JP5532767B2 - Cu電極保護膜用NiCu合金ターゲット材 - Google Patents
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例えば、特許文献1には、VとNbから選ばれる1種以上を合計で2〜50原子%含有し、残部がMo及び不可避的不純物からなり、相対密度が95%以上である薄膜形成用スパッタリングターゲットが開示されている。
同文献には、NbやVを含有するMo合金ターゲットを用いると、有害なCrを含有せず、低抵抗で高い耐食性を有する金属薄膜が得られる点が記載されている。
同文献には、原料粉末の混合物を圧縮成形して成形体とし、成形体を粉砕して再度粉末とし、この粉末を加圧焼結させることにより、成分の偏析が抑制され、焼結体の塑性加工性も向上する点が記載されている。
同文献には、このようなターゲットを用いると、低保磁力でかつ均一なFe−Ni合金薄膜が得られる点が記載されている。
同文献には、このようなターゲット材を用いることによって、極めて高純度で高特性の磁性薄膜が得られる点が記載されている。
同文献には、このような方法を用いることによって、Cu系材料からなる層(金属電極)と下地との界面に、下地との密着性が良好なバリア層(酸化層)が形成される点が記載されている。
しかしながら、Ar+O2雰囲気下での反応性スパッタは、Cu電極膜そのものの電気抵抗を増加させ、特性劣化を招く。また、O2は、真空装置チャンバーにトラップされやすいため、酸素分圧の制御が困難で、製品品質のバラツキの原因となる。
しかしながら、非特許文献1に開示されている方法により得られる金属電極及び保護膜は、両者のエッチングレートの差が大きいため、高精度のパターニングができないという問題がある。
さらに、Cu電極の電解腐食や原子拡散による電気的特性の劣化を抑制し、かつ、ウェットエッチングによる高精度のパターニングが可能なCu電極用の保護膜が提案された例は、従来にはない。
25.0≦Cu≦45.0mass%、及び、
Co及び/又はMoの含有量が総量で1.0mass%以上5.0mass%以下
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなることを要旨とする。
5.0≦Cu≦25.0mass%、及び、
Fe及び/又はMnの含有量が総量で5.0mass%以下
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなることを要旨とする。
同様に、NiCu合金のCu含有量を最適化し、あるいは、Ni−5〜25Cu合金に対して所定量のFe及び/又はMnを添加すると、Cu電極とのエッチングレートの差が小さくなると同時に、Cu電極やITOなどの周辺部材との間の電位差が小さくなる。そのため、これを液晶パネルに用いられるCu電極の保護膜として利用すると、Cu電極の電解腐食や原子拡散による電気的特性の劣化を抑制することができ、ウェットエッチングによる高精度のパターニングも可能となる。
[1. Cu電極保護膜用NiCu合金ターゲット(1)]
[1.1. 成分]
本発明の第1の実施の形態に係るCu電極保護膜用NiCu合金ターゲットは、以下のような元素を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類及び添加量の限定理由は、以下の通りである。
NiCu合金中のCu含有量は、Cu電極やITOとの間の標準電位の差(電位差)や、Cu電極との間のエッチングレート差に影響を及ぼす。
一般に、Cu含有量が少なくなるほど、周辺部材との間の電位差が大きくなり、耐電解腐食性が低下する。また、Cu電極に比べてエッチングレートが遅くなり、電極の信頼性が低下する。保護膜のエッチングレートが遅すぎると、ウェットエッチング後の保護膜/電極/保護膜の断面は、凹状となる。さらに、Cu含有量が少なくなるほど保護膜の電気抵抗が増大し、電極の信頼性が低下する。従って、添加元素としてCo及び/又はMoを含む場合、Cu含有量は、25.0mass%以上である必要がある。Cu含有量は、さらに好ましくは27.0mass%以上、さらに好ましくは30.0mass%以上である。
