JP5099504B2 - 密着性に優れた液晶表示装置用配線および電極 - Google Patents
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Description
一方、前記酸素を含んだ銅薄膜は、液晶表示装置の製造工程においてアモルファスシリコンや窒化珪素等をPECVD(プラズマ化学蒸着)で成膜する工程で熱履歴を受けると、ヒロックおよびボイドが発生しやすい特性がある。そのために、近年、ガラス基板表面に形成される配線またはゲート電極として、Cuを主成分とし、Mg、Ca,Sc,La,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,W,Mn,Fe,Ru,Rh,Ir,Pd,Zn,Al,Ga,In,Snから選ばれる1種以上を0.1〜30原子%添加した銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極が提案されている(特許文献2参照)。前記従来の銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極は添加元素を含むためにヒロックおよびボイドの発生を阻止することができるが、これら従来の銅合金からなる薄膜は添加元素多いために比抵抗が大きくなり、配線またはゲート電極として使用するには実用的ではない。
ところが従来から知られている銅合金からなる薄膜はヒロックおよびボイドが発生しないものの比抵抗が極めて高く、さらにガラス基板またはシリコン基板の表面に対する密着性が十分でないという欠点が有った。
(イ)純銅(特に純度:99.99%以上の無酸素銅)に、Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%の範囲内になるように添加元素を低く抑えて含有させ、さらに酸素:0.1〜2原子%を含有させてなる組成を有する銅合金薄膜を作製し、この銅合金薄膜の残留応力を−200〜100MPaの範囲内に保持した銅合金薄膜は、添加元素の添加量が従来の銅合金薄膜に比べて低く抑えられているので純銅薄膜よりは大きいものの純アルミ薄膜よりはかなり小さい比抵抗を有し、さらにガラス基板またはシリコン基板の表面に対する密着性が一段と優れていることから、かかる成分組成を有する銅合金薄膜を液晶表示装置用配線および電極として使用した場合に優れた効果を奏する、
(ロ)純銅(特に純度:99.99%以上の無酸素銅)に、Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに酸素:0.1〜2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の残留応力を−200〜100MPaの範囲内に保持した銅合金薄膜に関しても前記(イ)記載の効果と同じ作用効果を有する、という研究結果が得られたのである。
(1)Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用配線、
(2)Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用電極、
(3)Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用配線、
(4)Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用電極、に特徴を有するものである。
そして、前記ターゲットは、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モールド内で高周波溶解し、得られた純銅溶湯にAg、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.03〜5原子%を添加して溶解し、さらに必要に応じて希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1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、酸素を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることにより形成することができる。
(a)Ag、Ca、MgおよびZn:
配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるこれら成分は結晶粒を微細化し、液晶表示装置における配線および電極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する作用を有するが、その含有量が0.01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、1原子%を越えて含有するとヒロックが発生するようになるので好ましくない。したがって、この発明の配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるこれら成分の含有量は0.01〜1原子%に定めた。
(b)酸素:
この発明の配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれる酸素はガラス基板表面に対する密着性を一層向上させ、さらに下地のガラス基板およびシリコンウエハに含まれるSiの銅合金薄膜への拡散を防止する作用を有するが、酸素を0.1原子%未満添加しても所望の効果が得られず、一方、2原子%を越えて添加すると、配線および電極を構成する銅合金薄膜の比抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれる酸素0.1〜2原子%に定めた。
(c)希土類元素:
希土類元素はガラス基板表面に対する密着性を一層向上させるので、必要に応じて添加するが、その含有量が0.01原子%未満添加しても所望の効果が得られず、一方、1原子%を越えて添加すると、配線および電極を構成する銅合金薄膜の比抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれる希土類元素を0.01〜1原子%に定めた。添加する希土類元素はPr,Nd,Eu,Gd,TbおよびDyであることが一層好ましい。
(d)残留応力:
銅合金薄膜の残留応力はガラス基板に対する密着性に大きく影響を及ぼし、残留応力が−200MPa未満であってもまた100MPaを越えても密着性が低下するので好ましくない。したがって、配線および電極を構成する銅合金薄膜の残留応力を−200〜100MPaに定めた。
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モールド内で高周波溶解し、得られた溶湯にAg、Ca、MgおよびZnのうちの1種もしくは2種以上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:5mmの寸法を有し、表1に示される成分組成を有するターゲットA〜Uを作製した。
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:表2〜3に示される酸素を含有したAr混合ガス、
Arガス圧:0.67Pa、
ガラス基板加熱温度:表2〜3に示される温度、
の条件でスパッタリングすることによりガラス基板の表面に厚さ:300nmを有し、表2〜3に示される成分組成を有する本発明銅合金薄膜1〜21、比較銅合金薄膜1〜3および従来銅合金からなる薄膜(以下、従来銅合金薄膜という)1を形成した。
得られた本発明銅合金薄膜1〜21、比較銅合金薄膜1〜4および従来銅合金薄膜1についてX線回折法(sin2ψ−2θ法)により残留応力を測定し、その結果を表2〜3に示した。
実施例2
基板としてガラス基板の代わりにシリコン基板(表面に厚さ:200nmのアモルファスシリコンを成膜した4インチシリコンウエハ)を用いる以外は実施例1と全く同じ条件で本発明銅合金薄膜22〜42の比抵抗および残留応力を測定し、さらに密着性を評価し、それらの結果を表4〜5に示した。
実施例3
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モールド内で高周波溶解し、得られた溶湯にAg、Ca、MgおよびZnを添加し溶解し、さらに希土類元素(Pr,Nd,Eu,Gd,TbおよびDy)を添加し溶解して表6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:5mmの寸法を有し、表6に示される成分組成を有するターゲットA〜Uを作製した。
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:表7〜8に示される酸素を含有したAr混合ガス、
Arガス圧:0.67Pa、
ガラス基板加熱温度:表7〜8に示される温度、
の条件でスパッタリングすることによりガラス基板の表面に厚さ:300nmを有し、表7〜8に示される成分組成を有する本発明銅合金薄膜43〜66を形成した。
得られた本発明銅合金薄膜43〜46についてX線回折法(sin2ψ−2θ法)により残留応力を測定し、その結果を表7〜8に示した。さらに得られた本発明銅合金薄膜43〜66の5点の比抵抗を四探針法により測定し、その平均値を求め、それらの結果を表7〜8に示した。
Claims (7)
- Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用配線。
- Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用電極。
- Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用配線。
- Ag、Ca、MgおよびZnの内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%含有し、さらに希土類元素の内の1種または2種以上を合計で0.01〜1原子%を含有し、さらに酸素:0.1〜2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並びに残留応力:−200〜100MPaを有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用電極。
- 前記希土類元素は、Pr,Nd,Eu,Gd,TbおよびDyであることを特徴とする請求項3記載の熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用配線。
- 前記希土類元素は、Pr,Nd,Eu,Gd,TbおよびDyであることを特徴とする請求項4記載の熱欠陥発生がなくかつガラス基板又はシリコン基板との密着性に優れた液晶表示装置用電極。
- 請求項1、3または5記載の配線および請求項2、4または6記載の電極を形成した液晶表示装置。
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