JP5228251B2 - Sputtering target for forming wiring film and electrode film for flat panel display using TFT transistor having excellent adhesion - Google Patents
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この発明は、アモルファスＳｉおよびガラス基板表面に対する密着性に優れた銅合金膜からなるＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線膜および電極膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。 The present invention relates to a sputtering target for forming a wiring film for a flat panel display and an electrode film using a TFT transistor composed of amorphous Si and a copper alloy film having excellent adhesion to the glass substrate surface.
アクティブマトリックス方式で駆動するＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、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ディスプレイなどが知られている。これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属膜からなる配線が密着形成されており、この金属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いて、このＴＦＴトランジスターのゲート電極も金属膜で形成されている。
このＴＦＴトランジスターを図１の断面概略説明図に基づいて説明すると、ＴＦＴトランジスターはガラス基板１の表面に金属膜からなる配線２が形成されており、この配線２の上にＳｉＮ膜３が形成されており、さらにＳｉＮ膜３の上にアモルファスＳｉ膜４が形成されており、さらにアモルファスＳｉ膜４の上に金属膜からなるドレイン電極５およびソース電極６が形成されている。ガラス基板１の表面に形成されている配線２並びにアモルファスＳｉ膜４の上に形成されているドレイン電極５およびソース電極６は一般に純銅膜が使用されている。
しかし、純銅膜で構成されている配線２はガラス基板１に対する密着性が悪く、ドレイン電極５およびソース電極６はアモルファスＳｉ膜４と容易に合金を形成する。そのために、近年、配線２、ドレイン電極５およびソース電極６には、ガラス基板１に対して密着性に優れ、アモルファスＳｉ膜４に対し合金を形成し難い酸素を含む銅膜が使用されるようになってきた（特許文献１、２参照）。
The TFT transistor will be described based on the schematic cross-sectional view of FIG. 1. In the TFT transistor, a wiring 2 made of a metal film is formed on the surface of the glass substrate 1, and a
However, the wiring 2 made of a pure copper film has poor adhesion to the glass substrate 1, and the
しかし、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイは、近年、益々大型化する一方で、飛行機、自動車などに搭載されるようになり、飛行機の着陸時や自動車の悪路走行時など激しい振動を受ける機会が多くなってきた。かかる状態に置かれたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極の密着性が悪いと剥離が発生してフラットパネルディスプレイの故障につながることがあり、この剥離を防止するために一層密着性に優れた銅膜が求められている。 However, flat panel displays using TFT transistors have become increasingly large in recent years, and have been installed in airplanes and automobiles, and have the opportunity to experience severe vibrations when airplanes land and when automobiles travel on rough roads. Has increased. If the adhesion of the wiring and electrodes of the flat panel display using the TFT transistor placed in such a state is poor, peeling may occur, leading to failure of the flat panel display. There is a demand for a copper film excellent in the above.
そこで、本発明者等は、さらに一層密着性に優れた銅膜を開発し、これをＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ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、
（イ）純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）に、酸素を０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％を含有した成分組成を有する銅合金膜は、従来の酸素を含む銅膜に比べて、電気抵抗がほぼ同じでかつガラス基板およびアモルファスＳｉに対する密着性が一層優れていることから、この成分組成を有する銅合金膜をＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極として使用した場合に激しい振動を長期間受ける過酷な環境下にあっても剥離することがなく、したがって、故障することがないので信頼性が一層向上する、
（ロ）前記フラットパネルディスプレイ用配線および電極を構成する銅合金膜は、酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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前記銅合金膜と同じ成分組成を有するターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成される、という研究結果が得られたのである。
Therefore, the present inventors have developed a copper film having further excellent adhesion, and have studied to apply it to wiring and electrodes in a flat panel display using TFT transistors. as a result,
(I) Pure copper (especially purity: 99.99% or more oxygen-free copper) contains 0.4 to 6 atomic% of oxygen, and further includes one or more of Ni, Co and Zn. The copper alloy film having a component composition containing 0.001 to 3 atomic% is substantially the same in electrical resistance as compared with the conventional copper film containing oxygen, and has better adhesion to the glass substrate and amorphous Si. Therefore, when a copper alloy film having this component composition is used as a wiring and an electrode for a flat panel display using a TFT transistor, it does not peel even in a harsh environment that receives severe vibration for a long time, Therefore, since there is no failure, the reliability is further improved.
(B) The copper alloy film constituting the flat panel display wiring and electrode contains oxygen: 0.4 to 6 atomic%, and further includes one or more of Ni, Co and Zn in total. The result of research that it is formed by sputtering using a target having the same component composition as the copper alloy film having a component composition of 0.001 to 3 atomic% and the balance being composed of Cu and inevitable impurities is obtained. It was done.
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）酸素：０．４〜６原子％を含有し、さらにＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３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密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線または電極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。
This invention was made based on the above research results,
(1) Oxygen: 0.4 to 6 contain an atom%, further Ni, containing 0.001 atomic% of one or two or more in total of Co and Zn, the balance being Cu and It is characterized by a sputtering target for forming a wiring or electrode for a flat panel display using a TFT transistor having an inevitable impurity composition and excellent adhesion.
この発明の密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極を構成する銅合金膜は、ターゲットを用いて不活性ガス雰囲気中で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、無酸素銅粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末およびＣｕＯ粉末を用意し、これら原料粉末を配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工することにより作製することができる。 The copper alloy film constituting the wiring and electrodes of the flat panel display using the TFT transistor having excellent adhesion according to the present invention is produced by sputtering in an inert gas atmosphere using a target. This target prepared oxygen-free copper powder, Ni powder, Co powder, Zn powder and CuO powder, blended these raw material powders, mixed with a ball mill to produce a mixed powder, hot pressed this mixed powder, It can produce by machining the obtained hot press body.
この発明の密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金膜、並びにこの銅合金膜を成膜するためのターゲット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。 As described above, the copper alloy film constituting the wiring and electrodes in the flat panel display using the TFT transistor having excellent adhesion of the present invention and the range of the component composition of the target for forming the copper alloy film are limited as described above. Explain why.
（ａ）銅合金膜の成分組成：
配線および電極を構成する銅合金膜に含まれる酸素を０．４〜６原子％に限定したのは、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金膜に酸素を含有させることにより密着強度を向上させることができるが、その含有量が０．４原子％未満では密着強度の十分な効果が得られないので好ましくなく、一方、６原子％を越えて含有すると電気抵抗が上昇し、フラットパネルディスプレイにおける配線および電極に使用する膜としては好ましくないからである。
さらに、配線および電極を構成する銅合金膜に含まれるＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％に限定したのは、これら成分は酸素と共存することによりガラス基板およびアモルファスＳｉ膜表面に対する密着性を一層向上させる作用を有するので添加するが、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％未満添加しても密着強度向上の効果が得られず、一方、３原子％を越えて添加すると、配線および電極の電気抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。
(A) Component composition of copper alloy film:
The reason why the oxygen contained in the copper alloy film constituting the wiring and the electrode is limited to 0.4 to 6 atomic% is that the copper alloy film constituting the wiring and the electrode in the flat panel display using the TFT transistor contains oxygen. However, if the content is less than 0.4 atomic%, a sufficient effect of the adhesion strength cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 6 atomic%, the electric resistance is low. This is because it rises and is not preferable as a film used for wiring and electrodes in a flat panel display.
In addition, one or more of Ni, Co and Zn contained in the copper alloy film constituting the wiring and the electrode are limited to 0.001 to 3 atomic% in total. These components coexist with oxygen. Is added because it has the effect of further improving the adhesion to the glass substrate and the amorphous Si film surface, but even if one or more of these components are added in total less than 0.001 atomic% This is because the effect of improving the strength cannot be obtained, but adding more than 3 atomic% is not preferable because the electric resistance of the wiring and the electrode increases.
