電子部品用積層配線膜
【課題】 Ｍｏの持つＳｉバリヤ性、ＩＴＯコンタクト性という利点を維持しながら、耐酸化性を改善し、尚且つＣｕとの積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても低い電気低抵値を維持できる、電子部品用積層配線膜を提供する。
【解決手段】 基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金である電子部品用積層配線膜。
【解決手段】 基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金である電子部品用積層配線膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤという）、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰという）、電子ペーパー等に利用される電気泳動型ディスプレイ等の平面表示装置（フラットパネルディスプレイ、以下、ＦＰＤという）に加え、各種半導体デバイス、薄膜センサー、磁気ヘッド等の薄膜電子部品等に用いられる電子部品用積層配線膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作製するＬＣＤ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ等のＦＰＤは、大画面化、高精細化、動画ぼけ解消のための高速駆動化が要求される。ＦＰＤの駆動素子として用いられている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の主導電層に対しては、上記の高速駆動化のためには低抵抗化が必要であり、主導電層の材料をＡｌからより低抵抗なＣｕに変更する検討が行われている。
また、ＦＰＤに操作性を加えるタッチパネルや樹脂基板を用いたフレキシブルなＦＰＤ等、新たな製品も開発が進んでおり、これらにおいても低抵抗化のためにＣｕを主導電層に用いる検討が進んでいる。
【０００３】
現在、ＴＦＴには、Ｓｉ半導体膜が主として用いられている。このようなＴＦＴにＣｕを主導電層として用いる場合、ＣｕはＳｉと直接触れると、ＴＦＴ製造中の加熱工程において、ＴＦＴを構成するＳｉ半導体膜中にＣｕ原子が熱拡散してしまうため、ＴＦＴの特性を劣化させる場合がある。この現象を防止するため、Ｃｕからなる主導電層とＳｉ半導体膜の間に、耐熱性に優れたＭｏやＭｏ合金からなるバリヤ膜を設けた積層配線膜が用いられている。
また、ＴＦＴからつながる画素電極や携帯型端末やタブレットＰＣ等に用いられているタッチパネルの位置検出電極には、一般的に透明導電膜であるＩＴＯ（インジュウム−スズ酸化物）が用いられている。Ｃｕは、ＩＴＯとのコンタクト性は得られるが、基板との密着性が低い。そのため密着性を確保することができるＣｕをＭｏやＭｏ合金で被覆した積層配線膜が有効である。
【０００４】
本出願人は、ガラス等との密着性の低いＣｕを主成分とする膜とＭｏを主体としてＶおよび／またはＮｂを含有するＭｏ合金とを積層した積層配線膜を採用することで、ＣｕやＡｇの持つ低い電気抵抗値を生かしつつ、配線膜の耐食性、耐熱性、密着性を改善できることを提案している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１で提案されるＭｏを主体としてＶおよび／またはＮｂを含有するＭｏ合金は、純Ｍｏより耐食性、耐熱性、密着性に優れるため、ガラス基板上に形成するＦＰＤ用途では広く使用されている。
しかし、電子部品の製造において、基板上に積層配線膜を形成した後、次工程に基板を移動する際や、タッチパネル用途で端子部等に信号ケ−ブルを取り付ける際の加熱工程では、大気中に長時間暴露されることがある。本発明者の検討によると、上述した積層配線膜を大気中で加熱した際には、耐酸化性が十分でなく、積層配線膜が変色してしまうといった耐酸化性の低下という問題が発生する場合がある。この耐酸化性の低下の問題は、電気的コンタクト性を劣化させ、電子部品の信頼性低下に繋がる。
また、高速駆動のためにＴＦＴ製造工程中の加熱温度は上昇する傾向にあり、より高い温度での加熱工程を経ると、積層配線膜に含まれる合金元素がＣｕに拡散して電気抵抗値が増加する可能性がある。加熱工程を経た後にも低い電気抵抗を維持するには、合金元素の好ましくない拡散を防ぐ必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、Ｍｏの持つＳｉバリヤ性、ＩＴＯコンタクト性等の利点を維持しながら、耐酸化性を改善し、尚且つＣｕとの積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても低い電気抵抗値を維持できる、電子部品用積層配線膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題に鑑み種々検討した結果、Ｍｏに特定量のＮｉを加えたＭｏ−Ｎｉ合金で被覆層を形成することで、大気中における耐酸化性を改善し、さらにＣｕからなる主導電層との積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても低い電気抵抗値を維持できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部が不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金である電子部品用積層配線膜の発明である。
