專利名稱：薄膜晶體管基板及顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器、半導(dǎo)體、光學(xué)零件等使用的薄膜晶體管基板及顯示器件， 尤其涉及可將構(gòu)成源-漏電極等的Cu合金層和薄膜晶體管的半導(dǎo)體層直接連接的新的薄膜晶體管基板。
背景技術(shù)：
液晶顯示器等的有源矩陣型液晶顯示裝置，由如下構(gòu)件構(gòu)成將薄膜晶體管(Thin FilmTransistor,以下稱作TFT)作為開關(guān)元件，具備透明像素電極和柵極布線以及源_漏極布線等的布線部、非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)等的半導(dǎo)體層的TFT基板；具備相對于 TFT基板以規(guī)定間隔對向配置的共用電極的對向基板；填充在TFT基板和對向基板之間的液晶層。迄今，在TFT基板中，柵極布線以及源-漏極布線等的布線材料使用鋁(Al)合金膜。但是隨著顯示裝置的大型化和高畫質(zhì)化的進展，布線電阻大引起的信號延遲和電力損失的問題明顯化。因此，作為布線材料，比Al電阻低的銅(Cu)受到矚目。布線材料使用純Cu或Cu合金(以下統(tǒng)稱為Cu系合金)時，一般如專利文獻1 7所述，在Cu系合金布線膜和TFT的半導(dǎo)體層之間，設(shè)置由Mo、Cr、Ti、W等的高熔點金屬構(gòu)成的阻礙金屬層。對此可以主要例舉如下的兩個理由。第一，不經(jīng)阻礙金屬層使Cu系合金布線膜和TFT的半導(dǎo)體層直接接觸時，由于其后的工序(例如，形成在TFT之上的絕緣膜的成膜工序或燒結(jié)或退火等的熱工序)中的熱過程，Cu系合金布線膜中的Cu在半導(dǎo)體層中擴散，TFT特性下降，或Cu系合金布線膜和半導(dǎo)體層的接觸電阻增加。第二，如上所述，在Cu系合金布線膜中的Cu在半導(dǎo)體中擴散形成半導(dǎo)體層和Cu 的反應(yīng)層時，存在Cu系合金布線膜從該反應(yīng)層的部分剝離的問題。即使Cu合金膜和半導(dǎo)體層直接接觸時密接性下降。但是，為了形成這種阻礙金屬層，在Cu系合金布線膜形成用的成膜裝置之外， 還另外需要阻礙金屬形成用的成膜裝置。具體地說，必須使用還需裝配有阻礙金屬層形成用的成膜腔的成膜裝置(代表性的是多個成膜腔與轉(zhuǎn)移腔連接的團形成工具 (clustertool))，導(dǎo)致制造成本的上升和生產(chǎn)性的降低。在這種背景下，作為將上述的阻礙金屬層省略的技術(shù)，例如可以例舉本申請人提出的專利文獻8。在專利文獻8中，公開了作為Cu系合金布線膜和半導(dǎo)體層直接接觸的技術(shù)，源-漏電極由含氧層和純Cu或Cu合金薄膜構(gòu)成，構(gòu)成含氧層的氧與半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述純Cu或Cu合金的薄膜經(jīng)所述含氧層與半導(dǎo)體層連接的TFT基板。專利文獻1 (日本)特開平7-66423號公報專利文獻2 (日本)特開平8-8498號公報專利文獻3 (日本)特開2001-196371號公報專利文獻4 (日本)特開2002-353222號公報
專利文獻5 :(日本)專利文獻6:(日本)專利文獻7 :(日本)專利文獻8:(日本)
特開2004-133422號公報特開2004-212940號公報特開2005-166757號公報特開2009-4518號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于如上所述的情況而開發(fā)的，其目的在于提供一種即使省略通常設(shè)置在Cu系合金布線膜和半導(dǎo)體層之間的阻礙金屬層也能發(fā)揮優(yōu)異的低接觸電阻率，并且， Cu系合金布線膜和半導(dǎo)體層的密接性優(yōu)異的薄膜晶體管基板?？