JP2012222166A - 配線膜、薄膜トランジスタ、ターゲット、配線膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタ２０のゲート電極１５、ソース、ドレイン電極３３、３４のうち、いずれか一つ以上の電極はバリア膜２５を有し、バリア膜２５が成膜対象物２１又は半導体層３０に密着している。ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、バリア膜２５は、Ｍｏを７原子％以上７０原子％以下含有し、ガラスからなる成膜対象物２１や半導体層３０に対する密着性が高い。また、バリア膜２５表面にＣｕを主成分とする金属低抵抗層２６が形成された場合に、Ｃｕが半導体層３０に拡散しない。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子部品向け金属配線膜、その金属配線膜を用いたトランジスタに関するものである。

従来、電子部品用の金属配線膜には、ＡｌやＣｕなどの低抵抗材料やＭｏ、Ｃｒ等が使用されている。たとえばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、薄膜トランジスタ）液晶ディスプレイではパネルの大型化とともに、配線電極の低抵抗化の要求が大きくなってきており、低抵抗配線としてＡｌやＣｕを用いる必要性が高まっている。

ＴＦＴで用いられているＡｌ配線では後工程でのヒロック発生や、Ａｌ配線をソース、ドレイン電極として用いた場合の下地Ｓｉ層への拡散の問題、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）からなる透明電極とのコンタクト抵抗の劣化などの問題があり、それらを回避するため、ＭｏやＣｒ及びそれらを主成分とする合金膜を前後に積層するバリア層が必要となる。

一方、Ｃｕ配線に関しては、ＣｕはＡｌより低抵抗な材料である。ＡｌはＩＴＯ透明電極とのコンタクト抵抗の劣化が問題とされるが、Ｃｕは酸化しにくいためコンタクト抵抗も良好である。

従って、Ｃｕを低抵抗配線膜として用いる必要性が高まっている。しかし、Ｃｕは他の配線材料と比べて、ガラスやＳｉ等の下地材料との密着性が悪いという問題や、ソース、ドレイン電極として用いた場合、Ｓｉ層にＣｕが拡散するという問題があるため、Ｃｕ配線と他の層との界面に密着性の向上や拡散防止のためのバリア層が必要となる。
また半導体で用いられているＣｕメッキの下地Ｃｕシード層に関しても、上記と同様に拡散の問題から、ＴｉＮやＴａＮ等の拡散防止のバリア膜が必要となっている。

特開２００２−３５３２２２号公報 特開２００７−１３４６９１号公報 特開２００９−５０１２７４号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、拡散防止能と密着性が高いバリア膜を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、ガラス基板と、シリコン層と、酸化物半導体層とからなる群より選択される少なくとも一つの成膜対象層と接触する配線膜であって、前記配線膜は、前記成膜対象層の表面に密着配置されたバリア膜と、前記バリア膜の表面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、前記金属低抵抗層は、Ｃｕを５０原子％以上含有し、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する配線膜である。
本発明は、ゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された半導体層と、前記ゲート電極と前記半導体層の間に配置されたゲート絶縁膜と、前記半導体層に電気的に接続された接続電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記接続電極は、前記半導体層に密着配置されたバリア膜と、前記バリア膜の前記半導体層とは反対側の面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、前記金属低抵抗層はＣｕを５０原子％以上含有し、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する薄膜トランジスタである。
本発明は、ガラス基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された半導体層と、前記半導体層と前記ゲート電極の間に配置されたゲート絶縁膜とを有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極は、前記ガラス基板表面に密着配置されたバリア膜と、前記バリア膜の前記ガラス基板と反対側の面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、前記金属低抵抗層はＣｕを５０原子％以上含有し、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する薄膜トランジスタである。
本発明は、Ｎｉを３０原子％以上９３原子％以下含有し、Ｍｏからなる添加元素が添加されたターゲットである。
本発明は、ガラス基板と、シリコン層と、酸化物半導体層とからなる群より選択される少なくとも一つの成膜対象層の表面に配線膜を形成する配線膜の形成方法であって、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有するターゲットをスパッタリングして、バリア膜を前記成膜対象層に密着形成した後、Ｃｕを５０原子％以上含有する銅ターゲットをスパッタリングして、金属低抵抗層を前記バリア膜表面に密着形成する配線膜の形成方法である。
本発明は、前記バリア膜と前記金属低抵抗層とを形成した後、同じエッチャントで前記バリア膜と前記金属低抵抗層とをパターニングする配線膜の形成方法である。

