JP2004047946A - Forming method of metal wiring and manufacture of display device - Google Patents

Forming method of metal wiring and manufacture of display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forming method of metal wiring for selectively forming the wiring which has low resistivity and improved migration resistance without using reducing gases of hydrogen or the like. <P>SOLUTION: When the electronegativity of a material for a wiring pattern 31 composed of TiN composing a selected area to form a Cu wiring pattern 32 on a substrate 51 is defined as Xs, the electronegativity of a material composing an interlayer insulating film 29 composed of SiO<SB>2</SB>which is a non-selected area not to form the Cu wiring pattern 32 is defined as Xn and the electronegativity of an organic metal material for forming the Cu wiring pattern 32 is defined as Xm, a material which satisfies a relational expression of Xs<Xn<Xm is selected and the Cu wiring pattern 32 is formed by the dismutation of the organic metal material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に代表される表示装置や、ULSI等の半導体装置に用いられる電気配線の形成技術に係り、基板上に選択的に銅もしくは銅を含む合金からなる金属配線を形成するのに好適な金属配線の形成方法及び表示装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSI、ULSIに代表される半導体の分野では、配線材料として銅(Cu)を用いた配線に関する検討が進められている。これは、半導体装置の集積度の向上による微細化の進展や動作速度の向上等が進んできているためである。つまり、従来用いられているアルミニウム(Al)を用いた配線よりも、配線抵抗が低く、かつ、エレクトロマイグレーション(electro−migration)やストレスマイグレーション(stress−migration)等に対する耐性が高い配線が求められてきているためである。
【0003】
また、液晶表示装置等に代表される表示装置の分野においても、表示面積の大型化による配線長の増加や付加機能の取り込みによる周辺回路部分のモノリシック(monolithic)化等への対応が求められている。なお、付加機能としては、駆動用ドライバ回路や画素内メモリ等、および将来的には各種プロセッサ等の組込みも検討されている。このため、表示装置の分野においても、半導体分野と同様に低抵抗な配線に関する要求が高まってきている。
【0004】
前述のように、配線材料としてのCuは、従来の配線材料であるAlと比較して、低抵抗性、耐マイグレーション性に優れている。このことから、Cuは次世代の配線材料として期待され、活発に工業化の開発が進められている。
【0005】
しかしながら、従来の微細配線の形成に用いられてきたようなフォトリソグラフィー(photo−lithography)によるマスキング(masking)や反応性イオンエッチング(reactive ion etching)法等の組み合わせでは、Cuを用いた微細配線を形成するのは難しい。
【0006】
すなわち、Cuのハロゲン化物(halogenide)は蒸気圧が低い。(Cuのハロゲン化物は蒸発しにくい。)そのため、上記のエッチングによって形成されるCuのハロゲン化物を揮発、除去するためには、プロセス温度(process temperature)として200〜300℃でのエッチング処理が必要となる。したがって、Cu配線のエッチングによる微細加工は困難である。
【0007】
Cuを用いた微細配線の形成方法としては、いわゆる、ダマシン(damascene)法と呼ばれるものがある。この方法では、まず、基板上に積層された絶縁膜に対して、あらかじめ所望の配線パターン形状の配線溝を形成しておく。この溝を埋め込むように、Cu薄膜を前記溝内部および絶縁膜上に全面に渡って形成する。このとき、Cuで前記溝を埋める方法としては、スパッタ法(sputtering)等のPVD(Physical Vap or Depositon)や、めっき法或いは有機金属材料を用いたCVD法等の各種手法がある。その後、基板表面のCu薄膜を、埋め込まれた溝部分の上部端面まで除去する。基板表面のCu薄膜を除去する方法としては、化学的機械研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等の研磨法やエッチバック(etch−back)等がある。このようにすることによって、Cu薄膜を前記溝内部にのみ残す。このようにして、埋め込み型のCu配線パターンが形成される(例えば、特許文献1参照。)。
【0008】
別の方法としては、Pd等の触媒を基板上に所望の配線パターンに配置する方法が試みられている。この方法は、パターン状に形成されたPd等を核としてCuの無電解めっきを行うことによりCuの配線パターンが形成される(例えば、非特許文献1参照。)。
【0009】
また、絶縁性の基板上に導電性物質で所望のパターン形状を形成し、この導電性物質を電極として電解めっきによりCu配線を形成する方法等が試みられている。
【0010】
【特許文献1】
特開平11−135504号公報(段落0014〜段落0029、図1及び図2)
【0011】
【非特許文献1】
