表示装置およびこれに用いるＣｕ合金膜
【課題】Ｃｕ系材料の特徴である低電気抵抗を維持しつつ、絶縁膜を構成するＳｉＮ膜や半導体膜におけるＳｉＮ層との密着性に優れると共に、エッチング時に良好にテーパ状にエッチングできるＣｕ合金膜を提供する。
【解決手段】絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記ＳｉＮ膜やＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、前記第一層は、窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１〜０．５原子％、および／または、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１〜０．３原子％含み、かつ前記第一層の膜厚が２〜１００ｎｍである表示装置用Ｃｕ合金膜。
【解決手段】絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記ＳｉＮ膜やＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、前記第一層は、窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１〜０．５原子％、および／または、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１〜０．３原子％含み、かつ前記第一層の膜厚が２〜１００ｎｍである表示装置用Ｃｕ合金膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置およびこれに用いるＣｕ合金膜に関するものであり、特に、表示装置の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」という場合がある。）において、絶縁膜や半導体膜（ＳｉＮ膜）との密着性に優れたＣｕ合金膜、および該Ｃｕ合金膜が上記ＴＦＴに用いられた、例えば液晶ディスプレイ（液晶表示装置）、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（表示装置）に関する。以下では、表示装置のうち液晶表示装置を例に説明するが、これに限定する意図ではない。
【背景技術】
【０００２】
小型の携帯電話から、１００インチを超す大型のテレビに至るまで様々な分野に用いられる液晶表示装置は、ＴＦＴをスイッチング素子とし、透明画素電極と、ゲート配線およびソース−ドレイン配線等の配線部と、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）などの半導体膜を備えたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対して所定の間隔をおいて対向配置され共通電極を備えた対向基板と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に充填された液晶層から構成されている。
【０００３】
ＴＦＴ基板において、ゲート配線やソース−ドレイン配線などの配線には、純ＡｌやＡｌ合金などのＡｌ系材料が使用されている。しかしながら、近年は、液晶ディスプレイの大型化や動作周波数が６０ｋＨｚから１２０ｋＨｚへと変更する等の事情により、配線の電気抵抗の更なる低減が必須課題となっており、より小さい電気抵抗を示す配線材料へのニーズが高まっている。そこで、テレビ用途の大型パネルを中心に、純ＡｌやＡｌ合金などのＡｌ系材料に比べて電気抵抗率が小さく、また、ヒロック耐性に優れたＣｕ系材料が注目されている（金属（バルク材）の室温における電気抵抗率は、純Ａｌが２．７×１０−６Ω・ｃｍであるのに対し、純Ｃｕは１．８×１０−６Ω・ｃｍと低い）。
【０００４】
本願出願人も、例えば特許文献１として、透明電極膜（画素電極）と直接接続した場合に低抵抗を実現できるＣｕ合金膜を提案している。
【０００５】
しかし、Ｃｕ系材料を配線に適用した場合、絶縁膜や半導体膜（ＳｉＮ膜）との密着性がＡｌ系材料よりも劣るという課題がある。液晶ディスプレイのゲート配線はガラス基板上に形成され、またソース−ドレイン配線は絶縁膜上に形成される。液晶ディスプレイの絶縁膜として、通常ＣＶＤ法でＳｉＮ膜が形成されるが、Ｃｕ系材料はこのＳｉＮ膜との密着性が悪く、Ｃｕ系配線がＳｉＮ膜から剥離しやすいため、ソース−ドレイン配線として単独で使用できない、といった問題がある。
【０００６】
また、液晶ディスプレイのソース−ドレイン配線は、一部、半導体膜（ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜やｐ−Ｓｉ（多結晶シリコン）膜）上に形成され、ソース電極やドレイン電極とのオーミック接続が図られる。しかしながら、上記半導体膜とＣｕ系配線を直接接合すると、接合界面でＳｉとＣｕの相互拡散が生じることから界面の電気抵抗率が増加し、コンタクト抵抗値の増大を招く。そこで、半導体膜の表面を窒化させ、極薄の窒化層（ＳｉＮ層）を形成することで、ＳｉとＣｕの相互拡散防止を図ることが提案されている。この場合、上記絶縁膜の場合と同様に、半導体膜における上記ＳｉＮ層とＣｕ系配線の密着性が低く、Ｃｕ系配線をソース−ドレイン配線として単独で使用できない、といった問題がある。
【０００７】
そこでＣｕ系配線と、絶縁膜を構成するＳｉＮ膜や半導体膜におけるＳｉＮ層（以下、「ＳｉＮ膜」と総称することがある）との密着性を向上させるため、Ｃｕ系配線とＳｉＮ膜との間に、高融点金属層（純Ｍｏ層、Ｍｏ−Ｔｉ合金層などのＭｏ含有層）を介した構造が採用されている。例えば特許文献２、３には、Ｃｕ配線と半導体層（ａ−Ｓｉ層）との間に、モリブデン（Ｍｏ）やクロム（Ｃｒ）などの高融点金属層を介在させて、Ｃｕの半導体層への拡散を抑制する技術が示されている。
【０００８】
しかしながら、この様なＣｕ系配線と高融点金属層の２層配線を形成するには、高融点金属層を成膜する工程が更に必要であり、表示装置の製造コストが増大する。さらにＣｕと高融点金属（Ｍｏ等）という異種金属を積層させるため、薬液を用いたウェットエッチングの際に、Ｃｕと高融点金属との界面で腐食が生ずるおそれがある。また、これら異種金属間でエッチングレートに差が生じる場合がある。例えば２層構造における下層のエッチングレートが上層よりも速い場合には、下層がくびれるアンダーカットが生じて、配線断面を望ましい形状（例えばテーパ角が４５〜６０°程度である形状）に形成できないといった問題が生じ得る。更に高融点金属、例えば上記ＣｒやＭｏの電気抵抗率は、Ｃｕよりも高いため（Ｃｒの電気抵抗率：１２．９×１０-6Ω・ｃｍ、Ｍｏの電気抵抗率：１０．０×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｃｕ系配線と高融点金属層の２層配線は、配線電気抵抗増大による信号遅延や電力損失が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７９２６号公報
【特許文献２】特開平７−６６４２３号公報
【特許文献３】特開平８−８４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｃｕ系材料の特徴である低電気抵抗を維持しつつ、ＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつウェットエッチング時にアンダーカットを生じることなく良好にテーパ状にエッチングできる（以下、この様な特性を「ウェットエッチング性に優れた」ということがある）Ｃｕ合金膜、およびこれを、上記Ｍｏ含有層等の高融点金属層を形成させずに単層でＴＦＴ（特には、ＴＦＴのソース−ドレイン配線）に用いた、例えば液晶表示装置（液晶ディスプレイ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（表示装置）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し得た本発明の表示装置用Ｃｕ合金膜は、絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、
