金屬薄膜以及金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種金屬薄膜以及金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材，其能夠改善耐濕性、抗氧化性，即使經(jīng)過加熱工序也能維持低電阻值。金屬薄膜包括合計3原子%以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子%～45原子%的Ni，并且元素組A和Ni合計為50原子%以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；此外，金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材包括合計3原子%以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子%～45原子%的Ni，并且自元素組A中選出的元素與Ni合計為50原子%以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
【專利說明】金屬薄膜以及金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及要求耐濕性、抗氧化性的電子部件所用的金屬薄膜以及用于形成該金屬薄膜的Mo合金派射祀材。
【背景技術(shù)】
[0002]除了在玻璃基板上形成有薄膜器件的液晶顯示器(下稱IXD)、等離子體顯示板(下稱rop)、電子紙等所采用的電泳型顯示器等平面顯示裝置(平板顯示器、下稱FPD)之外，在各種半導(dǎo)體器件、薄膜傳感器、磁頭等薄膜電子部件中也需要低電阻的布線膜。例如，LCD、rop、有機(jī)EL顯示器等Fro隨著大畫面、高清晰、高速響應(yīng)化而要求其布線膜低電阻化。此外，近年來開發(fā)了為FPD增加了操作性的觸摸屏、使用了樹脂基板的撓性的FPD等新產(chǎn)品。
[0003]近年來，用作FPD的驅(qū)動元件的薄膜晶體管(TFT)的布線膜使用了 Si半導(dǎo)體膜。作為主布線膜的Al在與Si直接接觸時，有時會因TFT制造中的加熱工序而發(fā)生熱擴(kuò)散，致使TFT的特性變差。因此，使用了在Al和Si之間形成耐熱性優(yōu)異的純Mo、Mo合金等的金屬薄膜來作為隔膜而成的層疊布線膜。
[0004]此外，與TFT連接的像素電極、便攜終端、平板電腦等所用的觸摸屏的位置檢測電極通常采用作為透明導(dǎo)電膜的銦-錫氧化物(下稱Ι--)。在該情況下，作為主布線膜的Al在與ITO接觸時，也有時會在其界面生成氧化物而導(dǎo)致電接觸性變差。因此，也需要在布線膜的Al和ITO之間形成純Mo、Mo合金等的金屬薄膜來確保Al與ITO的接觸性。 [0005]此外，開展了代替目前為止的非晶質(zhì)Si半導(dǎo)體而應(yīng)用使用了能實現(xiàn)進(jìn)一步高速驅(qū)動的氧化物的透明半導(dǎo)體膜的研究，并且研究了在這些氧化物半導(dǎo)體的層疊膜中也使用Al和純Mo、Mo合金等而成的層疊布線膜。
[0006]因此，本 申請人:提出了一種這樣形成的Mo合金膜:作為改善純Mo的特性的手段，向耐腐蝕性、耐熱性以及與基板的密合性優(yōu)異且低電阻的Mo中添加了 3原子％~50原子％的V、Nb等(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0007]此外，近年來，用作FPD的驅(qū)動元件的薄膜晶體管(TFT)的布線膜需要低電阻化，研究了用電阻小于Al的Cu作為主布線膜。此外，一邊觀看FPD的畫面一邊賦予直接操作性的觸摸屏基板畫面也在推進(jìn)大型化，為了低電阻化，正在推進(jìn)將Cu用于主布線材料的研究。
[0008]如上所述，在TFT中使用Si半導(dǎo)體，與Al同樣，作為主布線膜的Cu在與Si直接接觸時，也會因TFT制造中的加熱工序而發(fā)生熱擴(kuò)散，致使TFT的特性變差。因此，使用了在Cu和Si之間形成耐熱性優(yōu)異的純Mo、Mo合金等的金屬薄膜作為隔膜而成的層疊布線膜。
[0009]此外，與TFT連接的像素電極、便攜終端、平板電腦等所用的觸摸屏的位置檢測電極通常使用作為透明導(dǎo)電膜的ITO (銦-錫氧化物)。Cu能夠獲得與ITO的接觸性，但與基板的密合性低，由此,為了確保密合性,需要做成用純Mo、Mo合金等的金屬薄膜包覆Cu而成的層疊布線膜。