本発明の配線膜は、半導体層（シリコン層、酸化物半導体層）や透明導電膜やガラス基板に密着する膜、具体的には、ＴＦＴのソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、蓄積容量電極等の電極に特に適している。また、半導体素子や配線板等の他の電子部品のバリア膜や電極（配線膜）に用いることもできる。
なお、本発明では、シリコン層は、ポリシリコン、アモルファスシリコン等のシリコンを主成分とするものの他に、シリコン層に不純物がドーピングされたもの（オーミックコンタクト層）がある。

金属低抵抗層は銅であり、バリア膜はＮｉを３０原子％以上９３原子％以下含有するから、ガラス基板やシリコン層や酸化物半導体層に対する密着性が、金属低抵抗層よりも高い。バリア膜と金属低抵抗層同士の密着性も高いから、配線膜が成膜対象物から剥離し難い。バリア膜に金属低抵抗層が積層されることで、配線膜の電気抵抗が下がっている。バリア膜と金属低抵抗層を同じエッチャントでエッチング可能であるから、エッチング工程を分ける必要が無く、配線膜及び薄膜トランジスタの製造時間、製造コストが短縮できる。

本発明に用いる成膜装置の一例を説明する断面図 金属低抵抗層の表面に形成されたバリア膜を説明するための断面図 （ａ）〜（ｇ）：第一例の薄膜トランジスタの製造工程を説明する断面図 （ｈ）〜（ｋ）：第一例の薄膜トランジスタの製造工程を説明する断面図 液晶表示装置の一例を説明する断面図 第二例の薄膜トランジスタを説明する断面図 第三例の薄膜トランジスタを説明する断面図 成膜面の一部を密着させた試験片を説明する断面図

図１の符号１００は、本発明に用いる成膜装置の一例を示している。
成膜装置１００は、搬出入室１０２と、第一の成膜室１０３ａと、第二の成膜室１０３ｂとを有している。搬出入室１０２と第一の成膜室１０３ａの間と、第一の成膜室１０３ａと第二の成膜室１０３ｂの間は、ゲートバルブ１０９ａ、１０９ｂを介してそれぞれ接続されている。

搬出入室１０２と、第一、第二の成膜室１０３ａ、１０３ｂには、真空排気系１１３、１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ接続されており、ゲートバルブ１０９ａ、１０９ｂを閉じ、第一、第二の成膜室１０３ａ、１０３ｂの内部を真空排気しておく。

次いで、搬出入室１０２と大気の間の扉を開け、搬出入室１０２の内部に成膜対象物２１を搬入し、扉を閉じ、搬出入室１０２の内部を真空排気した後、ゲートバルブ１０９ａを開け、成膜対象物２１を第一の成膜室１０３ａの内部に移動させ、基板ホルダ１０８に保持させる。

第一、第二の成膜室１０３ａ、１０３ｂの内部の底壁側には、本発明のニッケルターゲット１１１と、銅ターゲット（ここでは純銅からなる銅ターゲット）１１２がそれぞれ配置されており、成膜対象物２１は、各ターゲット１１１、１１２と対面できるように、基板ホルダ１０８に保持される。

第一、第二の成膜室１０３ａ、１０３ｂにはガス導入系１１５ａ、１１５ｂがそれぞれ接続されており、第一の成膜室１０３ａの内部を真空排気しながらガス導入系１１５ａからスパッタリングガスを導入し、不図示の電源からニッケルターゲット１１１に電圧を印加して、スパッタリングする。

基板ホルダ１０８の面のうち、ニッケルターゲット１１１に対面する面とは反対側の面（裏面）には、磁石１０５（永久磁石又は電磁石）が配置されている。磁石１０５によりニッケルターゲット１１１の表面を通る磁力線が形成され、ニッケルターゲット１１１表面のプラズマ密度が高くなり、磁石１０５が無い場合に比べてスパッタ速度が速くなる（マグネトロンスパッタ）。

本発明のニッケルターゲット１１１は、Ｎｉの添加量が３０％以上９３％以下である。後述するように参考例には、Ｎｉの含有率が５０％以上であるＶと、Ａｌと、Ｍｏと、Ｔｉと、Ｚｒと、Ｃｒと、Ｓｉと、Ｗと、Ｔａと、Ｉｎと、Ｓｎと、Ｚｎと、Ｍｎと、Ｃｕとからなる群より選択されるいずれか一種類以上の非磁性材料が添加元素として添加された合金ターゲットから成るニッケルターゲット１１１を用いた。

ターゲットがＮｉのような磁性材料だけで構成されると、マグネトロンスパッタ法で成膜に適した磁界を作るのが困難であるが、本発明のニッケルターゲット１１１は添加元素が添加されることで非磁性化されているので、マグネトロンスパッタされ、磁石１０５を配置しない場合に比べてスパッタ速度が速くなる。

