JP2010238800A - 表示装置用Ａｌ合金膜、薄膜トランジスタ基板および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｌ合金膜とＴＦＴの半導体層との間のバリアメタル層を省略可能な新規のＳｉダイレクトコンタクト技術を提供する。詳細には、Ａｌ合金膜をＴＦＴの半導体層と直接接続しても、ＡｌとＳｉの相互拡散を防止でき、良好なＴＦＴ特性が得られると共に、ＴＦＴの製造工程でＡｌ合金膜に約１００〜３００℃の熱履歴が加わった場合でも、低い電気抵抗と優れた耐熱性が得られる新規なＳｉダイレクトコンタクト技術を提供する。
【解決手段】本発明の表示装置用Ａｌ合金膜は、表示装置の基板上で、薄膜トランジスタの半導体層と直接接続されるＡｌ合金膜であって、上記Ａｌ合金膜は、Ｇｅを０．１〜４原子％；Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．１〜１原子％；並びにＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、表示装置用Ａｌ合金膜、薄膜トランジスタ基板および表示装置に関するものである。詳細には、薄膜トランジスタの半導体層と直接接続することができ、好ましくは更に透明導電膜と直接接続することも可能な表示装置用Ａｌ合金膜に関するものである。本発明のＡｌ合金膜は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（表示装置）などに適用することができる。

液晶ディスプレイなどのアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジスタ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（以下「ＴＦＴ」という）がスイッチング素子として用いられる。図１に従来のＴＦＴ基板の基本的な構造を示す。図１に示すように、ＴＦＴ素子は、ガラス基板１上に形成されたＴＦＴのオン・オフを制御するゲート電極２と、ゲート絶縁膜３を介して設けられた半導体シリコン層４と、それに接続するドレイン電極５とソース電極６とを有する。ドレイン電極５には、更に液晶表示部の画素電極に使用される透明導電膜（透明画素電極）７が接続される。ゲート電極２や、ドレイン電極５およびソース電極６に用いられる配線金属には、電気抵抗（比抵抗）が低く、加工が容易であるなどの理由により、Ａｌ合金が汎用されている。

従来、Ａｌ合金配線（Ａｌ合金膜）と透明導電膜７との界面、及び／又はＡｌ合金膜とＴＦＴの半導体シリコン層４との界面には、これらが直接接触しないよう、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ等の高融点金属からなるバリアメタル層１１を設けていた。バリアメタル層１１を介在させずにＡｌ合金膜をＴＦＴの半導体層に直接接続させると、その後の工程（例えば、ＴＦＴの上に形成する絶縁層などの成膜工程や、シンタリングやアニーリングなどの熱工程など）における熱履歴によって、Ａｌが半導体層中に拡散してＴＦＴ特性が低下したり、Ａｌ合金の電気抵抗が増大するためである。例えば、Ａｌ合金膜の形成後、ＣＶＤ法などによってシリコン窒化膜（保護膜）が約１００〜３００℃の温度で成膜されるが、Ａｌは非常に酸化され易いため、バリアメタル層１１がないと、Ａｌ合金膜の表面にヒロックと呼ばれるコブ状の突起が形成され、画面の表示品位が低下するなどの問題が生じる。また、バリアメタル層１１がないと、液晶表示装置の成膜工程で生じる酸素や成膜時に添加する酸素などによってＡｌが容易に酸化され、Ａｌ合金膜と透明導電膜（画素電極）との界面や、Ａｌ合金膜と半導体層との界面にＡｌ酸化物の絶縁層が生成し、接触抵抗（コンタクト抵抗）が増大することもある。

しかし、バリアメタル層１１を形成するためには、ゲート電極２やソース電極６、更にはドレイン電極５の形成に必要な成膜用スパッタ装置に加えて、バリアメタル形成用の成膜チャンバーを余分に装備しなければならない。液晶ディスプレイの大量生産に伴い低コスト化が進むにつれて、バリアメタル層の形成に伴う製造コストの上昇や生産性の低下は軽視できなくなっている。

そこで、Ａｌ合金膜と半導体層との間のバリアメタル層を省略しても、ＡｌとＳｉとの相互拡散などに起因するＴＦＴ特性の低下や、電気抵抗の増大などの上記問題を解決することが可能なＳｉダイレクトコンタクト技術が提案されている（例えば特許文献１〜３）。このうち特許文献１には、Ｎｉを０．１〜６原子％含むＡｌ合金を用い、半導体層との界面にＡｌとＳｉの拡散を防止するシリサイド等のＮｉ含有析出物を形成させた技術が開示されている。また、特許文献２には、Ｎｉに、Ｓｉ及びＬａを更に含むＡｌ合金が開示されており、Ｓｉの添加によってＡｌとＳｉの相互拡散抑制効果が一層向上し、Ｌａの添加によってＡｌ−Ｎｉ−Ｓｉ合金の耐ヒロック性が向上することが記載されている。また、特許文献３には、Ａｌ合金膜と半導体層の界面に窒化層（窒素含有層）を設けることによってＡｌとＳｉの相互拡散を防止する技術が開示されている。

