KR20160067198A - 플랫 패널 디스플레이용 배선막 형성용 스퍼터링 타깃 - Google Patents

플랫 패널 디스플레이용 배선막 형성용 스퍼터링 타깃 Download PDF

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KR20160067198A
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가즈나리 마키
겐이치 야구치
요스케 나카사토
하루히코 아사오
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미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

이 발명의 플랫 패널 디스플레이의 구리 합금 배선막 및 그것을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃은, Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 필요에 따라 P : 0.001 ∼ 0.1 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

Description

플랫 패널 디스플레이용 배선막 형성용 스퍼터링 타깃{SPUTTERING TARGET FOR FORMING WIRING FILM OF FLAT PANEL DISPLAY}
이 발명은 비저항치가 전체면에 걸쳐 균일한 플랫 패널 디스플레이용 배선막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타깃 및 그 타깃을 사용하여 성막한 플랫 패널 디스플레이용 배선막에 관한 것이다.
본원은 2008년 8월 1일에 일본에 출원된 특허출원 2008-199559호 및 2009년 7월 2일에 일본에 출원된 특허출원 2009-157493호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 무기 EL 디스플레이 등 플랫 패널 디스플레이의 배선막으로서 구리 합금 배선막이 사용되고 있고, 예를 들어, Mg : 1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 구리 합금 배선막을 형성한 액정 표시 장치가 알려져 있다 (특허문헌 1 참조).
또, 첨가 원소가 Al : 1 원자% 이하, Si : 0.5 원자% 이하, Be : 2 원자% 이하, Cr : 2 원자% 이하, Mg : 2 원자% 이하, Sn : 0.5 원자% 이하, Zn : 4 원자% 이하, Ce : 2 원자% 이하를 각각 단독으로 함유하는 구리 합금 배선막은 내마이그레이션성이 우수한 것도 알려져 있고, 이들 구리 합금 배선막은 이들 구리 합금 배선막과 동일한 성분을 함유하는 타깃을 사용하며, 스퍼터링에 의해 형성하는 것도 알려져 있다 (특허문헌 2 참조).
상기 플랫 패널 디스플레이에 있어서의 구리 합금 배선막은, 유리 기판 위에 스퍼터링에 의해 성막한 후, 열처리된다. 이 열처리가 실시되면, 구리 합금 배선막에 함유된 첨가 원소가 산화물이 되어 구리 합금 배선막의 표면 및 이면으로 이동하여, 구리 합금 배선막의 표면 및 이면에 첨가 원소의 산화물층이 형성된다. 이 첨가 원소의 산화물층의 생성은 유리 기판의 기본 성분인 Si 등이 구리 합금 배선막에 확산 침투되는 것을 저지하여 구리 합금 배선막의 비저항의 증가를 방지함과 함께 이 첨가 원소의 산화물층의 생성은 유리 기판에 대한 구리 합금 배선막의 밀착성을 향상시키고 있다.
일본 공개특허공보 평9-43628호 일본 공개특허공보 평6-97164호
플랫 패널 디스플레이는, 최근에 더욱더 대형화되고 있으며, 50 인치 이상의 대형 액정 패널이 양산되게 되었다. 그 때문에 넓은 유리 기판 표면에 구리 합금 배선막을 스퍼터링에 의해 성막되게 되었지만, 넓은 유리 기판 표면에 스퍼터링에 의해 형성되는 구리 합금 배선막은 장소에 따라 비저항치에 편차가 발생하고, 이 경향은 Mg 함유 구리 합금 타깃을 사용하여 형성한 구리 합금 배선막에 현저하게 나타나고 있다.
