JP6037208B2 - 電子部品用積層配線膜および被覆層形成用スパッタリングターゲット材 - Google Patents
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Description
現在、TFTには、Si半導体膜を用いており、CuはSiと直接触れると、TFT製造中の加熱工程により熱拡散して、TFTの特性を劣化させる。このため、CuとSiの間に耐熱性に優れたMoやMo合金をバリヤ膜とした積層配線膜が用いられている。
また、TFTからつながる画素電極や携帯型端末やタブレットPC等に用いられているタッチパネルの位置検出電極には、一般的に透明導電膜であるインジウム−スズ酸化物(以下、ITOという)が用いられている。Cuは、ITOとのコンタクト性は得られるが、基板との密着性が低いことにより、密着性を確保するためにCuをMoやMo合金で被覆した積層配線膜とする必要がある。
さらに、これまでの非晶質Si半導体から、より高速応答を実現できる酸化物を用いた透明な半導体膜の適用検討が行われており、これら酸化物半導体の配線膜にもCuと純Mo等を用いた積層配線膜が検討されている。
しかし、FPDを製造する場合において、基板上に積層配線膜を形成した後に、次工程に移動する際に長時間大気中に放置される場合がある。また、利便性を向上させるために樹脂フィルムを用いた軽量でフレキシブルなFPD等においては、樹脂フィルムがこれまでのガラス基板等に比較して透湿性があるため、積層配線膜には高い耐湿性が求められている。
さらに、FPDの大画面化や高速駆動のために、TFT製造工程中の加熱温度は上昇する傾向にある。このため、主導電層であるCuとバリヤ膜や密着膜となる被覆層を形成した積層配線膜においては、被覆層を構成する原子のCuへの熱拡散が進行し、低い電気抵抗値を維持することができなくなる場合がある。このように、Cuを主導電層とする積層配線膜の被覆層には、新たに様々な環境に適用できる高い耐湿性や耐酸化性と低い電気抵抗値の維持が要求されている。
また、本発明では、前記組成式のx、yが、それぞれ20≦x≦30、9≦y≦20とすることがさらに好ましい。
また、本発明では、前記組成式のx、yが、それぞれ20≦x≦30、9≦y≦20であることが好ましい。
本発明の重要な特徴は、図1に示す電子部品用積層配線膜の被覆層において、Moに対してNiとTiとを特定量複合添加することで、耐湿性、耐酸化性を向上させ、Cu膜との積層時の加熱工程において低い電気抵抗値を維持できる新たなMo合金を見出した点にある。以下、本発明の電子部品用積層配膜について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、「耐湿性」とは、高温高湿環境下における配線膜の電気抵抗値の変化の起こりにくさをいうものとする。また、「耐酸化性」とは、高温環境下における電気的コンタクト性の劣化のしにくさをいい、配線膜の変色により確認でき、例えば反射率によって定量的に評価することができる。
一方、Niは、MoよりCuに対して熱拡散しやすい元素である。MoへのNiの添加量が50原子%を越えると、FPD等の電子部品を製造する際の加熱工程において、被覆層のNiが容易に主導電層のCuに拡散してしまい、低い電気抵抗値を維持しづらくなる。このため、Niの添加量は10〜50原子%とする。また、主導電層のCuに被覆層を形成し、350℃より高温で加熱する場合には、被覆層のNiが主導電層のCuに拡散しやすくなり、電気抵抗値が上昇する場合がある。本発明で低い電気抵抗値を維持するためは、Ni添加量を30原子%以下とすることが好ましい。
一方、Tiの添加量が30原子%を越えると、耐食性が向上し過ぎてCu用エッチャントでのエッチング速度が低下し、主導電層のCuとの積層膜のエッチング時に残渣が生じたり、エッチングができなくなったりする。このため、本発明ではTiの添加量は3〜30原子%とする。
また、従来のMo−Nb合金より高い耐湿性を安定的に得るには、Tiの添加量は9原子%以上が好ましい。また、Cuのエッチャントでより安定的にエッチングをするには、Tiの添加量は20原子%以下が好ましい。
また、被覆層を形成するMo合金中に複合添加したNiとTiは、原子比でNi/Tiが1以上であることが好ましい。上述したように、Tiは耐湿性向上に関与する元素であるが、耐酸化性は低下するため、本発明者の検討によれば、Niの添加量よりTiの添加量が多い場合には、耐酸化性の向上効果を得にくくなる。このため、NiとTiとの原子比で1以上となるようにそれぞれ添加することで、被覆層の耐湿性と耐酸化性を安定的に得ることが可能となる。
また、Cuを主成分とする主導電層は、純Cuが最も低い電気抵抗値が得られる。なお、耐熱性、耐食性等の信頼性を考慮して、Cuに遷移金属や半金属等を添加したCu合金を用いてもよい。このとき、できる限り低い電気抵抗値が得られるようにCuへの添加元素の添加量は5原子%以下が好ましい。
また、本発明において、350℃以上の高温で大気加熱した際に、主導電層のCuの酸化による電気抵抗値の増加を抑制するには、被覆層の膜厚は30nm以上が好ましい。また、350℃以上の高温で加熱した際の主導電層のCuへの原子拡散による電気抵抗値の増加を抑制するには、被覆層の膜厚は70nm以下が好ましい。このため、本発明では、被覆層の膜厚を30〜70nmにすることがより好ましい。
