薄膜トランジスター
【課題】薄膜トランジスターを提供する。
【解決手段】ガラス基板１の上に形成されたゲート電極膜２と、前記ガラス基板１およびゲート電極膜２の上に形成された窒化珪素膜３と、前記窒化珪素膜３の上に形成されたアモルファスＳｉ膜４と、前記アモルファスＳｉ膜４の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、ＭおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９と、前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜１９の上に形成された純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６と、前記ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜１６と、前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜１６の上に形成された窒化珪素膜１３とからなる。
【解決手段】ガラス基板１の上に形成されたゲート電極膜２と、前記ガラス基板１およびゲート電極膜２の上に形成された窒化珪素膜３と、前記窒化珪素膜３の上に形成されたアモルファスＳｉ膜４と、前記アモルファスＳｉ膜４の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、ＭおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９と、前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜１９の上に形成された純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６と、前記ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜１６と、前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜１６の上に形成された窒化珪素膜１３とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種ディスプレイに使用される薄膜トランジスターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリックス方式で駆動する薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これら薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属膜からなる配線が密着形成されており、この金属膜からなる格子状配線の交差点に薄膜トランジスターが設けられている。
この薄膜トランジスターは、図５の断面概略説明図に示されるように、ガラス基板１の表面に金属膜からなるゲート電極膜２が形成されており、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３が形成されており、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４が形成されており、このアモルファスＳｉ膜４の上にいずれもバリア膜７を介して純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６が形成されており、さらに前記アモルファスＳｉ膜４、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の全面を覆うように窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３が形成された積層膜構造を有している。
かかる積層膜構造を有する薄膜トランジスターを作製するには、まず、図６の断面図に示されるような、ガラス基板１の表面に純銅からなるゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、このアモルファスＳｉ膜４の上にバリア膜７を形成し、前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３およびバリア膜７の全面を被覆するように純銅膜または銅合金膜８を形成して積層体９を作製する。
次いで前記積層体９のバリア膜７および純銅膜または銅合金膜８を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによってバリア膜７および純銅膜または銅合金膜８に覆われていたアモルファスＳｉ膜４の一部を露出させ、バリア膜７、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図７の断面図に示される従来の薄膜トランジスター中間体１０を作製し、その後、従来の薄膜トランジスター中間体１０の全面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着することにより図５の断面図に示される従来の薄膜トランジスターを作製する。図５〜７に図示されてはいないが、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の密着性を高めるためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の下地層として酸素を含む銅膜（酸素含有銅膜）を形成することも知られている。
【０００３】
前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は一般に３００℃前後で化学蒸着することにより成膜されるので、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の成膜時に前記アモルファスＳｉ膜４のＳｉが純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散し、そのためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が大きく上昇する。
前述のように、この窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着時にアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止するために、アモルファスＳｉ膜４とドレイン電極膜５の間およびアモルファスＳｉ膜４とソース電極膜６の間にそれぞれバリア膜７を形成するが、このバリア膜７として通常ＭｏもしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜が使用されており、このバリア膜７はその後薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあってもアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止する作用も果たしている（特許文献１参照）。
前記ドレイン電極膜５およびソース電極膜６には純銅膜が多く使用されていたが、近年、銅に微量のその他の元素を添加した銅合金膜が使用されるようになり、この銅合金膜としてＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎなどの元素を０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金が使用されることも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６３９０１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０２５３４７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バリア膜７としてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜を使用すると、Ｍｏ、Ｔｉまたはこれらの合金膜からなるバリア膜７と純銅膜または銅合金膜８とは異なる金属で構成されており、かかる異なる金属が接触している図６の積層体９を湿式エッチングすると、湿式エッチングする際に局部電池が形成され、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜７とソース電極膜６の接触端部が優先的にエッチングされ、図７の一部拡大図である図８に示されるように、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜７とソース電極膜６の接触端部に深い凹部１１が生成し、この凹部１１はバリア膜７とドレイン電極膜５の境界およびバリア膜７とソース電極膜６の境界に沿って奥深く形成されるので、湿式エッチング中に凹部１１に湿式エッチング液が浸透し、湿式エッチング中に凹部１１に浸透した湿式エッチング液は洗浄し乾燥しても排出されず、湿式エッチング液が凹部１１から排出されない状態で窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着すると、化学蒸着中に湿式エッチング液が蒸発し、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３に膨らみが生じて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の一部の密着性が低下したりするために薄膜トランジスター不良の原因となる。