ニッケルターゲット１１１がスパッタリングされると、スパッタ粒子としてニッケル粒子と、添加元素粒子とが放出される。即ち、ニッケルターゲット１１１からはニッケル原子と添加元素とが放出される。

成膜対象物２１の表面（成膜面）１９にはガラス層（ガラス基板等）と、シリコン層と、酸化物半導体層のうち、いずれか１種以上の層が露出している。
成膜対象物２１は成膜面１９をニッケルターゲット１１１に向けて基板ホルダ１０８に保持され、ニッケルターゲット１１１から放出されたスパッタ粒子は成膜面１９に入射し、バリア膜２５が成膜面１９に密着形成される（図３（ａ））。

第一の成膜室１０３ａの内部にスパッタガスだけを導入してスパッタリングする場合、バリア膜２５の原子組成はニッケルターゲット１１１の原子組成と略等しくなる。
従って、本発明のバリア膜２５はＮｉの添加量が３０％以上９３％であり、参考例のバリア膜２５は、Ｎｉの添加量がここでは５０％以上であり、Ｖと、Ａｌと、Ｍｏと、Ｔｉと、Ｚｒと、Ｃｒと、Ｓｉと、Ｗと、Ｔａと、Ｉｎと、Ｓｎと、Ｚｎと、Ｍｎと、Ｃｕとからなる群より選択されるいずれか一種類以上の非磁性材料が添加元素として添加されている。

第一の成膜室１０３ａに反応ガス供給系から反応ガス（例えばＯ₂等の酸化性ガス）を供給してスパッタリングをしてもよく、その場合、バリア膜２５は、ニッケルと添加元素の他に、反応ガスの構成原子も含有する。

次に、成膜対象物２１が保持された基板ホルダ１０８を第二の成膜室１０３ｂに移動させる。第二の成膜室１０３ｂを真空排気しながら、ガス導入系１１５ｂからスパッタリングガスを導入し、Ｃｕを５０原子％以上含有する銅ターゲット（ここでは純銅ターゲット）１１２をスパッタリングする。

成膜対象物２１の表面に、銅ターゲット１１２の構成材料である銅原子から成るスパッタリング粒子が到達し、バリア膜２５の表面に純銅から成る金属低抵抗層２６が形成され、バリア膜２５と金属低抵抗層２６の積層膜２２ａが形成される（図３（ｂ））。

金属低抵抗層２６の銅含有量が５０原子％以上になるのであれば、ニッケル等の他の添加金属が５０％以下添加された銅ターゲットをスパッタリングして金属低抵抗層２６を成膜してもよい。いずれの場合も、金属低抵抗層２６はバリア膜２５よりも銅含有量が高く、金属低抵抗層２６の電気抵抗はバリア膜２５の電気抵抗よりも低くなる。

金属低抵抗層２６の電気抵抗がバリア膜２５より低くなるのであれば、第二の成膜室１０３ｂに酸化性ガス等の反応ガスを供給しながら銅ターゲット１１２をスパッタリングしてもよい。
積層膜２２ａはバリア膜２５だけで構成してもよいが、バリア膜２５を薄膜とし、バリア膜２５よりも厚膜の金属低抵抗層２６を積層させた方が、全体の電気抵抗が下がる。

また、図３（ｂ）に示す成膜対象物２１を第一の成膜室１０３ａに戻し、ニッケルターゲット１１１をスパッタリングして、金属低抵抗層２６の表面にバリア膜２８を形成し、金属低抵抗層２６と、金属低抵抗層２６の両面に形成されたバリア膜２５、２８とで積層膜２２ｂを構成してもよい（図２）。

積層膜２２ａ、２２ｂが形成された成膜対象物２１を成膜装置１００から搬出する。積層膜２２ａ、２２ｂに所定形状にパターニングされたレジストを配置し、エッチャントで積層膜２２ａ、２２ｂをエッチングする。

ニッケルは銅と同じエッチャント（例えば硝酸を含むエッチング液）でエッチング可能であり、ニッケルのエッチング速度と銅のエッチング速度の差が小さい。従って、金属低抵抗層２６とバリア膜２５、２８は同じエッチャントで連続してエッチングされる。従って、積層膜２２ａ、２２ｂが１回のエッチング工程で所定形状にパターニングされて、電極が形成される。

電極の成膜対象物２１と接触する接触面にはバリア膜２５が位置する。バリア膜２５はニッケルを３０％以上９３％以下含有し、ガラス層（ガラス基板）、シリコン層（シリコン半導体層、オーミックコンタクト層）、酸化物半導体層（ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）と密着性が高い。
従って、成膜対象物２１の表面にガラス層、シリコン層、酸化物半導体層のいずれか１つ以上が露出して、バリア膜２５と密着している場合、電極は成膜対象物２１の表面から剥がれ難い。