梢越鉀Q上述課題的本發(fā)明的薄膜晶體管基板，具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體層和Cu 合金層，其具有的要旨是在所述半導(dǎo)體層和所述Cu合金層之間包括含氧層，構(gòu)成所述含氧層的氧的一部分或全部與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述Cu合金層作為合金元素含有合計為2原子％以上20原子％以下的X(X是從Mn、Ni, Zn和Mg中選出的至少一種)，所述Cu合金層隔著所述含氧層與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層連接。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體層和Cu合金層，其中，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu合金層之間包括含氧層，構(gòu)成所述含氧層的氧的一部分或全部與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述Cu合金層是從所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層側(cè)順序包括作為合金元素含有從X(X是從Mn、Ni、Zn和Mg中選出的至少一種)的Cu 合金基層(第一層)和由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金即比所述第一層電阻率低的Cu 合金構(gòu)成的層(第二層)的層疊結(jié)構(gòu)，所述Cu合金層隔著所述含氧層與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層連接。在本發(fā)明中，優(yōu)選所述Cu合金基層(第一層)中的X含量合計為2原子％以上20 原子％以下，另外，優(yōu)選Cu合金基層(第一層)的厚度為IOnm以上IOOnm以下。在本發(fā)明中，優(yōu)選構(gòu)成所述含氧層的氧的原子數(shù)
和Si的原子數(shù)[Si]的比 (
/[Si])為0. 5以上2. 0以下，另外，優(yōu)選所述含氧層的膜厚為1. 3nm以上3. 3nm以下。 另外，優(yōu)選所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層是氫化非晶硅、非晶硅和多晶硅中的任一種，或組合兩種以上。本發(fā)明也包括具備上述任一種的薄膜晶體管基板的顯示器件。在本發(fā)明中，Cu合金層經(jīng)含氧層與薄膜晶體管的半導(dǎo)體層連接，因此，能夠抑制 Cu原子向半導(dǎo)體層的擴散，能夠?qū)崿F(xiàn)和半導(dǎo)體層的高密接性和低接觸電阻率。另外，使Cu 合金層形成含有規(guī)定量的合金成分X(X是從Mn、Ni、Zn和Mg中選出的至少一種)的Cu-X 合金層的單層或和純Cu等的層疊，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度的和半導(dǎo)體層的高密接性和低接觸電阻率。


圖1是模式化地顯示本發(fā)明的適用例的源-漏電極的構(gòu)成的概要圖。圖2是說明TLM元件進行的接觸電阻率的測定原理的圖。圖3是顯示電極距離和電阻的關(guān)系的曲線圖。圖4 (a)是顯示未進行氧等離子體處理時的Cu和Si的濃度關(guān)系的曲線圖，圖4 (b)是顯示進行了氧等離子體處理時的Cu和Si的濃度關(guān)系的曲線圖。圖5是顯示通過XPS分析進行的結(jié)晶衍射峰值的曲線圖。符號說明26 柵電極27 柵極絕緣膜28 源電極29 漏電極28a,29a 含氧層28b,29b Cu 合金層33非晶硅通道層(活性半導(dǎo)體層)52阻礙金屬層
具體實施例方式本發(fā)明者們在提出上述專利文獻8的技術(shù)后，為了提供具備能夠與TFT的半導(dǎo)體層直接連接的Cu系合金布線材料的新型薄膜晶體管基板，進行了研究。作為其結(jié)果，有如下發(fā)現(xiàn)，從而完成了本發(fā)明如果在專利文獻8那樣含氧層半導(dǎo)體層和Cu系合金布線材料電連接的布線構(gòu)造中，使Cu系合金布線材料形成(I)作為合金元素含有規(guī)定量的X (X是從 Mn、Ni、ai和Mg中選出的至少一種)的Cu-X合金的單層構(gòu)造，或(II)形成Cu-X合金和純 Cu等的層疊構(gòu)造，則與專利文獻8相比，能夠進一步改善和半導(dǎo)體層的密接性和接觸電阻率，特別是如果形成層疊構(gòu)造，則Cu系合金布線材料自身的電阻率也會抑制到很低。