配線層構造及びその製造方法
【課題】半導体基板又はガラス基板の下地基板に対する密着性が高く、下地基板への拡散バリア性に優れ、かつ水素プラズマ耐性に優れた低抵抗な配線層構造、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体又はガラス基板の下地基板１と、下地基板１上に形成された酸素含有Ｃｕ合金層２と、酸素含有Ｃｕ合金層２上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層３と、酸化物層３上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層４と、Ｃｕ合金層４上に形成された、Ｃｕ導電層５とを有する。
【解決手段】半導体又はガラス基板の下地基板１と、下地基板１上に形成された酸素含有Ｃｕ合金層２と、酸素含有Ｃｕ合金層２上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層３と、酸化物層３上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層４と、Ｃｕ合金層４上に形成された、Ｃｕ導電層５とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線層構造の分野に関し、特にトランジスタ等の半導体装置に使用される配線層構造とその配線層構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速駆動及び低コスト化の観点から、ＴＦＴパネル用の配線層として現在主流のＡｌ系配線層よりも抵抗率が低いＣｕ系配線層に期待が集まっている。
【０００３】
しかし、ＣｕはＡｌ等の配線材料と比べて、ガラスやＳｉ等の下地基板材料との密着性が悪く、Ｃｕが下地基板に拡散してしまうという問題がある。
【０００４】
このような問題を克服するため、Ｃｕ合金を酸素雰囲気下でスパッタリングする方法を用いて、ガラス基板又はアモルファスＳｉ基板の上に、Ｃｕ合金層の酸化物層を形成し、その上にＣｕ単体又はＣｕ合金層を形成したＣｕ配線が開発された（例えば、非特許文献１参照）。この配線層では、Ｃｕ単体又はＣｕ合金層が低抵抗を確保し、Ｃｕ合金の酸化物層がＣｕ配線と下地基板との界面の密着性を高めると共にＣｕの下地基板への拡散を防止するバリア層の役目を果たす。
【０００５】
Ｃｕ合金を用いた配線層について種々の添加元素を含有するものが提案されている（特許文献１（国際公開第２００８／０８１８０５号）及び特許文献２（国際公開第２００８／０８１８０６号））。
【０００６】
これらの特許文献には、酸素ガスを導入しつつ純銅ターゲット（またはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙのうち少なくとも一種類が添加されたもの）をスパッタリングして酸素を含有し銅を主成分とするバリア層を成膜した後、酸素ガスの導入を停止して上記ターゲットをスパッタリングし、純銅の低抵抗層を成膜する技術が開示されている。上記のような酸素を含有し銅を主成分とするバリア層は、シリコンやガラスに対する密着性が高く、低抵抗であると共に、バリア層によってシリコン基板への銅拡散も防止される。
【０００７】
上記のようにして形成された配線層においては、レジスト膜に所定のパターンに沿って開口部が形成され、その開口部に露出した配線層の材料を乾式または湿式エッチングで除去することにより、配線層パターンが形成される。これにより、下地層の一部が露出した状態となる。
【０００８】
非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜等の非単結晶半導体薄膜上に上記のようなＣｕ配線層パターンを形成して半導体薄膜の一部を露出させた場合、その露出された半導体薄膜表面にはダングリングボンド（結合の手が空いた状態）が多数存在することが知られている。ダングリングボンドは不安定であるため、一般に、非単結晶半導体薄膜からなる半導体素子（ＴＦＴなど）の作製工程において、配線層パターン（ソース・ドレイン電極など）の形成後に水素プラズマ処理を行ってダングリングボンドを終端し、安定化する。
【０００９】
この水素プラズマ処理の際には、水素イオンが容易に配線層に侵入、貫通してしまい、Ｃｕ合金の酸化物層が還元され、還元された酸素が水素と結合して水（水蒸気）が生成され、それによって界面の剥離が起こり、密着性が劣化する現象が報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１０】
従って、上記のような水素プラズマ処理後に密着性劣化等の不具合を生じさせない、高い水素プラズマ耐性を備えたＣｕ配線層の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００８／０８１８０５号
【特許文献２】国際公開第２００８／０８１８０６号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、日経ＢＰ社、平成２１年１月、２００９年２月９日号、ｐ52-56
【非特許文献２】大西順雄、“［ＦＰＤＩプレビュー］大型ＦＰＤのＴＦＴ配線用新Ｃｕ合金、アルバックと三菱マテリアルが協業して課題を克服”［online］、平成２０年１０月２７日、Ｔｅｃｈ−Ｏｎ、［平成２１年２月１２日検索］、インターネット＜URL(http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20081027/160184/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、半導体又はガラス基板の下地層に対する密着性が高く、下地層への拡散バリア性に優れ、かつ水素プラズマ耐性に優れた低抵抗な配線層構造、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の配線層構造は、半導体基板又はガラス基板の下地基板と、該下地基板上に形成された酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、該酸素含有Ｃｕ層又は該酸素含有Ｃｕ合金層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層と、該酸化物層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層と、を備えたことを特徴とする。ここで、「半導体基板又はガラス基板」には半導体層又はシリカ層を一方の面に備えた基板も含む。
【００１５】
本発明においては、半導体及びガラス基板などの下地基板との密着性を向上させるために設けた、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層との間に、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層が形成される。この酸化物層の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンが酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に進入しにくくなり（水素プラズマ耐性が向上し）、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。
【００１６】
上記酸素含有Ｃｕ合金層は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。また、上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる添加元素は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００１７】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。酸素が１原子％以上であると、下地基板材料との密着性や拡散バリア性が十分なものとなり、酸素が３０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００１８】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層及び酸化物層より上にあるＣｕ合金層は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ｃｕ合金層に含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉの合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００１９】
本発明においては、上記Ｃｕ合金層上に形成されたＣｕ導電層をさらに備えることが望ましい。上記Ｃｕ導電層は、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。
【００２０】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みを有する。また、上記酸化物層は、優れた水素プラズマ耐性を得るためには１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに５ｎｍ程度であることが望ましい。上記酸化物層の厚みが１ｎｍ以上であると、均一な層となり、水素イオンの進入防止の効果が十分得られて優れた水素プラズマ耐性を得ることができ、上記酸化物層の厚みが２０ｎｍ以下であると、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みを有する。上記Ｃｕ導電層は２００ｎｍ〜１０μｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の厚みを有する。
【００２１】
本発明の配線層構造の製造方法は、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタする工程（ａ）と、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｂ）と、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングにより配線層パターンを形成して、前記下地基板の一部を露出させる工程（ｃ）と、水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板表面に存在するダングリングボンドを終端させる工程（ｄ）と、をこの順に備え、前記工程（ｂ）の後で前記工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールを行う工程（ｅ）を、さらに備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタし（工程（ａ））、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタし（工程（ｂ））、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングによって配線層パターンを形成することにより、下地基板の一部が露出される（工程（ｃ））。そして、この状態で、水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板にあるダングリングボンドを終端させ（工程（ｄ））、安定化を行う。また、工程（ｂ）の後で工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールをさらに行う（工程（ｅ））。この水素雰囲気中にてアニールを施すことによって、工程（ａ）によって形成された酸素含有Ｃｕ層（又はＣｕ合金層）と、工程（ｂ）によって形成されたＣｕ合金層との間に、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層が形成される。詳細には、酸素原子（Ｏ）が、工程（ｂ）によって形成されたＣｕ合金層の方に拡散し、当該Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層（又はＣｕ合金層）との界面に酸化物層を形成する。また、水素雰囲気中にてアニールを行う条件によって、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層の厚みを十分に得ることができる。この酸化物層の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンが酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）中に進入しにくくなり（水素プラズマ耐性）、酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。
