JP6292466B2 - 金属薄膜および金属薄膜形成用Mo合金スパッタリングターゲット材 - Google Patents
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Description
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。この場合にも、主配線膜であるAlは、ITOに接触すると、その界面に酸化物が生成して電気的コンタクト性が劣化する場合がある。このため、配線膜のAlとITOとの間に純MoやMo合金等の金属薄膜を形成してITOとのコンタクト性を確保する必要がある。
さらに、これまでの非晶質Si半導体から、より高速駆動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なわれており、これら酸化物半導体の積層膜にもAlと純MoやMo合金等を用いた積層配線膜が検討されている。
そこで、本出願人は、純Moの特性を改善する手段として、耐食性、耐熱性や基板との密着性に優れ、低抵抗な、Moに3〜50原子%のVやNb等を添加したMo合金膜を提案している(例えば、特許文献1参照)。
上述したようにTFTにはSi半導体を用いており、主配線膜であるCuは、Alと同様に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純MoやMo合金等の金属薄膜をバリヤ膜として形成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ITO(インジュウム−スズ酸化物)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を純MoやMo合金等の金属薄膜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やMo合金の金属薄膜を積層した積層配線膜が検討されている。
本出願人は、ガラス等との密着性の低いCuやAgと、Mo主体としてVおよび/またはNbを含有するMo合金とを積層することで、CuやAgの持つ低い電気抵抗値を維持しつつ耐食性、耐熱性や基板との密着性を改善できることを提案している。(例えば、特許文献2参照)。
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、金属薄膜にはより高い耐湿性が求められている。
また、本発明者の検討によると、CuはAlより密着性、耐湿性や耐酸化性が大きく劣るため、基板との密着性を確保するための下地膜や、Cuの表面を保護するキャップ膜となる金属薄膜を形成する場合がある。上述したMo−V、Mo−Nb合金等や純Moでは耐湿性や耐酸化性が十分でなく、FPDの製造工程中でCuのキャップ膜とした際に変色してしまうとともに酸素が透過し、Cuの電気抵抗値が大きく増加するという問題が発生する場合がある。キャップ膜の変色は電気的コンタクト性を劣化させ、電子部品の信頼性低下に繋がる。
また、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り、より高い温度での加熱工程を経ると、キャップ膜である金属薄膜に含まれる合金元素がAlやCuの主配線膜に熱拡散してしまい、電気抵抗値が増加する場合があることを確認した。
前記元素群Aから選ばれる元素がCrおよび/またはZrである場合には、その添加量は合計で3〜20原子%であることが好ましい。
前記元素群Aから選ばれる元素がTaである場合には、その添加量は3〜15原子%であることが好ましい。
前記元素群Aから選ばれる元素がCrおよび/またはZrである場合には、その添加量は合計で3〜20原子%であることが好ましい。
前記元素群Aから選ばれる元素がTaである場合には、その添加量は3〜15原子%であることが好ましい。
主導電膜として用いられるCuは、大気中で加熱すると非常に酸化しやすい元素である。Cuからなる主導電膜のキャップ膜として本発明の金属薄膜を用いる場合は、Niの添加量を20原子%以上にすることが好ましい。これにより、本発明の金属薄膜は、300℃以上の高温まで十分な耐酸化性と低い電気抵抗値を確保することができる。
一方、主導電膜として用いられるAlは、大気中に暴露すると、その表面に薄い不動態膜を生成して内部を保護するため、Cuに比較して、耐酸化性、耐湿性の優れた元素である。しかし、上述のようにITO等とのコンタクト性を改善するためには、Mo系合金のキャップ膜が必要である。また、Alに対してNiは熱拡散しやすい元素であるため、Mo合金に含まれるNiの添加量は耐酸化性を改善できる最小限とする必要がある。
Alからなる主導電膜のキャップ膜として本発明の金属薄膜を用いる場合は、Niの添加量が25原子%を越えると、FPD等の電子部品を製造する際の350℃程度の加熱工程において、キャップ膜に含まれるNiが主導電膜のAl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、Alからなる主導電膜のキャップ膜として本発明の金属薄膜を用いる場合は、Niの添加量を25原子%以下とすることが好ましい。
Cr、Zr、Taの元素群Aは、Moより耐食性が高い元素であり、酸素や窒素と結合しやすい性質を有する金属であり、高温高湿雰囲気では、表面に不動態膜を形成して金属薄膜内部を保護する効果を持つ。このため、本発明の金属薄膜においては、Moに特定量のCr、Zr、Taを添加することで、耐湿性を大幅に向上させることが可能となる。この効果は、合計で3原子%以上で明確となり、5原子%以上でより顕著になる。
