系合金ターゲットを用い、上記スパッタリング条件にて、厚み2000ÅのAl系合金膜を形成した。このときのスパッタリング時の基板温度については、表6に示す温度で各成膜を行った。そして、各Al系合金膜表面にレジスト(OFPR800:東京応化工業(株))を被覆し、20μm幅回路形成用パターンフィルムを配置して露光処理をし、上記第一実施形態で説明したTMAH現像液で現像処理をした。現像処理後、上記第一実施形態で説明したリン酸系混酸エッチング液により回路形成を行い、DMSO剥離液によりレジストの除去を行って、20μm幅のAl系合金膜回路を形成した。   Next, the results of investigating the contact resistance value and the bonding strength in direct bonding with the transparent electrode layer will be described. First, contact resistance value measurement will be described. As described in the surface roughness measurement, an Al-based alloy film having a thickness of 2000 mm was formed on the glass substrate using the Al-based alloy target having the above composition under the sputtering conditions. As for the substrate temperature during sputtering at this time, each film formation was performed at the temperature shown in Table 6. Then, a resist (OFPR800: Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is coated on the surface of each Al-based alloy film, and a pattern film for forming a 20 μm width circuit is disposed for exposure treatment, and the TMAH development described in the first embodiment is performed. Development processing was performed with the solution. After the development processing, a circuit was formed with the phosphoric acid mixed acid etching solution described in the first embodiment, and the resist was removed with a DMSO stripping solution to form an Al-based alloy film circuit with a width of 20 μm.

そして、20μm幅のAl系合金膜回路を形成した基板を、純水洗浄、乾燥処理を行い、その表面にSiNxの絶縁層(厚み4200Å)を形成した。この絶縁層の成膜は、スパッタリング装置を用い、投入電力RF3.0Watt/cm、アルゴンガス流量90sccm、窒素ガス流量10sccm、圧力0.5Pa、基板温度300℃のスパッタ条件により行った。 Then, the substrate on which the 20 μm wide Al-based alloy film circuit was formed was subjected to pure water cleaning and drying treatment, and an SiNx insulating layer (thickness 4200 mm) was formed on the surface. This insulating layer was formed using a sputtering apparatus under sputtering conditions of an input power of RF 3.0 Watt / cm 2 , an argon gas flow rate of 90 sccm, a nitrogen gas flow rate of 10 sccm, a pressure of 0.5 Pa, and a substrate temperature of 300 ° C.

続いて、絶縁層表面にポジ型レジスト(東京応化工業(株)社製:TFR−970)を被覆し、10μm×10μm角のコンタクトホール開口用パターンフィルムを配置して露光処理をし、TMAH現像液により現像処理をした。そして、CFのドライエッチングガスを用いて、コンタクトホールを形成した。コンタクトホール形成条件は、CFガス流量50sccm、酸素ガス流量5sccm、圧力4.0Pa、出力150Wとした。 Subsequently, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: TFR-970) is coated on the surface of the insulating layer, a 10 μm × 10 μm square pattern film for opening a contact hole is placed, exposed, and subjected to TMAH development. Development processing was performed with the solution. Then, a contact hole was formed using a dry etching gas of CF 4 . The contact hole formation conditions were a CF 4 gas flow rate of 50 sccm, an oxygen gas flow rate of 5 sccm, a pressure of 4.0 Pa, and an output of 150 W.

その後、DMSO剥離液によりレジストの剥離処理を行った。そして、イソプロピルアルコールを用いて残存剥離液を除去した後、水洗、乾燥処理を行った。このレジストの剥離処理が終了した各サンプルに対し、ITOターゲット(組成In−10wt%SnO)を用いて、コンタクトホール内及びその周囲にITOの透明電極層を形成した。透明電極層の形成は、スパッタリング(基板温度70℃、投入電力1.8Watt/cm、アルゴンガス流量80sccm、酸素ガス流量0.7sccm、圧力0.37Pa)を行い、厚み1000ÅのITO膜を形成した。 Thereafter, the resist was stripped with a DMSO stripper. And after removing residual peeling liquid using isopropyl alcohol, it washed with water and performed the drying process. An ITO transparent electrode layer was formed in and around the contact hole by using an ITO target (composition In 2 O 3 -10 wt% SnO 2 ) for each sample after the resist peeling process was completed. The transparent electrode layer is formed by sputtering (substrate temperature 70 ° C., input power 1.8 Watt / cm 2 , argon gas flow rate 80 sccm, oxygen gas flow rate 0.7 sccm, pressure 0.37 Pa) to form an ITO film having a thickness of 1000 mm. did.