本発明において、前記組成式のＸは、２０〜５０の範囲であることが好ましい。
また、本発明において、前記被覆層の厚さは、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明において、前記主導電層の厚さは、１００〜５００ｎｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子部品用積層配線膜は、Ｍｏの優れた特性を維持しながら耐酸化性を向上させることができる。これにより、タッチパネルや樹脂基板上に形成するフレキシブルＦＰＤ等を含む種々の電子部品の安定製造や信頼性向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電子部品用積層配線膜の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の電子部品用積層配線膜の一例を示す断面模式図を図１に示す。図１に示すように、本発明の電子部品用積層配線膜は、Ｃｕを主成分とする主導電層３の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層２、４からなり、例えば基板１上に形成される。図１では主導電層３の両面に被覆層２、４を形成しているが、電子部品の形態によっては主導電層３の任意の一方の面のみを覆ってもよく、被覆層の配置は適宜選択できる。
【００１３】
本発明の重要な特徴は、図１に示す電子部品用積層配線膜の被覆層において、ＭｏにＮｉを特定量添加することで耐酸化性を向上させ、Ｃｕとの積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても、積層配線膜としての低い電気抵抗値を維持できる点にある。以下に本発明の電子部品用積層配線膜を詳しく述べる。
【００１４】
純Ｍｏの膜を大気中で加熱すると、表面が酸化してしまい、電気的コンタクト性が劣化してしまう。本発明の電子部品用積層配線膜の被覆層は、Ｍｏに特定量のＮｉを添加することで、耐酸化性を向上させる効果を有する。その効果は、Ｎｉの添加量が１０原子％から現れ、２０原子％以上添加すると、大気中における高温加熱を経ても電気抵抗値の増加を抑制することができる。
一方、Ｎｉは、ＭｏよりＣｕ対して熱拡散し易い元素であり、Ｎｉの添加量が７０％を越えると、ＦＰＤ等の電子部品を製造する際の加熱工程において、被覆層に含まれるＮｉが主導電層のＣｕに拡散して低い電気抵抗値を維持しづらくなる。このため、被覆層は、Ｍｏに添加するＮｉ量を１０〜７０原子％とする。
【００１５】
また、大気中での酸化をより抑制するためには、Ｍｏに添加するＮｉ量を２０原子％以上にすることが好ましい。主導電層のＣｕを、被覆層を形成しない状態で、大気中で２００℃以上の加熱を行うと、容易に酸化して変色してしまい、電気的コンタクト性が劣化する場合がある。本発明では、主導電層のＣｕの表面をＭｏ−Ｎｉ合金でなる被覆層で覆い、酸素の侵入を遮断してＣｕの酸化を抑制するために、被覆層のＮｉ添加量を十分な効果が得られる２０原子％以上にすることが好ましい。
また、高温域でのＮｉ原子の熱拡散による主導電層のＣｕの電気抵抗値の増加を抑制するためには、Ｎｉを５０原子％以下にすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の電子部品用積層配線膜において、主導電層のＣｕの膜厚は、主導電層の膜厚が１００ｎｍより薄いと、薄膜特有の電子の表面粒界や粒界散乱の影響で電気抵抗値が増加しやすくなる。一方、主導電層の膜厚が５００ｎｍより厚くなりすぎると、膜を形成するために時間が掛かったり、膜応力により基板に反りが発生しやすくなったりする。このため、本発明の主導電層の膜厚は、１００〜５００ｎｍが好ましい。
【００１７】
また、本発明の電子部品用積層配線膜において、被覆層であるＭｏ−Ｎｉ合金の膜厚は、膜厚が１０ｎｍより薄いと、Ｍｏ−Ｎｉ合金膜の連続性が低くなり、耐酸化性が十分でなくなる場合がある。一方、被覆層の膜厚が２００ｎｍより厚くなりすぎると、膜を形成するために時間が掛かったり、Ｍｏ−Ｎｉ合金膜の電気抵抗値が高いために、主導電層であるＣｕと積層した際に、電気抵抗値が増加し、積層配線膜として低い電気抵抗値を得にくくなったりする。このため、本発明の被覆層は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の被覆層は、Ｃｕの上層膜として酸素遮断の十分な効果を得る必要があり、３０ｎｍ以上の膜厚であることがより好ましい。一方、被覆層の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、膜応力により基板に反りが発生しやすくなる。このため、本発明の被覆層の膜厚は、３０〜１００ｎｍにすることがより好ましい。
【００１８】