前記第一層は、
窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下（Ｘ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下（Ｚ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；
を含むものであり、かつ前記第一層の膜厚が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるところに特徴を有する。
【００１２】
前記第二層は、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下（Ｘ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下（Ｚ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；
を含み、かつ窒素含有量が０．０１原子％以下（０原子％を含む）であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、前記Ｃｕ合金膜が、薄膜トランジスタに用いられているところに特徴を有する表示装置も含む。
【００１４】
前記表示装置として、前記Ｃｕ合金膜が、該薄膜トランジスタ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、かつ絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層に直接接触した形態のものであれば、該Ｃｕ合金膜の効果が存分に発揮されるので好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＣｕ合金膜は、特定の成分組成のＣｕ合金を選択し、かつ、このＣｕ合金膜においてＳｉＮ膜と直接接触する第一層を、特定濃度の窒素を含む層としているため、液晶ディスプレイの大型化や動作周波数の高域化に対応できる低電気抵抗を維持しつつ、配線膜を厚膜化した場合でもＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつ優れたエッチング特性（特には、ウェットエッチング性）を発揮する。
【００１６】
本発明のＣｕ合金膜は、上記の通り、ＳｉＮ膜との密着性に優れているので、表示装置（例えば液晶ディスプレイ）の特にソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に適用したときに、絶縁膜や半導体膜上に直接蒸着でき、上記Ｍｏ含有層等の高融点金属層を形成せずに単層で用いることができる。よって、上記高融点金属層の形成工程を省略でき、高性能の表示装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度と第一層中の窒素含有量の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、実施例で測定するアンダーカット量を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、Ｃｕ系材料の特徴である低電気抵抗を維持しつつ、ＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつウェットエッチング性にも優れたＣｕ合金膜、およびこれをＴＦＴに用いた表示装置を実現すべく鋭意研究を行った。
【００１９】
特にＣｕ系配線とＳｉＮ膜との密着性を高めるべく検討を行ったところ、Ｃｕ系配線を構成するＣｕ合金膜を、ＳｉＮ膜と直接接触する第一層および、該第一層上（この場合の「上」は直上およびその他の層を介在させた場合を含む意味である。）の第二層を含むものとし、かつ、上記第一層の合金成分組成と、含有させる窒素量を制御すればよいことを見出した。以下では、まず本発明のＣｕ合金膜の第一層について詳述する。
【００２０】
〔第一層中の合金成分およびその含有量について〕
まず本発明者らは、Ｃｕ系配線とＳｉＮ膜との密着性を改善するには、ＣｕとＳｉＮを、ＣｕとＳｉが相互拡散しない程度に反応させて、化学的な結合（ＣｕとＳｉをＮを介して結合）を形成させることが望ましい、と考えた。その理由は、「化学的な結合」の方が、「物理吸着などによる物理的な結合」よりも結合エネルギー（結合力）が大きいため、界面でより強い密着力を発揮できると考えられるからである。
【００２１】
しかし、ＣｕとＮとの親和力は、ＳｉとＮとの親和力よりも小さく、ＣｕとＳｉＮを接合させてもＣｕとＮは化学的な結合を形成しないため、Ｃｕ配線はＳｉＮ膜との密着性に劣る。
【００２２】
そこで、ＳｉＮ膜との密着性を向上させることのできる合金元素について検討したところ、本発明では、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗを合金元素としてＣｕに添加すればよいことがわかった。これらの合金元素は、窒素との親和性が強く（窒化物を形成しやすく）、またＣｕと同等以上の拡散係数を有する元素であり、Ｃｕ／ＳｉＮの界面で窒素を介した結合（Ｓｉ−Ｎ−上記合金元素）を形成可能にして、ＳｉＮ膜との密着性を向上させることができる。
【００２３】
上記効果を発揮させるには、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上（好ましくは０．１５原子％以上）、および／または、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上（好ましくは０．１５原子％以上）含有させる。
【００２４】
一方、これらの元素の含有量が多いほど、ＳｉＮ膜との密着性は向上するが、電気抵抗率が増加する。本発明では、ＳｉＮ膜との密着性を向上させると共にＣｕ合金膜の電気抵抗率を低く抑えるため、上記Ｘ元素の場合には、０．５原子％以下（好ましくは０．３原子％以下）とし、上記Ｚ元素の場合には、０．３原子％以下（好ましくは０．２原子％以下）とする。
【００２５】
この様にＸ元素とＺ元素で含有量の上限が異なるのは、Ｘ元素群（Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ）とＺ元素群（Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ）で、Ｃｕに添加した際の電気抵抗増加寄与率が異なるためである。
【００２６】
Ｘ元素としては、Ｎｉ、Ａｌ、ＺｎおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素が好ましく、また、Ｚ元素としては、Ｇｅおよび／またはＷが好ましい。
【００２７】
〔第一層中の窒素およびその含有量について〕
本発明のＣｕ合金膜における第一層は、窒素（Ｎ）を０．４原子％以上５．０原子％未満含むものでもある。
【００２８】
窒素を添加することで、後述する通りスパッタリング法で形成したときに、第一層の結晶粒を微細にすることができ、その結果、ＳｉＮ膜との界面にかかる応力を低減でき、実効的な密着性の向上を図ることができる。この様な効果を発揮させるため、本発明では、第一層を、窒素が０．４原子％以上含むものとする。好ましくは１．０原子％以上である。
【００２９】
しかし、第一層の窒素含有量を５．０原子％以上にしても結晶粒微細化効果は飽和する。また、第一層に含まれる窒素は、上記Ｘ元素やＺ元素ほどは電気抵抗率に影響を与えないが、窒素含有量が過剰になると、電気抵抗率が増加する傾向にある。更に、窒素含有量が多くなると、ウェットエッチング時にアンダーカットが生じやすくなる。また、第一層の窒素含有量を５．０原子％以上にするには、成膜時に、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度を４０体積％以上としたガスを用いてスパッタリングする必要があるが、このようなスパッタリングガスの高窒素化は、相対的にスパッタリングガス中のＡｒ量の低下を招き、スパッタリング収率を低下させてＣｕ合金膜の生産性低下を招く。よって、第一層の窒素含有量は５．０原子％未満とする。好ましくは３．０原子％以下、より好ましくは２．５原子％未満である。