一方、特許文献４〜６には、Ａｌ合金膜と透明導電膜との間のバリアメタル層を省略するＩＴＯダイレクトコンタクト技術として、Ｎｉなどの合金成分を含有するＡｌ合金が開示されている。

特開２００７−８１３８５号公報 特開２００８−１０８４４号公報 特開２００８−１０８０１号公報 特開２００４−２１４６０６号公報 特開２００５−３０３００３号公報 特開２００６−２３３８８号公報

本発明の目的は、Ａｌ合金膜とＴＦＴの半導体層との間のバリアメタル層を省略可能な新規のＳｉダイレクトコンタクト技術を提供することにある。詳細には、Ａｌ合金膜をＴＦＴの半導体層と直接接続しても、ＡｌとＳｉの相互拡散を防止でき、良好なＴＦＴ特性が得られると共に、ＴＦＴの製造工程でＡｌ合金膜に約１００〜３００℃の熱履歴が加わった場合でも、低い電気抵抗と優れた耐熱性が得られる新規なＳｉダイレクトコンタクト技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、好ましくは、上記Ａｌ合金膜を透明導電膜と直接接続しても、低い電気抵抗を維持でき、良好な耐熱性が確保される新規なＩＴＯダイレクトコンタクト技術を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、上記Ｓｉダイレクトコンタクト技術またはＩＴＯダイレクトコンタクト技術に好適に用いられるスパッタリングターゲットを提供することにある。

上記課題を達成することができた本発明の表示装置用Ａｌ合金膜は、表示装置の基板上で、薄膜トランジスタの半導体層と直接接続されるＡｌ合金膜であって、上記Ａｌ合金膜は、Ｇｅを０．１〜４原子％；Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．１〜１原子％；並びにＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するところに要旨を有している。

好ましい実施形態において、上記Ａｌ合金膜は、更にＮｉおよび／またはＣｏを０．１〜６原子％含有する。

好ましい実施形態において、上記Ａｌ合金膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．０５〜２原子％含有する。

好ましい実施形態において、上記半導体層は多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンである。

好ましい実施形態において、上記Ａｌ合金膜は、更に透明導電膜と直接接続されている。

本発明には、上記の表示装置用Ａｌ合金膜を有する薄膜トランジスタ基板や、上記の薄膜トランジスタ基板を備えた表示装置も包含される。

また、上記課題を達成することができた本発明に係るＡｌ合金膜形成用のスパッタリングターゲットは、Ｇｅを０．１〜４原子％；Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．１〜１原子％；並びにＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するところに要旨を有している。

好ましい実施形態において、上記スパッタリングターゲットは、更にＮｉおよび／またはＣｏを０．１〜６原子％含有するＡｌ合金からなる。

好ましい実施形態において、上記スパッタリングターゲットは、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．０５〜２原子％含有するＡｌ合金からなる。

本発明では、ＴＦＴの半導体層との直接接続が可能な配線用Ａｌ合金膜として、Ｇｅと、Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群（以下「グループＸ」と略称する）から選ばれる少なくとも１種と、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群（以下「グループＹ」と略称する）から選ばれる少なくとも１種とを含有するＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金膜を使用しているため、Ａｌ合金膜と半導体層との界面におけるＡｌとＳｉとの相互拡散防止、および低い電気抵抗を達成できると共に、耐熱性も高められる。そのため、本発明のＡｌ合金膜を用いれば、表示品位の信頼性および耐熱性に優れた薄膜トランジスタ基板を提供することができる。

更に上記Ａｌ合金膜に、Ｎｉおよび／またはＣｏ（以下「グループＺ」と略称する）を含有するＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ−Ｚ合金膜を使用すれば、ＡｌとＳｉの相互拡散が一層抑制されると共に、Ａｌ合金膜と半導体層との接触抵抗や、Ａｌ合金膜と透明導電膜との接触抵抗が低減［←1)］され、Ａｌ合金膜と、半導体層および／または透明導電膜との界面の安定性が更に向上する。

図１は、従来の薄膜トランジスタ基板を示す概略断面図である。 図２は、本発明の薄膜トランジスタ基板の一態様を示す概略断面図である。 図３は、透明導電膜（ＩＴＯ）とＡｌ合金膜との接触抵抗（コンタクト抵抗率）を測定するために用いたケルビンパターンを示す概略図である。 図４は、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）とＡｌ合金膜との相互拡散を調べるために、熱処理後のａ−Ｓｉ膜中のＡｌ原子濃度をＳＩＭＳ分析によって測定した結果を示すグラフである。 図５は、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜を除去したａ−Ｓｉ膜表面の光学顕微鏡観察写真である。図５（ａ）は熱処理せずにＡｌ合金膜を除去したものの写真であり、図５（ｂ）は、熱処理後にＡｌ合金膜を除去したものの写真である。 図６は、熱処理後に、Ａｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｇｅ−Ｌａ合金またはＡｌ−Ｎｉ−Ｇｅ−Ｌａ−Ｙ合金（Ｙ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）を除去したａ−Ｓｉ膜表面の光学顕微鏡観察写真である。 図７は、図６の拡大写真である。

本発明は、ＴＦＴの半導体層とＡｌ合金膜との間のバリアメタル層を省略することが可能なＳｉダイレクトコンタクト技術に関し、ソース−ドレイン電極などの配線用Ａｌ合金として、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金膜（グループＸ：Ｌａ、ＧｄおよびＮｄ、グループＹ：Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉ）を用いたところに特徴を有している。

詳細には、本発明は、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金において、ＡｌとＳｉとの相互拡散を一層抑制することが可能な第４の元素（グループＹの元素）の種類を特定したところに最大の特徴がある。本発明において、Ｓｉダイレクトコンタクトに用いられるＡｌ合金膜として、特にＡｌ−Ｇｅ−Ｘ合金の３元系合金膜に着目したのは、ＧｅはＳｉとＡｌとの相互拡散防止に極めて有用な元素であり、また、グループＸに属するＬａ、Ｇｄ、Ｎｄの元素は、耐熱性向上元素として知られている希土類元素のなかでも特にヒロックの生成防止効果が大きいからである。後記する実施例で実証したように、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金におけるＡｌ−Ｓｉ相互拡散抑制効果を一層高めるためには、Ａｌ−Ｓｉ相互拡散防止作用などが知られている元素のなかでも特に、本発明で規定するグループＹの元素（Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉ）を用いることが極めて有用であり、上記グループＹ以外の元素は、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金に限って言えば、上記効果に劣るか、または、上記効果を有するが当該Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金の電気抵抗を増大させることが初めて明らかになった。

例えば、前述した特許文献１〜３は、本発明と同様、Ｓｉダイレクトコンタクト技術に関するものであるが、このうち特許文献１には、ＳｉとＡｌの相互拡散防止作用に寄与する元素として、「グループα」の元素が開示されている。このグループαは、本発明で規定するグループＸの元素と、更にＶ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗの元素とから構成されている。また、特許文献３には、ヒロック抑制元素として「グループＸ１」の元素が開示されている。このグループＸ１は、本発明で規定するグループＸと、更にＶ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗの元素から構成されている。ところが、本発明者らによる多くの基礎実験によれば、上記「グループα」の元素や上記「グループＸ１」の元素のうち、本発明で規定する「グループＹ」以外の元素（Ｖ、Ｍｏなど）は、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金のＡｌ−Ｓｉ相互拡散防止抑制効果に劣るか、またはＡｌ合金の電気抵抗を増大させてしまうことが判明した。すなわち、上記「グループα」の元素や上記「グループＸ１」の元素は、特許文献１や特許文献３に開示されているＡｌ合金との関係では、良好な作用を発揮するものであるが、本発明で特定した「Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金」においては、その作用が有効に発揮されず、逆に、高温での安定性などが阻害されてＴＦＴ素子の信頼性が損なわれてしまうことが判明した。本発明は、このような基礎実験に基づき、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金の種類を特定した次第である。

また、本発明で規定するグループＺの元素（Ｎｉ及び／又はＣｏ）は、上記Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金におけるＡｌとＳｉとの相互拡散を更に一層防止するのに有用であることも、本発明者の実験結果によって判明した（後記する実施例を参照）。グループＺの元素は、これまでにも、Ｓｉダイレクトコンタクト用Ａｌ合金膜に用いられており、Ｎｉが上記作用を有していることは知られていたが、本発明で規定するＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金においても、同様の作用が有効に発揮されることが判明し、本発明で選択元素として規定した次第である。

以下、本発明のＡｌ合金膜を構成する元素について、詳しく説明する。

Ｇｅは、Ａｌ合金膜の結晶を微細化し、結晶粒界で原子の動きを止めることによって、ＡｌとＳｉとの相互拡散を抑制する作用を有する。このような作用を充分に発揮させるために、Ｇｅ量は、おおむね、０．１原子％以上、好ましくは０．２原子％以上、より好ましくは０．４原子％以上である。しかしＧｅ量が過剰であると、材料コストが増大する。そこでＧｅ量は、おおむね、４原子％以下、好ましくは２原子％以下、より好ましくは１原子％以下である。

グループＸの元素（Ｌａ、Ｇｄ、Ｎｄ）は、Ａｌ合金膜表面のヒロック生成を防止し、耐熱性を向上させる作用を有する。グループＸの元素は単独で含まれていても良いし、２種以上が含まれていても良い。このような作用を充分に発揮させるためにグループＸの元素の合計量は、通常０．１原子％以上、好ましくは０．２原子％以上である。しかしグループＸの元素の合計量が過剰になると、Ａｌ合金膜は、その電気抵抗が大きくなり、薄膜トランジスタの性能が低下する。そこでグループＸの元素の合計量は、おおむね、１原子％以下、好ましくは０．６原子％以下、より好ましくは０．４原子％以下である。グループＸの元素のうち、好ましいのはＬａ、Ｎｄであり、より好ましくはＮｄである。

グループＹの元素（Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｔｉ）は、本発明のＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金膜を最も特徴付ける成分であり、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ合金におけるＡｌとＳｉとの相互拡散を一層抑制し得る元素として、多数の元素のなかから選択されたものである。グループＹの元素による上記作用は、Ａｌ合金膜と半導体層との界面にシリサイド化合物の層が形成されてＳｉ原子およびＡｌ原子の拡散バリアとして機能することによって発揮されると考えられる。グループＹの元素は単独でも用いても良いし、２種以上を併用しても良い。グループＹの元素のうち、好ましいのはＴａ、Ｚｒ、Ｔｉであり、より好ましくはＴａである。

上記シリサイド化合物の生成量を充分に確保し、高温での安定性や表示品位の信頼性を高めるためには、グループＹに属する元素の合計量を、適切に制御することが好ましい。具体的には、グループＹの元素（Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｔｉ）の合計量は、好ましくは０．０５原子％以上（より好ましくは０．３原子％以上、更に好ましくは０．５原子％以上）であり、好ましくは２原子％以下（より好ましくは１．５原子％以下、更に好ましくは１．２原子％以下）である。

本発明で用いるＡｌ合金膜の基本成分は上記の通りであり、残部はＡｌおよび不可避不純物である。更にＡｌ合金膜は、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の選択成分（合金元素）を含んでいても良い。

例えば、Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金におけるＡｌとＳｉの相互拡散抑制作用を一層高める目的で、更にグループＺの元素（Ｎｉ、Ｃｏ）を含有するＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ−Ｚ合金膜を用いても良い。グループＺの元素による上記作用は、Ａｌ合金膜と半導体層との界面に濃化してシリサイド化合物層を形成することによって発揮されると考えられる。また、グループＺの元素は、Ａｌ合金膜と、半導体層および／または透明導電膜との接触抵抗を低減する作用を有している。グループＺの元素は、単独で添加しても良いし、両方を用いても良い。グループＺの元素のうち、好ましいのはＮｉである。

これらの作用を充分に発揮させるために、グループＺの元素の合計量は、好ましくは０．１原子％以上、より好ましくは０．５原子％以上、更に好ましくは１．０原子％以上である。しかしグループＺの元素量が過剰になると、Ａｌ合金膜は、その電気抵抗が大きくなり、配線材料として適さなくなる。そこでグループＺの元素の合計量は、６原子％以下、より好ましくは４原子％以下、更に好ましくは３原子％以下である。

本発明のＡｌ合金膜は、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」ということがある）を用いて形成することが好ましい。イオンプレーティング法や電子ビーム蒸着法、真空蒸着法で形成された薄膜よりも、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できるからである。

好ましいスパッタリング条件は、以下のとおりである。

また、上記スパッタリング法を用いて本発明のＡｌ合金膜を形成するには、上記ターゲットとして、本発明のＡｌ合金膜と同じ組成（Ａｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ合金、好ましくはＡｌ−Ｇｅ−Ｘ−Ｙ−Ｚ合金であり、残部：Ａｌおよび不可避不純物）のＡｌ合金スパッタリングターゲットを用いることが好ましく、これにより、所望とする組成を実質的に満足するＡｌ合金膜が得られる。上記組成のターゲットも本発明の技術的範囲に包含される。

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状（角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状など）に加工したものが含まれる。

上記ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法、スプレイフォーミング法で、Ａｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Ａｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法などが挙げられる。

（ＴＦＴ基板または表示装置）
本発明には、上記Ａｌ合金膜を含むＴＦＴ基板や、上記ＴＦＴ基板を備えた表示装置も包含される。具体的には、上記Ａｌ合金膜がＴＦＴのソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に用いられた表示装置；更に、ドレイン電極が透明導電膜に直接接続された表示装置；更に、上記Ａｌ合金膜がゲート電極および走査線に用いられた表示装置などが挙げられる。