【００２３】
上記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。また、上記添加元素は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００２４】
上記工程（ａ）のスパッタで使用されるＯ２雰囲気は、体積分率で１％以上３０％以下であることが望ましい。これにより、工程（ａ）のスパッタで生成される酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）に含まれる酸素の含有量を、１原子％以上３０原子％以下程度にすることができる。
【００２５】
上記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットは、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉの合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００２６】
また、工程（ｂ）の後に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用して不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｆ）を、さらに有していてもよい。
【００２７】
上記工程（ｆ）で使用される少なくともＣｕを含有するターゲットは、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、半導体基板又はガラス基板の下地基板と、前記下地基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接触して形成されたソース電極層およびドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層の少なくとも１つが上記で説明した配線層構造から形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタが提供される。
【００２９】
さらに、本発明によれば、半導体基板又はガラス基板の下地基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に不純物を高濃度に添加した半導体層を形成する工程と、前記不純物を高濃度に添加した半導体層上に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層、前記不純物を高濃度に添加した半導体層、および前記半導体層をパターンニングする工程とを有し、上記で説明した配線層構造の製造方法によって前記金属配線層を製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線層を形成する工程は前記工程（ａ）および（ｂ）であり、前記パターンニングする工程は前記工程（ｃ）であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又はＣｕ合金層との界面にＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層を形成することにより、下地基板に対する密着性が高く、下地基板への拡散バリア性に優れるだけでなく、さらに水素プラズマ耐性にも優れた低抵抗な配線層構造、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した配線層の製造方法を説明する概略断面図であって、（ａ）は下地基板の上にＣｕ−Ｏ層を形成する工程を説明する図、（ｂ）はＣｕ−Ｏ層の表面にＣｕ−Ａｌ合金層を形成する工程を説明する図、（ｃ）はＣｕ−Ａｌ合金層の表面にＣｕ導電層（低抵抗層）を形成する工程を説明する図、（ｄ）は積層膜をパターニングする工程を説明する図、（ｅ）は水素アニール処理を施してＣｕ−Ａｌ合金層とＣｕ−Ｏ層との界面に酸化物層を形成する工程を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）は透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、シリコン層、ｎ型シリコン層を形成する状況を示す図、（ｂ）は本発明による金属配線層を形成する状況を示す図、（ｃ）は金属配線層の表面にレジスト膜を配置してエッチングする状況を示す図である。
【図５】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）は金属配線層上にパターンニングしたレジスト膜を配置する状況を示す図、（ｂ）は金属配線層の露出部分をエッチングしてパターンニングする状況を示す図である。
【図６】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）はｎ型シリコン層をエッチングして開口部１２４によってソース領域とドレイン領域を分離する状況を示す図、（ｂ）は水素プラズマの処理を行なった後にパッシベーション層を形成する状況を示す図、（ｃ）は透明電極層を形成する状況を示す図である。
【図７】図４（ｂ）の金属配線層における酸素含有Ｃｕ合金層とＣｕ合金層を示す図である。
【図８】オージェ電子分光分析により試料の深さ方向分析、および試料断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、以下の説明で使用する図面においては、説明をわかり易くするために、各層の厚みを実際の縮尺通りには示していない。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施形態による配線層構造の基本的な構成を示す概略断面図である。図１に示すように、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板１の上に、酸素を含有するＣｕ−Ｏ層２が形成されている。Ｃｕ−Ｏ層２は下地基板１との密着性を向上させるために設けられるものである。Ｃｕ−Ｏ層２の上には、Ａｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成され、Ａｌを含有する酸化物層３の上に、Ａｌを含有するＣｕ合金層（Ｃｕ―Ａｌ合金層）４が形成され、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の上にＣｕ導電層５が形成されている。ここで、「半導体基板又はガラス基板」には半導体層又はシリカ層を一方の面に備えた基板も含む。
【００３４】
次に、図１のような基本的な構成を有する配線層構造の製造方法について、以下で説明する。
まず、下地基板１として半導体基板またはガラス基板を準備し、その表面に銅を含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気内でスパッタを行う。この時使用する銅を含有するターゲットは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてもよい。
【００３５】
このスパッタ工程は、真空槽を真空排気系によって真空排気した後、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）とＯ２を導入してＯ２雰囲気にした状態で成膜対象物である半導体またはガラス基板を真空槽内に搬入し、酸素ガスを流量制御しながら銅を含有するターゲットに接続されたスパッタ電源を印加することにより行う。プラズマによって銅を含有するターゲットがスパッタリングされると、銅及び添加元素の原子または原子団から成る微粒子が下地１の方向に放出され、酸素と反応し、下地１の表面に、図２（ａ）に示すように、銅（及び添加元素）とその酸化物から成るＣｕ−Ｏ層２（バリア層）が形成される。
【００３６】
銅を含有するターゲットのスパッタリングを続けてＣｕ−Ｏ層２を成長させ、Ｃｕ−Ｏ層２が所定の膜厚に形成されたところでＯ２ガスの導入を停止し、ターゲットをＣｕ−Ａｌ合金に切り換え、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）の導入を続けつつ上記Ｃｕ−Ａｌ合金ターゲットをスパッタリングすることにより、Ｃｕ−Ｏ層２の表面にＣｕ−Ａｌ合金層４が形成される（図２（ｂ））。
【００３７】
さらに、Ｃｕ−Ａｌ合金のスパッタリングを続けてＣｕ−Ａｌ合金層４を成長させ、Ｃｕ−Ａｌ合金層４が所定の膜厚に形成されたところでターゲットターゲットを純銅（Ｃｕ）ターゲットに切り換え、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）の導入を続けつつ上記純銅ターゲットをスパッタリングすることにより、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の表面にＣｕ導電層（低抵抗層）５が形成される。そして、純銅ターゲットのスパッタリングを続けてＣｕ導電層５を成長させ、Ｃｕ導電層５が所定の膜厚に形成されたところでスパッタリングを停止し、結果物をスパッタリング装置から搬出する（図２（ｃ））。
【００３８】
スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合と、そのスパッタリングターゲットを用いて成膜された金属層中の銅と添加元素の含有割合は、スパッタガスだけ導入された真空雰囲気で成膜した場合も、酸素ガスとスパッタガスの両方が導入された真空雰囲気で成膜した場合も同じになり、また、酸素ガスの導入量を変化させても、その含有割合は変わらない。従って、例えば、銅と添加元素の合計量に対する添加元素の割合が１５原子％以下のスパッタリングターゲットをスパッタリングすると、銅と添加元素の合計量に対する添加元素の割合が１５原子％以下の金属層が得られることになる。
【００３９】
次に、積層された積層膜１１の表面にレジスト膜を配置し、露光、現像等の通常のパターニングを行って積層膜１１表面を露出し、その状態で積層膜１１をエッチング液（湿式エッチング）またはエッチングガス（乾式エッチング）に曝すことにより、積層膜１１がパターニングされる（図２（ｄ））。そして、不要となったレジスト膜を通常の方法により除去して、配線層１２を形成する。
【００４０】
非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜等の非単結晶半導体薄膜上に上記のようにして配線層パターンを形成し、半導体の一部を露出させた場合、その露出された半導体薄膜表面１３にはダングリングボンド（結合の手が空いた状態）が多数存在し、このダングリングボンドは不安定であるため、非単結晶半導体薄膜からなる半導体素子の作製工程においては、配線層パターン形成後に、水素プラズマ処理を行って上記のようなダングリングボンドを終端させて、安定化を行う。
【００４１】
本実施形態においては、この水素プラズマ処理を行う前に、水素アニール処理を施すことによって、Ｃｕ−Ｏ層２における酸素原子（Ｏ）が、Ａｌを含有するＣｕ−Ａｌ合金層４の方に拡散し、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成される（図２（ｅ））。この酸化物層３の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなり、Ｃｕ−Ｏ層２中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。本実施形態の場合、水素プラズマ処理を施す前に水素アニール処理を行って、酸化物層３の厚みをある程度確保することにより、水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなる水素プラズマ耐性を一層強化することができる。この水素アニール処理は、酸化物層３の厚みを十分に得るために望ましい処理である。
【００４２】
本実施形態において、Ｃｕ−Ｏ層２は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてもよい。図１においては、この添加元素を括弧内で“Ｘ”と表している。また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる添加元素（Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類のうち一種類以上）は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてもよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、Ｃｕ−Ｏ層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記添加元素の割合は、前述の通り、スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合により調節することができる。