（ｂ）ターゲットの成分組成：
この発明の銅合金膜を成膜するためのターゲットに含まれる酸素を０．４〜６原子％に限定したのは、ターゲットに含まれる酸素が０．４原子％未満ではスパッタリングすることにより形成される銅合金膜に含まれる酸素が０．４原子％未満となって所望の効果が得られなくなるので好ましくなく、一方、ターゲットに含まれる酸素が６原子％を越えて含まれるようになると、スパッタリングして得られた膜の密着性は向上するものの電気抵抗が上昇するので好ましくないからである。
さらに、銅合金膜を成膜するためのターゲットに含まれるＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１〜３原子％に限定したのは、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％より少なく添加したターゲットは、これを用いてスパッタリングしてもＮｉ、ＣｏおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．００１原子％未満含有する銅合金膜が形成されて十分な密着性を有する銅合金膜が得られないので好ましくないからであり、一方、３原子％を越えて添加したターゲットを使用してスパッタリングすると、成膜される銅合金膜に含まれるこれら成分の含有量が３原子％を越えるようになり、電気抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。
(B) Target component composition:
The reason why the oxygen contained in the target for forming the copper alloy film of the present invention is limited to 0.4 to 6 atomic% is that the oxygen contained in the target is less than 0.4 atomic% by sputtering. The oxygen contained in the copper alloy film is less than 0.4 atomic%, which is not preferable because the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if the oxygen contained in the target exceeds 6 atomic%, sputtering is performed. This is because although the adhesion of the film thus obtained is improved, the electrical resistance increases, which is not preferable.
Furthermore, the total of one or more of Ni, Co and Zn contained in the target for forming the copper alloy film is limited to 0.001 to 3 atomic%. A target to which one or two or more types are added in a total amount of less than 0.001 atom% is used, and even if sputtering is performed using this target, one or more types of Ni, Co, and Zn are added in total to 0.001 atom. This is because a copper alloy film containing less than 1% is formed, and a copper alloy film having sufficient adhesion cannot be obtained. This is because the content of these components contained in the copper alloy film to be formed exceeds 3 atomic% and the electric resistance increases, which is not preferable.
この発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極は、ガラス基板およびアモルファスＳｉ膜に対する密着性に優れ、激しい振動を受けるなど過酷な環境下で長期間使用しても剥離することがなく、したがって、故障することがないＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイを提供することができるという優れた効果を奏するものである。 The wiring and electrodes in the flat panel display using the TFT transistor of the present invention have excellent adhesion to the glass substrate and the amorphous Si film, and do not peel off even when used for a long time in harsh environments such as severe vibration. Therefore, it is possible to provide an excellent effect that a flat panel display using a TFT transistor that does not break down can be provided.
純度：９９．９９質量％の純Ｃｕ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末およびＣｕＯ粉末を用意し、これら原料粉末を表１〜２に示される配合割合で配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を温度：７００℃、圧力：４０トンに保持することによりホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工して直径：１５２ｍｍ、厚さ：１２ｍｍの寸法を有し表１〜２に示される成分組成を有する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）１〜２４、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）１〜６および純銅からなる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を作製した。 Purity: 99.99 mass% pure Cu powder, Ni powder, Co powder, Zn powder and CuO powder are prepared, these raw material powders are blended in the blending ratios shown in Tables 1-2, and mixed by a ball mill and mixed. A powder was prepared, and this mixed powder was hot pressed by holding at a temperature of 700 ° C. and a pressure of 40 tons. The obtained hot pressed body was machined to have a diameter of 152 mm and a thickness of 12 mm. The present invention copper alloy sputtering target (hereinafter referred to as the present invention target) 1 to 24, the comparative copper alloy sputtering target (hereinafter referred to as the comparative target) 1 to 6 having the composition shown in Tables 1 and 2 and sputtering made of pure copper. A target (hereinafter referred to as a conventional target) 1 was produced.
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１〜２４、比較ターゲット１〜６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１〜２４、比較ターゲット１〜６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。 Furthermore, by preparing an oxygen-free copper backing plate, the present invention targets 1 to 24, comparative targets 1 to 6 and the conventional target 1 are superposed on the oxygen-free copper backing plate, and indium soldered at a temperature of 200 ° C. Invention targets 1 to 24, comparative targets 1 to 6 and conventional target 1 were joined to an oxygen-free copper backing plate to produce a target with a backing plate.
さらに、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のガラス基板）およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）を用意した。
本発明ターゲット１〜２４、比較ターゲット１〜６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およびターゲットとアモルファスＳｉを成膜したガラス基板との距離が７０mmとなるようにスパッタリング装置にセットし、
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、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件で１分間成膜し、ガラス基板およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表３〜４に示される成分組成を有する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１を形成した。
Furthermore, a glass substrate (vertical: 50 mm, horizontal: 50 mm, thickness: 1737 glass substrate manufactured by Corning, Inc.) and a glass substrate on which amorphous Si was formed (vertical: 50 mm, horizontal: 50 mm, thickness Length: Corning 1737 glass substrate having a dimension of 0.7 mm) was prepared.
