JP2009010089A - 密着性に優れた配線下地膜およびこの配線下地膜を含む密着性に優れた二重構造配線膜 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の表面に対する密着性に優れかつボイドの発生しない銅合金膜からなる配線下地膜に関するものであり、この配線下地膜の上に導電性に優れた配線膜を成膜してガラス基板に対する密着性に優れた二重構造配線膜を提供する。この二重構造配線膜は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のガラス基板に強固に密着させることができる。
【解決手段】酸素：４〜２０モル％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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配線下地膜、並びにこの密着性に優れた配線下地膜の上に、導電性に優れた純銅または銅合金膜を積層してなる密着性に優れた二重構造配線膜。
【選択図】なし

Description

この発明は、ガラス基板の表面に対する密着性に優れかつボイドの発生しない銅合金膜からなる配線下地膜に関するものであり、この配線下地膜の上に導電性に優れた配線膜を成膜してガラス基板に対する密着性に優れた二重構造配線膜を提供するものであり、この二重構造配線膜は、例えば、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膜として使用するものである。

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純銅配線膜が密着形成されている。
この従来の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いてガラス基板表面に形成される純銅配線膜は、純銅膜自体がガラス基板に対する密着性が悪いので、通常は、図１の断面概略拡大説明図に示されるように、ガラス基板１の表面に酸素：１〜６モル％を含有する酸素含有銅下地膜２を形成し、この酸素含有銅下地膜２の上に導電性に優れた純銅膜３を形成して二重構造配線膜４を形成し、この酸素含有銅下地膜２および純銅膜３からなる二重構造配線膜４の純銅膜３の上にゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５を形成し、さらにゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５の上アモルファスＳｉ膜７が形成されている（特許文献１、２参照）。そして、ガラス基板１の表面に対する酸素含有銅下地膜２の密着性は酸素が多く含まれているほど向上することも知られている。
特開平５−２５６１２号公報 特開平８−２６８８９号公報

前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５は、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３およびＮ_２からなる水素を含む混合ガス中で３００℃前後に加熱された雰囲気中で化学蒸着することにより成膜されることから、前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５の成膜に際して水素（Ｈ^＋）が純銅膜３を通過して酸素含有銅下地膜５に到達し、そこで酸素含有銅下地膜の酸素と結合して水となり酸素含有銅下地膜５に大きなボイド６が発生し、ガラス基板１の表面に対する酸素含有銅下地膜２の密着性を低下させる。
さらに前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５は水素を含む混合ガス中で化学蒸着することにより形成されることからゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５に水素が不可避不純物として含まれることは避けられず、前記のゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５の上にさらにフラットパネルディスプレイのアモルファスＳｉ膜７をＣＶＤにより成膜する（ＣＶＤによるアモルファスＳｉ膜の成膜温度は２５０℃程度である）に際してゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５に含まれる水素（Ｈ^＋）が純銅膜３を通過して酸素含有銅下地膜５に到達し、そこで酸素含有銅下地膜の酸素と結合して水となり酸素含有銅下地膜５に大きなボイド６が発生し、ガラス基板１の表面に対する酸素含有銅下地膜２の密着性を低下させる。

そこで、本発明者等は、大きなボイドが発生することがなくさらに一層密着性に優れた酸素含有下地膜を開発し、この一層密着性に優れた酸素含有下地膜の上に導電性に優れた純銅または銅合金膜を形成して一層密着性に優れた二重構造配線膜を成膜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４〜２０モル％含有し、さらにＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％を含有した成分組成を有する銅合金からなる下地膜は、従来の酸素含有銅下地膜に比べて比較的酸素が多く含有しているのでガラス基板に対する密着性が一層優れ、さらにＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％を含有することにより、ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）形成に際して発生する水素（Ｈ^＋）が前記配線下地膜に拡散侵入したり、またゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）の上にさらにアモルファスＳｉ膜を成膜するに際して加熱されることがあってもゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）に含まれる水素（Ｈ^＋）が銅合金からなる下地膜に大きなボイドを発生させることがなく、この銅合金からなる下地膜の上に純銅膜などの導電性に優れた膜を形成して得られる二重構造配線膜は密着性に優れたものとなり、この二重構造配線を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の配線膜として使用した場合一層優れた効果を奏するものとなる、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：４〜２０モル％を含有し、さらにＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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配線下地膜、
（２）前記（１）記載の密着性に優れた配線下地膜の上に、導電性に優れた純銅または銅合金膜を積層してなる密着性に優れた二重構造配線膜、
（３）前記（２）記載の導電性に優れた銅合金膜は、Ｍｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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である密着性に優れた二重構造配線膜、に特徴を有するものである。