また、通常の薄膜トランジスターは、図５に示されるように、銅または銅合金膜からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３が形成されているが、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６は金属からなり、一方、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は無機化合物から成ることから、密着性が十分でなく、剥離して薄膜トランジスター不良の原因となることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、前記湿式エッチング中の凹部の生成を防止し、さらにドレイン電極膜５およびソース電極膜６と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３との密着性を向上させた薄膜トランジスターを作製すべく研究を行った。その結果、
（イ）アモルファスＳｉ膜の表面を酸化して作製した酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜および酸素を含有する銅膜（以下、酸素含有銅膜という）からなる二層複合膜は、バリア膜として従来から知られているＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等のバリア効果を有し、この二層複合膜における酸素含有銅膜の上に純銅膜を被覆した積層体を作製し、この積層体を湿式エッチングして得られた薄膜トランジスター中間体には図８に示されるような凹部１１が生成することがない、
（ロ）前記純銅からなるドレイン電極膜およびソース電極膜の上に酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を形成し、この酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着して得られた薄膜トランジスターは、ドレイン電極膜およびソース電極膜に直接窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜した従来の薄膜トランジスターに比べて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の密着性が一層向上する、
（ハ）アモルファスＳｉ膜の表面を酸化して作製した酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜およびＭ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）：０．１〜１原子％を含有し、さらに酸素を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金膜（以下、酸素含有銅合金膜という）からなる二層複合膜は、バリア膜として従来から知られているＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等のバリア効果を有し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜および酸素含有銅合金膜からなる二層複合膜の前記酸素含有銅合金膜の上にＭを０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金膜を被覆した積層体を作製し、この積層体を湿式エッチングして得られたドレイン電極膜およびソース電極膜を有する薄膜トランジスター中間体には図８に示されるような凹部１１が生成することがない、
（ニ）前記Ｍ：０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金膜からなるドレイン電極膜およびソース電極膜の上にさらに酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を形成し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着して得られた薄膜トランジスターは、レイン電極膜およびソース電極膜に対する窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の密着性が一層向上する、などの研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、Ｍ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜と、
前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記Ｏを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、
前記ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜と、
前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に形成された窒化珪素膜とからなる薄膜トランジスター、
（２）ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＣｕ、ＭおよびＯからなる酸素含有銅合金膜と、
前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜とからなる薄膜トランジスター中間体、に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明の薄膜トランジスターの製造方法を図面に基づいて説明する。
まず、図１の断面図に示されるように、ガラス基板１の表面に純銅または銅合金からなるゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、このアモルファスＳｉ膜４の上に酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２を形成する。この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２は、スパッタ装置内の雰囲気を酸素または酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながら空スパッタすることによりアモルファスＳｉ膜４の表面を酸化させて形成することができる。
次に、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の上に、酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５を成膜する。この酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５は純銅製のターゲットまたはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金製のターゲットを用い、雰囲気を酸素または酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながらスパッタすることにより形成することができる。
さらに、前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５の上に純銅膜または銅合金膜８を形成して図１に示される積層体１７を作製する。この純銅膜または銅合金膜８は純銅製またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金製のターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中においてスパッタすることにより形成することができる。
このようにして得られた積層体１７の酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５および純銅膜または銅合金膜８の一部を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによってアモルファスＳｉ膜４の上の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の一部を露出させ、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図２の断面図に示される薄膜トランジスター中間体１８を作製する。
次に、図２に示される薄型トランジスター中間体１８におけるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の表面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜してこの発明の薄膜トランジスターを作製するものであるが、銅または銅合金膜からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を直接成膜すると、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６は金属からなり、一方、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は無機化合物から成ることから、密着性が十分ではなく剥離して薄膜トランジスター不良の原因となることがある。このため、図２の薄膜トランジスター中間体１８におけるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の表面に、図３に示されるように、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６を形成し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜して得られた図４に示されるこの発明の薄膜トランジスター１４はドレイン電極膜５およびソース電極膜６と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３との密着性を一層強固なものとすることができる。
前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は、従来と同様にして３００℃前後で化学蒸着することにより成膜される。前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中に、図２の薄膜トランジスター中間体におけるアモルファスＳｉ膜４と酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５とに挟まれた酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の部分が、図４に示される、Ｃｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９に変化し、このＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９が生成することによりこれがバリア膜となって窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６にまで拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。
また、前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中に生成したＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９は、その後、薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあっても優れたバリア性を発揮してアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散するのを阻止し、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。
【０００７】
この発明の薄膜トランジスターのバリア膜であるＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９に含まれる酸素はいずれも２０原子％以上であることが好ましい。そして、その厚さは１ｎｍ未満では薄過ぎて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜中またはその後の加熱中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散することを十分に阻止することができず、したがって、バリア膜として十分に機能しなくなる好ましくなく、一方、１５ｎｍを越えて厚くしても格別の効果が得られない。したがって、前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜１９の厚さを１〜１５ｎｍに定めた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の薄膜トランジスター中間体はバリア膜が酸化ケイ素膜であり金属膜でないために湿式エッチング時にバリア膜とドレイン電極膜およびバリア膜とソース電極膜のそれぞれの接合端部に図８に示されるような凹部１１が形成されることがないことなどから、作製した薄膜トランジスターに不良品発生が極めて少なくなり、さらにアモルファスＳｉ膜の表面を空スパッタするだけでバリア膜の一部である酸化ケイ素膜を形成することができるので、低コストで優れた性能を有するフラットパネルディスプレイを提供することができ、さらにこの発明の薄膜トランジスター中間体の最表面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で成膜して得られたこの発明の薄膜トランジスターはその後加熱されるようなことがあっても、Ｓｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散して比抵抗を増加させることがないなど優れた効果を奏するものである。
さらに、この発明の薄膜トランジスターは、ドレイン電極膜およびソース電極膜と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜との密着性が優れているので、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜の剥離による不良品発生が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
表１に示される成分組成を有し、直径：６インチの寸法を有するターゲットＡ〜Ｅを作製した。
【００１０】
【表１】
実施例１
ガラス板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス板）の上全面にアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜して基板を作製した。このアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜した基板をスパッタ装置に設置し、さらにターゲットＡ〜Ｅをスパッタ装置に設置し、スパッタ装置の電源として直流方式を採用し、スパッタ装置の真空容器を到達真空度４×１０−５Ｐａになるまで真空引きした。次に酸素を１０体積％含んだＡｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとした後、ターゲットと基板の間に設置したシャッターを閉じたまま出力：６００Ｗで３分間放電することによりバリア膜として厚さ：１０ｎｍを有する酸化ケイ素膜を成膜した。次に、雰囲気をそのまま維持した状態でシャッターを開け、スパッタを続けて前記酸化ケイ素膜の上に幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍ、厚さ：５０ｎｍの寸法を有する酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜を成膜して酸化ケイ素膜＋酸素含有銅膜または酸化ケイ素膜＋酸素含有銅合金膜からなるバリア相当膜を有する積層体を形成した。
次に酸素の供給を停止し、Ａｒガスのみで０．６７Ｐａの圧力でスパッタすることにより厚さ：２５０ｎｍを有し、ターゲットＡ〜Ｅと同じ成分組成を有するドレイン電極膜およびソース電極膜に相当する幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法の銅膜または銅合金膜を成膜した。
その後、さらに、湿式エッチングして、銅膜または酸素含有銅膜および銅合金膜および酸素含有銅合金膜にそれぞれ縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けることにより本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜５を作製した。
この湿式エッチングした本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜５における銅膜と酸素含有銅膜の界面の断面並びに銅合金膜と酸素含有銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大し観察して、接触端部に生成する凹部の有無を調べ、その結果を表２に示した。
次に、この湿式エッチングして得られた本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜３の銅膜および銅合金膜の上にプラズマＣＶＤにより厚さ：５０ｎｍを有する酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜を下記の条件で成膜し、さらに本発明薄型トランジスター中間体試験片４〜５の銅合金膜の上に酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を下記の条件で成膜し、これらの膜の上にさらにプラズマＣＶＤにより厚さ：２５０ｎｍを有する窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜を下記の条件で成膜することにより本発明薄型トランジスター試験片１〜５を作製した。
Ａ．酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜の成膜条件：