即，本發(fā)明在專利文獻8的通過含氧層的存在提高和半導(dǎo)體層的密接性和降低接觸電阻率的思想的基礎(chǔ)上，將Cu系合金布線材料的構(gòu)成限定為含有有助于提高密接性等的合金元素的 Cu-X合金，并考慮到Cu系合金布線材料自身的電阻率，形成Cu-X合金的單層構(gòu)造，或Cu-X 合金和純Cu等的層疊構(gòu)造，在這一點上與專利文獻8不同。以下，舉例說明作為本發(fā)明的Cu合金層的適用例的源-漏電極，但并不限定于此。(源-漏電極)本發(fā)明的適用例的源-漏電極觀、四如圖1所示由含氧層^a、29a和Cu合金層 28b,29b構(gòu)成。含氧層以覆蓋TFT的半導(dǎo)體層33的方式形成，例如含氧層
的氧原子(0)的一部分或全部以與半導(dǎo)體層33的Si結(jié)合的狀態(tài)存在。構(gòu)成含氧層^a、 29a的0與構(gòu)成半導(dǎo)體層33的Si相比于Cu的密接性優(yōu)異，在形成圖案后不會發(fā)生電極剝離。另外，含氧層^a、29a還作為用于防止Cu合金層^b、29b和TFT的半導(dǎo)體層33的界面中Cu和Si的相互擴散的阻礙(擴散防止阻礙)而起作用。根據(jù)本發(fā)明，如后述的實施例所證實，即使不如現(xiàn)有技術(shù)那樣形成Mo等的阻礙金屬層，也能夠?qū)崿F(xiàn)低接觸電阻率。另外，含氧層如后述詳細說明，在形成半導(dǎo)體層之后，在形成Cu合金層之前，例如能夠通過等離子體法等簡便地制作，因此，不需要如現(xiàn)有技術(shù)那樣的阻礙金屬層形成用的特別的成膜裝置。首先，對本發(fā)明所用的含氧層進行說明。含氧層的詳細及其形成方法如上述專利文獻8的記載，在此如下再次提出。含氧層的氧原子(0)的一部分或全部與半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，主要形成Si氧化物
5(SiOx)。Si氧化物例如通過使Si半導(dǎo)體層的表面氧化而得到。上述含氧層(Si氧化物)抑制Cu合金層中的Cu在半導(dǎo)體層中擴散，并且，和Cu 合金層的密接性優(yōu)異，其結(jié)果是，如果使用含有含氧層的Cu合金層，與不具有含氧層的情況相比，能夠提高和非晶硅層的密接性。本發(fā)明的含氧層優(yōu)選滿足以下的必要條件。優(yōu)選構(gòu)成含氧層的氧的原子數(shù)
和Si的原子數(shù)[Si]的比(
/[Si]，以下稱為 P值)為0.5以上2.0以下的范圍。由此，不會提高接觸電阻率，能夠有效地發(fā)揮含氧層的阻礙作用。P值更優(yōu)選為0.7以上1.8以下。P值的優(yōu)選下限(0. 5)是出于能夠抑制非晶硅層的額表面氧化導(dǎo)致的擴散的
/而設(shè)定的。另外，P值的優(yōu)選上限(2.0)是考慮到SiO2B成時的
/[Si]的最大值大致為2.0而設(shè)定的。P值在含氧層的形成工序(后述)中，例如可以通過將等離子體照射時間控制在大致1秒到60分鐘的范圍內(nèi)而進行調(diào)節(jié)。另外，P值可以通過XPS法(X-Ray Spectroscopy, X射線電子分光法)分析含氧層深度方向的元素(0和Si)而算出。含氧層的厚度優(yōu)選為1. 3nm以上3. 3nm以下的范圍內(nèi)。含氧層的厚度低于1. 3nm 時，不能抑制Cu合金層中的Cu原子在半導(dǎo)體層中擴散。而含氧層的厚度超過3. 3nm時，Cu 合金層和半導(dǎo)體層之間的接觸電阻率變得過高，發(fā)生電力損失，因此，顯示裝置的顯示畫質(zhì)下降。含氧層的厚度優(yōu)選為1. 5nm以上3. Onm以下。含氧層的厚度可以通過各種物理分析方法求得。例如在上述的XPS法之外，還能夠利用RBS法(雷達瞄準后方散亂分光法)、SIMS (二次離子質(zhì)量分析)法、⑶-OES (高頻輝光放電光分析)法、分光儀器等。 含氧層例如可以通過對半導(dǎo)體層上部進行氧化處理而形成。但不特別限定于這些處理方法，例如，可以采用(i)使用等離子體的方法，( )通過加熱進行的方法等。上述(i)使用等離子體時，例如可以使用氧氣形成含氧層。用于等離子體處理的氧氣可以通過Ar等的惰性氣體稀釋。從含氧的等離子體源供給氧時，也能夠利用使用氧離子的離子注入法。另外，上述(ii)進行加熱時，可以在氧氣氣氛中加熱Si半導(dǎo)體層，由此，能夠得到含氧層。用于加熱處理的氧氣可以通過Ar等的惰性氣體稀釋。在上述方法之外，也可以利用例如在源-漏電極的形成過程中，存在于Si半導(dǎo)體層的表面的氧原子在Cu系薄膜等中擴散，形成含氧層的這種自然擴散法。以下，詳細說明上述(i) (ii)。(i)等離子體氧化法等離子體氧化法利用等離子體，具體地說，例如在氧氣氣氛中施加高頻等離子體， 由此產(chǎn)生的氧自由基和臭氧和試料反應(yīng)，從而進行氧化。作為含氧氣體可以例舉02、H2O, N2O等氣體。它們可以單獨或作為兩種以上的混合氣體使用。具體地說，優(yōu)選在含氧的等離子體源附近設(shè)置TFT的半導(dǎo)體層。在此，等離子體源和半導(dǎo)體層的距離可以根據(jù)等離子體的種類和等離子體發(fā)生條件(功率(投入電力)、壓力、溫度、照射時間、氣體組成等)等設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，優(yōu)選大概數(shù)十cm的范圍。在這種等離子附近，高能量的氧原子存在，由此，能夠在半導(dǎo)體層表面容易地形成希望的含氧層。在從含氧等離子源等供給氧時，能夠利用離子注入法。根據(jù)離子注入法，由電場加速的離子能夠移動長距離，因此，能夠任意設(shè)定等離子體源和半導(dǎo)體層的距離。優(yōu)選離子注入法通過對設(shè)置在等離子體附近的半導(dǎo)體層施加負的高電壓脈沖，向半導(dǎo)體層的表面整體注入離子?；蛘撸褂脤Ｓ玫碾x子注入裝置進行離子注入。另外，優(yōu)選處理溫度為300°C以上。處理溫度低于300°C時，氧化反應(yīng)的進行緩慢， 對于作為擴散阻礙有效作用的含氧層的形成需要長時間，難以得到更良好的TFT特性。但是，溫度過高時，容易導(dǎo)致作為處理對象的半導(dǎo)體層的變質(zhì)和半導(dǎo)體層的損傷，因此，優(yōu)選大致為360°C以下。另外，關(guān)于壓力優(yōu)選在55 以上的壓力下進行。壓力低于55 時，氧化反應(yīng)的進行緩慢，對于作為擴散阻礙有效作用的含氧層的形成需要長時間。如果提高壓力，氧化反應(yīng)的進行在短時間內(nèi)進行，能夠減少對半導(dǎo)體層的損傷，能夠形成顯示良好阻礙性的含氧層， 能夠?qū)崿F(xiàn)低接觸電阻率。從上述觀點出發(fā)，壓力越高越好，例如優(yōu)選60 以上，更優(yōu)選為 66 以上。還有，壓力的上限由于依存于所使用的裝置的性能等，因此，難以唯一地決定，但從穩(wěn)定等離子體供給的觀點出發(fā)，優(yōu)選大致400Pa以下，更優(yōu)選為以下。等離子體照射時間優(yōu)選為60分鐘以下。等離子體照射時間超過60分鐘時，不能無視形成于非晶硅層的表面的含氧層導(dǎo)致的電壓下降，TFT特性下降。等離子體照射時間更優(yōu)選為30分鐘以下，進一步優(yōu)選為10分鐘以下。關(guān)于等離子體照射時間的下限，如果在非晶硅層的表面形成一層程度的含氧層，則從充分發(fā)揮本發(fā)明的效果的觀點出發(fā)，可以至少在非晶硅層的表面形成一層程度(SiOx的1原子層程度)的含氧層的時間以上。等離子體照射時間優(yōu)選1秒以上，更優(yōu)選為5秒以上。另外，投入電力優(yōu)選為50W以上。投入電力低于50W時，氧化反應(yīng)的進行緩慢，難以形成適當(dāng)?shù)?br> /[Si]比的含氧層，對于作為擴散阻礙有效作用的含氧層的形成需要長時間等，TFT特性下降。從上述觀點出發(fā)，投入電力越高越好，例如更優(yōu)選為60W以上，進一步優(yōu)選為75W以上。氣體組成可以是上述的含氧氣體(02、H2O, N2O等)，也可以用Ar等惰性氣體稀釋漢陽氣體。(ii)熱氧化法熱氧化法由于氧化皮膜的附著優(yōu)異等的理由而被廣泛使用。具體地說，例如優(yōu)選在氧氣氣氛下，在400°C以下的溫度加熱。加熱溫度高時，對半導(dǎo)體層的損傷變大，而加熱溫度低時，不能充分形成希望的含氧層。