【００４３】
また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。酸素が１原子％以上であると、下地基板材料との密着性や拡散バリア性が十分なものとなり、酸素が３０原子％以下であると、Ｃｕ−Ｏ層中に生成される酸化物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素割合は、スパッタで使用されるＯ２雰囲気により調節することができ、体積分率で１％以上３０％以下であることが望ましい。
【００４４】
また本実施形態において、Ｃｕ合金層４がＡｌを含有するものとしているが、これに限らず、ＺｒやＴｉを単独で、あるいはＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種類以上含んでいてもよい。Ｃｕ合金層４は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ｃｕ合金層４に含まれる添加元素（Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種類以上の添加元素）は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてもよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層とＣｕ−Ｏ層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記添加元素の割合は、前述の通り、スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合により調節することができる。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００４５】
Ｃｕ導電層５は、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。このようなＣｕ導電層５は、図２（ｄ）で説明した純銅ターゲットを９９原子％以上の純銅とすることにより得ることができる。
【００４６】
Ｃｕ−Ｏ層２の厚みｄ１は１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることがさらに望ましい。また、酸化物層３の厚みｄ２は、優れた水素プラズマ耐性を得るためには１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有することが望ましく、５ｎｍ程度であることがさらに望ましい。酸化物層３の厚みが１ｎｍ以上であると、均一な膜となり、酸化物層３による水素イオンの進入防止の効果が十分得られて優れた水素プラズマ耐性を得ることができ、酸化物層３の厚みが２０ｎｍ以下であると、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。Ｃｕ−Ａｌ合金層４の厚みｄ３は１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることがさらに望ましい。Ｃｕ導電層５の厚みｄ４は２００ｎｍ〜１０μｍであることが望ましく、３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることがさらに望ましい。
【００４７】
以上のように本実施形態によれば、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３を形成することにより、下地基板１に対する密着性が高く、下地基板１への拡散バリア性に優れるだけでなく、さらに水素プラズマ耐性にも優れた低抵抗な配線層、及びその製造方法を提供することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は本発明の第２の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。本発明の第２の実施形態が第１の実施形態と構造的に異なる点は、本実施形態においてはＣｕ導電層が形成されない点であり、それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。図３において、図１と同様の層には同一の符号を付してある。
【００４９】
図３に示すように、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板１の上に、酸素を含有するＣｕ−Ｏ層２が形成されている。Ｃｕ−Ｏ層２は第１の実施形態と同様に下地基板１との密着性を向上させるために設けられるものである。Ｃｕ−Ｏ層２の上には、Ａｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成され、Ａｌを含有する酸化物層３の上に、Ａｌを含有するＣｕ合金層（Ｃｕ―Ａｌ合金層）４が形成されている。
【００５０】
本実施形態においては、Ｃｕ導電層を形成することなく、Ｃｕ―Ａｌ合金層４がＣｕ導電層と同様の機能を果たす。すなわち、本実施形態は、適用される用途に応じて、導電層としてＣｕ―Ａｌ合金層４を用いるものである。本実施形態の場合、導電層としてのＣｕ―Ａｌ合金層４の厚みを厚くすることが、低い抵抗を得るためには有利である。
【００５１】
本実施形態においても、この水素プラズマ処理を行う前に、水素アニール処理を施すことによって、Ｃｕ−Ｏ層２における酸素原子（Ｏ）がＣｕ−Ａｌ合金層４の方に拡散し、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成される。この酸化物層３の存在により、水素プラズマ処理を行った際に水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなり、Ｃｕ−Ｏ層２中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。本実施形態の場合も、水素アニール処理は、酸化物層３の厚みを十分に得るために望ましい処理である。
【００５２】
本実施形態においても、Ｃｕ−Ｏ層２、Ｃｕ合金層４が、第１の実施形態と同様の添加元素を第１の実施形態と同様の割合だけ含んでいてもよい。また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。
【００５３】
また、本実施形態の場合も、Ｃｕ−Ｏ層２の厚みｄ１、酸化物層３の厚みｄ２、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の厚みｄ３を、第１の実施形態と同様の厚みとすることが望ましい。
【００５４】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
次に、本発明による配線層を使用する半導体装置の一例として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構造と製造工程について図４〜７を参照しながら説明する。
【００５６】
図４（ａ）の符号１１０は、本発明による薄膜トランジスタとなる処理対象物を示す断面図である。薄膜トランジスタとなる処理対象物１１０は、ガラス等から成る透明基板１１１（下地基板）を有しており、透明基板１１１上にはゲート電極１１２が配置されている。
【００５７】
透明基板１１１上には、ゲート電極１１２を覆って、ゲート絶縁層１１４と、シリコン層１１６と、ｎ型シリコン層１１８とが、透明基板１１１側からこの順序で配置されている。ｎ型シリコン層１１８は、不純物添加により、シリコン層１１６よりも抵抗値が低くされたシリコン層である。ここでは、ｎ型シリコン層１１８とシリコン層１１６はアモルファスシリコンで構成されているが、単結晶や多結晶であってもよい。ゲート絶縁層１１４は、窒化シリコン薄膜等の絶縁膜であり、酸窒化シリコン膜や他の絶縁膜でもよい。
【００５８】
銅合金ターゲットが、酸化性ガスが混合された雰囲気でスパッタリングされると、処理対象物１１０との界面には、銅を主成分とし、添加元素と酸素を含有した密着層（酸素含有Ｃｕ合金層）が形成される（工程（ａ））。
【００５９】
次に銅合金ターゲットをＡｒ等のスパッタリングガスでスパッタリングすると、処理対象物１１０の表面に、銅を主成分とし、添加元素を含有したＣｕ合金層が形成される（工程（ｂ））。図４（ｂ）の符号１２０ａは、上記で説明したような本発明による酸素含有Ｃｕ合金層とＣｕ合金層で構成される金属配線層を示しており、図７は、それぞれ酸素含有Ｃｕ合金層１５１とＣｕ合金層１５２を示している。
【００６０】
金属配線層１２０ａのゲート電極１１２上に位置する部分の表面にレジスト膜を配置し、金属配線層１２０ａと、ｎ型シリコン層１１８と、シリコン層１１６とから成る積層膜をエッチングし、積層膜のレジスト膜で覆われていない部分を除去する。図４（ｃ）は、積層膜のエッチング後にレジスト膜を除去した状態であり、符号１２０ｂはレジスト膜で覆われて残った金属配線層を示している。
【００６１】
次に、図５（ａ）に示すように、金属配線層１２０ｂ上にパターンニングしたレジスト膜１２２を配置し、レジスト膜１２２の開口部１２４の底面に金属配線層１２０ｂの表面を露出させた状態で、エッチング液に浸漬すると、金属配線層１２０ｂの露出部分がエッチングされ、金属配線層１２０ｂがパターンニングされる。このパターニングによって、ゲート電極１１２上の部分にｎ型シリコン層１１８が露出する開口部１２４が形成され、金属配線層１２０ａは開口部１２４によって分離され、図５（ｂ）に示すように、ソース電極層１２７とドレイン電極層１２８が形成され、本発明によるトランジスタ１０５が得られる。次いで、エッチング装置内にこれを搬入して開口部１２４底面に露出するｎ型シリコン層１１８をエッチングガスのプラズマに曝してエッチングし、開口部１２４の底面にシリコン層１１６を露出させる。ｎ型シリコン層１１８に形成された開口部１２４はゲート電極１１２の上方に位置しており、開口部１２４によって、ｎ型シリコン層１１８はソース領域１３１とドレイン領域１３２に分離される（工程（ｃ））。
【００６２】
開口部１２４の底面には、シリコン層１１６の表面が露出しており、シリコン層１１６がｎ型シリコン層１１８をエッチングする際のエッチングガスプラズマに曝されると、シリコン層１１６表面から水素原子が失われ、ダングリングボンドが形成されてしまう。このダングリングボンドはリーク電流などのＴＦＴの特性不良の原因となる。ダングリングボンドを水素で再修飾するために、図６（ａ）に示すように、ソース電極層１２７とドレイン電極層１２８とを露出させた状態で、水素を導入して水素プラズマを発生させ、開口部１２４の底部に露出するシリコン層１１６を水素ガスプラズマに曝すと、シリコン層１１６表面のシリコン原子は水素と結合し、ダングリングボンドは消滅する（工程（ｄ））。
【００６３】
前記工程（ｂ）の後で、前記工程（ｄ）の前に、水素アニール処理を施して、Ｃｕ合金層と、酸素含有Ｃｕ層または酸素含有Ｃｕ合金層との界面に酸化物層を形成する（工程（ｅ））。
【００６４】
水素プラズマの処理を行なった後、図６（ｂ）に示すように、窒化シリコン層（ＳｉＮｘ）等のパッシベーション層１３４を形成し、パッシベーション層１３４にコンタクトホール１３７を形成した後、同図（ｃ）に示すように、ソース電極層１２７またはドレイン電極層１２８と画素電極等（図示せず）の間を接続する透明電極層１３６を形成する。これにより、液晶表示パネルが得られる。
【００６５】
本発明により形成された配線層構造は、ＴＦＴのソース電極、ドレイン電極だけでなく、ＴＦＴのゲート電極にも用いることができる。
【００６６】
さらに、上記では、半導体装置として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）以外の半導体装置、ダイオード、キャパシタ、液晶装置などの、様々な電極に適用可能であるということは言うまでもない。
【００６７】
［実施例］
以下、本発明に基づいて実際に配線層構造を形成し、その評価を行った結果を説明する。
【００６８】
まず、アモルファスＳｉ層をコーティングした、縦３２０ｍｍ×横４００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの寸法のガラス基板を準備した。
【００６９】
（酸素含有Ｃｕ合金層の作製）
次に、これをスパッタ装置に挿入し、溶解調整したＣｕ−４原子％Ａｌの成分組成を有するＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気：Ａｒ＋酸素（容量％でＡｒ／酸素＝９０／１０）の酸化雰囲気
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
の条件でスパッタを行い、膜厚５０ｎｍの酸素含有Ｃｕ合金層を形成した。
【００７０】
（Ｃｕ合金層の作製）
