专利名称：铜合金薄膜、铜合金溅射靶和平板显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜合金薄膜、铜合金溅射靶和平板显示器。具体地说，本发明涉及，甚至在热处理后，也能在保持它们的低电阻率的同时减少空隙(void)的铜合金薄膜、沉积铜合金薄膜的溅射靶、和使用铜合金薄膜作为联结线路薄膜和/或电极膜的平板显示器。
背景技术：
以液晶显示器、等离子体显示板、电场发射显示器和电致发光显示器为代表的平板显示器已经尺寸扩大化。为了减少信号随显示器尺寸增加而在信号线中延迟，在平板显示器的联结线路中必须使用具有较低电阻率的材料。在显示器中，液晶显示器在它们的用于驱动象素的联结线路中，例如在薄膜晶体管(TFT)的栅极线和源-漏线(source-drain lines)中，还需要较低的电阻率。现在使用具有热稳定性的铝合金例如Al-Nd作为用于它们的联结线路的材料。
由于以液晶电视的显示器为代表的液晶显示器已经对角线地扩大到40英寸或更大，必须避免随扩大产生的信号延迟，所以具有比纯铝更低的电阻率的Ag和Cu(低于3.3μΩ·cm的电阻率薄膜中的试验值)作为液晶显示器的联结线路用材料受到了注意。但是，应用到液晶显示器时，Ag和玻璃基片和/或SiN绝缘膜的粘附是差的，不能用湿蚀刻充分地加工成联结线路，并且因为Ag元素的凝聚产生绝缘失败。相比之下，Cu已经用在大规模集成电路(LSI)中，比Ag更加实际地适用于液晶显示器。实际上，已经提出了使用Cu作联结线路用材料的显示板和液晶设备(例如，日本专利申请公开(JP-A)第2002-202519号和第10-253976号)。
但是，联结线路用铜材料必须在一些方面进行改进。其中之一是抑制称为空隙的晶间断裂。加工液晶显示器中的TFT(此后称为“液晶TFT”)用联结线路的方法包括热处理方法，其中在加工栅极绝缘膜或层间绝缘膜中通过溅射沉积薄膜之后，将工件加热到约300℃。在热处理过程的温度降低时，得到的金属联结线路(Cu联结线路)经历由于玻璃基片和金属联结线路之间的热膨胀系数差产生的拉应力。所述拉应力在金属联结线路的晶界上产生称为空隙的细裂缝，这又降低了联结线路的可靠性，例如防止应力迁移引起的破裂的能力(SM抗性)或防止电迁移引起的破裂的能力(EM抗性)。
和铝相比，取决于晶体取向，Cu具有显著变化的杨氏模量和刚性模量。因此，在热处理之后的温度降低时，多晶铜联结线路经受不同晶体取向之间的很大应变，这经常导致晶界分层(空隙或裂缝)。
另外，Cu容易氧化，当Cu用作联结线路用材料时，必须抑制内部氧化和它伴生的晶界分层(空隙或裂缝)。晶界包括大量的原子空位的晶体缺陷，称为“空位”，这使氧化加速。当晶界氧化形成CuOx时，CuOx在加工的清洗过程中腐蚀，沿晶界形成空隙或裂缝，从而增加铜联结线路的电阻率。除增加电阻率外，伴随有晶界分层的内部氧化由于，例如，导致联结线路的断裂，所以明显不利地影响联结线路的可靠性。
发明内容
在这些情况下，本发明的目的是提供一种铜合金薄膜，甚至在平板显示器的典型加工过程中暴露于高温之后它也能维持比纯铝更低的电阻率和抑制空隙形成。本发明的另一个目的是提供一种用于沉积铜合金薄膜的溅射靶、和使用所述铜合金薄膜作为联结线路薄膜和/或电极膜的平板显示器。
具体地，本发明提供(a)一种含有Fe和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其中Fe和P的含量满足所有下列条件(1)～(3)1.4NFe+8NP＜1.3(1)NFe+48NP＞1.0 (2)12NFe+NP＞0.5 (3)其中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)；
