JP5339830B2 - 密着性に優れた薄膜トランジスター用配線膜およびこの配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
この銅合金配線膜は、スパッタリングにより成膜した後、熱処理される。この熱処理が行われると、銅合金配線膜に含まれる添加元素が銅合金配線膜の表面および裏面に移動し、酸化物となって銅合金配線膜の表面および裏面に添加元素の酸化物層が形成され、この添加元素の酸化物層の生成はガラス基板およびアモルファスSi膜の基本成分であるSiなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止して銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにこの添加元素の酸化物層の生成はガラス基板およびアモルファスSi膜に対する銅合金配線膜の密着性が向上するとされている。
さらに、このガラス基板の上に形成されたTFTは、TFTを確実に作動させるべくTFTのSi膜のダングリングボンドを終端させる目的で、水素化処理(以下、水素アニールという)が行われる(非特許文献1参照)。
その結果、Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、必要に応じてMg:0.1〜5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し、この組成を有する銅合金膜は、従来のCrおよびAlをそれぞれ単独で含むCr:0.5〜20原子%を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜およびAl:0.5〜20原子%を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜に比べて、熱処理して形成された酸化物層が還元されにくく、したがって、水素アニール後の密着性の低下が小さいことからTFTの配線膜として優れた特性を有する、という研究結果が得られたのである。
(1)Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、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膜からなり、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されるTFT用配線膜、
(2)Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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膜からなり、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されるTFT用配線膜、に特徴を有するものである。
(3)Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、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膜からなり、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されるTFT用配線下地膜、
(4)Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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膜からなり、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されるTFT用配線下地膜、に特徴を有するものである。
(5)Cr:4.8〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成を有する配線膜形成用スパッタリングターゲット、
(6)Cr:4.8〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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配線膜形成用スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。
また、このターゲットは、まず、CuとCrの母合金粉末、CuとMnの母合金粉末、CuとAlの母合金粉末をガスアトマイズにより作製し、これら母合金粉末をホットプレスすることにより作製してもよい。
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銅合金配線膜および配線下地膜を形成する。
Cr:
Crは、TFTにおける配線膜を構成する銅合金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て耐マイグレーション性を向上させ、さらに熱処理に際してCuとの複酸化物を銅合金膜の表面および裏面に形成してガラス基板の主成分であるSiなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止し、さらに銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させる作用を有するが、その含有量が3.9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、20原子%を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに比抵抗値は増加するので好ましくない。したがって、銅合金膜に含まれるCrを3.9〜20原子%に定めた。
Mn、Al:
これら成分は、Crと共存して含有させることにより、拡散防止能、密着性、化学的安定性を向上させる。その理由は、以下のごとく考えられる。
熱処理に際してCrはSiとの複酸化物を形成しないが、Mn、AlはCuのみならずSiとの複酸化物を銅合金配線膜/ガラス基板の界面に形成して、ガラス基板の主成分であるSiなどが銅合金配線膜に拡散浸透することをより一層阻止し、ガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を一層向上させる作用を有する。さらに、化学的安定性の高いSiとの複酸化物を形成することから、銅合金配線膜の化学的安定性を一層向上させる。
しかし、Mn、Alのうちの1種または2種を合計で0.1原子%未満含有しても所望の機能(拡散防止能、密着性、化学的安定性)を向上させる効果が得られないので好ましくなく、一方、20原子%を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに、銅合金配線膜の比抵抗値が上昇するので好ましくない。したがって、この発明の銅合金配線膜に含まれるMn、Alのうちの1種または2種を合計を0.1〜20原子%に定めた。
CrとMnとAlの合計:
銅合金配線膜または配線下地膜に含まれるCrとMnとAlの合計を5超〜25原子%の範囲内に限定したのは、CrとMnとAlの合計が5原子%以下では上述した所望の機能を向上させる効果が得られないので好ましくなく、一方、CrとMnとAlの合計が25原子%を超えるようになると、特性の向上が認められず、さらに比抵抗値が上昇するので好ましくないことによるものである。