【００３０】
第一層の上記成分以外の残部は、Ｃｕおよび不可避不純物である。
【００３１】
〔第二層について〕
次に、本発明のＣｕ合金膜の第二層について述べる。本発明は、第二層の成分組成を厳密に限定するものではないが、低電気抵抗の配線を実現する観点、および一連の製造工程で簡便に成膜する観点から、第二層は、第一層と窒素以外の成分が同じＣｕ合金からなるものが好ましい。また、この様に第一層と合金成分組成を同じとすることで、第一層と第二層のエッチングレートの違いによるアンダーカットの発生を防止でき、良好にエッチングすることができるため好ましい。
【００３２】
上記理由により、第二層の成分組成は、
・Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上（より好ましくは０．１５原子％以上）０．５原子％以下（より好ましくは０．３原子％以下）；および／または、
・Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上（より好ましくは０．１５原子％以上）０．３原子％以下（より好ましくは０．２原子％以下）；
を含むものであることが好ましい。
【００３３】
Ｘ元素としては、Ｎｉ、Ａｌ、ＺｎおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素が好ましく、また、Ｚ元素としては、Ｇｅおよび／またはＷが好ましい。
【００３４】
第二層は、第一層の様に窒素を積極的に含むものではなく、含まれているとしても不可避不純物レベル：０．０１原子％以下（０原子％を含む）である。第二層の上記成分以外の残部は、Ｃｕおよび不可避不純物である。
【００３５】
〔第一層、第二層の膜厚について〕
前記第一層の膜厚は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。第一層の膜厚が２ｎｍ未満だと、結晶粒微細化によるＳｉＮ膜との界面応力低減効果が不十分であり、ＳｉＮ膜との十分な密着性を確保できないため好ましくない。第一層の膜厚は好ましくは５ｎｍ以上である。
【００３６】
一方、第一層の膜厚が１００ｎｍ超だと、配線断面を望ましいテーパ形状に制御することが難しくなる。窒素を添加した層（第一層）は、窒素を積極的に添加していない層（第二層）に比べてエッチングレートが速いため、第一層の膜厚が厚い場合には、エッチング時にＣｕ合金膜の底部（第一層部分）にアンダーカットが生じやすく、Ｃｕ合金膜を望ましいテーパ形状にパターニングできなくなる。また、この様に第一層の膜厚が厚いと、実効的電気抵抗率が増加する。よって、前記第一層の膜厚は１００ｎｍ以下とする。好ましくは５０ｎｍ以下である。
【００３７】
前記第二層の膜厚は、実効的電気抵抗率の低減の観点から１００ｎｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは２００ｎｍ以上である。
【００３８】
上記第一層は、上記成分組成を満たし、かつ基材側から第二層側に向かって、窒素含有量が減少する深さ方向濃度プロファイルを有する組成傾斜層とすることもできる。この様な組成傾斜層は、例えば、第一層を後記するスパッタリング法で成膜するときに、スパッタリングターゲットをスパッタしたまま、スパッタリングガスを（Ａｒ＋Ｎ２）から純Ａｒへ徐々に切り替えることによって形成することができる。
【００３９】
〔本発明のＣｕ合金膜の形成方法〕
上記Ｃｕ合金膜の形成には、スパッタリング法を採用することが望ましい。スパッタリング法とは、真空中にＡｒ等の不活性ガスを導入し、基板とスパッタリングターゲット（以後、ターゲットという場合がある）との間でプラズマ放電を形成し、該プラズマ放電によりイオン化したＡｒ等を上記ターゲットに衝突させて、該ターゲットの原子をたたき出し基板上に堆積させて薄膜を作製する方法である。
【００４０】
窒素含有量が０．４原子％以上５．０原子％未満である第一層を上記スパッタリング法で形成するには、下記に示す窒素濃度が５体積％以上４０体積％未満であるスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）を用いてスパッタリングすることが望ましい（詳細は、後述する実施例にて示す）。該スパッタリングガスを用いて形成することで、第一層の結晶粒が微細化し、ＳｉＮ膜との界面にかかる応力を低減できて、実効的な密着性の向上を図ることができる。
【００４１】
スパッタリングには、所望の第一層または第二層とおおむね同じ合金組成のＣｕ合金スパッタリングターゲットを用い、第一層の形成には、上記窒素濃度のスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）を用いて成膜し、第二層の形成には、Ａｒガスのみを用いて成膜することが挙げられる。尚、成膜時に使用するスパッタリングガスを構成するガスとしてＡｒを代表例に挙げたが、Ａｒの代わりにＸｅ等の他の希ガスで実施することも可能である。
【００４２】
スパッタリングターゲットの組成と、スパッタリング法により成膜したＣｕ合金膜（Ｃｕ合金配線）の組成は、わずかに異なる場合がある。しかし、その組成の「ずれ」は、合金濃度の概ね数％以下であり、スパッタリングターゲットの合金組成（合金濃度）を、所望のＣｕ合金膜の合金組成（合金濃度）の±１０％以内（例えば、Ｘ元素量が０．５原子％の場合、０．５±０．０５原子％）に制御すれば、所定の組成を有するＣｕ合金膜（第一層および第二層）を形成することができる。
【００４３】
本発明のＣｕ合金膜は、表示装置のＴＦＴにおけるソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に用いられることを好ましい形態とする。特にＣｕ合金膜が、該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、かつＣｕ合金膜を構成する第一層が、絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層に直接接触している場合に、本発明の効果が十分に発揮される。
【００４４】
本発明のＣｕ合金膜は、更に、ゲート電極および走査線としても使用できる。この場合、ＴＦＴのＣｕ合金配線の全てを同一成分組成とすることができる。
【００４５】
本発明は、Ｃｕ合金膜の構造・成分組成を特定したところに特徴があり、Ｃｕ合金膜以外の、ＴＦＴ基板や表示装置を構成する要件は、通常用いられるものであれば特に限定されない。例えば、本発明に用いられる透明画素電極（透明導電膜）として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）膜などが挙げられる。
【００４６】
前記Ｃｕ合金膜は、成膜後に熱処理を施してもよい。この熱処理の条件として、例えば温度：２７０〜４５０℃、保持時間：５〜１２０分間の範囲内とすることが挙げられる。また、前記Ｃｕ合金膜形成後の熱履歴（例えば、更にＳｉＮ膜を成膜する工程）が、上記温度・時間を満たすようにしてもよい。
【００４７】
本発明のＣｕ合金膜を備えた表示装置を製造するにあたっては、表示装置の一般的な工程を採用すればよく、例えば、前記特許文献１に記載の製造方法を参照すればよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４９】
（試料の作製）
ガラス基板（コーニング社製 イーグル２０００、直径１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）上に、ＳｉＮ膜を膜厚２００ｎｍとなるよう形成し、更にＳｉＮ膜上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法（第一層と第二層のスパッタリングガス以外の成膜条件は下記の通り）により、表１、表２に示す膜厚（第一層と第二層の合計膜厚はいずれも５００ｎｍ）となるように第一層、第二層の順に成膜した。比較例として、同様の条件で純Ｃｕ膜（単層）も形成した。そして成膜後に、真空雰囲気中にて３５０℃で３０分間保持する熱処理を行い、試料（配線膜）を得た。
