JP2010053445A - フラットパネルディスプレイ用配線膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents

フラットパネルディスプレイ用配線膜形成用スパッタリングターゲット Download PDF

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Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイの銅合金配線膜および銅合金配線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】Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１原子％を含有し、必要に応じてＰ：０．００１〜０．１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フラットパネルディスプレイ用配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット、並びにこのターゲットを用いて成膜したＭｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１原子％を含有し、必要に応じてＰ：０．００１〜０．１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フラットパネルディスプレイ用配線。
【選択図】なし

Description

この発明は、比抵抗値が全面に渡って均一なフラットパネルディスプレイ用配線膜を形成することができるスパッタリングターゲットおよびそのターゲットを用いて成膜したフラットパネルディスプレイ用配線膜に関するものである。
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ディスプレイなどフラットパネルディスプレイの配線膜として銅合金配線膜が使用されており、例えば、Ｍｇ：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銅合金配線膜を形成した液晶表示装置が知られている（特許文献１参照）。
また、添加元素がＡｌ：１原子％以下、Ｓｉ：０．５原子％以下、Ｂｅ：２原子％以下、Ｃｒ：２原子％以下、Ｍｇ：２原子％以下、Ｓｎ：０．５原子％以下、Ｚｎ：４原子％以下、Ｃｅ：２原子％以下をそれぞれ単独で含まれる銅合金配線膜は耐マイグレーション性に優れていることも知られており、これら銅合金配線膜はこれら銅合金配線膜と同じ成分を含むターゲットを使用し、スパッタリングにより形成することも知られている（特許文献２参照）。
前記フラットパネルディスプレイにおける銅合金配線膜は、ガラス基板の上にスパッタリングにより成膜した後、熱処理される。この熱処理が行われると、銅合金配線膜に含まれる添加元素が酸化物となって銅合金配線膜の表面および裏面に移動し、銅合金配線膜の表面および裏面に添加元素の酸化物層が形成され、この添加元素の酸化物層の生成はガラス基板の基本成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止して銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにこの添加元素の酸化物層の生成はガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させている。
特開平９−４３６２８号公報 特開平６−９７１６４号公報
フラットパネルディスプレイは、近年、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。そのために広いガラス基板表面に銅合金配線膜をスパッタリングにより成膜されるようになってきたが、広いガラス基板表面にスパッタリングにより形成される銅合金配線膜は場所によって比抵抗値にバラツキが生じ、この傾向はＭｇ含有銅合金ターゲットを用いて形成した銅合金配線膜に顕著に現れている。
そこで、本発明者等は、スパッタリングにより形成される銅合金配線膜の比抵抗値が場所によってバラツキが少ないＭｇ含有銅合金製ターゲットを開発し、これを用いてフラットパネルディスプレイにおける銅合金配線膜を得るべく研究を行った。その結果、純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）に、Ｍｇを０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜１１原子％を含有した成分組成を有する銅合金ターゲットを用いてスパッタリングすることにより得られた銅合金薄膜は、従来のＭｇ：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ターゲットを用いてスパッタリングにより成膜した銅合金薄膜に比べて比抵抗値のバラツキが少なく全体が均一な比抵抗値を有する銅合金薄膜が得ら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）Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１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フラットパネルディスプレイ用配線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。
この発明は、前記（１）記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜して得られた銅合金薄膜を含むものである。したがって、この発明は、
（２）Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１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フラットパネルディスプレイ用配線膜、に特徴を有するものである。
この発明のフラットパネルディスプレイの配線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るつぼ内で高周波溶解し、得られた溶湯にＭｇを０．１〜５原子％を添加し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜１１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凝固させたのち、さらに熱間圧延し、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フラットパネルディスプレイ用銅合金薄膜を形成することができる。
この発明のスパッタリングターゲットおよびこのターゲットを用いて成膜した銅合金薄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。
（ａ）ターゲットの成分組成：
ターゲットに含まれるＭｇを０．１〜５原子％に限定し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜１１原子％に限定したのは、Ｍｇ：０．１〜５原子％とＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜１１原子％を共存して含有させたターゲットを用いてスパッタリングすると、成膜された銅合金薄膜の場所による比抵抗値のバラツキが少なくなることによるものであり、Ｍｇ：０．１原子％未満、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１原子％未満含まれていても所望の効果が得られず、一方、Ｍｇ：５原子％越え、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で１１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、所望の特性の更なる向上が認められず、特に成膜される銅合金薄膜の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）銅合金薄膜の成分組成：
Ｍｇ：
Ｍｇは結晶粒を微細化し、フラットパネルディスプレイにおける配線膜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して耐マイグレーション性を向上させ、さらに熱処理に際して銅合金薄膜の表面および裏面にＭｇ酸化物層を形成してガラス基板の主成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止して銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させる作用を有するが、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％を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに比抵抗値は増加して配線膜としては十分な機能を示さなくなるので好ましくない。したがって、銅合金薄膜に含まれるＭｇを０．１〜５原子％に定めた。
