JP2017139381A - 表示装置用配線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】４５０〜６００℃の高温加熱処理を行なったときの耐熱性に優れるだけでなく、当該高温加熱後も電気抵抗率を一層低く抑えられる表示装置用配線構造を提供する。【解決手段】本発明の配線構造は、基板側から順に、０．１〜３．０原子％の希土類元素を含み、残部：Ａｌおよび不可避不純物であるＡｌ合金の第１層と、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、またはＴｉ合金のいずれかの窒化膜からなる第２層と、の積層構造を有し、第１層の膜厚は８０〜７００ｎｍ、第２層の膜厚は１０ｎｍ超、７０ｎｍ以下であり、Ａｌ合金を４５０〜６００℃の温度で２時間以下加熱したときの、Ａｌ合金の最大結晶粒径が０．８μｍ以上１０μｍ以下であり、配線構造を４５０〜６００℃の温度で加熱したとき、第１層の電気抵抗率が４．５μΩｃｍ以下であり、且つ、ヒロック密度が１×１０9個／ｍ2未満である。【選択図】なし

Description

本発明は表示装置用配線構造に関する。詳細には、表示装置、液晶ディスプレイ、入力装置、タッチセンサーなどに用いられ、電極および配線材料として有用な、Ａｌ合金膜を有する表示装置用配線構造に関する。

Ａｌ合金膜は種々の電極および配線材料として広範囲に用いられており、例えば、液晶ディスプレイにおける薄膜トランジスタ用のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極並びに配線材料、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＯＥＬＤ）における薄膜トランジスタ用のゲート、ソースおよびドレイン電極並びに配線材料、フィールドエミッションディスプレイにおけるカソード電極およびゲート電極並びに配線材料、蛍光真空管におけるアノード電極および配線材料、プラズマディスプレイにおけるアドレス電極および配線材料、無機ＥＬにおける背面電極などが挙げられる。

上記用途に用いられる配線材料には、抵抗が低く、且つ、加熱処理によってヒロックと呼ばれる析出物が発生しないことが要求される。しかし、純Ａｌは、低抵抗である反面、約４５０℃以上の高温加熱処理によってヒロックが発生し易く、耐熱性に劣るという問題がある。

そこで本出願人は、４５０〜６００℃程度の高温下に曝されてもヒロックが発生せず高温耐熱性に優れており、配線構造全体の電気抵抗（配線抵抗）も低く抑えられており、更にフッ酸耐性が低く抑えられた表示装置用配線構造として、特許文献１を開示している。特許文献１には、高温下の耐熱性（高温耐熱性）の向上、並びに膜自体の電気抵抗（配線抵抗）の低減に寄与する層として、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔｉ、ＣｒおよびＰｔよりなる群（Ｘ群）から選択される少なくとも一種の元素と、希土類元素の少なくとも一種とを含むＡｌ合金の第１層（Ａｌ−Ｘ群元素−ＲＥＭ合金）と；当該Ａｌ合金（第１層）の上に、高温耐熱性作用、配線抵抗低減作用に加え、フッ酸耐性の向上に寄与する層として、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、およびＣｒよりなる群（Ｙ群）から選択される少なくとも一種の元素（Ｙ群元素）の窒化物、またはＡｌ合金の窒化物の第２層と、が積層された配線構造が記載されている。特許文献１の配線構造によれば、当該配線構造に対して４５０〜６００℃の加熱処理を行なったとき、（１）電気抵抗率が１５μΩｃｍ以下、（２）ヒロック密度が１×１０⁹個／ｍ²以下、（３）０．５重量％のフッ酸溶液に１分間浸漬した際のエッチングレートが２００ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性が得られる。

特開２０１３−８４９０７号公報

上記特許文献１によれば、４５０〜６００℃の加熱処理を行なったときの電気抵抗率を１５μΩｃｍ以下に抑えられるが、更なる電気抵抗の低減が望まれている。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、４５０〜６００℃の高温加熱処理を行なったときの耐熱性に優れるだけでなく、当該高温加熱後も電気抵抗率を一層低く抑えられる表示装置用配線構造を提供することにある。

