JP5207120B2

JP5207120B2 - 熱欠陥発生がなくかつ密着力に優れた液晶表示装置用配線および電極

Info

Publication number: JP5207120B2
Application number: JP2008025297A
Authority: JP
Inventors: 新司高山; 曉森; 理恵森
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009185323A

Description

この発明は、ガラス基板表面に対する密着力に優れ、さらにヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がない銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極に関するものである。

一般に、フラットパネルディスプレイなどの液晶表示装置にはガラス基板表面に格子状に銅合金薄膜からなる配線が密着して形成されており、この銅合金薄膜からなる格子状配線の交差点にＴＦＴトランジスターが設けられており、このＴＦＴトランジスターのゲート電極にも銅合金薄膜が使用されている。これらガラス基板表面に形成された銅合金薄膜からなる配線およびＴＦＴトランジスターのゲート電極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ことが知られている。そして前記配線およびゲート電極を構成する銅合金薄膜の一種として、Ｚｎおよび／またはＭｇが総量で０．１〜３．０原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金薄膜が使用されることも知られている（特許文献１参照）。
特開２００７−１７９２６号公報

近年、液晶表示装置は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。そのためにガラス基板表面に形成されている配線が長くなり、さらに液晶表示装置は益々高精細化しているためにガラス基板表面に形成される配線を益々細くすることが求められている。そのために配線の比抵抗を低くするとともに配線が剥離することのないようにガラス基板表面に対する密着力に一層優れた銅合金薄膜で構成されることが必要となり、さらに、液晶表示装置の配線および電極はその製造中に熱処理が施されるが、かかる熱処理工程で高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生しない銅合金薄膜で構成されることが要求されている。
これらの要求に対して、前記従来の銅合金薄膜は比抵抗が低いもののガラス基板表面に対する密着力が十分でなく、さらに高温に曝されるとヒロックおよびボイドが発生することがあるので好ましくない。

そこで、本発明者等は、比抵抗が低く、しかもガラス基板表面に対する密着力に優れ、さらに高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生が極めて少ない銅合金薄膜を開発し、これを液晶表示装置における配線および電極に適用すべく研究を行った。
その結果、純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）にＺｎ：０．０５〜５原子％を含有した銅合金薄膜はガラス基板表面に対する密着性に優れているが、これにさらに微量のＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．５原子％を添加した銅合金薄膜は、比抵抗を上昇させること無くガラス基板表面に対する密着力を更に向上させることができ、また高温に曝されてもヒロックおよびボイドの熱欠陥が発生することがなく、かかる成分組成を有する銅合金薄膜は液晶表示装置用配線および電極として使用した場合に一層優れた効果を奏する、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）Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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熱欠陥発生がなくかつ密着力に優れた液晶表示装置用配線、
（２）Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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熱欠陥発生がなくかつ密着力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。

この発明の液晶表示装置の配線および電極を構成する銅合金薄膜は、Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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ターゲットを用い、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。したがって、この発明は、
（３）Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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前記（１）記載の配線および前記（２）記載の銅合金薄膜を成膜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。
そして、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モールド内で高周波溶解し、得られた純銅溶湯にＺｎ：０．０５〜５原子％を添加し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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、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。

この発明の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成分組成の範囲を前述のごとく限定した理由を説明する。
（ａ）Ｚｎ：
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Ｚｎはガラス基板表面に対する密着性を向上させると共にヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を一層抑制する作用を有するが、Ｚｎが０．０５原子％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、５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Ｚｎを０．０５〜５原子％に定めた。
（ｂ）Ｓｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌ：
これら成分は、Ｚｎと共存することによりガラス基板表面に対する密着力を一層向上させ、さらに結晶粒を微細化して銅合金薄膜からなる液晶表示装置における配線および電極のヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を一層抑制する作用を有するので添加するが、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、０．４原子％を越えて含有すると比抵抗が増加するとともにかえってヒロックおよびボイドが多く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０．０１〜０．４原子％に定めた。

