CN102169905A - 薄膜晶体管基板及显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使Cu系合金布线膜和半导体层直接接触，接触电阻率也低并且密接性优异的薄膜晶体管基板。该薄膜晶体管基板，具有薄膜晶体管的半导体层和Cu合金层，其中，在所述半导体层和所述Cu合金层之间包括含氧层，构成所述含氧层的氧的一部分或全部与所述薄膜晶体管的所述半导体层的Si结合，所述Cu合金层作为合金元素含有合计为2原子％以上20原子％以下的X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)，所述Cu合金层经所述含氧层与所述薄膜晶体管的所述半导体层连接。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器、半导体、光学零件等使用的薄膜晶体管基板及显示器件，尤其涉及可将构成源-漏电极等的Cu合金层和薄膜晶体管的半导体层直接连接的新的薄膜晶体管基板。
背景技术
液晶显示器等的有源矩阵型液晶显示装置，由如下构件构成：将薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，以下称作TFT)作为开关元件，具备透明像素电极和栅极布线以及源-漏极布线等的布线部、非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)等的半导体层的TFT基板；具备相对于TFT基板以规定间隔对向配置的共用电极的对向基板；填充在TFT基板和对向基板之间的液晶层。
迄今，在TFT基板中，栅极布线以及源-漏极布线等的布线材料使用铝(Al)合金膜。但是随着显示装置的大型化和高画质化的进展，布线电阻大引起的信号延迟和电力损失的问题明显化。因此，作为布线材料，比Al电阻低的铜(Cu)受到瞩目。
布线材料使用纯Cu或Cu合金(以下统称为Cu系合金)时，一般如专利文献1～7所述，在Cu系合金布线膜和TFT的半导体层之间，设置由Mo、Cr、Ti、W等的高熔点金属构成的阻碍金属层。对此可以主要例举如下的两个理由。
第一，不经阻碍金属层使Cu系合金布线膜和TFT的半导体层直接接触时，由于其后的工序(例如，形成在TFT之上的绝缘膜的成膜工序或烧结或退火等的热工序)中的热过程，Cu系合金布线膜中的Cu在半导体层中扩散，TFT特性下降，或Cu系合金布线膜和半导体层的接触电阻增加。
第二，如上所述，在Cu系合金布线膜中的Cu在半导体中扩散形成半导体层和Cu的反应层时，存在Cu系合金布线膜从该反应层的部分剥离的问题。即使Cu合金膜和半导体层直接接触时密接性下降。
但是，为了形成这种阻碍金属层，在Cu系合金布线膜形成用的成膜装置之外，还另外需要阻碍金属形成用的成膜装置。具体地说，必须使用还需装配有阻碍金属层形成用的成膜腔的成膜装置(代表性的是多个成膜腔与转移腔连接的团形成工具(clustertool))，导致制造成本的上升和生产性的降低。
在这种背景下，作为将上述的阻碍金属层省略的技术，例如可以例举本申请人提出的专利文献8。在专利文献8中，公开了作为Cu系合金布线膜和半导体层直接接触的技术，源-漏电极由含氧层和纯Cu或Cu合金薄膜构成，构成含氧层的氧与半导体层的Si结合，所述纯Cu或Cu合金的薄膜经所述含氧层与半导体层连接的TFT基板。
专利文献1：(日本)特开平7-66423号公报
专利文献2：(日本)特开平8-8498号公报
专利文献3：(日本)特开2001-196371号公报
专利文献4：(日本)特开2002-353222号公报
专利文献5：(日本)特开2004-133422号公报
专利文献6：(日本)特开2004-212940号公报
专利文献7：(日本)特开2005-166757号公报
专利文献8：(日本)特开2009-4518号公报
发明内容
本发明是着眼于如上所述的情况而开发的，其目的在于提供一种即使省略通常设置在Cu系合金布线膜和半导体层之间的阻碍金属层也能发挥优异的低接触电阻率，并且，Cu系合金布线膜和半导体层的密接性优异的薄膜晶体管基板。
