WO2005078739A1 - 高耐熱性アルミニウム合金配線材料及びターゲット材 - Google Patents

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cobalt
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Takashi Kubota
Yoshinori Matsuura
Kenji Matsuzaki
Kazuteru Kato
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Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy wiring material constituting a thin film wiring of a liquid crystal display, an electrode, wiring of a semiconductor integrated circuit, and the like, and in particular, a low-temperature poly-Si thin film transistor performing high-temperature heat treatment at 500 ° C. or higher.
  • the present invention relates to an aluminum alloy wiring material excellent in high heat resistance and low resistance characteristics suitable for transistors).
  • liquid crystal displays have been widely used as alternative display devices for so-called cathode ray tubes (CRTs) as typical examples of electronic devices such as notebook computers and mobile phones. Progress in computerization and high definition is remarkable.
  • TFT thin film transistor
  • the demand for thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) type liquid crystal displays is rapidly increasing, and the required characteristics for the liquid crystal displays are becoming more severe.
  • wiring materials with low specific resistance are required. This characteristic requirement of the specific resistance is to prevent the occurrence of signal delay that occurs when the long and thin lines of the wiring are performed.
  • a-Si TFT Amorphous Silicon Thin Film Transistors
  • poly- Siff TFT Amorphous Silicon Thin Film Transistors
  • TAB method Tape Automated Bonding
  • COF Chip on Film
  • this poly-Si TFT has a low temperature using a high temperature process using a quartz substrate subjected to heat treatment close to 1000 ° C and a glass substrate subjected to a heat treatment of 450 ° C to 600 ° C.
  • Two types are known, with process ones.
  • Low-temperature poly-Si TFTs using low-cost glass substrates are often used for low-priced electronic devices such as mobile phones and PDAs.
  • TFTs the following issues are beginning to be demanded for the wiring materials used for them.
  • Non-Patent Document 1 "Liquid Crystal Display Technology” by Shoichi Matsumoto, published by Sangyo Tosho Co., Ltd.
  • high melting point wiring materials such as Mo, Ta, and Cr are excellent in high heat resistance, they have a property that the wiring material itself has a relatively large resistance value.
  • a small screen with a small area has a narrow wiring and a short wiring distance. Therefore, even with a high-melting-point wiring material having a high resistance value, the signal delay is not at a practically problematic level.
  • the wiring becomes longer, so there is a concern that signal delay will occur when wiring materials with high specific resistance are used. It is thought that it will hinder the response.
  • the present invention has been made in the background of the above circumstances, such as a poly-Si type TFT. It can be applied to heat treatment at high temperature and provides a wiring material that satisfies the low specific resistance characteristics. More specifically, it is suitable for poly-Si type TFT of low temperature process that performs high temperature heat treatment at 500 ° C or higher.
  • An object of the present invention is to provide an aluminum alloy wiring material having high heat resistance and low specific resistance characteristics and a target material for forming the same.
  • the present inventors have intensively studied a conventionally proposed aluminum alloy wiring material (see Patent Document 1). As a result, the present inventors have a high-temperature heat resistance of 500 ° C or higher and a low resistivity. The present inventors have found an aluminum alloy composition that has
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-089864
  • a wiring material using an aluminum alloy has an excellent specific resistance characteristic of 10 ⁇ cm or less in a heat treatment at 300 ° C, but it is very useful for high-temperature heat treatment at 400 ° C or more. It was difficult to recognize! In particular, in the case of high-temperature heat treatment at 500 ° C or higher, there is a concern that hillocks (cove-like protrusions generated on the wiring surface due to heat treatment) will be unavoidable with aluminum alloy wiring materials. There is a background when we actively adopted aluminum alloy as a wiring material for TFT, which is subjected to high-temperature heat treatment!
  • Patent Document 1 when the composition of the aluminum alloy proposed by the present inventors (Patent Document 1) was further studied, when the contents of these three elements were adjusted for an aluminum alloy containing nickel, conoretate, and carbon, 500 It has high heat resistance at over 300 ° C, and has achieved a specific resistance of 10 ⁇ cm or less during heat treatment at 300 ° C.
  • the present invention relates to an aluminum alloy wiring material containing nickel, conoretate, and carbon.
  • the atomic percentage of nickel content is Xat%
  • the atomic percentage of cobalt content is Yat%
  • the atomic percentage of carbon content is Zat%. 0. 5at% ⁇ X ⁇ 3. Oat%, 4. 0at% ⁇ X + Y ⁇ 7. Oat%, 0.1 ⁇ Z ⁇ 0.5 5at% It is a sign.
  • the highly heat-resistant aluminum alloy wiring material according to the present invention first generates hillocks by making the aluminum crystal grain size in the aluminum alloy finer as a whole by adding a trace amount of carbon to aluminum. The compressive stress generated in the wiring material during the thermal process is reduced. And by adding nickel and cobalt, In addition, the heat resistance is improved.
