JP2008277685A

JP2008277685A - 密着性に優れたｔｆｔトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線膜および電極膜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

Info

Publication number: JP2008277685A
Application number: JP2007122283A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 暁森; Shuhin Cho; 守斌張; Terushi Mishima; 昭史三島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP5228251B2

Abstract

【課題】ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極を形成するための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】酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％を含み、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密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極、並びにこれらを形成するためのスパッタリングターゲット。
【選択図】なし

Description

この発明は、アモルファスＳｉおよびガラス基板表面に対する密着性に優れた銅合金膜からなるＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線膜および電極膜、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。

アクティブマトリックス方式で駆動するＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属膜からなる配線が密着形成されており、この金属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いて、このＴＦＴトランジスターのゲート電極も金属膜で形成されている。
このＴＦＴトランジスターを図１の断面概略説明図に基づいて説明すると、ＴＦＴトランジスターはガラス基板１の表面に金属膜からなる配線２が形成されており、この配線２の上にＳｉＮ膜３が形成されており、さらにＳｉＮ膜３の上にアモルファスＳｉ膜４が形成されており、さらにアモルファスＳｉ膜４の上に金属膜からなるドレイン電極５およびソース電極６が形成されている。ガラス基板１の表面に形成されている配線２並びにアモルファスＳｉ膜４の上に形成されているドレイン電極５およびソース電極６は一般に純銅膜が使用されている。
しかし、純銅膜で構成されている配線２はガラス基板１に対する密着性が悪く、ドレイン電極５およびソース電極６はアモルファスＳｉ膜４と容易に合金を形成する。そのために、近年、配線２、ドレイン電極５およびソース電極６には、ガラス基板１に対して密着性に優れ、アモルファスＳｉ膜４に対し合金を形成し難い酸素を含む銅膜が使用されるようになってきた（特許文献１、２参照）。
特開平５−２５６１２号公報特開平８−２６８８９号公報

しかし、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイは、近年、益々大型化する一方で、飛行機、自動車などに搭載されるようになり、飛行機の着陸時や自動車の悪路走行時など激しい振動を受ける機会が多くなってきた。かかる状態に置かれたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極の密着性が悪いと剥離が発生してフラットパネルディスプレイの故障につながることがあり、この剥離を防止するために一層密着性に優れた銅膜が求められている。

そこで、本発明者等は、さらに一層密着性に優れた銅膜を開発し、これをＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ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、酸素を０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％を含有した成分組成を有する銅合金膜は、従来の酸素を含む銅膜に比べて、電気抵抗がほぼ同じでかつガラス基板およびアモルファスＳｉに対する密着性が一層優れていることから、この成分組成を有する銅合金膜をＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極として使用した場合に激しい振動を長期間受ける過酷な環境下にあっても剥離することがなく、したがって、故障することがないので信頼性が一層向上する、
（ロ）前記フラットパネルディスプレイ用配線および電極を構成する銅合金膜は、酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記銅合金膜と同じ成分組成を有するターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成される、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）酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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膜からなる密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線、
（２）酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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膜からなる密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用電極、
（３）酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ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。

この発明の密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極を構成する銅合金膜は、ターゲットを用いて不活性ガス雰囲気中で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、無酸素銅粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末およびＣｕＯ粉末を用意し、これら原料粉末を配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工することにより作製することができる。

この発明の密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金膜、並びにこの銅合金膜を成膜するためのターゲットの成分組成の範囲を前述のごとく限定した理由を説明する。

（ａ）銅合金膜の成分組成：
配線および電極を構成する銅合金膜に含まれる酸素を０．４〜６原子％に限定したのは、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金膜に酸素を含有させることにより密着強度を向上させることができるが、その含有量が０．４原子％未満では密着強度の十分な効果が得られないので好ましくなく、一方、６原子％を越えて含有すると電気抵抗が上昇し、フラットパネルディスプレイにおける配線および電極に使用する膜としては好ましくないからである。
さらに、配線および電極を構成する銅合金膜に含まれるＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％に限定したのは、これら成分は酸素と共存することによりガラス基板およびアモルファスＳｉ膜表面に対する密着性を一層向上させる作用を有するので添加するが、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％未満添加しても密着強度向上の効果が得られず、一方、３原子％を越えて添加すると、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ことによるものである。

（ｂ）ターゲットの成分組成：
この発明の銅合金膜を成膜するためのターゲットに含まれる酸素を０．４〜６原子％に限定したのは、ターゲットに含まれる酸素が０．４原子％未満ではスパッタリングすることにより形成される銅合金膜に含まれる酸素が０．４原子％未満となって所望の効果が得られなくなるので好ましくなく、一方、ターゲットに含まれる酸素が６原子％を越えて含まれるようになると、スパッタリングして得られた膜の密着性は向上するものの電気抵抗が上昇するので好ましくないからである。
さらに、銅合金膜を成膜するためのターゲットに含まれるＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％に限定したのは、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％より少なく添加したターゲットは、これを用いてスパッタリングしてもＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％未満含有する銅合金膜が形成されて十分な密着性を有する銅合金膜が得られないので好ましくないからであり、一方、３原子％を越えて添加したターゲットを使用してスパッタリングすると、成膜される銅合金膜に含まれるこれら成分の含有量が３原子％を越えるようになり、電気抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。

この発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極は、ガラス基板およびアモルファスＳｉ膜に対する密着性に優れ、激しい振動を受けるなど過酷な環境下で長期間使用しても剥離することがなく、したがって、故障することがないＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

純度：９９．９９質量％の純Ｃｕ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末およびＣｕＯ粉末を用意し、これら原料粉末を表１〜２に示される配合割合で配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を温度：７００℃、圧力：４０トンに保持することによりホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工して直径：１５２ｍｍ、厚さ：１２ｍｍの寸法を有し表１〜２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）１〜２４、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）１〜６および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）１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１〜２４、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１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１〜２４、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１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。

さらに、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）およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板（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）を用意した。
本発明ターゲット１〜２４、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１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およびターゲットとアモルファスＳｉを成膜したガラス基板との距離が７０mmとなるようにスパッタリング装置にセットし、
電源：直流方式、
スパッタパワー：６００Ｗ、
到達真空度：４×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件で１分間成膜し、ガラス基板およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表３〜４に示される成分組成を有する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１を形成した。

得られた本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１をそれぞれＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で縦横１１本ずつカッターで切り込み、本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１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３〜４に示し、ガラス基板およびアモルファスＳｉ膜に対する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１の密着性を評価した。
さらに、ガラス基板およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板の表面に形成された厚さ：３００ｎｍを有する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１を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銅合金膜１〜２０、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１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３〜４に示した。

表１〜４に示される結果から、（ａ）本発明銅合金膜１〜２４は酸素を含む銅からなる従来銅合金膜１に比べて密着性に一層優れ、比抵抗にほとんど差がないこと、（ｂ）この発明の条件から外れて酸素、Ｎｉ、ＣｏおよびＺｎを含む比較銅合金膜１〜６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ことなどが分かる。

ＴＦＴトランジスターの要部を説明するための概略説明図である。

符号の説明

１：ガラス基板、２：配線、３：ＳｉＮ膜、４：アモルファスＳｉ膜、５：ドレイン電極、６：ソース電極

Claims

酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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膜からなることを特徴とする密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線。
酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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膜からなることを特徴とする密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用電極。
酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ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。
請求項１記載の配線および請求項２記載の電極を形成したＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ。