JP4738705B2 - 配線材料及びそれを用いた配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＴ型液晶表示ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）または有機ＥＬ用の配線材料、反射電極及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）型液晶ディスプレイ（以下、単にＴＦＴ−ＬＣＤという）は、表示性能が高く、省エネルギー等の特徴があるので、携帯用パソコンやラップトップパソコン、テレビ等の表示機として主流を占めるに至っている。このＴＦＴ−ＬＣＤの製造方法は各社、各様の方法があるが、ＴＦＴを製造する工程が複雑で、また、各種の金属、金属酸化物を積層するため、工程の簡略化が求められている。
【０００３】
また、表示装置の他の方式である有機ＥＬ（有機Electroluminescence）においてもＴＦＴ駆動による表示が試みられている。
【０００４】
ＴＦＴ−ＬＣＤの基本構造
従来のＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造を説明する。図２には、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの断面を模式的に表した断面模式図が示されている。この図に示すように、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤは、液晶１０をカラーフィルター基板１２と、ＴＦＴ基板１４とで挟み込んだ構造を基本構造としている。そして、ＴＦＴ基板１４の裏面にはバックライト１６が設けられており、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤを裏面から照らしている。
【０００５】
カラーフィルター基板１２はガラス基板１８ａと透明電極２０との間にカラーフィルター２２が挟み込まれた構造をなしており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）それぞれの色の光を透過させる。
【０００６】
ＴＦＴ基板１４は、ガラス基板１８ｂの上に透明電極２０ｂが形成されており、この透明電極２０ｂに対して、信号電圧がＴＦＴ２４を介して印加される。
【０００７】
なお、図２では、省略しているが、カラーフィルター基板１２側に１枚の偏光板が、ＴＦＴ基板１４側にさらに１枚の偏光板が設けられている。これらの構成はよく知られている構成である。
【０００８】
図２では、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの構成を示したが、反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの構成は、ＴＦＴ基板１４側の電極が透明電極２０ｂではなく、外光を反射するようにアルミニウム等を用いた反射型の電極になっている。また、反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの場合は、外光を反射させているのでバックライト１６は不要である。
【０００９】
図３には、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの上記ＴＦＴ基板１４上の１個の画素の基本的な構造を示す平面模式図が示されている。この図に示すように、信号ライン３０上のデータは、ＴＦＴ２４によるスイッチを介して透明電極２０ｂに印加される。ＴＦＴ２４は、ソース電極３２、ゲート電極３４、ドレイン電極３６とを有しており、ゲート電極３４の部位にはアモルファスシリコン３８等が積層されている。
【００１０】
図４には、図３のＩＶ−ＩＶ´線における断面模式図が示されている。ガラス基板１８ｂの上に、ゲート電極３４が設けられ、その上にＳｉＮｘ膜３５が積層されている。さらに、ゲート電極３４の上方にはアモルファスシリコン３８の層が設けられている。
【００１１】
このアモルファスシリコン３８を挟んでゲート電極と一部重畳するように、ソース電極３２と、ドレイン電極３６とが配置されている。さらにその上に全体的に絶縁膜４０が設けられている。そして、絶縁膜４０上に透明電極２０ｂが設けられている。透明電極２０ｂは、絶縁膜４０に開けられたスルーホール４０ｂを介して、ドレイン電極３６と電気的に接続されている。
【００１２】
ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて利用される配線
従来のＴＦＴ−ＬＣＤを駆動するＴＦＴアレイの製造工程では、ＴＦＴのゲート電極、ソース・ドレイン電極にＣｒや、ＴａＷ、ＭｏＷ等の金属の使用が検討されている。
【００１３】
この内、Ｃｒは加工しやすい反面、腐食されやすい問題があり、ＴａＷ、ＭｏＷは腐食等には強いが、電気抵抗が大きいなどの問題があった。
【００１４】
そこで、加工しやすく、電気抵抗の低い金属が広く使用されている。単純に、電気抵抗が低い金属と言えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、等が挙げられる。そこで、従来から、アルミニウムを主体とする配線を用いるＴＦＴアレイ（トランジスタアレイ）が提案されている。また、アルミニウムを用いる場合、ヒロックと呼ばれる突起が電極表面に形成されるおそれがあることが知られている。このヒロックがＴＦＴのソース等の電極に生じると、その上層の絶縁層を突き破り、さらに上層の透明電極と接触し不良品を形成してしまうおそれがある。そこで、このヒロックを防止するために、アルミニウムにＮｄを添加する構成が従来から採用されている。
【００１５】
しかし、このようなアルミニウム電極とシリコン層及び透明電極を直接接触させると、アルミニウムがシリコン層へ拡散し、素子性能を劣化させたり、アルミニウムが酸化されアルミナに変換することにより、透明電極との間の電気抵抗が大きくなるおそれが大である。その結果、ＴＦＴアレイを構成する各素子が正常に作動しない問題が知られている。
【００１６】
さらに、アルミニウムにＮｄを添加すると、ＴａＷ、ＭｏＷと同様に電気抵抗が高くなってしまうおそれがあった。
【００１７】
そこで、従来の改良された手法においては、アルミニウム電極をＭｏやＴｉでサンドイッチ（挟む構造と）し、酸化物透明電極との接触抵抗を下げる構造が現在利用されている。すなわち、アルミニウムがシリコン層へ拡散することを防止するためにＭｏをシリコン層の上に成膜してからその上にアルミニウムの層をのせるのである。そして、酸化されることにより、透明電極との接触抵抗が増加してしまうことを防止するために、アルミニウムの上にさらにＭｏの層を設けている。このように、従来は、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの３層構造の配線が利用されている。同様の理由により、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの３層構造も利用されている。
【００１８】
なお、Ａｇを主成分とする合金で、電気接点材料として利用した例として、特許１２９７０７２号が知られている。同号特許には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種を５〜２０ｗｔ％含有するＡｇ合金、その他の構成のＡｇ合金が示されている。また、特許１５８５９３２号特許には、Ｎｉを５〜２５ｗｔ％、Ｚｒを０．０５〜８ｗｔ％含むＡｇ合金が示されている。
【００１９】
また、Ａｇを主成分とする合金で、電子部品用金属材料として利用する例としては、たとえば特開２００１−１９２７５２号公報がある。同号公報には、Ｐｄを０．１〜３ｗｔ％含み、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ等を合計０．１〜３ｗｔ％含むＡｇ合金が示されている。
【００２０】
また、Ａｇを主成分とし、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉから選択した１種以上の金属と、Ｐｄとを含む合金をゲート電極として使用している例が、特開２００１−１０２５９２号公報に示されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上で述べた３層構造の配線を採用する場合には、アルミニウム電極をサンドイッチするために、最初にＭｏやＴｉを成膜し、その後アルミニウムを主体とする金属を成膜し、再びＭｏやＴｉを成膜しなければならず、複雑な工程になってしまうという欠点があった。
【００２２】
また、上述したように、電気抵抗の低い金属としては、アルミニウムの他、ＡｇやＣｕも知られている。したがって、ＡｇやＣｕ電極により上記問題を解決する試みもなされているが、ＡｇやＣｕは基板であるガラスやシリコン膜との密着性が低く、製造工程中に剥がれてしまう等の問題があった。
【００２３】
本発明は、このような問題にかんがみなされたものであり、その目的は、Ａｇを主成分とする合金（Ａｇ合金）であって、ガラス基板やシリコン膜との密着性が改善された合金を実現し、このＡｇ合金を用いた配線材料を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対して、本発明者らが鋭意研究した結果、Ａｇ、Ｚｒを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＡｌからなる群から１種類または２種以上の金属を含有したＡｇ合金を配線に用いれば上記課題を解決できることが判明した。
【００２５】
このＡｇ合金配線は、基板ガラスとの密着性も良好で、抵抗が低く、しかもシリコン層と直接接触しても、金属原子がシリコン層へほとんど拡散しないことが判明した。その結果、ＴＦＴアレイを構成する各素子の性能を劣化させるおそれがほとんどないことが判明した。
【００２６】
また、このＡｇ合金からなる金属電極に、直接酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛を主成分とする液晶駆動用電極（透明電極）を形成しても、金属電極とこの透明電極の間で接触抵抗が過度に大きくなることもなく、素子が安定して作動することが判明した。
【００２７】
このＡｇ合金の成膜に当たっては、スパッタリングによる成膜を行うことが好ましい。
【００２８】
用いるターゲットは、ＡｇとＺｒを必須成分とするものである。具体的には、Ａｇが６０〜９９ｗｔ％、Ｚｒが１〜５ｗｔ％かつ Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏの組成比率がそれぞれ０〜２０ｗｔ％、かつ、Ａｌの組成比率が０〜３９％である薄膜を形成できるように組成を調整されたターゲットである。一般には、作成したい薄膜の組成と同様の組成のターゲットをスパッタリングターゲットとして用いることにより、所望の組成の薄膜を生成することができる。
【００２９】
このように組成で、ＡｇＺｒ２やＡｇＺｒなどの化合物を作られることになる。これによって、Ｚｒの分散性が促進され、一部ＮｉＺｒ、ＮｉＺｒ２、Ｎｉ３Ｚｒなどの化合物や、ＡｕＺｒ２、Ａｕ２Ｚｒなどの化合物の生成により第三成分の分散も促進され、安定したスパッタが得られると考えられる。
【００３０】
また、このＡｇ合金による金属電極は基板であるガラスやシリコン膜への密着性も大きく、製造工程で膜が剥がれることもなく、安定して製造することが可能である。
【００３１】
本発明の具体的な構成は以下の通りである。
【００３２】
Ａ 配線材料に関する発明
上記課題を解決するために、本発明は、Ａｇ、Ｚｒを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＡｌからなる群から選択される１種または２種以上の金属を含有するＡｇ合金からなる配線材料である。このような構成のＡｇ合金は、ガラス基板やシリコンウェハとの密着性が向上している。
【００３３】
また、本発明は、上で述べたＡｇ合金において、Ａｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、かつ、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の配線材料である。
【００３４】
Ｚｒが１ｗｔ％以下としてしまうと、添加効果がなく、シリコンウェハとの密着強度が低いままである。一方、Ｚｒが多すぎる場合には、その配線材料による薄膜の抵抗値（比抵抗）が大きくなり、４μΩ・ｃｍより大きくなってしまう場合や、スパッタリング中の異常放電が増えてしまう場合も観察された。その結果、Ｚｒの組成比率の範囲を１〜５ｗｔ％の範囲以外とすると、低抵抗配線材料としては望ましくない特性を生じるおそれがある。
【００３５】
また、本発明は、上で最初に述べたＡｇ合金において、Ａｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であり、Ａｕの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、Ｎｉの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、Ｃｏの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、かつ、Ａｌの組成比率が０〜３９ｗｔ％であることを特徴とする配線材料である。
【００３６】
Ａｕ及びＮｉ及びＣｏを添加することにより、ガラスへの密着強度が高くなることが観察された。しかし、これらの組成比率が２０ｗｔ％を超えると、Ａｕの場合にはコストが増大してしまうという問題が生じる。また、Ｎｉの場合には、その組成比率が２０ｗｔ％を超えると、抵抗値（比抵抗）が４μΩ・ｃｍ より大きくなる場合や、スパッタリング中の異常放電が増える等の場合も観察された。その結果、低抵抗配線材料としては、好ましくない特性を示す可能性がある。
【００３７】
ここでは、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏについて述べたが、これら第三金属は、半導体層へ拡散しない金属、または、拡散しても半導体素子の性能に影響を及ぼさない金属あるいは影響を及ぼさない範囲の量に限定すべきであることは言うまでもない。
【００３８】
なお、Ａｇ／Ｚｒ合金としては、ＡｇＺｒ２やＡｇＺｒ、等が挙げられる。また、Ｚｒ／Ｎｉ合金としては、ＮｉＺｒ，ＮｉＺｒ２，Ｎｉ３Ｚｒなどが挙げられる。また、Ｚｒ／Ａｕ合金では、ＡｕＺｒ２、Ａｕ２Ｚｒ、ＡｕＺｒ３、Ａｕ４Ｚｒ等が挙げられる。
【００３９】
さらに、本発明は、これまで述べた配線材料において、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒのからなる群から選択される１種または２種以上の金属を０〜１ｗｔ％の範囲で含有する配線材料である。
【００４０】
さらに、本発明は、上記の配線材料において、比抵抗が４μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００４１】
半導体素子用の配線薄膜として上記材料を利用する場合、その比抵抗が４μΩ・ｃｍ以上では、その値が大きすぎ信号の遅延が無視できない程度になると考えられる。したがって、比抵抗が４μΩ・ｃｍ以下の配線材料を構成することによって、信号遅延の少ない半導体素子用の配線薄膜が提供できる。
【００４２】
Ｂ 配線基板に関する発明
本発明は、基板と、その上に設けられた配線であって、上記組成を有する配線材料からなる配線と、を備えた配線基板である。
【００４３】
また、本発明は、上記基板がガラス基板やシリコン基板であることを特徴とする。上記構成に配線材料は、ガラス基板やシリコンウェハとの密着強度に優れており、剥離しない配線を実現できる。
【００４４】
また、本発明は、前記配線と、前記基板との密着強度をスクラッチ試験法により測定した値が３ニュートン以上であることを特徴とする。請求項５または６記載の配線基板である。３ニュートン未満では、工程中に薄膜が剥がされたりする問題がある。
【００４５】
また、本発明は、前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのゲート配線及びゲート電極であることを特徴とする。このような場合、本発明は、半導体素子配線基板とも呼ばれる。このような構成によって、薄膜トランジスタのゲート電極の抵抗値を小さくすることができ、薄膜トランジスタの性能の向上に寄与することができる。
【００４６】
また、本発明は、前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのソース配線及びドレイン配線並びにソース電極及びドレイン電極であることを特徴とする。この場合も、本発明の配線基板は半導体素子配線基板である。このような構成によって、薄膜トランジスタのソース及びゲート電極の抵抗値を小さくすることができ、薄膜トランジスタの性能の向上に寄与することができる。
【００４７】
また、本発明は、前記基板は、少なくとも表面が絶縁性であり、前記配線上に金属酸化物導電膜層が形成されていることを特徴とする配線基板である。
【００４８】
また、本発明は、前記配線と前記金属酸化物層とが、２層構造の積層配線を構成していることを特徴とする配線基板である。
【００４９】
これらの発明における金属酸化物導電膜とは、たとえばＩＺＯ／アイ・ゼット・オー（登録商標）などの透明電極である。
【００５０】
このような構成によって、反射型のＬＣＤや、有機ＥＬを製造すれば、電極の抵抗を小さく抑えることができ、性能の向上した薄膜トランジスタ等を製造することができる。その結果、反射型のＬＣＤや有機ＥＬ等の性能を向上させることが可能である。
【００５１】
また、本発明は、前記金属酸化物導電膜が酸化インジウム及び酸化亜鉛の非晶質透明導電膜からなり、この非晶質透明導電膜の原子構成がＩｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）＝０．８〜０．９５の関係を満たすことを特徴とする。この数式の値が０．８未満では金属酸化物薄膜の抵抗が大きくなってしまい、一方、０．９５を越える場合にはエッチング速度が低下するおそれがある。
【００５２】
また、本発明は、前記非晶質透明導電膜の仕事関数が５．４ｅＶ以上であることを特徴とする。特に、本発明の配線基板を用いて有機ＥＬを構成させようとする場合、正孔の注入性を上げるには、仕事関数が５．４ｅＶ以上であることが望ましいのである。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５４】
本実施の形態では、Ａｇを主成分とする合金であって、ガラス基板やシリコンウェハとの密着性が良好な配線材料を提案する。
【００５５】
特に本実施の形態では、スパッタリング法によって、かかる合金を形成する例を説明する。まず、スパッタリングで用いるターゲットについて簡単に説明する。Ａｇに所定の比率でＺｒ及びＮｉやＭｏ、Ａｕを真空溶解炉により溶解し、冷却固化させた後、圧延を行い板状に加工し、その後、切削、研削加工を行い４インチφのターゲットとする。このターゲットをスパッタ装置のバッキングプレートに張り合わせて、スパッタリングを行う。その結果、ガラス及びシリコンウェハ上にこのターゲットに基づく成膜が行われる。成膜した薄膜の性能を以下、比較してみよう。比較結果を図１の表に示す。この図１の表には、組成や導電率等が示されている。
【００５６】
この薄膜の組成はＸ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro-Analysis）により測定した。また、導電率は、四端針法で測定した。
【００５７】
さらに、剥離強度は、スクラッチ試験とテープ剥離試験により測定した。スクラッチ試験を実行するスクラッチ試験機は、ＣＳＭＥ社製、Micro-Scratch-Testerを用いた。ここで、剥離強度の測定条件は、以下の通りである。
【００５８】
スクラッチ距離：２０ｍｍ
スクラッチ荷重：０−１０ニュートン
荷重レート：１０ニュートン／ｍｉｎ
スクラッチ速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
ダイヤモンドコーン形状：先端２００μｍφ
上記条件でのスクラッチ試験後の試料を、光学顕微鏡により観測し、下地のガラス（ウェハ）またはシリコンが露出した点を皮膜の剥離点とし、スクラッチ開始点からの距離を測長することにより、剥離荷重を算出した。
【００５９】
次に、テープ剥離試験は、薄膜の上に１ｍｍピッチで碁盤の目状にナイフで溝を付け、その上に粘着テープを貼り、テープを剥がした際に、どの程度剥離するかで密着の程度を検査する試験である。
【００６０】
もちろん、スクラッチ試験も、テープ剥離試験もＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）で規定されている基準に従って測定を行った。
【００６１】
この図１の表には、まず、ＡｇにＺｒ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ等を添加した場合の合金をターゲットとして利用し、スパッタリングによってガラス基板やシリコンウェハ上に成膜した場合の例が６例示されている。
【００６２】
例２は、Ａｇ＋ＺｒにＣｏを添加した構成をターゲットとして使用した例である。また、例３はＡｇ＋ＺｒにＮｉを、例４はＡｇ＋ＺｒにＡｌを、添加した例である。さらに例５では、例１で示したＡｇ＋ＺｒにＡｕを添加した構成にさらにＰｄを添加した例である。例６では、例１で示したＡｇ＋ＺｒにＡｕを添加した構成にさらにＲｕを添加した例である。
いずれの例においても、密着強度が３ニュートン以上を達成でき、また、テープ剥離試験においても、ガラス基板、シリコンウェハともに剥離は見られなかった。
【００６３】
また、比較例１は、Ａｇのみの場合であり、密着強度は１ニュートン以下であり、ガラス基板上、シリコン基板ウェハともに剥離が観察された。比較例２は、比較例にＺｒを添加した例でり、ガラス基板上でもシリコン基板ウェハ上でも一部剥離が観察された。
比較例３から８は、Ｚｒを入れない場合の例を示した。いずれの場合もガラス基板上もしくはシリコンウェハともに剥離が観察された。
比較例９では、比較例２にＰｄを添加した場合であり、比抵抗が大きくなり目標をクリアーできていない。また、ガラス基板上で剥離が観察されている。
【００６４】
［実施例１］ 透過型ＴＦＴ−ＬＣＤに、本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した参考例を説明する。透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造に関しては図２〜図４で既に説明しているが、実際の製造に当たっては、図２〜図４には現れていないが、種々の保護膜・層が適宜成膜されている。
【００６５】
まず、透過性のガラス基板１８ｂに、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金を高周波スパッタリング法により室温で膜厚１５００オングストローム（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）に堆積する。これを硝酸、酢酸、リン酸系水溶液をエッチング液として用いたホトエッチング法により所望の形状のゲート電極３４及びゲート電極配線とする。
【００６６】
次にグロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるゲート絶縁膜を膜厚３０００オングストローム堆積する。続いて、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８を膜厚３５００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜３５はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用い、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８は、ＳｉＨ４−Ｎ２系の混合ガスをそれぞれ用いる。このＳｉＮｘ膜３５は、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより所望のゲート絶縁膜を形成する。
【００６７】
続いてα−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜をＳｉＨ４−Ｈ２−ＰＨ３系の混合ガスを用いて膜厚３０００オングストローム堆積する。次にこの上に、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ｎｉを１．７ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．３μｍ（抵抗率：３．４μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する。
【００６８】
この層を硝酸、酢酸、リン酸系水溶液エッチング液を用いて、ホトエッチング法で所望のソース電極３２及びドレイン電極３６のパターンとする。さらにα−Ｓｉ：Ｈ膜をＣＦ４ガスを用いたドライエッチング及びヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）水溶液を用いたウエットエッチングを併用することにより、所望のパターンのα−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８のパターン、α−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜のパターンとする。この上に、グロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるチャンネル保護層を膜厚３０００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用いる。さらに、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法を用いたホトエッチング法により、ゲート電極３４取出し口と、ソース電極３２取出し口と、ドレイン電極３６と透明電極２０ｂの電気的接続点として所望のスルーホール４０ｂと、を形成する。その後、Ａｇ合金電極表面にアルゴンプラズマを作用させ、表面を洗浄化する。
【００６９】
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛の主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。この際用いられるターゲットは、ＩｎとＺｎの原子比[Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）]が０．８３に調整されているＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ焼結体である。この焼結体をプレーナマグネトロン型スパッタ装置のカソードに設置してターゲットとして用いる。放電ガスは純アルゴンまたは１Ｖｏｌ％程度の微量の酸素ガスを混入させたアルゴンガスを用いる方法で透明電極２０ｂ膜を膜厚１２００オングストロームで堆積した。このＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ膜はＸ線回折法で分析するとピークは観察されず非晶質であった。
【００７０】
この透明電極２０ｂ膜を蓚酸３．４ｗｔ％の水溶液でホトエッチング法により所望の画素電極、及び取出し電極をパターンニングした。遮光膜パターンを形成して、α−ＳｉＴＦＴ基板１４が完成する。このＴＦＴ基板１４を用いてＴＦＴ−ＬＣＤ方式平面ディスプレイを製造した。その後、ビデオ信号を入力し、良好な表示性能を示すことを確認できた。
【００７１】
［実施例２］ 反射型ＴＦＴ−ＬＣＤに、本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した実施例を説明する。反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造に関しては透過型ＴＦＴ−ＬＣＤのＴＦＴ基板１４側の透明電極２０ｂが光を反射する反射電極になった点が原理的に異なる点である。実際の製造に当たっては、図２〜図４には現れていない種々の保護膜・層が適宜成膜され、また、電極以外にも透過型ＴＦＴ−ＬＣＤと異なる点が多々あることはよく知られている。
【００７２】
まず、透過性のガラス基板１８ｂに、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金を高周波スパッタリング法により室温で膜厚１５００オングストローム（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）に堆積する。これを硝酸、酢酸、リン酸系水溶液をエッチング液として用いたホトエッチング法により所望の形状のゲート電極３４及びゲート電極配線とする。
【００７３】
次にグロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるゲート絶縁膜を膜厚３０００オングストローム堆積する。続いて、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８を膜厚３５００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜３５はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用い、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８は、ＳｉＨ４−Ｎ２系の混合ガスをそれぞれ用いる。このＳｉＮｘ膜３５は、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより所望のゲート絶縁膜を形成する。
【００７４】
続いてα−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜をＳｉＨ４−Ｈ２−ＰＨ３系の混合ガスを用いて膜厚３０００オングストローム堆積する。次にこの上に、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ｎｉを１．７ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．３μｍ（抵抗率：３．４μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛を主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。
【００７５】
この層を硝酸、酢酸、リン酸系水溶液エッチング液を用いて、ホトエッチング法で所望のソース電極３２及びドレイン電極３６のパターンとする。さらにα−Ｓｉ：Ｈ膜をＣＦ４ガスを用いたドライエッチング及びヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）水溶液を用いたウエットエッチングを併用することにより、所望のパターンのα−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８のパターン、α−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜のパターンとする。この上に、グロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるチャンネル保護層を膜厚３０００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用いる。さらに、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法を用いたホトエッチング法により、ゲート電極３４取出し口と、ソース電極３２取出し口と、ドレイン電極３６と透明電極２０ｂの電気的接続点として所望のスルーホール４０ｂと、を形成する。その後、Ａｇ合金電極表面にアルゴンプラズマを作用させ、表面を洗浄化する。
【００７６】
次にこの上にＺｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．２μｍ（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する。
【００７７】
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛の主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。この際用いられるターゲットは、ＩｎとＺｎの原子比[Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）]が０．８３に調整されているＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ焼結体である。この焼結体をプレーナマグネトロン型スパッタ装置のカソードに設置してターゲットとして用いる。放電ガスは純アルゴンまたは１Ｖｏｌ％程度の微量の酸素ガスを混入させたアルゴンガスを用いる方法で透明電極２０ｂ膜を膜厚１２００オングストロームで堆積した。このＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ膜はＸ線回折法で分析するとピークは観察されず非晶質であった。
【００７８】
この透明電極２０ｂ膜をＡｇ合金層及び酸化インジウム−酸化亜鉛層を同時にエッチングできるよう濃度を調節した硝酸、酢酸、リン酸水溶液系エッチング液でホトエッチング法により所望の反射型画素電極、及び取出し電極をパターンニングした。
【００７９】
遮光膜パターンを形成して、α−ＳｉＴＦＴ基板１４が完成する。このＴＦＴ基板１４を用いてＴＦＴ−ＬＣＤ方式平面ディスプレイを製造した。その後、ビデオ信号を入力し、良好な表示性能を示すことを確認できた。
【００８０】
［実施例３］ 有機ＥＬ用基板に本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した参考例を説明する。
【００８１】
実施例１において、金属酸化物導電膜を成膜する。この成膜ＩｎとＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）］が０．８３に調整されたＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯをターゲットとして利用したスパッタリング法で行い、３００オングストロームの厚さで成膜した。すなわち、この金属酸化物導電膜は、実施例１で言及した透明電極である。
【００８２】
本実施例３において特徴的なことは、この金属酸化物導電膜の組成成分としてＰｄを全金属量に対し３原子％含むことである。この導電膜の仕事関数を大気中紫外線電子分析装置（理研計器（株）製：ＡＣ−１）にて測定した値は５．６５ｅＶであり、有機ＥＬ用陽極として好ましい性質を有していることが判明した。
【００８３】
なお、この例では、Ｐｄを用いる例を説明したが、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｉｒを用いることも好ましい。それぞれの物質を添加した場合、仕事関数は、それぞれ５．５１ｅＶ、５．６３ｅＶ、５．６１ｅＶであった。その結果、いずれも有機ＥＬ用陽極として好ましい性質を有している。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、抵抗値を低く抑えたまま、ガラス基板やシリコンウェハとの密着強度が向上した配線材料が得られる。その結果、ＴＦＴ−ＬＣＤや有機ＥＬ装置その他の電子装置に応用した場合にも、剥離が生じることがなく、かつ、低抵抗であるため、素子の特性を向上させることが可能である。
【００８５】
また、本発明によれば、上記のようなＡｇ合金をスパッタリングにより成膜し、金属電極を構成する工程を採用することにより、製造工程を簡略化でき、ＴＦＴアレイを効率よく生産可能である。その結果、ＴＦＴ−ＬＣＤやＴＦＴ駆動有機ＥＬを低コストで供給可能である。特に、本発明のような組成を採用することにより、スパッタリング工程における以上放電の可能性を小さく抑えることができ、効率のよい生産を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の配線材料の特性を表す表を示した図である。
【図２】＿透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの断面模式図である。
【図３】 透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの１個の画素の基本的な構造を示す平面模式図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ´における断面模式図である。
【符号の説明】
１０ 液晶
１２ カラーフィルター基板
１４ ＴＦＴ基板
１６ バックライト
１８ａ、１８ｂ ガラス基板
２０ａ、２０ｂ 透明電極
２２ カラーフィルター
２４ ＴＦＴ
３０ 信号ライン
３２ ソース電極
３４ ゲート電極
３５ ＳｉＮｘ
３６ ドレイン電極
３８ アモルファスシリコン
４０ 絶縁膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＴ型液晶表示ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）または有機ＥＬ用の配線材料、反射電極及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）型液晶ディスプレイ（以下、単にＴＦＴ−ＬＣＤという）は、表示性能が高く、省エネルギー等の特徴があるので、携帯用パソコンやラップトップパソコン、テレビ等の表示機として主流を占めるに至っている。このＴＦＴ−ＬＣＤの製造方法は各社、各様の方法があるが、ＴＦＴを製造する工程が複雑で、また、各種の金属、金属酸化物を積層するため、工程の簡略化が求められている。
【０００３】
また、表示装置の他の方式である有機ＥＬ（有機Electroluminescence）においてもＴＦＴ駆動による表示が試みられている。
【０００４】
ＴＦＴ−ＬＣＤの基本構造
従来のＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造を説明する。図２には、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの断面を模式的に表した断面模式図が示されている。この図に示すように、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤは、液晶１０をカラーフィルター基板１２と、ＴＦＴ基板１４とで挟み込んだ構造を基本構造としている。そして、ＴＦＴ基板１４の裏面にはバックライト１６が設けられており、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤを裏面から照らしている。
【０００５】
カラーフィルター基板１２はガラス基板１８ａと透明電極２０との間にカラーフィルター２２が挟み込まれた構造をなしており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）それぞれの色の光を透過させる。
【０００６】
ＴＦＴ基板１４は、ガラス基板１８ｂの上に透明電極２０ｂが形成されており、この透明電極２０ｂに対して、信号電圧がＴＦＴ２４を介して印加される。
【０００７】
なお、図２では、省略しているが、カラーフィルター基板１２側に１枚の偏光板が、ＴＦＴ基板１４側にさらに１枚の偏光板が設けられている。これらの構成はよく知られている構成である。
【０００８】
図２では、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの構成を示したが、反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの構成は、ＴＦＴ基板１４側の電極が透明電極２０ｂではなく、外光を反射するようにアルミニウム等を用いた反射型の電極になっている。また、反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの場合は、外光を反射させているのでバックライト１６は不要である。
【０００９】
図３には、透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの上記ＴＦＴ基板１４上の１個の画素の基本的な構造を示す平面模式図が示されている。この図に示すように、信号ライン３０上のデータは、ＴＦＴ２４によるスイッチを介して透明電極２０ｂに印加される。ＴＦＴ２４は、ソース電極３２、ゲート電極３４、ドレイン電極３６とを有しており、ゲート電極３４の部位にはアモルファスシリコン３８等が積層されている。
【００１０】
図４には、図３のＩＶ−ＩＶ´線における断面模式図が示されている。ガラス基板１８ｂの上に、ゲート電極３４が設けられ、その上にＳｉＮｘ膜３５が積層されている。さらに、ゲート電極３４の上方にはアモルファスシリコン３８の層が設けられている。
【００１１】
このアモルファスシリコン３８を挟んでゲート電極と一部重畳するように、ソース電極３２と、ドレイン電極３６とが配置されている。さらにその上に全体的に絶縁膜４０が設けられている。そして、絶縁膜４０上に透明電極２０ｂが設けられている。透明電極２０ｂは、絶縁膜４０に開けられたスルーホール４０ｂを介して、ドレイン電極３６と電気的に接続されている。
【００１２】
ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて利用される配線
従来のＴＦＴ−ＬＣＤを駆動するＴＦＴアレイの製造工程では、ＴＦＴのゲート電極、ソース・ドレイン電極にＣｒや、ＴａＷ、ＭｏＷ等の金属の使用が検討されている。
【００１３】
この内、Ｃｒは加工しやすい反面、腐食されやすい問題があり、ＴａＷ、ＭｏＷは腐食等には強いが、電気抵抗が大きいなどの問題があった。
【００１４】
そこで、加工しやすく、電気抵抗の低い金属が広く使用されている。単純に、電気抵抗が低い金属と言えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、等が挙げられる。そこで、従来から、アルミニウムを主体とする配線を用いるＴＦＴアレイ（トランジスタアレイ）が提案されている。また、アルミニウムを用いる場合、ヒロックと呼ばれる突起が電極表面に形成されるおそれがあることが知られている。このヒロックがＴＦＴのソース等の電極に生じると、その上層の絶縁層を突き破り、さらに上層の透明電極と接触し不良品を形成してしまうおそれがある。そこで、このヒロックを防止するために、アルミニウムにＮｄを添加する構成が従来から採用されている。
【００１５】
しかし、このようなアルミニウム電極とシリコン層及び透明電極を直接接触させると、アルミニウムがシリコン層へ拡散し、素子性能を劣化させたり、アルミニウムが酸化されアルミナに変換することにより、透明電極との間の電気抵抗が大きくなるおそれが大である。その結果、ＴＦＴアレイを構成する各素子が正常に作動しない問題が知られている。
【００１６】
さらに、アルミニウムにＮｄを添加すると、ＴａＷ、ＭｏＷと同様に電気抵抗が高くなってしまうおそれがあった。
【００１７】
そこで、従来の改良された手法においては、アルミニウム電極をＭｏやＴｉでサンドイッチ（挟む構造と）し、酸化物透明電極との接触抵抗を下げる構造が現在利用されている。すなわち、アルミニウムがシリコン層へ拡散することを防止するためにＭｏをシリコン層の上に成膜してからその上にアルミニウムの層をのせるのである。そして、酸化されることにより、透明電極との接触抵抗が増加してしまうことを防止するために、アルミニウムの上にさらにＭｏの層を設けている。このように、従来は、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの３層構造の配線が利用されている。同様の理由により、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの３層構造も利用されている。
【００１８】
なお、Ａｇを主成分とする合金で、電気接点材料として利用した例として、特許１２９７０７２号が知られている。同号特許には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種を５〜２０ｗｔ％含有するＡｇ合金、その他の構成のＡｇ合金が示されている。また、特許１５８５９３２号特許には、Ｎｉを５〜２５ｗｔ％、Ｚｒを０．０５〜８ｗｔ％含むＡｇ合金が示されている。
【００１９】
また、Ａｇを主成分とする合金で、電子部品用金属材料として利用する例としては、たとえば特開２００１−１９２７５２号公報がある。同号公報には、Ｐｄを０．１〜３ｗｔ％含み、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ等を合計０．１〜３ｗｔ％含むＡｇ合金が示されている。
【００２０】
また、Ａｇを主成分とし、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉから選択した１種以上の金属と、Ｐｄとを含む合金をゲート電極として使用している例が、特開２００１−１０２５９２号公報に示されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上で述べた３層構造の配線を採用する場合には、アルミニウム電極をサンドイッチするために、最初にＭｏやＴｉを成膜し、その後アルミニウムを主体とする金属を成膜し、再びＭｏやＴｉを成膜しなければならず、複雑な工程になってしまうという欠点があった。
【００２２】
また、上述したように、電気抵抗の低い金属としては、アルミニウムの他、ＡｇやＣｕも知られている。したがって、ＡｇやＣｕ電極により上記問題を解決する試みもなされているが、ＡｇやＣｕは基板であるガラスやシリコン膜との密着性が低く、製造工程中に剥がれてしまう等の問題があった。
【００２３】
本発明は、このような問題にかんがみなされたものであり、その目的は、Ａｇを主成分とする合金（Ａｇ合金）であって、ガラス基板やシリコン膜との密着性が改善された合金を実現し、このＡｇ合金を用いた配線材料を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対して、本発明者らが鋭意研究した結果、Ａｇ、Ｚｒを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＡｌからなる群から１種類または２種以上の金属を含有したＡｇ合金を配線に用いれば上記課題を解決できることが判明した。
【００２５】
このＡｇ合金配線は、基板ガラスとの密着性も良好で、抵抗が低く、しかもシリコン層と直接接触しても、金属原子がシリコン層へほとんど拡散しないことが判明した。その結果、ＴＦＴアレイを構成する各素子の性能を劣化させるおそれがほとんどないことが判明した。
【００２６】
また、このＡｇ合金からなる金属電極に、直接酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛を主成分とする液晶駆動用電極（透明電極）を形成しても、金属電極とこの透明電極の間で接触抵抗が過度に大きくなることもなく、素子が安定して作動することが判明した。
【００２７】
このＡｇ合金の成膜に当たっては、スパッタリングによる成膜を行うことが好ましい。
【００２８】
用いるターゲットは、ＡｇとＺｒを必須成分とするものである。具体的には、Ａｇが６０〜９９ｗｔ％、Ｚｒが１〜５ｗｔ％かつ Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏの組成比率がそれぞれ０〜２０ｗｔ％、かつ、Ａｌの組成比率が０〜３９％である薄膜を形成できるように組成を調整されたターゲットである。一般には、作成したい薄膜の組成と同様の組成のターゲットをスパッタリングターゲットとして用いることにより、所望の組成の薄膜を生成することができる。
【００２９】
このように組成で、ＡｇＺｒ２やＡｇＺｒなどの化合物を作られることになる。これによって、Ｚｒの分散性が促進され、一部ＮｉＺｒ、ＮｉＺｒ２、Ｎｉ３Ｚｒなどの化合物や、ＡｕＺｒ２、Ａｕ２Ｚｒなどの化合物の生成により第三成分の分散も促進され、安定したスパッタが得られると考えられる。
【００３０】
また、このＡｇ合金による金属電極は基板であるガラスやシリコン膜への密着性も大きく、製造工程で膜が剥がれることもなく、安定して製造することが可能である。
【００３１】
本発明の具体的な構成は以下の通りである。
【００３２】
Ａ 配線材料に関する発明
上記課題を解決するために、本発明は、Ａｇ、Ｚｒを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＡｌからなる群から選択される１種または２種以上の金属を含有するＡｇ合金からなる配線材料である。このような構成のＡｇ合金は、ガラス基板やシリコンウェハとの密着性が向上している。
【００３３】
また、本発明は、上で述べたＡｇ合金において、Ａｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、かつ、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の配線材料である。
【００３４】
Ｚｒが１ｗｔ％以下としてしまうと、添加効果がなく、シリコンウェハとの密着強度が低いままである。一方、Ｚｒが多すぎる場合には、その配線材料による薄膜の抵抗値（比抵抗）が大きくなり、４μΩ・ｃｍより大きくなってしまう場合や、スパッタリング中の異常放電が増えてしまう場合も観察された。その結果、Ｚｒの組成比率の範囲を１〜５ｗｔ％の範囲以外とすると、低抵抗配線材料としては望ましくない特性を生じるおそれがある。
【００３５】
また、本発明は、上で最初に述べたＡｇ合金において、Ａｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であり、Ａｕの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、Ｎｉの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、Ｃｏの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、かつ、Ａｌの組成比率が０〜３９ｗｔ％であることを特徴とする配線材料である。
【００３６】
Ａｕ及びＮｉ及びＣｏを添加することにより、ガラスへの密着強度が高くなることが観察された。しかし、これらの組成比率が２０ｗｔ％を超えると、Ａｕの場合にはコストが増大してしまうという問題が生じる。また、Ｎｉの場合には、その組成比率が２０ｗｔ％を超えると、抵抗値（比抵抗）が４μΩ・ｃｍ より大きくなる場合や、スパッタリング中の異常放電が増える等の場合も観察された。その結果、低抵抗配線材料としては、好ましくない特性を示す可能性がある。
【００３７】
ここでは、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏについて述べたが、これら第三金属は、半導体層へ拡散しない金属、または、拡散しても半導体素子の性能に影響を及ぼさない金属あるいは影響を及ぼさない範囲の量に限定すべきであることは言うまでもない。
【００３８】
なお、Ａｇ／Ｚｒ合金としては、ＡｇＺｒ２やＡｇＺｒ、等が挙げられる。また、Ｚｒ／Ｎｉ合金としては、ＮｉＺｒ，ＮｉＺｒ２，Ｎｉ３Ｚｒなどが挙げられる。また、Ｚｒ／Ａｕ合金では、ＡｕＺｒ２、Ａｕ２Ｚｒ、ＡｕＺｒ３、Ａｕ４Ｚｒ等が挙げられる。
【００３９】
さらに、本発明は、これまで述べた配線材料において、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒのからなる群から選択される１種または２種以上の金属を０〜１ｗｔ％の範囲で含有する配線材料である。
【００４０】
さらに、本発明は、上記の配線材料において、比抵抗が４μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００４１】
半導体素子用の配線薄膜として上記材料を利用する場合、その比抵抗が４μΩ・ｃｍ以上では、その値が大きすぎ信号の遅延が無視できない程度になると考えられる。したがって、比抵抗が４μΩ・ｃｍ以下の配線材料を構成することによって、信号遅延の少ない半導体素子用の配線薄膜が提供できる。
【００４２】
Ｂ 配線基板に関する発明
本発明は、基板と、その上に設けられた配線であって、上記組成を有する配線材料からなる配線と、を備えた配線基板である。
【００４３】
また、本発明は、上記基板がガラス基板やシリコン基板であることを特徴とする。上記構成に配線材料は、ガラス基板やシリコンウェハとの密着強度に優れており、剥離しない配線を実現できる。
【００４４】
また、本発明は、前記配線と、前記基板との密着強度をスクラッチ試験法により測定した値が３ニュートン以上であることを特徴とする。請求項５または６記載の配線基板である。３ニュートン未満では、工程中に薄膜が剥がされたりする問題がある。
【００４５】
また、本発明は、前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのゲート配線及びゲート電極であることを特徴とする。このような場合、本発明は、半導体素子配線基板とも呼ばれる。このような構成によって、薄膜トランジスタのゲート電極の抵抗値を小さくすることができ、薄膜トランジスタの性能の向上に寄与することができる。
【００４６】
また、本発明は、前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのソース配線及びドレイン配線並びにソース電極及びドレイン電極であることを特徴とする。この場合も、本発明の配線基板は半導体素子配線基板である。このような構成によって、薄膜トランジスタのソース及びゲート電極の抵抗値を小さくすることができ、薄膜トランジスタの性能の向上に寄与することができる。
【００４７】
また、本発明は、前記基板は、少なくとも表面が絶縁性であり、前記配線上に金属酸化物導電膜層が形成されていることを特徴とする配線基板である。
【００４８】
また、本発明は、前記配線と前記金属酸化物層とが、２層構造の積層配線を構成していることを特徴とする配線基板である。
【００４９】
これらの発明における金属酸化物導電膜とは、たとえばＩＺＯ／アイ・ゼット・オー（登録商標）などの透明電極である。
【００５０】
このような構成によって、反射型のＬＣＤや、有機ＥＬを製造すれば、電極の抵抗を小さく抑えることができ、性能の向上した薄膜トランジスタ等を製造することができる。その結果、反射型のＬＣＤや有機ＥＬ等の性能を向上させることが可能である。
【００５１】
また、本発明は、前記金属酸化物導電膜が酸化インジウム及び酸化亜鉛の非晶質透明導電膜からなり、この非晶質透明導電膜の原子構成がＩｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）＝０．８〜０．９５の関係を満たすことを特徴とする。この数式の値が０．８未満では金属酸化物薄膜の抵抗が大きくなってしまい、一方、０．９５を越える場合にはエッチング速度が低下するおそれがある。
【００５２】
また、本発明は、前記非晶質透明導電膜の仕事関数が５．４ｅＶ以上であることを特徴とする。特に、本発明の配線基板を用いて有機ＥＬを構成させようとする場合、正孔の注入性を上げるには、仕事関数が５．４ｅＶ以上であることが望ましいのである。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５４】
本実施の形態では、Ａｇを主成分とする合金であって、ガラス基板やシリコンウェハとの密着性が良好な配線材料を提案する。
【００５５】
特に本実施の形態では、スパッタリング法によって、かかる合金を形成する例を説明する。まず、スパッタリングで用いるターゲットについて簡単に説明する。Ａｇに所定の比率でＺｒ及びＮｉやＭｏ、Ａｕを真空溶解炉により溶解し、冷却固化させた後、圧延を行い板状に加工し、その後、切削、研削加工を行い４インチφのターゲットとする。このターゲットをスパッタ装置のバッキングプレートに張り合わせて、スパッタリングを行う。その結果、ガラス及びシリコンウェハ上にこのターゲットに基づく成膜が行われる。成膜した薄膜の性能を以下、比較してみよう。比較結果を図１の表に示す。この図１の表には、組成や導電率等が示されている。
【００５６】
この薄膜の組成はＸ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro-Analysis）により測定した。また、導電率は、四端針法で測定した。
【００５７】
さらに、剥離強度は、スクラッチ試験とテープ剥離試験により測定した。スクラッチ試験を実行するスクラッチ試験機は、ＣＳＭＥ社製、Micro-Scratch-Testerを用いた。ここで、剥離強度の測定条件は、以下の通りである。
【００５８】
スクラッチ距離：２０ｍｍ
スクラッチ荷重：０−１０ニュートン
荷重レート：１０ニュートン／ｍｉｎ
スクラッチ速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
ダイヤモンドコーン形状：先端２００μｍφ
上記条件でのスクラッチ試験後の試料を、光学顕微鏡により観測し、下地のガラス（ウェハ）またはシリコンが露出した点を皮膜の剥離点とし、スクラッチ開始点からの距離を測長することにより、剥離荷重を算出した。
【００５９】
次に、テープ剥離試験は、薄膜の上に１ｍｍピッチで碁盤の目状にナイフで溝を付け、その上に粘着テープを貼り、テープを剥がした際に、どの程度剥離するかで密着の程度を検査する試験である。
【００６０】
もちろん、スクラッチ試験も、テープ剥離試験もＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）で規定されている基準に従って測定を行った。
【００６１】
この図１の表には、まず、ＡｇにＺｒ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ等を添加した場合の合金をターゲットとして利用し、スパッタリングによってガラス基板やシリコンウェハ上に成膜した場合の例が６例示されている。
【００６２】
例２は、Ａｇ＋ＺｒにＣｏを添加した構成をターゲットとして使用した例である。また、例３はＡｇ＋ＺｒにＮｉを、例４はＡｇ＋ＺｒにＡｌを、添加した例である。さらに例５では、例１で示したＡｇ＋ＺｒにＡｕを添加した構成にさらにＰｄを添加した例である。例６では、例１で示したＡｇ＋ＺｒにＡｕを添加した構成にさらにＲｕを添加した例である。
いずれの例においても、密着強度が３ニュートン以上を達成でき、また、テープ剥離試験においても、ガラス基板、シリコンウェハともに剥離は見られなかった。
【００６３】
また、比較例１は、Ａｇのみの場合であり、密着強度は１ニュートン以下であり、ガラス基板上、シリコン基板ウェハともに剥離が観察された。比較例２は、比較例にＺｒを添加した例でり、ガラス基板上でもシリコン基板ウェハ上でも一部剥離が観察された。
比較例３から８は、Ｚｒを入れない場合の例を示した。いずれの場合もガラス基板上もしくはシリコンウェハともに剥離が観察された。
比較例９では、比較例２にＰｄを添加した場合であり、比抵抗が大きくなり目標をクリアーできていない。また、ガラス基板上で剥離が観察されている。
【００６４】
［実施例１］ 透過型ＴＦＴ−ＬＣＤに、本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した参考例を説明する。透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造に関しては図２〜図４で既に説明しているが、実際の製造に当たっては、図２〜図４には現れていないが、種々の保護膜・層が適宜成膜されている。
【００６５】
まず、透過性のガラス基板１８ｂに、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金を高周波スパッタリング法により室温で膜厚１５００オングストローム（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）に堆積する。これを硝酸、酢酸、リン酸系水溶液をエッチング液として用いたホトエッチング法により所望の形状のゲート電極３４及びゲート電極配線とする。
【００６６】
次にグロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるゲート絶縁膜を膜厚３０００オングストローム堆積する。続いて、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８を膜厚３５００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜３５はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用い、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８は、ＳｉＨ４−Ｎ２系の混合ガスをそれぞれ用いる。このＳｉＮｘ膜３５は、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより所望のゲート絶縁膜を形成する。
【００６７】
続いてα−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜をＳｉＨ４−Ｈ２−ＰＨ３系の混合ガスを用いて膜厚３０００オングストローム堆積する。次にこの上に、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ｎｉを１．７ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．３μｍ（抵抗率：３．４μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する。
【００６８】
この層を硝酸、酢酸、リン酸系水溶液エッチング液を用いて、ホトエッチング法で所望のソース電極３２及びドレイン電極３６のパターンとする。さらにα−Ｓｉ：Ｈ膜をＣＦ４ガスを用いたドライエッチング及びヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）水溶液を用いたウエットエッチングを併用することにより、所望のパターンのα−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８のパターン、α−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜のパターンとする。この上に、グロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるチャンネル保護層を膜厚３０００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用いる。さらに、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法を用いたホトエッチング法により、ゲート電極３４取出し口と、ソース電極３２取出し口と、ドレイン電極３６と透明電極２０ｂの電気的接続点として所望のスルーホール４０ｂと、を形成する。その後、Ａｇ合金電極表面にアルゴンプラズマを作用させ、表面を洗浄化する。
【００６９】
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛の主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。この際用いられるターゲットは、ＩｎとＺｎの原子比[Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）]が０．８３に調整されているＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ焼結体である。この焼結体をプレーナマグネトロン型スパッタ装置のカソードに設置してターゲットとして用いる。放電ガスは純アルゴンまたは１Ｖｏｌ％程度の微量の酸素ガスを混入させたアルゴンガスを用いる方法で透明電極２０ｂ膜を膜厚１２００オングストロームで堆積した。このＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ膜はＸ線回折法で分析するとピークは観察されず非晶質であった。
【００７０】
この透明電極２０ｂ膜を蓚酸３．４ｗｔ％の水溶液でホトエッチング法により所望の画素電極、及び取出し電極をパターンニングした。遮光膜パターンを形成して、α−ＳｉＴＦＴ基板１４が完成する。このＴＦＴ基板１４を用いてＴＦＴ−ＬＣＤ方式平面ディスプレイを製造した。その後、ビデオ信号を入力し、良好な表示性能を示すことを確認できた。
【００７１】
［実施例２］ 反射型ＴＦＴ−ＬＣＤに、本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した実施例を説明する。反射型ＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造に関しては透過型ＴＦＴ−ＬＣＤのＴＦＴ基板１４側の透明電極２０ｂが光を反射する反射電極になった点が原理的に異なる点である。実際の製造に当たっては、図２〜図４には現れていない種々の保護膜・層が適宜成膜され、また、電極以外にも透過型ＴＦＴ−ＬＣＤと異なる点が多々あることはよく知られている。
【００７２】
まず、透過性のガラス基板１８ｂに、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金を高周波スパッタリング法により室温で膜厚１５００オングストローム（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）に堆積する。これを硝酸、酢酸、リン酸系水溶液をエッチング液として用いたホトエッチング法により所望の形状のゲート電極３４及びゲート電極配線とする。
【００７３】
次にグロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるゲート絶縁膜を膜厚３０００オングストローム堆積する。続いて、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８を膜厚３５００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜３５はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用い、α−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８は、ＳｉＨ４−Ｎ２系の混合ガスをそれぞれ用いる。このＳｉＮｘ膜３５は、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより所望のゲート絶縁膜を形成する。
【００７４】
続いてα−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜をＳｉＨ４−Ｈ２−ＰＨ３系の混合ガスを用いて膜厚３０００オングストローム堆積する。次にこの上に、Ｚｒを１．７ｗｔ％、Ｎｉを１．７ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．３μｍ（抵抗率：３．４μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛を主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。
【００７５】
この層を硝酸、酢酸、リン酸系水溶液エッチング液を用いて、ホトエッチング法で所望のソース電極３２及びドレイン電極３６のパターンとする。さらにα−Ｓｉ：Ｈ膜をＣＦ４ガスを用いたドライエッチング及びヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）水溶液を用いたウエットエッチングを併用することにより、所望のパターンのα−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜３８のパターン、α−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜のパターンとする。この上に、グロー放電ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜となるチャンネル保護層を膜厚３０００オングストローム堆積する。この時、放電ガスとして、ＳｉＮｘ膜はＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｎ２系ガスを用いる。さらに、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法を用いたホトエッチング法により、ゲート電極３４取出し口と、ソース電極３２取出し口と、ドレイン電極３６と透明電極２０ｂの電気的接続点として所望のスルーホール４０ｂと、を形成する。その後、Ａｇ合金電極表面にアルゴンプラズマを作用させ、表面を洗浄化する。
【００７６】
次にこの上にＺｒを１．７ｗｔ％、Ａｕを３．５ｗｔ％含有するＡｇ合金層膜を膜厚０．２μｍ（抵抗率：２．８μΩ・ｃｍ）をスパッタリング法により室温で堆積する。
【００７７】
そして、酸化インジウムと酸化亜鉛の主成分とする非晶質透明導電膜をスパッタリング法で堆積する。この際用いられるターゲットは、ＩｎとＺｎの原子比[Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）]が０．８３に調整されているＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ焼結体である。この焼結体をプレーナマグネトロン型スパッタ装置のカソードに設置してターゲットとして用いる。放電ガスは純アルゴンまたは１Ｖｏｌ％程度の微量の酸素ガスを混入させたアルゴンガスを用いる方法で透明電極２０ｂ膜を膜厚１２００オングストロームで堆積した。このＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ膜はＸ線回折法で分析するとピークは観察されず非晶質であった。
【００７８】
この透明電極２０ｂ膜をＡｇ合金層及び酸化インジウム−酸化亜鉛層を同時にエッチングできるよう濃度を調節した硝酸、酢酸、リン酸水溶液系エッチング液でホトエッチング法により所望の反射型画素電極、及び取出し電極をパターンニングした。
【００７９】
遮光膜パターンを形成して、α−ＳｉＴＦＴ基板１４が完成する。このＴＦＴ基板１４を用いてＴＦＴ−ＬＣＤ方式平面ディスプレイを製造した。その後、ビデオ信号を入力し、良好な表示性能を示すことを確認できた。
【００８０】
［実施例３］ 有機ＥＬ用基板に本発明のＡｇ合金の一例を配線として利用した参考例を説明する。
【００８１】
実施例１において、金属酸化物導電膜を成膜する。この成膜ＩｎとＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）］が０．８３に調整されたＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯをターゲットとして利用したスパッタリング法で行い、３００オングストロームの厚さで成膜した。すなわち、この金属酸化物導電膜は、実施例１で言及した透明電極である。
【００８２】
本実施例３において特徴的なことは、この金属酸化物導電膜の組成成分としてＰｄを全金属量に対し３原子％含むことである。この導電膜の仕事関数を大気中紫外線電子分析装置（理研計器（株）製：ＡＣ−１）にて測定した値は５．６５ｅＶであり、有機ＥＬ用陽極として好ましい性質を有していることが判明した。
【００８３】
なお、この例では、Ｐｄを用いる例を説明したが、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｉｒを用いることも好ましい。それぞれの物質を添加した場合、仕事関数は、それぞれ５．５１ｅＶ、５．６３ｅＶ、５．６１ｅＶであった。その結果、いずれも有機ＥＬ用陽極として好ましい性質を有している。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、抵抗値を低く抑えたまま、ガラス基板やシリコンウェハとの密着強度が向上した配線材料が得られる。その結果、ＴＦＴ−ＬＣＤや有機ＥＬ装置その他の電子装置に応用した場合にも、剥離が生じることがなく、かつ、低抵抗であるため、素子の特性を向上させることが可能である。
【００８５】
また、本発明によれば、上記のようなＡｇ合金をスパッタリングにより成膜し、金属電極を構成する工程を採用することにより、製造工程を簡略化でき、ＴＦＴアレイを効率よく生産可能である。その結果、ＴＦＴ−ＬＣＤやＴＦＴ駆動有機ＥＬを低コストで供給可能である。特に、本発明のような組成を採用することにより、スパッタリング工程における以上放電の可能性を小さく抑えることができ、効率のよい生産を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の配線材料の特性を表す表を示した図である。
【図２】＿透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの断面模式図である。
【図３】 透過型ＴＦＴ−ＬＣＤの１個の画素の基本的な構造を示す平面模式図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ´における断面模式図である。
【符号の説明】
１０ 液晶
１２ カラーフィルター基板
１４ ＴＦＴ基板
１６ バックライト
１８ａ、１８ｂ ガラス基板
２０ａ、２０ｂ 透明電極
２２ カラーフィルター
２４ ＴＦＴ
３０ 信号ライン
３２ ソース電極
３４ ゲート電極
３５ ＳｉＮｘ
３６ ドレイン電極
３８ アモルファスシリコン
４０ 絶縁膜
Claims (12)
- Ａｇ、Ｚｒを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｃｏ、及びＡｌからなる群から選択される１種または２種以上の金属からなるＡｇ合金であって、ガラス基板またはシリコン基板の表面に形成される配線基板用配線材料において、
前記Ａｇ合金のＡｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であり、
Ａｕの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、
Ｃｏの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、
かつ、Ａｌの組成比率が０〜３９ｗｔ％である
ことを特徴とする配線基板用配線材料。 - Ａｇ、Ｚｒ、Ｎｉを必須成分とし、さらに、Ａｕ、Ｃｏ、及びＡｌからなる群から選択される１種または２種以上の金属からなるＡｇ合金であって、ガラス基板またはシリコン基板の表面に形成される配線基板用配線材料において、
前記Ａｇ合金のＡｇの組成比率が６０〜９９ｗｔ％であり、Ｚｒの組成比率が１〜５ｗｔ％であり、かつ、Ｎｉの組成比率が１．７〜２０ｗｔ％であり、
Ａｕの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、
Ｃｏの組成比率が０〜２０ｗｔ％であり、
かつ、Ａｌの組成比率が０〜３７．３ｗｔ％である
ことを特徴とする配線基板用配線材料。 - Ｒｅ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒからなる群から選択される１種または２種以上の金属を０〜１ｗｔ％の範囲で含有する請求項１〜２のいずれかに記載の配線基板用配線材料。
- 比抵抗が４μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｇ合金からなる配線基板用配線材料。
- ガラス基板またはシリコン基板と、
請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板用配線材料からなる配線と、
を具備してなる配線基板。 - 前記配線と、前記ガラス基板またはシリコン基板との密着強度をスクラッチ試験法により測定した値が３ニュートン以上であることを特徴とする請求項５記載の配線基板。
- 前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのゲート配線及びゲート電極であることを特徴とする請求項５〜６のいずれか１項に記載の配線基板。
- 前記配線が、前記配線基板上に形成された薄膜トランジスタのソース配線及びドレイン配線並びにソース電極及びドレイン電極であることを特徴とする請求項５〜６のいずれか１項に記載の配線基板。
- 前記配線上に金属酸化物導電膜が形成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の配線基板。
- 前記配線と前記金属酸化物導電膜とが、２層構造の積層配線を構成していることを特徴とする請求項９記載の配線基板。
- 前記金属酸化物導電膜が酸化インジウム及び酸化亜鉛の非晶質透明導電膜からなり、この非晶質透明導電膜の原子構成がＩｎ／（Ｉｎ+Ｚｎ）＝０．８〜０．９５の関係を満たすことを特徴とする請求項９または１０に記載の配線基板。
- 前記非晶質透明導電膜の仕事関数が５．４ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の配線基板。
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