JP2003113433A - 電子部品用Ａｇ合金膜およびＡｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い抵抗値と高い反射率、プロセス中でのヒ
ロック耐性、耐熱性、耐食性そして基板との密着性を改
善した電子部品用Ag合金膜およびＡｇ合金膜形成用スパ
ッタリングターゲット材を提供する。 【解決手段】 Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅ
ｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜
２ａｔ％、さらにＣｕ、Ａｕのうち１種または２種の元
素を０．１〜３ａｔ％含み残部実質的にＡｇからなる電
子部品用Ａｇ合金膜である。そのうち、Ｃｕ、Ａｕから
Ｃｕを選択し、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含む電子部品用
Ａｇ合金膜。また、Ｃｕ、ＡｕからＡｕを選択し、Ａｕ
を０．１〜３ａｔ％含む電子部品用Ａｇ合金膜である。
そしてこれら同様の成分組成を有する電子部品用Ａｇ合
金膜形成用スパッタリングターゲットである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶ディス
プレイ（以下、ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル
（以下、ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレ
イ（以下、ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（以
下、ＥＬ）、電子ペーパー等に利用される電気泳動型デ
ィスプレイ等の平面表示装置（フラットパネルデスプレ
イ、ＦＰＤ）に加え、各種半導体デバイス、薄膜センサ
ー、磁気ヘッド等の薄膜電子部品において、低い電気抵
抗あるいは高い光学反射率に加えて、耐食性、耐熱性、
密着性を要求される電子部品用Ａｇ合金膜およびＡｇ合
金膜形成用スパッタリングターゲット材に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板上に薄膜デバイスを作成する
ＬＣＤ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ等などのＦＰ
Ｄ、薄膜センサ−、セラミック基板上に素子を形成する
磁気ヘッド等に用いる電気配線膜、電極等には、従来か
ら耐食性、耐熱性、基板との密着性に優れる金属である
純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれ
らの合金膜が用いられている。近年、上記のような薄膜
デバイス用金属膜では、低抵抗な金属膜が要求されてい
る。特に、ＦＰＤの分野においては、大型化、高精細
化、高速応答が可能な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）方式
が広く採用されているが、その配線膜には信号遅延を防
止するために低抵抗化の要求がある。たとえば、ノート
パソコン等に用いられる１２インチ以上の大型カラーＬ
ＣＤに用いられる配線では比抵抗を３０μΩｃｍ以下
に、さらに大型の１５インチのデスクトップパソコン用
には１０μΩｃｍ以下、今後の液晶テレビやより高精細
が要求される携帯情報端末等ではさらなる低抵抗な金属
膜が要求されている。

【０００３】このため、これらの配線膜には耐食性や密
着性に優れたＣｒやＴａその合金から、より低抵抗のＭ
ｏ、Ｗの合金膜、現在はさらに低抵抗であるＡｌにＴ
ｉ、Ｔａ、Ｎｄなどを添加したＡｌ合金が用いられてい
る。

【０００４】特にＡｌ−Ｎｄ合金は耐食性、耐熱性、密
着性に優れ、薄膜デバイスを製造する際の工程の加熱に
よりヒロックが発生も少なく、さらに室温の基板上に成
膜した状態では比抵抗は１５μΩｃｍと高いものの、２
５０℃以上の加熱処理等を行なうことにより５μΩｃｍ
程度に低減することが可能であり優れた特性を兼ね備え
た金属膜であることが知られている。

【０００５】加えて、Ａｌ合金により形成した金属膜は
可視光域の反射率が非常に高い特徴を有する。そのた
め、ＦＰＤの代表であるＬＣＤにおいて、近年外光を効
率よく利用しバックライトを基本的に使用しない反射型
液晶ディスプレイや、さらに透過型と反射型を組み合わ
せた半透過型液晶ディスプレイ等が開発されているが、
このような反射型ディスプレイに用いる反射膜にも多く
用いられてきた。