[0010]此外，開展了代替目前為止的非晶質(zhì)Si半導(dǎo)體而應(yīng)用使用了能實現(xiàn)進(jìn)一步高速驅(qū)動的氧化物的透明半導(dǎo)體膜的研究，并且研究了在這些氧化物半導(dǎo)體的層疊膜中也使用層疊Cu和純Mo、Mo合金的金屬薄膜而成的層疊布線膜。
[0011]本 申請人:提出了可以通過將與玻璃等的密合性低的Cu、Ag和以Mo為主體的含有V及/或Nb的Mo合金層疊起來，而能夠維持Cu、Ag所具有的低電阻值，并且能夠改善耐腐蝕性、耐熱性、與基板的密合性。(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本特開2002 - 190212號公報
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本特開2004 - 140319號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的問題
[0015]上述的專利文獻(xiàn)I中提出的Mo - V,Mo - Nb合金等與純Mo相比，耐腐蝕性、耐熱性、與基板的密合性優(yōu)異，因此，在形成于玻璃基板上的Fro用途中被廣泛使用。
[0016]但是，在制造FPD時，在基板上形成層疊布線膜之后，在向下一工序移動時，有時會長時間被放置在大氣中。此外，由于樹脂膜與目前為止的玻璃基板等相比具有透濕性，因此，為了提高便利性，在使用了樹脂膜的輕量且撓性的Fro等中要求金屬薄膜具有更高的耐濕性。
[0017]此外，在向FPD的端子部等裝配信號線纜時，有時要在大氣中進(jìn)行加熱，因此，也要求金屬薄膜提高抗氧化性。再者，在使用氧化物的半導(dǎo)體膜中，為了提高特性、穩(wěn)定化，有時要在含氧的氣氛下或形成含氧的保護(hù)膜之后，在350°C以上的高溫下進(jìn)行加熱處理。因此，將金屬薄膜用在主布線膜之上作為覆膜的層疊布線膜也要求提高抗氧化性，以便經(jīng)過這些加熱處理之后也能維持穩(wěn)定的特性。
[0018]本發(fā)明人經(jīng)研究,確認(rèn)到如下問題:在上述的Mo — V、Mo — Nb合金等以及純Mo的金屬薄膜中，在上述環(huán)境下的耐濕性、抗氧化性不夠充分，有時在FPD的制造工序中會產(chǎn)生變色。
[0019]此外，本發(fā)明人經(jīng)研究確認(rèn)，與Al相比，Cu的密合性、耐濕性、抗氧化性要差很多，有時要形成作為用于確保與基板的密合性的基底膜、保護(hù)Cu的表面的覆膜的金屬薄膜。在上述的Mo — V、Mo — Nb合金等以及純Mo中，耐濕性、抗氧化性不夠充分，當(dāng)在FPD的制造工序中作為Cu的覆膜時，有時會發(fā)生變色并且會氧透過，從而產(chǎn)生Cu的電阻值大幅增加的問題。覆膜的變色會使電接觸性變差，導(dǎo)致電子部件的可靠性下降。
[0020]此外，為了 FPD的大畫面化、高速驅(qū)動，TFT制造工序中的加熱溫度有上升的傾向，在經(jīng)過更高的溫度下的加熱工序時，有時作為覆膜的金屬薄膜中所含的合金元素會向Al、Cu的主布線膜中熱擴(kuò)散，從而導(dǎo)致電阻值增加。
[0021]本發(fā)明的目的在于，提供一種由Mo合金構(gòu)成的電子部件用金屬薄膜以及用于形成該金屬薄膜的Mo合金濺射靶材，其能夠改善耐濕性、抗氧化性，此外，當(dāng)在低電阻的Al、Cu的主布線膜上形成金屬薄膜作為基底膜或覆膜時，即使經(jīng)過加熱工序也能維持低電阻值。
[0022]用于解決問題的方案
[0023] 鑒于上述課題，本發(fā)明人重新致力于向Mo中添加的元素的最優(yōu)化。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過向Mo中復(fù)合添加特定量的Ni以及特定量的自Cr、Zr、Ta的元素組A中選定的一種以上的元素，會提高耐濕性和抗氧化性。此外還發(fā)現(xiàn)，在使用金屬薄膜作為低電阻的Al、Cu的主布線膜的基底膜或覆膜時，即使經(jīng)過高溫的加熱工序，也能維持低電阻值，最終完成本發(fā)明。
[0024]即，本發(fā)明是金屬薄膜的發(fā)明，該金屬薄膜包括合計3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素組A中選出的元素與上述Ni合計為50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0025]當(dāng)自上述元素組A中選出的元素為Cr及/或Zr時,優(yōu)選其添加量合計為3原
子％~20原子％。