本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜３を温度：３００℃に保持しながら、
パワー：１００Ｗ、
雰囲気圧力：１３７Ｐａ、
雰囲気ガス：ＳｉＨ４：１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：５００ｎｍ、
の条件でプラズマＣＶＤを行うことにより厚さ：５０ｎｍを有する酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜を成膜した。
Ｂ．酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜の成膜条件：
本発明薄型トランジスター中間体試験片４〜５を真空容器内にセットし、室温で到達真空度：４×１０−５Ｐａになるまで真空引きしたのち、Ａｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとしたのち、純度：５ＮのＡｌターゲットを用い、出力：６００Ｗで３５秒間スパッタすることにより金属Ａｌ膜を成膜し、その後、これをホットプレートを用いて大気雰囲気中に温度：３００℃、３０分間保持することにより厚さ：５０ｎｍを有するアルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を成膜した。
Ｃ．窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜の成膜条件：
酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を成膜した薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を温度：３００℃に保持しながら、
パワー：１００Ｗ、
雰囲気圧力：１３７Ｐａ、
雰囲気ガス：ＳｉＨ４：１００ｓｃｃｍ、ＮＨ３：６ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００ｎｍ、
の条件でプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜した。
このようにして作製した本発明薄型トランジスター試験片１〜５におけるＳｉＮｘ膜をドライエッチングで剥離し、この剥離部分をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した結果、本発明薄膜トランジスター試験片１〜５のバリア膜である酸化ケイ素膜の酸素含有銅膜に接している部分はＣｕが酸化ケイ素膜に拡散してＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜に変化してバリア膜となり、また酸化ケイ素膜の酸素含有銅合金膜に接している部分はＣｕおよびＭが酸化ケイ素膜に拡散してＣｕ、Ｓｉ、Ｍおよび酸素からなる銅Ｍ含有珪素酸化膜に変化してバリア膜となっていることがわかり、その結果を表３に示した。
さらにＳｉＮｘ膜を成膜した本発明薄膜トランジスター試験片１〜５におけるドレイン電極膜およびソース電極膜に相当する銅膜および銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定し、その結果を表３に示すことにより酸化ケイ素および酸素含有銅膜並びに酸化ケイ素および酸素含有銅合金膜からなる複合膜のバリア性を評価し、さらに最後に本発明薄膜トランジスター試験片１〜５のＳｉＮｘ膜について碁盤目試験を行い、１００個の升目の内で剥離した升目の数を測定し、その結果を表３に示した。
従来例１
実施例１で作製したガラス板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス板）の上のＳｉ薄膜の上にスパッタによりバリア膜としての厚さ：５０ｎｍを有するＭｏ薄膜を成膜し、次いでこのＭｏ薄膜の上に表１に示されるターゲットＡ〜Ｅを用い、実施例１と同じ条件で厚さ：２５０ｎｍの銅膜および銅合金膜を成膜することによりターゲットＡ〜Ｅと同じ成分組成を有する銅膜および銅合金膜を成膜することにより幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する銅膜および銅合金膜を形成し、その後、湿式エッチングして銅膜および酸素含有銅膜に縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けることにより従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を作製した。この窓を開けて得られた従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の銅膜および銅合金膜とＭｏ膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大して観察し、銅膜および銅合金膜とＭｏ膜の接触端部に凹部が生成しているか否かを観察し、その結果を表２に示した。さらに従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の湿式エッチングした銅膜および酸素含有銅膜の比抵抗を測定し、その結果を表２に示した。
次に、この湿式エッチングした従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を基板とし、基板を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜することにより従来薄膜トランジスター試験片１〜５を作製し、銅膜および酸素含有銅膜の比抵抗を実施例１と同様にして測定し、その結果を表３に示すことによりバリア性を評価し、さらに最後に従来薄膜トランジスター試験片１〜５のＳｉＮｘ膜について碁盤目試験を行い、１００個の升目の内で剥離した升目の数を測定し、その結果を表３に示した。
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
前記実施例１、従来例１および表１〜３に示される結果から、本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の銅膜および銅合金膜の比抵抗とＳｉＮｘ膜成膜後の本発明薄膜トランジスター試験片１〜５の銅膜および銅合金膜の比抵抗を比較すると、ほとんど差がないことから、酸化ケイ素膜＋酸素含有銅膜および酸化ケイ素膜＋酸素含有銅合金膜がＭｏと同等のバリア性を有することがわかり、さらに従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５には湿式エッチングに際して凹部が生成するが本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜５には凹部が生成しないこと、ＳｉＯｘ膜またはＡｌＯｘ膜を成膜したのち厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜することによりＳｉＮｘ膜の密着性が向上していることなどがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】積層体の断面概略説明図である。
【図２】この発明の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。
【図３】この発明の薄膜トランジスター中間体に酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜を形成した状態を示す断面概略説明図である。
【図４】この発明の薄膜トランジスターの断面概略説明図である。
【図５】従来の薄膜トランジスターの断面概略説明図である。
【図６】積層体の要部を説明するための断面概略説明図である。
【図７】従来の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。
【図８】図７の一部拡大断面概略説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１：ガラス基板、２：ゲート電極、３：ＳｉＮｘ膜、４：アモルファスＳｉ膜、５：ドレイン電極、６：ソース電極、７：バリア膜、８：銅膜または銅合金膜、９：積層体、１０：従来の薄膜トランジスター中間体、１１：凹部、１２：酸化ケイ素膜、１３：ＳｉＮｘ膜、１４：この発明の薄膜トランジスター、１５：酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜、１６：酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜、１７：積層体、１８：本発明薄膜トランジスター中間体、１９：銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種ディスプレイに使用される薄膜トランジスターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリックス方式で駆動する薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これら薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属膜からなる配線が密着形成されており、この金属膜からなる格子状配線の交差点に薄膜トランジスターが設けられている。
