金属薄膜以及金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种金属薄膜以及金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材，其能够改善耐湿性、抗氧化性，即使经过加热工序也能维持低电阻值。金属薄膜包括合计3原子%以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子%～45原子%的Ni，并且元素组A和Ni合计为50原子%以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成；此外，金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材包括合计3原子%以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子%～45原子%的Ni，并且自元素组A中选出的元素与Ni合计为50原子%以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
【专利说明】金属薄膜以及金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材
【技术领域】
[0001]本发明涉及要求耐湿性、抗氧化性的电子部件所用的金属薄膜以及用于形成该金属薄膜的Mo合金派射祀材。
【背景技术】
[0002]除了在玻璃基板上形成有薄膜器件的液晶显示器(下称IXD)、等离子体显示板(下称rop)、电子纸等所采用的电泳型显示器等平面显示装置(平板显示器、下称FPD)之外，在各种半导体器件、薄膜传感器、磁头等薄膜电子部件中也需要低电阻的布线膜。例如，LCD、rop、有机EL显示器等Fro随着大画面、高清晰、高速响应化而要求其布线膜低电阻化。此外，近年来开发了为FPD增加了操作性的触摸屏、使用了树脂基板的挠性的FPD等新产品。
[0003]近年来，用作FPD的驱动元件的薄膜晶体管(TFT)的布线膜使用了 Si半导体膜。作为主布线膜的Al在与Si直接接触时，有时会因TFT制造中的加热工序而发生热扩散，致使TFT的特性变差。因此，使用了在Al和Si之间形成耐热性优异的纯Mo、Mo合金等的金属薄膜来作为隔膜而成的层叠布线膜。
[0004]此外，与TFT连接的像素电极、便携终端、平板电脑等所用的触摸屏的位置检测电极通常采用作为透明导电膜的铟-锡氧化物(下称Ι--)。在该情况下，作为主布线膜的Al在与ITO接触时，也有时会在其界面生成氧化物而导致电接触性变差。因此，也需要在布线膜的Al和ITO之间形成纯Mo、Mo合金等的金属薄膜来确保Al与ITO的接触性。 [0005]此外，开展了代替目前为止的非晶质Si半导体而应用使用了能实现进一步高速驱动的氧化物的透明半导体膜的研究，并且研究了在这些氧化物半导体的层叠膜中也使用Al和纯Mo、Mo合金等而成的层叠布线膜。
[0006]因此，本 申请人:提出了一种这样形成的Mo合金膜:作为改善纯Mo的特性的手段，向耐腐蚀性、耐热性以及与基板的密合性优异且低电阻的Mo中添加了 3原子％~50原子％的V、Nb等(例如，参照专利文献I)。
[0007]此外，近年来，用作FPD的驱动元件的薄膜晶体管(TFT)的布线膜需要低电阻化，研究了用电阻小于Al的Cu作为主布线膜。此外，一边观看FPD的画面一边赋予直接操作性的触摸屏基板画面也在推进大型化，为了低电阻化，正在推进将Cu用于主布线材料的研究。
[0008]如上所述，在TFT中使用Si半导体，与Al同样，作为主布线膜的Cu在与Si直接接触时，也会因TFT制造中的加热工序而发生热扩散，致使TFT的特性变差。因此，使用了在Cu和Si之间形成耐热性优异的纯Mo、Mo合金等的金属薄膜作为隔膜而成的层叠布线膜。
