JP5077695B2

JP5077695B2 - 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

Info

Publication number: JP5077695B2
Application number: JP2008233101A
Authority: JP
Inventors: 一誠牧; 兼一谷口; 洋介中里
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010065284A

Description

この発明は、全面に渡って比抵抗値が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、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉからなる群から選択した１種または２種以上の合計が０．５〜１０原子％を含有し、さらに必要に応じて、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｂからなる群から選択した１種または２種以上の合計が０〜５原子％を含有し、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フラットパネルディスプレイ用配線膜およびこの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ターゲットが知られている（特許文献１参照）。
この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銅合金配線膜の表面および裏面に移動し、酸化物となって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。
特表２００８−５０６０４０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生じることの少ない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用いる膜全面に渡って比抵抗値が均一な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、Ｃｒを０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種を合計で０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに必要に応じてＭｇ：０．１〜５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Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、必要に応じてＭｇ：０．１〜５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し、この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は、従来のＣｒおよびＣａをそれぞれ単独で含有したＣｒ：０．５〜１０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またはＣａ：０．５〜１０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密着性が一層優れるようになり、さらに比抵抗値の場所によるバラツキが少なく膜全面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）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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、
（２）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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、に特徴を有するものである。

この発明は、前記（１）または（２）記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタすることにより得られた密着性が一層優れ、さらに比抵抗値の場所による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からなるフラットパネルディスプレイ用配線膜を含むものである。したがって、この発明は、
（３）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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、
（４）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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。