溶解調整したＣｕ−４原子％Ａｌの成分組成を有するＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
の条件でスパッタを行い、膜厚３００ｎｍのＣｕ合金層を形成した。
【００７１】
（水素アニール）
次に、
雰囲気：Ｈ２＋Ｎ２（容量％でＨ２／Ｎ２＝５０／５０）
雰囲気圧力０．１ＭＰａ（１気圧）
温度３００℃
保持時間３０分
の条件で水素アニールを行った。
【００７２】
（薄膜構造評価）
オージェ電子分光分析により試料の深さ方向分析、および試料断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により観察した。その結果を図８に示す。図８の左側がオージェ電子分光分析による配線層構造の深さ方向分析、右側が膜断面の透過型電子顕微鏡像である。図８に示したように、深さ方向分析より、ＡｌとＯが、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の境界に濃縮していることがわかった（スパッタ時間が５０分付近〜６０分付近に対応する部分）。また、膜断面のＴＥＭ像（倍率：５０万倍以上）より、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の間にあるＡｌとＯの濃縮層は、Ｃｕ合金層や酸素含有Ｃｕ合金層と明らかに結晶構造が異なっており、厚さ約４ｎｍの層であることがわかった。そこで、このＣｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の間に生成した酸素と添加元素（この場合Ａｌ）が主成分となる異相の層が酸化物層であると判断した。本願請求項１に記載の「酸化物層」とは、オージェ電子分光分析及びＴＥＭ（透過電子顕微鏡）によって特定された、この異相の層を指している。また、四探針試験により、本発明によるＣｕ合金層の比抵抗を測定したところ約５μΩｃｍであった。
【００７３】
（水素プラズマ処理）
以下の条件、
雰囲気：水素ガス
水素ガス流量：５００ｓｃｃｍ
水素ガス圧２５０Ｐａ
処理温度：２５０℃
出力：０．１Ｗ／ｃｍ２
処理時間６０秒
で水素プラズマ処理を行った。
【００７４】
（碁盤目付着試験）
上記水素プラズマ処理の前後において、以下の碁盤目付着試験を行った。ＪＩＳ−５４００に準じ、上記試料表面にそれぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍおよび２ｍｍの間隔で縦横にそれぞれ１１本の溝を、表面からガラス基板に達する深さで、かつ０．１ｍｍの溝幅で切り込みをカッターで入れ、１００個の升目を形成し、この升目全体にわたって３Ｍ社製スコッチテープ（登録商標）を密着して貼り付け、次いで一気に引き剥がし、試料表面の１００個の升目のうちの剥離した升目の数（個／１００）を測定した。その結果、剥離した升目はいずれも０個であった。
【００７５】
表１は、本発明による実施例（左側）と比較例（右側）とを比較して示す図である。表１は、各実施例１〜１７及び比較例１、２について、酸素含有Ｃｕ合金層およびＣｕ合金層の組成（添加元素）と厚さ、並びに純銅層の厚さを示し、水素プラズマ処理の前後における各々の碁盤目付着試験の結果を示した。ここで、ガラス基板の構造は前述と同様である。すなわち、アモルファスＳｉ層をコーティングした縦３２０ｍｍ×横４００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの寸法のものを使用した。酸素含有Ｃｕ合金層のスパッタ条件は前述と同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ＋酸素（容量％でＡｒ／酸素＝９０／１０）の酸化雰囲気
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であり、Ｃｕ合金層のスパッタ条件も前述同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であるが、それぞれ、各層の組成と膜厚を変化させている。また、次工程の純銅層のスパッタ条件は、Ｃｕ合金層のスパッタ条件と同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であるが、純銅スパッタリングターゲット（不可避不純物は１原子％未満）を用いており、膜厚を変化させている。さらに、水素アニールの条件、薄膜構造評価、水素プラズマ処理の条件、碁盤目付着試験の条件は、前述と同様である。
【００７６】
【表１】
【００７７】
以上の碁盤目付着試験の結果から、水素アニールを行わなかった比較例１、およびＣｕ合金層に実質的に合金元素を含まない比較例２（水素アニール有り）の場合、水素プラズマ処理後の碁盤目付着試験の成績が低く、水素プラズマ処理耐性に劣る。特に比較例２の場合、酸素含有Ｃｕ合金層に添加元素を含まないことから、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性が低くなり、水素プラズマ処理前から碁盤目付着試験の成績が低い。本発明による配線層構造（実施例１〜１７）は、水素プラズマ処理後の碁盤目付着試験の成績が高く、従って密着性が高く、水素プラズマ処理耐性に優れていることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 下地基板
２ Ｃｕ−Ｏ層（酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層）
３ Ａｌを含有する酸化物層
４ Ｃｕ―Ａｌ合金層
５ Ｃｕ導電層
１１ 積層膜
１２ 配線層
１３ 半導体薄膜表面
１０５ トランジスタ
１１１ 透明基板
１１２ ゲート電極
１１４ ゲート絶縁層
１１６ シリコン層
１１８ ｎ型シリコン層
１２０ａ 金属配線層
１２０ｂ 金属配線層
１２２ レジスト膜
１２７ ソース電極層
１２８ ドレイン電極層
１３１ ソース領域
１３２ ドレイン領域
１３４ パッシベーション層
１３６ 透明電極層
１３７ コンタクトホール
１５１ 酸素含有Ｃｕ合金層
１５２ Ｃｕ合金層
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線層構造の分野に関し、特にトランジスタ等の半導体装置に使用される配線層構造とその配線層構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速駆動及び低コスト化の観点から、ＴＦＴパネル用の配線層として現在主流のＡｌ系配線層よりも抵抗率が低いＣｕ系配線層に期待が集まっている。
【０００３】
しかし、ＣｕはＡｌ等の配線材料と比べて、ガラスやＳｉ等の下地基板材料との密着性が悪く、Ｃｕが下地基板に拡散してしまうという問題がある。
【０００４】
このような問題を克服するため、Ｃｕ合金を酸素雰囲気下でスパッタリングする方法を用いて、ガラス基板又はアモルファスＳｉ基板の上に、Ｃｕ合金層の酸化物層を形成し、その上にＣｕ単体又はＣｕ合金層を形成したＣｕ配線が開発された（例えば、非特許文献１参照）。この配線層では、Ｃｕ単体又はＣｕ合金層が低抵抗を確保し、Ｃｕ合金の酸化物層がＣｕ配線と下地基板との界面の密着性を高めると共にＣｕの下地基板への拡散を防止するバリア層の役目を果たす。
【０００５】
Ｃｕ合金を用いた配線層について種々の添加元素を含有するものが提案されている（特許文献１（国際公開第２００８／０８１８０５号）及び特許文献２（国際公開第２００８／０８１８０６号））。
【０００６】
これらの特許文献には、酸素ガスを導入しつつ純銅ターゲット（またはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙのうち少なくとも一種類が添加されたもの）をスパッタリングして酸素を含有し銅を主成分とするバリア層を成膜した後、酸素ガスの導入を停止して上記ターゲットをスパッタリングし、純銅の低抵抗層を成膜する技術が開示されている。上記のような酸素を含有し銅を主成分とするバリア層は、シリコンやガラスに対する密着性が高く、低抵抗であると共に、バリア層によってシリコン基板への銅拡散も防止される。
【０００７】
上記のようにして形成された配線層においては、レジスト膜に所定のパターンに沿って開口部が形成され、その開口部に露出した配線層の材料を乾式または湿式エッチングで除去することにより、配線層パターンが形成される。これにより、下地層の一部が露出した状態となる。
【０００８】
非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜等の非単結晶半導体薄膜上に上記のようなＣｕ配線層パターンを形成して半導体薄膜の一部を露出させた場合、その露出された半導体薄膜表面にはダングリングボンド（結合の手が空いた状態）が多数存在することが知られている。ダングリングボンドは不安定であるため、一般に、非単結晶半導体薄膜からなる半導体素子（ＴＦＴなど）の作製工程において、配線層パターン（ソース・ドレイン電極など）の形成後に水素プラズマ処理を行ってダングリングボンドを終端し、安定化する。
【０００９】
この水素プラズマ処理の際には、水素イオンが容易に配線層に侵入、貫通してしまい、Ｃｕ合金の酸化物層が還元され、還元された酸素が水素と結合して水（水蒸気）が生成され、それによって界面の剥離が起こり、密着性が劣化する現象が報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１０】
従って、上記のような水素プラズマ処理後に密着性劣化等の不具合を生じさせない、高い水素プラズマ耐性を備えたＣｕ配線層の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００８／０８１８０５号
【特許文献２】国際公開第２００８／０８１８０６号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、日経ＢＰ社、平成２１年１月、２００９年２月９日号、ｐ52-56
【非特許文献２】大西順雄、“［ＦＰＤＩプレビュー］大型ＦＰＤのＴＦＴ配線用新Ｃｕ合金、アルバックと三菱マテリアルが協業して課題を克服”［online］、平成２０年１０月２７日、Ｔｅｃｈ−Ｏｎ、［平成２１年２月１２日検索］、インターネット＜URL(http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20081027/160184/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、半導体又はガラス基板の下地層に対する密着性が高く、下地層への拡散バリア性に優れ、かつ水素プラズマ耐性に優れた低抵抗な配線層構造、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の配線層構造は、半導体基板又はガラス基板の下地基板と、該下地基板上に形成された酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、該酸素含有Ｃｕ層又は該酸素含有Ｃｕ合金層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層と、該酸化物層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層と、を備えたことを特徴とする。ここで、「半導体基板又はガラス基板」には半導体層又はシリカ層を一方の面に備えた基板も含む。
【００１５】
本発明においては、半導体及びガラス基板などの下地基板との密着性を向上させるために設けた、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層との間に、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層が形成される。この酸化物層の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンが酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に進入しにくくなり（水素プラズマ耐性が向上し）、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。
【００１６】