그래서, 본 발명자들은 스퍼터링에 의해 형성되는 구리 합금 배선막의 비저항치가 장소에 따라 편차가 적은 Mg 함유 구리 합금제 타깃을 개발하고, 이것을 사용하여 플랫 패널 디스플레이에 있어서의 구리 합금 배선막을 얻을 수 있도록 연구하였다. 그 결과, 순구리 (특히 순도 : 99.99 % 이상의 무산소 구리) 에 Mg 를 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유한 성분 조성을 갖는 구리 합금 타깃을 사용하여 스퍼터링함으로써 얻어진 구리 합금 박막은, 종래의 Mg : 1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 구리 합금 타깃을 사용하여 스퍼터링에 의해 성막한 구리 합금 박막에 비하여 비저항치의 편차가 적어 전체가 균일한 비저항치를 갖는 구리 합금 박막이 얻어진다는 연구 결과를 얻을 수 있었다.
이 발명은 상기의 연구 결과에 기초하여 이루어진 것으로서, 이하의 특징을 갖는다.
제 1 실시양태는, Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 플랫 패널 디스플레이용 배선을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃이다.
다른 실시양태는 제 1 실시양태에 기재된 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링함으로써 성막하여 얻어진 구리 합금 박막으로서, Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 구리 합금 박막으로 이루어지는 플랫 패널 디스플레이용 배선막이다.
상기 플랫 패널 디스플레이의 배선을 구성하는 구리 합금 박막은, 타깃을 사용하여 스퍼터링함으로써 제작한다. 이 타깃은, 예를 들어 먼저 순도 : 99.99 % 이상의 무산소 구리를 불활성 가스 분위기 중, 고순도 그라파이트 도가니 내에서 고주파 용해시키고, 얻어진 용탕 (溶湯) 에 Mg 를 0.1 ∼ 5 원자% 를 첨가하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 ∼ 11 원자% 를 첨가하여 용해시키고, 얻어진 용탕을 불활성 가스 분위기 중에서 주조하여 응고시킨 후, 다시 열간 압연하고, 마지막으로 변형 제거 소둔을 실시함으로써 제작한다. 이와 같이 하여 얻어진 타깃을 백킹 플레이트에 접합시켜 통상적인 조건에서 스퍼터링함으로써 상기의 플랫 패널 디스플레이용 구리 합금 박막을 형성할 수 있다.
이 발명의 스퍼터링 타깃 및 이 타깃을 사용하여 성막한 구리 합금 박막의 성분 조성의 범위를 상기 서술한 바와 같이 한정한 이유를 설명한다.
(a) 타깃의 성분 조성 :
타깃에 함유되는 Mg 를 0.1 ∼ 5 원자% 로 한정하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 ∼ 11 원자% 로 한정한 것은, Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 와 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 ∼ 11 원자% 를 공존하여 함유시킨 타깃을 사용하여 스퍼터링하면, 성막된 구리 합금 박막의 장소에 따른 비저항치의 편차가 감소함에 따른 것이다. Mg : 0.1 원자% 미만, Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 원자% 미만 함유되어 있어도 원하는 효과가 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Mg : 5 원자% 초과, Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 11 원자% 를 초과하여 첨가한 타깃을 사용하여 스퍼터링하면, 원하는 특성의 추가적인 향상이 관찰되지 않고, 특히 성막되는 구리 합금 박막의 저항이 상승되므로 바람직하지 않다.
(b) 구리 합금 박막의 성분 조성 :
Mg :
Mg 는 결정립을 미세화하고, 플랫 패널 디스플레이에 있어서의 배선막을 구성하는 구리 합금 박막의 히록 및 보이드 등의 열 결함의 발생을 억제하여 내마이그레이션성을 향상시키고, 또한 Mg 는 열처리시에 구리 합금 박막의 표면 및 이면에 Mg 산화물층을 형성하여 유리 기판의 주성분인 Si 등이 구리 합금 배선막에 확산 침투되는 것을 저지하여 구리 합금 배선막의 비저항의 증가를 방지함과 함께 유리 기판에 대한 구리 합금 배선막의 밀착성을 향상시킨다. Mg 함유량이 0.1 원자% 미만에서는 원하는 효과가 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Mg 의 함유량이 5 원자% 를 초과하여 함유해도 특성의 향상이 관찰되지 않고, 또한 비저항치는 증가하여 배선막으로서는 충분한 기능을 나타내지 않게 되므로 바람직하지 않다. 따라서, 구리 합금 박막에 함유되는 Mg 의 함유량을 0.1 ∼ 5 원자% 로 정하였다.
