JP6997945B2 - 積層配線膜およびその製造方法ならびにMo合金スパッタリングターゲット材 - Google Patents
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Description
現在、TFTには、Si半導体膜が用いられており、導電膜材料であるAlやCuは、Siに直接触れると、TFT製造中の加熱工程により熱拡散して、TFTの特性を劣化させる場合がある。このため、AlやCuの導電膜と半導体膜のSiの間には、耐熱性に優れた純MoやMo合金等の金属膜をバリア(中間)膜として設けた積層配線膜が用いられている。
近年、多点検出が可能な静電容量式のタッチパネルでは、四角形のITO膜を配置した通称ダイヤモンド配置となっており、四角形のITO膜を接続する電極や配線膜にも上記の金属膜が用いられている。この金属膜には、ITO膜とのコンタクト性が得られやすいMo合金やMo合金とAlの積層配線膜が用いられている。
一方、低抵抗なCuからなる導電膜の表面を保護するために、例えば、特許文献2や特許文献3では、金属膜としてNi-Cu合金で被覆した積層配線膜が提案されている。
一方、これらの導電膜を保護するために積層される中間膜となるMo膜やMo合金膜は、60%程度の反射率を有している。これらの中間膜は、平面表示素子の製造プロセスを経ても反射率はほとんど変化しないため、中間膜の反射が特に高精細な表示装置においては表示品質を低下させる要因となっている。このため、上記のような高精細化される表示装置においては、反射率が15%以下となる、より低反射な積層配線膜が要求されている。
前記導電膜は、Al、Cu、Agのいずれか一種、またはAl、Cu、Agのいずれか一種に遷移金属および半金属から選択される元素を合計で5原子%以下含有したAl合金、Cu合金、Ag合金のいずれか一種からなり、膜厚が50~500nmであることが好ましい。
前記中間膜は、金属成分として、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で5~50原子%含有し、残部がMoおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
また、前記中間膜は、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を合計で5~20原子%含有することが好ましい。
また、前記中間膜は、Niを1~30原子%含有することが好ましい。
前記Mo合金スパッタリングターゲット材は、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を合計で5~20原子%含有することが好ましい。
前記Mo合金スパッタリングターゲット材は、Niを1~30原子%含有することが好ましい。
また、前記の中間膜は、酸素および窒素から選択される少なくとも一方を10~90体積%含有する雰囲気で、上記に記載のMo合金スパッタリングターゲット材のいずれかを用いてスパッタリング法により形成することができる。
そして、本発明の重要な特徴の一つは、例えば、ガラス基板のような透明基板の直上、または、例えば、透明樹脂フィルム等の透明膜が形成された透明基板の直上に形成する中間膜にMo合金を採用し、その膜厚を30~70nmとした点にある。また、本発明のもう一つの重要な特徴は、上記中間膜の直上に、比抵抗が15μΩ・cm以下の導電膜が形成され、積層構造にする点にある。さらに、本発明のもう一つの重要な特徴は、透明基板側から測定した可視光反射率が15%以下である点にある。以下、本発明の各特徴について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、「反射率」とは、可視光域である波長360~740nmの範囲の平均反射率をいう。
本発明は、上記の中間膜と導電膜を最適な膜厚構成で積層することにより、より低反射な特性を有する積層配線膜とすることが可能となる。導電膜としては、低抵抗が得られる例えば、Al、Cu、Agのいずれか一種、またはAl、Cu、Agのいずれか一種に遷移金属および半金属から選択される元素を合計で5原子%以下含有したAl合金、Cu合金、Ag合金のいずれか一種からなることが好ましい。これは、要求される電気抵抗値や製造工程における加熱工程の温度や雰囲気、他の酸化膜や保護膜との密着性、バリア性等を考慮して適宜選択できる。
また、Cuは、Alより電気抵抗値が低く好適である。
また、Agは、高価な材料である反面、Cuと同程度の低抵抗を有しながらCuの欠点である耐酸化性、耐湿性に優れ、ITO膜とのコンタクト性も有するため、簡便な導電膜として好適である。
Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeは、Moに含有させてMo合金にすることで、耐湿性や耐酸化性を改善する効果を持つ元素である。この効果は、Moに、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で5原子%以上含有させることで明確となり、含有量の増加とともに顕著となる。このため、中間膜は、Moに、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で5原子%以上含有することが好ましい。
一方、これら元素の合計の含有量を増加し過ぎると、エッチング性が低下する場合がある。このため、上記のエッチャント等によるエッチング性を考慮すると、中間膜は、Moに、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で50原子%以下含有することが好ましい。
一方、TiおよびNbから選択される一種以上の元素の合計が20原子%を越えると、エッチング性が低下する場合がある。このため、中間膜は、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を合計で5~20原子%の範囲で含有することが好ましい。また、上記と同様の理由から、上記の元素の合計は、10~20原子%の範囲がより好ましい。
また、Niによるドライエッチング耐性の改善効果は、Niの含有量が1原子%から現れ、耐酸化性の改善効果は、Niの含有量が5原子%から明確となる。
一方、Niの含有量が30原子%を越えると、低反射特性を得にくくなる場合がある。このため、中間膜は、Niを1~30原子%の範囲で含有することが好ましい。また、上記と同様の理由から、より好ましいNiの下限は、5原子%であり、より好ましいNiの上限は20原子%である。
また、中間膜に含有することができるFeは、安価な元素であるが、半導体膜であるSiに拡散すると特性を劣化させる元素である。中間膜にFeを含有させる場合は、タッチパネル等の用途に好適となる。
一方、導電膜の膜厚が500nmを越えると、形成する際に時間が掛かるとともに、透明なフィルム基板等に適用した場合は、膜応力により反りが発生しやすくなる。
また、導電膜の膜表面における電子散乱の影響による電気抵抗値の増加を緩和し、安定した低抵抗を得るには、導電膜の膜厚は100nm以上にすることがより好ましい。
そして、この窒素を含有する雰囲気は、通常スパッタガスに用いる不活性ガスであるAr以外に、窒素を特定量含むスパッタガスを用いた反応性スパッタ法を用いることで形成できる。
また、スパッタガスを構成する窒素の一部を酸素に置換することで、中間膜の密着性を向上させることも可能であるが、酸素を含有させる場合、酸素の含有量が窒素の含有量を越えると、中間膜が透過してしまい、低反射を得にくくなる場合がある。このため、スパッタガスへの酸素の含有量は、窒素の含有量よりも少なくすることが好ましい。
一方、電力密度が6W/cm2を越えると、低反射な中間膜を得難くなる。これは、反応性スパッタでは、スパッタリングターゲットの粒子が反応ガスと反応した後にスパッタされると考えられるが、電力密度が高くなると、反応したスパッタリングターゲットの粒子がArで再度分解されてスパッタされ、膜中に取り込まれ難くなるためと考えられる。
しかしながら、発明者の推察によれば、中間膜に含まれる窒素の含有量は、2~60原子%が好ましいと考えられる。更に好ましい下限は3原子%であり、更に好ましい上限は30原子%である。この好ましい範囲とすることにより、透明基板側から測定した可視光反射率が15%以下の積層配線膜を得やすい。
また、中間膜を、導電膜と積層した際に、光を吸収しやすい半透過着色膜とすることが好ましい。
また、Mo合金スパッタリングターゲット材に含有する元素として、Ti、V、Nb、Taは、周期律表において、Moの周辺元素であり、Moと容易に合金化する元素である。中でも、工業的な元素単価と入手性等を考慮すると、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を5~20原子%の範囲で含有することが好ましい。また、上記と同様の理由から、上記の元素の合計は、10~20原子%の範囲がより好ましい。
また、Mo合金スパッタリングターゲット材に含有する元素として、Ni、Co、Feは、単独で磁性体元素である。そして、スパッタリングターゲット材の利用効率を向上させるには、Moとこれら元素を合金化し、キュリー点を低下させて、常温において非磁性とし、Mo合金スパッタリングターゲット材中に存在させることが好ましい。中でも、飽和磁束密度が低く、非磁性化しやすいNiは、1~30原子%の範囲で含有することが好ましい。そして、上記と同様の理由から、Niは、5~20原子%の範囲がより好ましい。
原料粉末の焼結方法としては、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。
本発明の積層配線膜を構成する中間膜を形成するためのMo合金スパッタリングターゲット材において、不可避的不純物の含有量は少ないことが好ましい。そして、本発明のMo合金スパッタリングターゲット材は、本発明の作用を損なわない範囲で、ガス成分である酸素、窒素や炭素、遷移金属であるCu、半金属のAl、Si等の不可避的不純物を含んでもよい。
ここで、各主要構成元素は、主要構成元素全体に対する原子%、主要構成元素以外の不可避的不純物は、Mo合金スパッタリングターゲット材全体における質量ppmで表わす。例えば、炭素は200質量ppm以下、Cuは200質量ppm以下、Al、Siはそれぞれ100質量ppm以下等であり、ガス成分を除いた純度として99.9質量%以上であることが好ましい。
次に、封止した缶を熱間静水圧プレス装置に入れて、1000℃、100MPa、5時間の条件で焼結させた後に、機械加工により、直径100mm、厚さ5mmのスパッタリングターゲット材を作製した。
また、比較例となるNi-Cu-Mo合金の中間膜を形成するために、原子比でNi-25%Cu-8%Moとなるように、Ni原料、Cu原料およびMo原料を秤量して、真空溶解炉にて溶解鋳造法によりインゴットを作製した。このインゴットを機械加工により、直径100mm、厚さ5mmのNi合金スパッタリングターゲット材を作製した。
得られた各試料について、反射率および比抵抗を測定した結果を表1に示す。尚、反射率の測定は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計(型式番号:CM2500d)を用いて、ガラス基板面側と導電膜面側から測定した。また、比抵抗の測定は、三菱油化株式会社製の薄膜抵抗率計(型式番号:MCP-T400)を用いて導電膜面側から測定した。
実施例1と同様の方法で反射率および比抵抗を測定した。その結果を表2に示す。
また、試料No.5、No.13~No.16に記載した組成の中間膜をそれぞれ200nm形成して、光電子分光装置(ESCA)であるKRATOS ANALYTICAL社製(型式:AXIS-HS)を用いて、中間膜中の窒素濃度を測定した結果、6~28原子%の窒素を含有しており、Mo2Nの解析チャートが確認された。
これらのスパッタリングターゲット材を用いて、表4に示すスパッタガスの体積比率となるように調整し、投入電力を200Wとし、各基板の直上に、膜厚50nmの中間膜を形成した。そして、この中間膜の直上に、スパッタガスにArを用いて、表4に示す各導電膜を形成した。ここで、基板は、実施例1~実施例3と同様のガラス基板を用いた他、試料No.28は、厚さ0.5mmのPC基板(透明ポリカーボネート:PC)を用い、試料No.29は、厚さ100μmのPETフィルム基板(透明ポリエチレンテレフタレート:PET)を用いた。
上記で得た各試料について、実施例1と同様の方法で反射率および比抵抗を測定した。その結果を表4に示す。
これに対して、本発明例となる試料No.26~試料No.31は、低反射と低抵抗を有する積層配線膜であることが確認できた。
2.中間膜
3.導電膜
Claims (4)
- 透明基板の直上または透明膜が形成された透明基板の直上に、膜厚が30~70nmで、Mo合金からなる中間膜が形成され、該中間膜の直上に比抵抗が15μΩ・cm以下の導電膜が形成された積層構造を有し、前記透明基板側から測定した可視光反射率が15%以下であり、前記Mo合金が、金属成分として、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を合計で5~20原子%、Niを1~30原子%含有し、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で5~50原子%含有し、残部がMoおよび不可避的不純物からなることを特徴とする積層配線膜。
- 前記導電膜が、Al、Cu、Agのいずれか一種、またはAl、Cu、Agのいずれか一種に遷移金属および半金属から選択される元素を合計で5原子%以下含有したAl合金、Cu合金、Ag合金のいずれか一種からなり、膜厚が50~500nmであることを特徴とする請求項1に記載の積層配線膜。
- 請求項1に記載の中間膜を形成するためのスパッタリングターゲット材であって、TiおよびNbから選択される一種以上の元素を合計で5~20原子%、Niを1~30原子%含有し、Ti、V、Nb、Ta、Ni、CoおよびFeから選択される一種以上の元素を合計で5~50原子%含有し、残部がMoおよび不可避的不純物からなるMo合金スパッタリングターゲット材。
- 請求項1に記載の積層配線膜の製造方法であって、前記中間膜は、酸素および窒素から選択される少なくとも一方を10~90体積%含有する雰囲気で、請求項3に記載のMo合金スパッタリングターゲット材を用いてスパッタリング法により形成することを特徴とする積層配線膜の製造方法。
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