JP2002353222A

JP2002353222A - 金属配線、それを備えた薄膜トランジスタおよび表示装置

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Publication number: JP2002353222A
Application number: JP2001161077A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Izumi; 良弘和泉; Yoshimasa Chikama; 義雅近間
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】金属配線として銅膜を使用する場合におい
て、その銅膜にけい素含有膜が設けられるとき、けい素
含有膜への銅の拡散とアンモニアガスなどの反応ガスに
よる銅の腐食とを防止し得る金属配線、それを備えた薄
膜トランジスタおよび表示装置を提供する。【解決手段】金属配線は、銅膜とけい素含有膜との間
における、銅膜の上層もしくは下層にまたは銅膜の上層
と下層との両方に、バリア膜が形成されている。バリア
膜は、主成分が２０００℃以上の融点を持つ金属とニッ
ケル（Ｎｉ）との合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置（Ｌ
ＣＤ：Liquid Crystal Display）、プラズマ表示装置
（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）、エレクトロクロミ
ック表示装置（ＥＣＤ：Electrochromic Display）、エ
レクトロルミネッセント表示装置（ＥＬＤ：Electro Lu
minescent Display ）などのフラットパネルディスプレ
イ、アクティブマトリクス基板を用いたフラットパネル
型イメージセンサ、セラミック基板を用いたプリント配
線基板などの、多種の装置または基板に使用できる金属
配線、前記金属配線を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：
Thin Film Transistor）、および前記金属配線または前
記薄膜トランジスタを含む表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフ
ラットパネルディスプレイは、通常、液晶などの表示材
料を一対の基板の間に挟持し、その表示材料に電圧を印
加するという方法で構成される。この際、少なくとも一
方の基板には、導電材料からなる電気配線を配列させ
る。

【０００３】例えば、アクティブマトリクス駆動型ＬＣ
Ｄの場合、次のような構成となる。

【０００４】表示材料を挟持する一対の基板の内、一方
のアクティブマトリクス基板上には、ゲート電極および
データ電極を交差状に配設する。そして、その交差部毎
に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および画素電極を配設
する。通常、これらゲート電極およびデータ電極には、
タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン
（Ｍｏ）などの金属材料を用いる。

【０００５】ところで、このようなフラットパネルディ
スプレイにおいて、ディスプレイの大面積化およびディ
スプレイの高精細化を図ろうとした場合、駆動周波数が
高まるとともに、電気配線の抵抗および寄生容量が増大
する。その影響を受け、駆動信号の遅延が大きな問題と
なる。

【０００６】そこで、上記駆動信号遅延を解決するため
に、従来の配線材料であるアルミニウム（Ａｌ：バルク
抵抗率２．７μΩ・ｃｍ）、α−タンタル（α−Ｔａ：
バルク抵抗率１３．１μΩ・ｃｍ）、モリブデン（Ｍ
ｏ：バルク抵抗率５．８μΩ・ｃｍ）の代わりに、それ
らの金属よりも電気抵抗が小さい銅（Ｃｕ：バルク抵抗
率１．７μΩ・ｃｍ）を配線材料に用いる試みがなされ
ている。例えば、「A Six-Mask TFT-LCD Process Using
Copper-Gate Metallurgy 」（SID 96DIGEST,pp.333-33
6 ）においては、ゲート電極材料に銅を用いたＴＦＴ−
ＬＣＤの検討結果が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、銅からなる
ゲート電極上に、ゲート絶縁膜として窒化けい素（Ｓｉ
Ｎｘ）膜を化学的蒸着法（ＣＶＤ法：Chemical Vapor D
eposition 法）によって成膜する場合、２つの問題が生
じる。反応ガスであるアンモニアにより銅が腐食すると
いう問題、および窒化けい素膜に銅が拡散するという問
題である。上記文献では、これらの問題に対し、以下の
特殊な工夫を行っている。

【０００８】銅腐食の問題については、窒化けい素膜成
膜にかかわる反応ガス種を変更するという工夫を行うこ
とにより、銅の腐食を避けている。また、銅の拡散につ
いては、通常より窒素成分が多い窒化けい素膜を成膜す
るという工夫を行うことにより、銅の拡散つまり銅と窒
化けい素との反応を避けている。しかし、それら特殊な
工夫を施すことは、薄膜トランジスタを生産する上で大
きな負担となる。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、金属配線として銅膜を使
用する場合において、その銅膜にけい素含有膜が設けら
れるとき、けい素含有膜への銅の拡散とアンモニアガス
などの反応ガスによる銅の腐食とを防止し得る金属配
線、それを備えた薄膜トランジスタおよび表示装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の金属配線は、上
記課題を解決するために、基板に銅膜が配線形状に配設
され、かつその配設された銅膜の少なくとも上層または
下層のいずれか一方にけい素含有膜が設けられる金属配
線において、上記銅膜とけい素含有膜との間における、
銅膜の上層もしくは下層に、または銅膜の上層と下層と
の両方に、さらにバリア膜が形成されており、かつその
バリア膜は主成分が２０００℃以上の融点を持つ金属と
ニッケル（Ｎｉ）との合金であることを特徴とする。

