説明

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

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【特許文献1】特開2004−76079号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
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。
【課題を解決するための手段】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
(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。
【0009】
(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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
【表1】

【0015】
【表2】

【0016】
【表3】

【0017】
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。

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【公開番号】特開2008−205420(P2008−205420A)
【公開日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−122263(P2007−122263)
【出願日】平成19年5月7日(2007.5.7)
【出願人】(000006264)三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Fターム(参考)】