一方、元素群Aの添加量が増加すると、金属薄膜に不動態膜が形成されることにより耐食性が向上し過ぎてしまう。これにより、金属薄膜をFPD等の電極や配線に加工する際のエッチング速度が低下してしまい、基板上に残渣が生じたり、エッチングできなくなったりする。その添加量は、元素により異なり、Cr、Zrを添加する場合には合計で20原子%以下が好ましく、Taを添加する場合には15原子%以下が好ましい。
特に、主導電膜がCuの場合には、酸化を抑制するために、金属薄膜の膜厚を30nm以上にすることがより好ましい。また、主導電膜がAlの場合には、加熱時の原子の拡散を抑制するために、金属薄膜の膜厚は薄い方が好ましく、20〜70nmとすることがより好ましい。
本発明の金属薄膜形成用のMo合金スパッタリングターゲット材は、Niを10〜45原子%、Cr、ZrおよびTaの元素群Aから選ばれる1種以上を3原子%以上、且つ前記Niとを合計で50原子%以下含み、残部がMoおよび不可避的不純物からなる。
また、元素群AとしてCrおよび/またはZrを選択した場合には、その添加量を合計で3〜20原子%にすることが好ましい。また、元素群AとしてTaを選択した場合には、その添加量を3〜15原子%にすることが好ましい。
また、後述する比較例となるMo−Ni−Zr合金の金属薄膜を作製するためのNi−Zr合金スパッタリングターゲット材は、真空溶解−鋳造法によりインゴットを作製し、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。
25mm×50mmのガラス基板上に、表1に示す各組成の金属薄膜を200nm形成し、試料を得た。尚、Mo−Ni−Zr合金の金属薄膜は、上記で作製したMo−Ni合金とNi−Zr合金のターゲット材を同時にスパッタするコスパッタ法により形成した。得られた金属薄膜の組成分析は、株式会社島津製作所製の型式番号:ICPV−1017のICP(誘導結合プラズマ発光分析装置)にて分析した。
Mo−10原子%Nb、Mo−17原子%Ta合金からなる金属薄膜の反射率は、大気中で加熱すると300℃で大きく低下し、350℃では酸化物となって透過してしまい、耐酸化性が低いことを確認した。また、Mo−Ni合金からなる金属薄膜は、高温高湿雰囲気に放置した際の反射率は、100時間放置すると大きく低下し、耐湿性は低いことを確認した。
これに対して、本発明のMoに特定範囲のNiとCr、Zr、Taを加えたMo合金からなる金属薄膜は、大気中の加熱、高温高湿雰囲気に放置しても反射率の低下は少なく、耐酸化性と耐湿性の両方を兼ね備えていることが確認できた。
また、高温高湿雰囲気では、Cu層単体では放置時間の増加に伴い反射率は低下し、電気抵抗値は増加する。200hr以上放置すると電気抵抗値は測定できなくなった。比較例のMo−10Nb、Mo−17TaはMoより反射率の低下は抑制され、電気抵抗値の増加は抑制されて耐湿性は向上している。また、純Mo同様に100hrの放置時間で反射率は大きく低下し、電気抵抗値は増加し、その傾向はNiの添加量が増えると顕著となり耐湿性が低いことがわかる。
以上のように、本発明の金属薄膜は、Cuからなる主導電膜の下地膜やキャップ膜とすることで、耐酸化性、耐湿性を大幅に改善し、低い電気抵抗値を維持することが可能となることが確認できた。
耐酸化性および耐湿性の評価は、実施例2と同様の方法で行なった。エッチング性の評価は、上記で得た試料の半分の面積にのみフォトレジスト塗布して乾燥させ、関東化学株式会社製のAl用の混酸エッチャント液に浸し、未塗布部分をエッチングした。その後、基板を純水で洗浄し、乾燥させ、溶解部分とレジストを塗布した未溶解部分の境目近傍を光学顕微鏡で観察した。基板上に膜残りや残渣等がなくエッチングされている物を○とし、膜が残りエッチングされない物を×とした。尚、エッチングされたが膜残りや残渣がある場合はその状況を表記した。その結果を表3に示す。
これに対して、本発明のMoに特定範囲のNiとCr、Zr、Taを加えたMo合金からなる金属薄膜を下地膜およびキャップ膜に用いると、耐酸化性、耐湿性を大きく改善できることがわかる。
以上のように、本発明の金属薄膜は、Alからなる主導電膜の下地膜やキャップ膜とすることで、耐酸化性、耐湿性を大幅に改善し、低い電気抵抗値を維持することが可能となることが確認できた。
2 金属薄膜(下地膜)
3 主導電膜
4 金属薄膜(キャップ膜)
Claims (6)
- Cr、ZrおよびTaの元素群Aから選ばれる1種以上を合計で5原子%以上、Niを10〜45原子%、且つ前記元素群Aから選ばれる元素と前記Niとを合計で50原子%以下含み、残部がMoおよび不可避的不純物からなることを特徴とする金属薄膜。
- 前記元素群Aから選ばれる元素がCrおよび/またはZrであり、その添加量が合計で5〜20原子%であることを特徴とする請求項1に記載の金属薄膜。
- 前記元素群Aから選ばれる元素がTaであり、その添加量が5〜15原子%であることを特徴とする請求項1に記載の金属薄膜。
- Cr、ZrおよびTaの元素群Aから選ばれる1種以上を合計で5原子%以上、Niを10〜45原子%、且つ前記元素群Aから選ばれる元素と前記Niとを合計で50原子%以下含み、残部がMoおよび不可避的不純物からなることを特徴とする金属薄膜形成用Mo合金スパッタリングターゲット材。
- 前記元素群Aから選ばれる元素がCrおよび/またはZrであり、その添加量が合計で5〜20原子%であることを特徴とする請求項4に記載の金属薄膜形成用Mo合金スパッタリングターゲット材。
- 前記元素群Aから選ばれる元素がTaであり、その添加量が5〜15原子%であることを特徴とする請求項4に記載の金属薄膜形成用Mo合金スパッタリングターゲット材。
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