この発明の密着性に優れた配線下地膜は、この銅合金からなる配線下地膜と同じ成分組成を有する酸素を含むターゲットを用い、スパッタリングすることにより形成することができる。また、この発明の密着性に優れた配線下地膜は、Ｍｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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実質的に酸素を含まない銅合金製ターゲットを作製し、このターゲットを用い、酸素：３〜２５体積％含む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とができる。

そして、配線下地膜と同じ成分組成を有するターゲットは、銅粉末、Ｍｎ粉末、Ａｇ粉末およびＣｕＯ粉末を原料粉末として用意し、これら原料粉末を酸素：４〜２０モル％、Ｍｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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ように配合し、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。

また、この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜は、銅粉末、Ｍｎ粉末、Ａｇ粉末などの原料粉末をＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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ように配合し混合しホットプレスし、次いで機械加工することにより得られたターゲットを酸素：３〜２５体積％を含む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とができる。
さらに、この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜は、原料を溶解し鋳造してＭｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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鋳造ターゲットを作製し、この鋳造ターゲットを酸素：３〜２５体積％を含む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とができる。

この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜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。
この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜に含まれる酸素を４〜２０モル％に限定したのは、酸素を４モル％以上含有させることにより密着強度を一層向上させることができるが２０モル％を越えて含有すると配線下地膜の表面粗さが上昇し、さらに銅合金からなる配線下地膜に含まれる酸素が多くなりすぎて大きなボイドの発生が避けられなくなるので好ましくないからである。
さらに、この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜に含まれるＭｎは、酸素と共存することによりガラス基板に対する密着性を向上させ、さらにＭｎおよびＡｇが共存することによりゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）の成膜およびアモルファスＳｉ膜のＣＶＤ成膜に際して水素が配線下地膜に拡散侵入しても大きなボイドの発生を阻止する作用を有するので添加するが、Ｍｎが０．２％未満含有しても所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎが３モル％を越えて含有することにより表面粗さが上昇しすぎるので好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜３モル％に定めた。
さらにＡｇは膜の表面粗さを低減し、さらにＡｇがゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）の成膜およびアモルファスＳｉ膜のＣＶＤ成膜に際して水素が配線下地膜に拡散侵入しても大きなボイドが発生するのを阻止する作用を有するので添加するが、Ａｇの含有量が０．２モル％未満では膜の表面粗さを低減する作用およびボイドの発生を抑制する作用が小さいので好ましくなく、一方、３モル％を越えて添加すると、配線下地膜のガラス基板に対する密着性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ａｇの含有量を０．２〜３モル％に定めた。

この発明の配線下地膜はガラス基板に対する密着性が一層優れているので、この発明の配線下地膜の上に導電性に優れた銅または銅合金からなる膜を形成して作製した導電性に優れた二重構造配線膜は、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膜などに用いると、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が激しい振動を受けるなど過酷な環境下で長期間おかれても配線が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。

実施例１
原料を黒鉛坩堝にて溶解し鉄モールドに鋳込んでインゴットを作製し、このインゴットを温度：８００℃で圧延し、得られた圧延板を機械加工して直径：１５４ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し表１〜２に示される成分組成を有するターゲットを作製した。得られたターゲットを純銅からなるバッキングプレートにそれぞれ温度：２００℃でインジウムはんだ付けし、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）を用意した。さらに先に作製したターゲットを無酸素銅製バッキングプレートにはんだ付けしてバッキングプレート付きターゲット作製し、ターゲットと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：５×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：表１に示されるＡｒとＯ_２の混合ガス、
ガス圧：０．５Ｐａ、
ガラス基板加熱：なし、
の条件で１分間成膜し、ガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表１〜２に示される成分組成を有する銅合金からなる本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１を形成した。

得られた本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１をそれぞれＥＰＭＡの波長分散型の分光器ＷＤＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｈｔ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によって成分組成を測定し、その結果を表３に示した。

さらに得られた本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１をそれぞれ２×１０^−４Ｐａの真空雰囲気中、温度：３５０℃、３０分間保持する熱処理を行なった後、下記の測定および試験を行い、その結果を表３に示した。
膜の表面粗さ測定：
原子間力顕微鏡（ＡＴＭ）を用い、前記熱処理を行なった本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１の１００００ｎｍ×１００００ｎｍの範囲における表面粗さを測定し、その最大高低差を求め、その結果を表３に示した。
碁盤目付着試験
ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で縦横１１本ずつカッターで１ｍｍ間隔の切り込みを入れ、本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１に１００個の升目膜を作り、３Ｍ社製スコッチテープを密着させたのち一気に引き剥がし、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升目膜に剥離が生じた升目膜の数を測定し、その結果を表３に示すことによりガラス基板に対する本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１の密着性を評価した。なお、一部しか剥がれていない升目について、面積の半分以上剥がれたものは「剥がれ」と数え、剥がれた部分が面積の半分以下の場合は「剥がれなし」として数えた。

