(57)【要約】【課題】  平面表示装置等の配線膜のプロセス温度域での低抵抗化が可能であるＣｕ合金膜とそのＣｕ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲット材を提供する。【解決手段】  添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素を０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる配線膜用Ｃｕ合金膜である。また、上記の配線膜用Ｃｕ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲット材である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素を０．１〜２．０原子％含み残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなることを特徴とする配線膜用Ｃｕ合金膜。
【請求項２】
添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素を０．１〜２．０原子％含み残部Ｃｕおよび不可避的不純物からな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材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成して製造される平面表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＦＰＤという）等に用いられる配線膜および配線膜形成に用いられるスパッタリングタ−ゲット材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板またはＳｉウェハ−上に薄膜を積層して製造されるＦＰＤとしては、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）、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤという）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下、ＥＬＤという）、電子ペーパー等の種々の新規製品が活発に研究、開発がされている。
【０００３】
これらのＦＰＤに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の配線膜としては、ディスプレイの大型化に伴って動画を表示するための高速駆動が必要であり、低抵抗な配線膜としてＡｌおよびＡｌ合金のＡｌ系膜が用いられている。近年は、さらなるディスプレイサイズの大型化、高精細化に伴い、より低抵抗な配線としてＣｕ系の配線が注目されている。
【０００４】
Ｃｕは、Ａｌよりも低抵抗で、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性がともに優れていると考えられており、半導体分野の配線膜として既に用いられている。しかしながら、半導体の高集積化に伴い純Ｃｕでは耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイグレーション性が不十分であると考えられており、ＣｕにＳｉやＡｌ等の添加元素を加えることでこれらのマイグレーション耐性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＦＰＤ等の電子機器に使用される金属膜として、ＣｕにＭｏを必須の添加元素として０．１〜３．０質量％加えることで耐候性を向上させ、熱安定性に優れた低抵抗率の金属膜が得られることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７７１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−９１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案されているＣｕ合金膜は、半導体分野でＳｉウェハ−上にデバイスを形成する場合に、純Ｃｕに比べて、より高いエレクトロマイグレーション性、ストレスマイグレーション性を有する有用なＣｕ合金膜である。また、特許文献２に提案されているＣｕ合金は耐候性や熱安定性に優れた有用なＣｕ合金である。しかし、本発明者の検討によれば、提案されているＣｕ合金膜をガラス基板上に形成した場合には、製造プロセス中の加熱処理を行っても、十分に抵抗値が下がらないことを確認した。
最も一般的なＦＰＤである、駆動素子にアモルファスシリコン-ＴＦＴを用いる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では透明なガラス基板上にデバイスを形成し、その製造工程中の加熱温度は２５０〜３５０℃程度であり、今後さらに低温化すると予想されている。このため、２００〜２５０℃程度の製造プロセス温度域による加熱処理により低抵抗化を実現できるＦＰＤに最適なＣｕ合金配線膜が要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ＦＰＤ等の配線膜のプロセス温度域での低抵抗化が可能であるＣｕ合金膜とそのＣｕ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲット材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、上記の課題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、Ｃｕ合金膜として、Ｃｕに適量のＢとＢと化合物を発現する元素を適量添加することで加熱処理後により低抵抗化を実現できることを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明は、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素を０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる配線膜用Ｃｕ合金膜である。