可以解决上述课题的本发明的薄膜晶体管基板，具有薄膜晶体管的半导体层和Cu合金层，其具有的要旨是：在所述半导体层和所述Cu合金层之间包括含氧层，构成所述含氧层的氧的一部分或全部与所述薄膜晶体管的所述半导体层的Si结合，所述Cu合金层作为合金元素含有合计为2原子％以上20原子％以下的X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)，所述Cu合金层隔着所述含氧层与所述薄膜晶体管的所述半导体层连接。
在本发明的薄膜晶体管中，具有薄膜晶体管的半导体层和Cu合金层，其中，在所述半导体层和所述Cu合金层之间包括含氧层，构成所述含氧层的氧的一部分或全部与所述薄膜晶体管的所述半导体层的Si结合，所述Cu合金层是从所述薄膜晶体管的所述半导体层侧顺序包括作为合金元素含有从X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu合金基层(第一层)和由纯Cu或以Cu为主成分的Cu合金即比所述第一层电阻率低的Cu合金构成的层(第二层)的层叠结构，所述Cu合金层隔着所述含氧层与所述薄膜晶体管的所述半导体层连接。
在本发明中，优选所述Cu合金基层(第一层)中的X含量合计为2原子％以上20原子％以下，另外，优选Cu合金基层(第一层)的厚度为10nm以上100nm以下。
在本发明中，优选构成所述含氧层的氧的原子数[O]和Si的原子数[Si]的比([O]/[Si])为0.5以上2.0以下，另外，优选所述含氧层的膜厚为1.3nm以上3.3nm以下。另外，优选所述薄膜晶体管的所述半导体层是氢化非晶硅、非晶硅和多晶硅中的任一种，或组合两种以上。
本发明也包括具备上述任一种的薄膜晶体管基板的显示器件。
在本发明中，Cu合金层经含氧层与薄膜晶体管的半导体层连接，因此，能够抑制Cu原子向半导体层的扩散，能够实现和半导体层的高密接性和低接触电阻率。另外，使Cu合金层形成含有规定量的合金成分X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu-X合金层的单层或和纯Cu等的层叠，从而能够实现高度的和半导体层的高密接性和低接触电阻率。
附图说明
图1是模式化地显示本发明的适用例的源-漏电极的构成的概要图。
图2是说明TLM元件进行的接触电阻率的测定原理的图。
图3是显示电极距离和电阻的关系的曲线图。
图4(a)是显示未进行氧等离子体处理时的Cu和Si的浓度关系的曲线图，图4(b)是显示进行了氧等离子体处理时的Cu和Si的浓度关系的曲线图。
图5是显示通过XPS分析进行的结晶衍射峰值的曲线图。
符号说明
26 栅电极
27 栅极绝缘膜
28 源电极
29 漏电极
28a、29a 含氧层
28b、29b Cu合金层
33 非晶硅通道层(活性半导体层)
52 阻碍金属层
具体实施方式
本发明者们在提出上述专利文献8的技术后，为了提供具备能够与TFT的半导体层直接连接的Cu系合金布线材料的新型薄膜晶体管基板，进行了研究。作为其结果，有如下发现，从而完成了本发明：如果在专利文献8那样含氧层半导体层和Cu系合金布线材料电连接的布线构造中，使Cu系合金布线材料形成(I)作为合金元素含有规定量的X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu-X合金的单层构造，或(II)形成Cu-X合金和纯Cu等的层叠构造，则与专利文献8相比，能够进一步改善和半导体层的密接性和接触电阻率，特别是如果形成层叠构造，则Cu系合金布线材料自身的电阻率也会抑制到很低。即，本发明在专利文献8的通过含氧层的存在提高和半导体层的密接性和降低接触电阻率的思想的基础上，将Cu系合金布线材料的构成限定为含有有助于提高密接性等的合金元素的Cu-X合金，并考虑到Cu系合金布线材料自身的电阻率，形成Cu-X合金的单层构造，或Cu-X合金和纯Cu等的层叠构造，在这一点上与专利文献8不同。
以下，举例说明作为本发明的Cu合金层的适用例的源-漏电极，但并不限定于此。
(源-漏电极)