前記（３）および（４）記載の銅合金薄膜は、添加元素であるＣｒ、Ｌｉ、Ｃａの含有量が多くなるほど密着性は向上するが抵抗値が高くなり、フラットパネルディスプレイ用配線膜として使用すると画像遅延が生じたり消費電力が増加する。そのために、前記（３）および（４）記載の銅合金薄膜をフラットパネルディスプレイ用配線を下地膜として形成し、この下地膜の上に純銅膜を形成したのち熱処理して積層フラットパネルディスプレイ用配線膜として使用することができる。したがって、この発明は、
（５）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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下地膜、
（６）Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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薄膜からなるフラットパネルディスプレイ用配線下地膜、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Ｃｒを０．１〜１５原子％を添加し、さらにＬｉおよびＣａのうちの１種または２種を合計で０．１〜１５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急冷凝固させたのち、さらに必要に応じて熱間圧延し、最後に歪取り焼鈍を施すことにより作製することができる。
また、このターゲットは、無酸素銅溶湯にＣｒ、Ｌｉ、Ｃａを直接添加して作製しても良いが、ＣｕとＣｒの母合金粉末、ＣｕとＬｉの母合金粉末、ＣｕとＣａの母合金粉末をガスアトマイズにより作製し、これら母合金粉末をホットプレスすることにより作製しても良い。
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配線膜を構成する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の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。
Ｃｒ：
Ｃｒは、フラットパネルディスプレイにおける銅合金配線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Ｃｕとの複酸化物を銅合金配線膜の表面および裏面に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、さらに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密着性に優れた銅合金配線膜をスパッタリングにより得るためにターゲットに添加するが、その含有量が０．１原子％未満では所望の効果を有する銅合金配線膜が得られないので好ましくなく、一方、１５原子％を越えて含有しても特性の更なる向上が認められず、さらに比抵抗値は著しく増加するので好ましくない。したがって、この発明のスパッタリングターゲットに含まれるＣｒを０．１〜１５原子％に定めた。
Ｌｉ、Ｃａ：
Ｌｉ、ＣａをＣｒと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ことにより、成膜された銅合金配線膜の密着性が一層向上し、さらに成膜された銅合金配線膜の場所による比抵抗値のバラツキが少なくなり、さらにＬｉ、ＣａはＣｕのみならずＳｉとの複酸化物を銅合金配線膜／ガラス基板の界面に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ことをより一層阻止するところからガラス基板に対する密着性が一層優れたかつ化学的安定性の高い銅合金配線膜を得ることができるので、Ｌｉ、ＣａをＣｒと共存してターゲットに含有させるが、ターゲットにＬｉおよびＣａのうちの１種または２種を合計で０．１原子％未満含有しても所望の効果を有する銅合金配線膜が得られないので好ましくなく、一方、ターゲットにＬｉおよびＣａのうちの１種または２種を合計で１５原子％を越えて含有すると、所望の特性が更に向上した銅合金配線膜が得られることはなく、成膜される銅合金配線膜の抵抗が著しく上昇するので好ましくない。したがって、ターゲットに含まれるＬｉ、Ｃａは、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種を合計で０．１〜１５原子％の範囲内に定めた。
ＣｒとＬｉとＣａの合計：
ＬｉとＣａをＣｒと共存してターゲットに含まれても、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２原子％未満では上述した作用効果を有する銅合金配線膜が得られないので好ましくなく、一方、ターゲットに含まれるＣｒとＬｉとＣａの合計が２０原子％を超えるようになると、成膜される銅合金配線膜の抵抗が著しく上昇するので好ましくない。したがって、ターゲットに含まれるＣｒとＬｉとＣａの合計を０．２〜２０原子％に定めた。
Ｍｇ：
Ｍｇを含むターゲットを用いてスパッタリングすることにより、結晶粒が微細でヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなく、さらに耐マイグレーション性を向上させ、熱処理に際して銅合金配線膜の表面および裏面にＭｇを含有した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、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が向上する銅合金配線膜を成膜することができるので必要に応じて含有させるが、その含有量が０．１原子％未満では所望の効果を有する銅合金配線膜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銅合金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、この発明のターゲットに含まれるＭｇを０．１〜５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配線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一層向上する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Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａを添加し、さらに必要に応じてＭｇを添加し、溶解して表１〜２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てインゴットを作製し、さらにこのインゴットを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の寸法に加工し、また脆性があり熱間圧延できなかったインゴットは熱間圧延することなく直接インゴットから切り出して外径：２００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法に加工し、表１〜２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）１〜３０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）１〜２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１〜３０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜２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１〜３０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜２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１〜３０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１〜２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３〜５に示される成分組成を有するいずれも円形のフラットパネルディスプレイ用配線膜および配線下地膜となる本発明銅合金配線用薄膜（以下、本発明配線用薄膜という）１〜３０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)１〜２を形成した。得られた本発明配線用薄膜１〜３０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜２をそれぞれ加熱炉に装入し、１気圧の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。これら熱処理した円形の本発明配線用薄膜１〜３０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜２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３〜５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、これら熱処理を施した本発明配線用薄膜１〜３０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜２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３〜５に示した。

さらに、ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で前記熱処理した本発明配線用薄膜１〜３０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜２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３〜５に示し、ガラス基板に対する本発明配線用薄膜１〜３０、比較配線用薄膜１〜４および従来配線用薄膜１〜２の密着性を評価した。

表１〜５に示される結果から、
（ｉ）Ｃｒを単独で含む従来ターゲット１およびＣａを単独で含む従来ターゲット２を用いてスパッタリングすることにより成膜した従来配線用薄膜１および２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ＣｒとＬｉおよびＣａうちの１種または２種を含む本発明配線用薄膜１〜３０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Ｃｒ、ＬｉおよびＣａを含む比較ターゲット１〜２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１〜２は密着性が低く、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、さらにこの発明の条件から外れてＣｒ、ＬｉおよびＣａを含む比較ターゲット３〜４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３〜４は、中心部の比抵抗と周辺部の比抵抗値との差がやや大きくなって比抵抗値のバラツキがやや大きく、さらに比抵抗が著しく高くなるなど、少なくとも一つの好ましくない特性が現れるので配線用薄膜として好ましくないこと、などが分かる。

Claims

Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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。
Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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。
Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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。
Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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。
Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、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下地膜。
Ｃｒ：０．１〜１５原子％、ＬｉおよびＣａのうちの１種または２種の合計：０．１〜１５原子％を、ＣｒとＬｉとＣａの合計が０．２〜２０原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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下地膜。