(b)一种含有Co和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其中Co和P的含量满足所有下列条件(4)～(6)1.3NCo+8NP＜1.3(4)NCo+73NP＞1.5 (5)12NCo+NP＞0.5 (6)其中，NCo表示Co的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)；和(c)一种含有Mg和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其中Mg和P的含量满足所有下列条件(7)～(9)0.67NMg+8NP＜1.3(7)2NMg+197NP＞4 (8)16NMg+NP＞0.5 (9)其中，NMg表示Mg的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)；所述铜合金薄膜最适合用作平板显示器的联结线路薄膜和/或电极膜。甚至在200～500℃下热处理1～120分钟之后，Fe2P、Co2P和Mg3P2分别析出在铜合金薄膜(a)、(b)和(c)的晶界上，起维持它们的低电阻率和抑制空隙形成的作用。
本发明还包括沉积这些铜合金薄膜用的溅射靶。具体地，可以通过使用含有Fe和P以及余量基本上是Cu的溅射靶沉积铜合金薄膜(a)，其中Fe和P的含量满足所有下列条件(10)～(12)1.4NFe+1.6NP’＜1.3(10)NFe+9.6NP’＞1.0 (11)12NFe+0.2NP’＞0.5 (12)其中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
可以通过使用含有Co和P以及余量基本上是Cu的溅射靶沉积铜合金薄膜(b)，其中Co和P的含量满足所有下列条件(13)～(15)1.3NCo+1.6NP’＜1.3(13)NCo+14.6NP’＞1.5 (14)12NCo+0.2NP’＞0.5 (15)
其中，NCo表示Co的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
可以通过使用含有Mg和P以及余量基本上是Cu的溅射靶沉积铜合金薄膜(c)，其中Mg和P的含量满足所有下列条件(16)～(18)0.67NMg+1.6NP’＜1.3(16)2NMg+39.4NP’＞4(17)16NMg+0.2NP’＞0.5 (18)其中，NMg表示Mg的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
本发明还包括每个都含有上述铜合金薄膜中任一个的、作为联结线路薄膜和电极膜中至少一个的平板显示器。
根据本发明的铜合金薄膜能生产铜合金联结线路薄膜，甚至在于200℃或更高的温度下进行热处理用于沉积栅极绝缘膜和/或层间绝缘膜之后，所述铜合金联结线路薄膜也能维持比纯铝薄膜低的电阻率和具有满意的可靠性，但不产生大量的空隙。得到的联结线路薄膜和/或电极膜用于尺寸扩大的平板显示器，例如液晶显示器、等离子体显示板、电场发射显示器和电致发光显示器。
参照附图从优选方案的下列说明中将清晰地看到本发明的目的、特点和优点。
图1是表示在Cu-P合金薄膜中热处理后的空隙密度和P含量的关系的图；图2是在300℃下真空热处理后Cu-0.1原子％P合金薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；图3是表示在Cu-P合金薄膜中电阻率和P含量的关系的图；图4是表示在Cu-Fe合金薄膜中热处理后的空隙密度和Fe含量的关系的图；图5是在300℃下真空热处理后Cu-0.28原子％Fe合金薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
图6是表示在Cu-Fe合金薄膜中电阻率和Fe含量的关系的图；图7是表示在Cu-P合金薄膜和Cu-Fe-P合金薄膜中电阻率和热处理温度的关系的图；图8是表示在Cu-Fe-P合金薄膜中Fe和P的含量和热处理后的空隙密度的关系的图；图9是表示在Cu-Co-P合金薄膜中Co和P的含量和热处理后的空隙密度的关系的图；图10是表示在Cu-Mg-P合金薄膜中Mg和P的含量和热处理后的空隙密度的关系的图；图11是在300℃下真空热处理后Cu-0.28原子％Fe-0.05原子％P合金薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图。
