JP2008203808A - 熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたｔｆｔトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極並びにそれらを形成するためのスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極を形成するための銅合金薄膜並びにその薄膜を形成するためのスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】Ａｇ：０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極、並びにこれらを形成するためのスパッタリングターゲット。
【選択図】なし

Description

この発明は、ヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなくかつガラス基板表面に対する密着性に優れた銅合金薄膜からなるＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極、並びにそれらを形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。

アクティブマトリックス方式で駆動するＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属薄膜からなる配線が密着して形成されており、この金属薄膜からなる格子状配線の交差点にＴＦＴトランジスターが設けられていて、このＴＦＴトランジスターのゲート電極も金属薄膜で形成されている。
これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイを製造する際に、アモルファスシリコンや窒化珪素等をＰＥＣＶＤで成膜する工程を通過するが、その際にガラス基板表面に形成された金属薄膜からなる配線および電極は熱履歴を受ける。
これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイのガラス基板表面に密着して形成される配線および電極となる金属薄膜は一般に純銅薄膜が使用されているが、近年、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、ＰｒおよびＮｄからなる群から選択される少なくとも１種以上の金属を０．１〜２０原子％を含有する銅合金薄膜が使用されるようになってきた（特許文献１参照）。さらに、Ｍｇ：０．１〜５モル％を含有し、残部がＣｕ：９５モル％以上の銅合金薄膜なども使用されるようになってきた（特許文献２参照）。
ＷＯ２００６／０２５３４７ 特開平９−４３６２８号公報

ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイは、近年、益々大型化しており、５０インチ以上の大型液晶パネルが量産されるようになって来た。そのためにガラス基板表面に形成されている配線が益々長くなり、さらにＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイは益々高精細化しているためにガラス基板表面に形成される配線を益々細くすることが求められている。このように配線が長くかつ細くなると、電気抵抗が大きくなり、さらに配線がガラス基板表面から剥離する個所が増加するようになる。そのために配線は電気抵抗が低くかつ剥離することのないようにガラス基板表面に対する密着性に優れた金属薄膜で構成されることが必要となってきた。さらに、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極はその製造中に熱処理が施されるが、かかる熱処理工程で高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生しない金属薄膜で構成されることが要求されている。
これら要求に対して、従来の純銅薄膜は電気抵抗が極めて低いもののガラス基板表面に対する密着性が悪く、さらに高温に曝されるとヒロックおよびボイドが発生するので好ましくない。また、従来の銅合金薄膜は高温に曝されるとヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を十分に防止することができない。

そこで、本発明者等は、電気抵抗が低く、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらに高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生が極めて少ない銅合金薄膜を開発し、これをＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極に適用すべく研究を行った。その結果、
（イ）純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）に、Ａｇを０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含有した成分組成を有する銅合金薄膜は、従来の銅合金薄膜に比べて、電気抵抗が低く、高温に曝されてもヒロックおよびボイドの熱欠陥が発生することが少なく、さらに、ガラス基板表面に対する密着性に優れていることから、かかる成分組成を有する銅合金薄膜はＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線および電極として使用した場合に優れた効果を奏する、
（ロ）前記銅合金薄膜は、Ａｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有するターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成することができる、という研究結果が得られたのである。

この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ａｇ：０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線、
（２）Ａｇ：０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなる熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用電極、
（３）Ａｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

この発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極を構成する銅合金薄膜は、ターゲットを用いてスパッタリングすることにより作製する。このターゲットは、まず純度：９９．９９％以上の無酸素銅を、不活性ガス雰囲気中、高純度グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた溶湯にＡｇを０．１〜５原子％を添加し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を添加して溶解し、得られた溶湯を不活性ガス雰囲気中で鋳造し急冷凝固させたのち、さらに熱間圧延し、最後に歪取り焼鈍を施すことにより作製する。このようにして得られたターゲットをバッキングプレートに接合し、通常の条件でスパッタリングすることによりこの発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極用銅合金薄膜を形成することができる。

この発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金薄膜、並びにこの銅合金薄膜を成膜するためのターゲットの成分組成の範囲を前述のごとく限定した理由を説明する。

（ａ）銅合金膜の成分組成：
配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるＡｇを０．０１〜０．５原子％に限定したのは、Ａｇは結晶粒を微細化し、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極を構成する銅合金薄膜のヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制する作用を有するが、その含有量が０．０１原子％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、０．５原子％を越えて含有すると電気抵抗は低下するが、膜の密着性が低下するので好ましくないからである。
さらに、配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％に限定したのは、これら成分はＡｇと共存することによりガラス基板表面に対する密着性を一層向上させ、さらにヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制する作用を有するので添加するが、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．０１原子％未満添加しても密着強度向上の効果が得られず、一方、２．５原子％を越えて添加すると、配線および電極の電気抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。

