專利名稱：鋁合金薄膜和具有該薄膜的配線電路以及形成此薄膜的靶材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁合金薄膜和該鋁合金薄膜成形用濺射靶材，尤其是涉及構成液晶顯示器的薄膜配線、電極、半導體集成電路的配線等的高耐熱性、低電阻的鋁合金薄膜，以及適合該鋁合金薄膜成形用的濺射靶材。
背景技術：
近年來，液晶顯示器以筆記本電腦的顯示裝置為代表大量使用以取代所謂的陰極射線管(CRT)，其液晶顯示的大畫面化、高精細化的進展驚人。因此，在液晶顯示器領域，薄膜晶體管(以下簡稱為TFT)型的液晶顯示器需要正在增加，對其液晶顯示的特長要求也更為嚴格。特別是，隨著液晶顯示的大畫面化、高精細化，要求電阻率低的配線材料。這種電阻率的特性要求是為了防止在進行配線的長線化與細線化時出現信號延遲。
目前，作為液晶顯示的配線材料，雖然可以使用鉭、鉻、鈦和它們的合金等高熔點材料，但因為這樣的高熔點材料電阻率過高，所以不一定適合于大畫面化、高精細化的液晶顯示配線。為此，由于電阻率低、配線加工容易，鋁作為配線材料受到關注。然而，由于鋁的熔點較低為660℃，所以存在耐熱性方面的問題。即，通過濺射在基板上形成鋁膜并進行配線加工后，用CVD法形成絕緣膜時，對經過配線加工的鋁薄膜進行300～400℃的加熱，但此時在鋁膜表面會產生被稱為毛刺的疙瘩狀突起。
該毛刺突破絕緣層，引起它與上一層短路以及相鄰配線間的短路，成為不良狀況的原因。因此，含有其他元素、可抑制毛刺產生的鋁合金正在大量開發(fā)。例如，鋁—鈦等的鋁合金薄膜，通過控制鈦等元素的含量，能有效地抑制毛刺的產生。但是，如果添加前述高熔點材料的元素，則電阻率將提高。
因此，本發(fā)明者開發(fā)了含有碳和錳的鋁合金薄膜(參照特開2000-336447號公報)。該含碳和錳的鋁合金薄膜，由于能顯著降低毛刺的產生機率，且具有非常低的電阻率特性，所以作為構成TFT的薄膜是非常合適的。
可是，構成作為液晶顯示器的切換元件的TFT時，作為具有代表性的透明電極的ITO(氧化銦錫，Indium Tin Oxide)膜與鋁合金薄膜之間有必要進行電阻接合。如果使鋁或鋁合金薄膜直接接合于ITO膜上，則在接合界面鋁會被氧化，ITO膜則被還原，這樣接合電阻就會完全改變。這是因為鋁或鋁合金薄膜與ITO膜之間的電極電位不同而出現的電化學反應導致的現象。因此，電阻接合時，在ITO膜與鋁合金薄膜之間需夾入鉬等高熔點材料作為阻擋層，即，通常形成鋁合金薄膜/鉬/ITO的疊層結構。這種疊層結構，由于關系到生產成本的增加，因此，目前希望能夠獲得具有改善TFT結構的特性的鋁合金薄膜。

發(fā)明內容
本發(fā)明是在上述背景下完成的發(fā)明，其目的是提供能直接與ITO膜進行電阻接合、可防止硅與鋁的相互擴散、電阻率低、耐熱性優(yōu)異的鋁合金薄膜。另外，本發(fā)明還提供了可形成具有上述特性的鋁合金薄膜的合適的濺射靶材。
本發(fā)明者對含碳鋁合金中含有的各種元素進行了研究，結果發(fā)現，如果鋁合金薄膜的合金組成如下所述，則可達到上述目的，從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的含碳鋁合金薄膜的特征是，含有0.5～7.0at％的選自鎳、鈷、鐵的至少一種以上的元素、0.1～3.0at％的碳，余分為鋁。
據本發(fā)明者研究發(fā)現，如果鋁中含有鎳、鈷、鐵中的至少一種以上的元素，則該鋁合金薄膜的電極電位與ITO膜處于同等水平。而且，如果含有這些元素和碳，則能防止毛刺的出現，能形成電阻率小的鋁合金薄膜。又，該所謂“電極電位”是指在某反應物的氧化還原反應中，其氧化速度與還原速度處于同等平衡狀態(tài)下的電位，即所謂平衡電位或自然電位，在本說明書中是指自然電位。該自然電位是指測定系統(tǒng)處于不通電狀態(tài)，即某反應物處于浸漬于水溶液的自然狀態(tài)時相對于參比電極的電位。