[0009]此外，与TFT连接的像素电极、便携终端、平板电脑等所用的触摸屏的位置检测电极通常使用作为透明导电膜的ITO (铟-锡氧化物)。Cu能够获得与ITO的接触性，但与基板的密合性低，由此,为了确保密合性,需要做成用纯Mo、Mo合金等的金属薄膜包覆Cu而成的层叠布线膜。
[0010]此外，开展了代替目前为止的非晶质Si半导体而应用使用了能实现进一步高速驱动的氧化物的透明半导体膜的研究，并且研究了在这些氧化物半导体的层叠膜中也使用层叠Cu和纯Mo、Mo合金的金属薄膜而成的层叠布线膜。
[0011]本 申请人:提出了可以通过将与玻璃等的密合性低的Cu、Ag和以Mo为主体的含有V及/或Nb的Mo合金层叠起来，而能够维持Cu、Ag所具有的低电阻值，并且能够改善耐腐蚀性、耐热性、与基板的密合性。(例如，参照专利文献2)。
[0012]专利文献1:日本特开2002 - 190212号公报
[0013]专利文献2:日本特开2004 - 140319号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的问题
[0015]上述的专利文献I中提出的Mo - V,Mo - Nb合金等与纯Mo相比，耐腐蚀性、耐热性、与基板的密合性优异，因此，在形成于玻璃基板上的Fro用途中被广泛使用。
[0016]但是，在制造FPD时，在基板上形成层叠布线膜之后，在向下一工序移动时，有时会长时间被放置在大气中。此外，由于树脂膜与目前为止的玻璃基板等相比具有透湿性，因此，为了提高便利性，在使用了树脂膜的轻量且挠性的Fro等中要求金属薄膜具有更高的耐湿性。
[0017]此外，在向FPD的端子部等装配信号线缆时，有时要在大气中进行加热，因此，也要求金属薄膜提高抗氧化性。再者，在使用氧化物的半导体膜中，为了提高特性、稳定化，有时要在含氧的气氛下或形成含氧的保护膜之后，在350°C以上的高温下进行加热处理。因此，将金属薄膜用在主布线膜之上作为覆膜的层叠布线膜也要求提高抗氧化性，以便经过这些加热处理之后也能维持稳定的特性。
[0018]本发明人经研究,确认到如下问题:在上述的Mo — V、Mo — Nb合金等以及纯Mo的金属薄膜中，在上述环境下的耐湿性、抗氧化性不够充分，有时在FPD的制造工序中会产生变色。
[0019]此外，本发明人经研究确认，与Al相比，Cu的密合性、耐湿性、抗氧化性要差很多，有时要形成作为用于确保与基板的密合性的基底膜、保护Cu的表面的覆膜的金属薄膜。在上述的Mo — V、Mo — Nb合金等以及纯Mo中，耐湿性、抗氧化性不够充分，当在FPD的制造工序中作为Cu的覆膜时，有时会发生变色并且会氧透过，从而产生Cu的电阻值大幅增加的问题。覆膜的变色会使电接触性变差，导致电子部件的可靠性下降。
[0020]此外，为了 FPD的大画面化、高速驱动，TFT制造工序中的加热温度有上升的倾向，在经过更高的温度下的加热工序时，有时作为覆膜的金属薄膜中所含的合金元素会向Al、Cu的主布线膜中热扩散，从而导致电阻值增加。
[0021]本发明的目的在于，提供一种由Mo合金构成的电子部件用金属薄膜以及用于形成该金属薄膜的Mo合金溅射靶材，其能够改善耐湿性、抗氧化性，此外，当在低电阻的Al、Cu的主布线膜上形成金属薄膜作为基底膜或覆膜时，即使经过加热工序也能维持低电阻值。
[0022]用于解决问题的方案
[0023] 鉴于上述课题，本发明人重新致力于向Mo中添加的元素的最优化。其结果发现，通过向Mo中复合添加特定量的Ni以及特定量的自Cr、Zr、Ta的元素组A中选定的一种以上的元素，会提高耐湿性和抗氧化性。此外还发现，在使用金属薄膜作为低电阻的Al、Cu的主布线膜的基底膜或覆膜时，即使经过高温的加热工序，也能维持低电阻值，最终完成本发明。
[0024]即，本发明是金属薄膜的发明，该金属薄膜包括合计3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素组A中选出的元素与上述Ni合计为50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