Mgは結晶粒を微細化し、フラットパネルディスプレイにおけるTFTの配線膜を構成する銅合金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て耐マイグレーション性を向上させ、さらに熱処理に際して銅合金膜の表面および裏面にMgを含有した酸化物層を形成してガラス基板の主成分であるSiなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止し、銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させる作用を有するので必要に応じて含有させるが、その含有量が0.1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、5原子%を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに比抵抗値は増加して配線膜としては十分な機能を示さなくなるので好ましくない。したがって、銅合金膜に含まれるMgを0.1〜5原子%に定めた。
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1〜17、比較ターゲット1〜4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1〜17、比較ターゲット1〜4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。
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:90容量%、酸素:10容量%の混合ガス、
ガス圧:0.2Pa、
ガラス基板加熱温度:150℃、
の条件でアモルファスSiをコーティングしたガラス基板の表面に、半径:100mm、厚さ:300nmを有し、表3〜5に示される成分組成を有するいずれも円形の本発明配線用銅合金膜1〜30および比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2を形成した。得られた本発明配線用銅合金膜1〜17、比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2をそれぞれ加熱炉に装入し、1気圧のAr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。これら熱処理した円形の本発明配線用銅合金膜1〜17、比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2のそれぞれの中心部の比抵抗を四探針法により測定し、それらの結果を表3〜5に示した。
雰囲気:H2/N2=50/50(Vol%)の混合ガス(1気圧)、
温度:300℃、
保持時間:30分、
の条件で水素アニールを行い、水素アニール前の本発明配線用銅合金膜1〜17、比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2並びに水素アニール後の本発明配線用銅合金膜1〜17、比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2に、それぞれJIS-K5400に準じ、1mm間隔で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、アモルファスSiをコーティングした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銅合金膜の面積%を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表3〜5に示し、アモルファスSiをコーティングしたガラス基板に対する本発明配線用銅合金膜1〜17、比較配線用銅合金膜1〜4および従来配線用銅合金膜1〜2の密着性を評価した。
(i)本発明配線用銅合金膜1〜17は、Crを単独で含む従来ターゲット1およびAlを単独で含む従来ターゲット2を用いてスパッタリングすることにより成膜した従来配線用銅合金膜1および2と比較して、中心部の比抵抗に大差はないが、従来配線用銅合金膜1および2はアモルファスSiをコーティングしたガラス基板に対する密着性が水素アニール前後で大きく低下するのに対し、本発明配線用銅合金膜1〜17は水素アニール前後で密着性が変わらずに優れていること、
(ii)さらに、Cr、MnおよびAlの合計がこの発明の条件から外れて少なく含む比較ターゲット1〜2を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用銅合金膜1〜2は水素アニール前後で密着性が低下し、さらにヒロックおよびボイドが発生するのでマイグレーションが発生しやすく、さらにCr、MnおよびAlの合計がこの発明の条件から外れて多く含む比較ターゲット3〜4を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用銅合金膜3〜4は水素アニール前後で密着性が劣ることはないが、比抵抗が大きくなり過ぎるなど、配線用銅合金膜として少なくとも一つの好ましくない特性が現れること、などが分かる。
Claims (6)
- Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、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り、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されることを特徴とする薄膜トランジスター用配線膜。
- Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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り、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されることを特徴とする薄膜トランジスター用配線膜。
- Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、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り、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されることを特徴とする薄膜トランジスター用配線下地膜。
- Cr:3.9〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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り、ガラス基板との界面にMnおよびAlのうちの1種または2種を含有する複酸化物が形成されることを特徴とする薄膜トランジスター用配線下地膜。
- Cr:4.8〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、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配線膜形成用スパッタリングターゲット。
- Cr:4.8〜20原子%、MnおよびAlのうちの1種または2種の合計:0.1〜20原子%を、CrとMnとAlの合計が5超〜25原子%の範囲内にあるように含有し、さらに、Mg:0.1〜5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ことを特徴とする配線膜形成用スパッタリングターゲット。
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