本发明的适用例的源-漏电极28、29如图1所示由含氧层28a、29a和Cu合金层28b、29b构成。含氧层28a、29a以覆盖TFT的半导体层33的方式形成，例如含氧层28a、29a的氧原子(O)的一部分或全部以与半导体层33的Si结合的状态存在。构成含氧层28a、29a的O与构成半导体层33的Si相比于Cu的密接性优异，在形成图案后不会发生电极剥离。另外，含氧层28a、29a还作为用于防止Cu合金层28b、29b和TFT的半导体层33的界面中Cu和Si的相互扩散的阻碍(扩散防止阻碍)而起作用。
根据本发明，如后述的实施例所证实，即使不如现有技术那样形成Mo等的阻碍金属层，也能够实现低接触电阻率。另外，含氧层如后述详细说明，在形成半导体层之后，在形成Cu合金层之前，例如能够通过等离子体法等简便地制作，因此，不需要如现有技术那样的阻碍金属层形成用的特别的成膜装置。
首先，对本发明所用的含氧层进行说明。含氧层的详细及其形成方法如上述专利文献8的记载，在此如下再次提出。
含氧层的氧原子(O)的一部分或全部与半导体层的Si结合，主要形成Si氧化物(SiOx)。Si氧化物例如通过使Si半导体层的表面氧化而得到。
上述含氧层(Si氧化物)抑制Cu合金层中的Cu在半导体层中扩散，并且，和Cu合金层的密接性优异，其结果是，如果使用含有含氧层的Cu合金层，与不具有含氧层的情况相比，能够提高和非晶硅层的密接性。本发明的含氧层优选满足以下的必要条件。
优选构成含氧层的氧的原子数[O]和Si的原子数[Si]的比([O]/[Si]，以下称为P值)为0.5以上2.0以下的范围。由此，不会提高接触电阻率，能够有效地发挥含氧层的阻碍作用。P值更优选为0.7以上1.8以下。
P值的优选下限(0.5)是出于能够抑制非晶硅层的额表面氧化导致的扩散的[O]/[Si]而设定的。另外，P值的优选上限(2.0)是考虑到SiO2形成时的[O]/[Si]的最大值大致为2.0而设定的。
P值在含氧层的形成工序(后述)中，例如可以通过将等离子体照射时间控制在大致1秒到60分钟的范围内而进行调节。另外，P值可以通过XPS法(X-Ray Spectroscopy，X射线电子分光法)分析含氧层深度方向的元素(O和Si)而算出。
含氧层的厚度优选为1.3nm以上3.3nm以下的范围内。含氧层的厚度低于1.3nm时，不能抑制Cu合金层中的Cu原子在半导体层中扩散。而含氧层的厚度超过3.3nm时，Cu合金层和半导体层之间的接触电阻率变得过高，发生电力损失，因此，显示装置的显示画质下降。含氧层的厚度优选为1.5nm以上3.0nm以下。
含氧层的厚度可以通过各种物理分析方法求得。例如在上述的XPS法之外，还能够利用RBS法(雷达瞄准后方散乱分光法)、SIMS(二次离子质量分析)法、GD-OES(高频辉光放电光分析)法、分光仪器等。
含氧层例如可以通过对半导体层上部进行氧化处理而形成。但不特别限定于这些处理方法，例如，可以采用(i)使用等离子体的方法，(ii)通过加热进行的方法等。
上述(i)使用等离子体时，例如可以使用氧气形成含氧层。用于等离子体处理的氧气可以通过Ar等的惰性气体稀释。从含氧的等离子体源供给氧时，也能够利用使用氧离子的离子注入法。
另外，上述(ii)进行加热时，可以在氧气气氛中加热Si半导体层，由此，能够得到含氧层。用于加热处理的氧气可以通过Ar等的惰性气体稀释。
在上述方法之外，也可以利用例如在源-漏电极的形成过程中，存在于Si半导体层的表面的氧原子在Cu系薄膜等中扩散，形成含氧层的这种自然扩散法。
以下，详细说明上述(i)～(ii)。
(i)等离子体氧化法
等离子体氧化法利用等离子体，具体地说，例如在氧气气氛中施加高频等离子体，由此产生的氧自由基和臭氧和试料反应，从而进行氧化。作为含氧气体可以例举O2、H2O、N2O等气体。它们可以单独或作为两种以上的混合气体使用。具体地说，优选在含氧的等离子体源附近设置TFT的半导体层。在此，等离子体源和半导体层的距离可以根据等离子体的种类和等离子体发生条件(功率(投入电力)、压力、温度、照射时间、气体组成等)等设定在适当的范围内，优选大概数十cm的范围。在这种等离子附近，高能量的氧原子存在，由此，能够在半导体层表面容易地形成希望的含氧层。
