CN103993272B - 保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜 - Google Patents

保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜。本发明的保护膜形成用溅射靶在Cu配线膜的单面或两面上形成保护膜时使用，其中，Al为8.0质量%以上11.0质量%以下、Fe为3.0质量%以上5.0质量%以下、Ni为0.5质量%以上2.0质量%以下、Mn为0.5质量%以上2.0质量%以下，余量由Cu和不可避免杂质构成。并且，本发明的层叠配线膜（10）具备Cu配线膜（11）及形成于该Cu配线膜（11）的单面或两面上的保护膜（12），保护膜（12）利用上述保护膜形成用溅射靶来形成。

Description

保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜
技术领域
本发明涉及一种在形成对由铜或铜合金构成的Cu配线膜进行保护的保护膜之时使用的保护膜形成用溅射靶及具备通过该保护膜形成用溅射靶来形成的保护膜的层叠配线膜。
背景技术
以往，Al广泛用作液晶、有机EL板等平板显示器以及触控面板等的配线膜。近来逐步实现了配线膜的微型化（窄幅化）及薄膜化，要求比电阻比以往更低的配线膜。
随着上述配线膜的微型化及薄膜化，提供一种利用比电阻比Al更低的材料即铜或铜合金的配线膜。
然而，由比电阻较低的铜或铜合金构成的Cu配线膜存在在具有湿度的气氛中容易变色等问题。另外，为了提高耐候性而使用含有大量添加元素的铜合金时会导致比电阻上升。
因此，例如在专利文献1中提出在Cu配线膜上形成由Ni-Cu-（Cr，Ti）合金构成的保护膜的层叠膜及用于形成该保护膜的溅射靶。该保护膜的耐候性比铜高，因此，即使在大气中保管也能够抑制表面变色。
专利文献1：日本特开2012-193444号公报
然而，通过蚀刻对由铜或铜合金构成的Cu配线膜进行图案形成时，使用含有氯化铁的蚀刻液。使用含有氯化铁的蚀刻液来对具有由上述Ni-Cu-（Cr，Ti）合金构成的保护膜的层叠膜进行蚀刻时，会有一部分未溶解的保护膜变成残渣而残留。该残渣有可能会导致配线间短路，因此难以用作配线膜。
并且，含有Cr时，存在蚀刻之后的废液中含有Cr而导致处理废液成本增加的问题。
此外，由于含有35质量%以上且84.5质量%以下的大量的较昂贵的Ni，存在增加溅射靶及层叠膜的制造成本的问题。
并且，对形成于基板上的上述层叠膜进行蚀刻时，蚀刻之后的配线截面形状有时会变成矩形或向基板侧变细的倒锥形。如此，蚀刻之后的配线截面形状变成矩形或倒锥形时，具有在Cu配线膜的边缘部产生叫做空隙的缺陷，且在逐渐叠层时诱发断线而引起成品率及质量下降的可能性。
发明内容
该发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够形成如下保护膜的保护膜形成用溅射靶以及具备通过该保护膜形成用溅射靶来成膜的保护膜的层叠配线膜，所述保护膜耐候性优异且能够抑制表面变色，并具有良好的蚀刻性，形成于基板上的层叠膜的蚀刻之后的截面形状成为向基板侧***的正锥形并能够抑制空隙的产生。
（1）本发明的一方式的保护膜形成用溅射靶为在Cu配线膜的单面或两面形成保护膜时使用的保护膜形成用溅射靶，其中，Al为8.0质量%以上11.0质量%以下、Fe为3.0质量%以上5.0质量%以下、Ni为0.5质量%以上2.0质量%以下、Mn为0.5质量%以上2.0质量%以下，余量由Cu和不可避免杂质构成。
被设为这种结构的本发明的保护膜形成用溅射靶中，设为Al为8.0质量%以上11.0质量%以下、Fe为3.0质量%以上5.0质量%以下、Ni为0.5质量%以上2.0质量%以下、Mn为0.5质量%以上2.0质量%以下，余量由Cu和不可避免杂质构成的Cu基合金，因此，即使在利用含有氯化铁的蚀刻液对所形成的保护膜进行蚀刻时，也能够与Cu配线膜同等地进行蚀刻，抑制未溶解残渣的产生。另外，能够将进行蚀刻之后的配线截面的形状设为正锥形。
并且，由于Ni的含量较少为0.5质量%以上2.0质量%以下，因此能够大幅降低该溅射靶及保护膜的制造成本。