上記課題を解決し得た本発明の表示装置用配線構造は、表示装置に用いられる配線構造であって、前記配線構造は、基板側から順に、０．１〜３．０原子％の希土類元素を含み、残部：Ａｌおよび不可避不純物であるＡｌ合金の第１層と、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、またはＴｉ合金のいずれかの窒化膜からなる第２層と、の積層構造を有し、前記第１層の膜厚は８０〜７００ｎｍ、前記第２層の膜厚は１０ｎｍ超、７０ｎｍ以下であり、前記Ａｌ合金を４５０〜６００℃の温度で２時間以下加熱したときの、前記Ａｌ合金の最大結晶粒径が０．８μｍ以上１０μｍ以下であり、前記配線構造を４５０〜６００℃の温度で加熱したとき、前記第１層の電気抵抗率が４．５μΩｃｍ以下であり、且つ、ヒロック密度が１×１０⁹個／ｍ²未満であるところに要旨を有する。

本発明の好ましい実施態様において、前記希土類元素（ＲＥＭ）はＮｄ、Ｌａ、またはＧｄである。

本発明の好ましい実施態様において、前記配線構造は、前記第１層の下にＭｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化膜からなる第３層を更に有する。

本発明の好ましい実施態様において、前記第３層の膜厚は１０〜７０ｎｍである。

本発明には、上記いずれかに記載の配線構造を有する表示装置、液晶ディスプレイ、入力装置、タッチセンサーが含まれる。

本発明の配線構造は上記のように構成されているため、４５０〜６００℃の高温加熱後も高い耐熱性と低い電気抵抗を両立することができる。

本発明者らは、上記特許文献１の配線構造［Ａｌ−（Ｘ群元素−ＲＥＭ合金）の第１層と、（Ｙ群元素の窒化物）の第２層との積層体］を開示した後も、４５０〜６００℃の高温加熱処理を行なったときの優れた耐熱性（高温加熱後の耐熱性）を維持しつつ、高温加熱後の電気抵抗が上記特許文献１に比べて一層低減された配線構造を提供するため、検討を重ねてきた。その結果、特許文献１に記載の配線構造を、下記構成の配線構造とすれば、高温加熱後の特性について、特許文献１と同程度の高い耐熱性が得られるのみならず、第１層の電気抵抗率が純Ａｌと同等または約１．５倍以下に低減されて結果的に配線構造全体の電気抵抗も特許文献１に比べて低く抑えられることを見出し、本発明を完成した。
（１）第１層を、高温加熱後に所定の最大粒径を有するＡｌ−ＲＥＭ合金とする。
（２）第２層を、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化物とする。

ここで本発明と上記特許文献１との構成上の最も大きな相違点は第１層のＡｌ合金の組成にある。特許文献１ではＡｌ−ＲＥＭ−Ｘ合金を使用しているのに対し、本発明では所定粒径のＡｌ−ＲＥＭ合金を使用している。本発明も特許文献１も積層体を構成する第２層は窒化物である点で共通するが、本発明者らの検討結果によれば、使用するＡｌ合金の種類によって高温加熱後の電気抵抗率は大きく異なり、結果的に本発明によれば、純Ａｌとほぼ同程度の低い電気抵抗率が得られる。

具体的には、特許文献１に用いられるＡｌ−Ｘ群元素−ＲＥＭ合金を高温加熱した後の電気抵抗率は、例えば５５０℃で約７μΩｃｍ以下であり、同一の条件で加熱したときの純Ａｌの電気抵抗率（約３．２μΩｃｍ）に比べて約２倍も高い。これに対し、本発明のようにＡｌ−ＲＥＭ合金を用いれば、４５０〜６００℃のいずれの温度でも電気抵抗率は４．５μΩｃｍ以下に低減されており、純Ａｌと同等または最大でも約１．５倍以下に低減されることが分かった。その結果、上記Ａｌ−ＲＥＭ合金を第１層とした積層体の配線構造を用いれば、結果的に純Ａｌを配線材料としたときとほぼ同程度の低い電気抵抗率が得られることが分かった。

ここで、Ａｌ−ＲＥＭ合金を４５０〜６００℃の温度で２時間以下加熱したときの最大結晶粒径は０．８μｍ以上１０μｍ以下であり、これは純Ａｌとほぼ同程度である。しかし、両者の高温加熱後の耐熱性は大きく相違しており、Ａｌ−ＲＥＭ合金は純Ａｌに比べて高温加熱後の耐ヒロック性に優れるため、耐熱性も極めて良好である。