したがって、本発明の電子部品用積層配線膜の被覆層を形成するには、原子比における組成式がMo100−x−y−Nix−Tiy、10≦x≦50、3≦y≦30、x+y≦53で表され、残部が不可避的不純物からなるスパッタリングターゲット材を用いることで、安定して被覆層を形成できる。
また、上述したように、350℃という高温の加熱工程となる場合にも低い電気抵抗値の電子部品用積層配線膜を得るには、Niを20〜30原子%、Tiを9〜20原子%含有させることが好ましい。
先ず、被覆層となるMo−Ni−Ti合金膜を形成するためのスパッタリングターゲット材を作製した。平均粒径が6μmのMo粉末と平均粒径100μmのNi粉末と平均粒径150μmのTi粉末を所定の組成となるように混合し、軟鋼製の缶に充填した後、加熱しながら真空排気して缶内のガス分を除いた後に封止した。次に、封止した缶を熱間静水圧プレス装置に入れて、800℃、120MPa、5時間の条件で焼結させた後に、機械加工により、直径100mm、厚さ5mmのスパッタリングターゲット材を作製した。また、比較となるMo、Mo−Nb、Mo−Niスパッタリングターゲット材も同様に作製した。また、Cuターゲット材は、日立電線株式会社製の無酸素銅の板材より切り出して作製した。
25mm×50mmのガラス基板上に、表1に示す所定量のNiおよびTiを加えた被覆層であるMo合金膜、その上面に主導電層であるCu膜、さらにその上面にMo合金膜を、それぞれ表1に示す膜厚構成でスパッタリング法にて形成し、電子部品用積層配線膜を得た。また、比較のために、純Mo、Mo−Ni合金膜、Mo−Nb合金膜を、それぞれCu膜と積層し、積層配線膜も作製した。
また、比較例のMo−35原子%Tiの積層膜は350℃では反射率が大きく低下し、電気抵抗値も増加し、Tiを添加するだけでは耐酸化性を十分に改善できないことを確認した。
これに対して、本発明の被覆層に、MoにNiとTiを所定量添加したMo−Ni−Ti合金の反射率は、350℃の大気中で加熱しても、その低下は少なく、耐酸化性を大きく改善できることが確認できた。また、本発明の被覆層に、MoにNiとTiを所定量添加したMo−Ni−Ti合金の電気抵抗値は、350℃の大気中で加熱しても、その増加が少なく、耐酸化性を大きく改善できることが確認できた。その改善効果は、Niを20原子%以上、Tiを3原子%以上添加することでより明確になり、電子部品に好適な積層配線膜であることが確認できた。
これに対して、本発明の被覆層にMoにNiとTiを所定量添加した積層配線膜の反射率は、高温高湿雰囲気に放置後も反射率の低下が抑制でき、尚且つ低い電気抵抗値を維持しており、耐湿性を大きく改善したことが確認できた。その改善効果は、Ti添加量が3原子%以上で明確となり、9原子%で耐湿性は大きく改善されることが確認できた。
これに対し、本発明の積層配線膜は、被覆層のNiとTiの添加量の総量を50原子%以下にすることで、加熱時における電気抵抗値の増加を抑制できることが確認できた。
また、比較例のMo−35原子%TiやMo−10原子%Ni−33原子%Tiを被覆層としたら、エッチングを行うことができず、エッチング性にTiの添加量が大きく関与していることを確認した。
これに対して、本発明のMoに特定量のNiとTiを複合添加した被覆層では、膜剥がれもなく、エッチングされていることが確認できた。ただし、Tiの添加量が22原子%Mo合金では基板上に残渣が確認されており、より安定的にエッチングを行うにはTiの添加量は20原子%以下がより好ましいことを確認した。
以上のように、耐酸化性、耐湿性、加熱時の電気抵抗値の増加の抑制、エッチング性を満たすには、Niの添加量を10〜50原子%、Tiの添加量を3〜30原子%にすることが好ましいことがわかる。また、高温で耐酸化性、電気抵抗値の増加を抑制し、高いエッチング性を確保するにはNiを20〜30原子%、Tiを9〜20原子%とすることがより好ましいことがわかる。
上記で得た各スパッタリングターゲット材を銅製のバッキングプレートにろう付けしてスパッタリング装置に取り付けた。スパッタ装置は、キャノンアネルバ株式会社製のSPF−440Hを用いた。
本発明の電子部品用積層配線膜は、主導電層であるCuの膜厚を200〜500nmで成膜し、被覆層の膜厚を20〜70nmで成膜することで、低い電気抵抗値と高い耐酸化性を得られることが確認できた。
Claims (4)
- 基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Cuを主成分とする主導電層と該導電層の一方の面および/または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がMo100−x−y−Nix−Tiy、10≦x≦25、3≦y≦30、x+y≦53で表され、残部が不可避的不純物からなることを特徴とする電子部品用積層配線膜。
- 前記組成式のx、yが、それぞれ20≦x≦25、9≦y≦20であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品用積層配線膜。
- 請求項1に記載の被覆層を形成するためのスパッタリングターゲット材であって、原子比における組成式がMo100−x−y−Nix−Tiy、10≦x≦25、3≦y≦30、x+y≦53で表され、残部が不可避的不純物からなることを特徴とする被覆層形成用スパッタリングターゲット材。
- 前記組成式のx、yが、それぞれ20≦x≦25、9≦y≦20であることを特徴とする請求項3に記載の被覆層形成用スパッタリングターゲット材。
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