在从含氧等离子源等供给氧时，能够利用离子注入法。根据离子注入法，由电场加速的离子能够移动长距离，因此，能够任意设定等离子体源和半导体层的距离。优选离子注入法通过对设置在等离子体附近的半导体层施加负的高电压脉冲，向半导体层的表面整体注入离子。或者，使用专用的离子注入装置进行离子注入。
另外，优选处理温度为300℃以上。处理温度低于300℃时，氧化反应的进行缓慢，对于作为扩散阻碍有效作用的含氧层的形成需要长时间，难以得到更良好的TFT特性。但是，温度过高时，容易导致作为处理对象的半导体层的变质和半导体层的损伤，因此，优选大致为360℃以下。
另外，关于压力优选在55Pa以上的压力下进行。压力低于55Pa时，氧化反应的进行缓慢，对于作为扩散阻碍有效作用的含氧层的形成需要长时间。如果提高压力，氧化反应的进行在短时间内进行，能够减少对半导体层的损伤，能够形成显示良好阻碍性的含氧层，能够实现低接触电阻率。从上述观点出发，压力越高越好，例如优选60Pa以上，更优选为66Pa以上。还有，压力的上限由于依存于所使用的装置的性能等，因此，难以唯一地决定，但从稳定等离子体供给的观点出发，优选大致400Pa以下，更优选为266Pa以下。
等离子体照射时间优选为60分钟以下。等离子体照射时间超过60分钟时，不能无视形成于非晶硅层的表面的含氧层导致的电压下降，TFT特性下降。等离子体照射时间更优选为30分钟以下，进一步优选为10分钟以下。关于等离子体照射时间的下限，如果在非晶硅层的表面形成一层程度的含氧层，则从充分发挥本发明的效果的观点出发，可以至少在非晶硅层的表面形成一层程度(SiOx的1原子层程度)的含氧层的时间以上。等离子体照射时间优选1秒以上，更优选为5秒以上。
另外，投入电力优选为50W以上。投入电力低于50W时，氧化反应的进行缓慢，难以形成适当的[O]/[Si]比的含氧层，对于作为扩散阻碍有效作用的含氧层的形成需要长时间等，TFT特性下降。从上述观点出发，投入电力越高越好，例如更优选为60W以上，进一步优选为75W以上。
气体组成可以是上述的含氧气体(O2、H2O、N2O等)，也可以用Ar等惰性气体稀释汉阳气体。
(ii)热氧化法
热氧化法由于氧化皮膜的附着优异等的理由而被广泛使用。具体地说，例如优选在氧气气氛下，在400℃以下的温度加热。加热温度高时，对半导体层的损伤变大，而加热温度低时，不能充分形成希望的含氧层。加热温度更优选控制在200℃以上380℃以下，进一步优选控制在250℃以上350℃以下.上述的加热处理可以和上述的等离子体氧化法并用，由此，能够进一步促进含氧层的形成。
如此，含氧层优选通过上述的(i)～(ii)的方法形成，但从进一步简化制造工序和缩短处理时间的观点出发，优选如下控制含氧层的形成中使用的装置和腔、温度和气体组成而进行。
首先，为了简化制造工序，装置优选用与半导体层形成装置相同的装置进行。由此，在装置间或装置内，处理对象的工件无需无用地移动。
另外，关于温度优选在和半导体层的成膜温度实质上相同的温度进行。由此，能够省略温度变动所必要的调节时间。
或者，气体组成也可以用Ar等惰性气体稀释所述含氧气体进行使用。
如此在TFT的半导体层上形成含氧层后，例如通过溅射法形成Cu合金层时，能够得到希望的源-漏电极。
本发明的薄膜晶体管基板，在TFT半导体层和Cu合金层之间以覆盖TFT的半导体层的方式设置上述含氧层，因此，例如半导体层的种类不特别限定，在不对TFT特性产生不良影响的情况下，可以使用通常用于源-漏电极的种类。优选为氢化非晶硅、非晶硅、多晶硅中的任一种或两种以上的组合。
接着，对本发明的Cu合金层进行说明。
本发明中的Cu合金层(a)可以是作为合金元素含有合计为2原子％以上20原子％以下的X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的单层构造，(b)也可以是从薄膜晶体管的半导体层侧顺序包括作为合金元素含有从X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu合金基层(第一层)和由纯Cu或以Cu为主成分的Cu合金即比所述第一层电阻率低的Cu合金构成的层(第二层)的层叠结构。Cu合金层时所述层叠结构时，优选Cu合金基层(第一层)中的X含量合计为2原子％以上20原子％以下。
