JP2008205420A

JP2008205420A - 熱欠陥発生が少なくかつ表面状態の良好な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

Info

Publication number: JP2008205420A
Application number: JP2007122263A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 曉森; Shuhin Cho; 守斌張; Yoshimasa Hayashi; 芳昌林; Rie Mori; 理恵森
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP5234306B2

Abstract

【課題】ヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がなくかつ表面状態の良好な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を提供する。
【解決手段】Ｃａ：０．００１〜０．５原子％を含有し、さらにＡｇ：０．００２〜１．０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少なくかつ表面状態の良好な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表面状態の良好な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。
前記金属薄膜からなる配線および電極が純銅薄膜で構成されていると、前記熱履歴を受ける工程で純銅薄膜で構成されている配線および電極は高温に曝されてヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生する。これを解決するために、近年、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銅合金薄膜が使用されるようになり、この銅合金薄膜の一つとしてＣａ：０．１〜３０原子％を含有し、残部がＣｕからなる銅合金薄膜が使用されている（特許文献１参照）。
特開２００４−７６０７９号公報

前記Ｃａ：０．１〜３０原子％を含有し、残部がＣｕからなる銅合金薄膜は、確かに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製造中の熱履歴を受ける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の発生が阻止される。しかし、Ｃａを０．１〜３０原子％含有する銅合金薄膜は比抵抗値が上昇しその表面が荒れるという欠点があった。かかる比抵抗値が上昇した表面が荒れた銅合金薄膜を５０インチ以上の大型液晶パネルなどの配線として使用すると、ガラス基板表面に形成されている配線が従来よりも益々長くかつ細くなってきていることから大型液晶パネル全体の配線を形成する工程で切断部分が発生しやすく、さらに大型液晶パネル全体の配線の電気抵抗が上昇するようになるので好ましくない。

そこで、本発明者等は、比抵抗値が低く、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くかつ表面状態の良好な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）に含まれるＣａ量を少なくしてＣａ：０．００１〜０．５原子％となるようにし、さらにＡｇを０．００２〜１．０原子％を含有した成分組成を有する銅合金薄膜は、従来のＣａ：０．１〜３０原子％を単独で含有する銅合金薄膜に比べて、比抵抗値が一層低く、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一層少なく、さらに表面荒れが一層少なくなる、
（ロ）前記（イ）記載の銅合金薄膜は、前記銅合金薄膜よりも多くのＣａおよびＡｇを含む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、ターゲットに含まれるＣａおよびＡｇは、Ｃａ：０．０１〜３原子％、Ａｇ：０．０１〜４原子％であることが好ましい、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ｃａ：０．００１〜０．５原子％を含有し、さらにＡｇ：０．００２〜１．０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表面状態の良好な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）Ｃａ：０．００１〜０．５原子％を含有し、さらにＡｇ：０．００２〜１．０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表面状態の良好な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）Ｃａ：０．０１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．０１〜４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表面状態の良好な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Ｃａを０．０１〜３原子％を添加し、さらにＡｇを０．０１〜４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。

次に、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およびターゲットの成分組成の限定理由を説明する。

（ａ）銅合金薄膜の成分組成
Ｃａ：
Ｃａはガラスやシリコンとの密着性を改善する作用を有するが、その含有量が０．００１原子％未満では十分な密着性改善効果が得られないので好ましくなく、一方、０．５原子％を越えて含むと、比抵抗値が上昇しさらに表面荒れが発生するようになるので好ましくない。したがって、Ｃａ含有量を０．００１〜０．５原子％に定めた。
Ａｇ：
ＡｇはＣａと共に添加することにより比抵抗値の上昇を抑制すると共にＣａのヒロックおよびボイドなどの熱欠陥発生防止効果を一層強化しかつ表面状態が荒れるのを抑制する効果があるが、その含有量が０．００２原子％未満では十分な比抵抗上昇阻止効果および熱欠陥発生防止効果を強化することができずさらに表面荒れを防止することができない。一方、Ａｇを１．０原子％を越えて含有してもヒロックおよびボイドなどの熱欠陥発生防止効果は強化せず、コストアップを招くので好ましくない。したがって、Ａｇの含有量を０．００２〜１．０原子％に定めた。

（ｂ）ターゲットの成分組成
スパッタリングすることにより成膜して得られる銅合金薄膜のＣａ量を０．００１〜０．５原子％とするためには、ターゲットに含まれるＣａ量を０．０１〜３原子％とすることが必要であるからである。また、スパッタリングすることにより成膜して得られる銅合金薄膜のＡｇ量を０．００２〜１．０原子％とするためには、ターゲットに含まれるＡｇ量を０．０１〜４原子％とすることが必要であるからであり、さらにＡｇを４原子％より多く含むとターゲットの熱間圧延加工中に割れが発生するので好ましくないからである。

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、製造中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なくまた表面荒れを抑制し、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ＣａおよびＡｇ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、さらに冷間圧延と焼鈍を繰り返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）１〜１５、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）１〜２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）１〜２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１〜１５、比較ターゲット１〜２および従来ターゲット１〜２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１〜２および従来ターゲット１〜２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１〜１５、比較ターゲット１〜２および従来ターゲット１〜２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：５×１０^−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）１〜１５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）１〜２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)１〜２を形成した。

得られた本発明配線用薄膜１〜１５、比較配線用薄膜１〜２および従来配線用薄膜１〜２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１〜１５、比較配線用薄膜１〜２および従来配線用薄膜１〜２の表面を１０００倍の光学顕微鏡で５個所の膜表面を観察し、発生したヒロックおよびボイドの個数を測定し、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１〜１５、比較配線用薄膜１〜２および従来配線用薄膜１〜２における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、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で表面粗さを測定し、その結果を表２〜３に示し、熱処理による膜の表面荒れを評価した。

表１〜３に示される結果から以下の事項が分かる。
（ｉ）Ｃａを単独で含む従来配線用薄膜１〜２に比べてＣａおよびＡｇを共に含む本発明配線用薄膜１〜１５はヒロックおよびボイドの発生が一層少なく、さらに比抵抗値が一層小さく、さらに熱処理によって表面状態の荒れが少ないことがわかる。
（ii）しかし、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の発生を阻止する効果が弱く、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はターゲット製造工程の熱間圧延時に割れが発生してターゲットを作製することができないことが分かる。

Claims

Ｃａ：０．００１〜０．５原子％を含有し、さらにＡｇ：０．００２〜１．０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表面状態の良好な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。
Ｃａ：０．００１〜０．５原子％を含有し、さらにＡｇ：０．００２〜１．０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表面状態の良好な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。
Ｃａ：０．０１〜３原子％を含有し、さらにＡｇ：０．０１〜４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表面状態の良好な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。