ここで、上記ゲート電極および走査線と、上記ソース電極および／またはドレイン電極ならびに信号線は、同一組成のＡｌ合金膜であることが好ましい。

前述したとおり、本発明はＡｌ合金膜の組成を特定したところに特徴があり、Ａｌ合金膜以外の、ＴＦＴ基板や表示装置を構成する要件は特に限定されず、これらの分野で通常用いられるものを本発明でも採用することができる。

例えば、ＴＦＴ基板に用いられる半導体層としては、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンが挙げられる。また、ＴＦＴ基板に用いられる透明導電膜（透明画素電極）としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）が挙げられる。ＴＦＴ基板に用いられる基板も特に限定されず、ガラス基板またはシリコン基板などが挙げられる。

本発明に係る表示装置の製造方法は特に限定されず、例えば、Ｓｉダイレクトコンタクト技術に関する前述した特許文献１〜３に記載の製造方法を参考にして、製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限されず、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
なお以下では「原子％」を「ａｔ％」と略称する。

以下の実施例では、下記方法により、熱処理後の半導体層中へのＡｌの拡散の程度、Ａｌ合金膜自体の電気抵抗（比抵抗）および透明導電膜（ＩＴＯ）とＡｌ合金膜との接触抵抗（コンタクト抵抗率）を調べた。

（１）熱処理後の半導体層中へのＡｌの拡散の評価
以下の評価用試料を作製し、光学顕微鏡による観察または二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ分析）により、ＴＦＴ性能に悪影響を与えるＡｌとＳｉとの相互拡散を調べた。

まず、Ｓｉ基板を用意し、プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ窒化膜を膜厚１００ｎｍで形成した（基板温度：２８０℃）。次に、プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ窒化膜の上にＰが高濃度でドープされたｎ型のアモルファスシリコン膜（以下「ａ−Ｓｉ膜」と略称する）を膜厚４００ｎｍで形成した（基板温度：２８０℃）。

次いで、直流スパッタリング法により、ａ−Ｓｉ膜上にＡｌ合金膜を膜厚約３００ｎｍで形成した。スパッタリング条件は、雰囲気ガスＡｒ、圧力約２ｍＴｏｒｒ、基板温度約２５℃（室温）とした。その後、フォトリソグラフィによるＡｌ合金膜のパターニングを行った。

パターニング後、ＴＦＴ形成プロセスを模擬した熱処理を窒素ガス雰囲気（大気圧）中２７０℃×３０分間施し、評価用の試料を作製した。

このようにして得られた評価用試料を用い、Ａｌ合金膜をリン酸・硝酸水溶液（＝「リン酸、硝酸および純水の混合溶液」）で除去した後のａ−Ｓｉ膜表面を、光学顕微鏡（倍率１，０００倍）で観察し、ａ−Ｓｉ膜表面に変色や斑点が認められないもの（即ちＡｌ原子の拡散が抑制されているもの）を○と、変色等が軽微なものを△と、明らかに変色等が起こっているものを×と判定した。

また、一部の試料について、更にＳＩＭＳ分析を行なった。ＳＩＭＳ分析は、試料表面のＡｌ合金膜をリン酸・硝酸水溶液で除去した後、ａ−Ｓｉ膜表面側から行った。ＳＩＭＳ分析は、以下の測定条件で行なった：
１次イオン照射条件：照射イオンＯ₂ ⁺、加速電圧：３ｋｅＶ
２次イオン極性：正

（２）Ａｌ合金膜の電気抵抗（比抵抗）の評価
直流スパッタリング法により、ガラス基板に膜厚約３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成して評価用試料を作製した。スパッタリング条件は、雰囲気ガスＡｒ、圧力約２ｍＴｏｒｒ、基板温度約２５℃（室温）とした。また、Ａｌ合金膜の形成には、真空溶解法で作製した種々の組成のＡｌ合金ターゲットをスパッタリングターゲットとして用いた。使用したＡｌ合金ターゲットの組成は、成膜したいＡｌ合金膜の組成と同じにした。

上記Ａｌ合金膜に対し、１０μｍ幅のラインアンドスペースパターンを形成し、不活性ガス雰囲気中、２７０℃で３０分間の熱処理を施してから、４端子法で比抵抗を測定した。そして下記基準で、熱処理後のＡｌ合金膜自体の比抵抗の良否を判定した。以下の実施例では、バリアメタル層として用いられるＣｒの比抵抗（２０μΩｃｍ）を評価基準として用い、２０μΩｃｍ以下を○と、これを超える場合を×と判定した。