（ｂ）ターゲットの成分組成：
銅合金薄膜を成膜するためのターゲットに含まれるＡｇを０．１〜５原子％に限定したのは、ターゲットに含まれるＡｇが０．１原子％未満ではスパッタリングすることにより形成される銅合金薄膜に含まれるＡｇが０．０１原子％未満となって所望の効果が得られなくなるので好ましくなく、一方、ターゲットに含まれるＡｇが５原子％を越えて含まれるようになると、ターゲット製造工程における熱間加工中に割れが発生し、歩留まりが極端に低下するようになるので好ましくないからである。
さらに、銅合金薄膜を成膜するためのターゲットに含まれるＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％に限定したのは、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．１原子％より少なく添加したターゲットは、これを用いてスパッタリングしてもＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１原子％未満含有する銅合金薄膜が形成され、所望の効果を有する銅合金薄膜が得られないので好ましくないからであり、一方、３原子％を越えて添加したターゲットを使用してスパッタリングすると、成膜される銅合金薄膜に含まれるこれら成分の含有量が２．５原子％を越えるようになり、電気抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。

この発明のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線および電極は、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、高温に曝されてもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなく、さらに電気抵抗が低いことから高精細化し大型化したＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線および電極に使用しても消費電力を少なくすることができるなど優れた効果を奏するものである。

純度：９９．９９質量％の無酸素銅を用意し、この無酸素銅をＡｒガス雰囲気中、高純度グラファイトモールド内で高周波溶解し、得られた溶湯にＡｇおよび／またはＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種もしくは２種以上を添加し溶解して表１に示される成分組成を有する溶湯となるように成分調整し、得られた溶湯を冷却されたカーボン鋳型に鋳造し、さらに熱間圧延したのち最終的に歪取り焼鈍し、得られた圧延体の表面を旋盤加工して外径：２００mm×厚さ：１０mmの寸法を有し、表１に示される成分組成を有する本発明銅合金スパッタリングターゲット（以下、本発明ターゲットという）１〜２０および比較銅合金スパッタリングターゲット（以下、比較ターゲットという）１〜６および従来スパッタリングターゲット（以下、従来ターゲットという）１〜３を作製した。さらに無酸素銅に元素を添加することなく純銅からなるスパッタリングターゲット（以下、従来ターゲットという）４を作製した。

さらに、無酸素銅製バッキングプレートを用意し、この無酸素銅製バッキングプレートに前記本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜４を重ね合わせ、温度：２００℃でインジウムはんだ付けすることにより本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜４を無酸素銅製バッキングプレートに接合してバッキングプレート付きターゲットを作製した。

本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜４を無酸素銅製バッキングプレートにはんだ付けして得られたバッキングプレート付きターゲットを、ターゲットとガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）との距離：７０mmとなるようにセットし、
電源：直流方式、
スパッタパワー：６００Ｗ、
到達真空度：４×１０^−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ、
Ａｒガス圧：０．６７Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件でガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表２〜３に示される成分組成を有する本発明銅合金配線用薄膜（以下、本発明配線用薄膜という）１〜２０および比較銅合金配線用薄膜（以下、比較配線用薄膜という）１〜６および従来銅合金配線用薄膜(以下、従来配線用薄膜という)１〜４を形成した。

得られた本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜６および従来配線用薄膜１〜４をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：４×１０^−４Ｐａの真空雰囲気中、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、最高温度：３５０℃、３０分間保持の熱処理を施した。これら熱処理を施した本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜６および従来配線用薄膜１〜４の表面を５０００倍のＳＥＭで５個所の膜表面を観察し、ヒロックおよびボイドの発生の有無を観察し、その結果を表２〜３に示した。
さらに、得られた本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜６および従来配線用薄膜１〜４の５点の比抵抗を四探針法により測定し、その平均値を求め、それらの結果を表２〜３に示した。
さらに、ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜６および従来配線用薄膜１〜４に碁盤目状に切れ目を入れた後、３Ｍ社製スコッチテープで引き剥がし、ガラス基板中央部の１０ｍｍ角内でガラス基板に付着していた配線用薄膜の面積％を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表２〜３に示し、ガラス基板に対する本発明配線用薄膜１〜２０、比較配線用薄膜１〜６および従来配線用薄膜１〜４の密着性を評価した。

表１〜３に示される結果から以下の事項が分かる。
（ｉ）高純度銅からなる従来配線用薄膜４は比抵抗が極めて小さいもののヒロックおよびボイドが発生し、さらにガラス基板に対する密着性が劣る。これに対し、本発明配線用薄膜１〜２０はヒロックおよびボイドの発生がなく、さらにＡｇを単独で含む従来配線用薄膜１は比抵抗が小さく、ヒロックおよびボイドの発生がないもののガラス基板に対する密着性が劣り、さらにＭｎ、Ｍｇをそれぞれ単独で含む従来配線用薄膜２、３はガラス基板に対する密着性が優れているが、比抵抗が高く、ヒロックおよびボイドが発生するので好ましくないことがわかる。
（ii）この発明の条件から外れて少ないＡｇを含む比較配線用薄膜１はヒロックおよびボイドが発生するので好ましくなく、一方、Ａｇをこの発明の条件から外れて多く含む比較配線用薄膜２は比抵抗が大きくなり過ぎて好ましくないことが分かる。さらにこの発明の条件から外れて添加元素を含む比較配線用薄膜３〜６は少なくとも一つの好ましくない特性が現れることが分かる。

Claims (4)

1. Ａｇ：０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線。
2. Ａｇ：０．０１〜０．５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．０１〜２．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄膜からなることを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用電極。
3. Ａｇ：０．１〜５原子％を含有し、さらにＭｇ、ＡｌおよびＬｉのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れたＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ用配線または電極を形成するためのスパッタリングターゲット。
4. 請求項１記載の配線および請求項２記載の電極を形成したＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイ。