(57)【要約】【課題】密着性に優れた薄膜トランジスターのゲート電極、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】Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を含有し、必要に応じて、ＭｎおよびＡｌのうちの１種または２種の合計：０．１〜１０原子％を含有し、さらに必要に応じてＰ：０．００１〜０．１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薄膜トランジスター用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】
Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０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薄膜トランジスター用配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
【請求項２】
Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの少なくとも１種または２種の合計：０．１〜１０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薄膜トランジスター用配線膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
【請求項３】
Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を含有し、さらにＭｎおよびＡｌのうちの少なくとも１種または２種の合計：０．１〜１０原子％を含有し、さらにＰ：０．００１〜０．１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薄膜トランジスター用配線膜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、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（以下、配線膜という）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、Ｍｇ：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銅合金配線膜を形成した液晶表示装置が知られている（特許文献１参照）。また、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２参照）。
この銅合金配線膜は、ガラス基板およびＳｉ膜をコーティングしたガラス基板上に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を含有する酸化物層が形成され、この添加元素を含有する酸化物層の生成はガラス基板および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を含有する酸化物層の生成はガラス基板および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】特開平９−４３６２８号公報
【特許文献２】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】
フラットパネルディスプレイは、近年、益々大型化しており、５０インチ以上の大型液晶パネルが量産されるようになって来た。そのために広いガラス基板表面に銅合金配線膜をスパッタリングにより成膜されるようになってきたが、広いガラス基板表面にスパッタリングにより形成される銅合金配線膜は場所によって比抵抗値にバラツキが生じ、この傾向はＭｇ含有銅合金ターゲットを用いて形成した銅合金配線膜に顕著に現れている。
また、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、比抵抗値のバラツキが少なく全体が均一な比抵抗値を有し、さらに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、Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を含有し、さらに、必要に応じてＭｎおよびＡｌのうち少なくとも１種または２種の合計：０．１〜１０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た銅合金薄膜は、従来のＭｇ：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ターゲットを用いてスパッタリングにより成膜した銅合金薄膜に比べて比抵抗値のバラツキが少なく全体が均一な比抵抗値を有する銅合金薄膜が得られるという研究結果が得られたのである。さらに、この組成を有する銅合金膜は、従来の銅合金膜に比べて、酸化物層の化学的安定性が高くなる、即ち、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）Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０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薄膜トランジスター用配線膜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。
（２）Ｍｇ：０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を含有し、必要に応じて、ＭｎおよびＡｌのうち少なくとも１種または２種の合計：０．１〜１０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薄膜トランジスター用配線膜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。
（３）上記（２）のスパッタリングターゲットにさらに必要に応じて、Ｐ：０．００１〜０．１原子％を含有する薄膜トランジスター用配線膜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。
（４）上記（１）〜（３）のターゲットは、単層からなる配線膜だけでなく、積層構造からなる配線膜の場合には、その最下層の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、に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明に係る薄膜トランジスターの配線膜を形成するためのターゲットは、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るつぼ内で高周波溶解し、得られた溶湯にＭｇを０．１〜５原子％、Ｃａ：０．１〜１０原子％を添加し、必要に応じてＭｎおよびＡｌのうち少なくとも１種または２種の合計：０．１〜１０原子％を添加し、さらに必要に応じてＰ：０．００１〜０．１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、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。また、このターゲットは、無酸素銅溶湯にＭｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ａｌを直接添加して、アトマイズなどによって得られた母合金粉末をホットプレスすることにより作製することもできる。  
【０００７】
この発明のスパッタリングターゲット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。
【０００８】
Ｍｇ：
Ｍｇは結晶粒を微細化し、薄膜トランジスターにおける配線膜を構成する銅合金薄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薄膜の表面および裏面にＭｇを含有する酸化物層を形成してガラス基板およびＳｉ膜の主成分であるＳｉなどが銅合金配線膜に拡散浸透するのを阻止して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およびＳｉ膜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添加するが、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、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、銅合金薄膜に含まれるＭｇを０．１〜５原子％に定めた。
【０００９】
Ｃａ：
Ｍｇ：０．１〜５原子％にＣａ：０．１〜１０原子％を共存して含有させたターゲットを用いてスパッタリングすると、成膜された銅合金薄膜の場所による比抵抗値のバラツキが少なくなることによるものであり、Ｍｇ：０．１原子％未満、Ｃａ：０．１原子％未満含まれていても所望の効果が得られず、一方、Ｍｇ：５原子％越え、Ｃａ：１０原子％を越えて添加したターゲットを使用してスパッタリングすると、所望の特性の更なる向上が認められず、特に成膜される銅合金薄膜の抵抗が上昇するので好ましくないことによるものである。