このITO膜表面にレジスト(東京応化工業(株)社製:OFPR800)を被覆し、パターンフィルムを配置して露光処理をし、TMAH現像液で現像処理をし、しゅう酸系混酸エッチング液(関東化学(株)社製:ITO05N)により20μm幅回路の形成を行った。ITO膜回路形成後、DMSO剥離液によりレジストを除去した。   The ITO film surface is coated with a resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: OFPR800), a pattern film is placed and exposed, developed with a TMAH developer, and an oxalic acid mixed acid etchant (Kanto). A 20 μm-wide circuit was formed by using Chemical Corporation (ITO05N). After forming the ITO film circuit, the resist was removed with a DMSO stripping solution.

以上のような手順により、コンタクトホールを形成し、コンタクトホールを介してAl系合金膜と透明電極層とが直接接合された評価サンプルについて、そのコンタクト抵抗値を測定した。このコンタクト抵抗値の測定法は、図4に示すような四端子法に基づき、評価サンプルの素子を大気中、250℃、30minのアニール処理後、各評価サンプルの抵抗値測定を行った。このコンタクト抵抗値の測定結果を表7に示す。尚、図4に示す四端子法は、熱処理後の評価サンプルの端子部分から100μAを通電して、その抵抗を測定したものである。   A contact hole was formed by the procedure as described above, and the contact resistance value of the evaluation sample in which the Al-based alloy film and the transparent electrode layer were directly joined via the contact hole was measured. This contact resistance value measurement method was based on the four-terminal method as shown in FIG. 4, and the resistance value of each evaluation sample was measured after annealing the element of the evaluation sample in the atmosphere at 250 ° C. for 30 minutes. Table 7 shows the measurement results of the contact resistance value. In the four-terminal method shown in FIG. 4, 100 μA is energized from the terminal portion of the evaluation sample after heat treatment, and the resistance is measured.

続いて、透明電極層との直接接合における接合強度の測定について説明する。この接合強度については、JIS C 5012に準拠した碁盤目試験により行った。上記表面粗度測定の場合と同様に、ガラス基板上に、まず先に各Al系合金膜(2000Å)を成膜し、その上にITO膜(1000Å)を積層した。成膜条件については、上記スパッタリング条件と同様である。   Subsequently, measurement of bonding strength in direct bonding with the transparent electrode layer will be described. About this joining strength, it carried out by the cross-cut test based on JISC5012. As in the case of the surface roughness measurement, each Al-based alloy film (2000 mm) was first formed on a glass substrate, and an ITO film (1000 mm) was laminated thereon. The film forming conditions are the same as the above sputtering conditions.

このようにして作製した各評価サンプルについて、そのITO膜表面側からカッターを用いて、一辺5mmの正方形が40個形成されるように、格子状の切り傷を形成した(5mm角正方形が縦4個(20mm)×横10個(50mm))。そして、その表面にテープを貼付し、その後テープを剥がしとり、テープ剥がし後のITO膜表面に設けた格子状態を目視で確認した。40個の正方形の中で膜が剥がれている部分の面積を測定し、40個の正方形の全面積に対する割合(剥離率%)を計算して、各評価サンプルの接合強度を評価した。剥離率0〜20%を○、剥離率21〜60%を△、剥離率61〜100%を×とした。この接合強度の試験結果を表7に示す。   About each evaluation sample produced in this way, a grid-like cut was formed using a cutter from the ITO film surface side so that 40 squares with a side of 5 mm were formed (5 mm squares with 4 vertical squares). (20 mm) × 10 horizontal (50 mm)). And the tape was affixed on the surface, the tape was peeled off after that, and the lattice state provided in the ITO film | membrane surface after tape peeling was confirmed visually. The area of the part where the film was peeled in 40 squares was measured, and the ratio (peeling rate%) to the total area of 40 squares was calculated to evaluate the bonding strength of each evaluation sample. A peeling rate of 0 to 20% was evaluated as ◯, a peeling rate of 21 to 60% as Δ, and a peeling rate of 61 to 100% as x. Table 7 shows the test results of the bonding strength.

表6及び表7の結果から判るように、Al系合金膜の表面粗度値が大きくなると、素子を形成したときのコンタクト抵抗値も大きくなる傾向となるが、接合強度に関しては、逆に、粗度値が小さくなるとその強度が低下する傾向となった。以上の結果からコンタクト抵抗値が200Ω以下で、実用的な接合強度を確保できる表面粗度としては、Ra2.0Å〜20Åの範囲であり、より好ましくは10Å〜20Åであると考えられた。   As can be seen from the results of Table 6 and Table 7, when the surface roughness value of the Al-based alloy film is increased, the contact resistance value when the element is formed also tends to be increased. As the roughness value decreased, the strength tended to decrease. From the above results, it was considered that the surface roughness with which the contact resistance value is 200Ω or less and the practical bonding strength can be ensured is in the range of Ra 2.0 to 20 mm, more preferably 10 to 20 mm.

