(57)【要約】【課題】Ｃｕ配線の代替として用いられ、耐候性に優れた配線と、該配線を形成するためのＣｕ合金スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。【解決手段】このＣｕ合金配線およびＣｕ合金スパッタリングターゲットは、ＮｉとＡｌ及び／又はＴｉと、を少なくとも含み、残部が不可避成分を含んでもよいＣｕである組成物からなるＣｕ合金配線であって、前記組成物中におけるＮｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮｉとＡｌ及び／又はＴｉと、を少なくとも含み、残部が不可避成分を含んでもよいＣｕである組成物からなるＣｕ合金配線であって、
前記組成物中におけるＮｉとＡｌ及び／又はＴｉの含有量が、Ｎｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下であることを特徴とするＣｕ合金配線。
【請求項２】
前記Ｃｕ合金配線の幅は、５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ合金配線。
【請求項３】
前記Ｃｕ合金配線の厚さは、０．１μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ合金配線。
【請求項４】
ＮｉとＡｌ及び／又はＴｉとを少なくとも含み、残部が不可避成分を含んでもよいＣｕである組成物からなるＣｕ合金スパッタリングターゲットであって、
前記組成物中におけるＮｉとＡｌ及び／又はＴｉの含有量が、Ｎｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下であることを特徴とするＣｕ合金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】
本発明は、たとえば、ＩＴＯ膜をセンサーとして用いる静電容量型タッチパネルにおいて、ＩＴＯと駆動ドライバーの間を結ぶＣｕ合金配線、および該配線をスパッタリングで形成するためのＣｕ合金スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、スマートフォンやタブレットに、静電容量型タッチパネルが広く採用されている。これはガラスやフィルム基材の上に、ＩＴＯでＸ−Ｙ極のパターンを形成し、電極間に指などが近づくことで静電容量が変化し位置検出を行うものである。
【０００３】
このＩＴＯと駆動ドライバー間は配線で接続されている。この配線材料にはＡｇペーストやＡｌ、Ｍｏなどが用いられている。近年、タッチパネルの動作も、単一からジェスチャー動作（拡大、縮小、移動）が行われるようになり、更なる高速化が求められている。またパネルの大画面化に対応するため、さらなる狭額縁化も求められている。そこで従来のＡｇペーストから、微細化が可能なＡｌやＭｏ膜がスパッタリングで成膜されている。
【０００４】
しかし、Ｍｏ膜は高価であり、スパッタ効率も悪いため、生産性にも問題がある。また、Ａｌ膜の場合は、配線に流れる電流密度が大きくなることにより金属原子・空孔が移動する現象（エレクトロマイグレーション）が生じ、また、配線にかかる引張応力を緩和させようと金属原子・空孔が移動する現象（ストレスマイグレーション）も生じる。これらエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーションによるボイドの発生により、抵抗値の増加、更にはボイドの発生により断線する問題があり信頼性が問題となっている。
【０００５】
そのため、配線材のコスト低減や低抵抗化の観点から、ＡｌやＭｏ膜より安価で低い抵抗値を持つ配線材が求められ、Ｃｕを配線材に用いる要求が強くなっている。しかし、Ｃｕは酸化しやすく、耐候性に問題がある。そのため、Ｃｕ配線材の上に保護膜を設けるのが一般的である。
【０００６】
保護膜に要求される特性として、高い耐食性や良好なエッチング特性など求められる。それらの問題を解決するために、たとえば、下記の特許文献に記載された技術が開示されている。
【０００７】
特許文献１では、ディスプレー用ＴＦＴ素子を構成する配線材で、ＣｕにＰｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｓｍを０．０１から０．５原子％含有するか、または、ＣｕにＮｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｄ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗを０．０１から０．５原子％含有させることで、ガラスとの密着に優れるＣｕ合金配線膜が得られることが開示されている。しかし、上記組成では十分な耐候性が得られない。
【０００８】
特許文献２では、Ｃｕ電極の保護膜として、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｍｎを含有するＮｉＣｕ合金スパッタリングターゲット材が開示されている。しかしながら、Ｎｉは耐食性に優れた材料であることから、パターン形成加工時のウェットエッチング処理時にはＣｕの保護膜であるＣｕＮｉ合金が残渣として残り、電極としての特性を損なう。
【０００９】
特許文献３では、Ｃｕ電極保護膜の形成に用いられるＮｉＣｕ合金スパッタリングターゲット材が開示されている。しかし、上記特許文献２と同様に、Ｎｉを多く含む組成であるので、エッチングに特殊な薬液を用いる必要がある。
【００１０】
特許文献４では、シリコン（Ｓｉ）半導体層上に、銅（Ｃｕ）合金からなる電極が設けられた接合電極構造であって、前記半導体層と前記電極との界面に、当該界面自体の熱拡散領域からなるオーミックコンタクト層を備えたことを特徴とする接合電極構造が開示されている。しかし、上記組成では十分な耐候性が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０６９２１４号国際公開パンフレット
【特許文献２】特開２０１１−０５２３０４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９３４４４号公報
【特許文献４】特開２０１０−２６３０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特許文献１から４のように、Ｃｕ配線用の保護膜は耐候性やエッチング適性などの要求特性を満たすのが困難であり、また、保護膜と下地のＣｕ配線とのエッチングレートが合致せず、エッチングによる配線パターン構築の際に、その断面においてＣｕ配線が細り保護膜がひさし状に残ってしまう問題がある。このため、保護膜を必要としない単層の配線材料が検討されているものの、耐候性および電気抵抗特性などの点において未だ所望の性能が得られてない。
【００１３】
また、近年、配線パターンが複雑になり、保護膜の上にさらにＩＴＯを成膜する場合がある。その際にその保護膜とＩＴＯ膜の仕事関数が違うと、ショットキー接続になり配線として用いることができない場合がある。保護膜とＩＴＯ膜がオーミック接続となるためには、保護膜の仕事関数がＩＴＯ膜の仕事関数よりも低いことが重要となる。しかし、これまで、仕事関数がＩＴＯ膜よりも低く、さらに高い耐食性や良好なエッチング特性を同時に満たす保護膜は得られておらず、特に、ＩＴＯ膜との接続に着目した合金組成は上記いずれの特許文献にも開示も示唆もない。
【００１４】
そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、Ｃｕ配線の代替として用いられ、耐候性に優れた配線と、該配線を形成するためのＣｕ合金スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ＣｕＮｉ合金は耐候性に優れるため、Ｃｕ配線保護膜として従来用いられてきた。しかし、ＩＴＯ膜よりも仕事関数が高いため、ＩＴＯ膜との接続がオーミック接続とならずに問題となっていた。上記課題を解決するために本発明者らは鋭意研究を進めた結果、ＣｕＮｉ合金に、さらにＡｌ又はＴｉを添加することで、配線の導電性を保ちつつＣｕ合金の耐候性を調整することが可能とあることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には本発明は以下のものを提供する。
【００１６】
本発明の第一の発明は、ＮｉとＡｌ及び／又はＴｉと、を少なくとも含み、残部が不可避成分を含んでもよいＣｕである組成物からなるＣｕ合金配線であって、
前記組成物中におけるＮｉとＡｌ及び／又はＴｉの含有量が、Ｎｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下であることを特徴とするＣｕ合金配線である。
【００１７】
本発明の第二の発明は、第一の発明において、Ｃｕ合金配線の幅は、５μｍ以上２０μｍ以下であるＣｕ合金配線である。
【００１８】
本発明の第三の発明は、第一の発明において、Ｃｕ合金配線の厚さは、０．１μｍ以上２μｍ以下であるであるＣｕ合金配線である。
【００１９】
本発明の第四の発明は、ＮｉとＡｌ及び／又はＴｉとを少なくとも含み、残部が不可避成分を含んでもよいＣｕである組成物からなるＣｕ合金スパッタリングターゲットであって、
前記組成物中におけるＮｉとＡｌ及び／又はＴｉの含有量が、Ｎｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下であることを特徴とするＣｕ合金スパッタリングターゲットである。
【発明の効果】
【００２０】
たとえば、静電容量型タッチパネルに用いられるＩＴＯ膜上に積層される配線材の構成、具体的には、当該配線上にＩＴＯ膜が形成されるようなＣｕ合金配線／ＩＴＯ膜の積層構成を備えるパターン配線において、タッチパネルとして実用可能な電気抵抗特性を備え、かつ、エッチング性及び耐候性に優れたＣｕ合金配線材と、該配線材を形成するためのＣｕ合金スパッタリングターゲットを提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のＣｕ合金配線およびＣｕ合金スパッタリングターゲットについて、その実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
＜Ｃｕ合金配線＞
本発明のＣｕ合金配線は、Ｎｉ、Ａｌ及び／又はＴｉ、および残部が不可避成分を含んでもよいＣｕ、とした場合の合金組成において、Ｎｉ含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下であり、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下であり、前記残部に含まれるＣｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下である。
【００２３】
上記組成範囲の合金とすることで、タッチパネルとして実用可能な電気抵抗特性を備え、かつ、エッチング性及び耐候性に優れた配線材料となるものである。
【００２４】
合金に用いるＣｕは、例えば、硫酸銅溶液等の電解液中で電気分解により陰極に海綿状または樹枝状の形状のＣｕを析出させて製造されるものを使用できる。なお、Ｃｕは、これらの方法以外で製造されたものを使用してもよい。
【００２５】
Ｎｉは耐候性に優れた金属であるため、Ｎｉを含むことによりＣｕ合金の耐候性が改善される。ここで、Ｎｉの含有量は組成物中の２０質量％以上６５質量％以下、好ましくは２５質量％から３５質量％である。Ｎｉが２０質量％未満では十分な耐候性が得られず、６５質量％より多くなると、配線のパターン形成工程時のエッチング処理時に残渣として残ってしまうことから好ましくない。
【００２６】
Ａｌはエッチング性の調整に用いられる。耐候性を改善するためにＮｉを添加するが、Ｎｉ添加量が多くなるほど、エッチング性は低下する。そのため、耐候性を改善し、かつエッチング性を確保するためには、第三成分として添加する必要がある。Ａｌの添加はエッチング性の調整が可能となる。また、ＴｉもＡｌと同様にＣｕ‐Ｎｉ合金のエッチング性を改善する効果を持つ。
【００２７】
上記のように、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量は組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下とするが、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量とは、Ａｌのみでもよいし、Ｔｉのみでもよいし、ＡｌとＴｉとを同時に含ませてもよい。ＡｌとＴｉの合計の含有量を組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下とすることで効果が得られる。