【００１１】上記発明によれば、配線形状に配設された
銅膜上に、上記合金からなる膜が存在すると、その合金
からなる膜が銅のバリア膜として働く。つまり、配設さ
れた銅膜の上層または下層に、けい素含有膜を成膜する
とき、銅にバリア膜が存在するので、それらけい素含有
膜に銅が拡散するのを防ぐ。また、けい素含有膜をＣＶ
Ｄ法で積層する場合、反応ガスによる銅の腐食を防ぐこ
とができる。その結果、金属配線として銅膜を使用する
場合において、その銅膜にけい素含有膜が設けられると
き、けい素含有膜への銅の拡散とアンモニアガスなどの
反応ガスによる銅の腐食とを防止し得る金属配線を提供
することができる。

【００１２】さらに、本発明の金属配線は、けい素含有
膜が窒化けい素（ＳｉＮｘ）を含む絶縁膜、またはけい
素を含む半導体膜であることを特徴とする。

【００１３】上述のような構成によると、銅にバリア膜
が存在するので、それら絶縁膜または半導体膜に銅が拡
散するのを防ぐ。さらに、窒化けい素膜（ＳｉＮｘ膜）
をＣＶＤ法で積層する場合、その銅バリア膜の存在によ
り、アンモニアなどの反応ガスによる銅の腐食を防ぐこ
とができる。その結果、窒化けい素膜への銅の拡散とア
ンモニアなどのガスによる銅の腐食とを防止できる金属
配線を提供することができる。

【００１４】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜が
無電解メッキによって形成されていることを特徴とす
る。

【００１５】上述のように、無電解メッキにより形成さ
れた膜（以下、無電解メッキ膜と示す）は、配設された
銅膜上に存在する。そのとき、無電解メッキ膜が、保護
性能の高いバリア膜として働く。また、無電解メッキ膜
によって形成するので、真空成膜装置などを使用せずに
バリア膜を形成することが可能である。その結果、簡便
に、バリア膜を形成した金属配線を提供することができ
る。

【００１６】さらに、本発明の金属配線は、２０００℃
以上の融点を持つ金属がタングステン（Ｗ）もしくはレ
ニウム（Ｒｅ）のいずれか一方、またはタングステンと
レニウムとの両方からなるものであることを特徴とす
る。

【００１７】上記の構成のように、２０００℃以上の融
点を持つ金属（以下、高融点金属と示す）をタングステ
ンもしくはレニウムのいずれか一方、またはタングステ
ンとレニウムとの両方からなるものとした場合、それら
の金属は融点が高い。そのため、合金は熱安定性を増
す。ちなみに、タングステンの融点は３４１０℃、レニ
ウムの融点は３１８０℃である。合金が熱安定性が増す
ことにより、保護能力の大きい膜を形成することができ
る。したがって、３００℃程度の製造温度が必要とされ
る製造工程に適用することが可能な、銅を保護する能力
の大きい金属配線を提供することができる。

【００１８】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜が
非晶質（アモルファス）であることを特徴とする。

【００１９】上記のように、膜が非晶質であると、その
膜は結晶粒界の少ない緻密な膜となる。そのような緻密
な膜は、保護能力を発揮する膜として使用できる。その
結果、配線された銅膜に緻密な膜を形成することによ
り、銅を保護する能力の大きい金属配線を提供すること
ができる。

【００２０】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜
が、基板に配設される銅膜にのみ、選択的に形成されて
いることを特徴とする。

【００２１】これにより、製造の工程を最小限にするこ
とができる。その結果、最小限の工程の追加により、銅
を保護する能力のある金属配線を提供することができ
る。

【００２２】ところで、本発明の金属配線は、薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）の電極に用いることができる。

【００２３】そして、本発明の薄膜トランジスタは、ゲ
ート電極、窒化けい素からなるゲート絶縁膜、けい素を
含む半導体膜、ソース電極およびドレイン電極にて構成
される薄膜トランジスタにおいて、上記の金属配線をゲ
ート電極に用いたことを特徴とする。

【００２４】上記の構成では、ゲート電極である銅の上
層にゲート絶縁膜または半導体膜を成膜する際に、それ
らの膜に銅が拡散するのを防ぐことができる。また、銅
の上層にＣＶＤ法で窒化けい素膜を積層する際、反応ガ
スによって銅が腐食するのを防ぐことができる。その結
果、金属配線として銅膜を使用する場合において、その
銅膜にけい素含有膜が設けられるとき、けい素含有膜へ
の銅の拡散とアンモニアガスなどの反応ガスによる銅の
腐食とを防止し得る金属配線、それを備えた信頼性のあ
る薄膜トランジスタを提供することができる。

【００２５】さらに、本発明の表示装置は、上記の薄膜
トランジスタを備えたことを特徴とする。

【００２６】上記の構成では、薄膜トランジスタに、電
気抵抗の小さい銅が電極に使用されている。電極に銅膜
を用いることは、大面積および高精密化された、信頼性
のある表示装置を得るために必要である。したがって、
金属配線として銅膜を使用する場合において、その銅膜
にけい素含有膜が設けられるとき、けい素含有膜への銅
の拡散とアンモニアガスなどの反応ガスによる銅の腐食
とを防止し得る金属配線、および信頼性のある薄膜トラ
ンジスタを提供でき、さらに、大面積および高精密化さ
れた、信頼性のある表示装置を提供することができる。

【００２７】さらに、本発明の表示装置は、上記の金属
配線を備えたことを特徴とする。

【００２８】上記構成によると、配線に銅が使用されて
いる。配線に銅を用いることは、大面積および高精密化
された、信頼性のある表示装置を得ることに寄与する。
したがって、大面積および高精密化された、信頼性のあ
る表示装置を提供することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通り
である。

【００３０】本実施の形態における金属配線は、図１に
示すように、基板としてのガラス基板１上に配線形状に
配設された銅膜としての銅配線２とその銅配線２の上に
形成されたバリア膜３とを、ガラス基板１に積層するこ
とにより構成されている。

【００３１】以下、銅配線２およびバリア膜３の製造手
順を説明する。

【００３２】（１）銅配線パターンの作成ガラス基板１（コーニング社製＃１７３７）上に、直流
（ＤＣ）スパッタ法により約０．３μｍ厚の銅膜を成膜
する。次に、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチン
グ技術とを用いて、配線形状にその銅膜をパターニング
し、銅配線２を作成する。なお、銅膜は、スパッタ法、
蒸着法、ＣＶＤ法などの乾式成膜法、無電解メッキ法、
熱分解法などの湿式成膜法、またはその他の方法のいず
れの方法を用いても構わない。

【００３３】（２）メッキ触媒の付与次に、上記銅配線２上に、無電解メッキに必要な触媒を
付与する。具体的には、銅配線２が配設されたガラス基
板１を、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ₂）含有溶液に浸漬
する。浸漬後、純水で洗浄する。この作業により、銅配
線２上にのみ選択的に、メッキ触媒であるパラジウムイ
オンを付与することができる。上記塩化パラジウム含有
溶液の例は、商品名「エンプレートアクチベーター４４
０（メルテックス社製）」を３０ｍＬ／Ｌに希釈し、そ
の希釈した液を、水酸化カリウム水溶液（濃度１ｍｏｌ
／Ｌ）でｐＨを５．５に調整した液である。このメッキ
触媒付与には、上記の例とは別の触媒付与方式を用いて
も構わない。別の触媒付与方法とは、例えば、パラジウ
ムイオンを含有したコロイドまたは有機錯体を用いる方
法である。また、必要に応じて、パラジウムイオン付与
後、還元剤を使用してパラジウムイオンを還元しても良
い。

【００３４】（３）バリア膜の形成メッキ触媒付与後、銅配線２があるガラス基板１を、無
電解ニッケル−レニウム−リンメッキ浴（無電解ＮｉＲ
ｅＰメッキ浴）に浸漬する。その浸漬により、触媒が付
与されている銅配線２上にのみ選択的に、ニッケル−レ
ニウム−リン（Ｎｉ−Ｒｅ−Ｐ）の３元系合金からなる
バリア膜３が形成される。

【００３５】上記の無電解ＮｉＲｅＰメッキ浴には、例
えば、くえん酸三ナトリウム（Ｃ₆Ｈ₅Ｎａ₃Ｏ₇）、
硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄）、過レニウム酸アンモニウ
ム（ＮＨ₄ＲｅＯ₄）、ホスフィン酸ナトリウム（Ｎａ
ＰＨ₂Ｏ₂）、その他添加剤を含有するものを使用す
る。また、無電解メッキの条件は、ｐＨ９．０、９０℃
の条件で行う。以上の条件でメッキを行うと、高融点金
属であるレニウム（Ｒｅ）と、ニッケル（Ｎｉ）とが共
析したＮｉ−Ｒｅ−Ｐ合金膜を得ることができる。メッ
キ浴の組成調整やメッキ条件によって、合金膜中のレニ
ウム含有量は変えることができる。本実施の形態では、
レニウム含有量が５０〜７５％となるような条件を設定
し、膜厚を０．０３μｍとした。