本發(fā)明的鋁合金薄膜與ITO膜進行電阻接合時，未設置鉬等高熔點材料作為阻擋層就能直接接合于ITO膜，這樣使TFT的制造工序簡化，并使生產成本降低。還有，本發(fā)明的鋁合金薄膜，因為耐熱性優(yōu)異、電阻率也小，所以可在大型化或高精細化的液晶顯示器中形成最合適的配線。
本發(fā)明的鋁合金薄膜中可含有鎳、鈷、鐵中的任一種元素，也可含有其中的兩種以上的元素。但是，其含量只有在0.5～7.0at％的范圍內，才能實現其特性。含量如果不足0.5at％，由于鋁合金薄膜的電極電位與ITO膜有很大不同，所以鋁合金薄膜不能直接接合于ITO膜，這樣薄膜的耐熱性下降。又，如果超過7.0at％，則鋁合金薄膜即使在基板溫度200℃時成膜，于真空中300℃進行1小時的熱處理后，其電阻率值也要超過20μΩcm，用于液晶顯示器時并不能成為具有實用性的配線材料。
據本發(fā)明者研究，本發(fā)明的鋁合金薄膜的鋁—碳基材中只含有鎳時，其含量的較好范圍是0.5～5at％。在此范圍內，由于可成為具有低電阻率性和良好耐熱性的薄膜，所以非常適宜作為大畫面化或高精細化的液晶顯示器中的配線材料使用。根據同樣理由，鋁一碳基材中僅含有鈷或鐵時，其含量的較好范圍是2.0～5.0at％。
此外，本發(fā)明的鋁合金薄膜中如果含有0.1～3.0at％的碳，則能實現良好的特性。碳的含量如果不足0.1at％，則沒有抑制毛刺產的效果；如果超過3.0at％，則電阻率值增大，不能形成可實際用于液晶顯示器的配線。
又，本發(fā)明的鋁合金薄膜中最好還含有0.5～2.0at％的硅。已知道當鋁合金薄膜直接接合于硅時，在接合界面鋁與硅間會產生相互擴散(參考文獻《VLSI的薄膜技術》，出版社丸善株式會社，1986年發(fā)行)。因此，如果預先使鋁合金薄膜中含有硅，則能有效地防止鋁與硅之間的相互擴散。硅的含量如果不足0.5at％，則在接合界面防止相互擴散的效果不佳；如果超過2.0at％，則進行濕式蝕刻時，因為硅或硅析出物會形成蝕刻殘渣，所以也不好。
上述本發(fā)明的鋁合金薄膜作為形成液晶顯示器的薄膜配線、電極、半導體集成電路的配線等的配線材料是非常合適的。在構成TFT時，不形成鉬等高熔點材料的阻擋層，在ITO膜上直接形成本發(fā)明的鋁合金薄膜進行電阻接合。而且，形成TFT時，能夠防止鋁合金與硅之間的相互擴散。
在形成上述本發(fā)明的鋁合金薄膜時，最好采用含有0.5～7.0at％的選自鎳、鈷、鐵的至少一種以上的元素和0.1～3.0at％的碳、余分為鋁的鋁合金薄膜成形用靶材，更好是采用還含有0.5～2.0at％的硅的靶材。如果采用上述組成的靶材，且成膜條件也相近，則通過濺射可以容易地形成與靶材組成相同的薄膜。
本發(fā)明的鋁合金薄膜的形成，雖然最好采用具有上述組成的靶材，但并不限于這樣的預先含有全部必要元素的單體靶材。例如，也可以采用在鋁—碳合金靶材的表面埋入了鎳、鐵、鈷的金屬屑這樣的復合靶材，還可以采用在純鋁靶材的表面埋入了碳粒和鎳等金屬屑的復合靶材。只要能形成本發(fā)明的鋁合金薄膜的組成范圍內的薄膜即可，然后再考慮到濺射裝置和條件等選擇最合適的靶材。
具體實施例方式
根據實施例和比較例對本發(fā)明的較好實施方式進行說明。
表1所示為實施例1A～14A以及比較例1、2的膜組成、膜的電阻率值、毛刺產生情況的調查結果一覽表。
表1中的實施例1A～14A的各組成的薄膜采用以下制得的靶材成膜。