优选方案的描述本发明人对甚至暴露于液晶TFT的生产过程中的200℃或更高的升高温度后也能维持比纯铝薄膜低的电阻率和显著地减少“空隙”的铜合金薄膜进行了透彻的研究。在使用纯Cu薄膜的联结线路薄膜的加工中发生这些空隙。他们还深入地研究了沉积铜合金薄膜用的溅射靶的组成。
结果，他们发现，含有P和选自Fe、Co和Mg中至少一种的铜基薄膜能维持低电阻率和比纯Cu薄膜更显著地抑制空隙。进一步研究之后，他们发现，通过控制铜合金中P和Fe、Co或Mg的比例能有效地可靠地表现出这些作用和优点。基于这些发现完成了本发明。下面描述导致本发明的细节。
起初，本发明人认为P通过捕获Cu薄膜中含有的杂质氧而有助于抑制内部氧化，对P的含量和在含P的铜基薄膜即Cu-P合金薄膜中热处理后产生的空隙的量的关系进行了研究。
具体地，使用溅射设备在玻璃基片(#1737玻璃，来自Corning Inc.)上沉积一系列含有0～0.5原子％的P和具有300nm膜厚度的Cu-P合金薄膜或纯Cu薄膜。用光刻法和用混合酸蚀刻剂(含有硫酸、硝酸和乙酸的混合酸)的湿蚀刻在其上加工出10μm线宽的联结线路图案，然后在300℃下真空热处理30分钟。计数在联结线路图的表面上观察劐的空隙以确定空隙密度。考虑到在加工液晶TFT的过程中滞后的热处理温度在栅极绝缘膜的加工过程中一般最高达到350℃和在源-漏联结线路薄膜的加工过程中一般最高达到300℃，进行上述热处理。
在Cu-P合金薄膜中热处理后的空隙密度和P含量的关系的试验结果表示在图1中。图1表明，随着P含量的增加，空隙的密度下降，为了控制空隙密度为1.0×1010m-2或更低即实际可接受的水平，应该加入0.2原子％或更高量的P。
为了参考，图2表示在300℃下真空热处理后Cu-0.1原子％P合金薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图。在这里，沉积Cu合金薄膜，进行光蚀刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻以形成10μm线宽的联结线路图案，在300℃下真空热处理30分钟。图2表示其中用混合酸蚀刻剂蚀刻联结线路图案的表面的照片以易于辨认热处理后的晶界。图2中箭头指出的黑区域是空隙。
本发明人还研究了在Cu-P合金薄膜中P含量对电阻率的影响。具体地，使用溅射设备在玻璃基片(#1737玻璃，来自Corning Inc.)上沉积一系列具有0.03原子％或0.09原子％的P含量和具有300nm膜厚度的Cu-P合金薄膜，在300℃下真空热处理30分钟。测定热处理后的Cu-P合金薄膜的电阻率。也考虑到在液晶TFT的加工中热处理温度的滞后，进行了这种热处理。单独地，沉积不加P的纯Cu薄膜，进行热处理，测定它的电阻率。
在Cu-P合金薄膜中电阻率和P含量的关系的这些试验结果表示在图3中。图3表明和纯Cu薄膜相比，加入0.1原子％的P增加了0.8μΩ·cm的电阻率。
作为上述类似试验的结果，发现纯Al薄膜在热处理后具有3.3μΩ·cm的电阻率。图3表示P含量必须是0.16原子％或更低(包括0原子％)以生产具有比纯Al薄膜低的电阻率的Cu-P合金薄膜。
Cu-P合金薄膜的这些试验结果表明，P含量必须是0.2原子％或更高以抑制热处理产生的空隙，但是它必须是0.16原子％或更低(包括0原子％)以得到比纯Al薄膜低的电阻率，控制Cu-P合金薄膜中的P含量不能同时降低电阻率和抑制空隙。
本发明人加工了含有Fe的铜基合金薄膜，即Cu-Fe合金薄膜，证明Fe含量和空隙形成的关系。因为Fe沉积在晶界上，所以认为Fe对于加强晶界是有用的。