この薄膜トランジスターは、図５の断面概略説明図に示されるように、ガラス基板１の表面に金属膜からなるゲート電極膜２が形成されており、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３が形成されており、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４が形成されており、このアモルファスＳｉ膜４の上にいずれもバリア膜７を介して純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６が形成されており、さらに前記アモルファスＳｉ膜４、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の全面を覆うように窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３が形成された積層膜構造を有している。
かかる積層膜構造を有する薄膜トランジスターを作製するには、まず、図６の断面図に示されるような、ガラス基板１の表面に純銅からなるゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、このアモルファスＳｉ膜４の上にバリア膜７を形成し、前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３およびバリア膜７の全面を被覆するように純銅膜または銅合金膜８を形成して積層体９を作製する。
次いで前記積層体９のバリア膜７および純銅膜または銅合金膜８を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによってバリア膜７および純銅膜または銅合金膜８に覆われていたアモルファスＳｉ膜４の一部を露出させ、バリア膜７、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図７の断面図に示される従来の薄膜トランジスター中間体１０を作製し、その後、従来の薄膜トランジスター中間体１０の全面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着することにより図５の断面図に示される従来の薄膜トランジスターを作製する。図５〜７に図示されてはいないが、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の密着性を高めるためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の下地層として酸素を含む銅膜（酸素含有銅膜）を形成することも知られている。
【０００３】
前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は一般に３００℃前後で化学蒸着することにより成膜されるので、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の成膜時に前記アモルファスＳｉ膜４のＳｉが純銅または銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散し、そのためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が大きく上昇する。
前述のように、この窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着時にアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止するために、アモルファスＳｉ膜４とドレイン電極膜５の間およびアモルファスＳｉ膜４とソース電極膜６の間にそれぞれバリア膜７を形成するが、このバリア膜７として通常ＭｏもしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜が使用されており、このバリア膜７はその後薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあってもアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止する作用も果たしている（特許文献１参照）。
前記ドレイン電極膜５およびソース電極膜６には純銅膜が多く使用されていたが、近年、銅に微量のその他の元素を添加した銅合金膜が使用されるようになり、この銅合金膜としてＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎなどの元素を０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金が使用されることも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６３９０１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０２５３４７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バリア膜７としてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜を使用すると、Ｍｏ、Ｔｉまたはこれらの合金膜からなるバリア膜７と純銅膜または銅合金膜８とは異なる金属で構成されており、かかる異なる金属が接触している図６の積層体９を湿式エッチングすると、湿式エッチングする際に局部電池が形成され、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜７とソース電極膜６の接触端部が優先的にエッチングされ、図７の一部拡大図である図８に示されるように、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜７とソース電極膜６の接触端部に深い凹部１１が生成し、この凹部１１はバリア膜７とドレイン電極膜５の境界およびバリア膜７とソース電極膜６の境界に沿って奥深く形成されるので、湿式エッチング中に凹部１１に湿式エッチング液が浸透し、湿式エッチング中に凹部１１に浸透した湿式エッチング液は洗浄し乾燥しても排出されず、湿式エッチング液が凹部１１から排出されない状態で窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着すると、化学蒸着中に湿式エッチング液が蒸発し、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３に膨らみが生じて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の一部の密着性が低下したりするために薄膜トランジスター不良の原因となる。
また、通常の薄膜トランジスターは、図５に示されるように、銅または銅合金膜からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３が形成されているが、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６は金属からなり、一方、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は無機化合物から成ることから、密着性が十分でなく、剥離して薄膜トランジスター不良の原因となることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、前記湿式エッチング中の凹部の生成を防止し、さらにドレイン電極膜５およびソース電極膜６と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３との密着性を向上させた薄膜トランジスターを作製すべく研究を行った。その結果、
（イ）アモルファスＳｉ膜の表面を酸化して作製した酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜および酸素を含有する銅膜（以下、酸素含有銅膜という）からなる二層複合膜は、バリア膜として従来から知られているＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等のバリア効果を有し、この二層複合膜における酸素含有銅膜の上に純銅膜を被覆した積層体を作製し、この積層体を湿式エッチングして得られた薄膜トランジスター中間体には図８に示されるような凹部１１が生成することがない、
（ロ）前記純銅からなるドレイン電極膜およびソース電極膜の上に酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を形成し、この酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着して得られた薄膜トランジスターは、ドレイン電極膜およびソース電極膜に直接窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜した従来の薄膜トランジスターに比べて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の密着性が一層向上する、