Mn, Al :
이들 성분은 Mg 와 공존하여 함유시킴으로써, Mg 와 Mn 및/또는 Al 과의 복산화물 또는 산화물 고용체를 구리 합금 박막의 표면 및 이면에 형성하여 유리 기판 표면에 대한 밀착성을 한층 더 향상시킨다. 또한 구리 합금 박막의 표면 및 이면에 형성하는 산화물이 화학적 안정성이 높은 Mg 와 Mn 및/또는 Al 과의 복산화물 또는 산화물 고용체를 함유함으로써 구리 합금 배선의 화학적 안정성을 향상시킨다. 이들 성분 중의 1 종 또는 2 종을 합계로 0.1 원자% 미만 첨가한 경우에는 밀착성 향상의 효과가 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Mn, Al 을 합계로 11 원자% 를 초과하여 첨가해도 특성의 향상이 관찰되지 않고, 또한 배선막의 비저항치가 상승하므로 바람직하지 않다.
P :
소량의 P 는, 구리 합금 박막에 요구되는 비저항, 히록, 보이드, 밀착성 등의 특성을 열화시키지 않고 구리 합금의 주조를 용이하게 하므로 필요에 따라 첨가한다. 그러나, P 를 0.001 원자% 미만 첨가해도 효과는 없고, 한편, 0.1 원자% 를 초과하여 첨가해도 주조성의 향상은 없다. 따라서, P 함유량을 0.001 ∼ 0.1 원자% 로 정하였다.
이 발명의 타깃을 사용하여 스퍼터링하면, 유리 기판이 커져도 성막된 구리 합금 박막의 장소에 따른 비저항치의 편차가 적고, 또한 유리 기판 표면에 대한 밀착성이 향상되고 또한 비저항치가 낮기 때문에 고정세화되어 대형화한 플랫 패널 디스플레이의 구리 합금 배선막을 형성할 수 있다.
도 : 99.99 질량% 의 무산소 구리를 준비하고, 이 무산소 구리를 Ar 가스 분위기 중, 고순도 그라파이트 도가니 내에서 고주파 용해시켰다. 얻어진 용탕에 Mg, Mn, Al 을 첨가하고, 추가로 필요에 따라 P 를 첨가하고, 용해시켜 표 1 에 나타내는 성분 조성을 갖는 용탕이 되도록 성분을 조정하였다. 얻어진 용탕을 냉각된 카본 주형에 주조하고, 추가로 열간 압연한 후 최종적으로 변형 제거 소둔하고, 얻어진 압연체의 표면을 선반 가공하여 외경 : 200 ㎜×두께 : 10 ㎜ 의 치수를 갖고, 표 1 에 나타나는 성분 조성을 갖는 원판 형상의 본 발명 구리 합금 스퍼터링 타깃 (이하, 본 발명 타깃이라고 한다) 1 ∼ 25 및 비교 구리 합금 스퍼터링 타깃 (이하, 비교 타깃이라고 한다) 1 ∼ 4 및 종래 스퍼터링 타깃 (이하, 종래 타깃이라고 한다) 1 을 제작하였다.
또한, 무산소 구리제 백킹 플레이트를 준비하고, 이 무산소 구리제 백킹 플레이트에 상기 본 발명 타깃 1 ∼ 25, 비교 타깃 1 ∼ 4 및 종래 타깃 1 을 중첩시키고, 온도 : 200 ℃ 에서 인듐 납땜함으로써 본 발명 타깃 1 ∼ 25, 비교 타깃 1 ∼ 4 및 종래 타깃 1 을 무산소 구리제 백킹 플레이트에 접합시켜 백킹 플레이트 부착 타깃을 제작하였다.
본 발명 타깃 1 ∼ 25, 비교 타깃 1 ∼ 4 및 종래 타깃 1 을 무산소 구리제 백킹 플레이트에 납땜하여 얻어진 백킹 플레이트 부착 타깃을, 타깃과 유리 기판 (직경 : 200 ㎜, 두께 : 0.7 ㎜ 의 치수를 갖는 코닝사 제조 1737 의 유리 기판) 과의 거리 : 70 ㎜ 가 되도록 세팅하였다.
전원 : 직류 방식,
스퍼터 파워 : 600 W,
도달 진공도 : 4×10-5 ㎩,
분위기 가스 조성 : Ar : 90 용량%, 산소 : 10 용량% 의 혼합 가스,
가스압 : 0.2 ㎩,
유리 기판 가열 온도 : 150 ℃,
의 조건에서 유리 기판의 표면에, 반경 : 100 ㎜, 두께 : 300 ㎚ 를 갖고, 표 2 ∼ 3 에 나타나는 성분 조성을 갖는 모두 원형인 본 발명 구리 합금 배선용 박막 (이하, 본 발명 배선용 박막이라고 한다) 1 ∼ 25 및 비교 구리 합금 배선용 박막 (이하, 비교 배선용 박막이라고 한다) 1 ∼ 4 및 종래 구리 합금 배선용 박막 (이하, 종래 배선용 박막이라고 한다) 1 을 형성하였다. 얻어진 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25, 비교 배선용 박막 1 ∼ 4 및 종래 배선용 박막 1 을 각각 가열로에 장입 (裝入) 하고, Ar 분위기 중, 승온 속도 : 5 ℃/min, 최고 온도 : 350 ℃, 30 분간 유지하여 열처리를 실시하였다. 얻어진 모두 원형인 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25, 비교 배선용 박막 1 ∼ 4 및 종래 배선용 박막 1 의 중심, 중심으로부터 50 ㎜ 떨어진 점 및 중심으로부터 100 ㎜ 떨어진 점의 비저항을 4 탐침법에 의해 측정하여, 그 최대와 최소의 차를 구하였다. 그들 결과를 표 2 ∼ 3 에 나타내고, 배선용 박막의 비저항치의 편차를 평가하였다.