[0025]当自上述元素组A中选出的元素为Cr及/或Zr时,优选其添加量合计为3原
子％~20原子％。
[0026]当自上述元素组A中选出的元素为Ta时，优选其添加量为3原子％~15原子％。
[0027]此外，本发明是金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材的发明，该溅射靶材包括合计3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素组A中选出的元素和上述Ni合计为50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
[0028]当自上述元素组A中选出的元素为Cr及/或Zr时,优选其添加量合计为3原
子％~20原子％。
[0029]当自上述元素组A中选出的元素为Ta时，优选其添加量为3原子％~15原子％。
[0030]发明的效果
[0031]与以往的金属薄膜相比，本发明的金属薄膜耐湿性、抗氧化性优异。此外，在与主布线膜的Al、Cu层叠时的加热工序中，也能抑制电阻值的增加，维持低电阻值。由此，通过用于各种电子部件例如形成于树脂基板上的基底膜、覆膜等，具有能对电子部件的稳定制造、可靠性提高有很大贡献的优点，将成为对电子部件的制造有用的技术。特别是，将成为对触摸屏、使用树脂基板的挠性的Fro有用的金属薄膜。这是由于，在这些产品中，耐湿性、抗氧化性是尤其、非常重要的。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是表示本发明的电子部件用金属薄膜的应用例的剖视示意图。
【具体实施方式】
[0033]图1示出了本发明的金属薄膜的应用例。本发明的金属薄膜例如形成于基板I上，能够用作主导电膜3的基底膜2、覆膜4。在图1中，在主导电膜3的两表面形成了金属薄膜2、金属薄膜4，但是，也可以适宜选择基底膜2和覆膜4中之一而仅覆盖主导电膜3的一个表面。另外，在用本发明的金属薄膜仅覆盖主导电膜的一个表面时，可以根据电子部件的用途，使用与本发明不同成分的金属薄膜覆盖主导电膜3的另一表面。
[0034]本发明提供能够提高耐湿性、抗氧化性、且在例如形成主导电膜的Cu、Al等进行层叠时的加热工序中维持低电阻值的新的金属薄膜。其特征在于，向Mo中添加合计3原子％以上的自Cr、Zr及Ta成分的元素组A中选出的一种以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且，自上述元素组A中选出的元素与上述Ni合计在50原子％以下的范围内。下面，对于本发明的金属薄膜进行详细说明。另外，在以下的说明中，“耐湿性”是指高温度高湿度环境下的布线膜的电阻值变化的难度。此外，“抗氧化性”是指高温环境下的电接触性的变差的难度，可以根据布线膜的变色来进行确认，并且，例如可以利用反射率进行定量评价。
[0035]在本发明的金属薄膜中，向Mo合金中添加Ni的理由是为了提高抗氧化性。纯Mo若在大气中被加热，则容易被氧化而导致金属薄膜表面变色，电接触性变差。本发明的金属薄膜通过向Mo中添加特定量的Ni，能够提高抗氧化性。其效果在Ni的添加量为10原子％以上时变得显著。
[0036]用作主导电膜的Cu是在大气中加热时非常容易被氧化的元素。使用本发明的金属薄膜作为由Cu构成的主导电膜的覆膜时，优选使Ni的添加量为20原子％以上。由此，本发明的金属薄膜在300°C以上的高温下都能确保充分的抗氧化性和低电阻值。
[0037]另一方面，用作主导电膜的Al若暴露于大气中，则会在其表面生成薄的钝化膜而保护内部，因此，与Cu相比，Al是抗氧化性、耐湿性出色的元素。但是，为了如上所述改善与ITO等的接触性，需要Mo系合金的覆膜。此外，Ni是容易向Al中热扩散的元素，因此，需要使Mo合金所含的Ni的添加量为能够改善抗氧化性的最小限度。