（３）透明導電膜とＡｌ合金膜との接触抵抗（コンタクト抵抗率）の評価
Ａｌ合金膜を透明導電膜に直接接続したときの接触抵抗を測定した。透明導電膜は酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを加えた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を使用した。ＩＴＯ成膜前のＡｌ合金膜の加熱条件は２７０℃×３０分とした。

図３に示すケルビンパターン（コンタクトホールサイズ：１０μ角）を作製し、４端子測定（ＩＴＯ−Ａｌ合金膜に電流を流し、別の端子でＩＴＯ−Ａｌ合金膜間の電圧降下を測定する方法）を行った。本測定では、図７のＩ₁−Ｉ₂間に電流Ｉを流し、Ｖ₁−Ｖ₂間の電圧Ｖをモニターすることによって、接触部Ｃのコンタクト抵抗率Ｒを下記計算式から求めた：
Ｒ＝（Ｖ₂−Ｖ₁）／Ｉ₂

以下の実施例では、Ｃｒ薄膜とＩＴＯとのコンタクト抵抗率（２×１０^-4Ωｃｍ²）を基準値とし、２×１０^-4Ωｃｍ²以下を○と、これを超える場合を×と判定した。

また、実施例で用いたＡｌ合金膜における各合金元素の含有量は、ＩＣＰ発光分析（誘導結合プラズマ発光分析）法によって求めた。

（実施例１）
まず図４〜図７を参照しながら、ＡｌとＳｉの拡散防止作用について、詳細に説明する。

図４は、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１．６８ａｔ％Ｇｅ−０．３５ａｔ％Ｌａ−１．３８ａｔ％Ｚｒ合金膜、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１．４１ａｔ％Ｇｅ−０．３５ａｔ％Ｌａ−０．３ａｔ％Ｒｅ合金膜、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１．０ａｔ％Ｇｅ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜、およびＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜を用いた試料についてＳＩＭＳ分析の結果を示すグラフである。図４の横軸は試料表面からのａ−Ｓｉ膜の深さ（ｎｍ）を、縦軸はＡｌ原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を意味し、試料表面から深さ約４００ｎｍまでの領域がａ−Ｓｉ膜である。

図４に示すように、本発明で規定するグループＹの元素を含有するＡｌ合金膜を使用した試料では、１０¹⁶（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）程度の検出限界でしか、ａ−Ｓｉ膜中にＡｌが検出されず、Ａｌの拡散が抑制されていることが分かる。これに対し、グループＹの元素を含有しないＡｌ合金膜を使用した試料では、ａ−Ｓｉ膜中にＡｌが検出されており、Ａｌの拡散が起こっていることが確認された。

図５は、ＧｅおよびグループＹの元素の両方を含有しないＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜を用いたときの光学顕微鏡写真である（図５（ａ）は熱処理せずにＡｌ合金膜を除去したａ−Ｓｉ膜表面の光学顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は熱処理後のＡｌ合金膜を除去したａ−Ｓｉ膜表面の光学顕微鏡写真である）。図５中の点線はＡｌ合金膜をパターニングした境界を示しており、点線から右側がＡｌ合金膜が存在していた領域である。

熱処理をしていないときは、図５（ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜のＡｌ合金膜境界にコントラストの変化は見られなかったのに対し、熱処理を行うと、図５（ｂ）に示すように、上記境界にコントラストの変化が見られた。これは、熱処理によってａ−Ｓｉ膜中にＡｌ原子が拡散し、コントラストが変化したためであると考えられる。

図６は、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜およびＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｇｅ−０．３５ａｔ％Ｌａ合金膜（図６の左側）、並びにＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｇｅ−０．３５ａｔ％Ｌａ−１．０ａｔ％Ｙ（Ｙ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）合金（図６の右側）の試料について、熱処理後のａ−Ｓｉ膜表面のコントラスト変化を示す光学顕微鏡写真である。図７は、図６の拡大図であり、表面に現れる斑点はＡｌ原子の拡散を示している。

図６および図７に示すように、本発明で規定するグループＹの元素を含有するＡｌ合金膜を形成したａ−Ｓｉ膜では、コントラスト変化がみられず、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散が抑制されていることが確認された。これに対し、グループＹの元素を含有しないＡｌ合金膜では、ａ−Ｓｉ膜表面にコントラストの変化が見られ、ａ−Ｓｉ膜中にＡｌが拡散していることが推察された。

以上のＳＩＭＳ分析および光学顕微鏡観察の結果（図４〜図７）から、ａ−Ｓｉ膜表面のコントラスト変化がａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散が原因で生じることが確認された。

次に表１に示す種々の組成のＡｌ合金膜を用い、Ａｌ合金膜中におけるグループＹの元素（Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）が、ＡｌとＳｉの相互拡散の程度やＡｌ合金膜の比抵抗に及ぼす影響を調べた。これらの結果を表１に示す。表１の最右欄には「総合判定」の欄を設け、ＡｌとＳｉの拡散防止効果および比抵抗の両方が良好なものに「○」を、少なくともいずれか一方が悪いものに「×」を付している。

