JP3778425B2

JP3778425B2 - 表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜および表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材

Info

Publication number: JP3778425B2
Application number: JP2001307336A
Authority: JP
Inventors: 英夫村田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP2003113433A

Description

【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（以下、ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬ）、電子ペーパー等に利用される電気泳動型ディスプレイ等の平面表示装置（フラットディスプレイ、ＦＰＤ）等の薄膜電子部品において、低い電気抵抗あるいは高い光学反射率に加えて、耐食性、耐熱性、密着性を要求される表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜および表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作成するＬＣＤ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ等などのＦＰＤ、薄膜センサ−、セラミック基板上に素子を形成する磁気ヘッド等に用いる電気配線膜、電極等には、従来から耐食性、耐熱性、基板との密着性に優れる金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられている。
近年、上記のような薄膜デバイス用金属膜では、低抵抗な金属膜が要求されている。特に、ＦＰＤの分野においては、大型化、高精細化、高速応答が可能な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）方式が広く採用されているが、その配線膜には信号遅延を防止するために低抵抗化の要求がある。たとえば、ノートパソコン等に用いられる１２インチ以上の大型カラーＬＣＤに用いられる配線では比抵抗を３０μΩｃｍ以下に、さらに大型の１５インチのデスクトップパソコン用には１０μΩｃｍ以下、今後の液晶テレビやより高精細が要求される携帯情報端末等ではさらなる低抵抗な金属膜が要求されている。
【０００３】
このため、これらの配線膜には耐食性や密着性に優れたＣｒやＴａその合金から、より低抵抗のＭｏ、Ｗの合金膜、現在はさらに低抵抗であるＡｌにＴｉ、Ｔａ、Ｎｄなどを添加したＡｌ合金が用いられている。
【０００４】
特にＡｌ−Ｎｄ合金は耐食性、耐熱性、密着性に優れ、薄膜デバイスを製造する際の工程の加熱によりヒロックが発生も少なく、さらに室温の基板上に成膜した状態では比抵抗は１５μΩｃｍと高いものの、２５０℃以上の加熱処理等を行なうことにより５μΩｃｍ程度に低減することが可能であり優れた特性を兼ね備えた金属膜であることが知られている。
【０００５】
加えて、Ａｌ合金により形成した金属膜は可視光域の反射率が非常に高い特徴を有する。そのため、ＦＰＤの代表であるＬＣＤにおいて、近年外光を効率よく利用しバックライトを基本的に使用しない反射型液晶ディスプレイや、さらに透過型と反射型を組み合わせた半透過型液晶ディスプレイ等が開発されているが、このような反射型ディスプレイに用いる反射膜にも多く用いられてきた。
【０００６】
しかしながら、Ａｌ合金により形成した金属膜であっても、今後の大型ディスプレイ、携帯機器用ディスプレイ等で要求されるさらなる高精細化、動画に対応した高速応答性の向上を実現する為には十分とは言えない。加えて、既述のようにＡｌ合金により低抵抗な配線膜を得るには加熱処理が必要であり、樹脂基板や樹脂フィルム等を用いた場合に十分な加熱処理を行なえないため、低抵抗を得難いという欠点も有している。そのため、Ａｌ合金に替えてさらに低抵抗であるＡｇの適用が検討されている。
また、Ａｇは反射率においてもＡｌよりも優れる。近年、液晶ディスプレイには低消費電力と表示品質向上のため、反射膜にはペーパーホワイトと呼ばれる高い反射と可視光域でフラットな反射特性が求められており、反射膜の用途においても反射率に優れるＡｇの適用が検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにＡｇにより形成した金属膜は、反射率、比抵抗ともＡｌやＡｌ合金より良好な特性を有するものの、基板に対する密着性が低く、応力に起因するヒロックの発生、さらに耐熱性、耐食性が低いという欠点を有する。
例えば、ＡｇをＦＰＤの配線膜あるいは反射膜として用いた場合、基板であるガラスや樹脂基板、樹脂フィルム、耐食性の高い金属箔、例えばステンレス箔等に対して膜の密着性が低く、プロセス中に剥がれが生じるという問題を生じる。
【０００８】
また、ディスプレイの製造時の加熱工程等により、Alと同様にヒロックが発生し、膜表面の平滑性が低下する。さらに、基板の材質や加熱雰囲気によっては膜が凝集し、膜の連続性が失われることによる大幅な反射率の低下、抵抗の増大を生じる。また、耐食性が低いことに起因して、基板上に成膜した後、１日程度大気に放置しただけで変色し、黄色味を帯びた反射特性となる。さらに、ディスプレイの製造時に使用する薬液により腐食され、大幅に反射率の低下、抵抗の上昇を招いてしまう問題があった。
【０００９】
上記の問題を解決するために特開平９−３２４２６４号公報にはＡｕを０．１〜２．５ａｔ％、Ｃｕを０．３〜３ａｔ％添加する合金が、特開平１１−１１９６６４号公報には接着層上にＡｇにＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉを添加する合金、特開２００１―１９２７５２号公報ではＡｇにＰｄを０．１〜３ｗｔ％、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を０．１〜３ｗｔ％添加する合金が提案されている。