【００２８】
なお、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、上記の不可避成分、以外の元素を含んでいる場合であっても、組成物中におけるＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、の含有量が本発明の特定する範囲内、すなわち、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、を除いた残部において、Ｃｕの含有量は残部中の９０質量％以上１００質量％以下であれば本発明の効果が得られる。
【００２９】
また、Ｃｕ合金配線として用いるため、耐酸化性および耐食性に優れる必要がある。実施例記載の方法によって、大気中、１５０℃で１時間加熱したとき、または、５％食塩水に２４時間浸漬したときのＣｕ合金配線が、処理前の色と変わらないことが好ましい。変化が大きい程、耐酸化性および耐食性に劣ることであり、また配線が溶解してしまい、タッチパネルの信頼性に問題を生じるため好ましくない。
【００３０】
＜Ｃｕ合金スパッタリングターゲットの製造方法＞
以上のようなＣｕ合金配線は、スパッタリングにより製造される。スパッタリングターゲットは、Ｃｕ合金配線と同じ組成で製造される。製造方法は、先ず、ＣｕやＮｉ、Ａｌ、Ｔｉの元素を、スパッタリングターゲットにおけるＮｉの含有量が組成物中の２０質量％以上６５質量％以下、Ａｌ及び／又はＴｉの含有量が組成物中の０．２質量％以上５．０質量％以下、となるように配合する。次に、配合した原料を溶解・鋳造法で合金化させる。合金化する際の温度は、１３００〜１６００℃程度とすることが好ましい。また、使用する坩堝は、特に指定は無いが黒鉛坩堝は好ましくない。黒鉛坩堝を用いた場合には、１３００℃位で添加元素であるＮｉに浸炭するため、得られる鋳塊の品位が低下するおそれがある。溶解・鋳造法により得られる鋳塊品は、均一な組成分布であり、また塑性加工が容易となる。
【００３１】
次に、得られた鋳塊を用いてスパッタリングターゲットを製造する。スパッタリングターゲットに加工する加工方法は何でも良く、熱間鍛造、冷間鍛造でも良く、また、ワイヤーカットでの切り出しでの加工でもよく、板材に形成する。得られた板材は、スパッタリングの冶具であるバッキングプレートにロウ材を用いて貼付けることで、Ｃｕ合金スパッタリングターゲットを得ることができる。なお、Ｃｕ合金スパッタリングターゲットとは、平面研削やボンディング等のスパッタリングターゲット仕上げ工程前のスパッタリングターゲット材の状態も含むものである。
【００３２】
＜配線の形成方法＞
本発明のＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いて形成される配線は以下の方法により作製される。まず、透明フィルム基板上に、本発明のＣｕ合金スパッタリングターゲットにより、スパッタリングにより配線を形成する。配線の厚さは、０．１μｍ以上２μｍ以下である。０．１μｍより薄いと、電気抵抗が高くなる場合がある。また、２μｍより厚くなると生産性が低下したり、エッチングし難くなるので好ましくない。  また、Ｃｕ合金配線の幅は、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、８μｍ以上１５μｍ以下である。幅が５μｍより狭いと、マスキングが困難であり、またオーバーエッチングになる場合があるため好ましくない。また、幅が２０μｍより太くなると視認性が悪くなるので好ましくない。
【００３３】
配線上に、ＩＴＯ膜をスパッタリングで形成後、配線パターンに沿ってエッチングされる。本発明の配線材はＣｕと同等のエッチング性を持つため、エッチング液には、従来公知の塩化第二鉄を用いることができる。このように、本発明のＣｕ合金配線は、Ｃｕ配線／ＩＴＯ膜の構成に好適に使用される。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
Ｎｉを３０．０質量％、Ｔｉを１０．０質量％、残部がＣｕとなるように出発原料を秤量し、溶解炉として高周波誘導真空溶解炉（富士電波工業株式会社製）用い、アルミナ坩堝に原料を投入してＡｒ雰囲気で１４５０℃まで加熱し、鉄製の鋳型に鋳造した。