【００５０】
尚、純Ｃｕ膜の形成には、純Ｃｕをスパッタリングターゲットに用いた。また、種々の合金成分のＣｕ合金膜の形成には、純Ｃｕスパッタリングターゲット上にＣｕ以外の合金元素を含むチップを設置したターゲットを用いた。
【００５１】
（成膜条件）
・背圧：１．０×１０−６Ｔｏｒｒ以下
・Ａｒガス圧：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
・Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
・スパッタパワー：３．２Ｗ／ｃｍ２
・極間距離：５０ｍｍ
・基板温度：室温
【００５２】
成膜時に使用するスパッタリングガスとして、上記第二層の形成には純Ａｒを用いた。また第一層の形成にはＡｒとＮ２の混合ガスを用いた。第一層中の窒素含有量の制御において、スパッタリングガスのＡｒとＮ２の混合比率は、ＡｒとＮ２の分圧で設定し、ＡｒとＮ２の分圧比はＡｒとＮ２の流量比で設定した。
【００５３】
上記の様にして得られた試料について、下記の測定を行った。
【００５４】
（１）Ｃｕ合金膜の成分分析
第一層中の窒素含有量は、上記方法で、第一層のみを成膜した試料を別途作製し、この試料の第一層中の窒素含有量を、「インドフェノール吸光光度法」により定量分析して求めた。
【００５５】
また、用いたスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度と前記第一層中の窒素含有量との関係を調べた。その結果を図１に示す。この図１から、第一層中の窒素含有量を０．４原子％以上５．０原子％未満とするには、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度を５体積％以上４０体積％未満とすればよいことが分かる。
【００５６】
第一層の窒素以外の成分および第二層の成分は、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所製のＩＣＰ発光分光分析装置「ＩＣＰ−８０００型」）を用い、定量分析して確認した。
【００５７】
尚、第二層は、上述の通り、窒素を含むスパッタリングガスを用いて成膜しておらず、第二層中の窒素含有量は、不可避不純物レベル（０．０１原子％以下）である。
【００５８】
（２）ＳｉＮ膜との密着性の評価
配線膜とＳｉＮ膜との密着性を評価するため、以下のようなテープによる剥離試験を行った。
【００５９】
上記熱処理を施した試料、およびスパッタリング直後（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ状態、ａｓ−ｄｅｐｏ．）の試料の成膜表面に、カッター・ナイフを用いて１ｍｍ間隔で碁盤目状の切り込みを入れた。次いで、３Ｍ社製黒色ポリエステルテープ（製品番号８４２２Ｂ）を上記成膜表面上にしっかりと貼り付け、上記テープの引き剥がし角度が６０°になるように保持しつつ、上記テープを一挙に引き剥がして、上記テープにより剥離した碁盤目の区画数をカウントし、全区画との比率（剥離率）を求めた。この評価では、剥離率が小さいほど密着性に優れることを示している。本発明においては、剥離率が２０％未満の場合を○（密着性に優れる）、剥離率が２０％以上の場合を×（密着性に劣る）と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６０】
（３）電気抵抗率の測定
上記熱処理を施した試料（配線膜）に対して、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングを施し、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのストライプ状パターン（電気抵抗率測定用パターン）に加工してから、該パターンの電気抵抗率を、プローバーを使用した直流４探針法で室温にて測定した。そして、上記熱処理後の電気抵抗率が４．０μΩ・ｃｍ未満の場合を○、４．０μΩ・ｃｍ以上の場合を×と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６１】
（４）ウェットエッチング性の評価
上記熱処理を施した試料（配線膜）に対して、１０μｍ幅のラインアンドスペースを持つストライプパターンを形成すべくフォトリソグラフィーを行い、りん酸：硝酸：水＝７５：５：２０の混酸エッチャントを用いてエッチングを行った。そして、エッチングした試料の配線膜断面をＳＥＭで観察し、図２に示すアンダーカット量（アンダーカット深さ）を測定し、該アンダーカット量が１．０μｍ未満の場合をアンダーカットなしとして○、１．０μｍ以上の場合をアンダーカットありとして×と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
表１および表２より次の様に考察できる。表１、表２のＮｏ．６、７、１０、１１および１７〜３１のＣｕ合金膜は、本発明で規定する要件を満たしているため、ＳｉＮ膜との密着性に優れると共に、低電気抵抗率を示し、かつウェットエッチング性にも優れていることがわかる。
【００６５】
これに対し、Ｎｏ．１は純Ｃｕ膜の単層であるため、ＳｉＮ膜との密着性が悪くなっている。
【００６６】
Ｎｏ．２〜４は、積層構造を有する膜であるが、第一層が規定のＸ元素またはＺ元素を含むものではないため、ＳｉＮ膜との密着性が悪くなっている。またＮｏ．４は、窒素含有量が多いため、ウェットエッチング時にアンダーカットが生じたものと思われる。
【００６７】
またＮｏ．５は、第一層がＸ元素（Ｎｉ）を含むものであるが、その含有量が不足しているため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００６８】
Ｎｏ．８は、第一層がＸ元素（Ｎｉ）を含むものであるが、その含有量が過剰であるため、電気抵抗率が高くなった。
【００６９】
Ｎｏ．９は、第一層の膜厚が薄すぎるため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００７０】
Ｎｏ．１２は、第一層の膜厚が厚すぎるため、電気抵抗率が高くなった。尚、Ｎｏ．１２は、第一層の膜厚が厚いが、窒素含有量が少なめであるため、著しいアンダーカットが生じなかったものと思われる。
【００７１】
Ｎｏ．１３〜１５は、第一層の窒素含有量が少ないため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００７２】
尚、Ｎｏ．１６は、第一層の窒素含有量が比較的多めであるため、電気抵抗率が高く、かつアンダーカットが生じたものと思われる。
【００７３】
Ｎｏ．３２は、配線膜中に含まれる合金元素（Ｂｉ）が、本発明で規定外の元素であるため、ＳｉＮ膜との密着性向上を図ることができなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置およびこれに用いるＣｕ合金膜に関するものであり、特に、表示装置の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」という場合がある。）において、絶縁膜や半導体膜（ＳｉＮ膜）との密着性に優れたＣｕ合金膜、および該Ｃｕ合金膜が上記ＴＦＴに用いられた、例えば液晶ディスプレイ（液晶表示装置）、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（表示装置）に関する。以下では、表示装置のうち液晶表示装置を例に説明するが、これに限定する意図ではない。
【背景技術】
【０００２】