具体地，使用溅射设备在玻璃基片(#1737玻璃，来自Corning Inc.)上沉积一系列含有0～1.0原子％Fe和具有300nm膜厚度的Cu-Fe合金薄膜。用光刻法光刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻薄膜以加工出10μm线宽的联结线路图案，然后在300℃下真空热处理30分钟。计数在联结线路图的表面上观察到的空隙以确定空隙密度。考虑到在液晶TFT的加工过程中滞后的热处理温度在栅极绝缘膜的加工过程中一般最高达到350℃和在源-漏联结线路薄膜的加工过程中一般最高达到300℃，进行上述热处理。
在Cu-Fe合金薄膜中热处理后的空隙密度和Fe含量的关系的试验结果表示在图4中。图4表明，随着Fe含量的增加，空隙的密度下降，Fe含量应该优选为1.0原子％或更高以得到1.0×1010m-2或更低的实际可接受的空隙密度。
为了参考，图5表示在300℃下真空热处理后Cu-0.28原子％Fe合金薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图。在这里，沉积Cu合金薄膜，进行光蚀刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻以形成10μm线宽的联结线路图案，在300℃下真空热处理30分钟，如图2所示。图5表示其中用混合酸蚀刻剂蚀刻联结线路图案的表面的照片以容易辨认热处理后的晶界。图5中箭头指出的黑区域是空隙。图5表示，当加入0.28原子％的少量的Fe时，发生大量的空隙。
本发明人还研究了在Cu-Fe合金薄膜中Fe含量与电阻率的关系。具体地，使用溅射设备在玻璃基片(#1737玻璃，来自Corning Inc.)上沉积一系列具有0.3原子％或0.9原子％的Fe含量和具有300nm膜厚度的Cu-Fe合金薄膜，在300℃下真空热处理30分钟。测定热处理后的Cu-Fe合金薄膜的电阻率。也考虑到在液晶TFT的加工过程中热处理温度的滞后，进行了这种热处理。单独地，沉积不加Fe的纯Cu薄膜，进行热处理，测定它的电阻率。
在Cu-Fe合金薄膜中电阻率和Fe含量的关系的这些试验结果表示在图6中。图6表明和纯Cu薄膜相比，加入0.1原子％的Fe增加了0.14μΩ·cm的电阻率。图6也表明Fe含量必须控制在0.93原子％或更低(包括0原子％)以生产具有比纯Al薄膜低的电阻率的Cu-Fe合金薄膜。
Cu-Fe合金薄膜的这些试验结果表明，Fe含量必须是1.0原子％或更高以抑制热处理产生的空隙，但是它必须是0.93原子％或更低(包括0原子％)以得到比纯A1薄膜低的电阻率，控制Cu-Fe合金薄膜中的Fe含量不能同时降低电阻率和抑制空隙。
接着，本发明人对向纯Cu中组合地加入Fe和P的作用进行了研究。起初地，沉积一系列含有恒定量的P和变化量的Fe的Cu-P-Fe合金薄膜，在变化的温度下进行真空热处理以研究热处理温度和Fe含量对热处理后的Cu-P-Fe合金薄膜的电阻率的影响。
具体地，使用溅射设备在玻璃基片(#1737玻璃，来自Corning Inc.)上沉积一系列具有0.1原子％恒定量的P和0～0.5原子％变化量的Fe以及具有300nm膜厚度的Cu-Fe-P合金薄膜。分别在200～500℃的不同温度下保持30分钟的同时进行真空热处理。测定热处理后的Cu-Fe-P合金薄膜的电阻率。
热处理温度和Fe含量与电阻率的关系的结果表示在图7中。图7表明在200℃或更高的温度下热处理得到基本恒定的低电阻率，不依赖于Fe含量。
由于纯Al薄膜和纯Cu薄膜之间的电阻率的差为1.3μΩ·cm，所以向纯Cu中加入Fe和P产生的电阻率增加必须低于1.3μΩ·cm。从图3和图6的结果确定出电阻率的增加比例作为系数，得到下列条件(1)，其中，在Cu合金薄膜中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)。控制Cu合金薄膜中的Fe和P的含量使得满足下列条件(1)，以得到比纯Al薄膜低的电阻率。