すなわち、純Ａｌ膜を熱処理した場合、通常、ガラス基板と純Ａｌ膜との熱膨張係数の差により生じる膜応力勾配を駆動力として、Ａｌの最大結晶粒径が０．８μｍ以上に成長し、ヒロックが発生する。これに対し、Ａｌ−ＲＥＭ合金膜を熱処理した場合、当該膜中に過飽和に固溶した元素（ＲＥＭ）の粒界析出や、それによるＡｌの結晶粒成長の抑制により、ヒロックが抑制されると同時にＡｌ−ＲＥＭ合金の微細組織が維持される。その結果、Ａｌ−ＲＥＭ合金の結晶粒径は純Ａｌと同程度であるにもかかわらず、高温加熱後の良好な耐熱性と低い電気抵抗とを両立することができる。

また、本発明の配線構造を用いれば、純Ａｌを用いたときと同程度の機械強度、残留応力、耐食性などが得られる。よって、本発明の配線構造を用いれば、純Ａｌの欠点であった耐熱性を改善し、しかも純Ａｌと同等の電気抵抗、機械強度、残留応力、耐食性などが発揮されるため、表示装置の製造に一般的に用いられる純Ａｌに代わる高耐熱性且つ低抵抗の材料として極めて有用である。

以下、本発明の配線構造について詳しく説明する。

（１）基板
本発明に用いられる基板は、表示装置に通常用いられるものであれば特に限定されず、例えば、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、シリコン、シリコンカーバイドなどが例示される。シリコンとして、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、低温ポリシリコン（Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ、ＬＴＰＳ）などが挙げられる。これらのうち好ましいのは、無アルカリガラスである。

（２）Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）
本発明の配線構造は、上記基板の上にＡｌ−ＲＥＭ合金（第１層）を有する。ここで「基板の上」とは、基板の直上、および酸化シリコンや窒化シリコンなどの層間絶縁膜を介してその上の両方を含む。

上記希土類元素（ＲＥＭ）は高温加熱後の耐熱性向上および電気抵抗の低減に寄与する元素である。ここで、希土類元素とは、ランタノイド元素（周期表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの合計１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群を意味する。本発明では、上記希土類元素を単独で用いても良いし、２種以上を併用しても良い。希土類元素のうち好ましいのは、Ｎｄ、Ｌａ、Ｇｄであり、より好ましいのは、Ｎｄ、Ｌａである。

希土類元素による上記作用を有効に発揮させるため、希土類元素の含有量（単独で含有する場合は単独の量であり、２種以上を併用するときは合計量である。）は０．１〜３．０原子％である。希土類元素の含有量が０．１原子％未満であると上記作用が有効に発揮されない。希土類元素の好ましい含有量は順に、０．１５原子％以上、０．２原子％以上、０．２５原子％以上、０．３原子％以上、０．５原子％以上である。一方、希土類元素の含有量が３．０原子％を超えると、Ａｌ合金膜自体の電気抵抗が高くなり過ぎ、配線加工時に残渣が発生し易くなるなどの問題がある。希土類元素の好ましい含有量は２．５原子％以下であり、より好ましくは２．０原子％以下である。

上記第１のＡｌ合金膜は、上記元素を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物である。

ここで上記不可避不純物としては、例えばＦｅ、Ｓｉ、Ｂなどが例示される。不可避不純物の合計量は特に限定されないが、概ね０．５原子％以下程度含有してもよく、各不可避不純物元素は、Ｂは０．０１２原子％以下、Ｆｅ、Ｓｉはそれぞれ０．１２原子％以下含有していてもよい。

上記Ａｌ−ＲＥＭ合金を４５０〜６００℃で２時間以下加熱したときの最大結晶粒径は０．８μｍ以上１０μｍ以下である。具体的には、上記温度域で加熱時間の上限を２時間として加熱したときの、Ａｌ−ＲＥＭ合金の結晶粒径を後記する実施例に記載の方法で測定したとき、当該結晶粒径の最大値が０．８μｍ以上１０μｍ以下のものを意味する。ここで「最大結晶粒径」とは、結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径またはＧｒｅｅｎ径とも呼ばれる）の最大値を意味する。具体的には粒子を挟む一定方向の二本の平行線の間隔（距離）であり、結晶粒に凹みがある場合は投影図の平行外接線間距離であり、結晶粒に凹みがない場合（球）は周長さをπで割った値である。上記最大結晶粒径の好ましい範囲はＲＥＭ合金の種類や含有量などによっても相違するが、１．０μｍ以上、７μｍ以下であり、より好ましい範囲は１．２μｍ以上、５μｍ以下である。