  • Nickel has a high strength around 200 ° C by precipitating an Al Ni phase in the aluminum alloy.
  • this nickel-precipitated phase rises to a higher temperature, for example, around 400 ° C, the Al Ni phase is excessively precipitated and the Al Ni phase begins to agglomerate.
  • the aluminum alloy wiring material according to the present invention contains cobalt. If cobalt is contained together with nickel, excessive precipitation of Al Ni phase that begins to occur at around 400 ° C and its condensation will occur.
  • the aluminum alloy wiring material according to the present invention does not generate hillocks even at a high temperature heat treatment of 500 ° C. or higher.
  • the atomic percentage of nickel content is Xat%
  • the atomic percentage of cobalt content is Yat%
  • the atomic percentage of carbon content is Zat%
  • nickel is 0. 5at% ⁇ X ⁇ 3.
  • the sum of nickel and cobalt is 4.0at% ⁇ X + Y ⁇ 7.Oat%. If the nickel content is less than 0.5 at%, the heat resistance is not improved sufficiently. 3. If it exceeds Oat%, the balance with the cobalt content tends to deteriorate, and the specific resistance tends to increase. Also, if the total content of nickel and cobalt is less than 4.
  • the content power of nickel, conoleto, and carbon in the above composition range 1.5at% ⁇ X ⁇ 2.5at%, 2. Oat% ⁇ Y ⁇ 5. %, 0.1 ⁇ Z ⁇ 0. 3at% If it further satisfies the conditions of 550 ° C and 1 hour, the specific resistance after heat treatment at 300 ° C is about 5 ⁇ cm. To be a high heat resistant aluminum alloy wiring material I have confirmed.
  • the aluminum alloy wiring material according to the present invention has a heat resistance characteristic of 500 ° C or higher and a low specific resistance value.
  • -Si type This is a very suitable wiring material for TFTs.
  • the specific resistance is small if the aluminum alloy wiring material according to the present invention is used. Signal delay concerns are also eliminated.
  • the atomic percentage Xat% of nickel content, the atomic percentage Yat% of cobalt content, and the atomic percentage Zat% of carbon content are expressed as follows: 5at% ⁇ X ⁇ 3. Oat%, 4. 0at% ⁇ X + Y ⁇ 7. Oat%, 0. 1 ⁇ Z ⁇ 0.
  • Use a target material that satisfies the relationship of 5at% and the balance is aluminum force. It is preferable.
  • Sarakuko a high heat-resistant aluminum alloy wiring material that has high heat resistance at 550 ° C for 1 hour and has a specific resistance of about 5 ⁇ cm after heat treatment at 300 ° C.
  • Conolt, carbon content is preferably 1.5at% ⁇ X ⁇ 2. 5at%, 2. Oat% ⁇ Y ⁇ 5. Oat%, 0.1 ⁇ Z ⁇ 0.3. 3at% .
  • a target material having such a composition an aluminum alloy thin film having almost the same composition as that of the target material can be easily formed by sputtering, although it may be somewhat affected by the film forming conditions.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the total content of nickel and cobalt and the specific resistance value.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the cobalt content and the specific resistance value.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the specific resistance value in Examples 3, 5, and 6.
  • FIG. 4 is an SEM observation photograph of the as-depo state of Comparative Example 6.
  • FIG. 5 is an SEM observation photograph of Comparative Example 6 after heat treatment at 350 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 6 is an SEM observation photograph after heat treatment of Comparative Example 6 at 400 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 7 is an SEM observation photograph of Comparative Example 6 after heat treatment at 450 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 8 is a SEM observation photograph of Comparative Example 6 after heat treatment at 500 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 9 is an SEM observation photograph of as-depo state in Example 8.
  • FIG. 10 is an SEM observation photograph of Example 8 after heat treatment at 350 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 11 is a SEM observation photograph of Example 8 after heat treatment at 400 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 12 is a SEM observation photograph of Example 8 after heat treatment at 450 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 13 is a SEM observation photograph of Example 8 after heat treatment at 500 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 14 is a graph showing an effective content range of nickel and cobalt.
  • the aluminum alloy wiring material in this embodiment is evaluated based on an aluminum alloy thin film formed from a target material obtained through the manufacturing process described below.
  • Sputtering conditions for forming a thin film were as follows: # 1 737 glass plate manufactured by Corning Co., Ltd. with a thickness of 0.8 mm as substrate, input power of 3 WattZcm 2 , argon gas flow rate of 100 ccm, and argon pressure of 0.5 Pa. With a leaf-type magnetron sputtering system, the film formation time is approximately 60 seconds. A thin film having a thickness of about 2000 A (about 0.2 m) was formed on the glass plate. The substrate temperature is 100-200. C.
  • Table 1 shows a list of the results of measurement of film composition and specific resistance value for Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 and 4.
  • Each thin film composition shown in Table 1 used ICP emission analysis (inductively coupled plasma emission spectrometry) for nickel and cobalt, and carbon was quantified with a carbon analyzer. The specific resistance value was measured with a 4-terminal resistance measurement device (measurement current 100 mA). This resistivity value is the value immediately after sputtering (hereinafter abbreviated as as-dope, the same applies to the tables and drawings) and the value when each thin-film glass plate is heat-treated at 300 ° C for 1 hour in vacuum. Was measured. The results are shown in Table 1.
  • FIG. 1 shows a graph plotting the total content of cobalt and nickel in Table 1 and the specific resistance value after heat treatment at 300 ° C.
  • FIG. 2 shows a graph plotting the cobalt content and the specific resistance value after heat treatment as-depo and 300 ° C.
  • the result of Example 1 is described in the graph as “Real 1”.
  • the black plot in Fig. 2 shows the specific resistance value of as-depo, and the white plot shows the specific resistance value after 300 ° C heat treatment.
  • the specific resistance value after the heat treatment at 300 ° C. increased in proportion to the increase in the total content of nickel and cobalt. From Fig. 1, in order to reduce the specific resistance after heat treatment at 300 ° C to 10 ⁇ cm or less, the total content of nickel and cobalt must be included. It was found that the content needs to be 7. Oat% or less.
  • Fig. 3 shows the results of measuring the specific resistance value of Example 2-4 after heat treatment for 1 hour at temperatures from 200 ° C to 500 ° C (in increments of 50 ° C). ing. From this result, it was confirmed that all of Examples 2 to 4 had a specific resistance value of 10 Q cm or less even when heat treatment was performed at 300 ° C or higher.
  • Example 8 the force in which a concave part like a dimple was confirmed on the contrary to the white protrusion. It is presumed that when the agglomeration occurs, a decrease in volume occurs around the periphery. On the other hand, in Example 8, no change was observed in the heat treatment at 350 ° C. (FIG. 10) and 400 ° C. (FIG. 11). Also, in the heat treatment at 450 ° C (Fig. 12) and 500 ° C (Fig. 13), white spotted Al Ni phase