（2）在本发明的另一方式中，层叠配线膜为具备Cu配线膜及形成于该Cu配线膜的单面或两面上的保护膜的层叠配线膜，其中，所述保护膜通过（1）所记载的保护膜形成用溅射靶来形成。
被设为这种结构的本发明的层叠配线膜中，具有通过上述组成的保护膜形成用溅射靶来形成的保护膜，因此耐候性得到提高，并且即使在大气中保管时也能够抑制变色。
并且，保护膜由Cu基合金构成，因此，即使用含有氯化铁的蚀刻液进行蚀刻时，也能够抑制未溶解残渣的产生。并且，能够将蚀刻之后的配线截面设为正锥形，并能够抑制空隙的产生。
此外，由于不具有Cr，因此能够以低成本对蚀刻之后的废液进行处理。另外，由于Ni的含量较少为0.5质量%以上2.0质量%以下，因此能够大幅降低层叠配线膜的制造成本。
如上所述，根据本发明能够提供一种能够形成如下保护膜的保护膜形成用溅射靶以及具备通过该保护膜形成用溅射靶来形成的保护膜的层叠配线膜，所述保护膜耐候性优异且能够抑制表面变色，并具有良好的蚀刻性，蚀刻之后的截面形状成为正锥形，并且能够抑制空隙的产生。
附图说明
图1是作为本发明的一实施方式的层叠配线膜的截面说明图。
图2是表示现有例101的层叠配线膜中的蚀刻之后的截面观察结果的照片。
图3是表示本发明例101的层叠配线膜中的蚀刻之后的截面观察结果的照片。
符号说明
1-基板，10-层叠配线膜，11-Cu配线膜，12-保护膜。
具体实施方式
以下，对作为本发明的一实施方式的保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜进行说明。
作为本实施方式的保护膜形成用溅射靶在由铜或铜合金构成的Cu配线膜上形成保护膜时使用。
该保护膜形成用溅射靶具有如下组成，即Al为8.0质量%以上11.0质量%以下、Fe为3.0质量%以上5.0质量%以下、Ni为0.5质量%以上2.0质量%以下、Mn为0.5质量%以上2.0质量%以下，余量由Cu和不可避免杂质构成。
另外，该保护膜形成用溅射靶经铸造、热轧、热处理及机械加工的工序而制造。
以下，对如上规定作为本实施方式的保护膜形成用溅射靶的组成的原因进行说明。
（Al：8.0质量%以上11.0质量%以下）
Al为具有改善溅射膜的耐蚀性的作用效果的元素。由于含有Al而能够改善溅射膜的耐蚀性。
其中，Al的含量低于8.0质量%时，有可能无法充分提高溅射膜的耐蚀性，且在恒温恒湿试验中发生变色。另一方面，Al的含量超过11.0质量%时，热加工性会下降，因此在制造溅射靶时有可能产生热加工裂纹。
基于以上原因，将Al的含量设定在8.0质量%以上11.0质量%以下的范围内。
（Fe：3.0质量%以上5.0质量%以下）
Fe具有使蚀刻之后的配线截面的形状变成正锥形的作用效果。其中，Fe的含量低于3.0质量%时，无法充分提高使配线截面的形状变成正锥形的作用效果，有可能使蚀刻之后的配线截面的形状变成倒锥形或矩形，并产生空隙。另一方面，Fe的含量超过5.0质量%时，会给溅射膜的耐蚀性产生不良影响，有可能在恒温恒湿试验中产生变色。
基于以上原因，将Fe的含量设定在3.0质量%以上5.0质量%以下的范围内。
（Ni：0.5质量%以上2.0质量%以下）
Ni为具有改善铸块的热加工性的作用效果的元素。由于含有Ni而能够在制造溅射靶时抑制热加工裂纹的产生。
其中，Ni的含量低于0.5质量%时，存在无法充分提高热加工性而无法充分抑制热加工裂纹的可能性。另一方面，Ni的含量超过2.0质量%，则无法指望改善热加工性的效果进一步提高。此外，因昂贵Ni的含量的增加而增加了制造成本。
基于以上原因，将Ni的含量设定在0.5质量%以上2.0质量%以下范围内。
（Mn：0.5质量%以上2.0质量%以下）
Mn为具有提高熔融金属的流动性及热加工性的作用效果的元素。通过添加Mn，能够抑制铸造缺陷的产生，在制造溅射靶时，抑制热加工时的裂纹的产生。
其中，Mn的含量低于0.5质量%时，存在无法提高熔融金属的流动性及热加工性的可能性。另一方面，Mn的含量超过2.0质量%，则无法指望改善热加工性的效果进一步得到提高。
基于以上原因，将Mn的含量设定在0.5质量%以上2.0质量%以下范围内。
接着，对作为本实施方式的层叠配线膜10进行说明。
如图1所示，作为本实施方式的层叠配线膜10具备形成于基板1上的Cu配线膜11及形成于Cu配线膜11上的保护膜12。