小型の携帯電話から、１００インチを超す大型のテレビに至るまで様々な分野に用いられる液晶表示装置は、ＴＦＴをスイッチング素子とし、透明画素電極と、ゲート配線およびソース−ドレイン配線等の配線部と、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）などの半導体膜を備えたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対して所定の間隔をおいて対向配置され共通電極を備えた対向基板と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に充填された液晶層から構成されている。
【０００３】
ＴＦＴ基板において、ゲート配線やソース−ドレイン配線などの配線には、純ＡｌやＡｌ合金などのＡｌ系材料が使用されている。しかしながら、近年は、液晶ディスプレイの大型化や動作周波数が６０ｋＨｚから１２０ｋＨｚへと変更する等の事情により、配線の電気抵抗の更なる低減が必須課題となっており、より小さい電気抵抗を示す配線材料へのニーズが高まっている。そこで、テレビ用途の大型パネルを中心に、純ＡｌやＡｌ合金などのＡｌ系材料に比べて電気抵抗率が小さく、また、ヒロック耐性に優れたＣｕ系材料が注目されている（金属（バルク材）の室温における電気抵抗率は、純Ａｌが２．７×１０−６Ω・ｃｍであるのに対し、純Ｃｕは１．８×１０−６Ω・ｃｍと低い）。
【０００４】
本願出願人も、例えば特許文献１として、透明電極膜（画素電極）と直接接続した場合に低抵抗を実現できるＣｕ合金膜を提案している。
【０００５】
しかし、Ｃｕ系材料を配線に適用した場合、絶縁膜や半導体膜（ＳｉＮ膜）との密着性がＡｌ系材料よりも劣るという課題がある。液晶ディスプレイのゲート配線はガラス基板上に形成され、またソース−ドレイン配線は絶縁膜上に形成される。液晶ディスプレイの絶縁膜として、通常ＣＶＤ法でＳｉＮ膜が形成されるが、Ｃｕ系材料はこのＳｉＮ膜との密着性が悪く、Ｃｕ系配線がＳｉＮ膜から剥離しやすいため、ソース−ドレイン配線として単独で使用できない、といった問題がある。
【０００６】
また、液晶ディスプレイのソース−ドレイン配線は、一部、半導体膜（ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜やｐ−Ｓｉ（多結晶シリコン）膜）上に形成され、ソース電極やドレイン電極とのオーミック接続が図られる。しかしながら、上記半導体膜とＣｕ系配線を直接接合すると、接合界面でＳｉとＣｕの相互拡散が生じることから界面の電気抵抗率が増加し、コンタクト抵抗値の増大を招く。そこで、半導体膜の表面を窒化させ、極薄の窒化層（ＳｉＮ層）を形成することで、ＳｉとＣｕの相互拡散防止を図ることが提案されている。この場合、上記絶縁膜の場合と同様に、半導体膜における上記ＳｉＮ層とＣｕ系配線の密着性が低く、Ｃｕ系配線をソース−ドレイン配線として単独で使用できない、といった問題がある。
【０００７】
そこでＣｕ系配線と、絶縁膜を構成するＳｉＮ膜や半導体膜におけるＳｉＮ層（以下、「ＳｉＮ膜」と総称することがある）との密着性を向上させるため、Ｃｕ系配線とＳｉＮ膜との間に、高融点金属層（純Ｍｏ層、Ｍｏ−Ｔｉ合金層などのＭｏ含有層）を介した構造が採用されている。例えば特許文献２、３には、Ｃｕ配線と半導体層（ａ−Ｓｉ層）との間に、モリブデン（Ｍｏ）やクロム（Ｃｒ）などの高融点金属層を介在させて、Ｃｕの半導体層への拡散を抑制する技術が示されている。
【０００８】
しかしながら、この様なＣｕ系配線と高融点金属層の２層配線を形成するには、高融点金属層を成膜する工程が更に必要であり、表示装置の製造コストが増大する。さらにＣｕと高融点金属（Ｍｏ等）という異種金属を積層させるため、薬液を用いたウェットエッチングの際に、Ｃｕと高融点金属との界面で腐食が生ずるおそれがある。また、これら異種金属間でエッチングレートに差が生じる場合がある。例えば２層構造における下層のエッチングレートが上層よりも速い場合には、下層がくびれるアンダーカットが生じて、配線断面を望ましい形状（例えばテーパ角が４５〜６０°程度である形状）に形成できないといった問題が生じ得る。更に高融点金属、例えば上記ＣｒやＭｏの電気抵抗率は、Ｃｕよりも高いため（Ｃｒの電気抵抗率：１２．９×１０-6Ω・ｃｍ、Ｍｏの電気抵抗率：１０．０×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｃｕ系配線と高融点金属層の２層配線は、配線電気抵抗増大による信号遅延や電力損失が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７９２６号公報
【特許文献２】特開平７−６６４２３号公報
【特許文献３】特開平８−８４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｃｕ系材料の特徴である低電気抵抗を維持しつつ、ＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつウェットエッチング時にアンダーカットを生じることなく良好にテーパ状にエッチングできる（以下、この様な特性を「ウェットエッチング性に優れた」ということがある）Ｃｕ合金膜、およびこれを、上記Ｍｏ含有層等の高融点金属層を形成させずに単層でＴＦＴ（特には、ＴＦＴのソース−ドレイン配線）に用いた、例えば液晶表示装置（液晶ディスプレイ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（表示装置）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し得た本発明の表示装置用Ｃｕ合金膜は、絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、
前記第一層は、
窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下（Ｘ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下（Ｚ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；
を含むものであり、かつ前記第一層の膜厚が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるところに特徴を有する。
【００１２】
前記第二層は、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下（Ｘ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下（Ｚ元素が複数の元素からなる場合は合計量をいう。以下同じ）；
を含み、かつ窒素含有量が０．０１原子％以下（０原子％を含む）であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、前記Ｃｕ合金膜が、薄膜トランジスタに用いられているところに特徴を有する表示装置も含む。
【００１４】
前記表示装置として、前記Ｃｕ合金膜が、該薄膜トランジスタ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、かつ絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層に直接接触した形態のものであれば、該Ｃｕ合金膜の効果が存分に発揮されるので好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＣｕ合金膜は、特定の成分組成のＣｕ合金を選択し、かつ、このＣｕ合金膜においてＳｉＮ膜と直接接触する第一層を、特定濃度の窒素を含む層としているため、液晶ディスプレイの大型化や動作周波数の高域化に対応できる低電気抵抗を維持しつつ、配線膜を厚膜化した場合でもＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつ優れたエッチング特性（特には、ウェットエッチング性）を発揮する。
【００１６】