加熱溫度更優(yōu)選控制在200°C以上380°C以下，進一步優(yōu)選控制在250°C以上350°C以下.上述的加熱處理可以和上述的等離子體氧化法并用， 由此，能夠進一步促進含氧層的形成。如此，含氧層優(yōu)選通過上述的(i) (ii)的方法形成，但從進一步簡化制造工序和縮短處理時間的觀點出發(fā)，優(yōu)選如下控制含氧層的形成中使用的裝置和腔、溫度和氣體組成而進行。首先，為了簡化制造工序，裝置優(yōu)選用與半導(dǎo)體層形成裝置相同的裝置進行。由此，在裝置間或裝置內(nèi)，處理對象的工件無需無用地移動。另外，關(guān)于溫度優(yōu)選在和半導(dǎo)體層的成膜溫度實質(zhì)上相同的溫度進行。由此，能夠省略溫度變動所必要的調(diào)節(jié)時間?；蛘?，氣體組成也可以用Ar等惰性氣體稀釋所述含氧氣體進行使用。
如此在TFT的半導(dǎo)體層上形成含氧層后，例如通過濺射法形成Cu合金層時，能夠得到希望的源-漏電極。 本發(fā)明的薄膜晶體管基板，在TFT半導(dǎo)體層和Cu合金層之間以覆蓋TFT的半導(dǎo)體層的方式設(shè)置上述含氧層，因此，例如半導(dǎo)體層的種類不特別限定，在不對TFT特性產(chǎn)生不良影響的情況下，可以使用通常用于源-漏電極的種類。優(yōu)選為氫化非晶硅、非晶硅、多晶硅中的任一種或兩種以上的組合。接著，對本發(fā)明的Cu合金層進行說明。本發(fā)明中的Cu合金層(a)可以是作為合金元素含有合計為2原子％以上20原子％以下的X(X是從Mn、Ni、Si和Mg中選出的至少一種)的單層構(gòu)造，(b)也可以是從薄膜晶體管的半導(dǎo)體層側(cè)順序包括作為合金元素含有從X (X是從MruNi、&i和Mg中選出的至少一種)的Cu合金基層(第一層)和由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金即比所述第一層電阻率低的Cu合金構(gòu)成的層(第二層)的層疊結(jié)構(gòu)。Cu合金層時所述層疊結(jié)構(gòu)時，優(yōu)選 Cu合金基層(第一層)中的X含量合計為2原子％以上20原子％以下。關(guān)于單層結(jié)構(gòu)單層結(jié)構(gòu)的Cu合金層是作為合金元素含有X(X是從Mn、Ni, Zn和Mg中選出的至少一種)的Cu-X合金層。通過形成這種Cu-X合金層，即使不設(shè)置阻礙金屬層也能夠提高和半導(dǎo)體層的密接性，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)和半導(dǎo)體層的低接觸電阻率。這些X元素作為雖然固溶于Cu金屬但是不固溶于Cu氧化膜的元素而選出。固溶有這些元素的Cu合金通過成膜過程的熱處理而被氧化時，上述元素擴散在晶界和界面稠化，由于該稠化層而提高和半導(dǎo)體層的密接性。另外，這些元素對于使用Cu時的有用性(Cu自身的低電阻和第接觸電阻率) 不會有任何損害，能夠發(fā)揮上述密接性。上述X元素中優(yōu)選的是Mn、Ni，更優(yōu)選為Mn。特別是Mn密接性優(yōu)異。Mn是在上述的界面的稠化現(xiàn)象非常強烈出現(xiàn)的元素，通過Cu合金成膜時或成膜后的熱處理(包括例如形成SiN膜的絕緣膜的工序這種顯示裝置的制造過程中的熱過程)從膜內(nèi)側(cè)向外側(cè)移動。 Mn向界面的移動，由于熱處理發(fā)生氧化而生成的Mn氧化物成為驅(qū)動力，被進一步促進。其結(jié)果是，提高和半導(dǎo)體層的密接性。單層結(jié)構(gòu)的Cu合金層中的X含量為2原子％以上20原子％以下。作為X元素在單獨使用上述元素時，單獨的量滿足上述范圍即可，在含有2種以上時，合計量滿足上述范圍即可。X含量低于2原子％時不能充分實現(xiàn)和半導(dǎo)體層的高的密接性和低接觸電阻率。 而X含量超過20原子％時，Cu合金層全體的電阻變高，其結(jié)果是，和半導(dǎo)體層接觸電阻率變高。X含量優(yōu)選范圍為4 18原子％，更優(yōu)選的范圍是6 15原子％。單層結(jié)構(gòu)中的Cu合金層的膜厚優(yōu)選為100 500nm。膜厚低于IOOnm時，Cu布線的電阻變高，而超過500nm時，不能確保和半導(dǎo)體層的密接性，容易發(fā)生膜剝離。單層結(jié)構(gòu)中的Cu合金層的膜厚優(yōu)選為200 400nm。關(guān)于層疊結(jié)構(gòu)層疊結(jié)構(gòu)中的Cu合金基層(第一層)的合金元素與上述單層結(jié)構(gòu)相同，是作為合金元素含有X(X是從Mn、Ni、Si和Mg中選出的至少一種)的Cu-X合金層。上述X元素中優(yōu)選的是Mn、Ni，更優(yōu)選為Mn。Cu合金基層(第一層)中的X含量優(yōu)選與單層結(jié)構(gòu)時相同， 即優(yōu)選為2原子％以上20原子％以下。所述范圍的優(yōu)選理由與單層結(jié)構(gòu)相同。
層疊結(jié)構(gòu)中的Cu-X合金層(第一層)的膜厚優(yōu)選為IOnm以上IOOnm以下。膜厚低于IOnm時，不能確保和半導(dǎo)體層的密接性。而膜厚超過IOOnm時，Cu合金全體(第一層 +第二層)的電阻變高，來自布線的發(fā)熱問題變得深刻。Cu-X合金層(第一層)的優(yōu)選膜厚為15 60nm。層疊結(jié)構(gòu)中的第二層在第一層之上形成，由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金即比所述第一層電阻率低的Cu合金構(gòu)成。通過設(shè)置這種第二層，能夠?qū)u合金層全體的電阻率抑制得很低。在此，所謂比第一層電阻率低的Cu合金是與由含有X元素的Cu-X合金構(gòu)成的第一層相比適當(dāng)?shù)乜刂坪辖鹪氐姆N類和/或含量來降低電阻率。電阻率低的元素(大致與純銅合金相比低的元素)可以參照文獻中記載的數(shù)值等，從公知的元素中容易地選出。 但是，即使是電阻率高的元素如果降低含量(大致0. 05 1原子％左右)也能夠降低電阻率，因此，第二層可以適用的合金元素并非必須限定于電阻率低的元素。具體地說，例如可以優(yōu)選使用Cu-O. 5原子％ Ni、Cu-O. 5原子％ ZruCu-O. 3原子％ Mn等。另外，作為可以適用于第二層的合金即使含有氧氣或氮氣等氣體成分也可，例如可以使用Cu-O或Cu-N等。層疊結(jié)構(gòu)中的Cu合金層全體的厚度(第一層+第二層)可以根據(jù)所要求的TFT 特性等適當(dāng)設(shè)定，但大致優(yōu)選為200nm以上500nm以下，更優(yōu)選為200 400nm。本發(fā)明所用的Cu合金層，單層結(jié)構(gòu)和層疊結(jié)構(gòu)的任一種情況，除上述元素之外的余量是Cu和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的Cu合金層優(yōu)選通過濺射法形成。特別是形成層疊結(jié)構(gòu)時，在通過濺射法對上述構(gòu)成第一層的材料進行成膜后，通過濺射法在其上對上述構(gòu)成第二層的材料進行成膜，由此，形成層疊結(jié)構(gòu)即可。如此形成Cu合金層疊膜后，進行規(guī)定的圖案形成后，從覆蓋截面形狀的觀點出發(fā)，優(yōu)選加工成錐形角度45 60°左右的錐形狀。如果使用濺射法，能夠形成與濺射靶大致相同組成的Cu合金層。因此，通過調(diào)整濺射靶的組成，能夠調(diào)整Cu合金層的組成。濺射靶的組成使用Cu合金靶進行調(diào)整即可，或者在純Cu靶中調(diào)節(jié)合金元素的金屬進行調(diào)整也可。還有濺射法中，在成膜的Cu合金層的組成和濺射靶的組成之間會有微小的偏差。 但是，該偏差大概在數(shù)原子％以內(nèi)。因此，如果將濺射靶的組成控制在最大士 10原子％的范圍內(nèi)，就能夠形成希望組成的Cu合金層。本發(fā)明所用的基板沒有特別限定，但例如可以例舉出無堿玻璃、高應(yīng)變點玻璃、堿石灰玻璃等。實施例以下，舉實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于以下的實施例，本發(fā)明可以在上述下述的宗旨的范圍內(nèi)進行變更實施，這均包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。實施例1在本實施例中對Cu合金層(層疊結(jié)構(gòu))和半導(dǎo)體層的接觸電阻率和密接性進行討論。(1)和半導(dǎo)體層的接觸電阻率的測定為了調(diào)查Cu合金層和半導(dǎo)體層的接觸電阻率，制作TLM (Transfer Length Method)元件，根據(jù)圖2、3所示的TLM法測定接觸電阻率。首先，對TLM元件的制作方法進行說明。
首先，在玻璃基板上通過等離子體CVD法以大約200nm的厚度形成膜厚約200nm 的摻雜雜質(zhì)(P)的低電阻的非晶硅膜。接著，在相同的等離子體CVD裝置內(nèi)僅供給氧氣使等離子體產(chǎn)生，通過氧等離子體對低電阻非晶硅膜的表面進行30秒處理，形成含氧層。作為氧等離子體裝置，使用々i i科學(xué)社制的測量裝置(型號PR41)，投入電力450W，成膜溫度為室溫，氣體壓力為67Pa。接著，通過假設(shè)法形成Cu合金膜(單層結(jié)構(gòu)。層疊結(jié)構(gòu))。更詳細地說，單層結(jié)構(gòu)的成膜是形成300nm的由表1所示組成的純Cu或Cu合金的膜，層疊結(jié)構(gòu)的成膜是以表 2 4所示的條件蒸鍍基層，在其上形成純Cu膜(Cu合金層全體的膜厚大約300nm)。濺射溫度為室溫。通過光蝕刻對保護層形成圖案后，以保護層為掩膜，對Cu系合金膜進行蝕刻，由此，形成多個電極。在此，對各電極間的距離進行各種變化。最后，為了模擬實際的薄膜晶體管的制造工序，在270°C進行30分鐘的熱處理。接著，參照圖2和圖3，對通過TLM法進行的接觸電阻的測定原理進行說明。圖 2(a)是模式化地顯示根據(jù)上述要領(lǐng)制作的TLM元件的布線結(jié)構(gòu)的截面圖，圖2(b)是該TLM 元件的俯視圖。首先，在上述圖2(a)的布線結(jié)構(gòu)中，測定多個電極間的電流電壓特性，求出各電極間的電阻值。以如此得到的各電極間的電阻值為縱軸，以電極間距離(轉(zhuǎn)移長度，L)為橫軸形成坐標，得到圖3的曲線圖。在圖3的曲線圖中，y切片的值相當(dāng)于接觸電阻Rc的 2倍的值(2Rc)，x切片的額值相當(dāng)于實效的接觸長度(LT:tranSger length)。從以上，接觸電阻率P c由下式表示。Pc = Rc*LT*Z式中，Z是圖2(b)中所示的電極寬度。(2)密接性的測定以如下要領(lǐng)制作密接性評價試驗用的試料。首先，在玻璃基板上通過等離子體CVD 法形成膜厚IOOnm的SiN膜，和膜厚200nm的摻雜雜質(zhì)⑵的低電阻的非晶硅膜(n-a_Si:H 層)。該低電阻的非晶硅膜(n-a-Si:H層)是通過進行以SiH4、PH3為原料的等離子體CVD 而形成的。等離子體CVD的成膜溫度為320°C。接著，在相同的等離子體CVD裝置的相同的腔內(nèi)僅供給氧氣，使等離子體產(chǎn)生，通過氧等離子體對上述的低電阻的非晶硅膜的表面進行30秒的處理，形成含氧層。氧等離子體的條件與上述測定接觸電阻率時相同。接著，通過濺射法分別根據(jù)表1 (單層結(jié)構(gòu))、表2 4(層疊結(jié)構(gòu))所示的條件(X 含量、膜厚)形成Cu-X合金膜。對于層疊結(jié)構(gòu)在表2 4所示的第一層之上再形成純Cu 膜。Cu合金膜全體的膜厚，單層結(jié)構(gòu)時為大約300nm，層疊結(jié)構(gòu)時為大約300nm，濺射溫度為室溫。接著，通過光蝕刻對保護層形成圖案后，以保護層為掩膜，對Cu系合金膜進行蝕刻， 由此，形成密接性試驗用的圖案。其后，在氮氣氛下，在270°C進行30分鐘的熱處理。密接性評價通過膠帶剝離試驗進行。詳細地說，通過刀刃在Cu合金膜的表面切刻 Imm間隔的棋盤狀的切痕。接著，將住友3M社制的黑色聚酯膠帶(產(chǎn)品編號8422B)緊密貼在上述Cu合金膜上，上述膠帶的剝離以保持在60° —舉剝下該膠帶，計算由上述膠帶剝下的棋盤格的數(shù)目，求出和全數(shù)目的比率(膜剝離率)。測定進行三次，將三次的平均值作為各試料的膜剝離率。
10