关于单层结构
单层结构的Cu合金层是作为合金元素含有X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu-X合金层。通过形成这种Cu-X合金层，即使不设置阻碍金属层也能够提高和半导体层的密接性，并且，能够实现和半导体层的低接触电阻率。这些X元素作为虽然固溶于Cu金属但是不固溶于Cu氧化膜的元素而选出。固溶有这些元素的Cu合金通过成膜过程的热处理而被氧化时，上述元素扩散在晶界和界面稠化，由于该稠化层而提高和半导体层的密接性。另外，这些元素对于使用Cu时的有用性(Cu自身的低电阻和第接触电阻率)不会有任何损害，能够发挥上述密接性。
上述X元素中优选的是Mn、Ni，更优选为Mn。特别是Mn密接性优异。Mn是在上述的界面的稠化现象非常强烈出现的元素，通过Cu合金成膜时或成膜后的热处理(包括例如形成SiN膜的绝缘膜的工序这种显示装置的制造过程中的热过程)从膜内侧向外侧移动。Mn向界面的移动，由于热处理发生氧化而生成的Mn氧化物成为驱动力，被进一步促进。其结果是，提高和半导体层的密接性。
单层结构的Cu合金层中的X含量为2原子％以上20原子％以下。作为X元素在单独使用上述元素时，单独的量满足上述范围即可，在含有2种以上时，合计量满足上述范围即可。X含量低于2原子％时不能充分实现和半导体层的高的密接性和低接触电阻率。而X含量超过20原子％时，Cu合金层全体的电阻变高，其结果是，和半导体层接触电阻率变高。X含量优选范围为4～18原子％，更优选的范围是6～15原子％。
单层结构中的Cu合金层的膜厚优选为100～500nm。膜厚低于100nm时，Cu布线的电阻变高，而超过500nm时，不能确保和半导体层的密接性，容易发生膜剥离。单层结构中的Cu合金层的膜厚优选为200～400nm。
关于层叠结构
层叠结构中的Cu合金基层(第一层)的合金元素与上述单层结构相同，是作为合金元素含有X(X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种)的Cu-X合金层。上述X元素中优选的是Mn、Ni，更优选为Mn。Cu合金基层(第一层)中的X含量优选与单层结构时相同，即优选为2原子％以上20原子％以下。所述范围的优选理由与单层结构相同。
层叠结构中的Cu-X合金层(第一层)的膜厚优选为10nm以上100nm以下。膜厚低于10nm时，不能确保和半导体层的密接性。而膜厚超过100nm时，Cu合金全体(第一层+第二层)的电阻变高，来自布线的发热问题变得深刻。Cu-X合金层(第一层)的优选膜厚为15～60nm。
层叠结构中的第二层在第一层之上形成，由纯Cu或以Cu为主成分的Cu合金即比所述第一层电阻率低的Cu合金构成。通过设置这种第二层，能够将Cu合金层全体的电阻率抑制得很低。在此，所谓比第一层电阻率低的Cu合金是与由含有X元素的Cu-X合金构成的第一层相比适当地控制合金元素的种类和/或含量来降低电阻率。电阻率低的元素(大致与纯铜合金相比低的元素)可以参照文献中记载的数值等，从公知的元素中容易地选出。但是，即使是电阻率高的元素如果降低含量(大致0.05～1原子％左右)也能够降低电阻率，因此，第二层可以适用的合金元素并非必须限定于电阻率低的元素。具体地说，例如可以优选使用Cu-0.5原子％Ni、Cu-0.5原子％Zn、Cu-0.3原子％Mn等。另外，作为可以适用于第二层的合金即使含有氧气或氮气等气体成分也可，例如可以使用Cu-O或Cu-N等。
层叠结构中的Cu合金层全体的厚度(第一层+第二层)可以根据所要求的TFT特性等适当设定，但大致优选为200nm以上500nm以下，更优选为200～400nm。
本发明所用的Cu合金层，单层结构和层叠结构的任一种情况，除上述元素之外的余量是Cu和不可避免的杂质。