（ハ）アモルファスＳｉ膜の表面を酸化して作製した酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜およびＭ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）：０．１〜１原子％を含有し、さらに酸素を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金膜（以下、酸素含有銅合金膜という）からなる二層複合膜は、バリア膜として従来から知られているＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等のバリア効果を有し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜および酸素含有銅合金膜からなる二層複合膜の前記酸素含有銅合金膜の上にＭを０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金膜を被覆した積層体を作製し、この積層体を湿式エッチングして得られたドレイン電極膜およびソース電極膜を有する薄膜トランジスター中間体には図８に示されるような凹部１１が生成することがない、
（ニ）前記Ｍ：０．１〜１原子％含有し、残部がＣｕからなる銅合金膜からなるドレイン電極膜およびソース電極膜の上にさらに酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を形成し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で化学蒸着して得られた薄膜トランジスターは、レイン電極膜およびソース電極膜に対する窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の密着性が一層向上する、などの研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、Ｍ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜と、
前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記Ｏを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、
前記ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜と、
前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に形成された窒化珪素膜とからなる薄膜トランジスター、
（２）ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＣｕ、ＭおよびＯからなる酸素含有銅合金膜と、
前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜とからなる薄膜トランジスター中間体、に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明の薄膜トランジスターの製造方法を図面に基づいて説明する。
まず、図１の断面図に示されるように、ガラス基板１の表面に純銅または銅合金からなるゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、このアモルファスＳｉ膜４の上に酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２を形成する。この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２は、スパッタ装置内の雰囲気を酸素または酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながら空スパッタすることによりアモルファスＳｉ膜４の表面を酸化させて形成することができる。
次に、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の上に、酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５を成膜する。この酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５は純銅製のターゲットまたはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金製のターゲットを用い、雰囲気を酸素または酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながらスパッタすることにより形成することができる。
さらに、前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５の上に純銅膜または銅合金膜８を形成して図１に示される積層体１７を作製する。この純銅膜または銅合金膜８は純銅製またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金製のターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中においてスパッタすることにより形成することができる。
このようにして得られた積層体１７の酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５および純銅膜または銅合金膜８の一部を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによってアモルファスＳｉ膜４の上の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の一部を露出させ、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図２の断面図に示される薄膜トランジスター中間体１８を作製する。
次に、図２に示される薄型トランジスター中間体１８におけるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の表面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜してこの発明の薄膜トランジスターを作製するものであるが、銅または銅合金膜からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を直接成膜すると、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６は金属からなり、一方、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は無機化合物から成ることから、密着性が十分ではなく剥離して薄膜トランジスター不良の原因となることがある。このため、図２の薄膜トランジスター中間体１８におけるドレイン電極膜５およびソース電極膜６の表面に、図３に示されるように、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６を形成し、この酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜して得られた図４に示されるこの発明の薄膜トランジスター１４はドレイン電極膜５およびソース電極膜６と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３との密着性を一層強固なものとすることができる。
前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３は、従来と同様にして３００℃前後で化学蒸着することにより成膜される。前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中に、図２の薄膜トランジスター中間体におけるアモルファスＳｉ膜４と酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜１５とに挟まれた酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜１２の部分が、図４に示される、Ｃｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９に変化し、このＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９が生成することによりこれがバリア膜となって窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６にまで拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。
また、前記酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜１６および窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３の化学蒸着中に生成したＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９は、その後、薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあっても優れたバリア性を発揮してアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散するのを阻止し、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。