上記酸素含有Ｃｕ合金層は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。また、上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる添加元素は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００１７】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。酸素が１原子％以上であると、下地基板材料との密着性や拡散バリア性が十分なものとなり、酸素が３０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００１８】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層及び酸化物層より上にあるＣｕ合金層は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ｃｕ合金層に含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉの合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００１９】
本発明においては、上記Ｃｕ合金層上に形成されたＣｕ導電層をさらに備えることが望ましい。上記Ｃｕ導電層は、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。
【００２０】
上記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みを有する。また、上記酸化物層は、優れた水素プラズマ耐性を得るためには１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに５ｎｍ程度であることが望ましい。上記酸化物層の厚みが１ｎｍ以上であると、均一な層となり、水素イオンの進入防止の効果が十分得られて優れた水素プラズマ耐性を得ることができ、上記酸化物層の厚みが２０ｎｍ以下であると、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みを有する。上記Ｃｕ導電層は２００ｎｍ〜１０μｍの厚みを有することが望ましく、さらに望ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の厚みを有する。
【００２１】
本発明の配線層構造の製造方法は、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタする工程（ａ）と、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｂ）と、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングにより配線層パターンを形成して、前記下地基板の一部を露出させる工程（ｃ）と、水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板表面に存在するダングリングボンドを終端させる工程（ｄ）と、をこの順に備え、前記工程（ｂ）の後で前記工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールを行う工程（ｅ）を、さらに備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタし（工程（ａ））、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタし（工程（ｂ））、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングによって配線層パターンを形成することにより、下地基板の一部が露出される（工程（ｃ））。そして、この状態で、水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板にあるダングリングボンドを終端させ（工程（ｄ））、安定化を行う。また、工程（ｂ）の後で工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールをさらに行う（工程（ｅ））。この水素雰囲気中にてアニールを施すことによって、工程（ａ）によって形成された酸素含有Ｃｕ層（又はＣｕ合金層）と、工程（ｂ）によって形成されたＣｕ合金層との間に、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層が形成される。詳細には、酸素原子（Ｏ）が、工程（ｂ）によって形成されたＣｕ合金層の方に拡散し、当該Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層（又はＣｕ合金層）との界面に酸化物層を形成する。また、水素雰囲気中にてアニールを行う条件によって、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層の厚みを十分に得ることができる。この酸化物層の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンが酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）中に進入しにくくなり（水素プラズマ耐性）、酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。
【００２３】
上記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。また、上記添加元素は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。
【００２４】
上記工程（ａ）のスパッタで使用されるＯ２雰囲気は、体積分率で１％以上３０％以下であることが望ましい。これにより、工程（ａ）のスパッタで生成される酸素含有Ｃｕ層（又は酸素含有Ｃｕ合金層）に含まれる酸素の含有量を、１原子％以上３０原子％以下程度にすることができる。
【００２５】
上記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットは、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉの合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００２６】
また、工程（ｂ）の後に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用して不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｆ）を、さらに有していてもよい。
【００２７】
上記工程（ｆ）で使用される少なくともＣｕを含有するターゲットは、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、半導体基板又はガラス基板の下地基板と、前記下地基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接触して形成されたソース電極層およびドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層の少なくとも１つが上記で説明した配線層構造から形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタが提供される。
【００２９】
さらに、本発明によれば、半導体基板又はガラス基板の下地基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に不純物を高濃度に添加した半導体層を形成する工程と、前記不純物を高濃度に添加した半導体層上に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層、前記不純物を高濃度に添加した半導体層、および前記半導体層をパターンニングする工程とを有し、上記で説明した配線層構造の製造方法によって前記金属配線層を製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線層を形成する工程は前記工程（ａ）および（ｂ）であり、前記パターンニングする工程は前記工程（ｃ）であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又はＣｕ合金層との界面にＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層を形成することにより、下地基板に対する密着性が高く、下地基板への拡散バリア性に優れるだけでなく、さらに水素プラズマ耐性にも優れた低抵抗な配線層構造、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した配線層の製造方法を説明する概略断面図であって、（ａ）は下地基板の上にＣｕ−Ｏ層を形成する工程を説明する図、（ｂ）はＣｕ−Ｏ層の表面にＣｕ−Ａｌ合金層を形成する工程を説明する図、（ｃ）はＣｕ−Ａｌ合金層の表面にＣｕ導電層（低抵抗層）を形成する工程を説明する図、（ｄ）は積層膜をパターニングする工程を説明する図、（ｅ）は水素アニール処理を施してＣｕ−Ａｌ合金層とＣｕ−Ｏ層との界面に酸化物層を形成する工程を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）は透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、シリコン層、ｎ型シリコン層を形成する状況を示す図、（ｂ）は本発明による金属配線層を形成する状況を示す図、（ｃ）は金属配線層の表面にレジスト膜を配置してエッチングする状況を示す図である。
【図５】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）は金属配線層上にパターンニングしたレジスト膜を配置する状況を示す図、（ｂ）は金属配線層の露出部分をエッチングしてパターンニングする状況を示す図である。
【図６】本発明による配線層を使用する半導体装置の一例としての、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程を示す概略断面図であって、（ａ）はｎ型シリコン層をエッチングして開口部１２４によってソース領域とドレイン領域を分離する状況を示す図、（ｂ）は水素プラズマの処理を行なった後にパッシベーション層を形成する状況を示す図、（ｃ）は透明電極層を形成する状況を示す図である。
【図７】図４（ｂ）の金属配線層における酸素含有Ｃｕ合金層とＣｕ合金層を示す図である。
【図８】オージェ電子分光分析により試料の深さ方向分析、および試料断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、以下の説明で使用する図面においては、説明をわかり易くするために、各層の厚みを実際の縮尺通りには示していない。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施形態による配線層構造の基本的な構成を示す概略断面図である。図１に示すように、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板１の上に、酸素を含有するＣｕ−Ｏ層２が形成されている。Ｃｕ−Ｏ層２は下地基板１との密着性を向上させるために設けられるものである。Ｃｕ−Ｏ層２の上には、Ａｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成され、Ａｌを含有する酸化物層３の上に、Ａｌを含有するＣｕ合金層（Ｃｕ―Ａｌ合金層）４が形成され、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の上にＣｕ導電層５が形成されている。ここで、「半導体基板又はガラス基板」には半導体層又はシリカ層を一方の面に備えた基板も含む。
【００３４】
次に、図１のような基本的な構成を有する配線層構造の製造方法について、以下で説明する。
まず、下地基板１として半導体基板またはガラス基板を準備し、その表面に銅を含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気内でスパッタを行う。この時使用する銅を含有するターゲットは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてもよい。
【００３５】
このスパッタ工程は、真空槽を真空排気系によって真空排気した後、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）とＯ２を導入してＯ２雰囲気にした状態で成膜対象物である半導体またはガラス基板を真空槽内に搬入し、酸素ガスを流量制御しながら銅を含有するターゲットに接続されたスパッタ電源を印加することにより行う。プラズマによって銅を含有するターゲットがスパッタリングされると、銅及び添加元素の原子または原子団から成る微粒子が下地１の方向に放出され、酸素と反応し、下地１の表面に、図２（ａ）に示すように、銅（及び添加元素）とその酸化物から成るＣｕ−Ｏ層２（バリア層）が形成される。
【００３６】