【０００６】しかしながら、Ａｌ合金により形成した金
属膜であっても、今後の大型ディスプレイ、携帯機器用
ディスプレイ等で要求されるさらなる高精細化、動画に
対応した高速応答性の向上や実現する為には十分とは言
えない。加えて、既述のようにＡｌ合金により低抵抗な
配線膜を得るには加熱処理が必要であり、樹脂基板や樹
脂フィルム等を用いた場合に十分な加熱処理を行なえな
いため、低抵抗を得難いという欠点も有している。その
ため、Ａｌ合金に替えてさらに低抵抗であるＡｇの適用
が検討されている。また、Ａｇは反射率においてもＡｌ
よりも優れる。近年、液晶ディスプレイには低消費電力
と表示品質向上のため、反射膜にはペーパーホワイトと
呼ばれる高い反射と可視光域でフラットな反射特性が求
められており、反射膜の用途においても反射率に優れる
Ａｇの適用が検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにＡｇによ
り形成した金属膜は、反射膜、比抵抗ともＡｌやＡｌ合
金より良好な特性を有するものの、基板に対する密着性
が低く、応力に起因するヒロックの発生、さらに耐熱
性、耐食性が低いという欠点を有する。例えば、Ａｇを
ＦＰＤの配線膜あるいは反射膜として用いた場合、基板
であるガラスや樹脂基板、樹脂フィルム、耐食性の高い
金属箔、例えばステンレス箔等に対して膜の密着性が低
く、プロセス中に剥がれが生じるという問題を生じる。

【０００８】また、ディスプレイの製造時の加熱工程等
により、Alと同様にヒロックが発生し、膜表面の平滑性
が低下する。さらに、基板の材質や加熱雰囲気によって
は膜が凝集し、膜の連続性が失われることによる大幅な
反射率の低下、抵抗の増大を生じる。また、耐食性が低
いことに起因して、基板上に成膜した後、１日程度大気
に放置しただけで変色し、黄色味を帯びた反射特性とな
る。さらに、ディスプレイの製造時に使用する薬液によ
り腐食され、大幅に反射率の低下、抵抗の上昇を招いて
しまう問題があった。

【０００９】上記の問題を解決するために特開平９−３
２４２６４号公報にはＡｕを０．１〜２．５ａｔ％、Ｃ
ｕを０．３〜３ａｔ％添加する合金が、特開平１１−１
１９６６４号公報には接着層上にＡｇにＰｔ、Ｐｄ、Ａ
ｕ、Ｃｕ、Ｎｉを添加する合金、特開２００１―１９２
７５２号公報ではＡｇにＰｄを０．１〜３ｗｔ％、Ａ
ｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を０．１〜３ｗｔ％添加する合金が提
案されている。

【００１０】しかし、これらに開示される方法により元
素を添加した場合、抵抗の増加や、反射率、特に可視光
域の低波長側での反射率の低下を生じるなど、低抵抗、
高反射率、密着性、ヒロック耐性、耐食性、耐熱性の全
てを満足できる合金膜は得ることは出来ない。具体的に
は、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉは０．２％以上添加すると
反射率が低下し、さらに含有量が１ａｔ％を越えると比
抵抗が５μΩｃｍを越えてしまう。またＡｕとＣｕを添
加した場合は反射率の低下や抵抗の増加は少ないが耐熱
性と密着性に問題がある。

【００１１】本発明の目的は、低い電気抵抗と高い反射
率、ヒロック耐性、耐熱性、耐食性、そして基板への密
着性を兼ね備えたＡｇ合金系電子部品用金属膜を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するべく、鋭意検討を行った結果、Ａｇに、選
択した元素を複合添加してＡｇ合金膜とすることによ
り、本来Ａｇの持つ高い反射率と低い電気抵抗を大きく
損なうことなく耐食性を向上し、さらに基板への密着性
も改善できることを見いだし、本発明に到達した。

【００１３】すなわち、本発明はＳｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元
素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕ、Ａｕのうち１種ま
たは２種の元素を０．１〜３ａｔ％含み残部実質的にＡ
ｇからなる電子部品用Ａｇ合金膜である。この際、Ｃ
ｕ、ＡｕからＣｕを選択し、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％含
むこと、またはＣｕ、ＡｕからＡｕを選択し、Ａｕを
０．１〜３ａｔ％含むことが好ましい。

【００１４】また、別の本発明はＳｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元
素を合計で０．１〜２ａｔ％、Ｃｕ、Ａｕのうち１種ま
たは２種の元素を０．１〜３ａｔ％含み残部実質的にＡ
ｇからなるＡｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット
材である。この際Ｃｕ、ＡｕからＣｕを選択し、Ｃｕを
０．１〜２ａｔ％含むこと、またはＣｕ、ＡｕからＡｕ
を選択し、Ａｕを０．１〜３ａｔ含むことが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電子部品用Ag合金膜の重
要な特徴は、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅ
ｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素と、Ｃｕ、Ａｕの
うち１種または２種の元素とを適量ずつ複合して含有
し、これにより抵抗の増加、反射率の低下や膜剥がれを
抑制しながら基板に対する密着性、および耐食性を改善
している点である。

【００１６】以下に、本発明の電子部品用Ag合金膜で、
Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂを合計
で０．１〜２ａｔ％、さらにＣｕ、Ａｕのうち１種また
は２種の元素の含有量を合計で０．１〜３ａｔ％とする
理由を説明する。先ず、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、
Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂを含有することにより電子部品用Ag合
金膜の耐食性が改善する。しかし、含有量が０．１ａｔ
％未満では耐食性の改善効果がなく、一方、２ａｔ％を
超えると耐食性には優れるものの抵抗の増加と反射率の
低下を生じる。よって、その含有量は０．１〜２ａｔ％
とする。好ましくは０．２〜１ａｔ％である。

【００１７】また、同時に添加するＣｕ、Ａｕの１種ま
たは２種の元素を含有することにより、ヒロックの発生
を低減することができる。しかし合計の含有量が０．１
ａｔ％未満ではヒロックの抑制効果がなく、一方、３ａ
ｔ％を越えると抵抗の上昇と、可視光域の低波長側での
反射率が低下してしまう。よって、その含有量は０．１
〜３ａｔ％とする。好ましくはＣｕ、Ａｕのうち元素の
うち、Ｃｕを０．１〜２ａｔ％、またはＡｕを０．１〜
３ａｔ％を単独で含有することで、より高い反射率と低
抵抗な電子部品用Ａｇ合金膜を得ることが可能となる。

【００１８】本発明の上記元素群の含有による低抵抗、
反射率の維持または向上の理由は明確ではない。しか
し、本発明で選定したＳｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｅｒ、Ｙｂの添加元素はＡｇと化合物を形成し易
く、粒界に析出することでＡｇの粒界腐食を抑制し、耐
環境性を向上させる。さらにＡｇより融点の高く、Ａｇ
と混ざり易いＣｕ、Ａｕを添加することで、原子の拡散
を遅らせヒロックの発生を抑制することができる

【００１９】すなわち、粒界でのＡｇとＳｃ、Ｙ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂの化合物の析出と、
粒内にＣｕ、Ａｕが滞留することにより加熱工程での原
子の移動に伴う粒の異常成長によるヒッロクの発生や凝
集が抑制され、耐熱性が向上する。また、粒成長を抑制
できることに加え、凹凸形状化や、それによるボイドの
発生も抑制されることから、微細かつ平滑な表面形態と
なるために抵抗の増加と反射率の低下も抑制できる。さ
らに、これら元素の添加により膜応力が低減される効果
と、凝集抑制の両方の効果により、密着性が改善される
と考えられる。