  • Table 2 shows the results of examining the presence or absence of hillocks by subjecting the thin film having each composition to heat treatment at each temperature, and observing the surface by SEM.
  • X indicates hillocks and X indicates no hillocks. Furthermore, although no hillocks were observed, the Al Ni phase agglomerates to form dimples.
  • the natural potential of the ITO film was about 820 mV.
  • the natural potential was about 960 mV, which was close to that of the ITO film.
  • Comparative Example 6 it was confirmed that the voltage was about 1080 mV, which was far from the natural potential of the ITO film as compared with Example 8.
  • an excellent aluminum alloy having a high heat resistance characteristic of 500 ° C or higher and a low specific resistance characteristic which was not possible with a conventional aluminum alloy wiring material.
  • Used as a material for aluminum alloy wiring is an aluminum alloy wiring material suitable for forming a relatively large liquid crystal display by a low-temperature process poly-Si type TFT that performs heat treatment at 400 ° C-650 ° C.

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Abstract

【課題】　５００°C以上の高温熱処理を行う低温プロセスのｐｏｌｙ−Ｓｉ形ＴＦＴに好適な、高耐熱、低抵抗特性に優れたアルミニウム合金配線材料及びターゲット材の提供を目的する。 【解決手段】　ニッケル、コバルト、炭素を含有したアルミニウム合金配線材料及びターゲットにおいて、ニッケル含有量の原子百分率Ｘａｔ％、コバルト含有量の原子百分率Ｙａｔ％、炭素含有量の原子百分率Ｚａｔ％として、０．５ａｔ％≦Ｘ≦３．０ａｔ％、４．０ａｔ％≦Ｘ＋Ｙ≦７．０ａｔ％、０．１ａｔ％≦Ｚ≦０．５ａｔ％の関係を満足し、残部がアルミニウムからなることを特徴とする。

Description

明 細 書
高耐熱性アルミニウム合金配線材料及びターゲット材
技術分野
[0001] 本発明は、液晶ディスプレイの薄膜配線、電極、半導体集積回路の配線等を構成 するアルミニウム合金配線材料に関し、特に、 500°C以上の高温熱処理を行う低温 プロセスの poly— Si形薄膜トランジスター（Polycrystalline— Silicon Thin Film
Transistors)に好適な、高耐熱、低抵抗特性に優れたアルミニウム合金配線材料に 関するものである。
背景技術
[0002] 近年、液晶ディスプレイは、ノートパソコンや携帯電話のような電子機器を代表的な 使用例として、いわゆるブラウン管 (CRT)の代替表示装置として多く使用されてきて おり、その液晶ディスプレイの大画面化、高精細化の進展はめざましい。そして、この 液晶ディスプレイの分野では薄膜トランジスター（Thin Film Transistor,以下、 TFTと 略称する）タイプの液晶ディスプレイの需要が急激に増加しており、その液晶ディスプ レイに対する要求特性も一段と厳しくなつている。特に、液晶ディスプレイの大画面化 、高精細化に伴い、比抵抗の低い配線材料が要求されている。この比抵抗の特性要 求は、配線の長線ィ匕及び細線ィ匕を行った際に生じる信号遅延の発生を防止するた めである。
[0003] この液晶ディスプレイの駆動構造の一つしてとしてアクティブマトリックス駆動素子が あり、そのアクティブ素子としては、いわゆる a— Si形 TFT (Amorphous Silicon Thin Film Transistors)と poly— Siff TFTと呼ばれるものが知られている。 a—Siff TFTは、 いわゆる TAB方式 (Tape Automated Bonding)を採用する比較的大画面の液晶ディ スプレイに用いられており、非晶質 Siに基づく電子移動度、処理速度の点に限界は 有るものの、安価に製造できるというメリットがある。また、 poly-Si形 TFTは、いわゆ る COF (Chip on Film)方式を採用するような比較的な小型画面の液晶ディスプレ ィに用いられており、多結晶 Siによるため a— Si形と比較して 100倍近くの電子移動 度を持たせることができ、高精細'高開口率化、高品質'高画質に好適で、携帯電話 や PDA (Personal Digital(Data) Assistants)などの小型画面に用いられている。