相対的に多量のCuを含むNiCu合金は、周辺部材(特に、Cu電極)との間の電位差が大きく、かつ、Cu電極に比べてエッチングレートが速い。Co及び/又はMoは、このようなNiCu合金と周辺部材との間の電位差を小さくし、かつ、NiCu合金のエッチングレートを遅くする(Cu電極に近づける)作用がある。Co及びMoは、いずれか一方を添加しても良く、あるいは、双方を添加しても良い。
一方、Co及び/又はMoの含有量が過剰になると、かえって周辺部材との電位差が大きくなる。また、Cu電極に比べてエッチングレートが遅くなり過ぎ、電極の信頼性が低下する。従って、Co及び/又はMoの含有量は、総量で5.0mass%以下である必要がある。Co及び/又はMoの総含有量は、さらに好ましくは4.5mass%以下、さらに好ましくは4.0mass%以下である。
本発明の第1の実施の形態に係るターゲットは、Cu電極を保護するための保護膜を形成するために用いられる。
ここで、「Cu電極」とは、純Cu又はこれと同等の電気比抵抗(具体的には、約2〜3μΩcm)を有するCu合金からなる電極をいう。
また、本実施の形態に係るターゲットは、Cu電極保護膜以外の用途にも使用することができる。その他の用途としては、具体的には、電極膜、反射膜などがある。
[2.1. 成分]
本発明の第2の実施の形態に係るCu電極保護膜用NiCu合金ターゲットは、以下のような元素を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類及び添加量の限定理由は、以下の通りである。
NiCu合金中のCu含有量は、Cu電極やITOとの間の電位差や、Cu電極との間のエッチングレート差に影響を及ぼす。
一般に、Cu含有量が少なくなるほど、周辺部材との間の電位差が大きくなり、耐電解腐食性が低下する。また、Cu電極に比べてエッチングレートが遅くなり、電極の信頼性が低下する。さらに、保護膜の電気抵抗が増大し、電極の信頼性が低下する。従って、添加元素を含まない場合、又は、添加元素としてFe及び/又はMnを含む場合、Cu含有量は、5.0mass%以上である必要がある。Cu含有量は、さらに好ましくは7.0mass%以上、さらに好ましくは10.0mass%以上である。
相対的に少量のCuを含むNiCu合金は、適度な標準電位と適度なエッチングレートを持つ。しかしながら、相対的に少量のCuを含むNiCu合金は、一般に、周辺部材(特に、Cu電極)との間の電位差が相対的に大きく、かつ、Cu電極に比べてエッチングレートが相対的に遅い。Fe及び/又はMnは、このようなNiCu合金と周辺部材との間の電位差を小さくし、かつ、NiCu合金のエッチングレートを速くする(Cu電極に近づける)作用がある。Cu含有量が最適化されている場合、Fe及びMnの添加は必ずしも必要ではないが、Fe及び/又はMnを添加すると、電位差及びエッチングレート差を最適値に近づけることができる。Fe及びMnは、いずれか一方を添加しても良く、あるいは、双方を添加しても良い。
一方、Fe及び/又はMnの含有量が過剰になると、かえって周辺部材との電位差が大きくなる。また、Cu電極に比べてエッチングレートが速くなり過ぎ、電極の信頼性が低下する。従って、Fe及び/又はMnの含有量は、総量で5.0mass%以下である必要がある。Co及び/又はMoの総含有量は、さらに好ましくは4.5mass%以下、さらに好ましくは4.0mass%以下である。
本発明の第2の実施の形態に係るターゲットの用途については、第1の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