表１より、次のように考察することができる。まず、本発明で規定するグループＹの元素（Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｔｉ）を含有するＮｏ．１〜１０は、ＡｌとＳｉの相互拡散防止に優れた効果を発揮する。但しＮｏ．４はＴａ含有量が過剰であるため、比抵抗が高くなっている。これに対し、本発明で規定するグループＹを含有しないＮｏ．１１および１２は、Ａｌ合金膜の比抵抗は良好であったが、ＡｌとＳｉの相互拡散が見られた。

（実施例２）
本実施例では、Ｇｅ量の至適範囲およびＴａ量（下限）の至適範囲の検討を行なった。詳細には、Ｇｅ含有例として、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−（０〜６．０ａｔ％）Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｌａ−０．０５ａｔ％Ｔａ合金膜の試料Ｎｏ．３〜６を用い、Ｇｅ非含有例として、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−０．３ａｔ％Ｌａ−（０．０５〜０．１ａｔ％）Ｔａ合金膜の試料Ｎｏ．１、２を用い、それぞれについて、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散の程度および配線抵抗（比抵抗）を調べた。これらの結果を表２に示す。

まず、Ｇｅ含むＮｏ.３〜６と、Ｇｅを含まないＮｏ．１を対比し、Ｇｅの添加効果について検討する。Ｇｅ量を０．１〜６．０ａｔ％の範囲で含むＮｏ．３〜６は、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散の程度および比抵抗の両方に優れているのに対し、Ｇｅを含まないＮｏ．１はａ−Ｓｉ膜中へＡｌが拡散した。よって、Ｇｅを０．１〜６．０ａｔ％の範囲内で添加すれば、これらの両特性が向上することが分かる。ただし、Ｇｅは高価な元素であり、Ｇｅ量の添加量が増加するにつれ、比抵抗が増加する傾向が見られること（Ｎｏ．５と６を参照）、一方、ＡｌとＳｉの相互拡散抑制効果は、Ｇｅ量を少なくとも０．１ａｔ％以上添加すれば有効に発揮されることを考慮し、本発明では、Ｇｅ量の至適範囲を０．０５〜４原子％に設定した。

次に、上記のＮｏ．３と、Ｇｅを含まないＮｏ．１、２とを対比する。Ｇｅを含むＮｏ．３では、Ｔａを０．０５ａｔ％添加するだけでＡｌとＳｉの相互拡散を抑制できたのに対し、Ｇｅを含まないＮｏ．１ではＡｌとＳｉの相互拡散抑制効果が発揮されず、Ｎｏ．２のようにＴａを０．１ａｔ％添加して初めてＡｌとＳｉの相互拡散抑制効果が発揮された。よって、本発明のＧｅ含有Ａｌ合金膜では、ＴａなどのグループＹの含有量の下限を０．０５ａｔ％に設定できることが確認された。

（実施例３）
本実施例では、Ａｌ−１．０ａｔ％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｌａ−（１ａｔ％又は２ａｔ％）Ｙ合金膜（Ｙ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）の試料Ｎｏ．１〜８を用い、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散の程度および配線抵抗（比抵抗）を調べた。参考のため、グループＹの元素を含有しないＡｌ合金膜（試料Ｎｏ．９）についても、同様の実験を行なった。これらの結果を表３に示す。

表３に示すように、本発明で規定するグループＹの元素を含有するＮｏ．１〜８は、いずれもａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散防止効果が良好で、且つ、Ａｌ合金膜の比抵抗も低く（総合判定：○）、ＴＦＴ基板に好適に使用できることが分かる。これに対し、グループＹの元素を含有しないＮｏ．９は、ＡｌとＳｉの拡散防止効果に劣っていた。

（実施例４）
本実施例では、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｃｏ−１．０ａｔ％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｌａ−（１．０ａｔ％又は２．０ａｔ％）Ｙ合金膜（Ｙ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）の試料Ｎｏ．１〜９を用い、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散の程度および配線抵抗（比抵抗）を調べた。参考のため、ＧｅおよびグループＹの元素の両方を含有しないＡｌ合金膜（試料Ｎｏ．９）、およびグループＹの元素を含有しないＡｌ合金膜（試料Ｎｏ．１０）についても、同様の実験を行なった。これらの結果を表４に示す。

表４に示すように、本発明で規定するグループＹの元素を、本発明の好ましい範囲で含有するＮｏ．１〜８は、いずれもａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散防止効果が良好で、且つ、Ａｌ合金膜の比抵抗も低く（総合判定：○）、ＴＦＴ基板に好適に使用できることが分かる。これに対し、グループＹの元素を含有しないＮｏ．９および１０は、ＡｌとＳｉの拡散防止効果に劣っていた。