銅を含有するターゲットのスパッタリングを続けてＣｕ−Ｏ層２を成長させ、Ｃｕ−Ｏ層２が所定の膜厚に形成されたところでＯ２ガスの導入を停止し、ターゲットをＣｕ−Ａｌ合金に切り換え、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）の導入を続けつつ上記Ｃｕ−Ａｌ合金ターゲットをスパッタリングすることにより、Ｃｕ−Ｏ層２の表面にＣｕ−Ａｌ合金層４が形成される（図２（ｂ））。
【００３７】
さらに、Ｃｕ−Ａｌ合金のスパッタリングを続けてＣｕ−Ａｌ合金層４を成長させ、Ｃｕ−Ａｌ合金層４が所定の膜厚に形成されたところでターゲットターゲットを純銅（Ｃｕ）ターゲットに切り換え、スパッタリングガス（Ａｒ等の不活性ガス）の導入を続けつつ上記純銅ターゲットをスパッタリングすることにより、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の表面にＣｕ導電層（低抵抗層）５が形成される。そして、純銅ターゲットのスパッタリングを続けてＣｕ導電層５を成長させ、Ｃｕ導電層５が所定の膜厚に形成されたところでスパッタリングを停止し、結果物をスパッタリング装置から搬出する（図２（ｃ））。
【００３８】
スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合と、そのスパッタリングターゲットを用いて成膜された金属層中の銅と添加元素の含有割合は、スパッタガスだけ導入された真空雰囲気で成膜した場合も、酸素ガスとスパッタガスの両方が導入された真空雰囲気で成膜した場合も同じになり、また、酸素ガスの導入量を変化させても、その含有割合は変わらない。従って、例えば、銅と添加元素の合計量に対する添加元素の割合が１５原子％以下のスパッタリングターゲットをスパッタリングすると、銅と添加元素の合計量に対する添加元素の割合が１５原子％以下の金属層が得られることになる。
【００３９】
次に、積層された積層膜１１の表面にレジスト膜を配置し、露光、現像等の通常のパターニングを行って積層膜１１表面を露出し、その状態で積層膜１１をエッチング液（湿式エッチング）またはエッチングガス（乾式エッチング）に曝すことにより、積層膜１１がパターニングされる（図２（ｄ））。そして、不要となったレジスト膜を通常の方法により除去して、配線層１２を形成する。
【００４０】
非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜等の非単結晶半導体薄膜上に上記のようにして配線層パターンを形成し、半導体の一部を露出させた場合、その露出された半導体薄膜表面１３にはダングリングボンド（結合の手が空いた状態）が多数存在し、このダングリングボンドは不安定であるため、非単結晶半導体薄膜からなる半導体素子の作製工程においては、配線層パターン形成後に、水素プラズマ処理を行って上記のようなダングリングボンドを終端させて、安定化を行う。
【００４１】
本実施形態においては、この水素プラズマ処理を行う前に、水素アニール処理を施すことによって、Ｃｕ−Ｏ層２における酸素原子（Ｏ）が、Ａｌを含有するＣｕ−Ａｌ合金層４の方に拡散し、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成される（図２（ｅ））。この酸化物層３の存在により、さらに水素プラズマ処理を行ったとしても、水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなり、Ｃｕ−Ｏ層２中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。本実施形態の場合、水素プラズマ処理を施す前に水素アニール処理を行って、酸化物層３の厚みをある程度確保することにより、水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなる水素プラズマ耐性を一層強化することができる。この水素アニール処理は、酸化物層３の厚みを十分に得るために望ましい処理である。
【００４２】
本実施形態において、Ｃｕ−Ｏ層２は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてもよい。図１においては、この添加元素を括弧内で“Ｘ”と表している。また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる添加元素（Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類のうち一種類以上）は、２０原子％以下、望ましくは１５原子％以下含まれていてもよい。Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類等の添加元素を含むことが望ましい理由は、これらの添加元素が、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層との界面での酸化物層の形成をより容易にするからであり、また、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性を強める効果もあるからである。上記添加元素が２０原子％以下であると、Ｃｕ−Ｏ層中に生成される酸化物や金属間化合物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記添加元素の割合は、前述の通り、スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合により調節することができる。
【００４３】
また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。酸素が１原子％以上であると、下地基板材料との密着性や拡散バリア性が十分なものとなり、酸素が３０原子％以下であると、Ｃｕ−Ｏ層中に生成される酸化物の量が制限されることから、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素割合は、スパッタで使用されるＯ２雰囲気により調節することができ、体積分率で１％以上３０％以下であることが望ましい。
【００４４】
また本実施形態において、Ｃｕ合金層４がＡｌを含有するものとしているが、これに限らず、ＺｒやＴｉを単独で、あるいはＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種類以上含んでいてもよい。Ｃｕ合金層４は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてよい。上記Ｃｕ合金層４に含まれる添加元素（Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種類以上の添加元素）は、１原子％以上１５原子％以下、望ましくは４原子％以上１０原子％以下含まれていてもよい。上記添加元素が１原子％以上であると、Ｃｕ合金層とＣｕ−Ｏ層との界面への酸化物層の形成が十分となり、界面の耐剥離性、従って密着性の向上が十分となり、上記添加元素が１５原子％以下であるとＣｕ合金層の電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。上記添加元素の割合は、前述の通り、スパッタリングターゲット中の銅と添加元素の含有割合により調節することができる。上記Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類の含有量は５原子％以下が望ましい。５原子％以下であれば、抵抗値が著しく増大することがない。
【００４５】
Ｃｕ導電層５は、９９原子％以上のＣｕを含有することが望ましい。これにより、低抵抗な配線層を提供することができる。このようなＣｕ導電層５は、図２（ｄ）で説明した純銅ターゲットを９９原子％以上の純銅とすることにより得ることができる。
【００４６】
Ｃｕ−Ｏ層２の厚みｄ１は１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることがさらに望ましい。また、酸化物層３の厚みｄ２は、優れた水素プラズマ耐性を得るためには１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有することが望ましく、５ｎｍ程度であることがさらに望ましい。酸化物層３の厚みが１ｎｍ以上であると、均一な膜となり、酸化物層３による水素イオンの進入防止の効果が十分得られて優れた水素プラズマ耐性を得ることができ、酸化物層３の厚みが２０ｎｍ以下であると、電気抵抗値が著しく増大することがなく、配線層としての利用に支障を来たすことがない。Ｃｕ−Ａｌ合金層４の厚みｄ３は１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることがさらに望ましい。Ｃｕ導電層５の厚みｄ４は２００ｎｍ〜１０μｍであることが望ましく、３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることがさらに望ましい。
【００４７】
以上のように本実施形態によれば、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３を形成することにより、下地基板１に対する密着性が高く、下地基板１への拡散バリア性に優れるだけでなく、さらに水素プラズマ耐性にも優れた低抵抗な配線層、及びその製造方法を提供することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は本発明の第２の実施形態による配線層の基本的な構成を示す概略断面図である。本発明の第２の実施形態が第１の実施形態と構造的に異なる点は、本実施形態においてはＣｕ導電層が形成されない点であり、それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。図３において、図１と同様の層には同一の符号を付してある。
【００４９】
図３に示すように、半導体基板又はガラス基板からなる下地基板１の上に、酸素を含有するＣｕ−Ｏ層２が形成されている。Ｃｕ−Ｏ層２は第１の実施形態と同様に下地基板１との密着性を向上させるために設けられるものである。Ｃｕ−Ｏ層２の上には、Ａｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成され、Ａｌを含有する酸化物層３の上に、Ａｌを含有するＣｕ合金層（Ｃｕ―Ａｌ合金層）４が形成されている。
【００５０】
本実施形態においては、Ｃｕ導電層を形成することなく、Ｃｕ―Ａｌ合金層４がＣｕ導電層と同様の機能を果たす。すなわち、本実施形態は、適用される用途に応じて、導電層としてＣｕ―Ａｌ合金層４を用いるものである。本実施形態の場合、導電層としてのＣｕ―Ａｌ合金層４の厚みを厚くすることが、低い抵抗を得るためには有利である。
【００５１】
本実施形態においても、この水素プラズマ処理を行う前に、水素アニール処理を施すことによって、Ｃｕ−Ｏ層２における酸素原子（Ｏ）がＣｕ−Ａｌ合金層４の方に拡散し、Ｃｕ−Ａｌ合金層４とＣｕ−Ｏ層２との界面にＡｌを含有する酸化物層３（多くの場合、Ａｌ２Ｏ３の形態にある）が形成される。この酸化物層３の存在により、水素プラズマ処理を行った際に水素イオンがＣｕ−Ｏ層２中に進入しにくくなり、Ｃｕ−Ｏ層２中の酸素の還元が起こりにくくなって、界面の剥離がしにくくなり、一層の密着性の向上を図ることができる。本実施形態の場合も、水素アニール処理は、酸化物層３の厚みを十分に得るために望ましい処理である。
【００５２】
本実施形態においても、Ｃｕ−Ｏ層２、Ｃｕ合金層４が、第１の実施形態と同様の添加元素を第１の実施形態と同様の割合だけ含んでいてもよい。また、Ｃｕ−Ｏ層２に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下含まれているのが望ましい。
【００５３】
また、本実施形態の場合も、Ｃｕ−Ｏ層２の厚みｄ１、酸化物層３の厚みｄ２、Ｃｕ−Ａｌ合金層４の厚みｄ３を、第１の実施形態と同様の厚みとすることが望ましい。
【００５４】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
次に、本発明による配線層を使用する半導体装置の一例として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構造と製造工程について図４〜７を参照しながら説明する。
【００５６】
図４（ａ）の符号１１０は、本発明による薄膜トランジスタとなる処理対象物を示す断面図である。薄膜トランジスタとなる処理対象物１１０は、ガラス等から成る透明基板１１１（下地基板）を有しており、透明基板１１１上にはゲート電極１１２が配置されている。
【００５７】
透明基板１１１上には、ゲート電極１１２を覆って、ゲート絶縁層１１４と、シリコン層１１６と、ｎ型シリコン層１１８とが、透明基板１１１側からこの順序で配置されている。ｎ型シリコン層１１８は、不純物添加により、シリコン層１１６よりも抵抗値が低くされたシリコン層である。ここでは、ｎ型シリコン層１１８とシリコン層１１６はアモルファスシリコンで構成されているが、単結晶や多結晶であってもよい。ゲート絶縁層１１４は、窒化シリコン薄膜等の絶縁膜であり、酸窒化シリコン膜や他の絶縁膜でもよい。