さらに、先に作製したガラス基板の表面に成膜した厚さ：３００ｎｍを有する本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１の上にさらにＳｉＨ_４、ＮＨ_３およびＮ_２からなる水素を含む混合ガス雰囲気中、温度：３００℃保持の条件のＰＥＣＶＤ法により厚さ：３００ｎｍを有するゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）を形成し、このガラス基板の表面に形成した本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１およびゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）からなる積層膜の断面をＴＥＭを用いて観察し、本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１の長さ２０μｍの範囲内に発生した直径：２０ｎｍ以上の大きなボイドの有無を確認し、その結果をその結果を表１〜２に示した。

表１〜３に示される結果から、本発明配線下地膜１〜１６は酸素を含む銅からなる従来銅合金膜１に比べてガラス基板に対する密着性に一層優れておりかつ表面粗さの最大高低差が小さいこと、この発明の条件から外れて酸素、Ｍｎ、Ａｇを含む比較配線下地膜１〜８は表面粗さの最大高低差が大きくなったり、密着性が低下したり、大きなボイドが発生して好ましくないことなどが分かる。

実施例２
実施例１で用意したガラス基板（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）の上に実施例１の表１〜２に示されるターゲットを用い、実施例１と同じ酸素含有Ａｒ雰囲気のスパッタリング条件で本発明配線下地膜１〜１６、比較配線下地膜１〜８および従来配線下地膜１と同じ成分組成を有し厚さ：５０ｎｍを有する銅合金からなる配線下地膜を成膜し、その後、酸素の供給を停止してスパッタリング装置内の雰囲気を純Ａｒガス雰囲気に変換し、雰囲気をＡｒガス雰囲気とする以外は同じ条件で５０秒程度スパッタリングすることにより厚さ：２５０ｎｍを有し、表４〜５に示される成分組成を有する銅合金膜を前記配線下地膜の上に成膜し、表４〜５に示される本発明二重構造配線膜１〜１６、比較二重構造配線膜１〜８および従来二重構造配線膜１を成膜した。この本発明二重構造配線膜１〜１６、比較二重構造配線膜１〜８および従来二重構造配線膜１について実施例１同じ条件の碁盤目付着試験を行い、その結果を表４〜５に示した。

さらに、本発明二重構造配線膜１〜１６、比較二重構造配線膜１〜８および従来二重構造配線膜１の上に実施例１と同様にして厚さ：３００ｎｍを有するゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）を形成し、本発明二重構造配線膜１〜１６、比較二重構造配線膜１〜８および従来二重構造配線膜１におけるガラス基板に接する配線下地膜の長さ２０μｍの範囲内に発生した直径：２０ｎｍ以上の大きなボイドの有無を実施例１と同様にして確認し、その結果を表４〜５に示した。

表４〜５に示される結果から、本発明二重構造配線膜１〜１６は比較二重構造配線膜１〜８および従来二重構造配線膜１に比べて優れた特性を有することがわかる。なお、実施例ではこの発明のＣｕ−Ｍｎ−Ａｇ合金下地膜の上にＣｕ−Ｍｎ−Ａｇ合金膜を成膜した二重構造配線膜について述べているが、この発明のＣｕ−Ｍｎ−Ａｇ合金下地膜の上に形成される膜はＣｕ−Ｍｎ−Ａｇ合金膜に限定されるものではなく、この発明のＣｕ−Ｍｎ−Ａｇ合金下地膜の上に形成される膜は純銅膜およびその他の導電性に優れた銅合金膜であればいかなる成分組成を有する銅合金膜であってもこの発明の範囲に含まれる。

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における配線部分の要部を説明するための断面概略拡大説明図である。

符号の説明

１：ガラス基板、２：酸素含有銅下地膜、３：純銅膜、４：二重構造配線膜４、５：ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）、６：ボイド、７：アモルファスＳｉ膜

Claims (3)

1. 酸素：４〜２０モル％、Ｍｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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配線下地膜。
2. 請求項１記載の密着性に優れた配線下地膜の上に、導電性に優れた純銅または銅合金膜を積層してなることを特徴とする密着性に優れた二重構造配線膜。
3. 請求項２記載の導電性に優れた銅合金膜は、Ｍｎ：０．２〜３モル％、Ａｇ：０．２〜３モル％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であることを特徴とする密着性に優れた二重構造配線膜。

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