また、本発明は、添加元素としてＢを０．１〜１．０原子％、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素を０．１〜２．０原子％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる配線形成用スパッタリングターゲット材である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ＦＰＤ製造時のプロセス中の低温加熱処理により低抵抗化するＣｕ合金膜を実現できるために、今後、低抵抗化が必要な大型液晶ＴＶや電子ペ−パ−等のＦＰＤ用配線膜としてきわめて有効なものとなる。また、本発明の配線膜用Ｃｕ合金膜を形成する場合、ターゲット材を用いたスパッタリングが最適である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の重要な特徴は、ＦＰＤ用の配線膜に要求される低抵抗化を実現する配線膜を得るための最適な合金構成として、ＣｕにＢを添加し、さらにＢと化合物を発現する元素を複合添加したＣｕ合金を見いだしたところにある。
【００１１】
以下に本発明の配線膜用Ｃｕ合金膜で、添加元素にＢとＢと化合物を発現する元素であるＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉを選定した理由およびその添加量を選定した理由を説明する。
まず、ＣｕにＢを添加する効果は、Ｃｕ合金膜をスパッタ成膜した後に、３５０℃の温度で加熱処理をした場合でも、抵抗値を成膜時に比べて格段に低下する点にある。その効果が得られる理由は明確ではないが、ＢはＣｕとの固溶域がほとんどなく、Ｂは軽元素であるために、低い加熱温度でもＣｕのマトリクスから粒界や膜表面に吐出されるためと考えられる。
また、上記の効果は０．１原子％以上のＢ添加で明確となり、１．０原子％を超えてＢを添加すると加熱後に抵抗値を得難くなるためＢの添加量としては、０．１〜１．０原子％としている。
【００１２】
さらに、Ｃｕに対してＢと化合物を発現する元素を０．１〜２．０原子％添加することで、従来のＣｕ合金の持つ効果を維持したまま、加熱後の抵抗値を低減することが可能となる。その理由は明確ではないが、加熱処理によってＢとＢと化合物を発現する元素とが結合し、Ｃｕのマトリクスから吐出されるためと考えられる。なお、以上の効果は０．１原子％から現れるが、２．０原子％を超えて添加すると抵抗値が増加し、加熱後も低い抵抗値を得難くなるため添加量としては、０．１〜２．０原子％としている。
【００１３】
なお、Ｂと化合物を形成する元素としては、２族のＭｇ、Ｃａ、３族のＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、４族のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、５族のＶ、Ｎｂ、Ｔａ、６族のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、７族のＭｎ、８族のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、９族のＡｇ、１１属のＡｌ、１２属のＳｉ等の種々の元素が存在する。これらの元素の中では特に、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｉが入手のしやすさから望ましい元素である。
【００１４】
また、本発明の配線膜用Ｃｕ合金膜を形成する場合には、Ｃｕ合金膜と同じ組成を有する配線膜形成用スパッタリングターゲット材を用いたスパッタリングが最適である。スパッタリング法では、ターゲット材とほぼ同組成の膜が形成できるためであり、本発明のＣｕ合金膜を安定に形成することが可能となる。
【００１５】
ターゲット材の製造方法については種々あるが、一般にターゲット材に要求される高純度、均一組織、高密度等を達成できるものであれば良い。例えば、真空溶解法により所定の組成に調整した溶湯を金属製の鋳型に鋳込み、さらにその後、鍛造、圧延等の塑性加工により板状に加工し、機械加工により所定の形状のターゲットに仕上げることで製造できる。また、さらに均一な組織を得るために粉末焼結法、またはスプレ−フォ−ミング法（液滴堆積法）等で急冷凝固したインゴットを用いてもよい。
【００１６】
なお、本発明のＣｕ合金膜および配線膜形成用スパッタリングターゲット材は、添加元素以外の成分元素はＣｕおよび不可避的不純物としている。すなわち、本発明の作用を損なわない範囲で、ガス成分である酸素、窒素、炭素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、炭素は各々５０ｐｐｍ以下であり、ガス成分を除いた純度として９９．９％以上であることが望ましい。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
まず、以下に述べる方法でＣｕ合金タ−ゲット材を製造した。
Ｃｕに各種の添加元素を加えたＣｕ合金膜の目標組成と実質的に同一となるように原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することでＣｕ合金インゴットを作製した。次にＣｕ合金インゴットを機械加工により直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。
比較例として同一寸法の純Ｃｕターゲットも同様の方法によりに作製した。
上記で作製した種々の組成のターゲット材を用いてスパッタリング法により、寸法１００×１００ｍｍの平滑なガラス基板上に、膜厚２００ｎｍの純Ｃｕ膜およびＣｕ合金膜を形成し、４探針法により比抵抗を測定した。測定結果を表１に示す。
【００１８】
また、上記で形成した純Ｃｕ膜およびＣｕ合金膜を２５×５０ｍｍの大きさに切断し、１×１０−１Ｐａ以上に減圧した真空雰囲気で、加熱温度を１５０℃、２５０℃、３５０℃として、それぞれ1時間の加熱処理を施した後に比抵抗を測定した。その結果を表１に合わせて示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１に示すように、純Ｃｕは抵抗値は低いが、加熱処理後に結晶粒の成長とともにボイドが発生した。また、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金では加熱処理後の比抵抗が４μΩcmを超えており、充分な低抵抗化が図れていない。それに対して、本発明のＣｕ−Ｍｇ−Ｂ、Ｃｕ−Ｔｉ−Ｂ、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｂ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｂ、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ合金では加熱処理後に比抵抗が４μΩcm未満に低下させることが可能であることがわかる。