1.4NFe+8NP＜1.3(1)接着研究了在Cu-Fe-P合金薄膜中Fe和P含量与热处理后发生的空隙密度的关系。在试验中，沉积Cu-Fe-P合金薄膜，用光刻法蚀刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻，从而加工出10μm线宽的联结线路图案，然后在300℃下真空热处理30分钟。计数在具有10μm线宽的联结线路图案上的空隙数以确定空隙密度。具有实际可接受水平即1.0×1010m-2或更低的空隙密度的样品薄膜评价为“合格”(在图中用“O”表示)，具有超过1.0×1010m-2空隙密度的样品薄膜评价为“不合格”(在图中用“X”表示)。
在Cu-Fe-P合金薄膜中Fe和P含量与热处理后的空隙密度的关系的结果表示在图8中。图8表明设定Cu-Fe-P合金薄膜中的Fe和P含量使得满足下列条件(2)和(3)可以抑制空隙的形成NFe+48NP＞1.0(2)12NFe+NP＞0.5(3)另外，结果表明控制Cu-Fe-P合金薄膜中的Fe和P含量以满足所有的下列条件(2)和(3)以及保证低电阻率所必需的条件(1)可以同时得到低电阻率和抑制空隙，如图8所示。
1.4NFe+8NP＜1.3(1)NFe+48NP＞1.0 (2)12NFe+NP＞0.5 (3)向Cu中单独地加入Fe或P不能同时地得到这些优点“低于纯Al薄膜的电阻率”和“抑制空隙”。还不能充分地解释为什么向Cu组合地加入合适量的Fe和P可以同时得到“低于纯Al薄膜的电阻率”和“抑制空隙”的原因。这可能是因为作为在200℃或更高温度下热处理Cu-Fe-P合金薄膜的结果，在Cu的晶界上沉积细金属互化物Fe2P，加强了晶界，从而抑制了热应力(拉应力)导致的空隙形成。可能因为所述金属互化物不是沉积在Cu晶粒上而是沉积在其晶界上，所以维持了低电阻率。
本发明人还研究了除Fe外形成P化合物的其它元素，发现Co和Mg表现出类似的效果，组合地加入选自Fe、Co和Mg组成的组中的两种或多种元素表现出类似的效果。下面详细地描述含有与Co或Mg结合的P的Cu合金薄膜。
初始地，沉积一系列含有变化量的Co和P的Cu-Co-P合金薄膜，测定得到的薄膜的电阻率，以图8的相同方式确定Cu-Co-P合金薄膜中Co和P的含量与电阻率的关系。结果表明，通过设定Cu-Co-P合金薄膜中Co和P的含量以满足下列条件(4)可以保证比纯Al薄膜低的电阻率。
1.3NCo+8NP＜1.3(4)另外，研究了在Cu-Co-P合金薄膜中Co和P的含量与热处理后发生的空隙的密度的关系。在试验中，沉积Cu-Co-P合金薄膜，进行光刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻，从而加工出10μm线宽的联结线路图案，然后在300℃下真空热处30分钟。计数在具有10μm线宽的联结线路图案上的空隙数以确定空隙密度。具有实际可接受水平即1.0×1010m-2或更低的空隙密度的样品薄膜评价为“合格”(在图中用“O”表示)，具有超过1.0×1010m-2空隙密度的样品薄膜评价为“不合格”(在图中用“X”表示)。
在Cu-Co-P合金薄膜中Co和P含量与热处理后的空隙密度的关系的结果表示在图9中。图9表明通过设定Cu-Co-P合金薄膜中的Co和P含量使得满足下列条件(5)和(6)可以抑制空隙的形成NCo+73NP＞1.5(5)12NCo+NP＞0.5(6)另外，结果表明控制Cu-Co-P合金薄膜中的Co和P含量满足所有的下列条件(5)和(6)以及保证低电阻率所必需的条件(4)可以同时达到低电阻率和抑制空隙，如图9所示。在这种情况中，在晶界上沉积Co2P可能同时得到低电阻率和抑制空隙。
1.3NCo+8NP＜1.3(4)NCo+73NP＞1.5 (5)12NCo+NP＞0.5 (6)接着，本发明人对含有Mg以代替Fe或Co的Cu-Mg-P合金薄膜进行了研究。初始地，沉积一系列含有变化量的Mg和P的Cu-Mg-P合金薄膜，测定薄膜的电阻率，以图8和9的相同方式确定Cu-Mg-P合金薄膜中Mg和P的含量与电阻率的关系。结果表明，通过设定Cu-Mg-P合金薄膜中Mg和P的含量使得满足下列条件(7)可以保证比纯Al薄膜低的电阻率。