[0026]當(dāng)自上述元素組A中選出的元素為Ta時，優(yōu)選其添加量為3原子％~15原子％。
[0027]此外，本發(fā)明是金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材的發(fā)明，該濺射靶材包括合計3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素組A中選出的元素和上述Ni合計為50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0028]當(dāng)自上述元素組A中選出的元素為Cr及/或Zr時,優(yōu)選其添加量合計為3原
子％~20原子％。
[0029]當(dāng)自上述元素組A中選出的元素為Ta時，優(yōu)選其添加量為3原子％~15原子％。
[0030]發(fā)明的效果
[0031]與以往的金屬薄膜相比，本發(fā)明的金屬薄膜耐濕性、抗氧化性優(yōu)異。此外，在與主布線膜的Al、Cu層疊時的加熱工序中，也能抑制電阻值的增加，維持低電阻值。由此，通過用于各種電子部件例如形成于樹脂基板上的基底膜、覆膜等，具有能對電子部件的穩(wěn)定制造、可靠性提高有很大貢獻(xiàn)的優(yōu)點，將成為對電子部件的制造有用的技術(shù)。特別是，將成為對觸摸屏、使用樹脂基板的撓性的Fro有用的金屬薄膜。這是由于，在這些產(chǎn)品中，耐濕性、抗氧化性是尤其、非常重要的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明的電子部件用金屬薄膜的應(yīng)用例的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0033]圖1示出了本發(fā)明的金屬薄膜的應(yīng)用例。本發(fā)明的金屬薄膜例如形成于基板I上，能夠用作主導(dǎo)電膜3的基底膜2、覆膜4。在圖1中，在主導(dǎo)電膜3的兩表面形成了金屬薄膜2、金屬薄膜4，但是，也可以適宜選擇基底膜2和覆膜4中之一而僅覆蓋主導(dǎo)電膜3的一個表面。另外，在用本發(fā)明的金屬薄膜僅覆蓋主導(dǎo)電膜的一個表面時，可以根據(jù)電子部件的用途，使用與本發(fā)明不同成分的金屬薄膜覆蓋主導(dǎo)電膜3的另一表面。
[0034]本發(fā)明提供能夠提高耐濕性、抗氧化性、且在例如形成主導(dǎo)電膜的Cu、Al等進(jìn)行層疊時的加熱工序中維持低電阻值的新的金屬薄膜。其特征在于，向Mo中添加合計3原子％以上的自Cr、Zr及Ta成分的元素組A中選出的一種以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且，自上述元素組A中選出的元素與上述Ni合計在50原子％以下的范圍內(nèi)。下面，對于本發(fā)明的金屬薄膜進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，在以下的說明中，“耐濕性”是指高溫度高濕度環(huán)境下的布線膜的電阻值變化的難度。此外，“抗氧化性”是指高溫環(huán)境下的電接觸性的變差的難度，可以根據(jù)布線膜的變色來進(jìn)行確認(rèn)，并且，例如可以利用反射率進(jìn)行定量評價。
[0035]在本發(fā)明的金屬薄膜中，向Mo合金中添加Ni的理由是為了提高抗氧化性。純Mo若在大氣中被加熱，則容易被氧化而導(dǎo)致金屬薄膜表面變色，電接觸性變差。本發(fā)明的金屬薄膜通過向Mo中添加特定量的Ni，能夠提高抗氧化性。其效果在Ni的添加量為10原子％以上時變得顯著。
[0036]用作主導(dǎo)電膜的Cu是在大氣中加熱時非常容易被氧化的元素。使用本發(fā)明的金屬薄膜作為由Cu構(gòu)成的主導(dǎo)電膜的覆膜時，優(yōu)選使Ni的添加量為20原子％以上。由此，本發(fā)明的金屬薄膜在300°C以上的高溫下都能確保充分的抗氧化性和低電阻值。
[0037]另一方面，用作主導(dǎo)電膜的Al若暴露于大氣中，則會在其表面生成薄的鈍化膜而保護(hù)內(nèi)部，因此，與Cu相比，Al是抗氧化性、耐濕性出色的元素。但是，為了如上所述改善與ITO等的接觸性，需要Mo系合金的覆膜。此外，Ni是容易向Al中熱擴(kuò)散的元素，因此，需要使Mo合金所含的Ni的添加量為能夠改善抗氧化性的最小限度。
