配線部材、その製造方法及びそれを用いた電子部品
【課題】６００℃〜７００℃の高温であっても高い耐酸化性と低抵抗を両立し、かつ低コストで形成可能な配線材料を提供する。
【解決手段】基板上に形成される銅配線と、銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、を具備する配線部材を用いる。上記銅配線の膜厚は、１μｍ以上５０μｍ以下である。基板と銅配線の間には下地層が配置されている。配線部材の電気抵抗率は、４×１０-6Ωcm以下である。
【解決手段】基板上に形成される銅配線と、銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、を具備する配線部材を用いる。上記銅配線の膜厚は、１μｍ以上５０μｍ以下である。基板と銅配線の間には下地層が配置されている。配線部材の電気抵抗率は、４×１０-6Ωcm以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の酸化雰囲気中の焼成に対する高い耐酸化性を有し、かつ低抵抗で低コストな配線部材、その製造方法及びそれを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイや液晶等のフラットパネルディスプレイやＬＳＩに代表される半導体素子，太陽電池パネルなどのいわゆる電子部品の配線材料として、広く銀や銅などの金属配線材料が使用されている。このうち、特にプラズマディスプレイパネルや液晶表示装置，太陽電池などの素子の作製工程中に６００℃〜７００℃程度の高温の熱処理が必要な場合には、このような工程を経ても酸化せず、高い電気導電率を有する銀配線が使用されている。
【０００３】
近年、地球資源の循環的利用が叫ばれる中、このような貴金属材料の使用を抑制する動きが高まっており、また電子部品の低コスト化に対応するためにも資源の豊富な銅等の材料を使用することが検討されている。しかしながら、純度の高い銅は、上記のような高温の熱処理プロセスで酸素が混入すると容易に酸化されて高抵抗となり、配線としての機能が得られ難くなる。そこで、この銅材料に耐酸化性を付与するアルミ，チタン，金，銀，ニッケル，モリブデン等の第二元素を銅中に添加することにより、その耐酸化性を向上させるという技術が報告されている。
【０００４】
また特許文献１，特許文献２，特許文献３に記載のように、ＬＳＩなどの電子回路のような配線として銅を用いる電子部品であり、かつ４００℃程度の加熱処理工程を経る電子部品の場合には、その工程における酸化を抑制するために、アルミニウムを含有する銅薄膜で銅配線を覆う構造が提案されている。
【０００５】
しかしながら、銅中にこれらの元素を添加させると、添加元素の存在箇所が電子の散乱中心となり、電気抵抗が増大するという問題があった。従って、高い耐酸化性と低い抵抗値は相反する特性であり、これらを両立することが困難であった。
【０００６】
さらにアルミニウム等の耐酸化性を有する材料で銅配線を覆っても、加熱温度が６００℃〜７００℃程度の高い加熱工程を経る電子部品に対してはその組成や膜厚が不十分であると加熱時の酸化が抑制できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２９０１５０号公報
【特許文献２】特開平５−１０２１５５号公報
【特許文献３】特開２００７−１８８９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、６００℃〜７００℃の高温であっても高い耐酸化性と低抵抗を両立し、かつ低コストで形成可能な配線部材、その製造方法及びそれを用いた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の配線部材は、基板上に直接または他の層を介して形成される銅配線と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜とを具備する。上記銅配線の膜厚が１μｍ以上５０μｍ以下であり、上記配線部材の電気抵抗率が４×１０-6Ωcm以下である。また上記基板と銅配線の間に、クロム，チタン，アルミニウム，モリブデン，タングステンより選ばれる金属薄膜が形成される。
【００１０】
さらに本発明の配線部材の製造方法は、少なくとも基板上に直接または他の層を介して銅配線を形成する第一の工程と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有する５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜を形成する第二の工程と、配線形成後に酸化雰囲気中６００℃以上７００℃以下の温度で全体を加熱する第三の工程とを含む。上記第一の工程或いは第二の工程の、双方またはいずれかがスパッタリング法，エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法，めっき法である。
【００１１】
また本発明の電子部品は、基板上に直接または他の層を介して形成される銅配線と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜とを具備する配線部材を有し、上記電子部品がプラズマディスプレイパネル，液晶表示装置，太陽電池パネルである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温の酸化雰囲気中の焼成に対しても高い耐酸化性を有し、かつ低抵抗で低コストな配線材料が得られるため、電子部品材料の製造において還元雰囲気や真空雰囲気等の高コストなプロセスを経由することが無くなり、低コスト化に貢献できる。また希少な銀等の貴金属を使用しないため、材料コストの低減が図れ、かつ安定的な材料供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の配線部材の断面の模式図。
【図２】本発明の配線部材の断面の模式図。
【図３】いろいろなＡｌ濃度を有する本発明の配線部材のＣｕＡｌ層膜厚と抵抗率の関係を示す図。
【図４】本発明のプラズマディスプレイパネルの断面の模式図。
【図５】本発明のプラズマディスプレイパネルの断面の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
約３０mm角のガラス基板上にＣｒ等のガラス基板との親和性の高い薄膜を約１０ｎｍで形成した後、Ｃｕ薄膜を３μｍ形成した。さらに５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）薄膜を１２０ｎｍ形成した。いずれの薄膜もＤＣマグネトロンスパッタ法を用いた。その後、フォトレジストを形成して配線幅１００μｍとなるようにマスキングを施したのち、紫外線によりパターン露光し、硝酸液に塗布して化学エッチングを行った。これにより配線幅１００μｍ，配線高さ３μｍ，配線長さ３０mmの試験用の銅配線を形成した。これを６００℃−１時間大気中で加熱して電極を酸化状態とした。
【００１５】
得られた薄膜の概観は加熱前後でほとんど変化しておらず、酸化している様子は観察されなかった。さらに加熱前後の配線抵抗率を４端子法で測定したところ、加熱前の配線抵抗はそれぞれ１.９×１０-6Ωcm，３.７×１０-6Ωcmであり、加熱後の比抵抗は加熱前に比べると若干高い値を示したが、配線の抵抗値としては十分使用可能な抵抗値を示した。
【００１６】
上記は大気中での焼成結果であるが、この配線上にたとえば誘電体ガラスなどの材料を形成した電子部品であっても同等の耐酸化性を得ることができる。
【００１７】
以下、実施例を詳細に述べる。
【実施例１】
【００１８】
図１に、本発明で作製した配線部材の断面構成図を示す。
【００１９】