0.67NMg+8NP＜1.3(7)另外，研究了Mg和P的含量与热处理后的空隙密度的关系。在试验中，沉积Cu-Mg-P合金薄膜，进行光刻和用混合酸蚀刻剂湿蚀刻，从而加工出10μm线宽的联结线路图案，然后在300℃下真空热处理30分钟。计数在具有10μm线宽的联结线路图案中的空隙数以确定空隙密度。具有实际可接受水平即1.0×1010m-2或更低的空隙密度的样品薄膜评价为“合格”(在图中用“O”表示)，具有超过1.0×1010m-2空隙密度的样品薄膜评价为“不合格”(在图中用“X”表示)。
在Cu-Mg-P合金薄膜中Mg和P含量与热处理后的空隙密度的关系的结果表示在图10中。图10表明通过设定Cu-Mg-P合金薄膜中的Mg和P含量使得满足下列条件(8)和(9)可以抑制空隙的形成2NMg+197NP＞4(8)16NMg+NP＞0.5(9)另外，结果表明控制Cu-Mg-P合金薄膜中的Mg和P含量满足所有的下列条件(8)和(9)以及保证低电阻率所必需的条件(7)可以同时达到低电阻率和抑制空隙，如图10所示。在这种情况中，在晶界上沉积Mg3P2有助于同时得到低电阻率和抑制空隙。
0.67NMg+8NP＜1.3 (7)2NMg+197NP＞4(8)16NMg+NP＞0.5(9)不特别地限定本发明的Cu合金薄膜的膜厚度，但是，例如，对于下面提及的平板显示器的联结线路薄膜，一般是约100至约400nm。
本发明的Cu合金薄膜适用于不具体地限定的任何应用，例如平板显示器的联结线路薄膜和/或电极膜。充分地表现出优点的特别合适的薄膜的应用是液晶显示器中的栅极绝缘膜和源-漏联结线路薄膜。
词语“余量基本上是Cu”是指除P、Fe、Co和Mg外的余量包括Cu和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，所述薄膜可以含有每种的含量是100ppm或更低的Si、Al、C、O和/或N。
本发明还包括沉积Cu合金薄膜的溅射靶。当沉积含P的Cu合金薄膜时，在得到的Cu合金薄膜中P含量约为溅射靶中P含量的20％。因此，本发明使用的溅射靶必须具有约为目的Cu合金薄膜中的P含量的5倍的P含量。本发明的溅射靶的组成规定如下。
具体地，可以使用含有Fe和P以及余量基本上是Cu的Cu合金溅射靶沉积含有Fe和P以及余量基本上是Cu的Cu合金薄膜，其中Fe和P的含量满足所有下列条件(10)～(12)，P含量约为沉积的Cu合金薄膜的5倍
1.4NFe+1.6NP’＜1.3(10)NFe+9.6NP’＞1.0 (11)12NFe+0.2NP’＞0.5 (12)其中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
可以通过使用含有Co和P以及余量基本上是Cu的Cu合金溅射靶沉积含有Co和P以及余量基本上是Cu的Cu合金薄膜，其中Co和P的含量满足所有下列条件(13)～(15)，P含量约为待沉积的Cu合金薄膜的5倍1.3NCo+1.6NP’＜1.3(13)NCo+14.6NP’＞1.5 (14)12NCo+0.2NP’＞0.5 (15)其中，NCo表示Co的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
可以通过使用含有Mg和P以及余量基本上是Cu的Cu合金溅射靶沉积含有Mg和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其中Mg和P的含量满足所有下列条件(16)～(18)，P含量约为待沉积的Cu合金薄膜的5倍0.67NMg+1.6NP’＜1.3(16)2NMg+39.4NP’＞4(17)16NMg+0.2NP’＞0.5 (18)其中，NMg表示Mg的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
下面参考几个实施例进一步详细地解释本发明，但决不是限定本发明的范围。在不脱离本发明范围的情况下这些实施例的任何修改都在本发明的技术范围内。