根據(jù)接觸電阻率和密接性的測定結(jié)果，接觸電阻率低于2Ω ^m2,并且膜剝離率低于10%的為合格，其他的為不合格。這些結(jié)果在表1 3中顯示。表權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管基板，其具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體層和Cu合金層，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu合金層之間包括含氧層，構(gòu)成所述含氧層的氧的一部分或全部與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述Cu合金層作為合金元素含有合計為2原子％以上20原子％以下的X，其中，所述 X是從Mn、Ni、Si和Mg中選出的至少一種元素，所述Cu合金層隔著所述含氧層與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層連接。
2.一種薄膜晶體管基板，其具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體層和Cu合金層，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu合金層之間包括含氧層，構(gòu)成所述含氧層的氧的一部分或全部與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述Cu合金層是從所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層側(cè)順序包括作為合金元素含有X 的Cu合金基層即第一層和由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金即電阻率比所述第一層低的 Cu合金構(gòu)成的層即第二層的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述X是從Mn、Ni、Zn和Mg中選出的至少一種元素，所述Cu合金層隔著所述含氧層與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，所述Cu合金基層即第一層中的X含量合計為2原子％以上20原子％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，所述Cu合金基層即第一層的厚度為IOnm以上IOOnm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，構(gòu)成所述含氧層的氧的原子數(shù)
和Si的原子數(shù)[Si]的比
/[Si]為0. 5以上2. 0以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，所述含氧層的膜厚為1. 3nm以上3. 3nm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層是氫化非晶硅、非晶硅和多晶硅中的任一種，或兩種以上的組合。
8.—種顯示器件，具備權(quán)利要求1 7中任一項所述的薄膜晶體管基板。
全文摘要
本發(fā)明提供即使Cu系合金布線膜和半導(dǎo)體層直接接觸，接觸電阻率也低并且密接性優(yōu)異的薄膜晶體管基板。該薄膜晶體管基板，具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體層和Cu合金層，其中，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu合金層之間包括含氧層，構(gòu)成所述含氧層的氧的一部分或全部與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，所述Cu合金層作為合金元素含有合計為2原子％以上20原子％以下的X(X是從Mn、Ni、Zn和Mg中選出的至少一種)，所述Cu合金層經(jīng)所述含氧層與所述薄膜晶體管的所述半導(dǎo)體層連接。
文檔編號C22C9/00GK102169905SQ201110036949
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者三木綾, 后藤裕史, 富久勝文, 寺尾泰昭, 森田晉也 申請人:株式會社神戶制鋼所