これら成分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された膜は、熱処理工程において、Ｍｇおよび／またはＣｕおよび／またはＳｉと、Ｃａとの複酸化物または酸化物固溶体を銅合金薄膜の表面および裏面に形成して、特に水素処理工程後のガラス基板およびＳｉ膜の表面に対する密着性を一層向上させ、さらに銅合金薄膜の表面および裏面に形成する酸化物が化学的安定性の高いＭｇおよび／またはＣｕおよび／またはＳｉと、Ｃａとの複酸化物または酸化物固溶体を含有することから銅合金配線の化学的安定性を向上させる。
【００１０】
Ｍｎ、Ａｌ：
これら成分は、Ｍｇ、Ｃａと共存して含有させることにより、密着性、化学的安定性を一層向上させる。その理由は、以下のごとく考えられる。
これら成分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された膜は、熱処理工程において、Ｍｇおよび／またはＣａおよび／またはＣｕおよび／またはＳｉと、Ｍｎおよび／またはＡｌとの複酸化物または酸化物固溶体を銅合金薄膜の表面および裏面に形成して、特に水素処理工程後のガラス基板表面およびＳｉ膜表面に対する密着性を一層向上させ、さらに銅合金薄膜の表面および裏面に形成する酸化物が化学的安定性の高いＭｇおよび／またはＣａおよび／またはＣｕおよび／またはＳｉと、Ｍｎおよび／またはＡｌとの複酸化物または酸化物固溶体を含有することから銅合金配線の化学的安定性を向上させる。
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（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、１０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、この発明に係るスパッタリングターゲットに含まれるＭｎ、Ａｌのうちの１種または２種を合計で０．１〜１０原子％に定めた。
【００１１】
Ｐ：
少量のＰは銅合金薄膜に求められる比抵抗、ヒロック、ボイド、密着性などの特性を劣化することなく銅合金の鋳造を容易にするので、必要に応じて添加する。しかし、Ｐを０．００１原子％未満添加しても効果はなく、一方、０．１原子％を越えて添加しても鋳造性の向上はない。したがって、Ｐ含有量を０．００１〜０．１原子％に定めた。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のターゲットを用いてスパッタリングすると、ガラス基板が大きくなっても成膜された銅合金薄膜の場所による比抵抗値のバラツキが少なく、さらにガラス基板表面およびＳｉ膜表面に対する密着性が向上しかつ比抵抗値が低いことから高精細化し大型化した薄膜トランジスターの銅合金配線膜を形成することができる。
また、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、ガラス基板表面およびＳｉ膜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】
【００１３】
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ＭｇおよびＣａ
を添加し、必要に応じてＭｎ、Ａｌのうちの少なくとも１種を添加し、さらに必要に応じてＰを添加し、溶解して表１〜３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の寸法を有し、表１〜３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）１〜６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。なお、脆性があり熱間圧延ができなかったインゴットについては、熱間圧延をすることなく、直接インゴットから切り出してスパッタリングターゲットを作製した。
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１〜６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１〜６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。
【００１４】
本発明ターゲット１〜３０、比較ターゲット１〜６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膜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：９９容量％、酸素：１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膜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１〜３に示される成分組成を有し、微量の酸素を含有するいずれも円形の配線用薄膜を形成した。得られた円形の配線用薄膜をそれぞれ加熱炉に装入し、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のち、熱処理を施した円形の配線用薄膜における中心、中心から５０ｍｍ離れた点および中心から１００ｍｍ離れた点の比抵抗を四探針法により測定し、その最大と最小の差を求め、それらの結果を表１〜３に示すことにより配線用薄膜の比抵抗値のバラツキを評価した。
【００１５】
さらに、熱処理を施した円形の配線用薄膜をＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で配線用薄膜に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膜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薄膜の面積％を測定する碁盤目付着試験を実施し、その結果を表１〜３に示し、アモルファスＳｉ膜をコーティングしたガラス基板に対する配線用薄膜の密着性を評価した。
【００１６】
これら熱処理を施した配線用薄膜の表面を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１〜３に示した。
【００１７】
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１〜６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膜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１〜３に示し、アモルファスＳｉ膜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１〜６および従来配線用銅合金膜１〜２の密着性を評価した。
【００１８】
【表１】
2010103331.tif 000002
【００１９】
【表２】
2010103331.tif 000003
【００２０】
【表３】
2010103331.tif 000004
【００２１】
表１〜３に示される結果から以下の事項が分かる。
（ｉ）Ｍｇを単独で含む従来ターゲット１〜２を用いてスパッタリングすることにより成膜した配線用薄膜は、中心部の比抵抗と周辺部の比抵抗との差が大きく、さらにアモルファスＳｉ膜をコーティングしたガラス基板に対する密着性が劣るが、これに対してＭｇとＣａを含み、必要に応じて、Ｍｎ、ＡｌおよびＰを含む本発明ターゲット１〜３０を用いてスパッタリングすることにより成膜した配線用薄膜は、中心部の比抵抗と周辺部の比抵抗との差が小さいことから比抵抗値のバラツキが少なく、さらに水素アニール前後において、いずれもアモルファスＳｉ膜をコーティングしたガラス基板に対する密着性が優れること、
（ii）さらに、この発明の条件より低いＭｇおよびＣａを含む比較ターゲット１を用いてスパッタリングすることにより成膜した配線用薄膜は、ヒロックおよびボイドが発生し、水素アニール前後の密着性が低いため配線用薄膜として好ましくないこと、並びにこの発明の条件から外れてＭｇを多く含む比較ターゲット２およびこの発明の条件から外れてＭｇおよびＣａを多く含む比較ターゲット４を用いてスパッタリングすることにより成膜した配線用薄膜は、ＭｇおよびＣａを添加した本発明ターゲット１〜９を用いて成膜した配線用薄膜と比較して比抵抗値が大きくなり配線用薄膜としては好ましくないこと、
（iii）この発明の条件より低いＣａ、Ｍｎ、Ａｌを含む比較ターゲット３および５を用いてスパッタリングすることにより成膜した配線用薄膜は水素アニール前後の密着性が低く、さらに比抵抗値のバラツキが大きいので好ましくなく、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６を用いてスパッタリングにより成膜した配線用薄膜は比抵抗値が大きくなり過ぎて配線用薄膜として好ましくないこと、などが分かる。