また、ニッケルを３０％以上９３％以下含有するバリア膜２５は、金属低抵抗層２６から半導体層へ銅原子が拡散するのを防止する機能があるから、成膜対象物２１の表面にシリコン半導体層、酸化物半導体層等の半導体層が露出する場合に、該半導体層への銅の拡散が防止される。

参考例としてニッケルと添加金属であるＶとを配合してニッケルターゲット１１１を形成し、そのニッケルターゲット１１１の磁性、非磁性を調べた。その結果を、Ｖの配合量と共に下記表１に記載する。

上記表１に記載したように、添加元素の含有量が７％以上であれば、ニッケルターゲット１１１が非磁性になることが分かる。
次に、図１の第一の成膜室１０３ａ内でニッケルターゲット１１１をマグネトロンスパッタリングし、成膜対象物２１表面に膜厚５０ｎｍのバリア膜２５を形成した後、純銅ターゲット１１２をスパッタリングし、バリア膜２５の表面に膜厚３００ｎｍの金属低抵抗層２６が積層された積層膜２２ａを形成し、図２（ｂ）に示す構造の試験片を得た。
バリア膜２５と金属低抵抗層２６は、第一、第二の成膜室１０３ａ、１０３ｂにスパッタリングガス（Ａｒガス）だけを導入し、成膜対象物２１を１００℃に加熱しながら成膜した。

各試験片の積層膜２２ａを、エッチング液（硫酸と硝酸と酢酸の混合液）でエッチングし、エッチング特性を調べた。バリア膜２５と金属低抵抗層２６のエッチング速度の差が小さく、同じエッチング液でエッチング可能であった場合を「○」、エッチング速度の差が大きく、同じエッチング液でエッチングできなかった場合を「×」として上記表１に記載した。

尚、上記表１の「−」は、マグネトロンスパッタリングが正常にできなかったことを示す。これは、添加元素量が少なすぎて、ニッケルターゲット１１１が非磁性化されなかったためである。
上記表１に記載したように、添加元素の含有量が７原子％以上ではマグネトロンスパッタリングが正常に行われ、更に、添加元素の含有量が５０原子％以下ではエッチング特性も良好であった。

次に、添加元素の種類を変えてニッケルターゲット１１１を作成し、そのニッケルターゲット１１１を用いて積層膜２２ａを形成し、試験片を作成した。添加元素の種類以外の積層膜２２ａの形成条件は、上記と同じにした。
各試験片を用いて、上記「エッチング特性」と、下記「密着性」、「バリア性」を調べた。

＜密着性＞
ガラス基板の表面に積層膜２２ａを形成して試験片とした。試験片の積層膜２２ａが形成された面に、先端が鋭利なカッタナイフで１ｍｍ角のマスを１０行×１０列、計１００個の刻みを入れ、粘着テープ（型番６１０のスコッチテープ）を貼り付けた後、粘着テープを剥がした時に残存する膜の個数で評価した。全部剥離した場合は０／１００、１つも剥離しない場合は１００／１００となり、９０／１００以上であれば実用上十分である。

＜バリア性＞
アモルファスシリコンのシリコン基板の表面に積層膜２２ａを形成して試験片とした。積層膜２２ａをエッチング除去した後、シリコン基板の表面を電子顕微鏡で観察し、表面が平滑なものを拡散「○」とし、表面に凹凸が形成されたものを拡散「×」とした。これらの試験結果を、ニッケルターゲット１１１に添加した添加元素の種類と、その含有量と共に、下記表２に記載する。

上記表２から分かるように、添加元素として、Ｖと、Ａｌと、Ｍｏと、Ｔｉと、Ｚｒと、Ｃｒと、Ｓｉと、Ｗと、Ｔａと、Ｉｎと、Ｓｎと、Ｚｎと、Ｍｎと、Ｃｕのいずれか１種以上をニッケルターゲット１１１に添加した場合、ガラス基板に対する密着性と、シリコン層に対するバリア性に優れ、しかも、バリア膜２５と金属低抵抗層２６を同じエッチャントでエッチングすることが可能であった。

また、ＶとＣｕのように、ニッケルターゲット１１１に二種以上の添加元素を添加しても、密着性とバリア性とエッチング特性は変らなかった。
尚、Ｖと、Ａｌと、Ｍｏと、Ｔｉと、Ｚｒと、Ｃｒと、Ｓｉと、Ｗと、Ｔａと、Ｉｎと、Ｓｎと、Ｚｎと、Ｍｎと、Ｃｕの添加量を変えて実験を行ったところ、添加元素の種類が変わっても、添加元素の含有量が５０原子％以上であればエッチング特性が良好であり、添加元素の含有量が７原子％未満ではニッケルターゲット１１１に磁性が残り、マグネトロンスパッタリングが正常に行われなかった。