上記Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）を４５０〜６００℃で加熱したときの電気抵抗率は４．５μΩｃｍ以下である。上記要件は、本発明における「高温加熱処理後の低い電気抵抗」の指標となる値である。なお、Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）の高温加熱後の電気抵抗率の算出は、後記する実施例の欄に記載の方法で算出したものである。

ここで、「４５０〜６００℃」の加熱温度は、ＴＦＴの製造工程で負荷される高温加熱処理を想定したものであり、このような高温加熱処理に対応するＴＦＴ製造プロセスとしては、例えば、アモルファスシリコンの結晶化のため（結晶化シリコンとするため）のレーザーなどによるアニール、低抵抗な多結晶シリコン層を形成するための活性化熱処理などが挙げられる。特に活性化のための熱処理で、上記のような高温下に曝されることが多い。この加熱処理は、真空、窒素ガス、不活性ガスの雰囲気中で行われることが好ましく、処理時間は、１分以上６０分以下であることが好ましい。

上記Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）の膜厚は、８０〜７００ｎｍである。上記膜厚が８０ｎｍを下回ると配線抵抗の増大などの問題があり、一方、上記膜厚が７００ｎｍを超えると配線端面の形状異常やそれに伴う上層膜の断線などの問題がある。上記Ａｌ−ＲＥＭ合金の好ましい膜厚は、おおむね、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。

（３）Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化物（第２層）
本発明の配線構造は、上記Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）の上に、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化物（第２層）を有する。ここで「Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）の上」とは、Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）の直上を意味し、第１層と第２層との間に介在する層（中間層）は含まれない。以下では、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化物を単に「窒化物」と略記する場合がある。

上記窒化物は、配線構造の電気抵抗低減および高温加熱後の耐熱性向上に寄与する。上記窒化物でないもの；すなわち、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金は、高温加熱後に第１層のＡｌ−ＲＥＭ合金と相互拡散が生じるため、結果的に第１層の高温加熱後の電気抵抗率が高くなってしまう（後記する実施例のＮｏ．３３を参照）。

本発明に用いられるＭｏ合金の種類として、例えばＭｏと、前述した特許文献１に記載のＹ群元素のうちＭｏ以外の元素（Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｃｒ）の少なくとも一種を含む合金が挙げられる。これらのうち好ましく用いられるＭｏ以外の元素は、例えばＷ、Ｔａ、Ｎｂであり、より好ましくはＮｂである。

また、本発明に用いられるＴｉ合金の種類として、例えばＴｉと、前述した特許文献１に記載のＹ群元素のうちＴｉ以外の元素（Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｃｒ）の少なくとも一種を含む合金が挙げられる。これらのうち好ましく用いられるＴｉ以外の元素は、例えばＭｏである。

ここで「窒化物」は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔｉ合金、Ｍｏ合金の全てが窒化されている必要は必ずしもないが、当該窒化物による作用効果を有効に発揮させるためには、窒化の割合はできるだけ多い方が良く、全てが窒化されていることが最も好ましい。例えば２種以上のＹ群元素を含む窒化物の場合、当該窒化物を構成する全ての元素が、できるだけ窒化されていることが好ましく、全ての元素が窒化されていることが最も好ましい。具体的には、後述するように窒化物成膜時における混合ガス中の窒素ガスの比率（流量比、％）を２％以上（第２層の窒化物を構成する元素の種類によっては３％以上）に制御して形成された窒化物であれば、本発明の窒化物に含まれる。但し、窒化物は本来、絶縁物であり、窒化物の割合が多くなると、第２層の電気抵抗率が高くなり、配線構造全体の電気抵抗率が高くなる傾向にある。また、窒化物を構成する元素の種類によっては、ウエットエッチングによる配線加工性など、表示装置用配線構造に要求される一般的特性が低下する虞があるため、窒化の程度を適切に制御することが推奨される。

上記窒化物（第２層）の膜厚は、１０ｎｍ超、７０ｎｍ以下である。上記膜厚が１０ｎｍ以下では、所望とする高温加熱後の耐熱性を確保できない（表１のＮｏ．２９、３０を参照）。一方、上記窒化物の膜厚が７０ｎｍを超えると、配線膜全体の抵抗増大や成膜時間の長時間化などの問題がある。上記窒化物（第２層）の好ましい膜厚は、１５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下である。