首先，在碳坩堝(純度為99.9％)內裝入純度為99.99％的鋁，加熱到1600～2500℃的溫度范圍內使鋁熔融。碳坩堝中的鋁熔融在氬氛圍氣中以大氣壓作為氛圍氣壓力進行。于熔融溫度保持約5分鐘，在碳坩堝內生成鋁—碳合金后，將其熔體澆入碳質鑄型中，放置自然冷卻鑄造而得。
從上述碳質鑄型中取出所鑄得的鋁—碳合金鑄塊，再按規(guī)定量加入純度99.99％的鋁和鎳，一起投入再熔融用碳坩堝內，加熱到800℃再熔融，進行約1分鐘時間的攪拌。此再熔融處理也在氬氛圍氣中以大氣壓作為氛圍氣進行。攪拌后，將熔體澆入銅水冷鑄型內，獲得規(guī)定形狀的靶材。最終的靶材大小為φ100mm×厚6mm。
采用此靶材，在下述薄膜成形條件下進行濺射獲得薄膜，該薄膜經分析后確認，其組成為鎳1.9at％—碳0.8at％—余分為鋁(實施例5)。
薄膜成形條件是采用厚度為0.8mm的Corning公司制#1737玻璃板作為基板，投入電力3.0W/cm2、氬氣流量20ccm、氬氣壓力2.5毫托，采用磁控管濺射裝置，成膜時間約為150秒，在該玻璃板上形成約3000(約0.3μm)厚度的薄膜?；鍦囟葹?00℃或200℃。
由上述制法制得各組成的靶材，由這些靶材在上述薄膜成形條件下成膜，獲得表1中所記載的各實施例的薄膜。表1所示的各薄膜的膜組成中，對鎳、鈷、鐵、硅用ICP發(fā)光分析(電感耦合等離子發(fā)光分光分析法)法定量，碳則由碳分析裝置進行定量測定。又，各薄膜的電阻率由4端子電阻測定裝置測定(測定電流為100mA)。該電阻率是在濺射后馬上測定的(as-dope)。將各附有薄膜的玻璃板于真空中分別以300℃、350℃、400℃三個水平進行1小時的熱處理，再測定處理后的各膜的電阻率。其結果如表1所示。
又，對于毛刺的產生狀態(tài)，用電子掃描顯微鏡(SEM)以1000倍、5000倍及15000倍的倍率觀察上述經過三個水平的熱處理的各膜表面，如果在任何倍率都沒有觀察到毛刺時記為○，在任何倍率都能確認有毛刺產生時記為×，記錄于表1中。
表1

如表1所見判定，比較例的純鋁膜和鋁—碳合金膜雖然電阻率值低，但在所有熱處理條件下都有毛刺產生。另一方面，鋁—碳中含有鎳的鋁合金薄膜(實施例1A～9A)，在剛濺射后立即測定的電阻率雖然有幾個值超過了10μΩcm，但在熱處理后測定全部都不足10μΩcm，所以具有作為配線材料的特性。
又，對于鎳以外的含有鈷(實施例11A、12A)、鐵(實施例13A、14A)的鋁合金薄膜，剛濺射后直接測定的電阻率值雖然較高，但可以確認具有作為配線材料的合適的電阻率，毛刺產生較少，且具有與鎳同樣的耐熱性。
然后，對于濺射時基板溫度為200℃形成鋁合金薄膜時的結果進行一下說明。表2示出了各實施例1B～14B和比較例1B、2B的結果。此表2所示的各薄膜的形成，除了基板溫度為200℃以外，全部條件與表1所示情況相同。另外，對于電阻率測定、毛刺產生情況的觀察，因為也與上述相同，所以在此省略說明。
表2

如表2所見判定，即使基板溫度為200℃，比例例1B的純鋁膜和比較例2B的鋁—碳合金薄膜雖然電阻率值較低，但可以確認在所有熱處理條件下都有毛刺產生。另一方面，在鋁—碳中含有鎳的鋁合金薄膜(實施例1B～9B)，其濺射后馬上測定和熱處理后測定的電阻率都不足10μΩcm。此外，毛刺產生情況與基板溫度為100℃時相比更好，能夠形成更好的薄膜。
又，對于鎳以外的鈷(實施例11B、12B)、鐵(實施例13B、14B)的情況，如果基板溫度為200℃，則電阻率比100℃時低，且可以確認完全未出現毛刺。