次に、Ｍｏを含有するニッケルターゲット１１１を用いて製造される本発明のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、そのＴＦＴを有する電子装置について説明する。
金属低抵抗層２６（ここでは純銅）と成膜対象物２１（ここではガラス基板）との密着性を高めるために金属低抵抗層２６と成膜対象物２１との間にバリア膜２５を配置する。
ここでは、バリア膜２５を配置するために、上述した成膜装置１００の第一の成膜室１０３ａ内で成膜対象物２１の表面にバリア膜２５を成膜する（図３（ａ））。

バリア膜２５を成膜後、第二の成膜室１０３ｂ内でバリア膜２５の表面に金属抵抗層２６を成膜して、積層膜２２ａを形成する（図３（ｂ））。
積層膜２２ａの表面の所定位置に開口５８が形成されたレジスト５５を配置し（図３（ｃ））、開口５８内に積層膜２２ａを露出させ、エッチング液を接触させる。先ず積層膜２２ａの金属低抵抗層２６がエッチングされ、開口５８内に位置する金属低抵抗層膜２６がエッチングされた後にバリア膜２５が露出し、開口５８内のバリア膜２５と開口５８外の金属低抵抗層２６とがエッチングされる。
金属低抵抗層２６とバリア膜２５は同じエッチング液で連続してエッチング除去される（図３（ｄ））。エッチング後にレジスト５５は除去される。

後述するように、バリア膜２５が含有するＭｏの添加量が７％以上７０％以下の場合は、バリア膜２５と、銅である金属低抵抗層２６とのエッチング速度誤差の値は、±０％から±１０％の範囲内にあり、バリア膜２５と金属抵抗層２６との膜厚方向に段差やひさしが少なく、バリア膜２５と金属抵抗層２６とが剥離しにくい。

バリア膜２５が含有するＭｏの添加量が３０％以上５０％以下の場合は、バリア膜２５と、銅である金属低抵抗層２６とのエッチング速度誤差の値は、±０％から±５％の範囲内にあり、バリア膜２５と金属抵抗層２６に段差やひさしが形成されず、バリア膜２５と金属抵抗層２６とが剥離しない。

図３（ｅ）の符号１２、１５はパターニングされた積層膜２２ａからなる電極を示しており、符号１２は蓄積容量電極、符号１５はゲート電極を示している。
ゲート電極１５と蓄積容量電極１２の、ガラス基板２１と密着する側の面にはＮｉを３０原子％以上９３原子％以下含有するバリア膜２５が配置されているから、ゲート電極１５と蓄積容量電極１２はガラス基板２１に対する密着性が高い。

また、ＮｉよりもＣｕの電気抵抗が低いから、金属抵抗層２６はバリア膜２５よりも電気抵抗が低く、バリア膜２５だけで構成した電極に比べて、ゲート電極１５と蓄積容量電極１２の電気抵抗は低い。

次に、ガラス基板２１の蓄積容量電極１２及びゲート電極１５が形成された面上に、窒化ケイ素薄膜(ＳｉＮ_x)から成るゲート絶縁膜１４と、アモルファスシリコンから成るシリコン層１６と、アモルファスシリコンから成るオーミックコンタクト層１７とを、記載した順番に積層する。金属低抵抗層２６の銅がオーミックコンタクト層１７へ拡散するのを防ぐためにオーミックコンタクト層１７と金属低抵抗層２６の間に、バリア膜２５を配置する。ここでは、成膜対象物２１表面にバリア膜２５を配置するために、上述した成膜装置１００の第一の成膜室１０３ａ内で成膜対象物２１のオーミックコンタクト層１７表面にバリア膜２５を成膜し、第二の成膜室１０３ｂ内で成膜対象物２１のオーミックコンタクト層１７表面に金属抵抗層２６を成膜して、積層膜２２ａを形成する。（図３（ｆ））。

ゲート電極１５の上には、開口５９が形成されたレジスト５６が配置され（図３（ｇ））、開口５９内に積層膜２２ａを露出させ、レジスト５６で被われていない部分にエッチング液を接触させて、金属低抵抗層２６とバリア膜２５とを同じエッチング液で連続してエッチング除去し、積層膜２２ａのパターニングを行う（図４（ｈ））。レジスト５６を除去後（図４（ｉ））、オーミックコンタクト層１７とシリコン層１６とをパターニングすると、薄膜トランジスタ２０が得られる（図４（ｊ））。
この薄膜トランジスタ２０では、ゲート絶縁膜１４はエッチングされずに残り、シリコン層１６はゲート電極１５の真上と両側に残り、他の部分はエッチング除去されている。