本发明的Cu合金层优选通过溅射法形成。特别是形成层叠结构时，在通过溅射法对上述构成第一层的材料进行成膜后，通过溅射法在其上对上述构成第二层的材料进行成膜，由此，形成层叠结构即可。如此形成Cu合金层叠膜后，进行规定的图案形成后，从覆盖截面形状的观点出发，优选加工成锥形角度45～60°左右的锥形状。
如果使用溅射法，能够形成与溅射靶大致相同组成的Cu合金层。因此，通过调整溅射靶的组成，能够调整Cu合金层的组成。溅射靶的组成使用Cu合金靶进行调整即可，或者在纯Cu靶中调节合金元素的金属进行调整也可。
还有溅射法中，在成膜的Cu合金层的组成和溅射靶的组成之间会有微小的偏差。但是，该偏差大概在数原子％以内。因此，如果将溅射靶的组成控制在最大±10原子％的范围内，就能够形成希望组成的Cu合金层。
本发明所用的基板没有特别限定，但例如可以例举出无碱玻璃、高应变点玻璃、碱石灰玻璃等。
实施例
以下，举实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于以下的实施例，本发明可以在上述下述的宗旨的范围内进行变更实施，这均包含于本发明的技术范围内。
实施例1
在本实施例中对Cu合金层(层叠结构)和半导体层的接触电阻率和密接性进行讨论。
(1)和半导体层的接触电阻率的测定
为了调查Cu合金层和半导体层的接触电阻率，制作TLM(Transfer Length Method)元件，根据图2、3所示的TLM法测定接触电阻率。首先，对TLM元件的制作方法进行说明。
首先，在玻璃基板上通过等离子体CVD法以大约200nm的厚度形成膜厚约200nm的掺杂杂质(P)的低电阻的非晶硅膜。接着，在相同的等离子体CVD装置内仅供给氧气使等离子体产生，通过氧等离子体对低电阻非晶硅膜的表面进行30秒处理，形成含氧层。作为氧等离子体装置，使用やまと科学社制的测量装置(型号：PR41)，投入电力450W，成膜温度为室温，气体压力为67Pa。
接着，通过假设法形成Cu合金膜(单层结构。层叠结构)。更详细地说，单层结构的成膜是形成300nm的由表1所示组成的纯Cu或Cu合金的膜，层叠结构的成膜是以表2～4所示的条件蒸镀基层，在其上形成纯Cu膜(Cu合金层全体的膜厚：大约300nm)。溅射温度为室温。通过光蚀刻对保护层形成图案后，以保护层为掩膜，对Cu系合金膜进行蚀刻，由此，形成多个电极。在此，对各电极间的距离进行各种变化。最后，为了模拟实际的薄膜晶体管的制造工序，在270℃进行30分钟的热处理。
接着，参照图2和图3，对通过TLM法进行的接触电阻的测定原理进行说明。图2(a)是模式化地显示根据上述要领制作的TLM元件的布线结构的截面图，图2(b)是该TLM元件的俯视图。
首先，在上述图2(a)的布线结构中，测定多个电极间的电流电压特性，求出各电极间的电阻值。以如此得到的各电极间的电阻值为纵轴，以电极间距离(转移长度，L)为横轴形成坐标，得到图3的曲线图。在图3的曲线图中，y切片的值相当于接触电阻Rc的2倍的值(2Rc)，x切片的额值相当于实效的接触长度(LT：transger length)。从以上，接触电阻率ρc由下式表示。
Pc＝Rc*LT*Z
式中，Z是图2(b)中所示的电极宽度。
(2)密接性的测定
以如下要领制作密接性评价试验用的试料。首先，在玻璃基板上通过等离子体CVD法形成膜厚100nm的SiN膜，和膜厚200nm的掺杂杂质(P)的低电阻的非晶硅膜(n-a-Si:H层)。该低电阻的非晶硅膜(n-a-Si:H层)是通过进行以SiH4、PH3为原料的等离子体CVD而形成的。等离子体CVD的成膜温度为320℃。
接着，在相同的等离子体CVD装置的相同的腔内仅供给氧气，使等离子体产生，通过氧等离子体对上述的低电阻的非晶硅膜的表面进行30秒的处理，形成含氧层。氧等离子体的条件与上述测定接触电阻率时相同。
接着，通过溅射法分别根据表1(单层结构)、表2～4(层叠结构)所示的条件(X含量、膜厚)形成Cu-X合金膜。对于层叠结构在表2～4所示的第一层之上再形成纯Cu膜。Cu合金膜全体的膜厚，单层结构时为大约300nm，层叠结构时为大约300nm，溅射温度为室温。接着，通过光蚀刻对保护层形成图案后，以保护层为掩膜，对Cu系合金膜进行蚀刻，由此，形成密接性试验用的图案。其后，在氮气氛下，在270℃进行30分钟的热处理。