[0004] ところで、最近の液晶ディスプレイの表示面積は、その大きさを拡大する傾向は著 しぐ携帯電話や PDAなどの個人用情報端末となる電子機器においてもその傾向は 顕著に見られる。そのため、 poly— Si形 TFTにおいても大画面化に対応できる技術 が要望されている。
[0005] 従来より、この poly— Si形 TFTでは、 1000°C近くの熱処理を施す石英基板を用い た高温プロセスのものと、 450°C— 600°Cの熱処理を施すガラス基板を用いた低温 プロセスのものとの 2種類のタイプが知られている。そして、携帯電話や PDAのような 低価格を要求される電子機器には、安価なガラス基板を用いる低温プロセスの poly —Si形 TFTが採用されることが多ぐこの低温プロセスの poly— Si形 TFTについては 、それに用いる配線材料に対し、次のような課題が要求されはじめている。
[0006] 低温プロセスの poly— Si形 TFTでは、 450°C— 600°Cの高温度による熱処理が施 されるので、その配線材料には高耐熱特性を備えるものでなければならないため、 M oや Ta、 Crなどの高融点配線材料が主に用いられている。この Moなどの高融点配 線材料は、 450°C— 600°Cの熱処理に対しても安定した耐熱特性を実現できる（非 特許文献 1)。
[0007] 非特許文献 1 :松本 正一著「液晶ディスプレイ技術」 産業図書株式会社発行
2001年 6月 18日第 3刷 P. 115-118
[0008] しカゝしながら、 Moや Ta、 Crなどの高融点配線材料は、高耐熱特性に優れるものの 、配線材料自体が有する抵抗値が比較的大きいという性質を有する。しかし、面積の 小さな小型画面では、狭幅の配線で配線距離が短いため、高い抵抗値である高融 点配線材料であっても、信号遅延は実用上問題となるレベルではない。ところが、表 示画面が大型化すると、配線が長距離化してしまうため、比抵抗の高い配線材料を 使用した場合、信号遅延を生じることが懸念され、 poly— Si形 TFTによる大画面化へ の対応の支障になると考えられている。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、 poly— Si形 TFTのような 高温における熱処理に適応でき、低比抵抗特性を満足する配線材料を提供するも ので、より具体的には、 500°C以上の高温熱処理を行う低温プロセスの poly— Si形 T FTに好適な、高耐熱、低比抵抗特性を備えるアルミニウム合金配線材料及びそれを 形成するターゲット材の提供を目的する。
課題を解決するための手段
[0010] 上記課題を解決すべく、本発明者等は、従来提案したアルミニウム合金配線材料 ( 特許文献 1参照）を鋭意研究した結果、 500°C以上の高温耐熱特性を備え、低比抵 抗であるアルミニウム合金組成を見出し、本発明を想到した。
[0011] 特許文献 1：特開 2003— 089864号公報
[0012] 一般的に、アルミニウム合金を用いた配線材料では、 300°Cの熱処理において 10 μ Ω cm以下という優れた比抵抗特性を有するものの、 400°C以上の高温熱処理へ の使用は非常に難 、ものと!/、う認識があった。特に 500°C以上の高温熱処理の場 合、アルミニウム合金配線材料では、ヒロック (熱処理により配線表面に生じるコブ状 の突起）の発生が避けられな ヽと 、うことが懸念され、 500°C以上の高温熱処理が施 される TFT用途の配線材料に、アルミニウム合金を積極的に採用しなカゝつたと!/ヽぅ背 景がある。ところが、本発明者等の提案したアルミニウム合金 (特許文献 1)の組成を 更に研究したところ、ニッケル、コノ レト、炭素を含有するアルミニウム合金について、 この 3種の元素の含有量を調整すると、 500°C以上における高耐熱性を備え、 300 °Cの熱処理における比抵抗値を 10 μ Ω cm以下に実現できたのである。
[0013] 本発明は、ニッケル、コノ レト、炭素を含有したアルミニウム合金配線材料において 、ニッケル含有量の原子百分率 Xat%、コバルト含有量の原子百分率 Yat%、炭素 含有量の原子百分率 Zat%として、 0. 5at%≤X≤3. Oat%、 4. 0at%≤X+Y≤7 . Oat%、0. 1≤Z≤0. 5at%の関係を満足し、残部がアルミニウム力もなることを特 徴とするちのである。
[0014] 本発明に係る高耐熱性アルミニウム合金配線材料は、まず、アルミニウムに微量の 炭素を含有させることにより、アルミニウム合金中のアルミニウム結晶粒径を全体的に 微細にすることで、ヒロックが生成する際の熱プロセス時に配線材料にカ卩えられる圧 縮応力を緩和するようにしている。そして、ニッケルとコバルトを含有させることで、更 に耐熱特性の向上を図ったものである。
[0015] ニッケルは、 200°C付近力もアルミニウム合金中に Al Ni相を析出することによりヒロ
3
ックの原因となる圧縮応力の緩和に寄与し、アルミニウム合金自体の耐熱特性の更 なる向上をもたらす。このニッケルによる析出相は、さらに高温、例えば 400°C付近ま で温度が上昇すると、 Al Ni相を過度に析出し、 Al Ni相の凝集が生じ始め、この現
3 3
象によってアルミニウム合金配線材料表面にヒロックと同様の突起を生じることが確認 されている。このような 400°C付近における Al Ni相の過度の析出を防止するために
3
、本発明係るアルミニウム合金配線材料ではコバルトを含有している。ニッケルと共に コバルトを含有しておくと、 400°C付近で生じ始める Al Ni相の過度の析出やその凝
3
集を防止でき、さらに高温側での耐熱特性を実現できるのである。このようなニッケル とコバルトとの共働作用により、本発明に係るアルミニウム合金配線材料では、 500°C 以上の高温熱処理においてもヒロックが発生しなくなるのである。