更に第２層を構成する窒化物の種類に応じて、第２層の電気抵抗率は、適切な範囲を有し得る。上述したように第２層を構成する窒化物は本来、絶縁物であり、窒化物の種類に応じて、第２層の電気抵抗率は様々な範囲を有し得る。

例えば、第２層がＭｏの窒化物の場合は、後に詳述するように、混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）を３％以上としたとき、第２層の電気抵抗率は、後記する実施例に記載の方法によれば、７５μΩｃｍ以上である。また、後に詳述するように、混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）の好ましい上限は５０％であるが、そのときの第２層の電気抵抗率は４００μΩｃｍ以下である。

また、第２層がＴｉの窒化物の場合は、後に詳述するように、混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）を２％以上としたとき、第２層の電気抵抗率は、後記する実施例に記載の方法によれば、９０μΩｃｍ以上である。また、後に詳述するように、混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）の好ましい上限は５０％であるが、そのときの第２層の電気抵抗率は６００μΩｃｍ以下である。

本発明の配線構造は、当該配線構造に対して４５０〜６００℃の加熱処理を行なったとき、ヒロック密度が１×１０⁹個／ｍ²以下を満足するものである。上記要件は、本発明における「高温加熱処理後の高い高温耐熱性」の指標となる値である。上記Ａｌ−ＲＥＭ合金（第１層）単層でも４００℃程度までは高い耐熱性が得られるが、４５０〜６００℃程度の高温になると所望とする耐熱性が得られない。これに対し、本発明のように積層構造とすることにより、４５０〜６００℃の全ての領域においてより高い耐熱性が確実に得られる。

また、本発明の配線構造は、当該配線構造に対して４５０〜６００℃の加熱処理を行なったとき、電気抵抗率が１０μΩｃｍ以下を満足することが好ましい。

本発明の配線構造は上記のように第１層と第２層の積層体から構成されていても良いが、上記第１層の下（基板側）に、更にＭｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化物からなる第３層を有していても良い。例えば基板としてａ−ＳｉやＬＴＰＳなどのシリコンを用いる場合には、上記第３層の存在により拡散抑制効果が得られる。ここで「上記第１層の下」とは、上記第１層の下を意味し、基板と第１層との間に介在する層（中間層）は含まれない。

上記第３層の詳細は、前述した第２層の窒化物を参照すれば良い。なお、上記第３層と上記第２層の構成は同じであっても良いし、異なっていても良い。例えば、第２層および第３層が共にＭｏ窒化物であっても良いし、一方、第２層がＭｏ窒化物、第３層がＴｉ窒化物であっても良い。

上記第３層の好ましい膜厚は、おおむね、１０〜７０ｎｍである。上記膜厚が１０ｎｍを下回るとピンホールが生成するなどの問題があり、一方、７０ｎｍを超えると配線抵抗が増大するなどの問題がある。より好ましい上記第３層の膜厚は、おおむね、１５〜４０ｎｍである。

以上、本発明に係る第２の配線構造について説明した。

次に、本発明の配線構造を製造する方法について説明する。

本発明において、第１層（Ａｌ−ＲＥＭ合金）は、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」ということがある）を用いて形成することが望ましい。イオンプレーティング法や電子ビーム蒸着法、真空蒸着法で形成された薄膜よりも、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できるからである。

また、上記スパッタリング法で上記第１層を形成するには、上記ターゲットとして、前述した元素を含むものであって、所望とする層と同一組成のターゲットを用いれば、組成ズレの恐れがなく、所望の成分組成の層を形成することができるのでよい。

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状（角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状、円筒状など）に加工したものが含まれる。

上記ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法、スプレイフォーミング法で、例えばＡｌ−ＲＥＭ合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Ａｌ−ＲＥＭ合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。

また、上記第２層（必要に応じて第３層）は、上記特許文献１に記載の製造方法を参照することができる。例えば上記第２層（必要に応じて第３層）を構成する窒化物は、窒素ガスと不活性ガス（代表的にはアルゴンガス）の混合ガスを用いた反応性スパッタリング法により形成され、且つ、前記混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）は２％以上（第２層の窒化物を構成する元素の種類によっては３％以上）に制御することが好ましい。

上記不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ネオンガスなどが挙げられるが、これらのうち好ましいのはアルゴンガスである。

また、上記混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）を２％以上（第２層の窒化物を構成する元素の種類によっては３％以上）とすることにより、所望とする作用効果を発揮し得る所定の窒化物が形成される。

上記第２層として、例えば、ＴｉまたはＴｉ合金の窒化物を形成する場合には、前記混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）を２％以上とすればよい。窒素ガスの好ましい比率は３％以上であり、より好ましくは５％以上、更に好ましくは１０％以上である。

上記第２層として、例えば、ＭｏまたはＭｏ合金の窒化物を形成する場合には、前記混合ガス中に含まれる窒素ガスの比率（流量比）を３％以上とすればよい。窒素ガスの好ましい比率は５％以上、より好ましくは１０％以上である。

但し、混合ガス中の窒素ガスの比率が多くなり過ぎると、成膜速度が低下するなどの問題が生じるため、上限は、５０％以下であることが好ましく、より好ましくは４０％以下であり、更に好ましくは３０％以下である。

本発明は、上記配線構造が、薄膜トランジスタに用いられる表示装置も含むものである。その態様として、上記配線構造が、例えば、走査線や信号線などの配線；ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極などの配線材料や電極材料などとして用いられるものが挙げられるが、特に、上記配線構造が、高温熱履歴の影響を受け易いゲート電極および走査線に用いられるものなどが、好適に挙げられる。

また前記ゲート電極および走査線と、前記ソース電極および／またはドレイン電極ならびに信号線が、同一組成の配線構造であるものが態様として含まれる。

本発明に用いられる透明画素電極は特に限定されず、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などが挙げられる。

また、本発明に用いられる半導体層も特に限定されず、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、連続粒界結晶シリコンなどが挙げられる。

本発明の配線構造を備えた表示装置を製造するにあたっては、表示装置の一般的な工程を採用することができ、例えば、前述した特許文献１に記載の製造方法を参照すれば良い。

以上、液晶表示装置として液晶ディスプレイを代表的に取り上げ、説明したが、上記説明した本発明の表示装置用配線構造は、主に電極および配線材料として各種液晶表示装置に用いることができる。例えば液晶ディスプレイにおける薄膜トランジスタ用のゲート、ソースおよびドレイン電極並びに配線材料、例えば有機ＥＬディスプレイにおける薄膜トランジスタ用のゲート、ソースおよびドレイン電極並びに配線材料、例えばフィールドエミッションディスプレイにおけるカソードおよびゲート電極並びに配線材料、例えば蛍光真空管におけるアノード電極および配線材料、プラズマディスプレイにおけるアドレス電極および配線材料、無機ＥＬディスプレイにおける背面電極などが挙げられる。これらに本発明の表示装置用配線構造を用いた場合に、上記所定の効果が得られることは実験により確認済である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
本実施例では、種々の積層構造からなる試料を作製して、第１層の電気抵抗率および耐熱性を比較検討した。

まず、無アルカリガラス基板（コーニング社製のＥａｇｌｅ−ＸＧガラス基板、厚さ０．７ｍｍ）上に、表１に記載のＡｌまたは各Ａｌ合金膜（膜厚３００ｎｍ）を、ＤＣマグネトロン・スパッタ法［雰囲気ガス＝アルゴン（流量：３０ｓｃｃｍ）、圧力＝２ｍＴｏｒｒ、基板温度＝２５℃（室温）］によって成膜した。表１中、Ａｌ合金の数字の単位は原子％であり、例えばＡｌ−０．１Ｎｄは０．１原子％のＮｄを含み、残部Ａｌおよび不可避不純物であるＡｌ合金を意味する。

次いで、真空雰囲気を保持したまま、表１に記載の第２層の各窒化膜を、ＤＣマグネトロン・スパッタ法［雰囲気ガス＝アルゴン（流量：２６ｓｃｃｍ）および窒素（流量：４ｓｃｃｍ）の混合ガス（流量比≒１３％）、圧力＝２ｍＴｏｒｒ、基板温度＝２５℃（室温）］によって成膜し、２層構造の試料を作製した（表１のＮｏ．１〜２１、２３〜３０）。表１には窒化膜を「−Ｎ」で表記しており、例えばＭｏの窒化膜は「Ｍｏ−Ｎ」、Ｍｏ−１０原子％Ｎｂの窒化膜は「Ｍｏ−１０Ｎｂ−Ｎ」で表記する。