【００３６】一方、無電解メッキ膜によるバリア膜３と
しては、上記のＮｉ−Ｒｅ−Ｐ系以外に、ニッケル−タ
ングステン−リン（Ｎｉ−Ｗ−Ｐ）の３元系合金膜を用
いることも可能である。この場合、無電解ニッケル−タ
ングステン−リンメッキ浴（無電解ＮｉＷＰメッキ浴）
は、例えば、硫酸アンモニウム（（ＮＨ₄）₂Ｓ
Ｏ₄）、くえん酸三ナトリウム（Ｃ₆Ｈ₅Ｎａ
₃Ｏ₇）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄）、タングステン
酸ナトリウム（Ｎａ₂ＷＯ₄）、ホスフィン酸ナトリウ
ム（ＮａＰＨ₂Ｏ₂）、その他添加剤を含有するものを
使用する。

【００３７】（１）〜（３）の工程で得られた銅配線２
には、上記のように、Ｎｉ−Ｒｅ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐの
合金からなるバリア膜３が形成されている。そのため、
銅の表面が露出しない構造になっている。そのような構
造により、銅配線２の酸化と変色とを防ぐことが可能で
ある。また、窒化けい素などからなる絶縁膜を銅配線２
上にＣＶＤ法で成膜する場合、アンモニアなどのガスに
より銅が腐食する反応を防ぐことができる。

【００３８】また、一般に、高融点金属は良好な熱安定
性を示すことから、高融点金属を含有する合金膜には保
護性能が期待できる。なお、本実施の形態で述べる高融
点金属とは、融点が２０００℃以上の金属を指すものと
する。なかでもタングステン（Ｗ）およびレニウム（Ｒ
ｅ）の融点は、各々３４１０℃、および、３１８０℃と
高く、これらを含有する合金からなる膜は高い保護性能
を有する。

【００３９】また、本実施の形態の無電解メッキで得ら
れるバリア膜は、アモルファス（非晶質）である。その
ため、結晶粒界の少ない繊密な膜となり、高い保護性能
を発揮する。

【００４０】実際に、実験的に銅配線２上に上記のＮｉ
−Ｒｅ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金を無電解メッキ法で形成
し、銅の拡散状態をオ−ジェ電子分光法（ＡＥＳ：Auge
r Electron Spectroscopy ）で確認した。その結果、３
００℃、３時間の熱負荷後においても銅拡散は認められ
なかった。また、バリア膜３の厚みが最低限０．０１μ
ｍであれば、保護性能を得ることができることも確認し
た。しかし、本実施の形態においては、余裕をもって、
バリア膜３の厚みを０．０３μｍとした。

【００４１】また、本実施の形態のバリア膜３は、無電
解メッキ膜として広く知られているニッケル−りん膜
（Ｎｉ−Ｐ膜）に、上述の高融点金属を含有する合金膜
である。その結果、真空成膜装置を使用せず、無電解メ
ッキ法によって簡便にバリア膜を形成することが可能で
ある。

【００４２】さらに、銅配線２上にのみ選択的にメッキ
触媒を付与することにより、銅配線２上にのみ選択的に
バリア膜３を形成することができる。そのため、バリア
膜３のパターニング工程が不要となり、最小限の工程を
追加することでバリア膜３を形成することが可能とな
る。

【００４３】本実施の形態における金属配線は、銅の拡
散を気にせずに各種のデバイスに使用することができ
る。例えば、３００℃程度の製造温度が必要とされる従
来の液晶表示装置の製造工程に、広く、この金属配線を
適用することが可能である。

【００４４】なお、図１では、ガラス基板１などの絶縁
基板上に金属配線を配設した例を示した。しかし、絶縁
膜または半導体膜が絶縁基板上に成膜されており、その
上に銅配線を配設することもある。その場合には、銅膜
の下層に対して銅拡散を防止する必要がある。その必要
性を満たすためには、下層にバリア膜を形成し、その
後、銅配線を配設する構造を採用すると良い。また、当
然ながら、銅配線の上層と下層との両方に対して銅拡散
または銅腐食を防止する必要がある場合、銅膜の上層と
下層との両方にバリア膜を形成しても良い。

【００４５】また、本実施の形態の金属配線の製造方法
は、基板に銅膜が配設され、かつその銅膜の少なくとも
上層または下層のいずれか一方に、窒化けい素を含む絶
縁膜が設けられる金属配線の製造方法において、上記銅
膜と絶縁膜との間における、銅膜の上層もしくは下層に
または銅の上層と下層との両方に、無電解メッキによっ
てバリア膜を形成するとともに、そのバリア膜の主成分
が２０００℃以上の融点を持つ金属とニッケル（Ｎｉ）
との合金であることを特徴としている。その結果、金属
配線として銅膜を使用する場合において、その銅膜にけ
い素含有膜が設けられるとき、けい素含有膜への銅の拡
散とアンモニアガスなどの反応ガスによる銅の腐食とを
防止し得る金属配線の製造方法を提供することができ
る。