[0016] 本発明に係る高耐熱性アルミニウム合金配線材料では、ニッケル含有量の原子百 分率 Xat%、コバルト含有量の原子百分率 Yat%、炭素含有量の原子百分率 Zat% とした場合、ニッケルは 0. 5at%≤X≤3. Oat%で、ニッケルとコバルトとの合計は、 4. 0at%≤X+Y≤7. Oat%である。ニッケル含有量が 0. 5at%未満であると耐熱 性の向上が不十分となり、 3. Oat%を超えるとコバルト含有量とのバランスが悪くなる 傾向となり、比抵抗も大きくなる傾向となる。また、ニッケルとコバルトとの合計含有量 力 4. Oat%未満であると、 500°C、 1時間の高温熱処理に適応できず、ヒロックを発 生する傾向が強くなり、 7. 0&％を超えてしまうと比抵抗値が高くなり、 10 Q cm以 下の比抵抗特性を満足しなくなるのである。そして、炭素は、 0. lat%未満であると、 炭素による結晶粒微細化の効果が低くなり、ヒロックを発生し易くなる傾向となり、 0. 5at%を超えると、結晶粒微細化の効果よりも、ニッケル及びコバルトの含有と相まつ て比抵抗を大きくする影響が強くなる。
[0017] また、本発明者らの研究によると、上記組成範囲のうちニッケル、コノ レト、炭素の 含有量力 1. 5at%≤X≤2. 5at%、 2. Oat%≤Y≤5. Oat%、 0. 1≤Z≤0. 3at %という条件を更に満足する場合、 550°C、 1時間の高耐熱特性を備え、 300°C熱処 理後の比抵抗が約 5 μ Ω cmとなる高耐熱性アルミニウム合金配線材料となることを 確認している。
[0018] 本発明に係るアルミニウム合金配線材料では、上述したように 500°C以上の耐熱特 性を備え、また比抵抗値も低いため、従来では採用されないことのな力つた低温プロ セスの poly-Si形 TFTを構成する配線材料として非常に好適なものとなる。特に、 po ly— Si形 TFTにより、従来よりも大画面の液晶ディスプレイを製造する場合であっても 、本発明に係るアルミニウム合金配線材料であれば比抵抗が小さいので、配線の長 距離化による信号遅延の懸念も解消される。
[0019] 上記した本発明に係るアルミニウム合金配線材料を得るためには、ニッケル含有量 の原子百分率 Xat%、コバルト含有量の原子百分率 Yat%、炭素含有量の原子百分 率 Zat%として、 0. 5at%≤X≤3. Oat%、 4. 0at%≤X+Y≤7. Oat%、 0. 1≤Z ≤0. 5at%の関係を満足し、残部がアルミニウム力もなるターゲット材を用いることが 好ましい。さら〖こ、 550°C、 1時間の高耐熱特性を備え、 300°C熱処理後の比抵抗が 約 5 Ω cmとなる高耐熱性アルミニウム合金配線材料とする場合、上記組成範囲の うちニッケル、コノルト、炭素の含有量が、 1. 5at%≤X≤2. 5at%、 2. Oat%≤Y ≤5. Oat%、0. 1≤Z≤0. 3at%とすることが望ましいものである。このような組成の ターゲット材を用いると、成膜条件に多少左右されることもあるが、ターゲット材とほぼ 同じ組成のアルミニウム合金薄膜がスパッタリングにより容易に形成できる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]ニッケル及びコバルトの合計含有量と比抵抗値との関係を示すグラフ。
[図 2]コバルトの含有量と比抵抗値との関係を示すグラフ。
[図 3]実施例 3, 5, 6による熱処理温度と比抵抗値の関係を示すグラフ。
[図 4]比較例 6の as— depo状態の SEM観察写真。
[図 5]比較例 6の 350°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 6]比較例 6の 400°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 7]比較例 6の 450°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 8]比較例 6の 500°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 9]実施例 8の as— depo状態の SEM観察写真。
[図 10]実施例 8の 350°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。 [図 11]実施例 8の 400°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 12]実施例 8の 450°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 13]実施例 8の 500°C X 1時間熱処理後の SEM観察写真。
[図 14]ニッケル及びコバルトの有効含有量範囲を示すグラフ。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明を実施するための最良の形態について、実施例及び比較例に基づき説明 する。
[0022] まず、最初に本発明に係るアルミニウム合金配線材料の製造法につ!、て説明する 。本実施形態でのアルミニウム合金配線材料は、以下に説明する製造工程を経て得 られたターゲット材により形成したアルミニウム合金薄膜に基づいて評価したものであ る。