この発明の液晶表示装置における配線および電極は、ガラス基板表面に対する密着力に一層優れ、高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなく、さらに比抵抗が低いことから高精細化し大型化した液晶表示装置の配線および電極に使用しても消費電力を少なくすることができるなど優れた効果を奏するものである。

実施例１
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Ｚｎを添加し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌ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本発明ターゲット１〜１９、比較ターゲット１〜８および従来ターゲット１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表１に示される本発明ターゲット１〜１９、比較ターゲット１〜８および従来ターゲット１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１〜１９、比較ターゲット１〜８および従来ターゲット１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。

これら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（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７）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混合ガス、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
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１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１を形成した。これら本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：４×１０^−４Ｐａの真空雰囲気中、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、最高温度：１５０℃、３０分間保持の熱処理を施したのち真空冷却した。

これら熱処理を施し真空冷却することにより得られた本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１について下記の通常の密着試験１および前記密着試験１よりも密着力を正確に数値化できる密着試験２を行い、ガラス基板に対する膜の密着力を評価した。
密着試験１
ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で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す碁盤目付着試験を実施し、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１００個の碁盤目の内で密着している碁盤目の数を測定し、その結果を（密着数／１００）として表２〜３に示し、ガラス基板に対する密着性を評価した。
密着試験２
ガラス基板の表面に形成された本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１の上に幅：１０ｍｍの粘着テープ（３ＭＳｃｏｔｃｈ＃３３０５）を張り、粘着テープの両端に沿って本発明銅合金薄膜１〜２１、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１に切れ目を入れることによりガラス基板の表面に付着している本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１の幅と粘着テープの幅を一致させ、前記粘着テープを前記ガラス基板の厚さ方向に島津製作所製ＥＺＧｒａｐｈ（ロードセル容量２０Ｎ）にて引張り速度：１ｍｍ／分を用いて引っ張ることにより安定して剥離が起こっている区間の試験力平均値（Ｎ）を求め、この試験力平均値（Ｎ）を粘着テープの幅で割った値を表２〜３に示すことによりガラス基板に対する密着力を評価した。

また、これらとは別に先の条件と同じ条件で成膜して得られた本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：４×１０^−４Ｐａの真空雰囲気中、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、最高温度：３５０℃、３０分間保持の熱処理を施したのち真空冷却し、これら熱処理を施し真空冷却した本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１の表面を１０００倍の光学顕微鏡で５個所の膜表面を観察し、ヒロック、ボイドの発生の有無を観察し、その結果を表２〜３に示し、さらにＴＥＭで膜の５個所の断面を観察して膜内ボイドの発生の有無を観察し、その結果を表２〜３に示した。さらにこれら熱処理を施し真空冷却することにより得られた本発明銅合金薄膜１〜１９、比較銅合金薄膜１〜６および従来銅合金薄膜１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２〜３に示した。

表１〜３に示される結果から、本発明銅合金薄膜１〜１９と従来銅合金薄膜１を比較すると、共にＺｎを含有する銅合金薄膜であるが、Ｚｎの他にさらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．５原子％を含む本発明銅合金薄膜１〜１９はこれら成分を含まない従来銅合金薄膜１に比べて密着試験１では差が見られないが、密着試験２では本発明銅合金薄膜１〜１９は従来銅合金薄膜１に比べて密着力が一層優れていることが分かる。しかしこの発明の条件から外れてＳｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ａｌを含む比較銅合金薄膜１〜６は比抵抗が大きくなり過ぎたり、密着力が低下することが分かる。

Claims

Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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熱欠陥発生がなくかつ密着力に優れた液晶表示装置用配線。
Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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熱欠陥発生がなくかつ密着力に優れた液晶表示装置用電極。
Ｚｎ：０．０５〜５原子％含有し、さらにＳｉ、Ｔｉ、ＹおよびＡｌの内の１種または２種以上を合計で０．０１〜０．４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請求項１記載の配線および請求項２記載の銅合金薄膜を成膜するためのスパッタリングターゲット。
請求項１記載の配線および請求項２記載の電極を形成した液晶表示装置。