また、本発明の電子部品用積層配線膜を形成するには、ターゲットを用いたスパッタリング法が適している。スパッタリング法としては、被覆層の組成と同一組成のＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材を使用して成膜する方法や、ＭｏとＮｉそれぞれのターゲット材を使用して同時にスパッタするコスパッタ成膜法等が適用できる。スパッタリングの条件設定の簡易さや、所望組成の配線薄膜を得やすいという点からは、被覆層の組成と同一組成のＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材を使用してスパッタリング成膜することが最も好ましい。また、主導電層の形成も同様に、Ｃｕターゲット材を使用してスパッタリング成膜することが好ましい。
【００１９】
本発明の被覆層を形成するＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材において、耐酸化性を確保するために必須元素であるＮｉと残部のＭｏ以外は、できるだけ不可避的不純物の含有量は少ないことが好ましい。不可避的不純物としては、本発明の作用を損なわない範囲で、酸素、窒素、炭素、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ等の不可避的不純物を含んでもよい。例えば、ガス成分の酸素、窒素は各々１０００質量ｐｐｍ以下、炭素、Ｆｅ、Ｃｕは各々２００質量ｐｐｍ以下、Ａｌ、Ｓｉは各々１００質量ｐｐｍ以下が好ましく、ガス成分を除いた純度としては、９９．９質量％以上であることが好ましい。
【実施例１】
【００２０】
先ず、被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットを作製した。
Ｍｏ−１５原子％Ｎｉおよび３０原子％Ｎｉ組成のターゲット材は粉末冶金法により作製した。平均粒径が６μｍのＭｏ粉末と平均粒径が１００μｍのＮｉ粉末をＭｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉとなるように混合し、軟鋼製の缶に充填した後、加熱しながら真空排気して封止した。次に、封止した缶を熱間静水圧プレス装置に入れて、１１００℃、１００ＭＰａ、３時間の条件で焼結させた後に、機械加工により直径φ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＭｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉ合金ターゲット材を得た。また、上記と同様な方法で純Ｍｏターゲット材を得た。
Ｍｏ−８０原子％Ｎｉ組成のタ−ゲット材については溶解法により作製した。電解Ｎｉと塊状のＭｏ原料を所定量に秤量した後、真空誘導加熱炉にて溶解してインゴットを作製し、塑性加工により板状に伸ばした後、機械加工によりＭｏ−８０原子％Ｎｉ合金タ−ゲット材を作製した。
【００２１】
上記で得た各ターゲット材をＣｕ製のバッキングプレートにろう付けしてスパッタリング装置に取り付けた。尚、スパッタリング装置は、キヤノンアネルバ株式会社製のＳＰＦ−４４０Ｈを用いた。
２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上に、表１に示す被覆層を厚さ３０ｎｍで形成した。被覆層の形成には、上記で得た純Ｍｏ、Ｍｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉは、被覆層と同一組成のターゲットを用いてスパッタ成膜した。それ以外の被覆層については、純ＭｏとＭｏ−８０原子％Ｎｉのターゲットを同時にスパッタするコスパッタ成膜法を用いて、その際の電力を各々変化させて、表１に示すＭｏ−Ｎｉ合金被覆層を形成した。
作製した被覆層は、それぞれ株式会社島津製作所製ＩＣＰＶ−１０１７のＩＣＰ（誘電プラズマ発光分析装置）により分析し、各被覆層の成分を確認した。
次に、上記で得たガラス基板上に形成した被覆層上に厚さ３００ｎｍのＣｕでなる主導電層をスパッタリング法で形成し、次いで主導電層上に表１に示す被覆層を上記で説明したコスパッタ成膜法により形成し、積層配線膜を得た。また、比較のためにＭｏ−１０原子％Ｎｂ合金膜も作製した。
【００２２】
表１に示す積層配線膜をガラス基板上に形成した各試料の酸化度合を、大気中にて２５０℃、３５０℃で１時間加熱した後の反射率で評価した。反射率は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計ＣＭ−２５００ｄを用いて可視光域の特性を、上被覆層側から測定した。
また、各試料の電気抵抗値の変化についても評価した。電気抵抗値は、株式会社ダイヤインスツルメンツ製の４端子薄膜抵抗率測定器ＭＣＰ−Ｔ４００を用いて測定した。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１に示すように、ＣｕをＭｏ系合金で被覆した積層配線膜を大気中で加熱すると電気抵抗値は、２５０℃までは成膜時とほぼ同じ電気抵抗値である。しかし、３５０℃まで加熱すると、比較例のＭｏ被覆層、Ｍｏ−１０原子％Ｎｂ被覆層を用いた積層配線膜は、反射率が大幅に低下するとともに、電気抵抗値が大幅に増加することがわかる。これは、被覆層表面が酸化し、透過した酸素が主導電層のＣｕまで達して主導電層も酸化しているためと考えられる。
また、被覆層のＮｉ添加量が本発明の範囲から外れる１０原子％未満であると、３５０℃の温度で加熱した際の電気抵抗値が大幅に増加することを確認した。