[0023] まず、カーボンルツボ（純度 99. 9%)に、純度 99. 99%のアルミニウムを投入して 、 1600— 2500°Cの温度範囲内に加熱してアルミニウムを溶解した。このカーボンル ッボによるアルミニウムの溶解は、アルゴンガス雰囲気（大気圧）中で行った。この溶 解温度で約 5分間保持し、カーボンルツボ内にアルミニウム 炭素合金を生成した後 、その溶湯を炭素铸型に投入して、放置することにより自然冷却して铸造した。
[0024] この炭素铸型に铸造したアルミニウム 炭素合金の铸塊を取り出し、ニッケルとコバ ルトを所定量カ卩えて、再溶解用のカーボンルツボに投入して、 800— 900°Cに加熱 することで再溶解し、約 1分間撹拌を行った。この再溶解も、アルゴンガス雰囲気中で 、雰囲気圧力は大気圧にして行った。撹拌後、溶湯を銅水冷铸型に铸込むことによ り、所定形状のアルミニウム合金铸塊を得た。そして、この铸塊を圧延加工して、所定 形状の加工を施しターゲット材を得た。最終的なターゲット材の大きさは、 （) 8inch( 約 200mm) X厚さ 6mmとした。上述したような製造方法により、各組成のターゲット 材を作製し、次のスパッタリング条件により、各実施例、比較例のアルミニウム合金配 線材料となるアルミニウム合金薄膜を形成し、その特性を評価した。
[0025] 薄膜形成するスパッタリング条件は、基板として厚さ 0. 8mmのコ一-ング社製 # 1 737ガラス板を用い、投入電力 3WattZcm2、アルゴンガス流量 100ccm、アルゴン 圧力 0. 5Paで、枚葉式マグネトロン'スパッタリング装置により、成膜時間約 60secで 、該ガラス板上に約 2000 A程度 (約 0. 2 m)の厚みの薄膜を形成した。基板温度 は 100— 200。Cとした。
[0026] 比抵抗特性:まず、最初に本発明に係るアルミニウム合金配線材料の比抵抗特性に ついて調査した結果について説明する。表 1には、実施例 1一 4及び比較例 1一 4に ついて、膜組成、比抵抗値を測定した結果を一覧にして示している。
[0027] [表 1]
Figure imgf000009_0001
[0028] 表 1に示す各薄膜組成は、ニッケル、コバルトに関しては ICP発光分析 (誘導結合 プラズマ発光分光分析法)を利用し、炭素は炭素分析装置により定量した。また、比 抵抗値は、 4端子抵抗測定装置により測定 (測定電流 100mA)した。この比抵抗値 は、スパッタリング直後（以下 as— dopeと略す、表及び図面についても同じ）のものと、 各薄膜付きガラス板を真空中で 300°C、 1時間熱処理を行った場合のものとを測定し た。その結果は表 1に示す通りであった。
[0029] 図 1には、表 1のコバルト及びニッケルの合計含有量と 300°C熱処理後の比抵抗値 とをプロットしたグラフを示している。また、図 2には、コバルト含有量と as— depo及び 3 00°C熱処理後の比抵抗値とをプロットしたグラフを示している。図 1及び図 2の各プロ ットには、例えば、実施例 1の結果を「実 1」とグラフ中に記載している。また、図 2中の 黒塗りプロットは as— depoの比抵抗値で、白抜きプロットは 300°C熱処理後の比抵抗 値を示している。
[0030] 図 1を見ると判るように、ニッケル及びコバルトの合計含有量の増加に比例して、 30 0°C熱処理後の比抵抗値も増加していることが判明した。この図 1から、 300°C熱処 理後の比抵抗値を 10 Ω cm以下にするためには、ニッケル及びコバルトの合計含 有量を 7. Oat%以下にする必要があることが判明した。
[0031] また、図 2中 as— depoの比抵抗値のプロット結果では、各実施例のニッケル含有量 は一定でないものの、コバルト含有量の増加に従い as— depoの比抵抗値が増加して いることが確認された。これはコバルト自体の抵抗値が大きいことに起因していると推 測される。一方、 300°C熱処理後の比抵抗値では、各実施例のコバルト含有量に関 わらず、 10 Ω cm以下の比抵抗特性を実現していることが判った。この結果から、コ バルトがニッケル及び炭素とともにアルミニウム合金中に固溶している場合では、コバ ルトの含有量の増加に伴って比抵抗値は上昇する傾向となるものの、熱処理によりァ ルミ-ゥムーニッケル コバルト合金相が析出し始めると、合金マトリックスがアルミ-ゥ ムのリッチな相となるため 10 Ω cm以下まで比抵抗が低下するものと推測される。
[0032] 次に比抵抗値と熱処理温度 (ァニール温度）との関係について調べた結果につい て説明する。図 3には、実施例 2— 4について、 200°C— 500°Cまでの各温度（50°C 刻み）にて、 1時間の熱処理を行った際の比抵抗値を測定した結果を示している。こ の結果により、実施例 2— 4のすべてが 300°C以上の熱処理を行っても 10 Q cm以 下の比抵抗値であることが確認された。
[0033] 耐熱特件:続いて、耐熱特性の評価を行った結果について説明する。
耐熱性評価は、各温度における 1時間熱処理後の膜表面を走査型電子顕微鏡 (SE Ml万倍）にて観察し、ヒロックの発生状態を調べることにより行った。図 4一図 13に は、ヒロック観察を行った代表的な SEM写真を示している。図 4一図 8は、 A1— 3. Oat %Ni— 0. lat%C組成（表 2比較例 6)の場合で、図 9一図 13は、 A1— 2. lat%Ni— 2 . 9at%Co-0. 21at%C (表 2実施例 8)の場合を示している。
[0034] 図 4一図 8を見ると判るように、コバルトを含有していないアルミニウム合金薄膜では 、 450°C、 500°Cの熱処理を行った場合、白い突起物が表面に発生していることが 確認された。 350°C (図 5)及び 400°C (図 6)の熱処理の場合、表面に白い斑点状の ものが確認された力 突起物までに成長していな力つた。図 5及び図 6に見られる白 い斑点状のものは Al Niの析出相であり、図 7及び図 8に見られる白い突起物は、析