密接性评价通过胶带剥离试验进行。详细地说，通过刀刃在Cu合金膜的表面切刻1mm间隔的棋盘状的切痕。接着，将住友3M社制的黑色聚酯胶带(产品编号8422B)紧密贴在上述Cu合金膜上，上述胶带的剥离以保持在60°一举剥下该胶带，计算由上述胶带剥下的棋盘格的数目，求出和全数目的比率(膜剥离率)。测定进行三次，将三次的平均值作为各试料的膜剥离率。
根据接触电阻率和密接性的测定结果，接触电阻率低于2Ω·cm2，并且膜剥离率低于10％的为合格，其他的为不合格。这些结果在表1～3中显示。
表1
※膜厚300nm
表2
※第一层的膜厚20nm
表3
※第一层的组成为Cu-10原子％Mn
表4
※第一层的膜厚20nm
从表1、表2可知合金元素X的含量和与半导体层的接触电阻率以及密接性的关系。表1的No.1是不含有合金元素的纯Cu的现有例，接触电阻率高，密接性也下降。对此，表1的No.2～5的Mn量被适当控制，因此能够实现希望的低接触电阻率和高密接性。表2的No.1是不含有合金元素的纯Cu的现有例，接触电阻率高，密接性也下降。表2的No.2是合金元素X的含量少的例，与纯Cu的No.1相比接触电阻率和密接性得到改善。对此，表2的No.3～9的Mn被适当含有，所以能够实现希望的低接触电阻率和高密接性。
从表3可知第一层的优选膜厚和接触电阻率以及密接性的关系。表3的No.1第一层的膜厚薄，因此，密接性下降。而表3的No.2～6的第一层的膜厚被控制在优选范围内，因此，能够实现低接触电阻率和高密接性。
在表4中，作为第一层的合金元素使用Ni、Mg、Zn，在使用任一元素时，能够实现低接触电阻率和高密接性。
实施例2
在本实施例中对形成于半导体层表面的含氧层对于Cu合金层的Cu原子向半导体层扩散的防止进行讨论。
首先，在玻璃基板上通过等离子体CVD法形成膜厚大约100nm的SiN膜，在其上形成膜厚200nm的掺杂杂质(P)的低电阻的非晶硅膜(n-a-Si:H层)。等离子体CVD的成膜温度为320℃。
接着，在相同的等离子体CVD装置的相同的腔内仅供给氧气，使等离子体产生，通过氧等离子体对上述的低电阻的非晶硅膜的表面进行10分钟的处理，形成含氧层。作为氧等离子体装置，使用やまと科学社制的测量装置(型号：PR41)，频率为13.56Hz，投入电力450W，成膜温度为室温，气体压力为67Pa。
接着，通过溅射法形成第一层：Cu-4原子％Mn(膜厚：20nm)，第二层：纯Cu(膜厚：280nm)的Cu合金层。其后，在270℃进行30分钟的热处理。
对以上述要领制作的试料通过GD-OES分析，对Cu合金层成膜后以及热处理后的深度方向的元素进行分析。GD-OES分析是从成膜完成后的试料的膜表面(上层)，通过高频溅射削去膜同时对膜进行分析的方法。GD-OES分析的条件如下所述。
气体压力300Pa、电力20W、频率500Hz、能率比0.125
另外，除不进行氧等离子体处理，作为Cu合金层第一层：Cu-10原子％Mn(膜厚：20nm)、第二层：纯Cu(膜厚：280nm)以外，与上述试料相同，制作比较用的试料。
在图4(a)、(b)中显示这些结果。图4(a)是显示不进行氧等离子体处理时的元素分析结果的曲线图，图4(b)是进行了氧等离子体处理时的元素分析结果的曲线图。图中虚线表示进行热处理前的状态，实线表示热处理后的状态。
从图4(a)可知，在不进行氧等离子体处理时，在热处理后Cu合金层中的Si浓度增加，因此，由于热处理Cu和Si的相互扩散发生。而在图4(b)中热处理前后浓度关系基本未发现变化，可知抑制Cu和Si的相互扩散。
实施例3
在本实施例中对含氧层中的[O]/[Si]比和含氧层的膜厚对于接触电阻率和密接性的影响进行讨论。
(1)含氧层中的O和Si的结合状态的测定
试料的制作除作为Cu合金层第一层：Cu-4原子％Mn(膜厚：20nm)、第二层：纯Cu(膜厚：280nm)以外，与实施例1的密接性评价试验相同。另外，氧等离子体处理中的氧气流量为30sccm。
