JP5125112B2 - 熱欠陥発生のない液晶表示装置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

Description

この発明は、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらにヒロックおよびボイドなどの熱欠陥が発生することのない銅合金薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極、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。

一般に、フラットパネルディスプレイなどの液晶表示装置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おり、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液晶表示装置の製造工程において熱処理が施される。前記配線および電極となる金属薄膜として、純銅薄膜を使用することが知られているが、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）。
ＷＯ２００６／０２５３４７

近年、液晶表示装置は益々大型化しており、３０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長くなり、さらに液晶表示装置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。そのために配線の電気抵抗を低くするとともに配線が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である。さらに、液晶表示装置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、これを液晶表示装置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０．０２〜２原子％を含有し、さらにＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎ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、さらに、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いことから、かかる成分組成を有する銅合金薄膜は液晶表示装置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：０．１〜１０原子％を含有し、さらにＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．０２〜５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：０．０２〜２原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み 、または、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で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の少ない液晶表示装置用配線、
（２）Ａｇ：０．０２〜２原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み 、または、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で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の少ない液晶表示装置用電極、
（３）Ａｇ：０．１〜１０原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み 、または、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で０．０２〜５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熱欠陥の少ない液晶表示装置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。

この発明の液晶表示装置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０．１〜１０原子％を添加し、さらにＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．０２〜５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液晶表示装置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、この発明の液晶表示装置における配線および電極を構成する銅合金薄膜の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。
（Ａ）銅合金薄膜の成分組成
Ａｇ：
この発明の液晶表示装置における配線および電極を構成する銅合金薄膜に含まれるＡｇは、結晶粒を微細化し、液晶表示装置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０．０２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、２原子％を越えて含有すると結晶粒を微細化し、液晶表示装置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し、さらに電気抵抗は一層低下するものの、Ａｇを２原子％を越えて含有する銅合金薄膜をスパッタリングにより形成するには、ターゲットに含まれるＡｇを１０原子％を越えて含有する必要があり、Ａｇを１０原子％を越えて含有するターゲットはその製造時の熱間圧延時に割れが発生し、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。したがって、この発明の銅合金薄膜に含まれるＡｇを０．０２〜２原子％に定めた。
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎ：
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎはいずれも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成分であるが、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％未満添加しても所望の効果が得られず、一方、２．５原子％を越えて含有すると、銅合金薄膜の電気抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、この発明の銅合金薄膜に含まれるＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎの内の１種または２種以上合計で０．０１〜２．５原子％に定めた。

（Ｂ）ターゲットの成分組成
Ａｇ：
この発明のスパッタリングターゲットに含まれるＡｇが０．１原子％未満ではＡｇ：０．０２原子％以上を含有する銅合金薄膜が得られないので好ましくなく、一方、Ａｇを１０原子％を越えて含有するとターゲット作製時の熱間圧延時に割れが発生し、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。したがって、この発明のスパッタリングターゲットに含まれるＡｇを０．１〜１０原子％に定めた。
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎ：
さらに、この発明のスパッタリングターゲットに含まれるＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．０２〜５原子％に限定したのは、これら成分が０．０２原子％未満ではＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種以上を合計で０．０１原子％以上含む銅合金薄膜を形成することができないからであり、一方、これら成分を５原子％を越えて含有すると、形成される銅合金薄膜に含まれるＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種以上の合計が２．５原子％を越えるようになり、形成される銅合金薄膜の電気抵抗が上昇するので好ましくないからである。

この発明の液晶表示装置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液晶表示装置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Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅおよびＺｎ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）１〜５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）１〜７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）３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１〜５、比較ターゲット１〜７および従来ターゲット１〜３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〜 ５、比較ターゲット１〜７および従来ターゲット１〜３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１〜５、比較ターゲット１〜７および従来ターゲット１〜３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：加熱なし、
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薄膜（以下、本発明薄膜という）１〜５および比較銅合金薄膜（以下、比較薄膜という）１〜７および従来銅合金薄膜(以下、従来薄膜という)１〜３を形成した。

得られた本発明薄膜１〜５、比較薄膜１〜７および従来薄膜１〜７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薄膜１〜５、比較薄膜１〜７および従来薄膜１〜３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、得られた本発明薄膜１〜５、比較薄膜１〜７および従来薄膜１〜３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間隔で本発明薄膜１〜５、比較薄膜１〜７および従来薄膜１〜３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薄膜１〜５、比較薄膜１〜７および従来薄膜１〜３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薄膜３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、本発明薄膜１〜５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を単独で含む従来薄膜２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ターゲットはその作製時に割れが発生してターゲットを作製することができず、そのためにＡｇを２原子％を越えて含む比較薄膜２をスパッタリングにより成膜することができなくなることが分かる。さらにこの発明の条件から外れて添加元素を含む比較薄膜３〜７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：０．０２〜２原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み、ま たは、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で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ことを特徴とする熱欠陥発生のない液晶表示装置用配線。
2. Ａｇ：０．０２〜２原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み、ま たは、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で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ことを特徴とする熱欠陥発生のない液晶表示装置用電極。
3. Ａｇ：０．１〜１０原子％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．２〜０．７原子％を含み、ま たは、ＭｎとＶ、Ｃｒ、ＦｅおよびＺｎのうちの１種または２種との合計で０．０２〜５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ことを特徴とする熱欠陥発生のない液晶表示装置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液晶表示装置。