【００２０】通常、スパッタリング等で形成される膜に
おいては、その添加される元素は、マトリクス中に過飽
和で固溶する。つまり、結晶格子間に添加元素が過飽和
に侵入することから、その格子が乱れ、自由電子の動き
が阻害されるために抵抗は増加する。これに対し本発明
の場合、添加元素であるＳｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、
Ｄｙ、Ｅｒ、ＹｂとＡｇの化合物が粒界析出すること
で、Ａｇ粒内はＡｇ単独またはＡｇと結晶格子の近いＣ
ｕ、Ａｕの固溶した組織となり自由電子の動きも阻害さ
れないことも、低い抵抗を維持できる理由と考えられ
る。

【００２１】本発明の電子部品用Ag合金膜は、安定した
抵抗、反射率を得るために膜厚としては５０〜３００ｎ
ｍとすることが好ましい。５０ｎｍ未満であると、膜の
表面形態が変化し易く、抵抗が増加する。さらに例えば
平面表示装置に用いた場合に光が透過するために、反射
率が低下する。一方、３００ｎｍを超える膜厚である
と、抵抗、反射率は大きく変化しないが、膜応力により
剥がれ易くなるとともに、膜を形成する際に時間が掛か
り、生産性が低下する。

【００２２】また、本発明の電子部品用Ag合金膜を形成
する場合、ターゲット材を用いたスパッタリングが最適
である。スパッタリング法ではターゲット材とほぼ同組
成の膜が形成できるためであり、本発明の電子部品用金
属膜であるＡｇ合金膜を安定に形成することが可能とな
る。このため別の本発明は、本発明の電子部品用Ag合金
膜と同じ組成を有するＡｇ合金膜形成用スパッタリング
ターゲット材である。

【００２３】ターゲット材の製造方法については種々あ
るが、一般にターゲット材に要求される高純度、均一組
織、高密度等を達成できるものであれば良い。例えば、
辛苦有用開放により所定の組織に調整した後、金属製の
鋳型に鋳込み、さらにその後、鍛造、圧延等により板状
に加工し、機械加工により所定の形状のターゲットに仕
上げることで製造できる。

【００２４】本発明の電子部品用Ａｇ合金膜を形成する
際に用いる基板として、ガラス基板、Ｓｉウェハーを用
いることが好適ではあるが、スパッタリングで薄膜を形
成できるものであればよく、例えば樹脂基板、金属基
板、その他樹脂箔、金属箔等でもよい。

【００２５】

【実施例】電子部品用金属膜であるＡｇ合金膜の目標組
成と実質的に同一となるように真空溶解法でインゴット
を作成し、冷間圧延にて板状に加工した後ターゲット材
を作製し、機械加工により直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍ
のターゲット材を作製した。そのターゲット材を用いて
スパッタリングにより、ガラス基板またはＳｉウェハー
上に膜厚２００ｎｍの電子部品用金属膜であるＡｇ合金
膜を形成し、膜特性として、比抵抗は４端子法、反射率
は光学反射率計を用いて測定した。

【００２６】さらに、所定製品としての製造工程を経た
後での膜特性の変化を評価するために、上記作製した電
子部品用金属膜であるＡｇ合金膜を以下の条件で評価し
た。耐熱性評価としては温度２５０℃、窒素ガス雰囲気
中で２時間の加熱処理を施した後の比抵抗、反射率を評
価し、環境性評価試験としては温度８０℃、湿度９０％
の大気中に２４ｈ放置した後の特性を、そして、プロセ
ス評価試験として、上記耐熱性評価を施した金属膜に、
東京応化製ＯＦＰＲ−８００レジストをスピンコートに
より形成し、フォトマスクを用いて紫外線でレジストを
露光後、有機アルカリ現像液ＮＭＤ−３で現像し、レジ
ストパターンを作製し、レジストパターンのない部分の
反射率を再度測定した。その後、リン酸、硝酸、酢酸の
混合液でエッチングし、金属膜配線を作成し、その抵抗
を測定し比抵抗を求めた。