【０００７】
この発明の薄膜トランジスターのバリア膜であるＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｍ、ＳｉおよびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜１９に含まれる酸素はいずれも２０原子％以上であることが好ましい。そして、その厚さは１ｎｍ未満では薄過ぎて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を成膜中またはその後の加熱中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散することを十分に阻止することができず、したがって、バリア膜として十分に機能しなくなる好ましくなく、一方、１５ｎｍを越えて厚くしても格別の効果が得られない。したがって、前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜１９の厚さを１〜１５ｎｍに定めた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の薄膜トランジスター中間体はバリア膜が酸化ケイ素膜であり金属膜でないために湿式エッチング時にバリア膜とドレイン電極膜およびバリア膜とソース電極膜のそれぞれの接合端部に図８に示されるような凹部１１が形成されることがないことなどから、作製した薄膜トランジスターに不良品発生が極めて少なくなり、さらにアモルファスＳｉ膜の表面を空スパッタするだけでバリア膜の一部である酸化ケイ素膜を形成することができるので、低コストで優れた性能を有するフラットパネルディスプレイを提供することができ、さらにこの発明の薄膜トランジスター中間体の最表面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜１３を３００℃前後で成膜して得られたこの発明の薄膜トランジスターはその後加熱されるようなことがあっても、Ｓｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散して比抵抗を増加させることがないなど優れた効果を奏するものである。
さらに、この発明の薄膜トランジスターは、ドレイン電極膜およびソース電極膜と窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜との密着性が優れているので、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜の剥離による不良品発生が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
表１に示される成分組成を有し、直径：６インチの寸法を有するターゲットＡ〜Ｅを作製した。
【００１０】
【表１】
実施例１
ガラス板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス板）の上全面にアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜して基板を作製した。このアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜した基板をスパッタ装置に設置し、さらにターゲットＡ〜Ｅをスパッタ装置に設置し、スパッタ装置の電源として直流方式を採用し、スパッタ装置の真空容器を到達真空度４×１０−５Ｐａになるまで真空引きした。次に酸素を１０体積％含んだＡｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとした後、ターゲットと基板の間に設置したシャッターを閉じたまま出力：６００Ｗで３分間放電することによりバリア膜として厚さ：１０ｎｍを有する酸化ケイ素膜を成膜した。次に、雰囲気をそのまま維持した状態でシャッターを開け、スパッタを続けて前記酸化ケイ素膜の上に幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍ、厚さ：５０ｎｍの寸法を有する酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜を成膜して酸化ケイ素膜＋酸素含有銅膜または酸化ケイ素膜＋酸素含有銅合金膜からなるバリア相当膜を有する積層体を形成した。
次に酸素の供給を停止し、Ａｒガスのみで０．６７Ｐａの圧力でスパッタすることにより厚さ：２５０ｎｍを有し、ターゲットＡ〜Ｅと同じ成分組成を有するドレイン電極膜およびソース電極膜に相当する幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法の銅膜または銅合金膜を成膜した。
その後、さらに、湿式エッチングして、銅膜または酸素含有銅膜および銅合金膜および酸素含有銅合金膜にそれぞれ縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けることにより本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜５を作製した。
この湿式エッチングした本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜５における銅膜と酸素含有銅膜の界面の断面並びに銅合金膜と酸素含有銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大し観察して、接触端部に生成する凹部の有無を調べ、その結果を表２に示した。
次に、この湿式エッチングして得られた本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜３の銅膜および銅合金膜の上にプラズマＣＶＤにより厚さ：５０ｎｍを有する酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜を下記の条件で成膜し、さらに本発明薄型トランジスター中間体試験片４〜５の銅合金膜の上に酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を下記の条件で成膜し、これらの膜の上にさらにプラズマＣＶＤにより厚さ：２５０ｎｍを有する窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜を下記の条件で成膜することにより本発明薄型トランジスター試験片１〜５を作製した。
Ａ．酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜の成膜条件：
本発明薄型トランジスター中間体試験片１〜３を温度：３００℃に保持しながら、
パワー：１００Ｗ、
雰囲気圧力：１３７Ｐａ、
雰囲気ガス：ＳｉＨ４：１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：５００ｎｍ、
の条件でプラズマＣＶＤを行うことにより厚さ：５０ｎｍを有する酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜を成膜した。
Ｂ．酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜の成膜条件：
本発明薄型トランジスター中間体試験片４〜５を真空容器内にセットし、室温で到達真空度：４×１０−５Ｐａになるまで真空引きしたのち、Ａｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとしたのち、純度：５ＮのＡｌターゲットを用い、出力：６００Ｗで３５秒間スパッタすることにより金属Ａｌ膜を成膜し、その後、これをホットプレートを用いて大気雰囲気中に温度：３００℃、３０分間保持することにより厚さ：５０ｎｍを有するアルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を成膜した。
Ｃ．窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜の成膜条件：
酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜を成膜した薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を温度：３００℃に保持しながら、
パワー：１００Ｗ、
雰囲気圧力：１３７Ｐａ、
雰囲気ガス：ＳｉＨ４：１００ｓｃｃｍ、ＮＨ３：６ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００ｎｍ、
の条件でプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜した。
このようにして作製した本発明薄型トランジスター試験片１〜５におけるＳｉＮｘ膜をドライエッチングで剥離し、この剥離部分をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した結果、本発明薄膜トランジスター試験片１〜５のバリア膜である酸化ケイ素膜の酸素含有銅膜に接している部分はＣｕが酸化ケイ素膜に拡散してＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜に変化してバリア膜となり、また酸化ケイ素膜の酸素含有銅合金膜に接している部分はＣｕおよびＭが酸化ケイ素膜に拡散してＣｕ、Ｓｉ、Ｍおよび酸素からなる銅Ｍ含有珪素酸化膜に変化してバリア膜となっていることがわかり、その結果を表３に示した。