또한 JIS-K 5400 에 준하여 1 ㎜ 간격으로 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25, 비교 배선용 박막 1 ∼ 4 및 종래 배선용 박막 1 에 바둑판 눈금 형상으로 눈금을 넣은 후, 3 M 사 제조 스카치 테이프로 박리하여, 유리 기판 중앙부의 가로 세로 10 ㎜ 내에서 유리 기판에 부착되어 있던 배선용 박막의 면적% 를 측정하는 바둑판 눈금 부착 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 2 ∼ 3 에 나타내고, 유리 기판에 대한 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25, 비교 배선용 박막 1 ∼ 4 및 종래 배선용 박막 1 의 밀착성을 평가하였다.
이들 열처리를 실시한 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25, 비교 배선용 박막 1 ∼ 4 및 종래 배선용 박막 1 의 표면을 5000 배의 SEM 으로 5 지점의 막 표면을 관찰하여 히록 및 보이드의 발생의 유무를 관찰하였다. 그 결과를 표 2 ∼ 3 에 나타냈다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
표 1 ∼ 3 에 나타나는 결과로부터 이하의 사항을 알 수 있다.
(i) Mg 를 단독으로 함유하는 종래 타깃 1 을 사용하여 스퍼터링함으로써 성막한 종래 배선용 박막 1 은 중심부의 비저항과 주변부의 비저항의 차가 크고, 또한 유리 기판에 대한 밀착성이 떨어진다. 이에 반하여 Mg 와 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종을 함유하는 본 발명 배선용 박막 1 ∼ 25 는, 중심부의 비저항과 주변부의 비저항치의 차가 작기 때문에 비저항치의 편차가 적고, 또한 유리 기판에 대한 밀착성이 우수하다. (ii) 이 발명의 조건에서 벗어나 Mg 및 Mn 이 적게 함유된 비교 타깃 1 을 사용하여 스퍼터링함으로써 성막한 비교 배선용 박막 1 및 이 발명의 조건에서 벗어나 Mg 및 Al 이 적게 함유된 비교 타깃 2 를 사용하여 스퍼터링함으로써 성막한 비교 배선용 박막 2 는 밀착성이 낮다. 또한, 히록 및 보이드가 발생하므로 마이그레이션이 발생하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않고, 한편, Mg 와 Mn 및 Al 의 합계가 이 발명의 조건에서 벗어나 많이 함유된 비교 배선용 박막 3 ∼ 4 는 비저항치가 지나치게 커져 배선용 박막으로서 바람직하지 않다.

Claims (4)

  1. Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는, 플랫 패널 디스플레이용 배선막을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃.
  2. Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는, 구리 합금 박막으로 이루어지는 플랫 패널 디스플레이용 배선막.
  3. Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 추가로 P : 0.001 ∼ 0.1 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는, 플랫 패널 디스플레이용 배선막을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃.
  4. Mg : 0.1 ∼ 5 원자% 를 함유하고, 추가로 Mn 및 Al 중의 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.1 ∼ 11 원자% 를 함유하고, 추가로 P : 0.001 ∼ 0.1 원자% 를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는, 구리 합금 박막으로 이루어지는 플랫 패널 디스플레이용 배선막.
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