JP2008051840A - 熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線および電極並びにそれらを形成するためのスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の配線および電極を形成するための熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた銅合金薄膜並びにその薄膜を形成するためのスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含み、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる。
【選択図】なし

Description

この発明は、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらにヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生することのない銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極、並びにそれらを形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。

一般に、フラットパネルディスプレイなどの液晶表示装置にはガラス基板表面に格子状に金属薄膜からなる配線が密着して形成されており、この金属薄膜からなる格子状配線の交差点にＴＦＴトランジスターが設けられており、このＴＦＴトランジスターのゲート電極も金属薄膜で形成されている。前記金属薄膜からなる配線および電極は一般にターゲットを用いてガラス基板表面にスパッタリングすることにより形成され、このガラス基板表面に形成された金属薄膜からなる配線および電極は、液晶表示装置のゲート絶縁膜、アモルファスシリコン膜等をＰＥＣＶＤで成膜する工程において３００〜５００℃程度まで加熱される。前記配線および電極となる金属薄膜として、純銅薄膜を使用することが知られているが、近年、希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素を総量で０．１〜１０原子％を含有する銅合金薄膜が使用されるようになり、この銅合金薄膜は純銅薄膜に比べて電気抵抗は少し上昇するが、前記加熱される工程においてヒロックやボイドなどの熱欠陥の発生がなくなるとされている（特許文献１参照）。
特開２００６−７７２９５号公報

近年、液晶表示装置は益々大型化しており、３０インチ以上の大型液晶パネルが量産されるようになって来た。そのためにガラス基板表面に形成されている配線が長くなり、さらに液晶表示装置は益々高精細化しているためにガラス基板表面に形成される配線を益々細くすることが求められている。そのために配線は、熱処理工程で高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生しないことおよび電気抵抗が低いことが必要されると共に、配線が剥離することのないガラス基板表面に対する密着性に優れた金属薄膜で構成されることが必要である。
さらに、大型液晶パネルの低コスト化のためにガラス基板表面に形成される配線膜を高スピードで成膜すべくスパッタリング装置の出力を上げて可及的に短時間で成膜するよう求められている。

これら要求に対して、従来の希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素を総量で０．１〜１０原子％を含有し残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金配線薄膜は、低出力スパッタリングにより成膜したものはヒロックやボイド等の熱欠陥発生がないが、成膜効率を上げるために４００Ｗ以上の高出力でスパッタリングして得られた銅合金配線薄膜は、ヒロックやボイド等の熱欠陥発生が発生し、さらにガラス基板表面に対する密着性が悪という欠点があった。

そこで、本発明者等は、電気抵抗が低く、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらに高出力でスパッタリングして得られた銅合金薄膜であっても加熱工程でヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がない銅合金薄膜を開発し、これを液晶表示装置における配線および電極に適用すべく研究を行った。その結果、
（イ）純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）に、希土類元素を０．１〜３原子％を添加し、さらにＡｇを０．１〜５原子％添加して得られた成分組成を有する銅合金薄膜は従来の希土類元素を含有する銅合金薄膜に比べて電気抵抗がほぼ同等に低く、さらに、高温に曝されてもヒロックおよびボイドの熱欠陥が発生することがなく、さらにガラス基板に対する密着性が一層優れていることから、かかる成分組成を有する銅合金薄膜は液晶表示装置用配線および電極として使用した場合に優れた効果を奏する、
（ロ）前記銅合金薄膜は、前記銅合金薄膜と同じ成分組成を有するターゲットを用いて高出力スパッタリングすることにより形成することができる、
（ハ）前記純銅にＡｇと共に添加する希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙのうちの１種または２種以上であることが特に好ましい、
という研究結果が得られたのである。

この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、

（１）希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線、

（２）前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする前記(１)記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線、
（３）希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用電極、
（４）前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする前記(３)記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用電極、
（５）希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット、
（６）前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする前記(５)記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット、
に特徴を有するものである。

この発明の液晶表示装置の配線および電極を構成する銅合金薄膜は、ターゲットを用いてスパッタリングすることにより作製する。このターゲットは、まず純度：９９．９９％以上の無酸素銅を、不活性ガス雰囲気中、高純度グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた溶湯に希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を添加して溶解し、さらにＡｇを０．１〜５原子％を添加して溶解し、得られた溶湯を不活性ガス雰囲気中で鋳造し急冷凝固させたのち、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最後に歪取り焼鈍を施すことにより作製する。このようにして得られたターゲットをバッキングプレートに接合し、通常の条件でスパッタリングすることによりこの発明の液晶表示装置における配線および電極用銅合金薄膜を形成することができる。前記Ａｇと共に純銅に添加する希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙのうちの１種または２種以上であることが一層好ましい。このようにして得られたターゲットをバッキングプレートに接合し、通常の条件でスパッタリングすることによりこの発明の液晶表示装置における配線および電極用銅合金薄膜を形成することができる。