【００５８】
銅合金ターゲットが、酸化性ガスが混合された雰囲気でスパッタリングされると、処理対象物１１０との界面には、銅を主成分とし、添加元素と酸素を含有した密着層（酸素含有Ｃｕ合金層）が形成される（工程（ａ））。
【００５９】
次に銅合金ターゲットをＡｒ等のスパッタリングガスでスパッタリングすると、処理対象物１１０の表面に、銅を主成分とし、添加元素を含有したＣｕ合金層が形成される（工程（ｂ））。図４（ｂ）の符号１２０ａは、上記で説明したような本発明による酸素含有Ｃｕ合金層とＣｕ合金層で構成される金属配線層を示しており、図７は、それぞれ酸素含有Ｃｕ合金層１５１とＣｕ合金層１５２を示している。
【００６０】
金属配線層１２０ａのゲート電極１１２上に位置する部分の表面にレジスト膜を配置し、金属配線層１２０ａと、ｎ型シリコン層１１８と、シリコン層１１６とから成る積層膜をエッチングし、積層膜のレジスト膜で覆われていない部分を除去する。図４（ｃ）は、積層膜のエッチング後にレジスト膜を除去した状態であり、符号１２０ｂはレジスト膜で覆われて残った金属配線層を示している。
【００６１】
次に、図５（ａ）に示すように、金属配線層１２０ｂ上にパターンニングしたレジスト膜１２２を配置し、レジスト膜１２２の開口部１２４の底面に金属配線層１２０ｂの表面を露出させた状態で、エッチング液に浸漬すると、金属配線層１２０ｂの露出部分がエッチングされ、金属配線層１２０ｂがパターンニングされる。このパターニングによって、ゲート電極１１２上の部分にｎ型シリコン層１１８が露出する開口部１２４が形成され、金属配線層１２０ａは開口部１２４によって分離され、図５（ｂ）に示すように、ソース電極層１２７とドレイン電極層１２８が形成され、本発明によるトランジスタ１０５が得られる。次いで、エッチング装置内にこれを搬入して開口部１２４底面に露出するｎ型シリコン層１１８をエッチングガスのプラズマに曝してエッチングし、開口部１２４の底面にシリコン層１１６を露出させる。ｎ型シリコン層１１８に形成された開口部１２４はゲート電極１１２の上方に位置しており、開口部１２４によって、ｎ型シリコン層１１８はソース領域１３１とドレイン領域１３２に分離される（工程（ｃ））。
【００６２】
開口部１２４の底面には、シリコン層１１６の表面が露出しており、シリコン層１１６がｎ型シリコン層１１８をエッチングする際のエッチングガスプラズマに曝されると、シリコン層１１６表面から水素原子が失われ、ダングリングボンドが形成されてしまう。このダングリングボンドはリーク電流などのＴＦＴの特性不良の原因となる。ダングリングボンドを水素で再修飾するために、図６（ａ）に示すように、ソース電極層１２７とドレイン電極層１２８とを露出させた状態で、水素を導入して水素プラズマを発生させ、開口部１２４の底部に露出するシリコン層１１６を水素ガスプラズマに曝すと、シリコン層１１６表面のシリコン原子は水素と結合し、ダングリングボンドは消滅する（工程（ｄ））。
【００６３】
前記工程（ｂ）の後で、前記工程（ｄ）の前に、水素アニール処理を施して、Ｃｕ合金層と、酸素含有Ｃｕ層または酸素含有Ｃｕ合金層との界面に酸化物層を形成する（工程（ｅ））。
【００６４】
水素プラズマの処理を行なった後、図６（ｂ）に示すように、窒化シリコン層（ＳｉＮｘ）等のパッシベーション層１３４を形成し、パッシベーション層１３４にコンタクトホール１３７を形成した後、同図（ｃ）に示すように、ソース電極層１２７またはドレイン電極層１２８と画素電極等（図示せず）の間を接続する透明電極層１３６を形成する。これにより、液晶表示パネルが得られる。
【００６５】
本発明により形成された配線層構造は、ＴＦＴのソース電極、ドレイン電極だけでなく、ＴＦＴのゲート電極にも用いることができる。
【００６６】
さらに、上記では、半導体装置として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）以外の半導体装置、ダイオード、キャパシタ、液晶装置などの、様々な電極に適用可能であるということは言うまでもない。
【００６７】
［実施例］
以下、本発明に基づいて実際に配線層構造を形成し、その評価を行った結果を説明する。
【００６８】
まず、アモルファスＳｉ層をコーティングした、縦３２０ｍｍ×横４００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの寸法のガラス基板を準備した。
【００６９】
（酸素含有Ｃｕ合金層の作製）
次に、これをスパッタ装置に挿入し、溶解調整したＣｕ−４原子％Ａｌの成分組成を有するＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気：Ａｒ＋酸素（容量％でＡｒ／酸素＝９０／１０）の酸化雰囲気
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
の条件でスパッタを行い、膜厚５０ｎｍの酸素含有Ｃｕ合金層を形成した。
【００７０】
（Ｃｕ合金層の作製）
溶解調整したＣｕ−４原子％Ａｌの成分組成を有するＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
の条件でスパッタを行い、膜厚３００ｎｍのＣｕ合金層を形成した。
【００７１】
（水素アニール）
次に、
雰囲気：Ｈ２＋Ｎ２（容量％でＨ２／Ｎ２＝５０／５０）
雰囲気圧力０．１ＭＰａ（１気圧）
温度３００℃
保持時間３０分
の条件で水素アニールを行った。
【００７２】
（薄膜構造評価）
オージェ電子分光分析により試料の深さ方向分析、および試料断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により観察した。その結果を図８に示す。図８の左側がオージェ電子分光分析による配線層構造の深さ方向分析、右側が膜断面の透過型電子顕微鏡像である。図８に示したように、深さ方向分析より、ＡｌとＯが、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の境界に濃縮していることがわかった（スパッタ時間が５０分付近〜６０分付近に対応する部分）。また、膜断面のＴＥＭ像（倍率：５０万倍以上）より、Ｃｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の間にあるＡｌとＯの濃縮層は、Ｃｕ合金層や酸素含有Ｃｕ合金層と明らかに結晶構造が異なっており、厚さ約４ｎｍの層であることがわかった。そこで、このＣｕ合金層と酸素含有Ｃｕ合金層の間に生成した酸素と添加元素（この場合Ａｌ）が主成分となる異相の層が酸化物層であると判断した。本願請求項１に記載の「酸化物層」とは、オージェ電子分光分析及びＴＥＭ（透過電子顕微鏡）によって特定された、この異相の層を指している。また、四探針試験により、本発明によるＣｕ合金層の比抵抗を測定したところ約５μΩｃｍであった。
【００７３】
（水素プラズマ処理）
以下の条件、
雰囲気：水素ガス
水素ガス流量：５００ｓｃｃｍ
水素ガス圧２５０Ｐａ
処理温度：２５０℃
出力：０．１Ｗ／ｃｍ２
処理時間６０秒
で水素プラズマ処理を行った。
【００７４】
（碁盤目付着試験）
上記水素プラズマ処理の前後において、以下の碁盤目付着試験を行った。ＪＩＳ−５４００に準じ、上記試料表面にそれぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍおよび２ｍｍの間隔で縦横にそれぞれ１１本の溝を、表面からガラス基板に達する深さで、かつ０．１ｍｍの溝幅で切り込みをカッターで入れ、１００個の升目を形成し、この升目全体にわたって３Ｍ社製スコッチテープ（登録商標）を密着して貼り付け、次いで一気に引き剥がし、試料表面の１００個の升目のうちの剥離した升目の数（個／１００）を測定した。その結果、剥離した升目はいずれも０個であった。
【００７５】
表１は、本発明による実施例（左側）と比較例（右側）とを比較して示す図である。表１は、各実施例１〜１７及び比較例１、２について、酸素含有Ｃｕ合金層およびＣｕ合金層の組成（添加元素）と厚さ、並びに純銅層の厚さを示し、水素プラズマ処理の前後における各々の碁盤目付着試験の結果を示した。ここで、ガラス基板の構造は前述と同様である。すなわち、アモルファスＳｉ層をコーティングした縦３２０ｍｍ×横４００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの寸法のものを使用した。酸素含有Ｃｕ合金層のスパッタ条件は前述と同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ＋酸素（容量％でＡｒ／酸素＝９０／１０）の酸化雰囲気
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であり、Ｃｕ合金層のスパッタ条件も前述同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であるが、それぞれ、各層の組成と膜厚を変化させている。また、次工程の純銅層のスパッタ条件は、Ｃｕ合金層のスパッタ条件と同様、すなわち、
雰囲気：Ａｒ
雰囲気圧力０．４Ｐａ
基板加熱温度１００℃
であるが、純銅スパッタリングターゲット（不可避不純物は１原子％未満）を用いており、膜厚を変化させている。さらに、水素アニールの条件、薄膜構造評価、水素プラズマ処理の条件、碁盤目付着試験の条件は、前述と同様である。
【００７６】
【表１】
【００７７】
以上の碁盤目付着試験の結果から、水素アニールを行わなかった比較例１、およびＣｕ合金層に実質的に合金元素を含まない比較例２（水素アニール有り）の場合、水素プラズマ処理後の碁盤目付着試験の成績が低く、水素プラズマ処理耐性に劣る。特に比較例２の場合、酸素含有Ｃｕ合金層に添加元素を含まないことから、酸素含有Ｃｕ合金層と下地基板との密着性が低くなり、水素プラズマ処理前から碁盤目付着試験の成績が低い。本発明による配線層構造（実施例１〜１７）は、水素プラズマ処理後の碁盤目付着試験の成績が高く、従って密着性が高く、水素プラズマ処理耐性に優れていることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 下地基板
２ Ｃｕ−Ｏ層（酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層）
３ Ａｌを含有する酸化物層
４ Ｃｕ―Ａｌ合金層
５ Ｃｕ導電層
１１ 積層膜
１２ 配線層
１３ 半導体薄膜表面
１０５ トランジスタ
１１１ 透明基板
１１２ ゲート電極
１１４ ゲート絶縁層
１１６ シリコン層
１１８ ｎ型シリコン層
１２０ａ 金属配線層
１２０ｂ 金属配線層
１２２ レジスト膜
１２７ ソース電極層
１２８ ドレイン電極層
１３１ ソース領域
１３２ ドレイン領域
１３４ パッシベーション層
１３６ 透明電極層
１３７ コンタクトホール
１５１ 酸素含有Ｃｕ合金層
１５２ Ｃｕ合金層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板又はガラス基板の下地基板と、
該下地基板上に形成された酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、
該酸素含有Ｃｕ層又は該酸素含有Ｃｕ合金層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層と、
該酸化物層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層と、
を備えたことを特徴とする配線層構造。
【請求項２】
前記酸素含有Ｃｕ合金層は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の配線層構造。
【請求項３】
前記酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる添加元素は、２０原子％以下であることを特徴とする請求項２に記載の配線層構造。
【請求項４】
前記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項５】
前記Ｃｕ合金層は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項６】
前記Ｃｕ合金層に含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項７】
前記Ｃｕ合金層上に形成されたＣｕ導電層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項８】
前記Ｃｕ導電層が９９原子％以上の純銅であることを特徴とする請求項７に記載の配線層構造。
【請求項９】