其中，对于基板1没有特别限定，但在平板显示器和触控面板等中，使用由可透光的玻璃、树脂薄膜等构成的基板。
Cu配线膜11由铜或铜合金构成，优选将其比电阻设为4.0μΩcm以下（温度25℃）。本实施方式中，Cu配线膜11由纯度为99.99质量%以上的无氧铜构成，比电阻设为3.5μΩcm以下（温度25℃）。另外，利用由纯度为99.99质量%以上的无氧铜构成的溅射靶来形成该Cu配线膜11。
并且，该Cu配线膜11的厚度A优选设在50nm≤A≤800nm范围内，更优选设在100nm≤A≤300nm范围内。
保护膜12利用作为本实施方式的保护膜形成用溅射靶来成膜，且具有与上述保护膜形成用溅射靶相同的组成。
该保护膜12的厚度B优选设在5nm≤B≤100nm范围内，更优选设在10nm≤B≤50nm范围内。
并且，Cu配线膜11的厚度A与保护膜12的厚度B之比B/A优选设在0.02＜B/A＜1.0范围内，更优选设在0.1＜B/A＜0.3范围内。
如上所述，作为被设为如上结构的本实施方式的保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜10具有如下组成，即Al为8.0质量%以上11.0质量%以下、Fe为3.0质量%以上5.0质量%以下、Ni为0.5质量%以上2.0质量%以下、Mn为0.5质量%以上2.0质量%以下，余量由Cu和不可避免杂质构成，并且被设为Cu基合金，因此，即使在利用含有氯化铁的蚀刻液进行蚀刻时，也能够进行良好的蚀刻，并能够抑制未溶解残渣的产生。
并且，保护膜形成用溅射靶及保护膜12含有上述范围内的Al，因此能够提高耐候性而可靠地抑制层叠配线膜10的表面变色。
此外，保护膜形成用溅射靶及保护膜12由于不具有Cr，因此能够以低成本对蚀刻之后的废液进行处理。
并且，含有上述范围内的Fe，因此能够使通过蚀刻获得的配线截面的形状成为正锥形来抑制空隙的产生。
此外，Ni的含量较少为0.5质量%以上2.0质量%以下，因此能够大幅降低保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜10的制造成本。
另外，分别含有上述范围内的Ni和Mn，因此热加工性优异，且能够良好地制造作为本实施方式的保护膜形成用溅射靶。
并且，本实施方式中，Cu配线膜11由铜或铜合金构成，其比电阻被设为4.0μΩcm以下（温度25℃），更具体而言，由比电阻为3.5μΩcm以下（温度25℃）的无氧铜构成，Cu配线膜11的厚度A被设在50nm≤A≤800nm范围内，因此，通过该Cu配线膜11能够良好地进行通电。
此外，本实施方式中，保护膜12的厚度B被设在5nm≤B≤100nm范围内，且Cu配线膜11的厚度A与保护膜12的厚度B之比B/A被设在0.02＜B/A＜1.0范围内，因此，能够可靠地抑制Cu配线膜11的变色，并且能够确保良好的蚀刻性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，在不脱离其发明的技术思想的范围内能够进行适当变更。
例如，本实施方式中，以在基板上形成层叠配线膜的结构为例而进行了说明，但并不限于此，也可以在基板上形成ITO膜、AZO膜等透明导电膜，并在其之上形成层叠配线膜。
并且，对由纯度为99.99质量%以上的无氧铜构成的Cu配线膜进行了说明，但并不限于此，也可以由例如韧铜等纯铜或含有少许添加元素的铜合金构成。
[实施例]
以下说明对本发明所涉及的保护膜形成用溅射靶及层叠配线膜的作用效果进行评价的评价试验结果。
＜Cu配线膜形成用纯铜靶＞
准备纯度为99.99质量%的无氧铜铸块，以800℃对该铸块进行热轧、消除应力退火、机械加工，制作出具有外径：100mm×厚度：5mm尺寸的Cu配线膜形成用纯铜靶。
接着，准备无氧铜制垫板，在该无氧铜制垫板上重叠所述Cu配线膜形成用纯铜靶，并以200℃的温度焊接铟来制作出带有垫板的靶。
＜保护膜形成用溅射靶＞
作为熔解原料准备无氧铜（纯度为99.99质量%）、铝（纯度为99.99质量%）、工业用纯铁（纯度为99质量%）、低碳镍（纯度为99.9质量%）、以及电解金属锰（纯度为99.9质量%），在高纯度石墨坩埚内对这些熔解原料进行高频熔解，并将成分调整为具有不同组成的熔融金属之后，铸造成冷却碳铸模，获得尺寸为50×50×30mm厚度的铸块。
接着，以大约10%的轧制率、在800℃对铸块进行热轧至10mm厚度，通过端面切削去除表面的氧化物和瑕疵之后进行了消除应力退火。对所获轧板的表面进行机械加工来制作出具有外径：100mm、厚度：5mm尺寸的本发明例1～23及比较例1～6的保护膜形成用溅射靶。另外，作为现有例1准备了Ni为64.0质量%、Ti为4.0质量%，且余量由Cu及不可避免杂质构成的溅射靶。
接着，准备无氧铜制垫板，并在该无氧铜制垫板上重叠所获得的保护膜形成用溅射靶，并以200℃的温度焊接铟来制作出带有垫板的靶。
其中，在本发明例1～23及比较例1～6的保护膜形成用溅射靶中，确认在热轧时有无裂纹。
＜层叠配线膜＞
以距离玻璃基板（尺寸为纵：20mm、横：20mm、厚度：0.7mm的康宁公司制1737玻璃基板）为70mm的方式将Cu配线膜形成用纯铜靶设置到溅射装置内，并以如下条件实施溅射，在玻璃基板表面形成具有厚度为150nm的Cu配线膜，所述条件为电源：直流方式、溅射功率：150W、极限真空度：5×10-5Pa、气氛气体组成：纯Ar、溅射气压：0.67Pa、基板加热：无。
接着，在同等条件下利用本发明例1～23及比较例1～6的保护膜形成用溅射靶实施溅射，在Cu配线膜上形成厚度为30nm的保护膜。由此，形成了本发明例101～123及比较例101～106的层叠配线膜。
另外，作为现有例101，利用上述现有例1的溅射靶，制作出在Cu配线膜上形成保护膜的层叠配线膜。
＜粘附性＞
以JIS-K5400为基准，实施如下划格粘附测试，即在层叠配线膜上以1mm间隔划成网格状，之后以3M公司制思高胶带揭掉，并在玻璃基板中央部10mm见方内对附着在玻璃基板上的层叠配线膜的面积%进行测定。以3M公司制思高胶带揭掉之后还附着有99%以上的面积%的层叠配线膜时设为“合格”，当面积%小于99%时设为“不合格”。
＜耐候性＞
进行恒温恒湿试验（在60℃、相对湿度90%下暴露250小时），通过目视确认层叠配线膜表面有无变化。确认到有变色时为“不合格”，未确认到变色时为“合格”。
＜蚀刻残渣、配线截面的形状＞
在形成于玻璃基板上的层叠配线膜上，涂布光阻剂液（东京应化工业株式会社制：OFPR-8600LB），进行感光、显影处理，以30μm的线和间隔形成抗蚀剂膜，并浸渍于液温保持在30℃±1℃的4%FeCl3水溶液中来蚀刻层叠配线膜以形成配线。
对于该配线的截面，利用Ar离子束对从遮板露出的试料垂直对准射束来进行离子蚀刻，通过二次电子显微镜对所获截面进行观察，并查看蚀刻残渣的有无及配线截面的形状。图2、图3示出对层叠有玻璃基板、Cu配线膜、保护膜及抗蚀剂层的层叠配线膜进行蚀刻之后的截面。图2为观察对现有例101的进行蚀刻之后的截面的结果，图3为观察对本发明例101的进行蚀刻之后的截面的结果。其中，图2为确认到残渣的例子，玻璃基板与残渣之间因蚀刻而形成有空隙。将存在残渣的评价为“有”，将未确认到残渣的评价为“无”。并且，根据配线截面的形状评价为正锥形和倒锥形。
＜蚀刻速度＞
利用保护膜形成用溅射靶以与上述条件相同的条件实施溅射，在上述玻璃基板上形成厚度为150nm的保护膜。将仅形成了该单层保护膜的玻璃基板浸渍到液温保持在30℃±1℃的4%FeCl3水溶液中来蚀刻保护膜，并通过目视观察来测定直至保护膜消失为止的时间，以此求出蚀刻速度。

Claims (2)

1.一种带有垫板的靶，用于在Cu配线膜的单面或两面上形成保护膜，所述带有垫板的靶具备垫板和安装在所述垫板上的溅射靶，所述溅射靶的特征在于，
Al为8.0质量％以上11.0质量％以下、Fe为3.0质量％以上5.0质量％以下、Ni为0.5质量％以上2.0质量％以下、Mn为0.5质量％以上2.0质量％以下，余量由Cu和不可避免杂质构成。
2.一种层叠配线膜，具备纯度99.99质量％以上的Cu配线膜及形成于所述Cu配线膜的单面或两面上的保护膜，其中，
所述保护膜通过权利要求1所述的带有垫板的靶来形成，
所述保护膜中，Al为8.0质量％以上11.0质量％以下、Fe为3.0质量％以上5.0质量％以下、Ni为0.5质量％以上2.0质量％以下、Mn为0.5质量％以上2.0质量％以下，余量由Cu和不可避免杂质构成。
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