(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素：６超え〜２０モル％を含有し、さらに、Ｍｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうち１種との合計を０．２〜５モル％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密着性に優れた配線下地膜の製造方法であって、
スパッタリングすることによって前記配線下地膜をガラス基板の表面に成膜することを特徴とする密着性に優れた配線下地膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス基板の表面に対する密着性に優れかつボイドの発生しない銅合金膜からなる配線下地膜の製造方法に関するものであり、この製造方法で得られた配線下地膜は導電性に優れた配線膜の下に形成して、前記配線膜のガラス基板表面に対する密着性を高めるために使用され、この配線下地膜は、例えば、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおけるガラス基板の上に形成し、この配線下地膜の上に配線膜を形成して配線膜のガラス基板に対する密着性を高めるために使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリックス方式で駆動するＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これらＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に純銅配線膜が密着形成されている。
この従来のＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおいてガラス基板表面に形成される純銅配線膜は、純銅膜自体がガラス基板に対する密着性が悪いので、通常は、図１の断面概略拡大説明図に示されるように、ガラス基板１の表面に酸素：１〜６モル％を含有する酸素含有銅下地膜２を形成し、この酸素含有銅下地膜２の上に導電性に優れた純銅膜３を形成して二重構造配線膜４を形成し、この酸素含有銅下地膜２および純銅膜３からなる二重構造配線膜４の純銅膜３の上にゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５を形成し、このゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５の上にアモルファスＳｉ膜７を形成している（特許文献１、２参照）。そして、ガラス基板１の表面に対する酸素含有銅下地膜２の密着性は酸素が多く含まれているほど向上することも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５６１２号公報
【特許文献２】特開平８−２６８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５は、ＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２からなる水素を含む混合ガス中で３００℃前後に加熱された雰囲気中で化学蒸着することにより形成されることから、前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５の形成に際して水素（Ｈ＋）が純銅膜３を通過して酸素含有銅下地膜５に到達し、そこで酸素含有銅下地膜５の酸素と結合して水となり酸素含有銅下地膜５に大きなボイド６が発生させ、ガラス基板１の表面に対する酸素含有銅下地膜２の密着性を低下させることがあるので好ましくない。
さらに前記ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５は水素を含む混合ガス中で化学蒸着することにより形成されることからゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５に水素が不可避不純物として含まれることは避けられず、フラットパネルディスプレイのアモルファスＳｉ膜７のＣＶＤ成膜（成膜温度は２５０℃程度である）に際してゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）５に含まれる水素（Ｈ＋）が純銅膜３を通過して酸素含有銅下地膜５に到達し、そこで酸素含有銅下地膜の酸素と結合して水となり酸素含有銅下地膜５に大きなボイド６が発生するので好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、大きなボイドが発生することがなくさらに一層密着性に優れた酸素含有下地膜の製造方法を開発すべく研究を行った。その結果、
（イ）純銅（特に純度：９９．９９％以上の無酸素銅）に、酸素を６モル％越え〜２０モル％含有し、さらにＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％を含有した成分組成を有する銅合金からなる下地膜は、従来の酸素含有銅下地膜に比べて酸素が多く含有しているのでガラス基板に対する密着性が一層優れるようになり、さらにＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％を含有することにより、ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）形成に際して発生する水素（Ｈ＋）が前記銅合金からなる下地膜に拡散侵入したり、さらにゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）に含まれる水素（Ｈ＋）がアモルファスＳｉ膜７のＣＶＤ成膜（成膜温度は２５０℃程度である）に際して前記銅合金からなる下地膜に拡散侵入することがあっても、銅合金からなる下地膜にＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％が含有しているので大きなボイドの発生がなくなることから、この銅合金からなる下地膜の上に純銅膜などの導電性に優れた膜を形成して得られる二重構造配線膜は密着性に優れたものとなり、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイの配線膜として一層優れた効果を奏するものとなる、
（ロ）前記銅合金からなる下地膜は、酸素：６越え〜２０モル％含有し、さらにＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２〜５モル％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前記銅合金からなる下地膜と同じ成分組成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することができる、などの研究結果が得られたのである。
【０００６】
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、
酸素：６越え〜２０モル％を含有し、さらに、Ｍｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうちの１種との合計を０．２〜５モル％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密着性に優れた配線下地膜の製造方法であって、