前記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有し、前記酸化物層は１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有し、前記Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有し、前記Ｃｕ導電層は２００ｎｍ〜１０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項７または８に記載の配線層構造。
【請求項１０】
半導体基板又はガラス基板からなる下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタする工程（ａ）と、
Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｂ）と、
前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングにより配線層パターンを形成して、前記下地基板の一部を露出させる工程（ｃ）と、
水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板表面に存在するダングリングボンドを終端させる工程（ｄ）と、
をこの順に備え、
前記工程（ｂ）の後で前記工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールを行う工程（ｅ）を、さらに備えることを特徴とする配線層構造の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットに含まれる添加元素は、２０原子％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ａ）のスパッタで使用されるＯ２雰囲気は、体積分率で１％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１４】
前記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットは、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１５】
前記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットに含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉの添加元素は、１原子％以上１５原子％以下であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｂ）の後に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用して不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｆ）を、さらに有することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｆ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、９９原子％以上のＣｕを含有することを特徴とする請求項１６に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１８】
半導体基板又はガラス基板の下地基板と、前記下地基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接触して形成されたソース電極層およびドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層の少なくとも１つが請求項１から９のいずれか一項に記載の配線層構造から形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
半導体基板又はガラス基板の下地基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に不純物を高濃度に添加した半導体層を形成する工程と、前記不純物を高濃度に添加した半導体層上に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層、前記不純物を高濃度に添加した半導体層、および前記半導体層をパターンニングする工程とを有し、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法によって前記金属配線層を製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線層を形成する工程は前記工程（ａ）および（ｂ）であり、前記パターンニングする工程は前記工程（ｃ）であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１】
半導体基板又はガラス基板の下地基板と、
該下地基板上に形成された酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層と、
該酸素含有Ｃｕ層又は該酸素含有Ｃｕ合金層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有する酸化物層と、
該酸化物層上に形成された、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金層と、
を備えたことを特徴とする配線層構造。
【請求項２】
前記酸素含有Ｃｕ合金層は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の配線層構造。
【請求項３】
前記酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる添加元素は、２０原子％以下であることを特徴とする請求項２に記載の配線層構造。
【請求項４】
前記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層に含まれる酸素は、１原子％以上３０原子％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項５】
前記Ｃｕ合金層は、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項６】
前記Ｃｕ合金層に含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ合計の添加元素は、１原子％以上１５原子％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項７】
前記Ｃｕ合金層上に形成されたＣｕ導電層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の配線層構造。
【請求項８】
前記Ｃｕ導電層が９９原子％以上の純銅であることを特徴とする請求項７に記載の配線層構造。
【請求項９】
前記酸素含有Ｃｕ層又は酸素含有Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有し、前記酸化物層は１ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有し、前記Ｃｕ合金層は１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有し、前記Ｃｕ導電層は２００ｎｍ〜１０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項７または８に記載の配線層構造。
【請求項１０】
半導体基板又はガラス基板からなる下地基板上に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用してＯ２雰囲気にてスパッタする工程（ａ）と、
Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｂ）と、
前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）によって形成された層にエッチングにより配線層パターンを形成して、前記下地基板の一部を露出させる工程（ｃ）と、
水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板表面に存在するダングリングボンドを終端させる工程（ｄ）と、
をこの順に備え、
前記工程（ｂ）の後で前記工程（ｄ）の前に、水素雰囲気中にてアニールを行う工程（ｅ）を、さらに備えることを特徴とする配線層構造の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットに含まれる添加元素は、２０原子％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ａ）のスパッタで使用されるＯ２雰囲気は、体積分率で１％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１４】
前記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットは、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１５】
前記Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのうち少なくとも一種を含有するＣｕ合金ターゲットに含まれるＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉの添加元素は、１原子％以上１５原子％以下であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｂ）の後に、少なくともＣｕを含有するターゲットを利用して不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程（ｆ）を、さらに有することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｆ）で使用される前記少なくともＣｕを含有するターゲットは、９９原子％以上のＣｕを含有することを特徴とする請求項１６に記載の配線層構造の製造方法。
【請求項１８】
半導体基板又はガラス基板の下地基板と、前記下地基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接触して形成されたソース電極層およびドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層の少なくとも１つが請求項１から９のいずれか一項に記載の配線層構造から形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
半導体基板又はガラス基板の下地基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に不純物を高濃度に添加した半導体層を形成する工程と、前記不純物を高濃度に添加した半導体層上に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層、前記不純物を高濃度に添加した半導体層、および前記半導体層をパターンニングする工程とを有し、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法によって前記金属配線層を製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線層を形成する工程は前記工程（ａ）および（ｂ）であり、前記パターンニングする工程は前記工程（ｃ）であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【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２０１０−２８７７９１（Ｐ２０１０−２８７７９１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１４４０（Ｐ２００９−１４１４４０）
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【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２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【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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