【００４６】〔実施の形態２〕本発明における他の実施
の形態について、図２に基づいて説明すれば、以下の通
りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態１の
図面に示した部材と同一の機能を有する部材について
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００４７】本実施の形態では、図２に示すような金属
配線の構成となっている。基板（ガラス基板１）上に次
のものを積層する。インジウムすず酸化物（ＩＴＯ：in
dium-tin oxide）膜からなる下地配線パターン６と、下
地配線パターン６上に配設された銅膜（銅配線４）と、
銅配線４上に形成されたバリア膜５とを順次積層する。

【００４８】以下、図２に示す金属配線の製造手順を説
明する。

【００４９】（１）下地配線パターンの作成ガラス基板１（コーニング社製＃１７３７）上に、ＤＣ
スパッタ法により約０．１μｍ厚のＩＴＯ膜を成膜す
る。次に、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング
技術とを用いて該ＩＴＯ膜を配線形状にパターニングす
る。そのパターニングにより、下地配線パターン６を得
る。なお、ＩＴＯ膜は、スパッタ法、蒸着法などの乾式
成膜法や、ゾルゲル法、水溶液中での化学析出法、熱分
解法などの湿式成膜法など、いずれの方法を用いても構
わない。また、ガラス基板１および銅配線４に対して密
着性が良い材料であれば、ＩＴＯに限らず他の材料を下
地配線パターン６として使用してもよい。他の材料の例
は、二酸化すず（ＳｎＯ₂）、タンタル（Ｔａ）などで
ある。

【００５０】（２）銅配線の作成下地配線パターン６上に銅配線４を作成する。ＤＣスパ
ッタ法により約０．３μｍ厚の銅膜を成膜する。次に、
通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用
いて、その銅膜を下地配線形状にパターニングする。そ
のパターニングにより銅配線４を得る。なお、銅膜を得
るには、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの乾式成膜
法や、無電解メッキ法、熱分解法などの湿武成膜法な
ど、いずれの方法を用いても構わない。

【００５１】また、銅配線４を無電解メッキ法で作成す
る場合は、実施の形態１の（２）メッキ触媒の付与工程
と同様の方法を用い、下地（ＩＴＯ）配線パターン６上
にのみ選択的に、メッキ触媒を付与する。その後、その
触媒を与えた領域にのみ無電解銅メッキを行うことによ
って、下地配線パターン６上にのみ選択的に銅配線４を
作成することができる。無電解銅メッキ浴の例は、商品
名「メルプレートＣＵ−３９０（メルテックス社製）」
を用い、それを４０℃、ｐＨ１３．５に調整した溶液で
ある。その溶液に、メッキ触媒付きの基板を約５０分間
浸漬させると、銅配線４が約０．３μｍの厚みで析出す
る。この場合、銅配線４のパターニング工程が不要にな
り、最小限の工程によって銅配線４を配設することがで
きる。

【００５２】（３）メッキ触媒の付与実施の形態１の（２）に示したメッキ触媒の付与と同様
である。

【００５３】（４）バリア膜の形成実施の形態１の（３）に示したバリア膜の形成と同様で
ある。

【００５４】上記（１）〜（４）の工程で得られた金属
配線は、実施の形態１で説明した効果に加えて、ガラス
基板１と銅配線４との密着性が向上するという効果が加
わる。その結果、さらに信頼性に優れた金属配線を生産
することが可能となる。

【００５５】〔実施の形態３〕本発明におけるさらに他
の実施の形態について、図３に基づいて説明すれば、以
下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形
態１および実施の形態２の図面に示した部材と同一の機
能を有する部材については、同一の符号を付し、その説
明を省略する。

【００５６】図３に示すように、基板としてのガラス基
板１上に、ＩＴＯなどからなる下地配線パターン９があ
る。下地配線パターン９上には、作成されたニッケル膜
（Ｎｉ−Ｐ膜）１０と、必要に応じて該ニッケル膜の上
に作成された金膜（Ａｕ膜）１１とがある。さらに、金
膜１１上に配設された銅膜としての銅配線７と、この銅
配線７上にバリア膜８とを積層する。上記のように金属
配線は構成されている。

【００５７】以下、図３に示す金属配線の製造手順を説
明する。

【００５８】（１）下地配線パターンの作成実施の形態２で示した（１）下地配線パターンの作成と
同様である。

【００５９】（２）ニッケル膜の作成厚さ約０．２μｍのニッケル−りん膜（Ｎｉ−Ｐ膜）１
０を、上記下地配線パターン９上に、無電解メッキ法で
作成する。この時、実施の形態１に示した（２）メッキ
触媒の付与と同様の方法により、ＩＴＯなどの下地配線
パターン９上にのみ選択的に、メッキ触媒を付与する。
その後、触媒が与えられた場所にのみ、無電解ニッケル
−りんメッキ（Ｎｉ−Ｐメッキ）が行われる。そのよう
なメッキにより、下地配線パターン上９にのみ選択的
に、Ｎｉ−Ｐ膜１０を作成することができる。このよう
に膜を作成すると、Ｎｉ−Ｐ膜１０のパターニング工程
が不要になり、最小限の工程により金属配線を作成する
ことが可能となる。

