JP2009167494A - 密着性に優れた銅合金薄膜並びにこの銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極 - 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銅合金薄膜を提供する。
【解決手段】フッ素：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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密着性に優れた銅合金薄膜。
【選択図】なし

Description

この発明は、ガラス基板に対する密着性に優れた銅合金薄膜に関するものであり、この銅合金薄膜は液晶表示装置の配線および電極など使用されるものである。

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銅合金薄膜からなる配線が密着して形成されており、この純銅合金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にも銅合金薄膜が使用されている。これらガラス基板表面に形成された銅合金薄膜からなる配線およびＴＦＴトランジスターのゲート電極はガラス基板表面に対する密着性が低いために軽微な振動を受けても剥離し、そのために故障の原因となっていた。これを改善するために、酸素を含有させた銅合金薄膜が提案されており（特許文献１参照）、この酸素を含有した銅合金薄膜はガラス基板表面に対する密着性が優れているなることが知られている。
特開平８−２６８８９号公報

近年、液晶表示装置は益々大型化しており、５０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。そのために液晶表示装置のガラス基板表面に形成されている配線は長くなり、さらに益々細くすることが求められている。しかし、配線は細くなるほど振動などに対して剥離しやすくなり、そのために配線の比抵抗を低く維持するとともに配線が剥離することのないようにガラス基板表面に対する密着性に一層優れた銅合金薄膜が求められている。

そこで、本発明者等は、比抵抗が低く、しかもガラス基板表面に対する密着性に優れた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、純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）にフッ素：０．０１〜５原子％を含有させ、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％含有した銅合金薄膜は、従来の純銅薄膜の比抵抗に比べて大幅に上昇することなく、さらにガラス基板表面に対する密着性が一段と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を液晶表示装置の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、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）フッ素：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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密着性に優れた銅合金薄膜、
（２）前記（１）記載の成分組成を有する銅合金薄膜からなる密着性に優れた液晶表示装置用配線、
（３）前記（１）記載の成分組成を有する銅合金薄膜からなる密着性に優れた液晶表示装置用電極、に特徴を有するものである。

この発明の銅合金薄膜並びにこの銅合金薄膜からなる液晶表示装置の配線および電極は、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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銅合金ターゲットを用い、フッ素ガスを含む不活性ガス中でスパッタリングすることにより成膜することができるが、フッ素ガスは取り扱いが難しい。そのために、Ｆ：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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ターゲットをあらかじめ作製し、このターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることにより形成することが簡単で一層好ましい。そして、この不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする際に使用するターゲットは、原料粉末として純度：９９．９９％以上の無酸素銅粉末、Ｃｕ−Ｃａ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｍｇ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｚｎ二元系合金粉末などの金属粉末を用意し、さらにＣａのフッ化物（例えば、ＣａＦ_２）粉末、Ｍｇのフッ化物（例えばＭｇＦ_２）粉末、Ｚｎのフッ化物（例えばＺｎＦ_２）粉末などのフッ化物粉末を用意し、これら原料粉末をフッ素：０．０１〜５原子％、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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ように配合し混合し、得られた混合粉末を加圧成型して加圧成型体を作製し、この加圧成型体を不活性ガス雰囲気中、温度：７００〜１０００℃で焼結し、得られた焼結体を所定の寸法に切削することにより得られる。したがって、この発明は、
（４）フッ素：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

次に、この発明の銅合金薄膜並びにこの銅合金薄膜からなる液晶表示装置における配線および電極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）フッ素：
配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるフッ素はガラス基板表面に対する密着性を一層向上させ、さらに下地のガラス基板に含まれるＳｉの銅合金薄膜への拡散を防止する作用を有するので添加するが、フッ素を０．０１原子％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、５原子％を越えて添加すると、配線および電極を構成する銅合金薄膜の比抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるフッ素：０．０１〜５原子％に定めた。
（ｂ）Ｃａ、ＭｇおよびＺｎ
これら成分はガラス基板に対する密着性を一層向上させるので添加するが、その含有量が０．０１原子％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、２．５原子％を越えて添加すると、配線および電極を構成する銅合金薄膜の比抵抗が大きく上昇するので好ましくない。したがって、配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるＣａ、ＭｇおよびＺｎを０．０１〜２．５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、比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。