【００１０】
しかし、これらに開示される方法により元素を添加した場合、抵抗の増加や、反射率、特に可視光域の低波長側での反射率の低下を生じるなど、低抵抗、高反射率、密着性、ヒロック耐性、耐食性、耐熱性の全てを満足できる合金膜は得ることは出来ない。具体的には、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉは０．２％以上添加すると反射率が低下し、さらに含有量が１ａｔ％を越えると比抵抗が５μΩｃｍを越えてしまう。またＡｕとＣｕを添加した場合は反射率の低下や抵抗の増加は少ないが耐熱性と密着性に問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、低い電気抵抗と高い反射率、ヒロック耐性、耐熱性、耐食性、そして基板への密着性を兼ね備えたＡｇ合金系電子部品用金属膜を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するべく、鋭意検討を行った結果、Ａｇに、選択した元素を複合添加してＡｇ合金膜とすることにより、本来Ａｇの持つ高い反射率と低い電気抵抗を大きく損なうことなく耐食性を向上し、さらに基板への密着性も改善できることを見いだし、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、本発明はＳｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含み残部Ａｇおよび不可避的不純物からなるスパッタリングにより形成される表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜である。
【００１４】
また、別の本発明はＳｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含み残部Ａｇおよび不可避的不純物からなる表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品用Ag合金膜の重要な特徴は、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素と、Ｃｕとを適量ずつ複合して含有し、これにより抵抗の増加、反射率の低下や膜剥がれを抑制しながら基板に対する密着性、および耐食性を改善している点である。
【００１６】
以下に、本発明の電子部品用Ag合金膜で、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂを合計で０．１〜２ａｔ％、さらにＣｕを０．１〜３ａｔ％とする理由を説明する。
先ず、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂを含有することにより電子部品用Ag合金膜の耐食性が改善する。しかし、含有量が０．１ａｔ％未満では耐食性の改善効果がなく、一方、２ａｔ％を超えると耐食性には優れるものの抵抗の増加と反射率の低下を生じる。よって、その含有量は０．１〜２ａｔ％とする。好ましくは０．２〜１ａｔ％である。
【００１７】
また、同時に添加するＣｕを含有することにより、ヒロックの発生を低減することができる。しかし合計の含有量が０．１ａｔ％未満ではヒロックの抑制効果がなく、一方、３ａｔ％を越えると抵抗の上昇と、可視光域の低波長側での反射率が低下してしまう。よって、その含有量は０．１〜３ａｔ％とする。好ましくはＣｕを０．１〜２ａｔ％含有することで、より高い反射率と低抵抗な電子部品用Ａｇ合金膜を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明の上記元素群の含有による低抵抗、反射率の維持または向上の理由は明確ではない。しかし、本発明で選定したＳｃ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂの添加元素はＡｇと化合物を形成し易く、粒界に析出することでＡｇの粒界腐食を抑制し、耐環境性を向上させる。さらにＡｇより融点の高く、Ａｇと混ざり易いＣｕを添加することで、原子の拡散を遅らせヒロックの発生を抑制することができる
【００１９】
すなわち、粒界でのＡｇとＳｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂの化合物の析出と、粒内にＣｕが滞留することにより加熱工程での原子の移動に伴う粒の異常成長によるヒロックの発生や凝集が抑制され、耐熱性が向上する。また、粒成長を抑制できることに加え、凹凸形状化や、それによるボイドの発生も抑制されることから、微細かつ平滑な表面形態となるために抵抗の増加と反射率の低下も抑制できる。さらに、これら元素の添加により膜応力が低減される効果と、凝集抑制の両方の効果により、密着性が改善されると考えられる。
【００２０】
通常、スパッタリング等で形成される膜においては、その添加される元素は、マトリクス中に過飽和で固溶する。つまり、結晶格子間に添加元素が過飽和に侵入することから、その格子が乱れ、自由電子の動きが阻害されるために抵抗は増加する。これに対し本発明の場合、添加元素であるＳｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、ＹｂとＡｇの化合物が粒界析出することで、Ａｇ粒内はＡｇ単独またはＡｇと結晶格子の近いＣｕの固溶した組織となり自由電子の動きも阻害されないことも、低い抵抗を維持できる理由と考えられる。
【００２１】
本発明の電子部品用Ag合金膜は、安定した抵抗、反射率を得るために膜厚としては５０〜３００ｎｍとすることが好ましい。５０ｎｍ未満であると、膜の表面形態が変化し易く、抵抗が増加する。さらに例えば平面表示装置に用いた場合に光が透過するために、反射率が低下する。一方、３００ｎｍを超える膜厚であると、抵抗、反射率は大きく変化しないが、膜応力により剥がれ易くなるとともに、膜を形成する際に時間が掛かり、生産性が低下する。