【００２７】また、膜の密着性を評価するために、熱処
理を行った金属膜の表面にスコッチテープを貼りつけ、
斜め４５°方向に引き剥がした際の面積を２０ｃｍ^２あ
たりの面積率にて表し密着力として評価した。以上の測
定した結果を表１、表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】純Ａｇ膜は、成膜時には２．５μΩｃｍの
抵抗と９９％の反射率を有するが、熱処理、環境試験を
行なうと大幅に抵抗は増加し、反射率が低下するととも
に、密着性が低いことがわかる。また、Ａｌ−Ｎｄ合金
は、成膜時の比抵抗は高く、反射率は低いことがわか
る。熱処理後比抵抗は低下するが、その値は５μΩｃｍ
以上と高い。一方、本発明のＡｇに希土類元素であるＳ
ｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂから選ば
れる１種以上の元素とＣｕ、Ａｕのうち１種または２種
の元素を含むＡｇ合金膜は、成膜時には、Ａｇより比抵
抗は高く、反射率はわずかに低いが、Ａｌ−Ｎｄ合金よ
りは比抵抗、反射率とも良好であり、熱処理後、環境試
験、プロセス試験を行なっても、抵抗の増加、反射率の
低下は少なく、密着性が大幅に改善されていることがわ
かる。その効果は添加量が多い程向上していることがわ
かる。その改善効果は各々の添加量０．１ａｔ％以上で
明確となり、各試験を行なった後も十分な反射率を維持
している。

【００３１】しかし、その添加量が増加すると各試験後
の反射率の低下こそ少ないが、成膜時の反射率が低下
し、９５％以上の高い反射率が得難くなる。希土類元素
であるＳｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ
はその合計が２ａｔ％を超えると比抵抗の増加と反射率
の低下が大きくなる。また、Ｃｕ、Ａｕは３％を越える
と反射率の低下が大きくなり、特にＣｕは２％を越える
と反射率の低下が大きく、９５％以上の反射率を得るこ
とが難しくなる。

【００３２】また、さらに低い３．５μΩｃｍ以下の比
抵抗を安定して得るには、その含有量は希土類元素であ
るＳｃ、Ｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂは
０．２〜０．５ａｔ％、Ａｕ、Ｃｕは０．２〜１．０ａ
ｔ％が望ましい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、低い抵抗と高い反射率
と耐熱性、耐環境性、そして基板との密着性を改善した
電子部品用金属膜を安定に得ることが可能である。よっ
て、低抵抗が必要な高精細なＬＣＤ、有機ＥＬ、ＰＤＰ
等や、携帯情報端末等に用いられる低消費電力が要求さ
れる反射型ＬＣＤ等の平面表示装置や各種薄膜デバイス
に有用であり、産業上の価値は高い。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅ
   ｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜
   ２ａｔ％、Ｃｕ、Ａｕのうち１種または２種の元素を
   ０．１〜３ａｔ％含み残部実質的にＡｇからなることを
   特徴とする電子部品用Ａｇ合金膜。
2. 【請求項２】 Ｃｕ、ＡｕからＣｕを選択し、Ｃｕを
   ０．１〜２ａｔ％含むことを特徴とする請求項１記載の
   電子部品用Ａｇ合金膜。
3. 【請求項３】 Ｃｕ、ＡｕからＡｕを選択し、Ａｕを
   ０．１〜３ａｔ％含むことを特徴とする請求項１記載の
   電子部品用Ａｇ合金膜。
4. 【請求項４】 Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅ
   ｒ、Ｙｂから選ばれる１種以上の元素を合計で０．１〜
   ２ａｔ％、Ｃｕ、Ａｕのうち１種または２種の元素を
   ０．１〜３ａｔ％含み残部実質的にＡｇからなることを
   特徴とするＡｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット
   材。
5. 【請求項５】 Ｃｕ、ＡｕからＣｕを選択し、Ｃｕを
   ０．１〜２ａｔ％含むことを特徴とする請求項４記載の
   Ａｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材。
6. 【請求項６】 Ｃｕ、ＡｕからＡｕを選択し、Ａｕを
   ０．１〜３ａｔ含むことを特徴とする請求項４記載のＡ
   ｇ合金膜形成用スパッタリングターゲット材。