【００６０】なお、上記Ｎｉ−Ｐメッキ処理を行う無電
解Ｎｉ−Ｐメッキ浴の例は、商品名「メルプレートＩＴ
ＯＮＩ−８６６（メルテックス社製）」を用い、それ
を７０℃、ｐＨ４．５に調整した溶液である。その溶液
に、ＩＴＯなどの下地配線パターン９付きのガラス基板
１を約７分間浸漬する。その作業を行うと、リン含有率
が約１２％の緻密なＮｉ−Ｐ膜が、約０．２μｍの厚み
で析出する。また、Ｎｉ−Ｐ膜１０を作成後、約２５０
℃、３０分間のアニール処理を行なうと、Ｎｉ−Ｐ膜の
密着性を向上させることができる。なお、Ｎｉ−Ｐ膜の
代わりに、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｒｅ−Ｐ膜を用いるこ
とも可能である。

【００６１】（３）金膜の作成次に、上記のＮｉ−Ｐ膜１０上の表面に、置換メッキ法
を用いて、約０．０３μｍ厚の金膜１１を作成する。例
えば、商品名「メルプレートＡＵ−６０１（メルテック
ス社製）」を用い、それを９０℃、ｐＨ４．５に調整し
た溶液を準備する。その溶液に、Ｎｉ−Ｐ膜パターン付
きの基板を約５分間浸漬する。その浸漬により、約０．
０３μｍ厚の金膜１１が析出する。なお、本工程は必須
工程ではない。次工程の銅配線７を作成する場合に、銅
の密着性を得ることができないとき、本工程を導入す
る。

【００６２】（４）銅配線の作成次に、無電解銅メッキ法を用いて、約０．３μｍ厚の銅
配線７を、上記の金膜１１上に作成する。

【００６３】上記銅メッキ処理に用いる銅メッキ浴の例
は、商品名「メルプレートＣＵ−３９０（メルテックス
社製）」を用い、それを４０℃、ｐＨ１３．５に調整し
た溶液である。メッキ触媒付きの基板を上記溶液に約５
０分間浸漬させることにより、約０．３μｍ厚の銅膜が
析出する。この場合、銅膜のパターニング工程は不要で
ある。その結果、最小限の工程により、銅配線７を作成
することができる。

【００６４】なお、下地に金膜１１を使用している場合
は、パラジウム系のメッキ触媒を付与せずに、金膜１１
上にのみ選択的に、無電解銅メッキを施すことが可能で
ある。

【００６５】（５）バリア膜の形成実施の形態１の（３）に示したバリア膜の形成と同様で
ある。

【００６６】上記（１）〜（５）の工程で得られた金属
配線は、実施の形態２で説明した効果に加えて、ガラス
基板１と銅配線７との密着性がさらに向上する。そのた
め、さらに信頼性に優れた金属配線を実現することが可
能である。

【００６７】〔実施の形態４〕本発明におけるさらに他
の実施の形態について、図４および図５に基づいて説明
すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記
の実施の形態１ないし実施の形態３の図面に示した部材
と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付
し、その説明を省略する。

【００６８】本実施の形態においては、前述した金属配
線を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および表示装置に適用
した例について説明する。

【００６９】すなわち、図４に示すように、本実施の形
態の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）としてのＴＦＴ素子２
０は、前記実施の形態１〜３で説明した金属配線をゲー
ト電極２２に用いている。

【００７０】同図に示すように、ＴＦＴ素子２０は、ガ
ラス基板２１の上に、ゲート電極２２およびゲート配線
２３を有している。このゲート電極２２およびゲート配
線２３の上にはゲート絶縁膜２５が形成されている。ま
た、ゲート電極２２とゲート絶縁膜２５との間、および
ゲート配線２３とゲート絶縁膜２５との間にはバリア膜
２４が形成されている。

【００７１】上記のゲート電極２２の上側、かつゲート
絶縁膜２５の上には、チャネル部の非晶質けい素膜（ａ
−Ｓｉ膜）２６が形成され、そのａ−Ｓｉ膜２６の上に
は、コンタクト層としてｎ＋型ａ−Ｓｉ膜２７が形成さ
れている。上記のａ−Ｓｉ膜２６およびｎ＋型ａ−Ｓｉ
膜２７は半導体膜を形成している。また、ａ−Ｓｉ膜２
６およびｎ＋型ａ−Ｓｉ膜２７の上を覆うように、Ａｌ
からなるソース電極２８およびドレイン電極２９が形成
されている。そして、同図の右側に示すゲート絶縁膜２
５の上にはＩＴＯからなる画素電極３０が形成されてお
り、この画素電極３０はドレイン電極２９に接続されて
いる。また、ソース電極２８およびドレイン電極２９を
覆うように窒化けい素からなる絶縁保護膜３１が設けら
れている。