[0038]在使用本发明的金属薄膜作为由Al构成的主导电膜的覆膜时，当Ni的添加量超过25原子％时，在制造FPD等电子部件时的350°C左右的加热工序中，覆膜所含的Ni会扩散到主导电膜的Al中，导致难以维持低电阻值。因此，在使用本发明的金属薄膜作为由Al构成的主导电膜的覆膜时，优选使Ni的添加量为25原子％以下。
[0039]本发明人经研究确认，纯Mo耐湿性低，在高温度高湿度环境下有时电阻值会增加。为了维持Mo的优异的阻隔性同时改善耐湿性，本发明的金属薄膜使自Cr、Zr、Ta的元素组A中选出的一种以上的元素合计为3原子％以上，并且使它们与Ni合计为50原子％以下。这是因为，若Ni和Cr、Zr、Ta的添加量合计超过50原子％，当加热到350°C以上的高温时，电阻值会增加。作为其理由，认为是由于和Mo相比，N1、Cr等是容易向Cu中热扩散的元素。
[0040]Cr.Zr.Ta的元素组A是耐腐蚀性高于Mo的元素，是具有容易与氧、氮结合的性质的金属，具有在高温度高湿度气氛中会在表面形成钝化膜而保护金属薄膜内部的效果。因此，在本发明的金属薄膜中，通过向Mo中添加特定量的Cr、Zr、Ta，能够大幅提高耐湿性。该效果在合计为3原子％以上时可以看出，在合计为5原子％以上时更为显著。
[0041]另一方面，当增加元素组A的添加量时，会因为在金属薄膜上形成钝化膜而导致耐腐蚀性过度提高。由此，会导致将金属薄膜加工成Fro等的电极、布线时的蚀刻速度下降，会在基板上产生残渣或者无法进行蚀刻。元素组A的添加量根据元素的不同而不同，在添加Cr、Zr时，优选合计为20原子％以下，在添加Ta时，优选为15原子％以下。
[0042]在将本发明的金属薄膜用作主导电膜的覆膜时，为了稳定地获得低电阻值和耐湿性、抗氧化性，优选使其膜厚为20nm~lOOnm。若金属薄膜的膜厚不足20nm,有时金属薄膜的连续性会下降，从而不能充分获得上述特性。另一方面，当金属薄膜的膜厚超过IOOnm时，金属薄膜自身的电阻值会变高。
[0043]特别是，在主导电膜为Cu时，为了抑制氧化，更优选使金属薄膜的膜厚为30nm以上。此外，在主导电膜为Al时，为了抑制加热时原子的扩散，优选金属薄膜的膜厚较薄，更优选使其膜厚为20nm~70nm。 [0044]在形成本发明的金属薄膜时，使用了溅射靶材的溅射法是最好的。可以应用使用与金属薄膜的成分相同成分的Mo合金溅射靶材进行成膜的方法、使用Mo - Ni合金溅射靶材和Mo - Cr.Mo - Zr.Mo 一 Ta合金的溅射靶材通过共溅射进行成膜的方法等。从溅射条件设定的简易度、容易获得期望成分的金属薄膜的方面出发，最优选使用与金属薄膜的成分相同成分的Mo合金溅射靶材进行溅射成膜。
[0045]本发明的金属薄膜形成用的Mo合金溅射靶材包括10原子％~45原子％的Ni和3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素，并且自上述元素组A中选出的一种以上元素与上述Ni合计为50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
[0046]此外，当从元素组A中选择了 Cr及/或Zr时,优选使其添加量合计为3原子％~20原子％。此外，当从元素组A中选择了 Ta时，优选使其添加量为3原子％~15原子％。
[0047]在本发明的金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材中，优选作为用于确保形成金属薄膜时的抗氧化性、耐湿性而必须的元素的Mo、N1、Cr、Zr、Ta以外的剩余部分中的、Mo以外的不可避的杂质的含有量少。在不影响本发明的作用的范围内，也可以含有作为气体成分的氧、氮、碳、作为过渡金属的Fe、Cu ;半金属的Al、Si等不可避免的杂质。例如，气体成分的氧、氮各为1000质量ppm以下,碳为200质量ppm以下，Fe、Cu为200质量ppm以下,Al、Si为100质量ppm以下等，作为除去气体成分以外的纯度，优选为99.9质量％以上。