【００３６】
次に、得られた鋳塊について表面の異物をグラインダー等で除去した後、熱間圧延にて９００℃まで加熱し、鋳塊を８０％まで圧下させて板状に加工した。そして、得られた板材をワイヤーカットにて直径φ６インチに切り出し、切り出した板材を平面研削にて厚さ５ｍｍに加工した。その後、ロウ材にＩｎを用いてバッキングプレートに貼付け、スパッタリングターゲットを作製した。
【００３７】
次に、フィルム基材として、耐加水分解性フィルムに、フィルム厚１２５μｍの東洋紡績株式会社製の耐加水分解性ポリエステルフィルム商品名「シャインービーム（登録商標）（フィルム厚さ１２５μｍ、：透明タイプ））を用いた。このフィルムにコロナ放電処理（４０ｋＨｚ、１０ＫＷ）を３０秒行い、表面を活性化させた。この活性化した表面にビニル系樹脂のエチレン酢酸ビニル樹脂を厚み５０μｍになるように塗布した。
【００３８】
このスパッタリングターゲットを用いてＣｕ合金配線をマグネトロンスパッタリングにより成膜した。スパッタリング装置には、ＵＬＶＡＣ製スパッタ装置（型番  ＳＨ−４５０）を用いた。スパッタリングターゲットをスパッタリング装置に取り付け、２５ｍｍ×５０ｍｍに切り取った上記のフィルム基板をスパッタリングターゲットと対向させた位置に取り付け、装置内を真空度が２×１０-4Ｐａになるまで真空引きした後、Ａｒガスをガス圧が０．３Ｐａになるまで導入し、フィルム基板を３０ｒｐｍで回転させながら、投入電力を７００Ｗ、成膜時間を１２０秒として、厚さ２０ｎｍのＣｕ-Ｎｉ-Ｔｉ合金からなるＣｕ合金配線を得た。
【００３９】
得られたＣｕ合金配線の組成は、Ｃｕ合金配線を酸で溶解してＩＣＰ発光分光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー社製  型番  ＳＰＳ３５００）で分析したところ、スパッタリングターゲットと同じ組成であった。
【００４０】
（密着力の評価）
次に、この耐加水分解性導電フィルムの密着力を碁盤の目試験（ＪＩＳ−Ｋ５４００に準拠）で評価した結果、膜の剥離はなく、その良品割合は、「１００／１００」と１００％であった。さらに引き剥がし強さ試験（ＪＩＳ−Ｃ６４７１に準拠）を、では、リード幅は１ｍｍとし、引き剥がしの角度をは９０°の条件でとして行った。なお、リードはサブトラクティブ法で形成した。その結果、引き剥がし強さは、１５０Ｎ／ｍであった。
【００４１】
（耐食性および耐酸化性の評価）
得られた配線の耐食性試験および耐酸化性試験として、それぞれ塩水浸漬試験と耐熱試験を行った。塩水浸漬試験は、配線を５％の食塩水に２４時間浸漬し、試験前後の配線膜の色の変化を目視で判定した。耐酸化性試験は、Ｃｕ合金配線を１５０℃のオーブンに１時間入れ、試験前後の配線膜の色の変化を目視で判定した。なお、目視で変色なしを○とし、変色有を×として評価した。
【００４２】
（エッチング性の評価）
得られた配線のエッチング性は、エッチング液として４２°ボーメの塩化第二鉄水溶液を３５℃にして、８０秒浸漬することによりエッチングを行い、その後、水洗することによりエッチングを行い、エッチング処理後の残渣有無を顕微鏡で確認することにより確認し、残渣無を○、残渣有を×として評価した。
【００４３】
（評価結果）
上記評価方法で得られた配線を評価した結果、塩水浸漬試験と耐熱試験の結果は、いずれも○であり、エッチング試験の評価も○であった。また、密着力の評価も十分であった。
【００４４】
（実施例２）
出発原料にＴｉ１０．０質量％の代わりにＡｌ１５．０質量％とした以外は、実施例１と同様にしてＣｕ合金スパッタリングターゲットを作製し、同じフィルム基板に同じスパッタ条件で厚さ２０ｎｍのＣｕ-Ｎｉ-Ａｌ合金からなるＣｕ合金配線を得た。
【００４５】
得られた配線を実施例１と同様の評価方法で評価した結果、塩水浸漬試験と耐熱試験の結果は、いずれも○であり、エッチング試験の評価も○であった。また、密着力の評価も十分であった。
【００４６】
（比較例１）
出発原料に、純銅を用いて実施例１と同様にしてＣｕスパッタリングターゲットを作製し、さらに厚さ２０ｎｍの純ＣｕからなるＣｕ配線を得た。
【００４７】
得られた配線を実施例１と同様の評価方法で評価した結果、塩水浸漬試験と耐熱試験の結果は、いずれも×であり、エッチング試験の評価も×であった。