[0038]在使用本發(fā)明的金屬薄膜作為由Al構(gòu)成的主導(dǎo)電膜的覆膜時，當(dāng)Ni的添加量超過25原子％時，在制造FPD等電子部件時的350°C左右的加熱工序中，覆膜所含的Ni會擴(kuò)散到主導(dǎo)電膜的Al中，導(dǎo)致難以維持低電阻值。因此，在使用本發(fā)明的金屬薄膜作為由Al構(gòu)成的主導(dǎo)電膜的覆膜時，優(yōu)選使Ni的添加量為25原子％以下。
[0039]本發(fā)明人經(jīng)研究確認(rèn)，純Mo耐濕性低，在高溫度高濕度環(huán)境下有時電阻值會增加。為了維持Mo的優(yōu)異的阻隔性同時改善耐濕性，本發(fā)明的金屬薄膜使自Cr、Zr、Ta的元素組A中選出的一種以上的元素合計為3原子％以上，并且使它們與Ni合計為50原子％以下。這是因為，若Ni和Cr、Zr、Ta的添加量合計超過50原子％，當(dāng)加熱到350°C以上的高溫時，電阻值會增加。作為其理由，認(rèn)為是由于和Mo相比，N1、Cr等是容易向Cu中熱擴(kuò)散的元素。
[0040]Cr.Zr.Ta的元素組A是耐腐蝕性高于Mo的元素，是具有容易與氧、氮結(jié)合的性質(zhì)的金屬，具有在高溫度高濕度氣氛中會在表面形成鈍化膜而保護(hù)金屬薄膜內(nèi)部的效果。因此，在本發(fā)明的金屬薄膜中，通過向Mo中添加特定量的Cr、Zr、Ta，能夠大幅提高耐濕性。該效果在合計為3原子％以上時可以看出，在合計為5原子％以上時更為顯著。
[0041]另一方面，當(dāng)增加元素組A的添加量時，會因為在金屬薄膜上形成鈍化膜而導(dǎo)致耐腐蝕性過度提高。由此，會導(dǎo)致將金屬薄膜加工成Fro等的電極、布線時的蝕刻速度下降，會在基板上產(chǎn)生殘渣或者無法進(jìn)行蝕刻。元素組A的添加量根據(jù)元素的不同而不同，在添加Cr、Zr時，優(yōu)選合計為20原子％以下，在添加Ta時，優(yōu)選為15原子％以下。
[0042]在將本發(fā)明的金屬薄膜用作主導(dǎo)電膜的覆膜時，為了穩(wěn)定地獲得低電阻值和耐濕性、抗氧化性，優(yōu)選使其膜厚為20nm~lOOnm。若金屬薄膜的膜厚不足20nm,有時金屬薄膜的連續(xù)性會下降，從而不能充分獲得上述特性。另一方面，當(dāng)金屬薄膜的膜厚超過IOOnm時，金屬薄膜自身的電阻值會變高。
[0043]特別是，在主導(dǎo)電膜為Cu時，為了抑制氧化，更優(yōu)選使金屬薄膜的膜厚為30nm以上。此外，在主導(dǎo)電膜為Al時，為了抑制加熱時原子的擴(kuò)散，優(yōu)選金屬薄膜的膜厚較薄，更優(yōu)選使其膜厚為20nm~70nm。 [0044]在形成本發(fā)明的金屬薄膜時，使用了濺射靶材的濺射法是最好的。可以應(yīng)用使用與金屬薄膜的成分相同成分的Mo合金濺射靶材進(jìn)行成膜的方法、使用Mo - Ni合金濺射靶材和Mo - Cr.Mo - Zr.Mo 一 Ta合金的濺射靶材通過共濺射進(jìn)行成膜的方法等。從濺射條件設(shè)定的簡易度、容易獲得期望成分的金屬薄膜的方面出發(fā)，最優(yōu)選使用與金屬薄膜的成分相同成分的Mo合金濺射靶材進(jìn)行濺射成膜。
[0045]本發(fā)明的金屬薄膜形成用的Mo合金濺射靶材包括10原子％~45原子％的Ni和3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素，并且自上述元素組A中選出的一種以上元素與上述Ni合計為50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0046]此外，當(dāng)從元素組A中選擇了 Cr及/或Zr時,優(yōu)選使其添加量合計為3原子％~20原子％。此外，當(dāng)從元素組A中選擇了 Ta時，優(yōu)選使其添加量為3原子％~15原子％。
[0047]在本發(fā)明的金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材中，優(yōu)選作為用于確保形成金屬薄膜時的抗氧化性、耐濕性而必須的元素的Mo、N1、Cr、Zr、Ta以外的剩余部分中的、Mo以外的不可避的雜質(zhì)的含有量少。在不影響本發(fā)明的作用的范圍內(nèi)，也可以含有作為氣體成分的氧、氮、碳、作為過渡金屬的Fe、Cu ;半金屬的Al、Si等不可避免的雜質(zhì)。例如，氣體成分的氧、氮各為1000質(zhì)量ppm以下,碳為200質(zhì)量ppm以下，F(xiàn)e、Cu為200質(zhì)量ppm以下,Al、Si為100質(zhì)量ppm以下等，作為除去氣體成分以外的純度，優(yōu)選為99.9質(zhì)量％以上。