実施例
ガスアトマイズすることにより得られたいずれも平均粒径：１．０μｍを有する純度：９９．９９質量％の無酸素銅粉末、Ｃｕ−Ｃａ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｍｇ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｚｎ二元系合金粉末を用意した。

さらにいずれも平均粒径：０．２μｍを有するＣａＦ_２粉末、ＭｇＦ_２粉末およびＺｎＦ_２粉末を用意した。
先に用意した無酸素銅粉末、Ｃｕ−Ｃａ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｍｇ二元系合金粉末、Ｃｕ−Ｚｎ二元系合金粉末にＣａＦ_２粉末、ＭｇＦ_２粉末およびＺｎＦ_２粉末を配合し混合して混合粉末を作製し、得られた混合粉末を金型に充填して成型し、得られた成型体をＡｒガス雰囲気中、温度：９５０℃で焼成し、得られた焼成体の表面を旋盤加工して外径：２００mm×厚さ：５mmの寸法を有し、表１に示される成分組成を有する本発明ターゲット１〜１９および比較ターゲット１〜４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表１に示される本発明ターゲット１〜１９および比較ターゲット１〜４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１〜１９および比較ターゲット１〜４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。

これら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）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：５００Ｗ、
到達真空度：４×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒガス、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件でスパッタリングすることにより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薄膜１〜１９および比較銅合金薄膜１〜４を形成した。

得られた本発明銅合金薄膜１〜１９および比較銅合金薄膜１〜４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、得られた本発明銅合金薄膜１〜１９および比較銅合金薄膜１〜４に、ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で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す碁盤目付着試験を実施し、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１００個の碁盤目の内で密着している碁盤目の数を測定し、その結果を（密着数／１００）として表２〜３に示し、ガラス基板に対する密着性を評価した。
従来例
溶解鋳造して得られた純銅ターゲットを用意し、この純銅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）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：５００Ｗ、
到達真空度：４×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒガス、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件でスパッタリングすることによりガラス基板の表面に厚さ：３００ｎｍを有し、表３に示される純銅からなる薄膜(以下、従来薄膜１という)を形成した。
さらに、先に用意した純銅ターゲットを用い、雰囲気ガス組成を酸素：
２容量％含むＡｒガスとする以外は同じ条件でスパッタリングすることにより表５に示される酸素含有銅からなる薄膜(以下、従来薄膜２という)を形成した。
このようにして得られた従来薄膜１〜２について、実施例１と同様にして比抵抗を測定し、さらにガラス基板に対する密着性を評価し、その結果を表３に示した。

表２〜３に示される結果から、本発明銅合金薄膜１〜１９と純銅から成る従来銅合金薄膜１および酸素を含む高純度銅からなる従来銅合金薄膜２を比較すると、共にガラス基板に対する密着性に優れかつ比抵抗が極めて小さいものの、本発明銅合金薄膜１〜１９は従来銅合金薄膜１〜２に比べて密着性が優れていること、この発明の条件から外れてＦ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎを含む比較銅合金薄膜１〜４は比抵抗が大きくなり過ぎたり、密着性が悪くなるなど好ましくない特性が現れるので好ましくないとこ、などが分かる。

Claims (5)

1. フッ素：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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ことを特徴とする密着性に優れた銅合金薄膜。
2. 請求項１記載の成分組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする密着性に優れた液晶表示装置用配線。
3. 請求項１記載の成分組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする密着性に優れた液晶表示装置用電極。
4. フッ素：０．０１〜５原子％を含有し、さらにＣａ、ＭｇおよびＺｎの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％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ことを特徴とするスパッタリングターゲット。
5. 請求項２記載の配線および請求項３記載の電極を形成した液晶表示装置。