図１において、１は基板、２は下地層、３は銅配線、４はＣｕＡｌ系合金薄膜である。本実施例では、１の基板として高歪点のアルミノシリケート系ガラス基板を用いた。本実施例では試験的に３０mm角に基板を切断して用いた。その表面に、２の下地層（第一層）としてＣｒ膜を１０ｎｍ形成した。さらにその上部に３の銅薄膜を３μｍ形成した（第二層）。そしてその上部に５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）薄膜を３０〜１２０ｎｍ形成した（第三層）。２〜４の薄膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成した。Ｃｒ，Ｃｕのターゲットには各膜の単層金属ターゲット（１５２.４mmφ）を用いた。ターゲットの純度は９９.９％以上のものを使用した。成膜ガスは純Ａｒガス（９９.９９９９％）を用い、成膜時のガス圧は０.７Ｐａとした。また到達真空圧力は４×１０-5Ｐａ以下とした。また成膜パワーはいずれのターゲットも５００Ｗと一定にした。
【００２０】
成膜後、電極上部にフォトレジスト材を塗布し、１００μｍの線幅を形成可能なマスク材越しに紫外線を照射した。その後、除去液にて配線部上のみ残してレジストを除去し、さらに硝酸水溶液中にサンプルを投下して配線部以外の銅配線部を除去した。これにより配線幅１００μｍ，配線高さ３μｍ，配線長さ３０mmの試験用の銅配線を形成した。本実施例では、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜の膜厚を３０，６０，１２０ｎｍとした。さらに比較例として、最上部の５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を形成せず、Ｃｕ薄膜３のみを形成した電極、及びＣｕ薄膜３の変わりに９８Ｃｒ−２Ａｌ（重量比）を３μｍ形成したのみの電極も作製した。得られた薄膜を大気中４００℃，５００℃，６００℃，７００℃で１時間加熱し、評価に供した。
【００２１】
図２に、加熱後の断面構造の模式図を示す。
【００２２】
図２において、５は酸化層、６はＣｕの酸化部、７はＣｕ配線へのＡｌ拡散部である。６００℃で１時間加熱した試料の走査型電子顕微鏡を用いて断面観察を行ったところ、加熱処理後は、ＣｕＡｌ薄膜４の表面にＡｌ，Ｃｕの酸化層が５ｎｍ〜１０ｎｍ形成されていた。さらにＣｕＡｌ中のＡｌがＣｕ中に拡散し、拡散部７を形成していたこの拡散部のＣｕ電極側面からの厚さは約１００ｎｍであった。この拡散部では、元のＣｕＡｌ薄膜に近いところほどＡｌ濃度が高かった。さらにＣｕ配線３の側面はＣｕＡｌが覆われないため、Ｃｕの酸化層６が約２００ｎｍ形成されていた。
【００２３】
表面の酸化状態を光学顕微鏡で観察して酸化の有無を評価した。さらに四端子法を用いて薄膜の電気抵抗率を評価した。また参考のため真空中（真空度：約１×１０-4Ｐａ）、５００℃で加熱処理した場合についても抵抗値を評価した。
【００２４】
表１に評価結果を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１において、「外観」の欄は加熱等の処理後の外観を観察し、金属光沢の薄膜が得られた場合には○を、酸化によって黒色に変色する部位が観察された場合には×を記した。また抵抗率は得られた配線の抵抗を四探針法で測定し、配線長さと断面積から抵抗率に換算して表記した。
【００２７】
表１の比較例１に示すように、Ｃｕを３μｍ形成した試料では、成膜後に加熱をしない場合には１.９１×１０-6Ωcmと、Ｃｕの理論抵抗率である１.５５×１０-6Ωcmに近い値を示した。また真空中５００℃での加熱では、抵抗率は１.８８×１０-6Ωcmと低い抵抗率が得られた。大気中で４００℃〜７００℃で加熱すると表面が黒く酸化され、抵抗率は１０4〜１０5オーダとなり、配線材料としては使用できないことが分かった。
【００２８】
比較例２に示した９８Ｃｕ−２Ａｌを用いた場合は、成膜後、加熱工程を経ない場合の抵抗率は７.２２×１０-6Ωcmと、純Ｃｕに比べて抵抗率が上昇していた。また４００℃における抵抗率は１.２６×１０-5Ωcmと加熱前に比べると高い値を示したものの、純Ｃｕに比べて大きく抵抗率が低下していた。５００℃以上の焼成では酸化が進行し、抵抗配線材料として好ましくなかった。
【００２９】
一方、実施例１〜３に記載した、Ｃｕ上に５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）を形成した試料では、成膜後、加熱していない試料の抵抗率は、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜の膜厚によらず約１.９×１０-6Ωcmであり、Ｃｕのみの抵抗値とほぼ同程度であった。いずれの試料も４００℃，５００℃の大気中加熱後も外観は金属光沢であり、抵抗率も４×１０-6Ωcm以下と配線材料として十分低い抵抗率が得られた。
【００３０】
大気中で６００℃及び７００℃で焼成した場合、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を３０ｎｍ，６０ｎｍ形成した試料（実施例１，２）では外観上も酸化物の形成を示す黒色の斑点が試料表面に生じ始め、このときの抵抗率は１０3オーダと高い値になった。一方、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を１２０ｎｍ形成した試料では、６００℃，７００℃で大気中焼成しても外観上は金属光沢であり、抵抗率も３.７７×１０-6Ωcm，３.７５×１０-6Ωcmと小さい値を示した。これは５００℃真空中で焼成したときよりも低い抵抗率であった。
【００３１】
以上より、純Ｃｕ配線材料に５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を１２０ｎｍ程度形成することにより、極めて高い耐酸化性を付与できることが明らかになった。
【００３２】
次に、形成するＣｕＡｌ薄膜の組成と膜厚の関係を調べるため、種々のＡｌ組成の合金をいろいろな膜厚で形成した場合の６００℃で大気中焼成処理に対する抵抗率の変化を調べた。結果を表２に示す。薄膜の評価方法は表１に示す方法と同じとした。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２に示す比較例３の２重量％Ａｌを含有した薄膜を形成した場合では、６００℃の焼成により外観上も黒色に酸化しており、抵抗値も１０3以上と高く、配線材料として適切ではなかった。比較例４〜６の５〜３０重量％Ａｌを含有した薄膜を形成した場合では、膜厚が薄い場合には外観上も黒色に酸化しており、抵抗も高く不適切であった。また膜厚が厚い場合には薄膜の外観が金属光沢を維持しているものの、抵抗値が４×１０-6Ωcmを超えているため、配線材料として好ましくなかった。
【００３５】
一方、実施例４に示す５０重量％のＡｌを含有する薄膜を７０ｎｍ以上形成した場合には、外観上も金属光沢を維持しており、かつ抵抗率も４×１０-6Ωcm以下となり、配線材料として好適であった。さらに実施例５，６に示す７０〜１００重量％のＡｌを含有する薄膜を形成した場合には、膜厚が５０ｎｍ以上とすると４×１０-6Ωcm以下の抵抗率が得られ、好適であった。
【００３６】
表２に示した抵抗率と膜厚の関係を図３に示す。図３では、６００℃で１時間熱処理した場合について示す。太陽電池やプラズマディスプレイパネルの高効率化のためには、配線材料の抵抗率が４×１０-6Ωcm以下であることが望まれる。そのため、この図から６００℃酸化雰囲気中で熱処理しても上記抵抗率以下になる条件を検討した。
【００３７】
図３より、Ａｌ濃度が５０重量％未満の場合には、ＣｕＡｌの膜厚を厚くしても上記抵抗率以下になる領域は存在しなかった。これは、Ａｌ濃度が少ない場合には酸化層が形成されやすく、酸化層が抵抗を増大させるためと考えられる。
【００３８】
またＡｌ濃度が５０重量％以上の場合には、膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば抵抗率が４×１０-6Ωcm以下となる領域が存在した。膜厚が５０ｎｍ未満の場合、Ａｌ濃度が多くても抵抗率が４×１０-6Ωcm以下となる領域が存在しなかった。これは、膜厚が薄い場合、Ｃｕの酸化が抑制されず、酸化層が形成されたためである。
【００３９】
また膜厚が厚くなると酸化は抑制されるが、ＣｕＡｌ層の抵抗が配線抵抗に影響を及ぼし、配線の抵抗が膜厚の増加とともに大きくなるためと考えられる。
【００４０】
以上の検討結果より、本発明の配線部材は、銅配線材料上に少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４１】
上記実施例は、スパッタ法で作製した薄膜について記載したが、薄膜の成膜法に関してはスパッタ法に限定されない。例として、エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法，めっき法などが挙げられる。またこれらの手法の組み合わせでもよい。すなわち、Ｃｕ配線をこれらの手法で形成した後、ＣｕＡｌ膜をスパッタ法で形成するという手段でも良い。
【００４２】
また本実施例では、ガラスとＣｕ配線との間に密着性を高める目的でクロム（Ｃｒ）の薄膜を形成したが、用途によってはこの膜を形成しなくても良い。また密着性を高める目的であれば、クロムのほか、チタン，アルミニウム，モリブデン，タングステンを形成しても同様の効果が得られた。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明で作製したプラズマディスプレイパネルに関する実施例を説明する。本発明をプラズマディスプレイパネルに適用した例を説明する。プラズマディスプレイパネルの断面図の概要を図４に示す。
【００４４】
本発明のプラズマディスプレイパネルでは、前面板１０，背面板１１が１００〜１５０μｍの間隙をもって対向させて配置され、各基板の間隙は隔壁１２で維持されている。前面板１０と背面板１１の周縁部は封着材料１３で気密に封止され、パネル内部に希ガスが充填されている。隔壁１２により区切られた微小空間（セル１４）には蛍光体が充填される。赤色，緑色，青色の蛍光体１５，１６，１７がそれぞれ充填された３色のセルで１画素を構成する。各画素は信号に応じ各色の光を発光する。
【００４５】
前面板１０，背面板１１には、ガラス基板上に規則的に配列した電極が設けられている。前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９が対となり、この間に表示信号に応じて選択的に１００〜２００Ｖの電圧が印加され、電極間の放電により紫外線２０を発生させて蛍光体１５，１６，１７を発光させ、画像情報を表示する。表示電極１８，アドレス電極１９は、これら電極の保護と、放電時の壁電荷の制御等のために、誘電体層２１，２２で被覆される。誘電体層２１，２２には、ガラスの厚膜が使用される。
【００４６】
背面板１１には、セル１４を形成するために、アドレス電極１９の誘電体層２２の上に隔壁１２が設けられる。この隔壁１２はストライプ状あるいはボックス状の構造体である。
【００４７】
表示電極１８，アドレス電極１９としては、現在一般的にはＡｇ厚膜配線が使用されている。前述したごとく、コスト低減とＡｇのマイグレーション対策のためには、Ａｇ厚膜配線からＣｕ厚膜配線への変更が好ましいが、そのためには、酸化雰囲気においてＣｕ厚膜配線の形成，焼成時にＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、酸化雰囲気において誘電体層の形成，焼成時にＣｕと誘電体層とが反応してＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、さらにＣｕ厚膜配線近傍に空隙（気泡）が発生し耐圧が低下しないこと等の条件が挙げられる。表示電極１８及びアドレス電極１９の形成は、スパッタリング法によっても可能であるが、価格低減のためには印刷法が有利である。また、誘電体層２１，２２は、一般的には印刷法で形成される。印刷法で形成される表示電極１８，アドレス電極１９，誘電体層２１，２２は、酸化雰囲気中で４５０〜６２０℃の温度範囲で焼成されることが一般的である。
【００４８】
背面板１１のアドレス電極１９に直交するように、前面板１０の表面に表示電極１８を形成した後に、誘電体層２１を全面に形成する。その誘電体層２１の上には、放電から表示電極１８等を保護するために、保護層２３が形成される。一般的には、その保護層２３には、ＭｇＯの蒸着膜が使用される。一方、背面板１１には、アドレス電極１９を形成した後、セル形成領域に誘電体層２２を形成し、その上に隔壁１２が設けられる。ガラス構造体よりなる隔壁は、少なくともガラス組成物とフィラーを含む構造材料よりなり、その構造材料を焼結した焼成体から構成される。隔壁１２は、隔壁部に溝が切られた揮発性シートを貼り付け、その溝に隔壁用のペーストを流し込み、約６００℃で焼成することによって、シートを揮発させるとともに隔壁１２を形成することができる。また、印刷法にて隔壁用ペーストを全面に塗布し、乾燥後にマスクして、サンドブラストや化学エッチングによって、不要な部分を除去し、５００〜６００℃で焼成することにより隔壁１２を形成することもできる。隔壁１２で区切られたセル１４内には、各色の蛍光体１５，１６，１７のペーストをそれぞれ充填し、４５０〜５００℃で焼成することによって、蛍光体１５，１６，１７をそれぞれ形成する。
【００４９】
通常、別々に作製した前面板１０と背面板１１を対向させ、正確に位置合わせし、周縁部を４２０〜５００℃でガラス封着する。封着材料１３は、ディスペンサー法あるいは印刷法により事前に前面板１０或いは背面板１１のどちらか一方の周縁部に形成される。一般的には、封着材料１３は背面板１１の方に形成される。また、封着材料１３は蛍光体１５，１６，１７の焼成と同時に事前に仮焼成されることもある。この方法を取ることによって、ガラス封着部の気泡を著しく低減でき、気密性の高い、すなわち信頼性の高いガラス封着部が得られる。ガラス封着は、加熱しながらセル１４内部のガスを排気し、希ガスを封入し、パネルが完成する。封着材料１３の仮焼成時やガラス封着時に、封着材料１３が表示電極１８やアドレス電極１９と直接的に接触することがあり、電極を形成する配線材料と封着材料１３が反応して、配線材料の電気抵抗を増加させることは好ましくなく、この反応を防止する必要がある。
【００５０】
完成したパネルを点灯するには、表示電極１８とアドレス電極１９の交差する部位で電圧を印加して、セル１４内の希ガスを放電させ、プラズマ状態とする。そして、セル１４内の希ガスがプラズマ状態から元の状態に戻る際に発生する紫外線２０を利用して、蛍光体１５，１６，１７を発光させて、パネルを点灯させ、画像情報を表示する。各色を点灯させるときには、点灯させたいセル１４の表示電極１８とアドレス電極１９との間でアドレス放電を行い、セル内に壁電荷を蓄積する。次に表示電極対に一定の電圧を印加することで、アドレス放電で壁電荷が蓄積されたセルのみ表示放電が起こり、紫外線２０を発生させることによって、蛍光体を発光させる仕組みで画像情報の表示が行われる。
【００５１】
本実施例では、まずアドレス電極１９に本発明のＣｕ配線上に被覆されたＣｕＡｌ合金配線の有効性を検証した。Ｃｕ配線として、平均粒径が１〜２μｍのＣｕ粉末を８５体積％、平均粒径が１μｍのガラス粉末を１５vol.％からなる配線材料を形成後、さらにその上部に同様に平均粒径が１〜２μｍの５０Ｃｕ−５０Ａｌ粉末を８５体積％、平均粒径が１μｍのガラス粉末を１５vol.％からなる配線材料を形成し、前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９へ適用することによって、図４で示したプラズマディスプレイパネルを試作した。
【００５２】
この配線材料は、上記と同様にバインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを混合し、配線用ペーストとした。これを印刷法にて前面板１０及び背面板１１へ塗布し、大気中５３０℃で３０分焼成することによって表示電極１８とアドレス電極１９を形成した。さらにその上に誘電体層２１，２２のガラスを被覆した。誘電体層２１，２２のガラスも同様に平均粒径が１μｍのガラス粉末に、バインダーと溶剤を加え、ペーストとし、それを印刷法によりほぼ全面に塗布し、大気中６１０℃で３０分焼成した。ガラス粉末としては軟化点が５６０℃前後の無鉛ガラス、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用いた。そして、前面板１０と背面板１１を別々に作製し、外周部をガラス封着することによって、プラズマディスプレイパネルを作製した。本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９は酸化による変色もなく、また表示電極１８と誘電体層２１，アドレス電極１９と誘電体層２２の界面部に空隙の発生もなく、パネルに搭載できることが分かった。
【００５３】
続いて、作製したプラズマディスプレイパネルの点灯試験を行った。表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなることもなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションすることなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。
【００５４】
本発明の配線材料は、プラズマディスプレイパネルに限らず、太陽電池等の配線材料としても適用できる。現状では太陽電池の配線にもＡｇ粉末とガラス粉末からなる配線材料が使用されており、本発明の配線材料に変更することで大きなコスト低減を図ることができた。
【実施例３】
【００５５】
実施例２で作製した図４のプラズマディスプレイパネルで、表示電極１８とアドレス電極１９にスパッタリング法にて配線材料を形成した。図５に示すように配線材料としては金属Ｃｒ膜２４，Ｃｕ配線膜２５、そして５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜２６を順次形成し、三層構造とした。それぞれの膜厚は一層目の金属Ｃｒ膜２４が０.２μｍ、二層目のＣｕ配線膜２５が３.０μｍ、三層目のＣｕＡｌ合金膜２６が０.１μｍとし、実施例２と同様にプラズマディスプレイパネルを作製して評価した。なお、スパッタターゲットには、金属Ｃｒ，金属Ｃｕのバルク材料とＣｕ−Ａｌ合金のバルク材料からなる円板を、各々の層の形成に用いた。
【００５６】
本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分には空隙の発生
もなく、パネルに搭載できることが分かった。続いて、作製したプラズマディスプレイパ
ネルの点灯試験を行った結果、表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなる
こともなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションする
ことなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。
【００５７】
比較例として、確認のため、配線材料の三層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２６を形成しない場合について、表示電極１８とアドレス電極１９へ搭載し、上記同様にパネル試作した。表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分と誘電体層２１，２２との界面部には、空隙が発生する箇所が多々認められ、耐電圧が半減した。
【００５８】
以上のように、最下層をＣｒとし、Ｃｕ−Ａｌ合金で覆われたＣｕ配線による表示電極を用いることにより、最上層のＣｒの有無にかかわらず、誘電体との反応による気泡発生を抑制できる。同様に、最下層を酸化Ｃｒ層としてもＣｕ−Ａｌ合金と背面板の密着性を保つことができる。最下層に、厚みを調整した酸化Ｃｒ層を用い、酸化Ｃｒ層表面反射光とＣｕ−Ａｌ合金面反射光を干渉させる事により、正面から見た表示電極の色調を調整することができ、例えば黒色〜暗色や褐色にする事が可能である。
【００５９】
以上の実施例では、プラズマディスプレイパネルについて述べたが、このような耐酸化性の強い銅配線を用いる電子部品であればどのようなものにも効果がある。一例として、加熱温度が６００℃以上となるプロセスを有する太陽電池パネルや液晶ディスプレイパネル，半導体回路などに適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板
２ 下地層
３ 銅配線
４ ＣｕＡｌ系合金薄膜
５ 酸化層
６ Ｃｕの酸化部
７ Ｃｕ配線へのＡｌ拡散部
１０ 前面板
１１ 背面板
１２ 隔壁
１３ 封着材料
１５，１６，１７ 赤色，緑色，青色の蛍光体
１８ 表示電極
１９ アドレス電極
２０ 紫外線
２１，２２ 誘電体層
２３ 保護層
２４ 金属クロム膜
２５ Ｃｕ配線膜
２６ ＣｕＡｌ合金膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の酸化雰囲気中の焼成に対する高い耐酸化性を有し、かつ低抵抗で低コストな配線部材、その製造方法及びそれを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイや液晶等のフラットパネルディスプレイやＬＳＩに代表される半導体素子，太陽電池パネルなどのいわゆる電子部品の配線材料として、広く銀や銅などの金属配線材料が使用されている。このうち、特にプラズマディスプレイパネルや液晶表示装置，太陽電池などの素子の作製工程中に６００℃〜７００℃程度の高温の熱処理が必要な場合には、このような工程を経ても酸化せず、高い電気導電率を有する銀配線が使用されている。
【０００３】
近年、地球資源の循環的利用が叫ばれる中、このような貴金属材料の使用を抑制する動きが高まっており、また電子部品の低コスト化に対応するためにも資源の豊富な銅等の材料を使用することが検討されている。しかしながら、純度の高い銅は、上記のような高温の熱処理プロセスで酸素が混入すると容易に酸化されて高抵抗となり、配線としての機能が得られ難くなる。そこで、この銅材料に耐酸化性を付与するアルミ，チタン，金，銀，ニッケル，モリブデン等の第二元素を銅中に添加することにより、その耐酸化性を向上させるという技術が報告されている。
【０００４】
また特許文献１，特許文献２，特許文献３に記載のように、ＬＳＩなどの電子回路のような配線として銅を用いる電子部品であり、かつ４００℃程度の加熱処理工程を経る電子部品の場合には、その工程における酸化を抑制するために、アルミニウムを含有する銅薄膜で銅配線を覆う構造が提案されている。
【０００５】
しかしながら、銅中にこれらの元素を添加させると、添加元素の存在箇所が電子の散乱中心となり、電気抵抗が増大するという問題があった。従って、高い耐酸化性と低い抵抗値は相反する特性であり、これらを両立することが困難であった。
【０００６】
さらにアルミニウム等の耐酸化性を有する材料で銅配線を覆っても、加熱温度が６００℃〜７００℃程度の高い加熱工程を経る電子部品に対してはその組成や膜厚が不十分であると加熱時の酸化が抑制できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２９０１５０号公報
【特許文献２】特開平５−１０２１５５号公報
【特許文献３】特開２００７−１８８９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、６００℃〜７００℃の高温であっても高い耐酸化性と低抵抗を両立し、かつ低コストで形成可能な配線部材、その製造方法及びそれを用いた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の配線部材は、基板上に直接または他の層を介して形成される銅配線と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜とを具備する。上記銅配線の膜厚が１μｍ以上５０μｍ以下であり、上記配線部材の電気抵抗率が４×１０-6Ωcm以下である。また上記基板と銅配線の間に、クロム，チタン，アルミニウム，モリブデン，タングステンより選ばれる金属薄膜が形成される。
【００１０】
さらに本発明の配線部材の製造方法は、少なくとも基板上に直接または他の層を介して銅配線を形成する第一の工程と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有する５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜を形成する第二の工程と、配線形成後に酸化雰囲気中６００℃以上７００℃以下の温度で全体を加熱する第三の工程とを含む。上記第一の工程或いは第二の工程の、双方またはいずれかがスパッタリング法，エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法，めっき法である。
【００１１】
また本発明の電子部品は、基板上に直接または他の層を介して形成される銅配線と、その上部に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成される少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜とを具備する配線部材を有し、上記電子部品がプラズマディスプレイパネル，液晶表示装置，太陽電池パネルである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温の酸化雰囲気中の焼成に対しても高い耐酸化性を有し、かつ低抵抗で低コストな配線材料が得られるため、電子部品材料の製造において還元雰囲気や真空雰囲気等の高コストなプロセスを経由することが無くなり、低コスト化に貢献できる。また希少な銀等の貴金属を使用しないため、材料コストの低減が図れ、かつ安定的な材料供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の配線部材の断面の模式図。
【図２】本発明の配線部材の断面の模式図。
【図３】いろいろなＡｌ濃度を有する本発明の配線部材のＣｕＡｌ層膜厚と抵抗率の関係を示す図。
【図４】本発明のプラズマディスプレイパネルの断面の模式図。
【図５】本発明のプラズマディスプレイパネルの断面の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
約３０mm角のガラス基板上にＣｒ等のガラス基板との親和性の高い薄膜を約１０ｎｍで形成した後、Ｃｕ薄膜を３μｍ形成した。さらに５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）薄膜を１２０ｎｍ形成した。いずれの薄膜もＤＣマグネトロンスパッタ法を用いた。その後、フォトレジストを形成して配線幅１００μｍとなるようにマスキングを施したのち、紫外線によりパターン露光し、硝酸液に塗布して化学エッチングを行った。これにより配線幅１００μｍ，配線高さ３μｍ，配線長さ３０mmの試験用の銅配線を形成した。これを６００℃−１時間大気中で加熱して電極を酸化状態とした。
【００１５】
得られた薄膜の概観は加熱前後でほとんど変化しておらず、酸化している様子は観察されなかった。さらに加熱前後の配線抵抗率を４端子法で測定したところ、加熱前の配線抵抗はそれぞれ１.９×１０-6Ωcm，３.７×１０-6Ωcmであり、加熱後の比抵抗は加熱前に比べると若干高い値を示したが、配線の抵抗値としては十分使用可能な抵抗値を示した。
【００１６】
上記は大気中での焼成結果であるが、この配線上にたとえば誘電体ガラスなどの材料を形成した電子部品であっても同等の耐酸化性を得ることができる。
【００１７】
以下、実施例を詳細に述べる。
【実施例１】
【００１８】
図１に、本発明で作製した配線部材の断面構成図を示す。
【００１９】
図１において、１は基板、２は下地層、３は銅配線、４はＣｕＡｌ系合金薄膜である。本実施例では、１の基板として高歪点のアルミノシリケート系ガラス基板を用いた。本実施例では試験的に３０mm角に基板を切断して用いた。その表面に、２の下地層（第一層）としてＣｒ膜を１０ｎｍ形成した。さらにその上部に３の銅薄膜を３μｍ形成した（第二層）。そしてその上部に５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）薄膜を３０〜１２０ｎｍ形成した（第三層）。２〜４の薄膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成した。Ｃｒ，Ｃｕのターゲットには各膜の単層金属ターゲット（１５２.４mmφ）を用いた。ターゲットの純度は９９.９％以上のものを使用した。成膜ガスは純Ａｒガス（９９.９９９９％）を用い、成膜時のガス圧は０.７Ｐａとした。また到達真空圧力は４×１０-5Ｐａ以下とした。また成膜パワーはいずれのターゲットも５００Ｗと一定にした。
【００２０】
成膜後、電極上部にフォトレジスト材を塗布し、１００μｍの線幅を形成可能なマスク材越しに紫外線を照射した。その後、除去液にて配線部上のみ残してレジストを除去し、さらに硝酸水溶液中にサンプルを投下して配線部以外の銅配線部を除去した。これにより配線幅１００μｍ，配線高さ３μｍ，配線長さ３０mmの試験用の銅配線を形成した。本実施例では、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜の膜厚を３０，６０，１２０ｎｍとした。さらに比較例として、最上部の５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を形成せず、Ｃｕ薄膜３のみを形成した電極、及びＣｕ薄膜３の変わりに９８Ｃｒ−２Ａｌ（重量比）を３μｍ形成したのみの電極も作製した。得られた薄膜を大気中４００℃，５００℃，６００℃，７００℃で１時間加熱し、評価に供した。
【００２１】
図２に、加熱後の断面構造の模式図を示す。
【００２２】
図２において、５は酸化層、６はＣｕの酸化部、７はＣｕ配線へのＡｌ拡散部である。６００℃で１時間加熱した試料の走査型電子顕微鏡を用いて断面観察を行ったところ、加熱処理後は、ＣｕＡｌ薄膜４の表面にＡｌ，Ｃｕの酸化層が５ｎｍ〜１０ｎｍ形成されていた。さらにＣｕＡｌ中のＡｌがＣｕ中に拡散し、拡散部７を形成していたこの拡散部のＣｕ電極側面からの厚さは約１００ｎｍであった。この拡散部では、元のＣｕＡｌ薄膜に近いところほどＡｌ濃度が高かった。さらにＣｕ配線３の側面はＣｕＡｌが覆われないため、Ｃｕの酸化層６が約２００ｎｍ形成されていた。
【００２３】
表面の酸化状態を光学顕微鏡で観察して酸化の有無を評価した。さらに四端子法を用いて薄膜の電気抵抗率を評価した。また参考のため真空中（真空度：約１×１０-4Ｐａ）、５００℃で加熱処理した場合についても抵抗値を評価した。
【００２４】
表１に評価結果を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１において、「外観」の欄は加熱等の処理後の外観を観察し、金属光沢の薄膜が得られた場合には○を、酸化によって黒色に変色する部位が観察された場合には×を記した。また抵抗率は得られた配線の抵抗を四探針法で測定し、配線長さと断面積から抵抗率に換算して表記した。
【００２７】
表１の比較例１に示すように、Ｃｕを３μｍ形成した試料では、成膜後に加熱をしない場合には１.９１×１０-6Ωcmと、Ｃｕの理論抵抗率である１.５５×１０-6Ωcmに近い値を示した。また真空中５００℃での加熱では、抵抗率は１.８８×１０-6Ωcmと低い抵抗率が得られた。大気中で４００℃〜７００℃で加熱すると表面が黒く酸化され、抵抗率は１０4〜１０5オーダとなり、配線材料としては使用できないことが分かった。
【００２８】
比較例２に示した９８Ｃｕ−２Ａｌを用いた場合は、成膜後、加熱工程を経ない場合の抵抗率は７.２２×１０-6Ωcmと、純Ｃｕに比べて抵抗率が上昇していた。また４００℃における抵抗率は１.２６×１０-5Ωcmと加熱前に比べると高い値を示したものの、純Ｃｕに比べて大きく抵抗率が低下していた。５００℃以上の焼成では酸化が進行し、抵抗配線材料として好ましくなかった。
【００２９】
一方、実施例１〜３に記載した、Ｃｕ上に５０Ｃｕ−５０Ａｌ（重量比）を形成した試料では、成膜後、加熱していない試料の抵抗率は、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜の膜厚によらず約１.９×１０-6Ωcmであり、Ｃｕのみの抵抗値とほぼ同程度であった。いずれの試料も４００℃，５００℃の大気中加熱後も外観は金属光沢であり、抵抗率も４×１０-6Ωcm以下と配線材料として十分低い抵抗率が得られた。
【００３０】
大気中で６００℃及び７００℃で焼成した場合、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を３０ｎｍ，６０ｎｍ形成した試料（実施例１，２）では外観上も酸化物の形成を示す黒色の斑点が試料表面に生じ始め、このときの抵抗率は１０3オーダと高い値になった。一方、５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を１２０ｎｍ形成した試料では、６００℃，７００℃で大気中焼成しても外観上は金属光沢であり、抵抗率も３.７７×１０-6Ωcm，３.７５×１０-6Ωcmと小さい値を示した。これは５００℃真空中で焼成したときよりも低い抵抗率であった。
【００３１】
以上より、純Ｃｕ配線材料に５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜を１２０ｎｍ程度形成することにより、極めて高い耐酸化性を付与できることが明らかになった。
【００３２】
次に、形成するＣｕＡｌ薄膜の組成と膜厚の関係を調べるため、種々のＡｌ組成の合金をいろいろな膜厚で形成した場合の６００℃で大気中焼成処理に対する抵抗率の変化を調べた。結果を表２に示す。薄膜の評価方法は表１に示す方法と同じとした。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２に示す比較例３の２重量％Ａｌを含有した薄膜を形成した場合では、６００℃の焼成により外観上も黒色に酸化しており、抵抗値も１０3以上と高く、配線材料として適切ではなかった。比較例４〜６の５〜３０重量％Ａｌを含有した薄膜を形成した場合では、膜厚が薄い場合には外観上も黒色に酸化しており、抵抗も高く不適切であった。また膜厚が厚い場合には薄膜の外観が金属光沢を維持しているものの、抵抗値が４×１０-6Ωcmを超えているため、配線材料として好ましくなかった。
【００３５】
一方、実施例４に示す５０重量％のＡｌを含有する薄膜を７０ｎｍ以上形成した場合には、外観上も金属光沢を維持しており、かつ抵抗率も４×１０-6Ωcm以下となり、配線材料として好適であった。さらに実施例５，６に示す７０〜１００重量％のＡｌを含有する薄膜を形成した場合には、膜厚が５０ｎｍ以上とすると４×１０-6Ωcm以下の抵抗率が得られ、好適であった。
【００３６】
表２に示した抵抗率と膜厚の関係を図３に示す。図３では、６００℃で１時間熱処理した場合について示す。太陽電池やプラズマディスプレイパネルの高効率化のためには、配線材料の抵抗率が４×１０-6Ωcm以下であることが望まれる。そのため、この図から６００℃酸化雰囲気中で熱処理しても上記抵抗率以下になる条件を検討した。
【００３７】
図３より、Ａｌ濃度が５０重量％未満の場合には、ＣｕＡｌの膜厚を厚くしても上記抵抗率以下になる領域は存在しなかった。これは、Ａｌ濃度が少ない場合には酸化層が形成されやすく、酸化層が抵抗を増大させるためと考えられる。
【００３８】
またＡｌ濃度が５０重量％以上の場合には、膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば抵抗率が４×１０-6Ωcm以下となる領域が存在した。膜厚が５０ｎｍ未満の場合、Ａｌ濃度が多くても抵抗率が４×１０-6Ωcm以下となる領域が存在しなかった。これは、膜厚が薄い場合、Ｃｕの酸化が抑制されず、酸化層が形成されたためである。
【００３９】
また膜厚が厚くなると酸化は抑制されるが、ＣｕＡｌ層の抵抗が配線抵抗に影響を及ぼし、配線の抵抗が膜厚の増加とともに大きくなるためと考えられる。
【００４０】
以上の検討結果より、本発明の配線部材は、銅配線材料上に少なくとも５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４１】
上記実施例は、スパッタ法で作製した薄膜について記載したが、薄膜の成膜法に関してはスパッタ法に限定されない。例として、エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法，めっき法などが挙げられる。またこれらの手法の組み合わせでもよい。すなわち、Ｃｕ配線をこれらの手法で形成した後、ＣｕＡｌ膜をスパッタ法で形成するという手段でも良い。
【００４２】
また本実施例では、ガラスとＣｕ配線との間に密着性を高める目的でクロム（Ｃｒ）の薄膜を形成したが、用途によってはこの膜を形成しなくても良い。また密着性を高める目的であれば、クロムのほか、チタン，アルミニウム，モリブデン，タングステンを形成しても同様の効果が得られた。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明で作製したプラズマディスプレイパネルに関する実施例を説明する。本発明をプラズマディスプレイパネルに適用した例を説明する。プラズマディスプレイパネルの断面図の概要を図４に示す。
【００４４】
本発明のプラズマディスプレイパネルでは、前面板１０，背面板１１が１００〜１５０μｍの間隙をもって対向させて配置され、各基板の間隙は隔壁１２で維持されている。前面板１０と背面板１１の周縁部は封着材料１３で気密に封止され、パネル内部に希ガスが充填されている。隔壁１２により区切られた微小空間（セル１４）には蛍光体が充填される。赤色，緑色，青色の蛍光体１５，１６，１７がそれぞれ充填された３色のセルで１画素を構成する。各画素は信号に応じ各色の光を発光する。
【００４５】
前面板１０，背面板１１には、ガラス基板上に規則的に配列した電極が設けられている。前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９が対となり、この間に表示信号に応じて選択的に１００〜２００Ｖの電圧が印加され、電極間の放電により紫外線２０を発生させて蛍光体１５，１６，１７を発光させ、画像情報を表示する。表示電極１８，アドレス電極１９は、これら電極の保護と、放電時の壁電荷の制御等のために、誘電体層２１，２２で被覆される。誘電体層２１，２２には、ガラスの厚膜が使用される。
【００４６】
背面板１１には、セル１４を形成するために、アドレス電極１９の誘電体層２２の上に隔壁１２が設けられる。この隔壁１２はストライプ状あるいはボックス状の構造体である。
【００４７】
表示電極１８，アドレス電極１９としては、現在一般的にはＡｇ厚膜配線が使用されている。前述したごとく、コスト低減とＡｇのマイグレーション対策のためには、Ａｇ厚膜配線からＣｕ厚膜配線への変更が好ましいが、そのためには、酸化雰囲気においてＣｕ厚膜配線の形成，焼成時にＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、酸化雰囲気において誘電体層の形成，焼成時にＣｕと誘電体層とが反応してＣｕが酸化され電気抵抗が低下しないこと、さらにＣｕ厚膜配線近傍に空隙（気泡）が発生し耐圧が低下しないこと等の条件が挙げられる。表示電極１８及びアドレス電極１９の形成は、スパッタリング法によっても可能であるが、価格低減のためには印刷法が有利である。また、誘電体層２１，２２は、一般的には印刷法で形成される。印刷法で形成される表示電極１８，アドレス電極１９，誘電体層２１，２２は、酸化雰囲気中で４５０〜６２０℃の温度範囲で焼成されることが一般的である。
【００４８】
背面板１１のアドレス電極１９に直交するように、前面板１０の表面に表示電極１８を形成した後に、誘電体層２１を全面に形成する。その誘電体層２１の上には、放電から表示電極１８等を保護するために、保護層２３が形成される。一般的には、その保護層２３には、ＭｇＯの蒸着膜が使用される。一方、背面板１１には、アドレス電極１９を形成した後、セル形成領域に誘電体層２２を形成し、その上に隔壁１２が設けられる。ガラス構造体よりなる隔壁は、少なくともガラス組成物とフィラーを含む構造材料よりなり、その構造材料を焼結した焼成体から構成される。隔壁１２は、隔壁部に溝が切られた揮発性シートを貼り付け、その溝に隔壁用のペーストを流し込み、約６００℃で焼成することによって、シートを揮発させるとともに隔壁１２を形成することができる。また、印刷法にて隔壁用ペーストを全面に塗布し、乾燥後にマスクして、サンドブラストや化学エッチングによって、不要な部分を除去し、５００〜６００℃で焼成することにより隔壁１２を形成することもできる。隔壁１２で区切られたセル１４内には、各色の蛍光体１５，１６，１７のペーストをそれぞれ充填し、４５０〜５００℃で焼成することによって、蛍光体１５，１６，１７をそれぞれ形成する。
【００４９】
通常、別々に作製した前面板１０と背面板１１を対向させ、正確に位置合わせし、周縁部を４２０〜５００℃でガラス封着する。封着材料１３は、ディスペンサー法あるいは印刷法により事前に前面板１０或いは背面板１１のどちらか一方の周縁部に形成される。一般的には、封着材料１３は背面板１１の方に形成される。また、封着材料１３は蛍光体１５，１６，１７の焼成と同時に事前に仮焼成されることもある。この方法を取ることによって、ガラス封着部の気泡を著しく低減でき、気密性の高い、すなわち信頼性の高いガラス封着部が得られる。ガラス封着は、加熱しながらセル１４内部のガスを排気し、希ガスを封入し、パネルが完成する。封着材料１３の仮焼成時やガラス封着時に、封着材料１３が表示電極１８やアドレス電極１９と直接的に接触することがあり、電極を形成する配線材料と封着材料１３が反応して、配線材料の電気抵抗を増加させることは好ましくなく、この反応を防止する必要がある。
【００５０】
完成したパネルを点灯するには、表示電極１８とアドレス電極１９の交差する部位で電圧を印加して、セル１４内の希ガスを放電させ、プラズマ状態とする。そして、セル１４内の希ガスがプラズマ状態から元の状態に戻る際に発生する紫外線２０を利用して、蛍光体１５，１６，１７を発光させて、パネルを点灯させ、画像情報を表示する。各色を点灯させるときには、点灯させたいセル１４の表示電極１８とアドレス電極１９との間でアドレス放電を行い、セル内に壁電荷を蓄積する。次に表示電極対に一定の電圧を印加することで、アドレス放電で壁電荷が蓄積されたセルのみ表示放電が起こり、紫外線２０を発生させることによって、蛍光体を発光させる仕組みで画像情報の表示が行われる。
【００５１】
本実施例では、まずアドレス電極１９に本発明のＣｕ配線上に被覆されたＣｕＡｌ合金配線の有効性を検証した。Ｃｕ配線として、平均粒径が１〜２μｍのＣｕ粉末を８５体積％、平均粒径が１μｍのガラス粉末を１５vol.％からなる配線材料を形成後、さらにその上部に同様に平均粒径が１〜２μｍの５０Ｃｕ−５０Ａｌ粉末を８５体積％、平均粒径が１μｍのガラス粉末を１５vol.％からなる配線材料を形成し、前面板１０の表示電極１８と背面板１１のアドレス電極１９へ適用することによって、図４で示したプラズマディスプレイパネルを試作した。
【００５２】
この配線材料は、上記と同様にバインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを混合し、配線用ペーストとした。これを印刷法にて前面板１０及び背面板１１へ塗布し、大気中５３０℃で３０分焼成することによって表示電極１８とアドレス電極１９を形成した。さらにその上に誘電体層２１，２２のガラスを被覆した。誘電体層２１，２２のガラスも同様に平均粒径が１μｍのガラス粉末に、バインダーと溶剤を加え、ペーストとし、それを印刷法によりほぼ全面に塗布し、大気中６１０℃で３０分焼成した。ガラス粉末としては軟化点が５６０℃前後の無鉛ガラス、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用いた。そして、前面板１０と背面板１１を別々に作製し、外周部をガラス封着することによって、プラズマディスプレイパネルを作製した。本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９は酸化による変色もなく、また表示電極１８と誘電体層２１，アドレス電極１９と誘電体層２２の界面部に空隙の発生もなく、パネルに搭載できることが分かった。
【００５３】
続いて、作製したプラズマディスプレイパネルの点灯試験を行った。表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなることもなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションすることなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。
【００５４】
本発明の配線材料は、プラズマディスプレイパネルに限らず、太陽電池等の配線材料としても適用できる。現状では太陽電池の配線にもＡｇ粉末とガラス粉末からなる配線材料が使用されており、本発明の配線材料に変更することで大きなコスト低減を図ることができた。
【実施例３】
【００５５】
実施例２で作製した図４のプラズマディスプレイパネルで、表示電極１８とアドレス電極１９にスパッタリング法にて配線材料を形成した。図５に示すように配線材料としては金属Ｃｒ膜２４，Ｃｕ配線膜２５、そして５０Ｃｕ−５０Ａｌ薄膜２６を順次形成し、三層構造とした。それぞれの膜厚は一層目の金属Ｃｒ膜２４が０.２μｍ、二層目のＣｕ配線膜２５が３.０μｍ、三層目のＣｕＡｌ合金膜２６が０.１μｍとし、実施例２と同様にプラズマディスプレイパネルを作製して評価した。なお、スパッタターゲットには、金属Ｃｒ，金属Ｃｕのバルク材料とＣｕ−Ａｌ合金のバルク材料からなる円板を、各々の層の形成に用いた。
【００５６】
本発明の配線材料を用いた表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分には空隙の発生
もなく、パネルに搭載できることが分かった。続いて、作製したプラズマディスプレイパ
ネルの点灯試験を行った結果、表示電極１８，アドレス電極１９の電気抵抗が大きくなる
こともなく、また耐圧が低下することもなく、さらにＡｇのようにマイグレーションする
ことなく、パネル点灯できた。その他においても支障がある点は認められなかった。
【００５７】
比較例として、確認のため、配線材料の三層目のＣｕ−Ａｌ合金膜２６を形成しない場合について、表示電極１８とアドレス電極１９へ搭載し、上記同様にパネル試作した。表示電極１８，アドレス電極１９の側面部分と誘電体層２１，２２との界面部には、空隙が発生する箇所が多々認められ、耐電圧が半減した。
【００５８】
以上のように、最下層をＣｒとし、Ｃｕ−Ａｌ合金で覆われたＣｕ配線による表示電極を用いることにより、最上層のＣｒの有無にかかわらず、誘電体との反応による気泡発生を抑制できる。同様に、最下層を酸化Ｃｒ層としてもＣｕ−Ａｌ合金と背面板の密着性を保つことができる。最下層に、厚みを調整した酸化Ｃｒ層を用い、酸化Ｃｒ層表面反射光とＣｕ−Ａｌ合金面反射光を干渉させる事により、正面から見た表示電極の色調を調整することができ、例えば黒色〜暗色や褐色にする事が可能である。
【００５９】
以上の実施例では、プラズマディスプレイパネルについて述べたが、このような耐酸化性の強い銅配線を用いる電子部品であればどのようなものにも効果がある。一例として、加熱温度が６００℃以上となるプロセスを有する太陽電池パネルや液晶ディスプレイパネル，半導体回路などに適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板
２ 下地層
３ 銅配線
４ ＣｕＡｌ系合金薄膜
５ 酸化層
６ Ｃｕの酸化部
７ Ｃｕ配線へのＡｌ拡散部
１０ 前面板
１１ 背面板
１２ 隔壁
１３ 封着材料
１５，１６，１７ 赤色，緑色，青色の蛍光体
１８ 表示電極
１９ アドレス電極
２０ 紫外線
２１，２２ 誘電体層
２３ 保護層
２４ 金属クロム膜
２５ Ｃｕ配線膜
２６ ＣｕＡｌ合金膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される銅配線と、
前記銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成され、５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、
を具備することを特徴とする配線部材。
【請求項２】
前記銅配線の膜厚が、１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の配線部材。
【請求項３】
前記配線部材の電気抵抗率が、４×１０-6Ωcm以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線部材。
【請求項４】
前記基板と銅配線との間には、下地層が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線部材。
【請求項５】
前記下地層は、クロム，チタン，アルミニウム，モリブデン及びタングステンより選ばれる少なくとも１種の金属薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の配線部材。
【請求項６】
基板上に銅配線を形成する第一の工程と、
前記銅配線上に、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有する５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜を形成する第二の工程と、
配線形成後に酸化雰囲気中で６００℃以上７００℃以下の温度で全体を加熱する第三の工程と
を含むことを特徴とする配線部材の製造方法。
【請求項７】
前記第一の工程及び／または第二の工程において、スパッタリング法，エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法及びめっき法から選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項６に記載の配線部材の製造方法。
【請求項８】
基板上に形成される銅配線と、前記銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成され、５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、を具備する配線部材を有することを特徴とする電子部品。
【請求項９】
前記電子部品が、プラズマディスプレイパネル，液晶表示装置，太陽電池パネルであることを特徴とする請求項８に記載の電子部品。
【請求項１】
基板上に形成される銅配線と、
前記銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成され、５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、
を具備することを特徴とする配線部材。
【請求項２】
前記銅配線の膜厚が、１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の配線部材。
【請求項３】
前記配線部材の電気抵抗率が、４×１０-6Ωcm以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線部材。
【請求項４】
前記基板と銅配線との間には、下地層が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線部材。
【請求項５】
前記下地層は、クロム，チタン，アルミニウム，モリブデン及びタングステンより選ばれる少なくとも１種の金属薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の配線部材。
【請求項６】
基板上に銅配線を形成する第一の工程と、
前記銅配線上に、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有する５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜を形成する第二の工程と、
配線形成後に酸化雰囲気中で６００℃以上７００℃以下の温度で全体を加熱する第三の工程と
を含むことを特徴とする配線部材の製造方法。
【請求項７】
前記第一の工程及び／または第二の工程において、スパッタリング法，エアロゾルデポジション法，スクリーン印刷法及びめっき法から選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項６に記載の配線部材の製造方法。
【請求項８】
基板上に形成される銅配線と、前記銅配線上に５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成され、５０重量％以上のアルミニウムを含有する銅合金薄膜と、を具備する配線部材を有することを特徴とする電子部品。
【請求項９】
前記電子部品が、プラズマディスプレイパネル，液晶表示装置，太陽電池パネルであることを特徴とする請求項８に記載の電子部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８３０９６（Ｐ２０１０−２８３０９６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４６１０（Ｐ２００９−１３４６１０）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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