3
出した Al Ni相が凝集した結果、表面に形成されたものである。尚、図 8の表面をみ
3
ると、白い突起物と逆にディンプルのような凹部が確認された力 これは、 Al Ni相が 凝集した際にその周辺に体積減少が発生して形成されたものと推測している。一方、 実施例 8では、 350°C (図 10)、 400°C (図 11)の熱処理では何ら変化が認められな かった。また、 450°C (図 12)、 500°C (図 13)の熱処理では、白い斑点状の Al Ni相
3 は確認できたものの、突起物は形成されて ヽな ヽことが判明した。
[0035] 表 2には、各組成における薄膜について、各温度の熱処理を行い、その表面の SE M観察を行い、ヒロックの発生の有無を調べた結果を示している。表 2中ヒロックの発 生したものを X、全くヒロックが発生していなかつたものを〇として記載している。さら に、ヒロックの発生は認められなかったものの、 Al Ni相の凝集によりディンプルのよう
3
な凹部が表面に認められたものを△として記載している。尚、この評価でヒロックとし たものは、アルミニウム自体の突起にカ卩え、図 7及び図 8に示す凝集した Al Ni相の
3 突起物も含めている。
[0036] [表 2]
Figure imgf000012_0001
表 2を見ると判るように、比較例 5、 6のようにコバルトを含有していないアルミニウム 合金薄膜では、 450°C以上の熱処理によってヒロック発生が認められた。また、比較 例 7— 11のように、本発明係るアルミニウム合金配線材料の組成範囲を外れたもの に関しては、 500°C以上の熱処理に対してヒロックの発生若しくは、 Al Ni相の凝集
3
によるディンプルが表面に認められた。一方、実施例 5— 14に関しては、 400— 500 °Cの熱処理によってもヒロックの発生がなかった。そして、 500°Cの熱処理でヒロック の発生が認められな力つた各実施例について、さらに 550°C1時間の熱処理を施し、 耐熱特性評価を行ったところ、実施例 7— 10の組成では、ヒロックの発生が全く観察 されなかった。尚、この耐熱特性評価において、ニッケル及びコバルトの合計含有量 が 7. 0at%以上となる組成に関しては、図 1で示した結果より 10 Q cm以上の比抵 抗値となることを考慮し、実用的な配線材料でないと判断し、評価に含めていない。
[0038] 以上で示した表 1及び表 2の結果に基づき、 10 ^ Ω cm以下の比抵抗値で、且つ 5 00°C以上の熱処理に対する高耐熱性特性を備えるニッケルとコノ レトとの含有量範 囲を検討したところ、図 14に示すような斜線部分の含有量範囲になることが考えられ た。また、 550°Cの熱処理においても、高耐熱性を維持する含有量範囲は網掛部分 の領域が該当するものと考えられた。
[0039] 自然雷位測定:最後に、本実施例に係るアルミニウム合金配線材料の自然電位を測 定した結果について説明する。実施例 8の組成の薄膜 (0. を、ガラス基板上 に形成し、そのガラス基板を切り出すことで電位測定サンプルとした。また比較の為 に比較例 6の組成の薄膜も同様に電位測定サンプルを形成した。そして、 1cm2〖こ相 当する面積を露出するように電位測定サンプル表面をマスキングして、測定用電極 を形成した。自然電位は、 3. 5%塩ィ匕ナトリウム水溶液 (液温 27°C)を用い、参照電 極は銀 Z塩ィ匕銀を使用して測定した。また、ォーミック接合の相手方となる ITO膜は 、 In O -10wt%SnOの組成のものを使用した。
2 3 2
[0040] その結果、 ITO膜の自然電位は 820mV程度であった。そして、実施例 8では約 960mVで、 ITO膜に近い自然電位であることが確認された。一方、比較例 6では、 1080mV程度で、実施例 8に比べて ITO膜の自然電位より離れていることが確認さ れた。
産業上の利用可能性
[0041] 以上のように、本発明によれば、従来のアルミニウム合金配線材料では実現できな 力 た 500°C以上の高耐熱特性を備え、低比抵抗特性も実現した、優れたアルミ- ゥム合金配線材料となる。特に、 400°C— 650°Cの熱処理を行う低温プロセスの poly —Si形 TFTにより、比較的大型の液晶ディスプレイを形成する際に、好適なアルミ- ゥム合金配線材料である。

Claims

請求の範囲
[1] ニッケル、コバルト、炭素を含有したアルミニウム合金配線材料にお!/、て、
ニッケル含有量の原子百分率 Xat%、コノ レト含有量の原子百分率 Yat%、炭素 含有量の原子百分率 Zat%として、
0. 5at%≤X≤3. Oat%
4. Oat%≤X+Y≤7. Oat%
0. lat%≤Z≤0. 5at%
の関係を満足し、残部がアルミニウム力 なることを特徴とする高耐熱性アルミニウム 合金配線材料。
[2] 低温プロセスの poly— Si形薄膜トランジスターに用いられる請求項 1に記載の高耐熱 性アルミニウム合金配線材料。
[3] ニッケル、コバルト、炭素を含有したアルミニウム合金配線材料形成用のターゲット材 において、
ニッケル含有量の原子百分率 Xat%、コバルト含有量の原子百分率 Yat%、炭素 含有量の原子百分率 Zat%として、
0. 5at%≤X≤3. Oat%
4. 0at%≤X+Y≤7. 0at%
0. lat%≤Z≤0. 5at%
の関係を満足し、残部がアルミニウム力 なることを特徴とする高耐熱性アルミニウム 合金配線材料形成用のターゲット材。
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