[0048]作为本发明的电子部件用金属薄膜形成用溅射靶材的制造方法，例如能够应用粉末烧结法。在粉末烧结法中，例如能够以将多种合金粉末、纯金属粉末混合成本发明的最终成分而成的混合粉末为原料粉末。作为原料粉末的烧结方法，可以采用热等静压、热压、放电等离子体烧结、挤压机烧结等加压烧结。
[0049]实施例1
[0050]首先，准备平均粒径为6 μ m的Mo粉末、平均粒径为100 μ m的Ni粉末、平均粒径为150 μ m的Cr粉末、平均粒径为120 μ m的Ta粉末、平均粒径为85 μ m的Nb粉末，混合成表1所示的规定成分，填充到软钢制的容器中之后，一边加热一边进行真空排气，除去容器内的气体之后进行密封。接着，将密封后的容器放入到热等静压装置中，在800°C、120MPa、5小时的条件下进行烧结之后，利用机械加工制作了直径100mm、厚度5mm的派射祀材。
[0051]此外，用于制作后述的作为比较例的Mo - N1- Zr合金的金属薄膜的Ni — Zr合金溅射靶材利用真空熔解-铸造法制锭，然后利用机械加工制作了直径100mm、厚度5mm的溅射靶材。
[0052]将上述所得的各溅射靶材钎焊于铜制的垫板上，然后装配于溅射装置。溅射装置采用了佳能安内华株式会社制的SPF - 440H。
[0053]在25mmX50mm的玻璃基板上形成200nm的表1所示的各成分的金属薄膜,获得了试样。另外，Mo -N1-Zr合金的金属薄膜通过同时溅射上述制作的Mo — Ni合金和Ni —Zr合金的靶材的共溅射法而形成。所得的金属薄膜的成分分析利用株式会社岛津制作所制的型号:ICPV - 1017的ICP (电感耦合等离子体发射光谱仪)进行分析。
[0054]对于抗氧化性的评价，测定了将上述所得的各试样在大气中在250°C、300°C、350°C下加热I小时之后的反射率的变化。反射率的测定使用柯尼卡美能达株式会社制的分光光度计CM — 2500d测定了可见光范围的反射特性。对于蚀刻性的评价，将上述所得的各试样浸溃于关东化学株式会社制的Al用蚀刻剂中10分钟，评价了在基板上是否残留有金属薄膜。将在基板上没有膜残留、残渣等而被蚀刻了的试样记作〇，将残留有膜而未被蚀刻的试样记作X。另外，对于被蚀刻但却有膜残留、残渣的情况，标示出其状况。将其结果不于表1。
[0055]【表1】
【权利要求】
1.一种金属薄膜，其特征在于， 其包括:合计3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素组A中选出的元素与上述Ni合计为50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的金属薄膜，其特征在于， 自上述元素组A中选出的元素为Cr及/或Zr,其添加量合计为3原子％~20原子％。
3.根据权利要求1所述的金属薄膜，其特征在于， 自上述元素组A中选出的元素为Ta,其添加量为3原子％~15原子％。
4.一种金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材，其特征在于， 其包括:合计3原子％以上的自Cr、Zr及Ta的元素组A中选出的一种以上元素和10原子％~45原子％的Ni，并且自上述元素组A中选出的元素与上述Ni合计为50原子％以下，剩余部分由Mo以及不可避免的杂质构成。
5.根据权利要求4所述的金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材，其特征在于， 自上述元素组A中选出的元素为Cr及/或Zr,其添加量合计为3原子％~20原子％。
6.根据权利要求4所述的金属薄膜形成用Mo合金溅射靶材，其特征在于， 自上述元素组A中选出的元素为Ta,其添加量为3原子％~15原子％。
【文档编号】C23C14/34GK103993262SQ201410056816
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2013年2月20日
【发明者】村田英夫 申请人:日立金属株式会社