さらにＳｉＮｘ膜を成膜した本発明薄膜トランジスター試験片１〜５におけるドレイン電極膜およびソース電極膜に相当する銅膜および銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定し、その結果を表３に示すことにより酸化ケイ素および酸素含有銅膜並びに酸化ケイ素および酸素含有銅合金膜からなる複合膜のバリア性を評価し、さらに最後に本発明薄膜トランジスター試験片１〜５のＳｉＮｘ膜について碁盤目試験を行い、１００個の升目の内で剥離した升目の数を測定し、その結果を表３に示した。
従来例１
実施例１で作製したガラス板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス板）の上のＳｉ薄膜の上にスパッタによりバリア膜としての厚さ：５０ｎｍを有するＭｏ薄膜を成膜し、次いでこのＭｏ薄膜の上に表１に示されるターゲットＡ〜Ｅを用い、実施例１と同じ条件で厚さ：２５０ｎｍの銅膜および銅合金膜を成膜することによりターゲットＡ〜Ｅと同じ成分組成を有する銅膜および銅合金膜を成膜することにより幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する銅膜および銅合金膜を形成し、その後、湿式エッチングして銅膜および酸素含有銅膜に縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けることにより従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を作製した。この窓を開けて得られた従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の銅膜および銅合金膜とＭｏ膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大して観察し、銅膜および銅合金膜とＭｏ膜の接触端部に凹部が生成しているか否かを観察し、その結果を表２に示した。さらに従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の湿式エッチングした銅膜および酸素含有銅膜の比抵抗を測定し、その結果を表２に示した。
次に、この湿式エッチングした従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５を基板とし、基板を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜することにより従来薄膜トランジスター試験片１〜５を作製し、銅膜および酸素含有銅膜の比抵抗を実施例１と同様にして測定し、その結果を表３に示すことによりバリア性を評価し、さらに最後に従来薄膜トランジスター試験片１〜５のＳｉＮｘ膜について碁盤目試験を行い、１００個の升目の内で剥離した升目の数を測定し、その結果を表３に示した。
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
前記実施例１、従来例１および表１〜３に示される結果から、本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜５の銅膜および銅合金膜の比抵抗とＳｉＮｘ膜成膜後の本発明薄膜トランジスター試験片１〜５の銅膜および銅合金膜の比抵抗を比較すると、ほとんど差がないことから、酸化ケイ素膜＋酸素含有銅膜および酸化ケイ素膜＋酸素含有銅合金膜がＭｏと同等のバリア性を有することがわかり、さらに従来薄膜トランジスター中間体試験片１〜５には湿式エッチングに際して凹部が生成するが本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜５には凹部が生成しないこと、ＳｉＯｘ膜またはＡｌＯｘ膜を成膜したのち厚さ：２５０ｎｍを有するＳｉＮｘ膜を成膜することによりＳｉＮｘ膜の密着性が向上していることなどがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】積層体の断面概略説明図である。
【図２】この発明の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。
【図３】この発明の薄膜トランジスター中間体に酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜を形成した状態を示す断面概略説明図である。
【図４】この発明の薄膜トランジスターの断面概略説明図である。
【図５】従来の薄膜トランジスターの断面概略説明図である。
【図６】積層体の要部を説明するための断面概略説明図である。
【図７】従来の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。
【図８】図７の一部拡大断面概略説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１：ガラス基板、２：ゲート電極、３：ＳｉＮｘ膜、４：アモルファスＳｉ膜、５：ドレイン電極、６：ソース電極、７：バリア膜、８：銅膜または銅合金膜、９：積層体、１０：従来の薄膜トランジスター中間体、１１：凹部、１２：酸化ケイ素膜、１３：ＳｉＮｘ膜、１４：この発明の薄膜トランジスター、１５：酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜、１６：酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）膜、１７：積層体、１８：本発明薄膜トランジスター中間体、１９：銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、Ｍ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜と、
前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記Ｏを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、
前記ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜と、
前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に形成された窒化珪素膜と、からなることを特徴とする薄膜トランジスター。
【請求項２】
ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、からなることを特徴とする薄膜トランジスター中間体。
【請求項１】
ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成されたＣｕ、ＳｉおよびＯからなる銅含有珪素酸化膜またはＣｕ、Ｓｉ、Ｍ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯからなる銅Ｍ含有珪素酸化膜と、
前記銅含有珪素酸化膜または銅Ｍ含有珪素酸化膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記Ｏを含有する酸素含有銅膜またはＭおよびＯを含有する酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、
前記ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に形成された酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜と、
前記酸化ケイ素または酸化アルミニウム膜の上に形成された窒化珪素膜と、からなることを特徴とする薄膜トランジスター。
【請求項２】
ガラス基板の上に形成されたゲート電極膜と、
前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上に形成されたアモルファスＳｉ膜と、
前記アモルファスＳｉ膜の上に形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜の上に形成されたＯを含有する酸素含有銅膜またはＭ（但し、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの内のいずれか１種を示す。以下同じ）およびＯを含有する酸素含有銅合金膜と、
前記酸素含有銅膜または酸素含有銅合金膜の上に形成された純銅またはＭ：０．１〜１原子％を含有し、残部がＣｕからなる成分組成を有する銅合金からなるドレイン電極膜およびソース電極膜と、からなることを特徴とする薄膜トランジスター中間体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７０７６９（Ｐ２００９−１７０７６９Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１２９（Ｐ２００８−９１２９）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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