Ni−25〜45合金は、周辺部材(特に、Cu電極)との間の電位差が大きく、かつ、Cu電極に比べて、エッチングレートが速い。
これに対し、Ni−25〜45Cu合金に対して所定量のCo及び/又はMoを添加すると、エッチングレートが遅くなる(Cu電極のエッチングレートに近づく)と同時に、Cu電極やITOなどの周辺部材との間の電位差が小さくなる。そのため、これを液晶パネルに用いられるCu電極の保護膜として利用すると、Cu電極の電解腐食や原子拡散による電気的特性の劣化を抑制することができ、ウェットエッチングによる高精度のパターニングも可能となる。
また、Ni−5〜25合金は、周辺部材(特に、Cu電極)との間の電位差がやや大きく、かつ、Cu電極に比べてエッチングレートがやや遅い。
これに対し、Ni−5〜25Cu合金に対して所定量のFe及び/又はMnを添加すると、エッチングレートが速くなる(Cu電極のエッチングレートに近づく)と同時に、Cu電極やITOなどの周辺部材との間の電位差がさらに小さくなる。そのため、これを液晶パネルに用いられるCu電極の保護膜として利用すると、Cu電極の電解腐食や原子拡散による電気的特性の劣化を抑制することができ、ウェットエッチングによる高精度のパターニングも可能となる。
[1. 試料の作製]
溶解・鋳造法を用いて、所定の組成を有するNi−Cu−Co合金ターゲットを作製した。Cu含有量は、23〜47mass%とした。Co含有量は、0〜7mass%とした。また、溶解・鋳造法を用いて、Ni−35mass%Cu−1.5mass%Co−1.5mass%Mo合金ターゲットを作製した。さらに、比較として、純Cu及びITOを用いた。
[2.1. 電位差]
Ni−Cu−Co合金、Ni−Cu−Co−Mo合金、Cu、及び、ITOについて、それぞれ、標準電位を測定した。標準電位は、対極にカーボン電極、参照電極にカロメル電極を用い、40℃に保持した200g/L硫酸アンモニウム水溶液中でポテンショガルバノスタット法により測定した。
得られた各材料の標準電位を用いて、Ni−Cu−Co合金又はNi−Cu−Co−Mo合金とCuとの間の電位差ΔV(V)、及び、Ni−Cu−Co合金又はNi−Cu−Co−Mo合金とITOとの間の電位差ΔV(V)を算出した。
[2.2. エッチングレート差]
形状を整えた各材料のテストピースを、40℃の硫酸アンモニウム200g/L水溶液に所定時間浸漬した。浸漬後、厚さの減少量からエッチングレートを算出した。さらに、得られたエッチングレートを用いて、Cuとの間のエッチングレート差(nm/sec)を算出した。
図1に、Ni−Cu−Co合金とITOとの間の電位差を示す。図2に、Ni−Cu−Co合金とCuとの間の電位差を表す。図3に、Ni−Cu−Co合金とCuとの間のエッチングレート差を表す。
なお、図1〜3には、Ni−Cu−Co−Mo合金の結果も併せて示した。また、図1中、破線は、Al系配線材料の保護膜として従来用いられているMo−10NbとITOとの間の電位差(0.16V)を表す。図2中、破線は、Mo−10Nbと、Al系配線材料として従来用いられているAl−3Ndとの間の電位差(0.62V)を表す。さらに、図3中、破線は、Cuのエッチングレートの1/2の値(0.6nm/sec)を表す。各材料のエッチングレートR1とCuのエッチングレートR2の差(=R1−R2)の絶対値は小さいほど良いが、実用上、エッチングレート差は必ずしもゼロである必要はない。各材料のエッチングレートR1とCuのエッチングレートR2との差の絶対値がCuのエッチングレートR2の1/2以下である場合(すなわち、|R1−R2|≦R2/2である場合)、ウェットエッチングにより相対的に凹凸の少ない良好な断面が得られる。
(1)保護膜/電極/透明電極の組み合わせとして、Ni−Cu−Co合金/Cu/ITOの組み合わせを用いると、従来の組み合わせ(Mo−10Nb/Al−3Nd/ITO)に比べて、電位差及びエッチングレート差がともに小さくなる。