对试料进行XPS分析，测定含氧层中Si和O的结合状态。其结果在图5中显示。根据图5可知，在99.3eV位置检测到Si-Si结合产生的峰值，在103.5eV位置检测到Si-O结合产生的峰值。根据这些峰值强度可知，含氧层中的[O]/[Si]比为0.88。对该试料进行与实施例1相同的接触电阻率测定，测定接触电阻率，此时接触电阻率为0.2Ω·cm2。即含氧层中的[O]/[Si]比为0.88时，满足本发明的优选条件，能够确认到实现了低接触电阻率。
(2)含氧层中的[O]/[Si]比和含氧层的膜厚对于接触电阻率和密接性的影响的讨论
试料的制作除作为Cu合金层第一层：Cu-10原子％Mn(膜厚：20nm)、第二层：纯Cu(膜厚：280nm)，以表5所示条件进行氧化处理以外，与实施例1的密接性评价试验相同。作为UV氧化处理的条件，使用GSYUASA社制UV照射装置(型号：DUV-800-6)，灯电压：300V，UV照射时间：1分钟，作为等离子体氧化处理的条件，频率：13.56Hz，电力：450W，处理温度：室温，气体气氛：氧，气体压力：67Pa，处理时间：30分钟。对表5所示各试料，与实施例1相同测定接触电阻率，并且，与实施例2同样通过GD-OES分析测定热处理后的Cu、Si浓度关系。根据Cu、Si浓度关系，将抑制Cu和Si相互扩散的为○，扩散发生的为×。
结果在表5中显示。
表5
表5的No.2～4由于适当控制[O]/[Si]比和含氧层的膜厚，所以Cu和Si相互扩散得到抑制，能够实现低接触电阻率和高密接性。而表5的No.1，由于UV氧化时间短，另外由于UV比等离子体的氧化效果小，因此，[O]/[Si]比小，含氧层的膜厚变小，发生相互扩散，密接性下降。另外，表5的No.5，含氧层的厚度超出了优选范围，因此，虽然密接性良好，但是接触电阻率变高。
Claims (8)
1.一种薄膜晶体管基板，其具有薄膜晶体管的半导体层和Cu合金层，其特征在于，
在所述半导体层和所述Cu合金层之间包括含氧层，
构成所述含氧层的氧的一部分或全部与所述薄膜晶体管的所述半导体层的Si结合，
所述Cu合金层作为合金元素含有合计为2原子％以上20原子％以下的X，其中，所述X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种元素，
所述Cu合金层隔着所述含氧层与所述薄膜晶体管的所述半导体层连接。
2.一种薄膜晶体管基板，其具有薄膜晶体管的半导体层和Cu合金层，其特征在于，
在所述半导体层和所述Cu合金层之间包括含氧层，
构成所述含氧层的氧的一部分或全部与所述薄膜晶体管的所述半导体层的Si结合，
所述Cu合金层是从所述薄膜晶体管的所述半导体层侧顺序包括作为合金元素含有X的Cu合金基层即第一层和由纯Cu或以Cu为主成分的Cu合金即电阻率比所述第一层低的Cu合金构成的层即第二层的层叠结构，其中，所述X是从Mn、Ni、Zn和Mg中选出的至少一种元素，
所述Cu合金层隔着所述含氧层与所述薄膜晶体管的所述半导体层连接。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述Cu合金基层即第一层中的X含量合计为2原子％以上20原子％以下。
4.根据权利要求2或3所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述Cu合金基层即第一层的厚度为10nm以上100nm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，构成所述含氧层的氧的原子数[O]和Si的原子数[Si]的比[O]/[Si]为0.5以上2.0以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述含氧层的膜厚为1.3nm以上3.3nm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述薄膜晶体管的所述半导体层是氢化非晶硅、非晶硅和多晶硅中的任一种，或两种以上的组合。
8.一种显示器件，具备权利要求1～7中任一项所述的薄膜晶体管基板。
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