スパッタリングすることによって前記配線下地膜をガラス基板の表面に成膜する密着性に優れた配線下地膜の製造方法、
に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜は、この銅合金からなる配線下地膜と同じ成分組成を有するターゲットを用い、スパッタリングすることにより形成することができる。そして、このターゲットは、無酸素銅粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ−Ｃａ合金粉末、Ｚｎ粉末、Ｎｉ粉末、Ｔｉ粉末、Ａｌ粉末、Ｃｕ−Ｍｇ合金粉末、Ｆｅ粉末およびＣｕＯ粉末を原料粉末として用意し、これら原料粉末を酸素：６越え〜２０モル％を含有し、さらに、Ｍｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうちの１種との合計を０．２〜５モル％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ように配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工することにより作製することができる。
【０００８】
さらに、この発明の密着性に優れた銅合金からなる配線下地膜は、無酸素銅粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ−Ｃａ合金粉末、Ｚｎ粉末、Ｎｉ粉末、Ｔｉ粉末、Ａｌ粉末、Ｃｕ−Ｍｇ合金粉末およびＦｅ粉末を用意し、これら原料粉末を、Ｍｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうちの１種との合計を０．２〜５モル％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ように配合し、ボールミルで混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工することにより実質的に酸素を含まない銅合金製ターゲットを作製し、このターゲットを用い、酸素：３〜２５体積％含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることにより成膜することもできる。
【０００９】
この発明により製造される密着性に優れた配線下地膜、およびこの配線下地膜を成膜するための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。
（ａ）配線下地膜の成分組成：
この発明の銅合金からなる配線下地膜に含まれる酸素は６モル％を越えて含有させることにより密着強度を一層向上させることができるが２０モル％を越えて含有すると電気抵抗があまりにも上昇し過ぎ、さらに配線下地膜に含まれる酸素により大きなボイドが発生するようになるので好ましくない。したがって、配線下地膜に含まれる酸素を６モル％越え〜２０モル％に定めた。
さらに、この発明の銅合金からなる配線下地膜に含まれるＭｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅはゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）形成に際して発生する水素が銅合金下地膜に拡散侵入しても大きなボイドの発生を阻止する作用を有するので添加するが、その含有量が０．２モル％未満添加してもボイドの発生を抑制することができず、一方、５モル％を越えて添加すると、銅合金下地膜の電気抵抗が上昇するので好ましくない。したがって、Ｍｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうちの１種との合計を０．２〜５モル％に定めた。
【００１０】
（ｂ）ターゲットの成分組成：
この発明の銅合金からなる配線下地膜を成膜するためのターゲットに含まれる酸素を６越え〜２０モル％に限定したのは、ターゲットに含まれる酸素が６モル％以下ではスパッタリングすることにより形成される銅合金膜に含まれる酸素が６モル％以下となって所望の効果が得られなくなるので好ましくなく、一方、ターゲットに含まれる酸素が２０モル％を越えて含まれるようになると、スパッタリングして得られた膜の密着性は向上するものの電気抵抗が大幅に上昇するので好ましくないからである。
さらに、この発明の銅合金からなる配線下地膜を成膜するためのターゲットに含まれるＭｎ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種を、或いは、ＭｎとＣａ、Ｎｉ、Ａｌのうちの１種との合計を０．２〜５モル％に限定したのは、これら成分のうちの１種または２種以上を合計で０．２モル％より少なく添加したターゲットは、これを用いてスパッタリングしてもＭｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＡｌおよびＦｅのうちの１種または２種以上を合計で０．２モル％未満含有する銅合金膜が形成されて十分なボイドの発生を抑制することができないので好ましくないからであり、一方、５モル％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、成膜される銅合金膜に含まれるこれら成分の含有量が５モル％を越えるようになり、電気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。
【発明の効果】
【００１１】
この発明により製造した配線下地膜はガラス基板に対する密着性に一層優れており、さらに、ゲート絶縁膜（例えば、ＳｉＮｘ膜）の成膜に際してまたはアモルファスＳｉのＣＶＤ成膜時の水素の拡散浸透によるボイドの発生がなく、この発明の配線下地膜の上に導電性に優れた銅または銅合金からなる膜を形成して作製した二重構造配線膜は、これをＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線膜などに用いると、ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイが激しい振動を受けるなど過酷な環境下で長期間おかれても配線が剥離することがなく、したがって、故障することがないＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＴＦＴトランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにおける配線部分の要部を説明するための断面概略拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
純度：９９．９９質量％の純Ｃｕ粉末（平均粒径：７０μｍ）、Ｍｏ粉末（平均粒径：５μｍ）、Ｍｎ粉末（平均粒径：７５μｍ）、表１〜４に示されるＣｕ−Ｃａ合金粉末（平均粒径：１２０μｍ）、Ｚｎ粉末（平均粒径：７５μｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒径：４０μｍ）、Ｔｉ粉末（平均粒径：３０μｍ）、Ａｌ粉末（平均粒径：３０μｍ）、表１〜４に示されるＣｕ−Ｍｇ合金粉末（平均粒径：１２０μｍ）、Ｆｅ粉末（平均粒径：５μｍ）およびＣｕＯ粉末（平均粒径：５μｍ）を用意し、これら原料粉末を表１〜４に示される配合割合で配合し、ボールミルで１６時間乾式混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を温度：５００℃、圧力：２．５Ｔｏｎ／ｃｍ２に保持することによりホットプレスし、得られたホットプレス体を機械加工して直径：１５４ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し表１〜４に示される成分組成を有する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）１〜１３、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）１〜３３および酸素含有銅からなる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を作製した。
得られた本発明ターゲット１〜１３、比較ターゲット１〜３３および従来ターゲット１の任意の三箇所からターゲット材を各１ｇ程度切り取り、ＩＣＰ法によりその金属組成を測定し、その平均値を求め、その結果を表１〜４に示した。また、酸素含有量は赤外線吸収法により測定し、その結果を表１〜４に示した。
【００１４】
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１〜１３、比較ターゲット１〜３３および従来ターゲット１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１〜１３、比較ターゲット１〜３３および従来ターゲット１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。
【００１５】
さらに、ガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、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）を用意した。
本発明ターゲット１〜１３、比較ターゲット１〜３３および従来ターゲット１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、ターゲットとガラス基板との距離が７０mmとなるようにスパッタリング装置にセットし、
電源：直流方式、
スパッタパワー：６００Ｗ、
到達真空度：５×１０−５Ｐａ、
雰囲気ガス組成：Ａｒ、
Ａｒガス圧：０．５Ｐａ、
ガラス基板加熱：なし、
の条件で１分間程度成膜し、ガラス基板の表面に、厚さ：３００ｎｍを有し、表５〜８に示される成分組成を有する本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１を形成した。
【００１６】
得られた本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１をそれぞれＥＰＭＡの波長分散型の分光器ＷＤＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｈｔ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によって成分組成を測定し、その結果を表５〜８に示した。
【００１７】
さらに得られた本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１をそれぞれ２×１０−４Ｐａの真空雰囲気中、温度：３５０℃、３０分間保持する熱処理を行なった後、下記の測定および試験を行い、その結果を表５〜８に示した。
抵抗値測定：
前記熱処理を行なった本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１をそれぞれ四探針法により抵抗値を測定し、その結果を表５〜８に示した。
碁盤目付着試験：
ＪＩＳ-Ｋ５４００に準じ、１ｍｍ間隔で縦横１１本ずつカッターで１ｍｍ間隔の切り込みを入れ、本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１に１００個の升目膜を作り、３Ｍ社製スコッチテープを密着させたのち一気に引き剥がし、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升目膜に剥離が生じた升目膜の数を測定し、その結果を表５〜８に示すことによりガラス基板に対する本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１の密着性を評価した。なお、一部しか剥がれていない升目について、面積の半分以上剥がれたものは「剥がれ」と数え、剥がれた部分が面積の半分以下の場合は「剥がれなし」として数えた。
【００１８】
さらに、先に作製したガラス基板の表面に成膜した厚さ：３００ｎｍを有する本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１の上にさらにＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２からなる水素を含む混合ガス雰囲気中、温度：３００℃保持の条件のＰＥＣＶＤ法により厚さ：３００ｎｍを有するゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）を形成し、このガラス基板の表面に形成した本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１およびこれら下地膜の上にそれぞれ成膜したゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）からなる積層膜の断面をＴＥＭを用いて観察し、本発明配線下地膜１〜１３、比較配線下地膜１〜３３および従来配線下地膜１の長さ２０μｍの範囲内に発生した直径：２０ｎｍ以上の大きなボイドの有無を確認し、その結果をその結果を表５〜８に示した。
【００１９】
【表１】
0005674064.tif 000002
【００２０】
【表２】
0005674064.tif 000003
【００２１】
【表３】
0005674064.tif 000004
【００２２】
【表４】
0005674064.tif 000005
【００２３】
【表５】
0005674064.tif 000006
【００２４】
【表６】
0005674064.tif 000007
【００２５】
【表７】
0005674064.tif 000008
【００２６】
【表８】
0005674064.tif 000009
【００２７】
表１〜８に示される結果から、本発明配線下地膜１〜１３は酸素を含む銅からなる従来配線下地膜１に比べてガラス基板に対する密着性に一層優れていること、この発明の条件から外れて酸素、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＦｅを含む比較配線下地膜１〜３３は比抵抗が大きくなり過ぎたり、密着性が低下したり、大きなボイドが発生するなど好ましくないことなどが分かる。
【符号の説明】
【００２８】
１：ガラス基板、２：酸素含有銅下地膜、３：純銅膜、４：二重構造配線膜４、５：ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ膜）、６：ボイド、７：アモルファスＳｉ膜
【図１】
0005674064.tif 000010