(2)Co含有量が3mass%である場合において、Cu含有量を25〜45mass%とすると、ITOに対する電位差は0.15V以下、Cuに対する電位差は0.53V以下、エッチングレート差は0.49nm/sec以下となる。
(3)Cu含有量が35mass%である場合において、Co含有量を1〜5mass%とすると、ITOに対する電位差は0.13V以下、Cuに対する電位差は0.61V以下、エッチングレート差は0.50nm/sec以下となる。
(4)Ni−35Cu−1.5Co−1.5Mo合金は、Ni−35Cu−3Co合金と後述するNi−35Cu−3Mo合金のほぼ中間の特性を持つ。
[1. 試料の作製]
溶解・鋳造法を用いて、所定の組成を有するNi−Cu−Mo合金ターゲットを作製した。Cu含有量は、23〜47mass%とした。Mo含有量は、0〜7mass%とした。また、比較として、純Cu及びITOを用いた。
実施例1と同様の手順に従い、Ni−Cu−Mo合金とCuとの間の電位差、Ni−Cu−Mo合金とITOとの間の電位差、及び、Ni−Cu−Mo合金とCuとの間のエッチングレート差を算出した。
図4に、Ni−Cu−Mo合金とITOとの間の電位差を示す。図5に、Ni−Cu−Mo合金とCuとの間の電位差を表す。図6に、Ni−Cu−Mo合金とCuとの間のエッチングレート差を表す。
なお、図4〜6には、Ni−35Cu−1.5Co−1.5Mo合金の結果も併せて示した。また、図4〜6中の破線は、それぞれ、図1〜3と同様のデータを表す。
(1)保護膜/電極/透明電極の組み合わせとして、Ni−Cu−Mo合金/Cu/ITOの組み合わせを用いると、従来の組み合わせ(Mo−10Nb/Al−3Nd/ITO)に比べて、電位差及びエッチングレート差がともに小さくなる。
(2)Mo含有量が3mass%である場合において、Cu含有量を25〜45mass%とすると、ITOに対する電位差は0.16V以下、Cuに対する電位差は0.62V以下、エッチングレート差は0.60nm/sec以下となる。
(3)Cu含有量が35mass%である場合において、Mo含有量を1〜5mass%とすると、ITOに対する電位差は0.13V以下、Cuに対する電位差は0.54V以下、エッチングレート差は0.55nm/sec以下となる。
[1. 試料の作製]
溶解・鋳造法を用いて、所定の組成を有するNi−Cu−Fe合金ターゲットを作製した。Cu含有量は、3〜27mass%とした。Fe含有量は、0〜7mass%とした。また、溶解・鋳造法を用いて、Ni−15Cu−1.5Fe−1.5Mn合金ターゲットを作製した。さらに、比較として、純Cu及びITOを用いた。
実施例1と同様の手順に従い、Ni−Cu−Fe合金又はNi−Cu−Fe−Mn合金とCuとの間の電位差、Ni−Cu−Fe合金又はNi−Cu−Fe−Mn合金とITOとの間の電位差、及び、Ni−Cu−Fe合金又はNi−Cu−Fe−Mn合金とCuとの間のエッチングレート差を算出した。
図7に、Ni−Cu−Fe合金とITOとの間の電位差を示す。図8に、Ni−Cu−Fe合金とCuとの間の電位差を表す。図9に、Ni−Cu−Fe合金とCuとの間のエッチングレート差を表す。
なお、図7〜9には、Ni−15Cu−1.5Fe−1.5Mn合金の結果も併せて示した。また、図7〜9中の破線は、それぞれ、図1〜3と同様のデータを表す。
(1)保護膜/電極/透明電極の組み合わせとして、Ni−Cu−Fe合金/Cu/ITOの組み合わせを用いると、従来の組み合わせ(Mo−10Nb/Al−3Nd/ITO)に比べて、電位差及びエッチングレート差がともに小さくなる。
(2)Fe含有量が3mass%である場合において、Cu含有量を5〜25mass%とすると、ITOに対する電位差は0.15V以下、Cuに対する電位差は0.60V以下、エッチングレート差は0.60nm/sec以下となる。
(3)Cu含有量が15mass%である場合において、Fe含有量を0〜5mass%とすると、ITOに対する電位差は0.15V以下、Cuに対する電位差は0.61V以下、エッチングレート差は0.54nm/sec以下となる。