第四実施形態:この第四実施形態においては、本願発明に係るAl−Ni−B合金配線材料により形成した配線回路における析出物に関して調査した結果について説明する。この配線回路中の析出物の調査は、その分散状態を解析することにより行った。 Fourth Embodiment: In the fourth embodiment, the results of investigation on precipitates in a wiring circuit formed of the Al—Ni—B alloy wiring material according to the present invention will be described. The investigation of the precipitate in the wiring circuit was performed by analyzing the dispersion state.

ここで、この第四実施形態における断面観察用サンプルの製法について説明する。この断面観察用サンプルは、ガラス基板上に厚み200nmのAl−5.0at%Ni−0.4at%B合金膜、Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金膜、Al−3.0at%Ni合金膜を、それぞれスパッタにより形成し、各合金膜上にITO膜を成膜した後、大気中250℃の熱処理を行ったものを用いた。図5及び図6には、Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金とAl−5.0at%Ni−0.4at%B合金の場合における透過電子顕微鏡(日立製作所社製/H−9000 TEM:倍率20万倍)により配線回路層(膜)断面を観察した結果の概略断面図を示している。図5及び図6の符号AはITO膜、符号Bはガラス基板を示している。   Here, the manufacturing method of the sample for cross-sectional observation in this 4th embodiment is demonstrated. This sample for observing the cross-section is an Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy film, Al-2.0 at% Ni-1.0 at% Nd alloy film having a thickness of 200 nm on a glass substrate, Al-3. A 0 at% Ni alloy film was formed by sputtering, and an ITO film was formed on each alloy film, followed by heat treatment at 250 ° C. in the atmosphere. FIGS. 5 and 6 show a transmission electron microscope (Hitachi Co., Ltd./H in the case of an Al-2.0 at% Ni-1.0 at% Nd alloy and an Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy. -9000 TEM: The schematic sectional drawing of the result of having observed the wiring circuit layer (film | membrane) cross section by 200,000 times magnification is shown. 5 and 6, the symbol A indicates an ITO film, and the symbol B indicates a glass substrate.

次に、上記したTEM観察写真から析出物の分布状態を評価する方法について説明する。図6の中央帯部分が配線回路層を示しており、その中に分散しているものがNi化合物(Al−Ni系の金属間化合物)を示している。Ni化合物の分布状態は、この断面概略図で示すように層厚み方向に直交する線分がNi化合物を切断する合計長さ(l+l+l+l+l+l=Σl)を測定し、その線分全体長さ(L)に対する割合(%)を求め、この値をNi化合物の存在率とした。また、EDX分析により、Ni化合物を同定したところ、Al−5.0at%Ni−0.4at%B合金配線材料の場合では、配線回路層中に分散析出しているのはAlNi相の金属間化合物であった。そして、Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金配線材料の場合では、Al−Ni系、Al−Nd系、Al−Ni−Nd系の金属間化合物が析出していることが判明した。さらに、図5の概略図で示すように、Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金の場合、ガラス基板側の方(符号B)にAl−Ni−Nd系の金属間化合物が多く偏析していることが認められた。一方、Al−5.0at%Ni−0.4at%B合金の場合では、配線回路相中の析出物であるAlNi相の金属間化合物は特に偏析することなく、均一的に分散していることが判明した。 Next, a method for evaluating the distribution of precipitates from the above TEM observation photograph will be described. The central band portion in FIG. 6 shows the wiring circuit layer, and the dispersed material in the central band portion shows the Ni compound (Al—Ni intermetallic compound). As shown in this schematic cross-sectional view, the distribution state of the Ni compound is measured by the total length (l 1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 + l 6 = Σl) in which the line segment perpendicular to the layer thickness direction cuts the Ni compound. And the ratio (%) with respect to the whole line segment length (L) was calculated | required, and this value was made into the presence rate of Ni compound. Further, when an Ni compound was identified by EDX analysis, in the case of an Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy wiring material, it was Al 3 Ni phase that was dispersed and precipitated in the wiring circuit layer. It was an intermetallic compound. In the case of Al-2.0 at% Ni-1.0 at% Nd alloy wiring material, it was found that Al-Ni-based, Al-Nd-based, and Al-Ni-Nd-based intermetallic compounds were precipitated. did. Furthermore, as shown in the schematic diagram of FIG. 5, in the case of an Al-2.0 at% Ni-1.0 at% Nd alloy, an Al-Ni-Nd-based intermetallic compound is present on the glass substrate side (symbol B). Many segregations were observed. On the other hand, in the case of Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy, the intermetallic compound of the Al 3 Ni phase, which is a precipitate in the wiring circuit phase, is uniformly dispersed without segregation. Turned out to be.