Ｍｎ、Ａｌ：
これら成分は、Ｍｇと共存して含有させることにより、ＭｇとＭｎおよび／またはＡｌとの複酸化物または酸化物固溶体を銅合金薄膜の表面および裏面に形成してガラス基板表面に対する密着性を一層向上させ、さらに銅合金薄膜の表面および裏面に形成する酸化物が化学的安定性の高いＭｇとＭｎおよび／またはＡｌとの複酸化物または酸化物固溶体を含有することから銅合金配線の化学的安定性を向上させるので添加するが、これら成分のうちの１種または２種を合計で０．１原子％未満添加しても密着性向上の効果が得られず、一方、１１原子％を越えて添加しても特性の向上が認められず、さらに、配線膜の比抵抗値が上昇するので好ましくないことによるものである。
Ｐ：
少量のＰは銅合金薄膜に求められる比抵抗、ヒロック、ボイド、密着性などの特性を劣化することなく銅合金の鋳造を容易にするので必要に応じて添加する。しかし、Ｐを０．００１原子％未満添加しても効果はなく、一方、０．１原子％を越えて添加しても鋳造性の向上はない。したがって、Ｐ含有量を０．００１〜０．１原子％に定めた。
この発明のターゲットを用いてスパッタリングすると、ガラス基板が大きくなっても成膜された銅合金薄膜の場所による比抵抗値のバラツキが少なく、さらにガラス基板表面に対する密着性が向上しかつ比抵抗値が低いことから高精細化し大型化したフラットパネルディスプレイの銅合金配線膜を形成することができる。
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るつぼ内で高周波溶解し、得られた溶湯にＭｇ、Ｍｎ、Ａｌを添加しさらに必要に応じてＰ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、さらに熱間圧延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旋盤加工して外径：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円板状の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）１〜２５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１〜２５、比較ターゲット１〜４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１〜２５、比較ターゲット１〜４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。
本発明ターゲット１〜２５、比較ターゲット１〜４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（直径：２００ｍｍ、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：４×１０−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ：９０容量％、酸素：１０容量％の混合ガス、
ガス圧：０．２Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件でガラス基板の表面に、半径：１００ｍｍ、厚さ：３００ｎｍを有し、表２〜３に示される成分組成を有するいずれも円形の本発明銅合金配線用薄膜（以下、本発明配線用薄膜という）１〜２５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を形成した。得られた本発明配線用薄膜１〜２５、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜をそれぞれ加熱炉に装入し、Ａｒ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。得られたいずれも円形の本発明配線用薄膜１〜２５、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１の中心、中心から５０ｍｍ離れた点および中心から１００ｍｍ離れた点の比抵抗を四探針法により測定し、その最大と最小の差を求め、それらの結果を表２〜３に示すことにより配線用薄膜の比抵抗値のバラツキを評価した。
さらに、ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で本発明配線用薄膜１〜２５、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜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１〜２５、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１の密着性を評価した。
これら熱処理を施した本発明配線用薄膜１〜２５、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１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。
Figure 2010053445
Figure 2010053445
Figure 2010053445
表１〜３に示される結果から以下の事項が分かる。
（ｉ）Ｍｇを単独で含む従来ターゲット１を用いてスパッタリングすることにより成膜した従来配線用薄膜１は、中心部の比抵抗と周辺部の比抵抗との差が大きく、さらにガラス基板に対する密着性が劣るが、これに対してＭｇとＭｎおよびＡｌうちの１種または２種を含む本発明配線用薄膜１〜２５は、中心部の比抵抗と周辺部の比抵抗値との差が小さいことから比抵抗値のバラツキが少なく、さらにガラス基板に対する密着性が優れること、
（ii）さらに、この発明の条件から外れてＭｇおよびＭｎが少なく含む比較ターゲット１を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用薄膜１並びにこの発明の条件から外れてＭｇおよびＡｌが少なく含む比較ターゲット２を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用薄膜２は密着性が低く、さらにヒロックおよびボイドが発生するのでマイグレーションが発生しやすくなるので好ましくなく、一方、ＭｇとＭｎおよびＡｌの合計がこの発明の条件から外れて多く含む比較配線用薄膜３〜４は比抵抗値が大きくなり過ぎて配線用薄膜として好ましくないことが分かる。

Claims (4)

  1. Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１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ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ用配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
  2. Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１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フラットパネルディスプレイ用配線膜。
  3. Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１原子％を含有し、さらにＰ：０．００１〜０．１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ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ用配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
  4. Ｍｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１１原子％を含有し、さらにＰ：０．００１〜０．１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フラットパネルディスプレイ用配線膜。
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