【００７２】このようなＴＦＴ素子２０を製造する過程
においては、銅膜としてのゲート電極２２上にゲート絶
縁膜２５を成膜する。そのゲート絶縁膜２５は窒化けい
素からなっている。また、ゲート絶縁膜２５をＣＶＤ法
により作成する。ゲート絶縁膜２５作成の際、実施の形
態１から３のいずれかの金属配線をゲート電極２２に用
いる。これによって、銅の表面にはバリア膜２４が形成
される。そのバリア膜２４の存在により、ＣＶＤ法の反
応ガスが銅配線を侵すことはない。また、ＴＦＴ素子２
０の製造過程において、３００℃程度の熱が加わる。し
かし、バリア膜２４が存在するので、ゲート絶縁膜２５
およびａ−Ｓｉ膜２６に、熱によって銅が拡散すること
はない。その結果、信頼性の優れたＴＦＴ素子を生産す
ることが可能となる。

【００７３】なお、ゲート電極２２にアルミニウム（Ａ
ｌ）またはタンタル（Ｔａ）を用いた従来のＴＦＴ素子
と、図４に示したＴＦＴ素子とを比較した。その比較の
結果、図４に示したＴＦＴ素子２０は、従来のＴＦＴ素
子とほぼ同様の特性を示すことが確認された。

【００７４】また、本ＴＦＴ素子２０は、図５（ａ）
（ｂ）に示すようなアクティブマトリクス駆動型の液晶
表示装置（ＬＣＤ）に適用できることも確認された。同
図においては、ガラス基板２１に、ゲート電極２２およ
びソース電極２８を有するＴＦＴ素子２０ならびにその
他の部材が形成されている。

【００７５】以上のように、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＣＤ、
ＥＬＤなどのフラットパネルディスプレイにおいて、電
気抵抗の小さい銅配線が求められる場合、およびそれら
の大面積高精細化が求められる場合、実施の形態で述べ
た金属配線は極めて有効である。

【００７６】なお、本発明は、上記４つの実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更
が可能である。例えば、上記実施の形態では、フラット
パネルディスプレイ用の金属配線、薄膜トランジスタお
よび表示装置であるが、特にこれらに限定するものでは
ない。本発明は、フラットパネル型イメージセンサに用
いるアクティブマトリクス基板への利用、および他の分
野へ応用することも可能である。

【００７７】

【発明の効果】本発明の金属配線は、以上のように、配
線形状に配設された銅膜とけい素含有膜との間におけ
る、上記銅膜の上層もしくは下層に、または上記銅膜の
上層と下層との両方に、さらにバリア膜が形成されてお
り、かつそのバリア膜は主成分が２０００℃以上の融点
を持つ金属とニッケル（Ｎｉ）との合金である、という
ものである。

【００７８】それゆえ、銅膜にけい素含有膜が設けられ
るとき、けい素含有膜への銅の拡散とアンモニアガスな
どの反応ガスによる銅の腐食とを防止し得る金属配線を
提供することができるという効果を奏する。

【００７９】さらに、本発明の金属配線は、けい素含有
膜が、窒化けい素（ＳｉＮｘ）を含む絶縁膜、またはけ
い素を含む半導体膜である、というものである。

【００８０】それゆえ、窒化けい素膜への銅の拡散とガ
スによる銅の腐食とを防止できる金属配線を提供できる
という効果を奏する。

【００８１】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜が
無電解メッキによって形成されている、というものであ
る。

【００８２】それゆえ、バリア膜を選択的に形成でき、
窒化けい素膜への銅の拡散とガスによる銅の腐食とを防
止できる金属配線を提供することができるという効果を
奏する。

【００８３】さらに、本発明の金属配線は、上記２００
０℃以上の融点を持つ金属がタングステン（Ｗ）もしく
はレニウム（Ｒｅ）のいずれか一方、またはタングステ
ンとレニウムとの両方からなるものである、というもの
である。

【００８４】それゆえ、熱安定性を増した膜を銅に形成
し、銅を保護する能力の大きい金属配線を提供できると
いう効果を奏する。

【００８５】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜が
非晶質（アモルファス）である、というものである。