实施例1用真空熔融方法制备包含含有0.28原子％Fe和0.25原子％P以及余量为Cu和不可避免杂质的Cu合金的溅射靶。使用该溅射靶，在具有50.8mm的直径和0.7mm的厚度的玻璃基片(#1737玻璃，来自CorningInc.)上使用直流磁控管溅射方法沉积具有300nm厚度的Cu-Fe-P合金薄膜。用感应耦合等离子体(ICP)原子发射光谱测定法分析Cu-Fe-P合金薄膜的组成，发现Fe含量是0.28原子％，P含量是0.05原子％。在薄膜沉积时，因为P具有高的蒸汽压，所以约80％的P不可能生产出。
接着，在Cu-0.28原子％Fe-0.05原子％P合金薄膜上形成正型光致抗蚀剂(厚1μm)的图案，用混合酸蚀刻剂蚀刻，用光致抗蚀剂去除剂除去光致抗蚀剂。观察最小线宽为10μm的联结线路图案以确定是否存在晶界分层和/或小丘(异常突起)。结果，既没有观察到晶界分层，也没有观察到小丘。另外，以联结线路图案的电流-电压性能为基础计算确定样品的电阻率。
在真空热处理炉中在300℃下将样品加热30分钟后再次确定样品的电阻率，发现它是2.73μΩ·cm。用SEM详细地观察样品的表面，结果表示在图11中。甚至热处理后，样品薄膜也没有表现出晶界分层和小丘，具有4.5×109m-2的空隙密度，符合1.0×1010m-2或更低的实际上可接受的水平。
实施例2用真空熔融方法制备包含含有0.35原子％Co和0.25原子％P以及余量为Cu和不可避免杂质的Cu合金的溅射靶。使用该溅射靶，在具有50.8mm的直径和0.7mm的厚度的玻璃基片(#1737玻璃，来自CorningInc.)上使用直流磁控管溅射方法沉积具有300nm厚度的Cu-Co-P合金薄膜。用感应耦合等离子体(ICP)原子发射光谱测定法分析Cu-Co-P合金薄膜的组成，发现Co含量是0.35原子％，p含量是0.05原子％。在薄膜沉积时，因为P如实施例1中那样具有高的蒸汽压，所以约80％的P不可能生产出。
接着，在Cu-0.35原子％Co-0.05原子％P合金薄膜上形成正型光致抗蚀剂(厚1μm)的图案，用混合酸蚀刻剂蚀刻，用光致抗蚀剂去除剂除去光致抗蚀剂。观察最小线宽为10μm的联结线路图案以确定是否存在晶界分层和/或小丘(异常突起)。结果既没有观察到晶界分层，也没有观察到小丘。另外，以联结线路图案的电流-电压性能为基础计算确定样品的电阻率。
在真空热处理炉中在300℃下加热样品30分钟后再次确定样品的电阻率，发现它是2.57μΩ·cm。用SEM详细地观察样品的表面。甚至在热处理后，样品薄膜也没有表现出晶界分层和小丘，具有5.5×109m-2的空隙密度，符合1.0×1010m-2或更低的实际上可接受的水平。
实施例3用真空熔融方法制备包含含有0.5原子％Mg和0.25原子％P以及余量为Cu和不可避免杂质的Cu合金的溅射靶。使用该溅射靶，在具有50.8mm的直径和0.7mm的厚度的玻璃基片(#1737玻璃，来自CorningInc.)上使用直流磁控管溅射方法沉积具有300nm厚度的Cu-Mg-P合金薄膜。用感应耦合等离子体(ICP)原子发射光谱测定法分析Cu-Mg-P合金薄膜的组成，发现Mg含量是0.5原子％，p含量是0.05原子％。在薄膜沉积时，如实施例1和2，因为P具有高的蒸汽压，所以约80％的P不可能生产出。
接着，在Cu-0.5原子％Mg-0.05原子％P合金薄膜上形成正型光致抗蚀剂(厚1μm)的图案，用混合酸蚀刻剂蚀刻，用光致抗蚀剂去除剂除去光致抗蚀剂。观察最小线宽为10μm的联结线路图案以确定是否存在晶界分层和/或小丘(异常突起)。结果既没有观察到晶界分层，也没有观察到小丘。另外，以联结线路图案的电流-电压性能为基础计算确定样品的电阻率。
在真空热处理炉中在300℃下加热样品30分钟后再次确定样品的电阻率，发现它是2.77μΩ·cm。用SEM详细地观察样品的表面。即使热处理后，样品薄膜也没有表现出晶界分层和小丘，具有5.0×109m-2的空隙密度，符合1.0×1010m-2或更低的实际上可接受的水平。