以下，對于各薄膜的自然電位測定結果進行說明。按照表3所示的各種組成，在玻璃基板上形成規(guī)定厚度(0.3μm)的薄膜，將此玻璃基板切成小塊作為電位測定試樣。而且，掩蔽電位測定試樣表面，使其露出1cm2的面積，形成測定用電極。自然電位使用3.5％的氯化鈉水溶液(液溫27℃)，參比電極使用銀/氯化銀進行測定。此外，作為電阻接合對象的ITO膜使用In2O3-10wt％的SnO2的組合物。
表3

如表3所示，ITO膜的自然電位約-1000mV。而且可以確認，純鋁薄膜的自然電位約-1550mV，鋁—碳合金薄膜的自然電位為-1400～-1500mV。另一方面，含有鎳、鈷、鐵的鋁—碳合金薄膜的自然電位大概在-650～-1000mV的范圍內，與ITO膜的自然電位大致相同。
在此，對本實施例的鋁合金薄膜與ITO膜的接合電阻評估試驗進行說明。在上述薄膜成形條件下，基板溫度為100℃，于玻璃基板上使0.3μm厚的鋁合金薄膜成膜，由該薄膜形成1×20mm的模型電極。然后，在該鋁合金薄膜的模型電極上形成互相垂直的ITO電極模型(1×20mm、厚0.3μm)，制得接合電阻測定用試樣。然后，將該接合電阻測定用試樣置于250℃的真空中進行1小時的熱處理，檢測鋁合金薄膜電極與ITO膜電極間的接合部分的電阻變化。其結果是，純鋁(5N)與ITO膜的組合，熱處理后的接合電阻值為熱處理前的接合電阻值的4倍左右。相對于此，在鋁—碳合金中含有規(guī)定量的鎳、鈷、鐵的薄膜與ITO膜的組合，熱處理后的接合電阻值與熱處理前沒有變化。
最后，對本實施例的鋁合金薄膜與硅之間的擴散性評估進行說明。在φ4″的無摻雜硅薄(片)膜上，以上述薄膜成形條件，基板溫度為100℃，形成0.1μm厚的鋁合金薄膜。然后，將該試樣置于250℃的真空中，進行1小時的熱處理，熱處理后的試樣由掃描型俄歇顯微鏡對各元素從薄膜表面深入的情況進行分析。其結果是，可以確認純鋁(5N)薄膜在鋁與硅界面存在相互擴散的現象。相對于此，如果是在鋁—碳合金中含有規(guī)定量的鎳、鈷、鐵中的任一種元素以及硅的薄膜，則可以判明在鋁合金與硅的界面沒有出現相互擴散的現象。
綜上所述，本發(fā)明的鋁合金薄膜，因為具有與ITO膜同樣水平的自然電位，所以能直接與ITO膜進行電阻接合，可以防止硅與鋁間的相互擴散，電阻率也較小，而且耐熱性優(yōu)異。
權利要求
1.鋁合金薄膜，所述薄膜是含碳鋁合金薄膜，其特征在于，含有0.5～7.0at％的選自鎳、鈷、鐵的至少一種以上的元素和0.1～3.0at％的碳，余分為鋁。
2.如權利要求1所述的鋁合金薄膜，其特征還在于，還含有0.5～2.0at％的硅。
3.配線電路，其特征在于，具有權利要求1或2所述的鋁合金薄膜。
4.鋁合金薄膜成形用靶材，其特征在于，所述靶材是含碳鋁合金薄膜成形用靶材，其特征在于，含有0.5～7.0at％的選自鎳、鈷、鐵的至少一種以上的元素和0.1～3.0at％的碳，余分為鋁。
5.如權利要求4所述的鋁合金薄膜成形用靶材，其特征還在于，還含有0.5～2.0at％的硅。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種具有與ITO膜同等水平的電極電位、不存在硅擴散、電阻率低、耐熱性優(yōu)異的鋁合金薄膜。本發(fā)明的含碳鋁合金薄膜的特征是，含有0.5～7.0at％的選自鎳、鈷、鐵的至少一種以上的元素和0.1～3.0at％的碳，余分為鋁。更好的是本發(fā)明的鋁合金薄膜中還含有0.5～2.0at％的硅。
文檔編號C23C14/34GK1479802SQ02803266
公開日2004年3月3日 申請日期2002年9月12日 優(yōu)先權日2001年9月18日
發(fā)明者久保田高史, 渡邊弘 申請人:三井金屬鉱業(yè)株式會社, 三井金屬 業(yè)株式會社