オーミックコンタクト層１７と積層膜２２ａはゲート電極１５の両側に残り、ゲート電極１５の真上に形成された開口５９により分離され、第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２と、ソース、ドレイン電極３３、３４が形成される。

同図の符号３０は、残ったシリコン層１６と、第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２からなる半導体層を示している。ソース、ドレイン電極３３、３４は第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２に密着し、半導体層３０に電気的に接続されている。

半導体層３０のうち、シリコン層１６は第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２と同じ導電型（ここではｎ型）であるが、不純物濃度が低い。ゲート電極１５に電圧を印加すると、シリコン層１６のゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１５と接触する部分に低抵抗な蓄積層が形成され、該蓄積層を介して第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２が電気的に接続される。

シリコン層１６は、第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２と反対の導電型であってもよい。この場合、ゲート電極１５に電圧を印加すると、シリコン層１６のゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１５と接触する部分に、第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２と同じ導電型の反転層が形成され、該反転層によって第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２が電気的に接続される。

ソース、ドレイン電極３３、３４を形成した工程の後工程では、ガラス基板２１の薄膜トランジスタ２０が形成された側の面上に窒化ケイ素薄膜からなるパッシベーション膜２４を形成し、パッシベーション膜２４のうち、ドレイン電極３４又はソース電極３３の上の部分（ここではドレイン電極３４）や、蓄積容量電極１２の上の部分を窓開けした後、パッシベーション膜２４上に、パターニングした透明導電膜からなる画素電極２７を配置する（図４（ｋ））。

画素電極２７はドレイン電極３４に電気的に接続されている。第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２を電気的に接続すると、ソース電極３３からドレイン電極３４に電流が流れ、画素電極２７に電圧が印加される。

ソース電極３３とドレイン電極３４はそれぞれ半導体層３０（第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２）に密着しているが、その密着部分にはバリア膜２５が配置されているから、ソース、ドレイン電極３３、３４から半導体層３０に銅が拡散しない。

図５の符号５０は、薄膜トランジスタ２０を用いた電子装置の一例である液晶表示装置を示している。液晶表示装置５０は、図４（ｋ）の画素電極２７上に液晶４１を配置し、ガラス基板４２の表面に対向電極４５が形成されたパネル４０を、液晶４１上に配置して形成される。画素電極２７と対向電極４５に印加する電圧を制御し、液晶４１の光透過率を制御することができる。

以上は、半導体層３０がシリコン層１６と第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２に分かれている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図６の符号６０は本発明第二例の薄膜トランジスタを示しており、この薄膜トランジスタ６０では、一つのシリコン層１６で半導体層が構成される。この場合、ソース、ドレイン電極３３、３４はシリコン層１６に直接接触させて電気的に接続する。
以上は、ゲート電極１５がガラス基板２１に密着する、所謂ボトムゲート型（逆スタガ型）の薄膜トランジスタについて説明したが、本発明はこれに限定されない。

図７の符号７０は本発明第三例の薄膜トランジスタを示しており、この薄膜トランジスタ７０は、トップゲート型（スタガ型）薄膜トランジスタであって、ガラス基板２１上に配置された半導体層７１を有し、該半導体層７１上にゲート酸化膜７２を介してゲート電極７５が配置されている。

ゲート電極７５上には層間絶縁膜８１が配置され、ソース、ドレイン電極７３、７４は層間絶縁膜８１上に配置されている。層間絶縁膜８１に形成された貫通孔を介して、ソース、ドレイン電極７３、７４が半導体層７１に接触し、電気的に接続されている。

ソース、ドレイン電極７３、７４は層間絶縁膜８２で覆われている。その層間絶縁膜８２上には画素電極８５が配置され、画素電極８５は層間絶縁膜８２に形成された貫通孔を介してドレイン電極７４に接続されている。

この場合も、ゲート電極７５と、ソース電極７３と、ドレイン電極７４のうち、少なくとも１つ以上の電極７３〜７５を本願発明の配線膜で構成し、半導体層７１と密着する部分にバリア膜２５を配置すれば、電極７３〜７５が半導体層７１から剥離し難く、かつ、半導体層７１への銅拡散が防止される。

シリコン層１６や第一、第二のオーミックコンタクト層３１、３２の種類や製造方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や蒸着法等で堆積させたシリコン層（アモルファスシリコン層、ポリシリコン層）等、ＴＦＴのシリコン層に用いられるものを広く用いることができる。
半導体層３０、７１の構成材料はシリコンに限定されず、ＺｎＯやＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ等の酸化物半導体を半導体層３０の主成分として用いてもよい。