【００２２】
また、本発明の電子部品用Ag合金膜を形成する場合、ターゲット材を用いたスパッタリングが最適である。スパッタリング法ではターゲット材とほぼ同組成の膜が形成できるためであり、本発明の電子部品用金属膜であるＡｇ合金膜を安定に形成することが可能となる。
このため別の本発明は、本発明の電子部品用Ag合金膜と同じ組成を有するＡｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材である。
【００２３】
ターゲット材の製造方法については種々あるが、一般にターゲット材に要求される高純度、均一組織、高密度等を達成できるものであれば良い。例えば、真空溶解法により所定の組織に調整した後、金属製の鋳型に鋳込み、さらにその後、鍛造、圧延等により板状に加工し、機械加工により所定の形状のターゲットに仕上げることで製造できる。
【００２４】
本発明の電子部品用Ａｇ合金膜を形成する際に用いる基板として、ガラス基板、Ｓｉウェハーを用いることが好適ではあるが、スパッタリングで薄膜を形成できるものであればよく、例えば樹脂基板、金属基板、その他樹脂箔、金属箔等でもよい。
【００２５】
【実施例】
電子部品用金属膜であるＡｇ合金膜の目標組成と実質的に同一となるように真空溶解法でインゴットを作製し、冷間圧延にて板状に加工した後ターゲット材を作製し、機械加工により直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍのターゲット材を作製した。そのターゲット材を用いてスパッタリングにより、ガラス基板またはＳｉウェハー上に膜厚２００ｎｍの電子部品用金属膜であるＡｇ合金膜を形成し、膜特性として、比抵抗は４端子法、反射率は光学反射率計を用いて測定した。
【００２６】
さらに、所定製品としての製造工程を経た後での膜特性の変化を評価するために、上記作製した電子部品用金属膜であるＡｇ合金膜を以下の条件で評価した。
耐熱性評価としては温度２５０℃、窒素ガス雰囲気中で２時間の加熱処理を施した後の比抵抗、反射率を評価し、環境性評価試験としては温度８０℃、湿度９０％の大気中に２４ｈ放置した後の特性を、そして、プロセス評価試験として、上記耐熱性評価を施した金属膜に、東京応化製ＯＦＰＲ−８００レジストをスピンコートにより形成し、フォトマスクを用いて紫外線でレジストを露光後、有機アルカリ現像液ＮＭＤ−３で現像し、レジストパターンを作製し、レジストパターンのない部分の反射率を再度測定した。その後、リン酸、硝酸、酢酸の混合液でエッチングし、金属膜配線を作成し、その抵抗を測定し比抵抗を求めた。
【００２７】
また、膜の密着性を評価するために、熱処理を行った金属膜の表面にスコッチテープを貼りつけ、斜め４５°方向に引き剥がした際の面積を２０ｃｍ^２あたりの面積率にて表し密着力として評価した。
以上の測定した結果を表１、表２に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
純Ａｇ膜は、成膜時には２．５μΩｃｍの抵抗と９９％の反射率を有するが、熱処理、環境試験を行なうと大幅に抵抗は増加し、反射率が低下するとともに、密着性が低いことがわかる。また、Ａｌ−Ｎｄ合金は、成膜時の比抵抗は高く、反射率は低いことがわかる。熱処理後比抵抗は低下するが、その値は５μΩｃｍ以上と高い。
一方、本発明のＡｇに希土類元素であるＳｃ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素とＣｕを含むＡｇ合金膜は、成膜時には、Ａｇより比抵抗は高く、反射率はわずかに低いが、Ａｌ−Ｎｄ合金よりは比抵抗、反射率とも良好であり、熱処理後、環境試験、プロセス試験を行なっても、抵抗の増加、反射率の低下は少なく、密着性が大幅に改善されていることがわかる。その効果は添加量が多い程向上していることがわかる。その改善効果は各々の添加量０．１ａｔ％以上で明確となり、各試験を行なった後も十分な反射率を維持している。
【００３１】
しかし、その添加量が増加すると各試験後の反射率の低下こそ少ないが、成膜時の反射率が低下し、９５％以上の高い反射率が得難くなる。希土類元素であるＳｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂはその合計が２ａｔ％を超えると比抵抗の増加と反射率の低下が大きくなる。また、Ｃｕ、Ａｕは３％を越えると反射率の低下が大きくなり、特にＣｕは２％を越えると反射率の低下が大きく、９５％以上の反射率を得ることが難しくなる。
【００３２】
また、さらに低い３．５μΩｃｍ以下の比抵抗を安定して得るには、その含有量は希土類元素であるＳｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂは０．２〜０．５ａｔ％、Ａｕ、Ｃｕは０．２〜１．０ａｔ％が望ましい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、低い抵抗と高い反射率と耐熱性、耐環境性、そして基板との密着性を改善した電子部品用金属膜を安定に得ることが可能である。よって、低抵抗が必要な高精細なＬＣＤ、有機ＥＬ、ＰＤＰ等や、携帯情報端末等に用いられる低消費電力が要求される反射型ＬＣＤ等の平面表示装置や各種薄膜デバイスに有用であり、産業上の価値は高い。

Claims

Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含み残部Ａｇおよび不可避的不純物からなるスパッタリングにより形成されることを特徴とする表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜。
Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含み残部Ａｇおよび不可避的不純物からなることを特徴とする表示装置に用いられる電子部品用Ａｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材。