（実施例５）
本実施例では、グループＸの元素（Ｌａ、Ｇｄ、Ｎｄ）の量および種類を変化させて、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散および配線抵抗（比抵抗）を調べた。より詳しくは、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−１．０％Ｇｅ−（０．１〜１．０ａｔ％）Ｌａ−１．０ａｔ％Ｔａ合金膜、及びＡｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−１．０％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｘ−１．０ａｔ％Ｙ合金膜（Ｘ＝ＮｄまたはＧｄ、Ｙ＝ＴａまたはＴｉ）の試料を用いた。これらの結果を表５に示す。

表５に示すように、本発明で規定するグループＸおよびグループＹの元素を含有するＮｏ．１〜７は、いずれもａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散防止効果が良好で、且つ、Ａｌ合金膜の比抵抗も低く（総合判定：○）、ＴＦＴ基板に好適に使用できることが分かる。

（実施例６）
本実施例では、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−１．０％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｌａ−１．０ａｔ％Ｙ合金膜（Ｙ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒまたはＴｉ）の試料Ｎｏ．１〜５を用い、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散、配線抵抗（比抵抗）および接触抵抗（コンタクト抵抗率）を調べた。これらの結果を表６に示す。

表６に示すように、本発明の規定を満足するＮｏ．１〜５は、いずれもａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散防止効果が良好で、Ａｌ合金膜の比抵抗も低いことに加えて、コンタクト抵抗率もＣｒ（２×１０^-4Ωｃｍ²）よりも低く、ＴＦＴ基板に好適に使用できることが分かる。

（実施例７）
本実施例では、Ａｌ−(０．１〜１．０ａｔ％)Ｎｉ−０．５％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｎｄ−１．０ａｔ％Ｔａ合金膜、およびＡｌ−(０．１〜１．０ａｔ％)Ｃｏ−０．５％Ｇｅ−０．３ａｔ％Ｎｄ−１．０ａｔ％Ｔａ合金膜の試料Ｎｏ．１〜６を用い、ａ−Ｓｉ膜中へのＡｌの拡散、配線抵抗（比抵抗）および接触抵抗（コンタクト抵抗率）を調べた。これらの結果を表７に示す。

表７に示すように、本発明で規定するグループＸの元素（ここではＮｄ）およびグループＹの元素（ここではＴａ）の元素を含有すると共に、本発明で好ましく添加されるＮｉまたはＣｏを０．５〜１．０％程度の範囲で含むＮｏ．１〜６は、いずれもａ−Ｓｉ膜中へのＡｌ拡散防止効果が良好で、且つ、Ａｌ合金膜の比抵抗も低く（総合判定：○）、ＴＦＴ基板に好適に使用できることが分かる。

１ ガラス基板
２ ゲート電極
２ａ ゲートパッド
３ ゲート絶縁膜
４ 半導体シリコン層
５ ドレイン電極
６ ソース電極
７ 透明導電膜（透明画素電極）
８ ソースタブ
９ ゲートタブ
１０ 保護絶縁層
１１ バリアメタル層

Claims (10)

1. 表示装置の基板上で、薄膜トランジスタの半導体層と直接接続されるＡｌ合金膜であって、
   前記Ａｌ合金膜は、Ｇｅを０．１〜４原子％；Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．１〜１原子％；並びにＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする表示装置用Ａｌ合金膜。
2. 前記Ａｌ合金膜は、更に、Ｎｉおよび／またはＣｏを０．１〜６原子％含有する請求項１に記載の表示装置用Ａｌ合金膜。
3. 前記Ａｌ合金膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．０５〜２原子％含有する請求項１または２に記載の表示装置用Ａｌ合金膜。
4. 前記半導体層は多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンである請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置用Ａｌ合金膜。
5. 前記Ａｌ合金膜が、更に透明導電膜と直接接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置用Ａｌ合金膜。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置用Ａｌ合金膜を有する薄膜トランジスタ基板。
7. 請求項６に記載の薄膜トランジスタ基板を備えた表示装置。
8. Ｇｅを０．１〜４原子％；Ｌａ、ＧｄおよびＮｄよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．１〜１原子％；並びにＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するＡｌ合金からなるＡｌ合金膜形成用のスパッタリングターゲット。
9. 前記Ａｌ合金は、更に、Ｎｉおよび／またはＣｏを０．１〜６原子％含有する請求項８に記載のスパッタリングターゲット。
10. 前記Ａｌ合金は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、ＺｒおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を０．０５〜２原子％含有する請求項８または９に記載のスパッタリングターゲット。