熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法
【課題】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薄膜からなる液晶表示装置用配線および電極の形成方法を提供する。
【解決手段】酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中または酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【解決手段】酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中または酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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薄膜からなる液晶表示装置用配線または電極の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。前記金属薄膜からなる配線または電極は一般にターゲットを用いてガラス基板表面にスパッタリングすることにより形成され、この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、液晶表示装置のゲート絶縁膜、アモルファスシリコン膜等をＰＥＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）で成膜する工程において３００〜５００℃程度まで加熱される。前記配線または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、基板に対する密着性を向上させるために、酸素を含んだ銅薄膜が使用されるようになり、この銅薄膜は純銅ターゲットを用い、酸素を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタすることにより形成されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平５−２５６１２号公報
【特許文献２】特開平８−２６８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極はガラス基板表面に対する密着性は優れている。しかし、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酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極を益々細くする必要に迫られている。このガラス基板表面に形成される酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極が細くなると、熱処理工程で高温に曝されて発生したヒロックおよびボイドなど熱欠陥の影響を一層受けやすくなり、配線および電極の欠陥となって不良品となりやすくなることから、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一層密着性に優れた酸素を含んだ銅薄膜により配線および電極を形成することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明者等は、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらに加熱工程でヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がない銅薄膜を開発し、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、ＪＩＳ規格に規定されている無酸素銅（酸素含有量：０．００１％以下）よりも酸素を多く含む酸素：０．０４〜１質量％を含む銅ターゲットを用い、不活性ガス雰囲気または酸素を３体積％以下含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることにより得られた銅薄膜は熱欠陥発生がなくかつ密着性に一層優れており、これを液晶表示装置用配線または電極に用いると熱欠陥発生がなくかつ一層密着性に優れたものとなる、などの研究結果が得られたのである。
【０００５】
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）酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法、
（２）酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法、に特徴を有するものである。
【０００６】
前述のように、この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に一層優れた液晶表示装置用配線および電極の形成方法において使用する銅ターゲットに含まれる酸素を０．０４〜１質量％にした理由は下記の理由によるものである。すなわち、銅ターゲットに含まれる酸素含有量が０．０４質量％未満ではスパッタ中に形成されるＣｕ２Ｏ微結晶の量が少なく、Ｃｕ結晶の微細化効果が得られず、膜の密着性の向上が実現できないからであり、一方、銅ターゲットに含まれる酸素含有量が１質量％を越えて含有すると、得られた銅薄膜の電気抵抗が著しく増加して配線または電極として使用できなくなるからである。
【０００７】
酸素：０．０４〜１質量％含む銅ターゲットを使用してスパッタリングするための雰囲気は、Ａｒガスなどの不活性ガスで十分であるが、酸素を３体積％以下含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングしても良い。
【０００８】
この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法で使用するターゲットは、まず純度：９９．９％以上（望ましくは９９．９９％以上）の無酸素銅を、不活性ガス雰囲気中で高周波溶解し、得られた無酸素銅溶湯にＣｕＯ粉末を添加し、鉄製鋳型に鋳込み、さらに熱間圧延することにより作製することができる。この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法で使用するターゲットは前記溶解法だけでなく、酸素を含む銅粉末または銅粉末および酸化銅粉末からなる混合粉末をホットプレス法および熱間静水圧焼結法などにより作製することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の方法によると、熱欠陥発生がなくかつガラス基板表面に対する密着性が一層優れた液晶表示装置における配線または電極を提供することができるので、フォトリソやエッチング等の加工中に剥離などが生じることが無いことから製造歩留まりが向上し、さらに電気抵抗が低いことから高精細化し大型化した液晶表示装置の配線または電極における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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施例１
純度：９９．９９質量％の無酸素銅（酸素含有量：０．００１質量％）を用意し、この無酸素銅をＡｒガス雰囲気中、高純度ＭｇＯ坩堝内で高周波溶解し、得られた溶湯に平均粒径：５μｍ以下のＣｕＯ粉末を添加しまたは添加することなく溶湯を温度：１２５０℃で１０分間保持したのち、鉄製鋳型に鋳込み、さらに熱間加工することにより表１に示される成分組成を有し、直径：１５４ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する銅ターゲットＡ〜Ｎを作製した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
これらターゲットＡ〜Ｎを使用し、さらに基板ガラスとしてコーニング社１７３７＃（縦：５０、横：５０、厚さ：０．７ｍｍ）を使用し、
到達真空度：５×１０−５Ｐａ、
投入電力：６００Ｗ、
スパッタ雰囲気：１００％Ａｒガス雰囲気、
圧力：１Ｐａ、
基板加熱：なし、
の条件でスパッタすることにより厚さ：３００ｎｍの銅薄膜を形成し本発明法１〜１１、比較法１〜２および従来法１を実施した。
この本発明法１〜１１、比較法１〜２および従来法１を実施することにより得られた銅薄膜をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：２×１０−４Ｐａの真空雰囲気中、最高温度：３５０℃、３０分間保持の熱処理を施した。
【００１３】
かかる熱処理を施した銅薄膜について、下記の測定を行なった。
（ａ）比抵抗値の測定：
前記熱処理後の銅薄膜の５点の比抵抗を、ロレタスＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０型 三菱化学製の抵抗率計を用いて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に示した。
【００１４】
（ｂ）碁盤目付着試験
成膜直後の銅薄膜および熱処理後の銅薄膜にＪＩＳ-Ｋ５４００に準じて１ｍｍ間隔で碁盤目状に切れ目を入れて１００個の銅薄膜の升目を形成した後、ニチバン製ＣＴ４０５Ａ−１８テープで引き剥がし、ガラス基板上の１００個の升目のうちでガラス基板から剥がされた銅薄膜の升目の個数を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表２に示し、ガラス基板に対する銅薄膜の密着性を評価した。
【００１５】
（ｃ）ボイドの測定：
熱処理後の銅薄膜を割ってその断面をＴＥＭで観察し、２０μｍの長さの銅薄膜−ガラス基板界面に発生する界面ボイドの数を数え、その結果を表２に示した。
【００１６】
【表２】
【００１７】
表１〜２に示される結果から、本発明法１〜１１で作製した銅薄膜は、従来法１で作製した銅薄膜に比べて比抵抗はほぼ同じであるが密着性が格段に優れており、さらにこの発明の条件から外れた条件の比較法１〜２で作製した銅薄膜は比抵抗が増加したり密着性が低下するなど好ましくない特性が現れることが分かる。
【００１８】
実施例２
スパッタ雰囲気を表３に示される量の酸素を含むＡｒガス雰囲気とする以外は、実施例１と全く同様にして本発明法１２〜２２、比較法３〜４および従来法２を実施し、その結果を表３に示した。
【００１９】
【表３】
【００２０】
表１および３から、本発明法１２〜２２で作製した銅薄膜は、従来法２で作製した銅薄膜に比べて比抵抗および密着性はほぼ同じであるが、酸素を含む銅ターゲットを使用した本発明法１２〜２２で作製した銅薄膜はボイドがないのに対し、従来法２で作製した銅薄膜には熱処理によりボイドが発生することがわかる。さらにこの発明の条件から外れた条件の比較法３〜４で作製した銅薄膜は比抵抗が増加したり密着性が低下するなど好ましくない特性が現れることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
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薄膜からなる液晶表示装置用配線または電極の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。前記金属薄膜からなる配線または電極は一般にターゲットを用いてガラス基板表面にスパッタリングすることにより形成され、この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、液晶表示装置のゲート絶縁膜、アモルファスシリコン膜等をＰＥＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）で成膜する工程において３００〜５００℃程度まで加熱される。前記配線または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、基板に対する密着性を向上させるために、酸素を含んだ銅薄膜が使用されるようになり、この銅薄膜は純銅ターゲットを用い、酸素を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタすることにより形成されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平５−２５６１２号公報
【特許文献２】特開平８−２６８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極はガラス基板表面に対する密着性は優れている。しかし、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酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極を益々細くする必要に迫られている。このガラス基板表面に形成される酸素を含んだ銅薄膜からなる配線および電極が細くなると、熱処理工程で高温に曝されて発生したヒロックおよびボイドなど熱欠陥の影響を一層受けやすくなり、配線および電極の欠陥となって不良品となりやすくなることから、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一層密着性に優れた酸素を含んだ銅薄膜により配線および電極を形成することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明者等は、ガラス基板表面に対する密着性に優れ、さらに加熱工程でヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生がない銅薄膜を開発し、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、ＪＩＳ規格に規定されている無酸素銅（酸素含有量：０．００１％以下）よりも酸素を多く含む酸素：０．０４〜１質量％を含む銅ターゲットを用い、不活性ガス雰囲気または酸素を３体積％以下含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることにより得られた銅薄膜は熱欠陥発生がなくかつ密着性に一層優れており、これを液晶表示装置用配線または電極に用いると熱欠陥発生がなくかつ一層密着性に優れたものとなる、などの研究結果が得られたのである。
【０００５】
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）酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法、
（２）酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリングする熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法、に特徴を有するものである。
【０００６】
前述のように、この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に一層優れた液晶表示装置用配線および電極の形成方法において使用する銅ターゲットに含まれる酸素を０．０４〜１質量％にした理由は下記の理由によるものである。すなわち、銅ターゲットに含まれる酸素含有量が０．０４質量％未満ではスパッタ中に形成されるＣｕ２Ｏ微結晶の量が少なく、Ｃｕ結晶の微細化効果が得られず、膜の密着性の向上が実現できないからであり、一方、銅ターゲットに含まれる酸素含有量が１質量％を越えて含有すると、得られた銅薄膜の電気抵抗が著しく増加して配線または電極として使用できなくなるからである。
【０００７】
酸素：０．０４〜１質量％含む銅ターゲットを使用してスパッタリングするための雰囲気は、Ａｒガスなどの不活性ガスで十分であるが、酸素を３体積％以下含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングしても良い。
【０００８】
この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法で使用するターゲットは、まず純度：９９．９％以上（望ましくは９９．９９％以上）の無酸素銅を、不活性ガス雰囲気中で高周波溶解し、得られた無酸素銅溶湯にＣｕＯ粉末を添加し、鉄製鋳型に鋳込み、さらに熱間圧延することにより作製することができる。この発明の熱欠陥発生がなくかつ密着性に優れた液晶表示装置用配線または電極の形成方法で使用するターゲットは前記溶解法だけでなく、酸素を含む銅粉末または銅粉末および酸化銅粉末からなる混合粉末をホットプレス法および熱間静水圧焼結法などにより作製することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の方法によると、熱欠陥発生がなくかつガラス基板表面に対する密着性が一層優れた液晶表示装置における配線または電極を提供することができるので、フォトリソやエッチング等の加工中に剥離などが生じることが無いことから製造歩留まりが向上し、さらに電気抵抗が低いことから高精細化し大型化した液晶表示装置の配線または電極における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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施例１
純度：９９．９９質量％の無酸素銅（酸素含有量：０．００１質量％）を用意し、この無酸素銅をＡｒガス雰囲気中、高純度ＭｇＯ坩堝内で高周波溶解し、得られた溶湯に平均粒径：５μｍ以下のＣｕＯ粉末を添加しまたは添加することなく溶湯を温度：１２５０℃で１０分間保持したのち、鉄製鋳型に鋳込み、さらに熱間加工することにより表１に示される成分組成を有し、直径：１５４ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する銅ターゲットＡ〜Ｎを作製した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
これらターゲットＡ〜Ｎを使用し、さらに基板ガラスとしてコーニング社１７３７＃（縦：５０、横：５０、厚さ：０．７ｍｍ）を使用し、
到達真空度：５×１０−５Ｐａ、
投入電力：６００Ｗ、
スパッタ雰囲気：１００％Ａｒガス雰囲気、
圧力：１Ｐａ、
基板加熱：なし、
の条件でスパッタすることにより厚さ：３００ｎｍの銅薄膜を形成し本発明法１〜１１、比較法１〜２および従来法１を実施した。
この本発明法１〜１１、比較法１〜２および従来法１を実施することにより得られた銅薄膜をそれぞれ赤外線加熱炉に装入し、到達真空度：２×１０−４Ｐａの真空雰囲気中、最高温度：３５０℃、３０分間保持の熱処理を施した。
【００１３】
かかる熱処理を施した銅薄膜について、下記の測定を行なった。
（ａ）比抵抗値の測定：
前記熱処理後の銅薄膜の５点の比抵抗を、ロレタスＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０型 三菱化学製の抵抗率計を用いて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に示した。
【００１４】
（ｂ）碁盤目付着試験
成膜直後の銅薄膜および熱処理後の銅薄膜にＪＩＳ-Ｋ５４００に準じて１ｍｍ間隔で碁盤目状に切れ目を入れて１００個の銅薄膜の升目を形成した後、ニチバン製ＣＴ４０５Ａ−１８テープで引き剥がし、ガラス基板上の１００個の升目のうちでガラス基板から剥がされた銅薄膜の升目の個数を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表２に示し、ガラス基板に対する銅薄膜の密着性を評価した。
【００１５】
（ｃ）ボイドの測定：
熱処理後の銅薄膜を割ってその断面をＴＥＭで観察し、２０μｍの長さの銅薄膜−ガラス基板界面に発生する界面ボイドの数を数え、その結果を表２に示した。
【００１６】
【表２】
【００１７】
表１〜２に示される結果から、本発明法１〜１１で作製した銅薄膜は、従来法１で作製した銅薄膜に比べて比抵抗はほぼ同じであるが密着性が格段に優れており、さらにこの発明の条件から外れた条件の比較法１〜２で作製した銅薄膜は比抵抗が増加したり密着性が低下するなど好ましくない特性が現れることが分かる。
【００１８】
実施例２
スパッタ雰囲気を表３に示される量の酸素を含むＡｒガス雰囲気とする以外は、実施例１と全く同様にして本発明法１２〜２２、比較法３〜４および従来法２を実施し、その結果を表３に示した。
【００１９】
【表３】
【００２０】
表１および３から、本発明法１２〜２２で作製した銅薄膜は、従来法２で作製した銅薄膜に比べて比抵抗および密着性はほぼ同じであるが、酸素を含む銅ターゲットを使用した本発明法１２〜２２で作製した銅薄膜はボイドがないのに対し、従来法２で作製した銅薄膜には熱処理によりボイドが発生することがわかる。さらにこの発明の条件から外れた条件の比較法３〜４で作製した銅薄膜は比抵抗が増加したり密着性が低下するなど好ましくない特性が現れることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、不活性ガス雰囲気中でスパッタリング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液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【請求項２】
酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリング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液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【請求項１】
酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、不活性ガス雰囲気中でスパッタリング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液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【請求項２】
酸素：０．０４〜１質量％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ターゲットを使用し、酸素：３体積％以下含んだ不活性ガス雰囲気中でスパッタリング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液晶表示装置用配線または電極の形成方法。
【公開番号】特開２００８−１９００１６（Ｐ２００８−１９００１６Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７８０６（Ｐ２００７−２７８０６）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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