(4)Ni−15Cu−1.5Fe−1.5Mn合金は、Ni−15Cu−3Fe合金と後述するNi−15Cu−3Mn合金のほぼ中間の特性を持つ。
[1. 試料の作製]
溶解・鋳造法を用いて、所定の組成を有するNi−Cu−Mn合金ターゲットを作製した。Cu含有量は、3〜27mass%とした。Mn含有量は、0〜7mass%とした。また、比較として、純Cu及びITOを用いた。
実施例1と同様の手順に従い、Ni−Cu−Mn合金とCuとの間の電位差、Ni−Cu−Mn合金とITOとの間の電位差、及び、Ni−Cu−Mn合金とCuとの間のエッチングレート差を算出した。
図10に、Ni−Cu−Mn合金とITOとの間の電位差を示す。図11に、Ni−Cu−Mn合金とCuとの間の電位差を表す。図12に、Ni−Cu−Mn合金とCuとの間のエッチングレート差を表す。
なお、図10〜12には、Ni−15Cu−1.5Fe−1.5Mn合金の結果も併せて示した。また、図10〜12中の破線は、それぞれ、図1〜3と同様のデータを表す。
(1)保護膜/電極/透明電極の組み合わせとして、Ni−Cu−Mn合金/Cu/ITOの組み合わせを用いると、従来の組み合わせ(Mo−10Nb/Al−3Nd/ITO)に比べて、電位差及びエッチングレート差がともに小さくなる。
(3)Mn含有量が3mass%である場合において、Cu含有量を5〜25mass%とすると、ITOに対する電位差は0.15V以下、Cuに対する電位差は0.62V以下、エッチングレート差は0.58nm/sec以下となる。
(4)Cu含有量が15mass%である場合において、Mn含有量を0〜5mass%とすると、ITOに対する電位差は0.16V以下、Cuに対する電位差は0.58V以下、エッチングレート差は0.53nm/sec以下となる。
[1. 試料の作製]
溶解・鋳造法を用いて、所定の組成を有する各種合金テストピースを作製した。
[2. 試験方法]
実施例1と同様の手順に従い、標準電位及びエッチングレートを測定した。得られた標準電位から平均電位差(Cuとの電位差とITOとの電位差の平均値)、及び、エッチングレート差(Cuのエッチングレートとの差)を算出した。さらに、各テストピースの電気比抵抗を測定した。電気比抵抗の測定には、4端子法を用いた。
表1に、平均電位差、エッチングレート差及び電気比抵抗を示す。
表1より、以下のことがわかる。
(1)Ni−30Cuは、平均電位差は良好であるが、エッチングレート差がやや大きい。
(2)Mo−10Nbは、平均電位差及びエッチングレート差がともに大きく、Cu電極保護膜としては不適当である。
(3)Ni−15Cu、Ni−15Cu−3Fe、Ni−15Cu−3Mn、Ni−15Cu−1.5Fe−1.5Mn、Ni−35Cu−3Co、Ni−35−Cu−3Mo、及び、Ni−35Cu−1.5Co−1.5Moは、いずれも平均電位差が小さく、かつ、エッチングレート差も小さいので、Cu電極保護膜として好適である。
(4)Ni−35Cu−3Coは、平均電位差及びエッチングレート差が最も小さく、Cu電極保護膜として特に好適である。
Claims (2)
- 25.0≦Cu≦45.0mass%、及び、
Co及び/又はMoの含有量が総量で1.0mass%以上5.0mass%以下
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなるCu電極保護膜用NiCu合金ターゲット材。 - 5.0≦Cu≦25.0mass%、及び、
Fe及び/又はMnの含有量が総量で5.0mass%以下
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなるCu電極保護膜用NiCu合金ターゲット材。
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