【００８６】それゆえ、緻密な膜を銅に形成することに
より、銅を保護する能力の大きい金属配線を提供するこ
とができるという効果を奏する。

【００８７】さらに、本発明の金属配線は、バリア膜
が、基板に配設される銅膜にのみ選択的に形成されてい
る、というものである。

【００８８】それゆえ、最小限の工程の追加により、銅
を保護する能力のある金属配線を提供することができる
という効果を奏する。

【００８９】さらに、本発明の薄膜トランジスタは、上
記の金属配線をゲート電極に用いたものである。

【００９０】それゆえ、上記金属配線を用いた信頼性の
高い薄膜トランジスタを提供することができるという効
果を奏する。

【００９１】さらに、本発明の表示装置は、上記の薄膜
トランジスタを備えたものである。

【００９２】それゆえ、大面積および高精密化された、
信頼性のある表示装置を提供できるという効果を奏す
る。

【００９３】さらに、本発明の表示装置は、上記の金属
配線を備えたものである。

【００９４】それゆえ、大面積および高精密化された、
信頼性のある表示装置を提供できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における金属配線の実施の一形態を示す
斜視図である。

【図２】本発明における金属配線の他の実施の形態を示
す斜視図である。

【図３】本発明における金属配線のさらに他の実施の形
態を示す斜視図である。

【図４】本発明における薄膜トランジスタの実施の一形
態を示す断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、本発明における表示装置の実
施の一形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ガラス基板（基板）２銅配線（基板に配線形状に配設される銅膜）３バリア膜４銅配線（基板に配線形状に配設される銅膜）５バリア膜６下地配線パターン７銅配線（基板に配線形状に配設される銅膜）８バリア膜９下地配線パターン１０ニッケル膜（Ｎｉ−Ｐ膜）１１金膜２０ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子２１ガラス基板（基板）２２ゲート電極２３ゲート配線２４バリア膜２５ゲート絶縁膜２６非晶質けい素膜〔ａ−Ｓｉ膜〕（半導体膜）２７ｎ＋型非晶質けい素膜〔ｎ＋型ａ−Ｓｉ膜〕（半
導体膜）２８ソース電極２９ドレイン電極３０画素電極３１絶縁保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/28 ３０１Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｒ 29/786 29/78 ６１７Ｌ６１２Ｃ６１７Ｍ６１７ＪＦターム(参考） 2H092 JA34 JA37 JA41 JB22 JB31 KA04 KA05 KA12 KB04 NA23 NA28 4M104 AA09 BB04 BB39 CC05 DD34 DD37 DD43 DD52 DD53 DD63 EE02 EE05 EE17 FF17 GG20 HH20 5C094 AA32 BA03 CA19 DA14 DB01 DB04 EA04 EA07 EB02 FB12 5F033 GG04 HH07 HH11 LL02 LL04 LL06 MM11 MM13 PP06 PP15 PP19 PP27 PP28 PP35 QQ08 RR06 VV06 VV15 WW03 XX18 XX28 5F110 AA03 AA26 BB01 BB10 CC07 DD02 EE02 EE04 EE06 EE07 EE14 EE15 EE41 EE42 EE43 EE44 EE45 EE47 FF03 FF29 GG02 GG15 HK03 HK07 HK09 HK16 HK21 HK22 HK25 NN24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に銅膜が配線形状に配設され、かつそ
の配設された銅膜の少なくとも上層または下層のいずれ
か一方にけい素含有膜が設けられる金属配線において、上記銅膜とけい素含有膜との間における、銅膜の上層も
しくは下層に、または銅膜の上層と下層との両方に、さ
らにバリア膜が形成されており、かつそのバリア膜は、
主成分が２０００℃以上の融点を持つ金属とニッケル
（Ｎｉ）との合金であることを特徴とする金属配線。
【請求項２】けい素含有膜は、窒化けい素（ＳｉＮｘ）
を含む絶縁膜、またはけい素を含む半導体膜であること
を特徴とする請求項１に記載の金属配線。
【請求項３】バリア膜は、無電解メッキによって形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の金
属配線。
【請求項４】２０００℃以上の融点を持つ金属は、タン
グステン（Ｗ）もしくはレニウム（Ｒｅ）のいずれか一
方、またはタングステンとレニウムとの両方からなるも
のであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
項に記載の金属配線。
【請求項５】バリア膜は、非晶質（アモルファス）であ
ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記
載の金属配線。
【請求項６】バリア膜は、基板に配設される銅膜にの
み、選択的に形成されていることを特徴とする請求項１
から５のいずれか１項に記載の金属配線。
【請求項７】ゲート電極、窒化けい素からなるゲート絶
縁膜、けい素を含む半導体膜、ソース電極およびドレイ
ン電極にて構成される薄膜トランジスタにおいて、請求項１から６のいずれか１項に記載の金属配線を、ゲ
ート電極に用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項８】請求項７に記載の薄膜トランジスタを備え
たことを特徴とする表示装置。
【請求項９】請求項１から６のいずれか１項に記載の金
属配線を備えたことを特徴とする表示装置。