表１のＮｏ．２２は、上記第１層の下に第３層を有する３層構造の試料であり、上記第２層と同様にして基板の上にＭｏの窒化膜（Ｍｏ−Ｎ）を成膜した。

比較のため、第１層（単層）のみからなるＡｌ−ＲＥＭ合金膜（Ｎｏ．３１）、純Ａｌ膜（Ｎｏ．３２）をそれぞれ作製した。

また、窒化膜による作用効果を確認するため、雰囲気ガスとしてアルゴン（流量：３０ｓｃｃｍ）を用いたこと以外は上記と同様にして、第２層にＭｏの金属膜（膜厚＝５０ｎｍ）を有する試料を作製した（表１のＮｏ．３３）。

なお、上記種々の窒化膜の形成には、真空溶解法で作製した種々の組成の金属または合金ターゲットをスパッタリングターゲットとして用いた。

また、上記窒化膜のうち、Ａｌ合金窒化膜中における各合金元素の含有量は、高周波誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）発光分析法によって求めた。

上記のようにして形成した各試料に対し、４５０〜６００℃の高温加熱処理を１回行い、高温加熱処理後の試料について、Ａｌ合金膜（第１層）の電気抵抗率および最大結晶粒径、並びに試料の耐熱性（ヒロック密度）を、それぞれ下記に示す方法で測定した。

（１）高温加熱処理後のＡｌ合金膜の電気抵抗率
Ａｌ合金膜（第１層）の高温加熱後の電気抵抗率は、試料（積層体）および第２層の窒化物の各シート抵抗をそれぞれ算出し、下式に基づいて第１層のシート抵抗を算出した後、電気抵抗率に変換して求めた。
｛１／(第1層のシート抵抗)｝
＝｛１／(積層体のシート抵抗)｝−｛１／(第２層のシート抵抗)｝

具体的には、まず、上記のようにして作製した試料（積層体）に対し、１０μｍ幅のラインアンドスペースパターンを形成したものに、不活性雰囲気ガス（Ｎ₂）雰囲気下にて、４５０℃、５００℃、５５０℃または６００℃の各温度にて１０分間の加熱処理を１回行ない、４端子法で電気抵抗率を測定した。

次に、第２層の電気抵抗率を測定するため、別途、ガラス基板上に各窒化膜（単層）をスパッタリング法により成膜した試料を用意して、上記と同様にして電気抵抗率を測定した。使用したガラス基板および成膜条件は上記と同じである。

そして、上記手順に従って第１層（Ａｌ合金膜）の電気抵抗率を算出した。

このようにして得られた第１層の電気抵抗率について、表２に記載の判断基準により各温度の電気抵抗を評価し、本実施例では○を合格とした。

（２）高温加熱処理後のＡｌ合金膜の最大結晶粒径
上記の様にして得られたＡｌ合金膜を倍率１．５万倍にて透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）で観察し、測定視野（一視野は１２μｍ×１６μｍ）中に観察される結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）を測定した。測定は合計３視野で行い、３視野中の最大値を最大結晶粒径とした。

（３）高温加熱処理後の耐熱性
耐熱性の評価は試料（積層構造）を用いて行なった。具体的には、上記のようにして作製した試料（積層構造）に対し、不活性雰囲気ガス（Ｎ₂）雰囲気下にて、表１に示す各温度にて３０分間の加熱処理を１回行ない、その表面性状を光学顕微鏡（倍率：５００倍）を用いて観察し、ヒロック密度（個／ｍ²）を測定した。参考のため、２５℃（室温）のときのヒロック密度も測定した。

表２に記載の判断基準により耐熱性を評価し、本実施例では○または△を合格とした。

これらの結果を表１に併記する。なお、表１にはＡｌおよび各Ａｌ合金の高温加熱処理後の最大結晶粒径は記載していないが、いずれも、本発明の要件を満足していた。

Ｎｏ．１〜２２は本発明の要件を満足する積層構造の試料であり、高温加熱処理後の耐熱性に優れると共に、高温加熱後のＡｌ合金（第１層）も４．５μΩｃｍ以下に低減されている。