この発明の液晶表示装置における配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれる希土類元素は、ヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制する作用を有するので添加するが、希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１原子％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、３原子％を越えてＡｇと共に添加すると、配線および電極の電気抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％に定めた。前記希土類元素はＰｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることが一層好ましい。
この発明の液晶表示装置における配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるＡｇは液晶表示装置における配線および電極の結晶粒を微細化し、さらにターゲットの結晶粒を微細化してパーティクルの発生を抑制し、さらに希土類元素と共存することによりガラス基板表面に対する密着性を向上させ、液晶表示装置における配線および電極を構成する銅合金薄膜のヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制する作用を有するが、その含有量が０．１原子％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、５原子％を越えて含有すると電気抵抗が上昇してしまうので好ましくない。したがって、Ａｇ含有量を０．１〜５原子％に定めた。

この発明の液晶表示装置における配線および電極は、ガラス基板表面に対する密着性に優れているので製造工程中のフォトリソやエッチング等の処理に対しても剥離などが生じることが無く、さらに高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなく、さらに電気抵抗が低いことから高精細化し大型化した液晶表示装置の配線および電極に使用しても消費電力を少なくすることができるなど優れた効果を奏するものである。

純度：９９．９９質量％の無酸素銅を用意し、この無酸素銅をＡｒガス雰囲気中、高純度グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた溶湯に希土類元素としてＰｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙ並びにＡｇを添加し溶解して表１に示される成分組成を有する溶湯となるように成分調整し、得られた溶湯を冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返したのち最終的に歪取り焼鈍し、得られた圧延体の表面を機械加工して外径：２００mm×厚さ：１０mmの寸法を有し、表１に示される成分組成を有する本発明銅合金スパッタリングターゲット（以下、本発明ターゲットという）１〜２０および比較銅合金スパッタリングターゲット（以下、比較ターゲットという）１〜４および従来スパッタリングターゲット（以下、従来ターゲットという）１〜５を作製した。さらに無酸素銅に元素を添加することなく純銅からなるスパッタリングターゲット（以下、従来ターゲットという）６を作製した。

さらに、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに前記本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜６を重ね合わせ、温度：２００℃でインジウムはんだ付けすることにより本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜６を無酸素銅製バッキングプレートに接合してバッキングプレート付きターゲットを作製した。

本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜６を無酸素銅製バッキングプレートにはんだ付けして得られたバッキングプレート付きターゲットを、ターゲットとガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）との距離：７０mmとなるようにセットし、
電源：直流方式、
スパッタパワー：６００Ｗ、

到達真空度：５×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板：加熱なし、
の条件でガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表２〜３に示される成分組成を有する本発明銅合金配線用薄膜（以下、本発明配線用薄膜という）１〜２０および比較銅合金配線用薄膜（以下、比較配線用薄膜という）１〜４および従来銅合金配線用薄膜(以下、従来配線用薄膜という)１〜６を形成した。

得られた本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜６をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：４×１０^−４Ｐａの真空雰囲気中、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、最高温度：３５０℃、３０分間保持の熱処理を施した。これら熱処理を施した本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜６の表面を５０００倍のＳＥＭで５個所の膜表面を観察し、ヒロックおよびボイドの発生の有無を観察し、その結果を表２〜３に示した。
さらに、得られた本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜６の５点の比抵抗を四探針法により測定し、その平均値を求め、それらの結果を表２〜３に示した。
さらに、ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜６に碁盤目状に切れ目を入れた後、３Ｍ社製スコッチテープで引き剥がし、ガラス基板中央部の１０ｍｍ角内でガラス基板に付着していた配線用薄膜の面積％を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表２〜３に示し、ガラス基板に対する本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜６の密着性を評価した。

表１〜３に示される結果から以下の事項が分かる。
（ａ）高純度銅からなる従来配線用薄膜６は比抵抗が極めて小さいもののボイドが発生し、さらにガラス基板に対する密着性が劣るが、本発明配線用薄膜１〜２０はヒロックおよびボイドの発生がなく、さらに密着性に優れている。
（ｂ）出力：６００Ｗの高出力スパッタリングにより成膜した従来配線用薄膜１〜５は比抵抗が小さいもののヒロックおよびボイドが発生し、しかもガラス基板に対する密着性が劣るので好ましくない。
（ｃ）この発明の条件から外れて希土類元素およびＡｇを含む比較配線用薄膜１〜４は比抵抗が大きくなり過ぎたり、密着性が低下するなど好ましくない特性が現れる。

Claims (6)

1. 希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線。
2. 前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする請求項１記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線。
3. 希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用電極。
4. 前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする請求項３記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用電極。
5. 希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット。
6. 前記希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＴｂおよびＤｙであることを特徴とする請求項５記載の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット。