(57)【要約】【課題】密着性に優れた薄膜トランジスター用配線膜およびこの配線膜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】Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、必要に応じてＭｇ：０．１〜５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薄膜トランジスター用配線膜および配線下地膜、並びにこれら配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、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薄膜トランジスター用配線膜。
【請求項２】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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薄膜トランジスター用配線膜。
【請求項３】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、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薄膜トランジスター用配線下地膜。
【請求項４】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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薄膜トランジスター用配線下地膜。
【請求項５】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、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配線膜形成用スパッタリングターゲット。
【請求項６】
Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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配線膜形成用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、密着性に優れた薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという）のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極などの配線膜および配線下地膜、並びにこれら配線膜および配線下地膜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】
一般に、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどフラットパネルディスプレイは、ガラス基板の上に薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという）が形成された構造となっておりており、このＴＦＴのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極などの配線膜として銅合金配線膜が使用されている。この銅合金配線膜は、例えば、金属材料全体に対して概ね８０原子％以上のＣｕと、Ｍｇ、Ｔｉ、ＡｌおよびＣｒの金属酸化物形成用金属を金属材料全体に対して０．５〜２０原子％を含有した銅合金からなることが好ましいとされている（特許文献１参照）。
この銅合金配線膜は、スパッタリングにより成膜した後、熱処理される。この熱処理が行われると、銅合金配線膜に含まれる添加元素が銅合金配線膜の表面および裏面に移動し、酸化物となって銅合金配線膜の表面および裏面に添加元素の酸化物層が形成され、この添加元素の酸化物層の生成はガラス基板およびアモルファスＳｉ膜の基本成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止して銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにこの添加元素の酸化物層の生成はガラス基板およびアモルファスＳｉ膜に対する銅合金配線膜の密着性が向上するとされている。
さらに、このガラス基板の上に形成されたＴＦＴは、ＴＦＴを確実に作動させるべくＴＦＴのＳｉ膜のダングリングボンドを終端させる目的で、水素化処理（以下、水素アニールという）が行われる（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６６７５７号公報
【非特許文献１】２００３ＦＰＤテクノロジー大全（２００３ＦＰＤＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｏｕｔｌｏｏｋ）Ｐ１５５〜１６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｃｒ：０．５〜２０原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜、Ｃｒ：０．５〜２０原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜などを形成し熱処理したゲート電極、ソース電極およびドレイン電極などの銅合金配線膜を使用して作製したＴＦＴを、Ｓｉ膜のダングリングボンドを終端させる目的で水素アニールを行うと、前記熱処理により形成された銅合金配線膜の表面および裏面の酸化物層は還元され、その結果、酸化物層が担ってきた密着性やＳｉの銅合金配線膜への拡散防止特性が低下し、特に密着性の低下が著しくなるなどの問題点が生じてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明者等は、水素アニールが行われても銅合金配線膜の表面および裏面に形成された酸化物層が還元されにくく、したがって、酸化物層が担ってきた密着性の低下が少ない銅合金配線膜を得るべく研究を行った。
その結果、Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、必要に応じてＭｇ：０．１〜５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し、この組成を有する銅合金膜は、従来のＣｒおよびＡｌをそれぞれ単独で含むＣｒ：０．５〜２０原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜およびＡｌ：０．５〜２０原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金膜に比べて、熱処理して形成された酸化物層が還元されにくく、したがって、水素アニール後の密着性の低下が小さいことからＴＦＴの配線膜として優れた特性を有する、という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）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、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膜からなるＴＦＴ用配線膜、
（２）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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膜からなるＴＦＴ用配線膜、に特徴を有するものである。
【０００６】
前記（１）および（２）記載の銅合金膜は、添加元素であるＣｒ、Ｍｎ、Ａｌの含有量が多くなるほど密着性は向上するが抵抗値が高くなり、フラットパネルディスプレイ用配線膜として使用すると消費電力が増加する。そのために、前記（１）および（２）記載の銅合金膜をＴＦＴ用配線の下地膜として形成し、この下地膜の上に純銅膜を形成したのち熱処理して積層ＴＦＴ用配線膜として使用することができ、この発明は、この下地膜をも含むものである。したがって、この発明は、
（３）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、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膜からなるＴＦＴ用配線下地膜、
（４）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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膜からなるＴＦＴ用配線下地膜、に特徴を有するものである。
【０００７】
前記（１）〜（２）記載の配線膜および前記（３）〜（４）記載の配線下地膜を形成するには、Ｃｒを０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに必要に応じてＭｇ：０．１〜５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金ターゲットを用いてスパッタリングすることにより得られる。この発明はこの銅合金ターゲットを含むものであり、この発明は、
（５）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する配線膜形成用スパッタリングターゲット、
（６）Ｃｒ：０．１〜２０原子％、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜２０原子％を、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように含有し、さらに、Ｍｇ：０．１〜５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配線膜形成用スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の前記（５）および（６）記載の銅合金ターゲットは、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るつぼ内で高周波溶解し、得られた溶湯にＣｒを０．１〜２０原子％を添加し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜２０原子％を添加してＣｒとＭｎとＡｌの合計が５超〜２５原子％の範囲内にあるように溶解し、得られた溶湯を不活性ガス雰囲気中で鋳造し凝固させたのち、さらに必要に応じて熱間圧延し、最後に歪取り焼鈍を施すことにより作製することができる。
また、このターゲットは、まず、ＣｕとＣｒの母合金粉末、ＣｕとＭｎの母合金粉末、ＣｕとＡｌの母合金粉末をガスアトマイズにより作製し、これら母合金粉末をホットプレスすることにより作製してもよい。
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銅合金配線膜および配線下地膜を形成する。
【０００９】
この発明の配線膜および配線下地膜の成分組成の範囲を前述のごとく限定した理由を説明する。
Ｃｒ：
Ｃｒは、ＴＦＴにおける配線膜を構成する銅合金膜のヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制して耐マイグレーション性を向上させ、さらに熱処理に際してＣｕとの複酸化物を銅合金膜の表面および裏面に形成してガラス基板の主成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止し、さらに銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させる作用を有するが、その含有量が０．１原子％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、２０原子％を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに比抵抗値は増加するので好ましくない。したがって、銅合金膜に含まれるＣｒを０．１〜２０原子％に定めた。
Ｍｎ、Ａｌ：
これら成分は、Ｃｒと共存して含有させることにより、拡散防止能、密着性、化学的安定性を向上させる。その理由は、以下のごとく考えられる。
熱処理に際してＣｒはＳｉとの複酸化物を形成しないが、Ｍｎ、ＡｌはＣｕのみならずＳｉとの複酸化物を銅合金配線膜／ガラス基板の界面に形成して、ガラス基板の主成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透することをより一層阻止し、ガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を一層向上させる作用を有する。さらに、化学的安定性の高いＳｉとの複酸化物を形成することから、銅合金配線膜の化学的安定性を一層向上させる。
しかし、Ｍｎ、Ａｌのうちの１種または２種を合計で０．１原子％未満含有しても所望の機能（拡散防止能、密着性、化学的安定性）を向上させる効果が得られないので好ましくなく、一方、２０原子％を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに、銅合金配線膜の比抵抗値が上昇するので好ましくない。したがって、この発明の銅合金配線膜に含まれるＭｎ、Ａｌのうちの１種または２種を合計を０．１〜２０原子％に定めた。
ＣｒとＭｎとＡｌの合計：
銅合金配線膜または配線下地膜に含まれるＣｒとＭｎとＡｌの合計を５超〜２５原子％の範囲内に限定したのは、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が５原子％以下では上述した所望の機能を向上させる効果が得られないので好ましくなく、一方、ＣｒとＭｎとＡｌの合計が２５原子％を超えるようになると、特性の向上が認められず、さらに比抵抗値が上昇するので好ましくないことによるものである。
【００１０】
Ｍｇ：
Ｍｇは結晶粒を微細化し、フラットパネルディスプレイにおけるＴＦＴの配線膜を構成する銅合金膜のヒロックおよびボイドなどの熱欠陥の発生を抑制して耐マイグレーション性を向上させ、さらに熱処理に際して銅合金膜の表面および裏面にＭｇを含有した酸化物層を形成してガラス基板の主成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止し、銅合金配線膜の比抵抗の増加を防止するとともにガラス基板に対する銅合金配線膜の密着性を向上させる作用を有するので必要に応じて含有させるが、その含有量が０．１原子％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、５原子％を越えて含有しても特性の向上が認められず、さらに比抵抗値は増加して配線膜としては十分な機能を示さなくなるので好ましくない。したがって、銅合金膜に含まれるＭｇを０．１〜５原子％に定めた。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のＴＦＴ用配線膜およびＴＦＴ用配線下地膜は、熱処理して形成された酸化物層が還元されにくく、したがって、水素アニール後の密着性の低下が小さいことからＴＦＴの配線膜として優れた特性を有し、また、ヒロックおよびボイドの発生がなく、さらにガラス基板表面に対する密着性が一層向上することから高精細化し大型化したフラットパネルディスプレイにおけるＴＦＴ用配線膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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るつぼ内で高周波溶解し、得られた溶湯にＣｒ、Ｍｎ、Ａｌを添加し、さらに必要に応じてＭｇを添加し、溶解して表１〜２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てインゴットを作製し、さらにこのインゴットを熱間圧延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の寸法に加工し、また脆性があり熱間圧延できなかったインゴットは熱間圧延することなく直接インゴットから切り出して外径：２００ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法に加工し、表１〜２に示される成分組成を有する円板状の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）１〜３０および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）１〜４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１〜３０、比較ターゲット１〜４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１〜３０、比較ターゲット１〜４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。
【００１３】
本発明ターゲット１〜３０、比較ターゲット１〜４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、ターゲットとアモルファスＳｉをコーティングしたガラス基板（直径：２００ｍｍ、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：４×１０−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ：９０容量％、酸素：１０容量％の混合ガス、
ガス圧：０．２Ｐａ、
ガラス基板加熱温度：１５０℃、
の条件でアモルファスＳｉをコーティングしたガラス基板の表面に、半径：１００ｍｍ、厚さ：３００ｎｍを有し、表３〜５に示される成分組成を有するいずれも円形の本発明配線用銅合金膜１〜３０および比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２を形成した。得られた本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２をそれぞれ加熱炉に装入し、１気圧のＡｒ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。これら熱処理した円形の本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２のそれぞれの中心部の比抵抗を四探針法により測定し、それらの結果を表３〜５に示した。
【００１４】
さらに、これら熱処理を施した本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２の表面を５０００倍のＳＥＭで５個所の膜表面を観察し、ヒロックおよびボイドの発生の有無を観察し、その結果を表３〜５に示した。
【００１５】
さらに、前記熱処理を施した本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２を、
雰囲気：Ｈ２／Ｎ２＝５０／５０（Ｖｏｌ％）の混合ガス（１気圧）、
温度：３００℃、
保持時間：３０分、
の条件で水素アニールを行い、水素アニール前の本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２並びに水素アニール後の本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２に、それぞれＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で碁盤目状に切れ目を入れた後、３Ｍ社製スコッチテープで引き剥がし、アモルファスＳｉをコーティングしたガラス基板中央部の１０ｍｍ角内でガラス基板に付着していた配線用銅合金膜の面積％を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表３〜５に示し、アモルファスＳｉをコーティングしたガラス基板に対する本発明配線用銅合金膜１〜３０、比較配線用銅合金膜１〜４および従来配線用銅合金膜１〜２の密着性を評価した。
【００１６】
【表１】
2010074017.tif 000002
【００１７】
【表２】
2010074017.tif 000003
【００１８】
【表３】
2010074017.tif 000004
【００１９】
【表４】
2010074017.tif 000005
【００２０】
【表５】
2010074017.tif 000006
【００２１】
表１〜５に示される結果から、
（ｉ）本発明配線用銅合金膜１〜３０は、Ｃｒを単独で含む従来ターゲット１およびＡｌを単独で含む従来ターゲット２を用いてスパッタリングすることにより成膜した従来配線用銅合金膜１および２と比較して、中心部の比抵抗に大差はないが、従来配線用銅合金膜１および２はアモルファスＳｉをコーティングしたガラス基板に対する密着性が水素アニール前後で大きく低下するのに対し、本発明配線用銅合金膜１〜３０は水素アニール前後で密着性が変わらずに優れていること、
（ii）さらに、Ｃｒ、ＭｎおよびＡｌの合計がこの発明の条件から外れて少なく含む比較ターゲット１〜２を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用銅合金膜１〜２は水素アニール前後で密着性が低下し、さらにヒロックおよびボイドが発生するのでマイグレーションが発生しやすく、さらにＣｒ、ＭｎおよびＡｌの合計がこの発明の条件から外れて多く含む比較ターゲット３〜４を用いてスパッタリングすることにより成膜した比較配線用銅合金膜３〜４は水素アニール前後で密着性が劣ることはないが、比抵抗が大きくなり過ぎるなど、配線用銅合金膜として少なくとも一つの好ましくない特性が現れること、などが分かる。