これに対して、本発明例のＭｏに特定量のＮｉを添加した被覆層を用いた積層配線膜は、３５０℃まで加熱しても反射率の低下および電気抵抗値の増加が抑制され、耐酸化性が向上していることがわかる。本発明の中でも好ましい範囲の２０〜５０原子％のＮｉを添加すると、反射率の低下と電気抵抗値の増加がより抑えられ、電子部品に好適な積層配線膜であることが確認できた。
【実施例２】
【００２５】
実施例１と同様に、表２に示す構成の被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金膜を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上にスパッタリング法で形成し、次いで、その被覆層上に厚さ２００ｎｍのＣｕでなる主導電層をスパッタリング法で形成し、電子部品用積層配線膜を作製した。
表２に示す各試料を、０．１Ｐａ以下の真空中にて、３５０℃、４５０℃で１時間加熱した後の主導電層側からの反射率および電気抵抗値の変化を評価した。真空加熱は、酸化による特性変化を考慮することなく、元素の拡散による特性変化を確認することができるものでもある。反射率、電気抵抗値とも実施例１同様の測定装置を用いた。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
表２に示すように、本発明の範囲内でＮｉを添加したＭｏ−Ｎｉ合金でなる被覆層上にＣｕでなる主導電層を形成した積層配線膜は、０．１Ｐａ以下の真空中では反射率の低下および電気抵抗値の増加も少ないことがわかる。本発明の中でも好ましい範囲の２０〜５０原子％のＮｉを添加すると、反射率の低下および電気抵抗値の増加がより抑えられ、電子部品に好適な積層配線膜であることが確認できた。
また、酸化の進行が抑制できるとされる真空雰囲気で加熱しても、被覆層のＮｉ添加量が６５％を越えると、４５０℃では反射率が低下し、電気抵抗値も増加していることがわかる。これは、被覆層のＭｏ−Ｎｉ合金中のＮｉが主導電層のＣｕ中に部分的に拡散し、Ｃｕ膜表面の凹凸が増加し金属光沢が失われるとともに変色しているためと推察される。但し、上記で設定した４５０℃の加熱条件は、特別な条件であり、一般の電子部品では約３５０℃までの加熱が行われていることから、Ｎｉを７０原子％添加した本発明例の試料Ｎｏ．８の示す電気抵抗値であれば、電子部品用積層配線膜として用いることができる。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様の方法で被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金またはＭｏと主導電層となるＣｕとの積層膜を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上にスパッタリング法で形成し、電子部品用配線膜を作製した。主導電層であるＣｕ膜の厚さは３００ｎｍとし、その上部の被覆層の厚さを変化させて、表３に示す構成の各試料を作製した。実施例１と同様に、各試料を大気中にて、１５０、２５０、３５０℃で１時間の加熱処理を行い、電気抵抗値、上被覆層側からの反射率の変化を測定した。その結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】
表３に示すように、比較例となる被覆層がないＣｕ膜の試料Ｎｏ．１や被覆層をＭｏとした試料Ｎｏ．２〜試料Ｎｏ．３で被覆層の膜厚を変更した積層配線膜を大気中で加熱した場合は、１５０℃から変色して反射率は低下し、電気抵抗値が増加し２５０℃以上でさらに大きく電気抵抗値が増加することが確認された。また、Ｍｏで被覆した場合は、Ｍｏの膜厚が１０ｎｍでは１５０℃から反射率が低下し、２５０℃で電気抵抗値が大きく増加することが確認された。また、Ｍｏの膜厚が３０ｎｍ、５０ｎｍと厚くなると、反射率の低下と電気抵抗値の増加は抑制される。しかし、被覆層を５０ｎｍ形成しても３５０℃の高温での反射率の低下、電気抵抗値の増加を抑制できないことが確認された。
それに対して、本発明のＭｏ−Ｎｉ合金を被覆層とした積層配線膜は、膜厚１０ｎｍから反射率の低下、電気抵抗値の増加を抑制する高い効果が現れており、膜厚２０ｎｍ以上で３５０℃の高温まで電気抵抗値の増加を抑制することができた。また、被覆層の厚さが増加するほど積層配線膜の抵抗値が増加するが、１５０ｎｍでも４．０μΩｃｍ以下の低い電気抵抗値を維持できる。以上のように、本発明によれば、主導電層であるＣｕの酸化を防止することができ、電子部品用積層配線膜として有用であることが確認できた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤという）、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰという）、電子ペーパー等に利用される電気泳動型ディスプレイ等の平面表示装置（フラットパネルディスプレイ、以下、ＦＰＤという）に加え、各種半導体デバイス、薄膜センサー、磁気ヘッド等の薄膜電子部品等に用いられる電子部品用積層配線膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作製するＬＣＤ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ等のＦＰＤは、大画面化、高精細化、動画ぼけ解消のための高速駆動化が要求される。ＦＰＤの駆動素子として用いられている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の主導電層に対しては、上記の高速駆動化のためには低抵抗化が必要であり、主導電層の材料をＡｌからより低抵抗なＣｕに変更する検討が行われている。