[0048]作為本發(fā)明的電子部件用金屬薄膜形成用濺射靶材的制造方法，例如能夠應(yīng)用粉末燒結(jié)法。在粉末燒結(jié)法中，例如能夠以將多種合金粉末、純金屬粉末混合成本發(fā)明的最終成分而成的混合粉末為原料粉末。作為原料粉末的燒結(jié)方法，可以采用熱等靜壓、熱壓、放電等離子體燒結(jié)、擠壓機(jī)燒結(jié)等加壓燒結(jié)。
[0049]實施例1
[0050]首先，準(zhǔn)備平均粒徑為6 μ m的Mo粉末、平均粒徑為100 μ m的Ni粉末、平均粒徑為150 μ m的Cr粉末、平均粒徑為120 μ m的Ta粉末、平均粒徑為85 μ m的Nb粉末，混合成表1所示的規(guī)定成分，填充到軟鋼制的容器中之后，一邊加熱一邊進(jìn)行真空排氣，除去容器內(nèi)的氣體之后進(jìn)行密封。接著，將密封后的容器放入到熱等靜壓裝置中，在800°C、120MPa、5小時的條件下進(jìn)行燒結(jié)之后，利用機(jī)械加工制作了直徑100mm、厚度5mm的派射祀材。
[0051]此外，用于制作后述的作為比較例的Mo - N1- Zr合金的金屬薄膜的Ni — Zr合金濺射靶材利用真空熔解-鑄造法制錠，然后利用機(jī)械加工制作了直徑100mm、厚度5mm的濺射靶材。
[0052]將上述所得的各濺射靶材釬焊于銅制的墊板上，然后裝配于濺射裝置。濺射裝置采用了佳能安內(nèi)華株式會社制的SPF - 440H。
[0053]在25mmX50mm的玻璃基板上形成200nm的表1所示的各成分的金屬薄膜,獲得了試樣。另外，Mo -N1-Zr合金的金屬薄膜通過同時濺射上述制作的Mo — Ni合金和Ni —Zr合金的靶材的共濺射法而形成。所得的金屬薄膜的成分分析利用株式會社島津制作所制的型號:ICPV - 1017的ICP (電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀)進(jìn)行分析。
[0054]對于抗氧化性的評價，測定了將上述所得的各試樣在大氣中在250°C、300°C、350°C下加熱I小時之后的反射率的變化。反射率的測定使用柯尼卡美能達(dá)株式會社制的分光光度計CM — 2500d測定了可見光范圍的反射特性。對于蝕刻性的評價，將上述所得的各試樣浸潰于關(guān)東化學(xué)株式會社制的Al用蝕刻劑中10分鐘，評價了在基板上是否殘留有金屬薄膜。將在基板上沒有膜殘留、殘渣等而被蝕刻了的試樣記作〇，將殘留有膜而未被蝕刻的試樣記作X。另外，對于被蝕刻但卻有膜殘留、殘渣的情況，標(biāo)示出其狀況。將其結(jié)果不于表1。
[0055]【表1】
【權(quán)利要求】
1.一種金屬薄膜，其特征在于， 其包括:合計3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素組A中選出的元素與上述Ni合計為50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬薄膜，其特征在于， 自上述元素組A中選出的元素為Cr及/或Zr,其添加量合計為3原子％~20原子％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬薄膜，其特征在于， 自上述元素組A中選出的元素為Ta,其添加量為3原子％~15原子％。
4.一種金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材，其特征在于， 其包括:合計3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素組A中選出的一種以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素組A中選出的元素與上述Ni合計為50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材，其特征在于， 自上述元素組A中選出的元素為Cr及/或Zr,其添加量合計為3原子％~20原子％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬薄膜形成用Mo合金濺射靶材，其特征在于， 自上述元素組A中選出的元素為Ta,其添加量為3原子％~15原子％。
【文檔編號】C23C14/34GK103993262SQ201410056816
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】村田英夫 申請人:日立金屬株式會社