A glass with a target and a glass substrate, and a target and amorphous Si film formed on a target with a backing plate obtained by soldering the inventive targets 1 to 24, comparative targets 1 to 6 and the conventional target 1 to an oxygen-free copper backing plate. Set the sputtering equipment so that the distance to the substrate is 70 mm,
Power supply: DC method,
Sputter power: 600W
Ultimate vacuum: 4 × 10 −5 Pa,
Atmospheric gas composition: Ar,
Ar gas pressure: 0.67 Pa,
Glass substrate heating temperature: 150 ° C.
The copper alloy film 1 to 1 of the present invention having a thickness of 300 nm and having the composition shown in Tables 3 to 4 on the surface of the glass substrate and the glass substrate on which the amorphous Si film is formed. 24, comparative copper alloy films 1 to 6 and conventional copper alloy film 1 were formed.
得られた本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１をそれぞれＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で縦横１１本ずつカッターで切り込み、本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１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３〜４に示し、ガラス基板およびアモルファスＳｉ膜に対する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１の密着性を評価した。
さらに、ガラス基板およびアモルファスＳｉを成膜したガラス基板の表面に形成された厚さ：３００ｎｍを有する本発明銅合金膜１〜２４、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜１を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。これら熱処理を施した本発明銅合金膜１〜２０、比較銅合金膜１〜６および従来銅合金膜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３〜４に示した。
The obtained copper alloy films 1 to 24 of the present invention, comparative copper alloy films 1 to 6 and the conventional copper alloy film 1 were each cut with a cutter at 11 mm length and width at 1 mm intervals in accordance with JIS-K5400. 24, comparative copper alloy films 1 to 6 and conventional copper alloy film 1 were cut into a grid pattern, then peeled off with a 3M scotch tape, and adhered to the glass substrate within a 10 mm square at the center of the glass substrate. A cross-cut adhesion test for measuring the area% of the film was performed, and the results are shown in Tables 3 to 4. The present copper alloy films 1 to 24 and comparative copper alloy films 1 to 6 for glass substrates and amorphous Si films And the adhesiveness of the conventional copper alloy film 1 was evaluated.
Furthermore, the present invention copper alloy films 1 to 24, comparative copper alloy films 1 to 6 and conventional copper alloy film 1 having a thickness of 300 nm formed on the surface of the glass substrate and the glass substrate formed with amorphous Si are heated by infrared rays. It was charged in a furnace, and heat treatment was performed in a vacuum atmosphere with a degree of ultimate vacuum of 4 × 10 −4 Pa, a rate of temperature increase: 5 ° C./min, a maximum temperature: 350 ° C., and held for 30 minutes. The copper alloy films 1 to 20 of the present invention, the comparative copper alloy films 1 to 6 and the conventional copper alloy film 1 subjected to these heat treatments were measured for specific resistance at five points by the four-probe method, and the average value was obtained. The results are shown in Tables 3-4.
表１〜４に示される結果から、（ａ）本発明銅合金膜１〜２４は酸素を含む銅からなる従来銅合金膜１に比べて密着性に一層優れ、比抵抗にほとんど差がないこと、（ｂ）この発明の条件から外れて酸素、Ｎｉ、ＣｏおよびＺｎを含む比較銅合金膜１〜６は比抵抗が大きくなり過ぎたり、密着性が低下するなど好ましくないことなどが分かる。 From the results shown in Tables 1 to 4, (a) the copper alloy films 1 to 24 of the present invention are more excellent in adhesion than the conventional copper alloy film 1 made of copper containing oxygen, and there is almost no difference in specific resistance. (B) It is understood that the comparative copper alloy films 1 to 6 containing oxygen, Ni, Co, and Zn are not preferable because the specific resistance is excessively increased or the adhesion is deteriorated.
１：ガラス基板、２：配線、３：ＳｉＮ膜、４：アモルファスＳｉ膜、５：ドレイン電極、６：ソース電極 1: glass substrate, 2: wiring, 3: SiN film, 4: amorphous Si film, 5: drain electrode, 6: source electrode
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