本発明のニッケルターゲットにより製造される配線膜は、ＴＦＴの電極に限定されず、半導体素子や配線板等の他の電子部品の配線膜に用いることができる。
ニッケルターゲットと銅ターゲットのスパッタリングに用いるスパッタガスはＡｒに限定されず、Ｎｅ、Ｘｅ等を用いることもできる。

上述したように、バリア膜２５、２８と金属低抵抗層２６の積層膜で１つの電極や配線を構成する場合、金属低抵抗層２６の膜厚は特に限定されないが、膜厚が厚すぎると電極全体の比抵抗が高くなりすぎるので、バリア膜２５、２８の膜厚は電極全体の膜厚の１／３以下が好ましい。また、半導体層やガラス基板に対する密着性と拡散防止性を考慮すると、バリア膜２５、２８の膜厚は１０ｎｍ以上であることが好ましい。

エッチャント（エッチング液、エッチングガスを含む）は、バリア膜２５、２８と金属低抵抗層２６をエッチング可能であって、かつ、シリコン層とガラス基板と酸化物半導体層を溶解しない（又はエッチング速度が遅い）ものであれば特に限定されない。そのようなエッチャントとしては、銅エッチング用のエッチング液を広く用いることができる。

次に、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときのＭｏの添加量が、３原子％、５原子％、７原子％、１０原子％、３０原子％、５０原子％、７０原子％、又は９０原子％であるニッケルターゲット１１１と、１００原子％のＮｉから成るターゲットと、純銅ターゲット１１２のそれぞれに対して上述したマグネトロンスパッタリングを行った。

Ｍｏの添加量が、３原子％、５原子％であるニッケルターゲット１１１と、１００原子％のＮｉから成るターゲットでは、ガラスから成る成膜対象物２１の表面に薄膜が形成されなかった。それは、１００原子％のＮｉから成るターゲットは磁性があり、Ｍｏの添加量が、３原子％、５原子％であるニッケルターゲット１１１は非磁性化されなかったため、スパッタリングが進行されなかったからである。

上記マグネトロンスパッタリングにより、ＮｉとＭｏを１００原子％としたときのＭｏの添加量が、７原子％、１０原子％、３０原子％、５０原子％、７０原子％、９０原子％であるＮｉ−Ｍｏ薄膜が、異なる成膜対象物２１の表面に成膜された６種類の試験片と、１００原子％のＭｏから成る薄膜が成膜対象物２１の表面に成膜された試験片と、１００原子％のＣｕ薄膜が成膜対象物２１の表面に成膜された試験片が得られた。得られた各試験片の薄膜を測定対象の薄膜とし、測定対象の薄膜をエッチングし、エッチング量を求めた。

硫酸２０ｍｌと硝酸１０ｍｌと酢酸３０ｍｌと水４０ｍｌの混合液であるエッチング液を作成した。試験片の表面の一部にレジストを配置し、エッチング後の試験片の表面にエッチングされない部分を形成した。

各試験片それぞれを接触させないで別々にエッチング液に浸漬させた。尚、各試験片をエッチング液に浸漬させたときの液温は、３５℃である。
測定対象の薄膜のエッチングされた部分の深さを測定し、測定したエッチング深さとエッチング時間からエッチング速度を求め、表３に記載した。

また、図８の符号１５０に示すように、上記試験片のうち、表面が１００原子％のＣｕ薄膜である試験片以外の全ての試験片に、表面が１００原子％のＣｕ薄膜である試験片の成膜面の一部を密着させた。それぞれ密着した試験片同士を、密着した状態を維持しながら上記エッチング液に浸漬させた。

成膜面同士が密着した部分にエッチング液が染みこみ、密着していた部分がエッチングされた。成膜面が密着していた部分の１００原子％のＣｕ薄膜以外の測定対象の薄膜と１００原子％のＣｕ薄膜のそれぞれのエッチング深さを測定し、エッチング時間から各エッチング速度を求め、表４に記載した。

さらに、１００原子％のＣｕ薄膜以外の測定対象の薄膜のエッチング速度(Ｘ)から１００原子％のＣｕ薄膜のエッチング速度(Ｙ)を減じ(Ｘ−Ｙ)、その値を１００原子％のＣｕ薄膜のエッチング速度(Ｙ)で除し、“１００”を乗算してエッチング誤差(Ｚ：％)を求め、表３及び表４に記載した(Ｚ＝(Ｘ−Ｙ)／Ｙ×１００)。