本発明のＣｕ合金膜は、上記の通り、ＳｉＮ膜との密着性に優れているので、表示装置（例えば液晶ディスプレイ）の特にソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に適用したときに、絶縁膜や半導体膜上に直接蒸着でき、上記Ｍｏ含有層等の高融点金属層を形成せずに単層で用いることができる。よって、上記高融点金属層の形成工程を省略でき、高性能の表示装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度と第一層中の窒素含有量の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、実施例で測定するアンダーカット量を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、Ｃｕ系材料の特徴である低電気抵抗を維持しつつ、ＳｉＮ膜との密着性に優れ、かつウェットエッチング性にも優れたＣｕ合金膜、およびこれをＴＦＴに用いた表示装置を実現すべく鋭意研究を行った。
【００１９】
特にＣｕ系配線とＳｉＮ膜との密着性を高めるべく検討を行ったところ、Ｃｕ系配線を構成するＣｕ合金膜を、ＳｉＮ膜と直接接触する第一層および、該第一層上（この場合の「上」は直上およびその他の層を介在させた場合を含む意味である。）の第二層を含むものとし、かつ、上記第一層の合金成分組成と、含有させる窒素量を制御すればよいことを見出した。以下では、まず本発明のＣｕ合金膜の第一層について詳述する。
【００２０】
〔第一層中の合金成分およびその含有量について〕
まず本発明者らは、Ｃｕ系配線とＳｉＮ膜との密着性を改善するには、ＣｕとＳｉＮを、ＣｕとＳｉが相互拡散しない程度に反応させて、化学的な結合（ＣｕとＳｉをＮを介して結合）を形成させることが望ましい、と考えた。その理由は、「化学的な結合」の方が、「物理吸着などによる物理的な結合」よりも結合エネルギー（結合力）が大きいため、界面でより強い密着力を発揮できると考えられるからである。
【００２１】
しかし、ＣｕとＮとの親和力は、ＳｉとＮとの親和力よりも小さく、ＣｕとＳｉＮを接合させてもＣｕとＮは化学的な結合を形成しないため、Ｃｕ配線はＳｉＮ膜との密着性に劣る。
【００２２】
そこで、ＳｉＮ膜との密着性を向上させることのできる合金元素について検討したところ、本発明では、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗを合金元素としてＣｕに添加すればよいことがわかった。これらの合金元素は、窒素との親和性が強く（窒化物を形成しやすく）、またＣｕと同等以上の拡散係数を有する元素であり、Ｃｕ／ＳｉＮの界面で窒素を介した結合（Ｓｉ−Ｎ−上記合金元素）を形成可能にして、ＳｉＮ膜との密着性を向上させることができる。
【００２３】
上記効果を発揮させるには、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上（好ましくは０．１５原子％以上）、および／または、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上（好ましくは０．１５原子％以上）含有させる。
【００２４】
一方、これらの元素の含有量が多いほど、ＳｉＮ膜との密着性は向上するが、電気抵抗率が増加する。本発明では、ＳｉＮ膜との密着性を向上させると共にＣｕ合金膜の電気抵抗率を低く抑えるため、上記Ｘ元素の場合には、０．５原子％以下（好ましくは０．３原子％以下）とし、上記Ｚ元素の場合には、０．３原子％以下（好ましくは０．２原子％以下）とする。
【００２５】
この様にＸ元素とＺ元素で含有量の上限が異なるのは、Ｘ元素群（Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ）とＺ元素群（Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ）で、Ｃｕに添加した際の電気抵抗増加寄与率が異なるためである。
【００２６】
Ｘ元素としては、Ｎｉ、Ａｌ、ＺｎおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素が好ましく、また、Ｚ元素としては、Ｇｅおよび／またはＷが好ましい。
【００２７】
〔第一層中の窒素およびその含有量について〕
本発明のＣｕ合金膜における第一層は、窒素（Ｎ）を０．４原子％以上５．０原子％未満含むものでもある。
【００２８】
窒素を添加することで、後述する通りスパッタリング法で形成したときに、第一層の結晶粒を微細にすることができ、その結果、ＳｉＮ膜との界面にかかる応力を低減でき、実効的な密着性の向上を図ることができる。この様な効果を発揮させるため、本発明では、第一層を、窒素が０．４原子％以上含むものとする。好ましくは１．０原子％以上である。
【００２９】
しかし、第一層の窒素含有量を５．０原子％以上にしても結晶粒微細化効果は飽和する。また、第一層に含まれる窒素は、上記Ｘ元素やＺ元素ほどは電気抵抗率に影響を与えないが、窒素含有量が過剰になると、電気抵抗率が増加する傾向にある。更に、窒素含有量が多くなると、ウェットエッチング時にアンダーカットが生じやすくなる。また、第一層の窒素含有量を５．０原子％以上にするには、成膜時に、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度を４０体積％以上としたガスを用いてスパッタリングする必要があるが、このようなスパッタリングガスの高窒素化は、相対的にスパッタリングガス中のＡｒ量の低下を招き、スパッタリング収率を低下させてＣｕ合金膜の生産性低下を招く。よって、第一層の窒素含有量は５．０原子％未満とする。好ましくは３．０原子％以下、より好ましくは２．５原子％未満である。
【００３０】
第一層の上記成分以外の残部は、Ｃｕおよび不可避不純物である。
【００３１】
〔第二層について〕
次に、本発明のＣｕ合金膜の第二層について述べる。本発明は、第二層の成分組成を厳密に限定するものではないが、低電気抵抗の配線を実現する観点、および一連の製造工程で簡便に成膜する観点から、第二層は、第一層と窒素以外の成分が同じＣｕ合金からなるものが好ましい。また、この様に第一層と合金成分組成を同じとすることで、第一層と第二層のエッチングレートの違いによるアンダーカットの発生を防止でき、良好にエッチングすることができるため好ましい。
【００３２】
上記理由により、第二層の成分組成は、
・Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上（より好ましくは０．１５原子％以上）０．５原子％以下（より好ましくは０．３原子％以下）；および／または、
・Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上（より好ましくは０．１５原子％以上）０．３原子％以下（より好ましくは０．２原子％以下）；
を含むものであることが好ましい。
【００３３】
Ｘ元素としては、Ｎｉ、Ａｌ、ＺｎおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素が好ましく、また、Ｚ元素としては、Ｇｅおよび／またはＷが好ましい。
【００３４】
第二層は、第一層の様に窒素を積極的に含むものではなく、含まれているとしても不可避不純物レベル：０．０１原子％以下（０原子％を含む）である。第二層の上記成分以外の残部は、Ｃｕおよび不可避不純物である。
【００３５】
〔第一層、第二層の膜厚について〕
前記第一層の膜厚は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。第一層の膜厚が２ｎｍ未満だと、結晶粒微細化によるＳｉＮ膜との界面応力低減効果が不十分であり、ＳｉＮ膜との十分な密着性を確保できないため好ましくない。第一層の膜厚は好ましくは５ｎｍ以上である。
【００３６】
一方、第一層の膜厚が１００ｎｍ超だと、配線断面を望ましいテーパ形状に制御することが難しくなる。窒素を添加した層（第一層）は、窒素を積極的に添加していない層（第二層）に比べてエッチングレートが速いため、第一層の膜厚が厚い場合には、エッチング時にＣｕ合金膜の底部（第一層部分）にアンダーカットが生じやすく、Ｃｕ合金膜を望ましいテーパ形状にパターニングできなくなる。また、この様に第一層の膜厚が厚いと、実効的電気抵抗率が増加する。よって、前記第一層の膜厚は１００ｎｍ以下とする。好ましくは５０ｎｍ以下である。