また、ＦＰＤに操作性を加えるタッチパネルや樹脂基板を用いたフレキシブルなＦＰＤ等、新たな製品も開発が進んでおり、これらにおいても低抵抗化のためにＣｕを主導電層に用いる検討が進んでいる。
【０００３】
現在、ＴＦＴには、Ｓｉ半導体膜が主として用いられている。このようなＴＦＴにＣｕを主導電層として用いる場合、ＣｕはＳｉと直接触れると、ＴＦＴ製造中の加熱工程において、ＴＦＴを構成するＳｉ半導体膜中にＣｕ原子が熱拡散してしまうため、ＴＦＴの特性を劣化させる場合がある。この現象を防止するため、Ｃｕからなる主導電層とＳｉ半導体膜の間に、耐熱性に優れたＭｏやＭｏ合金からなるバリヤ膜を設けた積層配線膜が用いられている。
また、ＴＦＴからつながる画素電極や携帯型端末やタブレットＰＣ等に用いられているタッチパネルの位置検出電極には、一般的に透明導電膜であるＩＴＯ（インジュウム−スズ酸化物）が用いられている。Ｃｕは、ＩＴＯとのコンタクト性は得られるが、基板との密着性が低い。そのため密着性を確保することができるＣｕをＭｏやＭｏ合金で被覆した積層配線膜が有効である。
【０００４】
本出願人は、ガラス等との密着性の低いＣｕを主成分とする膜とＭｏを主体としてＶおよび／またはＮｂを含有するＭｏ合金とを積層した積層配線膜を採用することで、ＣｕやＡｇの持つ低い電気抵抗値を生かしつつ、配線膜の耐食性、耐熱性、密着性を改善できることを提案している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１で提案されるＭｏを主体としてＶおよび／またはＮｂを含有するＭｏ合金は、純Ｍｏより耐食性、耐熱性、密着性に優れるため、ガラス基板上に形成するＦＰＤ用途では広く使用されている。
しかし、電子部品の製造において、基板上に積層配線膜を形成した後、次工程に基板を移動する際や、タッチパネル用途で端子部等に信号ケ−ブルを取り付ける際の加熱工程では、大気中に長時間暴露されることがある。本発明者の検討によると、上述した積層配線膜を大気中で加熱した際には、耐酸化性が十分でなく、積層配線膜が変色してしまうといった耐酸化性の低下という問題が発生する場合がある。この耐酸化性の低下の問題は、電気的コンタクト性を劣化させ、電子部品の信頼性低下に繋がる。
また、高速駆動のためにＴＦＴ製造工程中の加熱温度は上昇する傾向にあり、より高い温度での加熱工程を経ると、積層配線膜に含まれる合金元素がＣｕに拡散して電気抵抗値が増加する可能性がある。加熱工程を経た後にも低い電気抵抗を維持するには、合金元素の好ましくない拡散を防ぐ必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、Ｍｏの持つＳｉバリヤ性、ＩＴＯコンタクト性等の利点を維持しながら、耐酸化性を改善し、尚且つＣｕとの積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても低い電気抵抗値を維持できる、電子部品用積層配線膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題に鑑み種々検討した結果、Ｍｏに特定量のＮｉを加えたＭｏ−Ｎｉ合金で被覆層を形成することで、大気中における耐酸化性を改善し、さらにＣｕからなる主導電層との積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても低い電気抵抗値を維持できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部が不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金である電子部品用積層配線膜の発明である。
本発明において、前記組成式のＸは、２０〜５０の範囲であることが好ましい。
また、本発明において、前記被覆層の厚さは、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明において、前記主導電層の厚さは、１００〜５００ｎｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子部品用積層配線膜は、Ｍｏの優れた特性を維持しながら耐酸化性を向上させることができる。これにより、タッチパネルや樹脂基板上に形成するフレキシブルＦＰＤ等を含む種々の電子部品の安定製造や信頼性向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電子部品用積層配線膜の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の電子部品用積層配線膜の一例を示す断面模式図を図１に示す。図１に示すように、本発明の電子部品用積層配線膜は、Ｃｕを主成分とする主導電層３の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層２、４からなり、例えば基板１上に形成される。図１では主導電層３の両面に被覆層２、４を形成しているが、電子部品の形態によっては主導電層３の任意の一方の面のみを覆ってもよく、被覆層の配置は適宜選択できる。
【００１３】
本発明の重要な特徴は、図１に示す電子部品用積層配線膜の被覆層において、ＭｏにＮｉを特定量添加することで耐酸化性を向上させ、Ｃｕとの積層時や信号ケ−ブルの取り付け等の加熱工程を経ても、積層配線膜としての低い電気抵抗値を維持できる点にある。以下に本発明の電子部品用積層配線膜を詳しく述べる。
【００１４】
純Ｍｏの膜を大気中で加熱すると、表面が酸化してしまい、電気的コンタクト性が劣化してしまう。本発明の電子部品用積層配線膜の被覆層は、Ｍｏに特定量のＮｉを添加することで、耐酸化性を向上させる効果を有する。その効果は、Ｎｉの添加量が１０原子％から現れ、２０原子％以上添加すると、大気中における高温加熱を経ても電気抵抗値の増加を抑制することができる。
一方、Ｎｉは、ＭｏよりＣｕ対して熱拡散し易い元素であり、Ｎｉの添加量が７０％を越えると、ＦＰＤ等の電子部品を製造する際の加熱工程において、被覆層に含まれるＮｉが主導電層のＣｕに拡散して低い電気抵抗値を維持しづらくなる。このため、被覆層は、Ｍｏに添加するＮｉ量を１０〜７０原子％とする。
【００１５】
また、大気中での酸化をより抑制するためには、Ｍｏに添加するＮｉ量を２０原子％以上にすることが好ましい。主導電層のＣｕを、被覆層を形成しない状態で、大気中で２００℃以上の加熱を行うと、容易に酸化して変色してしまい、電気的コンタクト性が劣化する場合がある。本発明では、主導電層のＣｕの表面をＭｏ−Ｎｉ合金でなる被覆層で覆い、酸素の侵入を遮断してＣｕの酸化を抑制するために、被覆層のＮｉ添加量を十分な効果が得られる２０原子％以上にすることが好ましい。
また、高温域でのＮｉ原子の熱拡散による主導電層のＣｕの電気抵抗値の増加を抑制するためには、Ｎｉを５０原子％以下にすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の電子部品用積層配線膜において、主導電層のＣｕの膜厚は、主導電層の膜厚が１００ｎｍより薄いと、薄膜特有の電子の表面粒界や粒界散乱の影響で電気抵抗値が増加しやすくなる。一方、主導電層の膜厚が５００ｎｍより厚くなりすぎると、膜を形成するために時間が掛かったり、膜応力により基板に反りが発生しやすくなったりする。このため、本発明の主導電層の膜厚は、１００〜５００ｎｍが好ましい。
【００１７】
また、本発明の電子部品用積層配線膜において、被覆層であるＭｏ−Ｎｉ合金の膜厚は、膜厚が１０ｎｍより薄いと、Ｍｏ−Ｎｉ合金膜の連続性が低くなり、耐酸化性が十分でなくなる場合がある。一方、被覆層の膜厚が２００ｎｍより厚くなりすぎると、膜を形成するために時間が掛かったり、Ｍｏ−Ｎｉ合金膜の電気抵抗値が高いために、主導電層であるＣｕと積層した際に、電気抵抗値が増加し、積層配線膜として低い電気抵抗値を得にくくなったりする。このため、本発明の被覆層は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の被覆層は、Ｃｕの上層膜として酸素遮断の十分な効果を得る必要があり、３０ｎｍ以上の膜厚であることがより好ましい。一方、被覆層の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、膜応力により基板に反りが発生しやすくなる。このため、本発明の被覆層の膜厚は、３０〜１００ｎｍにすることがより好ましい。
【００１８】
また、本発明の電子部品用積層配線膜を形成するには、ターゲットを用いたスパッタリング法が適している。スパッタリング法としては、被覆層の組成と同一組成のＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材を使用して成膜する方法や、ＭｏとＮｉそれぞれのターゲット材を使用して同時にスパッタするコスパッタ成膜法等が適用できる。スパッタリングの条件設定の簡易さや、所望組成の配線薄膜を得やすいという点からは、被覆層の組成と同一組成のＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材を使用してスパッタリング成膜することが最も好ましい。また、主導電層の形成も同様に、Ｃｕターゲット材を使用してスパッタリング成膜することが好ましい。
【００１９】
本発明の被覆層を形成するＭｏ−Ｎｉ合金ターゲット材において、耐酸化性を確保するために必須元素であるＮｉと残部のＭｏ以外は、できるだけ不可避的不純物の含有量は少ないことが好ましい。不可避的不純物としては、本発明の作用を損なわない範囲で、酸素、窒素、炭素、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ等の不可避的不純物を含んでもよい。例えば、ガス成分の酸素、窒素は各々１０００質量ｐｐｍ以下、炭素、Ｆｅ、Ｃｕは各々２００質量ｐｐｍ以下、Ａｌ、Ｓｉは各々１００質量ｐｐｍ以下が好ましく、ガス成分を除いた純度としては、９９．９質量％以上であることが好ましい。
【実施例１】
【００２０】
先ず、被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットを作製した。
Ｍｏ−１５原子％Ｎｉおよび３０原子％Ｎｉ組成のターゲット材は粉末冶金法により作製した。平均粒径が６μｍのＭｏ粉末と平均粒径が１００μｍのＮｉ粉末をＭｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉとなるように混合し、軟鋼製の缶に充填した後、加熱しながら真空排気して封止した。次に、封止した缶を熱間静水圧プレス装置に入れて、１１００℃、１００ＭＰａ、３時間の条件で焼結させた後に、機械加工により直径φ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＭｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉ合金ターゲット材を得た。また、上記と同様な方法で純Ｍｏターゲット材を得た。
Ｍｏ−８０原子％Ｎｉ組成のタ−ゲット材については溶解法により作製した。電解Ｎｉと塊状のＭｏ原料を所定量に秤量した後、真空誘導加熱炉にて溶解してインゴットを作製し、塑性加工により板状に伸ばした後、機械加工によりＭｏ−８０原子％Ｎｉ合金タ−ゲット材を作製した。
【００２１】
上記で得た各ターゲット材をＣｕ製のバッキングプレートにろう付けしてスパッタリング装置に取り付けた。尚、スパッタリング装置は、キヤノンアネルバ株式会社製のＳＰＦ−４４０Ｈを用いた。
２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上に、表１に示す被覆層を厚さ３０ｎｍで形成した。被覆層の形成には、上記で得た純Ｍｏ、Ｍｏ−１５原子％Ｎｉ、Ｍｏ−３０原子％Ｎｉは、被覆層と同一組成のターゲットを用いてスパッタ成膜した。それ以外の被覆層については、純ＭｏとＭｏ−８０原子％Ｎｉのターゲットを同時にスパッタするコスパッタ成膜法を用いて、その際の電力を各々変化させて、表１に示すＭｏ−Ｎｉ合金被覆層を形成した。
作製した被覆層は、それぞれ株式会社島津製作所製ＩＣＰＶ−１０１７のＩＣＰ（誘電プラズマ発光分析装置）により分析し、各被覆層の成分を確認した。
次に、上記で得たガラス基板上に形成した被覆層上に厚さ３００ｎｍのＣｕでなる主導電層をスパッタリング法で形成し、次いで主導電層上に表１に示す被覆層を上記で説明したコスパッタ成膜法により形成し、積層配線膜を得た。また、比較のためにＭｏ−１０原子％Ｎｂ合金膜も作製した。
【００２２】
表１に示す積層配線膜をガラス基板上に形成した各試料の酸化度合を、大気中にて２５０℃、３５０℃で１時間加熱した後の反射率で評価した。反射率は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計ＣＭ−２５００ｄを用いて可視光域の特性を、上被覆層側から測定した。
また、各試料の電気抵抗値の変化についても評価した。電気抵抗値は、株式会社ダイヤインスツルメンツ製の４端子薄膜抵抗率測定器ＭＣＰ−Ｔ４００を用いて測定した。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１に示すように、ＣｕをＭｏ系合金で被覆した積層配線膜を大気中で加熱すると電気抵抗値は、２５０℃までは成膜時とほぼ同じ電気抵抗値である。しかし、３５０℃まで加熱すると、比較例のＭｏ被覆層、Ｍｏ−１０原子％Ｎｂ被覆層を用いた積層配線膜は、反射率が大幅に低下するとともに、電気抵抗値が大幅に増加することがわかる。これは、被覆層表面が酸化し、透過した酸素が主導電層のＣｕまで達して主導電層も酸化しているためと考えられる。
また、被覆層のＮｉ添加量が本発明の範囲から外れる１０原子％未満であると、３５０℃の温度で加熱した際の電気抵抗値が大幅に増加することを確認した。
これに対して、本発明例のＭｏに特定量のＮｉを添加した被覆層を用いた積層配線膜は、３５０℃まで加熱しても反射率の低下および電気抵抗値の増加が抑制され、耐酸化性が向上していることがわかる。本発明の中でも好ましい範囲の２０〜５０原子％のＮｉを添加すると、反射率の低下と電気抵抗値の増加がより抑えられ、電子部品に好適な積層配線膜であることが確認できた。
【実施例２】
【００２５】
実施例１と同様に、表２に示す構成の被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金膜を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上にスパッタリング法で形成し、次いで、その被覆層上に厚さ２００ｎｍのＣｕでなる主導電層をスパッタリング法で形成し、電子部品用積層配線膜を作製した。
表２に示す各試料を、０．１Ｐａ以下の真空中にて、３５０℃、４５０℃で１時間加熱した後の主導電層側からの反射率および電気抵抗値の変化を評価した。真空加熱は、酸化による特性変化を考慮することなく、元素の拡散による特性変化を確認することができるものでもある。反射率、電気抵抗値とも実施例１同様の測定装置を用いた。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
表２に示すように、本発明の範囲内でＮｉを添加したＭｏ−Ｎｉ合金でなる被覆層上にＣｕでなる主導電層を形成した積層配線膜は、０．１Ｐａ以下の真空中では反射率の低下および電気抵抗値の増加も少ないことがわかる。本発明の中でも好ましい範囲の２０〜５０原子％のＮｉを添加すると、反射率の低下および電気抵抗値の増加がより抑えられ、電子部品に好適な積層配線膜であることが確認できた。
また、酸化の進行が抑制できるとされる真空雰囲気で加熱しても、被覆層のＮｉ添加量が６５％を越えると、４５０℃では反射率が低下し、電気抵抗値も増加していることがわかる。これは、被覆層のＭｏ−Ｎｉ合金中のＮｉが主導電層のＣｕ中に部分的に拡散し、Ｃｕ膜表面の凹凸が増加し金属光沢が失われるとともに変色しているためと推察される。但し、上記で設定した４５０℃の加熱条件は、特別な条件であり、一般の電子部品では約３５０℃までの加熱が行われていることから、Ｎｉを７０原子％添加した本発明例の試料Ｎｏ．８の示す電気抵抗値であれば、電子部品用積層配線膜として用いることができる。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様の方法で被覆層となるＭｏ−Ｎｉ合金またはＭｏと主導電層となるＣｕとの積層膜を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板上にスパッタリング法で形成し、電子部品用配線膜を作製した。主導電層であるＣｕ膜の厚さは３００ｎｍとし、その上部の被覆層の厚さを変化させて、表３に示す構成の各試料を作製した。実施例１と同様に、各試料を大気中にて、１５０、２５０、３５０℃で１時間の加熱処理を行い、電気抵抗値、上被覆層側からの反射率の変化を測定した。その結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】
表３に示すように、比較例となる被覆層がないＣｕ膜の試料Ｎｏ．１や被覆層をＭｏとした試料Ｎｏ．２〜試料Ｎｏ．３で被覆層の膜厚を変更した積層配線膜を大気中で加熱した場合は、１５０℃から変色して反射率は低下し、電気抵抗値が増加し２５０℃以上でさらに大きく電気抵抗値が増加することが確認された。また、Ｍｏで被覆した場合は、Ｍｏの膜厚が１０ｎｍでは１５０℃から反射率が低下し、２５０℃で電気抵抗値が大きく増加することが確認された。また、Ｍｏの膜厚が３０ｎｍ、５０ｎｍと厚くなると、反射率の低下と電気抵抗値の増加は抑制される。しかし、被覆層を５０ｎｍ形成しても３５０℃の高温での反射率の低下、電気抵抗値の増加を抑制できないことが確認された。
それに対して、本発明のＭｏ−Ｎｉ合金を被覆層とした積層配線膜は、膜厚１０ｎｍから反射率の低下、電気抵抗値の増加を抑制する高い効果が現れており、膜厚２０ｎｍ以上で３５０℃の高温まで電気抵抗値の増加を抑制することができた。また、被覆層の厚さが増加するほど積層配線膜の抵抗値が増加するが、１５０ｎｍでも４．０μΩｃｍ以下の低い電気抵抗値を維持できる。以上のように、本発明によれば、主導電層であるＣｕの酸化を防止することができ、電子部品用積層配線膜として有用であることが確認できた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部が不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金であることを特徴とする電子部品用積層配線膜。
【請求項２】
前記組成式のＸは、２０〜５０であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用積層配線膜。
【請求項３】
前記被覆層の厚さが、１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品用積層配線膜。
【請求項４】
前記主導電層の厚さが、１００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用積層配線膜。
【請求項１】
基板上に金属膜を形成した電子部品用積層配線膜において、Ｃｕでなる主導電層と、該主導電層の一方の面および／または他方の面を覆う被覆層からなり、該被覆層は原子比における組成式がＭｏ１００−ＸＮｉＸ、１０≦Ｘ≦７０で表され、残部が不可避的不純物からなるＭｏ−Ｎｉ合金であることを特徴とする電子部品用積層配線膜。
【請求項２】
前記組成式のＸは、２０〜５０であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用積層配線膜。
【請求項３】
前記被覆層の厚さが、１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品用積層配線膜。
【請求項４】
前記主導電層の厚さが、１００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用積層配線膜。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−３８３９３（Ｐ２０１３−３８３９３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３６７２３（Ｐ２０１２−１３６７２３）
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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