図7には、各配線回路層の厚み方向における所定の厚み位置での、Ni化合物の存在率を調査した結果を示している。図7に示すように、Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金の場合では、Ni化合物の存在率が、ガラス基板側(B)からITO膜面側(A)にかけて75%から0%まで変化していることが判明した。同様に、Al−3.0at%Ni合金配線材料に関しても、同様に、Ni化合物の存在率を調べたところ、その存在率は、基板側から膜面側にかけて40%から0%まで変化していることが判明した。一方、本願発明に係わるAl−5.0at%Ni−0.4at%B合金配線材料の場合では、Ni化合物の存在率は、基板側から膜面側に亘り、数値の大きな隔たりが無く、約25%〜45%の範囲内であり、Ni化合物の偏析がなく、均一に分散していることが判明した。
In FIG. 7, the result of having investigated the abundance ratio of Ni compound in the predetermined thickness position in the thickness direction of each wiring circuit layer is shown. As shown in FIG. 7, in the case of an Al-2.0 at% Ni-1.0 at% Nd alloy, the abundance of the Ni compound is from 75% from the glass substrate side (B) to the ITO film surface side (A). It turned out that it changed to 0%. Similarly, regarding the Al-3.0 at% Ni alloy wiring material, similarly, when the abundance ratio of the Ni compound was examined, the abundance ratio changed from 40% to 0% from the substrate side to the film surface side. Turned out to be. On the other hand, in the case of the Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B alloy wiring material according to the present invention, the abundance of the Ni compound does not vary greatly from the substrate side to the film surface side. It was found that the content was in the range of 25% to 45%, and the Ni compound was not segregated and was uniformly dispersed.

TFT概略断面図。TFT schematic sectional drawing. Si拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。Photomicrograph of Si diffusion heat resistance evaluation. Si拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。Photomicrograph of Si diffusion heat resistance evaluation. ITO(IZO)電極層とAl合金電極層とをクロスして積層した試験サンプル概略斜視図。The test sample schematic perspective view which crossed and laminated | stacked the ITO (IZO) electrode layer and the Al alloy electrode layer. Al−2.0at%Ni−1.0at%Nd合金の場合のTEM観察写真の概略図。The schematic of the TEM observation photograph in the case of an Al-2.0at% Ni-1.0at% Nd alloy. Al−5.0at%Ni−0.4at%B合金の場合のTEM観察写真の概略図。The schematic of the TEM observation photograph in the case of Al-5.0at% Ni-0.4at% B alloy. Ni化合物の存在率の測定グラフ。The measurement graph of the abundance ratio of Ni compound.

Claims (11)

アルミニウムにニッケルとボロンとを含有したAl−Ni−B合金配線材料において、
ニッケル含有量をニッケルの原子百分率Xat%とし、ボロン含有量をボロンの原子百分率Yat%とした場合、式
0.5≦X≦10.0
0.05≦Y≦11.00
Y+0.25X≧1.00
Y+1.15X≦11.50
の各式を満足する領域の範囲内にあり、残部がアルミニウムであることを特徴とするAl−Ni−B合金配線材料。
In an Al-Ni-B alloy wiring material containing nickel and boron in aluminum,
When the nickel content is the atomic percentage Xat% of nickel and the boron content is the atomic percentage Yat% of boron, the formula 0.5 ≦ X ≦ 10.0
0.05 ≦ Y ≦ 11.00
Y + 0.25X ≧ 1.00
Y + 1.15X ≦ 11.50
An Al—Ni—B alloy wiring material characterized by being in the range of a region satisfying each of the formulas, with the balance being aluminum.
ニッケル含有量が4.0at%以上であり、ボロン含有量が0.80at%以下である請求項1に記載のAl−Ni−B合金配線材料。 The Al-Ni-B alloy wiring material according to claim 1, wherein the nickel content is 4.0 at% or more and the boron content is 0.80 at% or less. 350℃、30分間の熱処理後、配線材料表面に生じるディンプル発生率が1.6%以下である請求項2に記載のAl−Ni−B合金配線材料。 The Al-Ni-B alloy wiring material according to claim 2, wherein a dimple generation rate generated on the surface of the wiring material after heat treatment at 350 ° C for 30 minutes is 1.6% or less. ニッケル含有量が4.0at%〜6.0at%であり、ボロン含有量が0.20at%〜0.80at%である請求項1〜請求項3いずれかに記載のAl−Ni−B合金配線材料。 4. The Al—Ni—B alloy wiring according to claim 1, wherein the nickel content is 4.0 at% to 6.0 at% and the boron content is 0.20 at% to 0.80 at%. material. 比抵抗値が5.0μΩcm以下である請求項4に記載のAl−Ni−B合金配線材料。 The Al—Ni—B alloy wiring material according to claim 4, which has a specific resistance value of 5.0 μΩcm or less. 請求項1〜請求項5いずれかに記載のAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層と、半導体層と、透明電極層とを備える表示デバイスの素子構造であって、
前記配線回路層が、半導体層に直接接合された部分を有することを特徴とする表示デバイスの素子構造。
An element structure of a display device comprising a wiring circuit layer formed of the Al-Ni-B alloy wiring material according to any one of claims 1 to 5, a semiconductor layer, and a transparent electrode layer,
An element structure of a display device, wherein the wiring circuit layer has a portion directly bonded to a semiconductor layer.
請求項1〜請求項5いずれかに記載のAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層と、半導体層と、透明電極層とを備える表示デバイスの素子構造であって、
前記配線回路層が、透明電極層に直接接合された部分を有することを特徴とする表示デバイスの素子構造。
An element structure of a display device comprising a wiring circuit layer formed of the Al-Ni-B alloy wiring material according to any one of claims 1 to 5, a semiconductor layer, and a transparent electrode layer,
An element structure of a display device, wherein the wiring circuit layer has a portion directly bonded to a transparent electrode layer.
請求項6及び請求項7の素子構造を備える表示デバイスの素子構造。 An element structure of a display device comprising the element structure according to claim 6. 直接接合された配線回路層を剥離した半導体層表面の表面粗さ値(Rz)が、半導体層形成後の半導体層表面の表面粗さ値(Rz)の1.5倍以下である請求項6または請求項8に記載の表示デバイスの素子構造。 7. The surface roughness value (Rz) of the semiconductor layer surface from which the directly bonded wiring circuit layer is peeled is 1.5 times or less of the surface roughness value (Rz) of the semiconductor layer surface after the semiconductor layer is formed. Or the element structure of the display device of Claim 8. 請求項1〜請求項5いずれかに記載のAl−Ni−B合金配線材料により形成された配線回路層と、半導体層若しくは透明電極層の少なくとも一方と前記配線回路層とが直接接合されている表示デバイスの素子構造であって、
前記配線回路層には、Ni化合物が分散析出しており、
配線回路層断面における配線回路層厚み方向と直交する線分上の前記Ni化合物の存在率が、配線回路層厚み方向で25%〜45%であることを特徴とする表示デバイスの素子構造。
A wiring circuit layer formed of the Al-Ni-B alloy wiring material according to any one of claims 1 to 5, and at least one of a semiconductor layer or a transparent electrode layer and the wiring circuit layer are directly bonded. An element structure of a display device,
In the wiring circuit layer, Ni compound is dispersed and deposited,
An element structure of a display device, wherein an abundance ratio of the Ni compound on a line segment orthogonal to the wiring circuit layer thickness direction in the wiring circuit layer cross section is 25% to 45% in the wiring circuit layer thickness direction.
請求項1〜請求項5いずれかに記載のAl−Ni−B合金配線材料からなる配線回路を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
ニッケル含有量をニッケルの原子百分率Xat%とし、ボロン含有量をボロンの原子百分率Yat%とした場合、式
0.5≦X≦10.0
0.05≦Y≦11.00
Y+0.25X≧1.00
Y+1.15X≦11.50
の各式を満足する領域の範囲内にあり、残部がアルミニウムであることを特徴とするスパッタリングターゲット。
A sputtering target for forming a wiring circuit comprising the Al-Ni-B alloy wiring material according to any one of claims 1 to 5,
When the nickel content is the atomic percentage Xat% of nickel and the boron content is the atomic percentage Yat% of boron, the formula 0.5 ≦ X ≦ 10.0
0.05 ≦ Y ≦ 11.00
Y + 0.25X ≧ 1.00
Y + 1.15X ≦ 11.50
A sputtering target characterized by being in the range of a region satisfying each of the formulas, with the balance being aluminum.
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