【００３７】
前記第二層の膜厚は、実効的電気抵抗率の低減の観点から１００ｎｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは２００ｎｍ以上である。
【００３８】
上記第一層は、上記成分組成を満たし、かつ基材側から第二層側に向かって、窒素含有量が減少する深さ方向濃度プロファイルを有する組成傾斜層とすることもできる。この様な組成傾斜層は、例えば、第一層を後記するスパッタリング法で成膜するときに、スパッタリングターゲットをスパッタしたまま、スパッタリングガスを（Ａｒ＋Ｎ２）から純Ａｒへ徐々に切り替えることによって形成することができる。
【００３９】
〔本発明のＣｕ合金膜の形成方法〕
上記Ｃｕ合金膜の形成には、スパッタリング法を採用することが望ましい。スパッタリング法とは、真空中にＡｒ等の不活性ガスを導入し、基板とスパッタリングターゲット（以後、ターゲットという場合がある）との間でプラズマ放電を形成し、該プラズマ放電によりイオン化したＡｒ等を上記ターゲットに衝突させて、該ターゲットの原子をたたき出し基板上に堆積させて薄膜を作製する方法である。
【００４０】
窒素含有量が０．４原子％以上５．０原子％未満である第一層を上記スパッタリング法で形成するには、下記に示す窒素濃度が５体積％以上４０体積％未満であるスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）を用いてスパッタリングすることが望ましい（詳細は、後述する実施例にて示す）。該スパッタリングガスを用いて形成することで、第一層の結晶粒が微細化し、ＳｉＮ膜との界面にかかる応力を低減できて、実効的な密着性の向上を図ることができる。
【００４１】
スパッタリングには、所望の第一層または第二層とおおむね同じ合金組成のＣｕ合金スパッタリングターゲットを用い、第一層の形成には、上記窒素濃度のスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）を用いて成膜し、第二層の形成には、Ａｒガスのみを用いて成膜することが挙げられる。尚、成膜時に使用するスパッタリングガスを構成するガスとしてＡｒを代表例に挙げたが、Ａｒの代わりにＸｅ等の他の希ガスで実施することも可能である。
【００４２】
スパッタリングターゲットの組成と、スパッタリング法により成膜したＣｕ合金膜（Ｃｕ合金配線）の組成は、わずかに異なる場合がある。しかし、その組成の「ずれ」は、合金濃度の概ね数％以下であり、スパッタリングターゲットの合金組成（合金濃度）を、所望のＣｕ合金膜の合金組成（合金濃度）の±１０％以内（例えば、Ｘ元素量が０．５原子％の場合、０．５±０．０５原子％）に制御すれば、所定の組成を有するＣｕ合金膜（第一層および第二層）を形成することができる。
【００４３】
本発明のＣｕ合金膜は、表示装置のＴＦＴにおけるソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に用いられることを好ましい形態とする。特にＣｕ合金膜が、該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、かつＣｕ合金膜を構成する第一層が、絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層に直接接触している場合に、本発明の効果が十分に発揮される。
【００４４】
本発明のＣｕ合金膜は、更に、ゲート電極および走査線としても使用できる。この場合、ＴＦＴのＣｕ合金配線の全てを同一成分組成とすることができる。
【００４５】
本発明は、Ｃｕ合金膜の構造・成分組成を特定したところに特徴があり、Ｃｕ合金膜以外の、ＴＦＴ基板や表示装置を構成する要件は、通常用いられるものであれば特に限定されない。例えば、本発明に用いられる透明画素電極（透明導電膜）として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）膜などが挙げられる。
【００４６】
前記Ｃｕ合金膜は、成膜後に熱処理を施してもよい。この熱処理の条件として、例えば温度：２７０〜４５０℃、保持時間：５〜１２０分間の範囲内とすることが挙げられる。また、前記Ｃｕ合金膜形成後の熱履歴（例えば、更にＳｉＮ膜を成膜する工程）が、上記温度・時間を満たすようにしてもよい。
【００４７】
本発明のＣｕ合金膜を備えた表示装置を製造するにあたっては、表示装置の一般的な工程を採用すればよく、例えば、前記特許文献１に記載の製造方法を参照すればよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４９】
（試料の作製）
ガラス基板（コーニング社製 イーグル２０００、直径１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）上に、ＳｉＮ膜を膜厚２００ｎｍとなるよう形成し、更にＳｉＮ膜上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法（第一層と第二層のスパッタリングガス以外の成膜条件は下記の通り）により、表１、表２に示す膜厚（第一層と第二層の合計膜厚はいずれも５００ｎｍ）となるように第一層、第二層の順に成膜した。比較例として、同様の条件で純Ｃｕ膜（単層）も形成した。そして成膜後に、真空雰囲気中にて３５０℃で３０分間保持する熱処理を行い、試料（配線膜）を得た。
【００５０】
尚、純Ｃｕ膜の形成には、純Ｃｕをスパッタリングターゲットに用いた。また、種々の合金成分のＣｕ合金膜の形成には、純Ｃｕスパッタリングターゲット上にＣｕ以外の合金元素を含むチップを設置したターゲットを用いた。
【００５１】
（成膜条件）
・背圧：１．０×１０−６Ｔｏｒｒ以下
・Ａｒガス圧：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
・Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
・スパッタパワー：３．２Ｗ／ｃｍ２
・極間距離：５０ｍｍ
・基板温度：室温
【００５２】
成膜時に使用するスパッタリングガスとして、上記第二層の形成には純Ａｒを用いた。また第一層の形成にはＡｒとＮ２の混合ガスを用いた。第一層中の窒素含有量の制御において、スパッタリングガスのＡｒとＮ２の混合比率は、ＡｒとＮ２の分圧で設定し、ＡｒとＮ２の分圧比はＡｒとＮ２の流量比で設定した。
【００５３】
上記の様にして得られた試料について、下記の測定を行った。
【００５４】
（１）Ｃｕ合金膜の成分分析
第一層中の窒素含有量は、上記方法で、第一層のみを成膜した試料を別途作製し、この試料の第一層中の窒素含有量を、「インドフェノール吸光光度法」により定量分析して求めた。
【００５５】
また、用いたスパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度と前記第一層中の窒素含有量との関係を調べた。その結果を図１に示す。この図１から、第一層中の窒素含有量を０．４原子％以上５．０原子％未満とするには、スパッタリングガス（Ａｒ＋Ｎ２）中の窒素濃度を５体積％以上４０体積％未満とすればよいことが分かる。
【００５６】
第一層の窒素以外の成分および第二層の成分は、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所製のＩＣＰ発光分光分析装置「ＩＣＰ−８０００型」）を用い、定量分析して確認した。
【００５７】
尚、第二層は、上述の通り、窒素を含むスパッタリングガスを用いて成膜しておらず、第二層中の窒素含有量は、不可避不純物レベル（０．０１原子％以下）である。
【００５８】
（２）ＳｉＮ膜との密着性の評価
配線膜とＳｉＮ膜との密着性を評価するため、以下のようなテープによる剥離試験を行った。
【００５９】