虽然参考目前认为是优选方案的的内容描述了本发明，但是应该理解本发明不局限于这些公开的方案。相反，本发明将意图覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同安排。附带的权利要求书的范围符合最宽的解释使得包括所有这样的修改和等同结构和功能。
权利要求
1.一种含有Fe和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其特征在于，Fe和P的各含量同时满足下式(1)～(3)1.4NFe+8NP＜1.3 (1)NFe+48NP＞1.0(2)12NFe+NP＞0.5(3)式中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)。
2.一种含有Co和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其特征在于，Co和P的各含量同时满足下式(4)～(6)1.3NCo+8NP＜1.3 (4)NCo+73NP＞1.5(5)12NCo+NP＞0.5(6)式中，NCo表示Co的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)。
3.一种含有Mg和P以及余量基本上是Cu的铜合金薄膜，其特征在于，Mg和P的各含量同时满足下式(7)～(9)0.67NMg+8NP＜1.3 (7)2NMg+197NP＞4(8)16NMg+NP＞0.5(9)式中，NMg表示Mg的含量(原子百分比)；NP表示P的含量(原子百分比)。
4.根据权利要求1所述的铜合金薄膜，其特征在于，Fe2P析出在Cu的晶界上。
5.根据权利要求2所述的铜合金薄膜，其特征在于，Co2P析出在Cu的晶界上。
6.根据权利要求3所述的铜合金薄膜，其特征在于Mg3P2析出在Cu的晶界上。
7.一种沉积铜合金薄膜的溅射靶，其特征在于，所述溅射靶包含Fe和P以及余量基本上是Cu，其中Fe和P的各含量同时满足下式(10)～(12)1.4NFe+1.6NP’＜1.3(10)NFe+9.6NP’＞1.0 (11)12NFe+0.2NP’＞0.5 (12)式中，NFe表示Fe的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
8.一种沉积铜合金薄膜的溅射靶，其特征在于，所述溅射靶包含Co和P以及余量基本上是Cu，其中Co和P的各含量同时满足下式(13)～(15)1.3NCo+1.6NP’＜1.3(13)NCo+14.6NP’＞1.5 (14)12NCo+0.2NP’＞0.5 (15)式中，NCo表示Co的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
9.一种沉积铜合金薄膜的溅射靶，其特征在于，所述溅射靶包含Mg和P以及余量基本上是Cu，其中Mg和P的各含量同时满足下式(16)～(18)0.67NMg+1.6NP’＜1.3 (16)2NMg+39.4NP’＞4 (17)16NMg+0.2NP’＞0.5 (18)式中，NMg表示Mg的含量(原子百分比)；NP’表示P的含量(原子百分比)。
10.一种具有联结线路薄膜和电极膜中至少之一的平板显示器，其特征在于，所述联结线路薄膜和电极膜每个都包含权利要求1所述的铜合金薄膜。
11.一种具有联结线路薄膜和电极膜中至少之一的平板显示器，其特征在于，所述联结线路薄膜和电极膜每个都包含权利要求2所述的铜合金薄膜。
12.一种具有联结线路薄膜和电极膜中至少之一的平板显示器，其特征在于，所述联结线路薄膜和电极膜每个都包含权利要求3所述的铜合金薄膜。
全文摘要
一种铜合金薄膜，含有Fe和P以及余量基本上是Cu，其中Fe和P的含量满足所有下列条件(1)～(3)，并且，其中，在200～500℃下热处理1～120分钟之后，Fe
文档编号C22C9/00GK1769985SQ20051011873
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年11月2日
发明者钉宫敏洋, 富久胜文, 高木胜寿, 中井淳一 申请人:株式会社神户制钢所