これに対し、本発明の要件を満足しない以下の試料は以下の問題を有している。

Ｎｏ．２３、２４は第１層に純Ａｌを用いた例であり、第２層に所定の窒化物を形成したにもかかわらず、高温加熱処理後に多くのヒロックが発生し、耐熱性が著しく低下した。

Ｎｏ．２５〜２８は、第１層にＴａまたはＴｉを含むＡｌ合金を用いた例である。ＴａやＴｉは、一般的に耐熱性作用を有すると言われているが、本実施例の結果によれば高温加熱処理後の耐熱性は低く、且つ、電気抵抗も高くなった。

Ｎｏ．２９、３０は、第２層の窒化膜の膜厚が小さい例であり、窒化膜形成によるキャップメタルとしての作用が十分発揮されず、５００℃以上に加熱したときに多くのヒロックが発生し、耐熱性が低下した。

Ｎｏ．３１はＡｌ−Ｎｄ合金のみを用いた単層の例、Ｎｏ．３２は純Ａｌのみを用いた単層の例であり、いずれの例も、４５０〜６００℃に加熱したときの耐熱性が全て低下した。

Ｎｏ．３３は、第２層としてＭｏの窒化物でなくＭｏの金属膜を用いた例であり、高温加熱処理後の電気抵抗が高くなった。これは、第１層に用いたＡｌ合金層とＭｏが相互拡散し、Ａｌ合金中に拡散したＭｏによりＡｌ合金の抵抗が高くなるためと推察される。

実施例２
本実施例では、第１層の構成のみを変えたときの、Ａｌ最大結晶粒径と耐熱性の関係を調べた。

具体的には、第１層としてＡｌ−ＲＥＭ合金（表３のＮｏ．１）または純Ａｌ（表３のＮｏ．２）を用い、前述した実施例１と同様にして表３に記載の各積層構造の試料を作製して、高温加熱処理後のＡｌ最大結晶粒径および耐熱性同様に測定、評価した。これらの結果を表３に示す。

表３のＮｏ．１（本発明例）とＮｏ．２（比較例）を対比すると明らかなように、いずれの例も４５０℃以上の高温加熱処理においてＡｌの最大結晶粒径が１０００ｎｍ以上に成長しているにもかかわらず、耐熱性に極めて大きな差が見られた。Ｎｏ．２のように純Ａｌを用いると熱処理時の応力緩和のために多量のヒロックが発生するのに対し、本発明のようにＡｌ−ＲＥＭ合金を用いると、当該膜中に過飽和に固溶した元素（ＲＥＭ）の粒界析出や、それによるＡｌの結晶粒成長の抑制により、ヒロックが抑制されると推察される。その結果、Ａｌ−ＲＥＭ合金の結晶粒径は純Ａｌと同程度であるにもかかわらず、高温加熱後の良好な耐熱性と低い電気抵抗とを両立することができた。

Claims (8)

1. 表示装置に用いられる配線構造であって、
   前記配線構造は、基板側から順に、０．１〜３．０原子％の希土類元素を含み、残部：Ａｌおよび不可避不純物であるＡｌ合金の第１層と、
   Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、またはＴｉ合金のいずれかの窒化膜からなる第２層と、の積層構造を有し、
   前記第１層の膜厚は８０〜７００ｎｍ、前記第２層の膜厚は１０ｎｍ超、７０ｎｍ以下であり、
   前記Ａｌ合金を４５０〜６００℃の温度で２時間以下加熱したときの、前記Ａｌ合金の最大結晶粒径が０．８μｍ以上１０μｍ以下であり、
   前記配線構造を４５０〜６００℃の温度で加熱したとき、前記第１層の電気抵抗率が４．５μΩｃｍ以下であり、且つ、ヒロック密度が１×１０⁹個／ｍ²未満であることを特徴とする配線構造。
2. 前記希土類元素が、Ｎｄ、Ｌａ、またはＧｄである請求項１に記載の配線構造。
3. 前記第１層の下に、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ合金、Ｔｉ合金のいずれかの窒化膜からなる第３層を更に有する請求項１または２に記載の配線構造。
4. 前記第３層の膜厚が１０〜７０ｎｍである請求項３に記載の配線構造。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の配線構造を有する表示装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の配線構造を有する液晶ディスプレイ。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の配線構造を有する入力装置。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の配線構造を有するタッチセンサー。