エッチング速度誤差が±０％から５％以内であった場合を「◎」、エッチング速度誤差が±５％から１０％以内であった場合を「○」、エッチング速度誤差が±１５％より大きかった場合を「×」として各試験片のエッチングの評価結果を上記表３及び表４に記載した。

表３より、Ｎｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕ薄膜から成る金属低抵抗層２６のエッチング速度誤差は、Ｍｏの添加量が７原子％以上７０原子％以下の範囲では、−９．０以上５．８以下であり少なくとも「○」に該当する。Ｍｏの添加量が１０原子％以上５０原子％以下の範囲では、エッチング速度誤差は、−４．５以上２．６以下であり「◎」に該当する。

表４より、Ｍｏの添加量が７原子％以上７０原子％以下の範囲では、エッチング速度誤差は、−９．２以上９．９以下であり少なくとも「○」に該当する。
Ｍｏの添加量が３０原子％以上５０原子％以下の範囲では、エッチング速度誤差は、−３．８以上０．６以下であり「◎」に該当する。
表４のエッチング速度誤差は、Ｎｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕ薄膜から成る金属低抵抗膜２６を積層させた状態と略等しいと考えられる。

従って、表４のエッチング速度誤差をＮｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と、１００原子％のＣｕから成る金属低抵抗膜２６を積層したときのエッチング速度誤差と見ると、Ｍｏが７原子％以上７０原子％以下添加されたＮｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕから成る金属低抵抗層２６とを積層させた場合、膜厚方向に段差やひさしが小さく、Ｎｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕから成る金属低抵抗層２６とが剥離しにくい。

また、Ｍｏが３０原子％以上５０原子％以下添加されたＮｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕから成る金属低抵抗層２６とを積層させた場合、膜厚方向に段差やひさしが形成されない程小さく、Ｎｉ−Ｍｏ薄膜から成るバリア膜２５と１００原子％のＣｕから成る金属低抵抗層２６とが剥離しない。

表３と表４の測定結果からバリア膜に添加されるＭｏの添加量は、７原子％以上７０原子％以下の範囲が好ましく、３０原子％以上５０原子％以下の範囲が最も好ましい。

１００……成膜装置 １０３ａ……第一の成膜室（真空槽） １１１……ニッケルターゲット １５、７５……ゲート電極 ２０、６０、７０……薄膜トランジスタ ２１……成膜対象物（ガラス基板） ２５、２８……バリア膜 ２６……金属低抵抗層 ３３……ソース電極 ３４……ドレイン電極

Claims (6)

1. ガラス基板と、シリコン層と、酸化物半導体層とからなる群より選択される少なくとも一つの成膜対象層と接触する配線膜であって、
   前記配線膜は、前記成膜対象層の表面に密着配置されたバリア膜と、前記バリア膜の表面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、
   前記金属低抵抗層は、Ｃｕを５０原子％以上含有し、
   ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する配線膜。
2. ゲート電極と、
   前記ゲート電極上に配置された半導体層と、
   前記ゲート電極と前記半導体層の間に配置されたゲート絶縁膜と、
   前記半導体層に電気的に接続された接続電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記接続電極は、前記半導体層に密着配置されたバリア膜と、前記バリア膜の前記半導体層とは反対側の面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、
   前記金属低抵抗層はＣｕを５０原子％以上含有し、
   ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する薄膜トランジスタ。
3. ガラス基板上に配置されたゲート電極と、
   前記ゲート電極上に配置された半導体層と、
   前記半導体層と前記ゲート電極の間に配置されたゲート絶縁膜とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記ゲート電極は、前記ガラス基板表面に密着配置されたバリア膜と、
   前記バリア膜の前記ガラス基板と反対側の面に密着配置された金属低抵抗層とを有し、
   前記金属低抵抗層はＣｕを５０原子％以上含有し、
   ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、前記バリア膜は、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有する薄膜トランジスタ。
4. Ｎｉを３０原子％以上９３原子％以下含有し、
   Ｍｏからなる添加元素が添加されたターゲット。
5. ガラス基板と、シリコン層と、酸化物半導体層とからなる群より選択される少なくとも一つの成膜対象層の表面に配線膜を形成する配線膜の形成方法であって、
   ＮｉとＭｏを１００原子％としたときに、Ｎｉと、７原子％以上７０原子％以下のＭｏを含有するターゲットをスパッタリングして、バリア膜を前記成膜対象層に密着形成した後、
   Ｃｕを５０原子％以上含有する銅ターゲットをスパッタリングして、金属低抵抗層を前記バリア膜表面に密着形成する配線膜の形成方法。
6. 前記バリア膜と前記金属低抵抗層とを形成した後、同じエッチャントで前記バリア膜と前記金属低抵抗層とをパターニングする請求項５記載の配線膜の形成方法。

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