上記熱処理を施した試料、およびスパッタリング直後（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ状態、ａｓ−ｄｅｐｏ．）の試料の成膜表面に、カッター・ナイフを用いて１ｍｍ間隔で碁盤目状の切り込みを入れた。次いで、３Ｍ社製黒色ポリエステルテープ（製品番号８４２２Ｂ）を上記成膜表面上にしっかりと貼り付け、上記テープの引き剥がし角度が６０°になるように保持しつつ、上記テープを一挙に引き剥がして、上記テープにより剥離した碁盤目の区画数をカウントし、全区画との比率（剥離率）を求めた。この評価では、剥離率が小さいほど密着性に優れることを示している。本発明においては、剥離率が２０％未満の場合を○（密着性に優れる）、剥離率が２０％以上の場合を×（密着性に劣る）と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６０】
（３）電気抵抗率の測定
上記熱処理を施した試料（配線膜）に対して、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングを施し、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのストライプ状パターン（電気抵抗率測定用パターン）に加工してから、該パターンの電気抵抗率を、プローバーを使用した直流４探針法で室温にて測定した。そして、上記熱処理後の電気抵抗率が４．０μΩ・ｃｍ未満の場合を○、４．０μΩ・ｃｍ以上の場合を×と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６１】
（４）ウェットエッチング性の評価
上記熱処理を施した試料（配線膜）に対して、１０μｍ幅のラインアンドスペースを持つストライプパターンを形成すべくフォトリソグラフィーを行い、りん酸：硝酸：水＝７５：５：２０の混酸エッチャントを用いてエッチングを行った。そして、エッチングした試料の配線膜断面をＳＥＭで観察し、図２に示すアンダーカット量（アンダーカット深さ）を測定し、該アンダーカット量が１．０μｍ未満の場合をアンダーカットなしとして○、１．０μｍ以上の場合をアンダーカットありとして×と評価した。その結果を表１、表２に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
表１および表２より次の様に考察できる。表１、表２のＮｏ．６、７、１０、１１および１７〜３１のＣｕ合金膜は、本発明で規定する要件を満たしているため、ＳｉＮ膜との密着性に優れると共に、低電気抵抗率を示し、かつウェットエッチング性にも優れていることがわかる。
【００６５】
これに対し、Ｎｏ．１は純Ｃｕ膜の単層であるため、ＳｉＮ膜との密着性が悪くなっている。
【００６６】
Ｎｏ．２〜４は、積層構造を有する膜であるが、第一層が規定のＸ元素またはＺ元素を含むものではないため、ＳｉＮ膜との密着性が悪くなっている。またＮｏ．４は、窒素含有量が多いため、ウェットエッチング時にアンダーカットが生じたものと思われる。
【００６７】
またＮｏ．５は、第一層がＸ元素（Ｎｉ）を含むものであるが、その含有量が不足しているため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００６８】
Ｎｏ．８は、第一層がＸ元素（Ｎｉ）を含むものであるが、その含有量が過剰であるため、電気抵抗率が高くなった。
【００６９】
Ｎｏ．９は、第一層の膜厚が薄すぎるため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００７０】
Ｎｏ．１２は、第一層の膜厚が厚すぎるため、電気抵抗率が高くなった。尚、Ｎｏ．１２は、第一層の膜厚が厚いが、窒素含有量が少なめであるため、著しいアンダーカットが生じなかったものと思われる。
【００７１】
Ｎｏ．１３〜１５は、第一層の窒素含有量が少ないため、ＳｉＮ膜との密着性に劣るものとなった。
【００７２】
尚、Ｎｏ．１６は、第一層の窒素含有量が比較的多めであるため、電気抵抗率が高く、かつアンダーカットが生じたものと思われる。
【００７３】
Ｎｏ．３２は、配線膜中に含まれる合金元素（Ｂｉ）が、本発明で規定外の元素であるため、ＳｉＮ膜との密着性向上を図ることができなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、
前記第一層は、
窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下、および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下
含むものであり、かつ前記第一層の膜厚は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置用Ｃｕ合金膜。
【請求項２】
前記第二層は、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下、および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下
含み、かつ窒素含有量が０．０１原子％以下（０原子％を含む）である請求項１に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜が、薄膜トランジスタに用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜が、該薄膜トランジスタ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ている請求項３に記載の表示装置。
【請求項１】
絶縁膜および／または半導体膜と直接接触する表示装置用Ｃｕ合金膜であって、該Ｃｕ合金膜は、上記絶縁膜を構成するＳｉＮ膜および／または半導体膜におけるＳｉＮ層と直接接触する第一層と、該第一層上に形成される第二層とを含み、
前記第一層は、
窒素を０．４原子％以上５．０原子％未満含むと共に、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下、および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下
含むものであり、かつ前記第一層の膜厚は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置用Ｃｕ合金膜。
【請求項２】
前記第二層は、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、ＭｎおよびＦｅよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｘ元素）を０．１原子％以上０．５原子％以下、および／または、
Ｇｅ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される１種以上の元素（Ｚ元素）を０．１原子％以上０．３原子％以下
含み、かつ窒素含有量が０．０１原子％以下（０原子％を含む）である請求項１に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜が、薄膜トランジスタに用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の表示装置用Ｃｕ合金膜が、該薄膜トランジスタ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ている請求項３に記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２５８３４７（Ｐ２０１０−２５８３４７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９１４５（Ｐ２００９−１０９１４５）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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