H. Niino, A. Yabe, Appl. Phys. Lett., 63, 3527−3529(1993)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来行われているCuを用いた微細配線を形成するための種々の方法においては、以下に挙げるような課題がある。
【0013】
まず、LSI、ULSI等で盛んに検討されている上記ダマシン法については、以下に挙げるような課題がある。
【0014】
第1に、ダマシン法は、溝状の配線パターンや上下電極間を接続するビア(via)を形成するための成膜工程、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程が必要であり、製造工程が複雑である。
【0015】
第2に、配線抵抗を低減するためには、配線膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、アスペクト比(aspect ratio)の高い溝やビアホール(via hole)を使用すると、Cuの埋め込み性が劣化するという問題がある。
【0016】
第3に、Cu薄膜を基板全面に成膜した後に不要部分を除去する上記CMP工程等は、プロセス(process)のスループット(through−put)が悪いという問題がある。
【0017】
第4に、LSI、ULSIを作製するための直径12インチ(inch)程度のウエハサイズ(wafer size)に対しては、従来、大型のCMP装置が開発されている。しかしながら、表示装置への適用に関しては、液晶表示装置等の製造に用いられる基板サイズが約1から1.5メートル角の大型基板であり、LSl等の製造用途と比較してより大面積での平坦性等の精度が良好な研磨工程が必要となる。したがって、表示装置に関しては、ダマシン法の実用化は困難である。
【0018】
加えて、液晶表示装置のように大型基板を用いる場合は、仮に上記CMPによる全面研磨やエッチング法による除去が可能となったとしても、製品の価格が高くなるという問題がある。すなわち、液晶表示装置に配線として利用されるCu薄膜部分は、ガラス基板(glass substrate)の面積に比較して非常に小さい。そのため、成膜されたCu薄膜の大部分は除去されることとなる。結果として、材料として高価なCuの使用効率は非常に悪くなってしまう。
【0019】
また、めっきを用いた選択成膜手法においては、以下に挙げるような課題がある。
【0020】
第1に、めっきを用いた選択成膜手法は、プリント基板(printed circuit board)等の比較的パターン寸法の大きなものに対しては実績がある。しかしながら、LSl、ULSl、或いは表示装置等に要求される数μmオーダーの線幅の配線パターンを形成する場合には、めっき液の組成、経時変化等によるプロセスの不安定性、不純物の取り込み等による膜質の低下、薬液の環境への影響等の点で問題がある。
【0021】
第2に、下地配線形成後にめっきを用いて導電部分にCu薄膜を析出させる方法は選択性に優れる反面、不要部分の導電性表面を覆う工程や通電のための下地導電パターンの形成工程が必要となる。そのため、プロセス工程が複雑になり、コスト(cost)が高くなるという問題がある。
【0022】
第3に、めっき法により成膜されたCu薄膜中には不純物等の取り込みが多く、成膜直後のCu薄膜の電気的な抵抗が高くなる傾向がある。したがって、めっき法では、成膜後に比較的高温でのアニール処理(annealing)が必要となる。このアニール処理のため、めっき法では基板の耐熱性等の観点から大面積の表示装置等への適用が難しい。
【0023】
第4には、従来のLSI等を作製するためのウェハ基板とは異なり、表示装置の製造に用いられる基板は前述のように1〜1.5メートル角の大型基板であり、このような基板を均一に処理するためのめっき処理装置は非常に大型かつ大量の薬品を用いることとなり、環境への負荷が懸念される。
【0024】
上記の課題に対して、近年、有機金属材料を用いたCu−CVD法により選択的にCu薄膜を形成しようとする試みが行われている。例えば、特開平6−236879号公報では、以下のような方法が公開されている。まず、所望の配線形状を有する下地金属膜上にPd等の水素の解離能力が高いVlll族金属からなる金属粒を選択的に析出させる。これに対して水素ガス(hydrogen gas)をキャリアガス(carrier gas)としてCuの有機金属材料を導入して熱分解により成膜を行う。
【0025】
この方法によれば、水素解離能力が高いVlll族金属上で、Cuの有機金属材料と共に導入されたキャリアガスの水素が解離する。この水素によって、Cuの有機金属材料の還元反応がVIII族金属上で優先的に生じる。そのため、Vlll族金属上にCuの核形成および膜成長が選択的に進行するので、基板上にCu薄膜が選択的に形成される。
【0026】
しかしながら、この方法では、基板表面のVlll族金属上での還元作用を進行させるために、キャリアガスとして水素ガスを用いることが必要である。この場合には、気相中に存在する水素ガスによっても有機金属材料の還元反応が進行する。そして、この気相中で生じた反応物によって、選択領域以外の表面においてもCuの核形成が発生する。このことから、Cu成膜の選択性が劣化する問題点がある。
【0027】
また、下地金属上に選択的にVlll族金属を析出させる工程が必要なことから、プロセス工程が増加する。さらに、プロセスに水素ガスを必要とすることから、プロセスの安全性を確保するために成膜処理後の除害設備等のコストが必要になるといった問題点もある。
【0028】
さらに、薄膜を選択的に形成する方法としては、特開平5−94970号公報に以下のような技術が公開されている。電気陰性度の大きな第1の材料と電気陰性度の小さい第2の材料とが表面に混在する半導体基板を用いる。WFまたはMoFの金属ハロゲン化物、または該金属のハロゲン化物ガスからなる原料ガスとH、CO、SiHの還元性ガスとを含む混合ガスをつくる。この混合ガス雰囲気中において半導体基板に電界を印加すると、原料ガスが放電により励起される。これにより、WやMoの金属膜が第2の材料上に選択的かつ方向性を持って堆積する。
【0029】
この技術によれば、原料ガスと基板表面を構成する材料との相関により金属膜の成膜選択性が得られることが記載されている。しかしながら、原料ガスの分解に、放電によるプラズマ(plasma)を用いることから、気相中にも原料ガスの分解生成物である金属核(seed)が形成され、これが基板上に非選択的に堆積しやすい。そのため、金属膜の選択的な堆積が妨げられ易いという問題点がある。
【0030】
また、還元性ガスを用いることによる成膜では、成膜速度を向上できる反面、気相中での反応により原料ガスの分解堆積が進行する。このことから、同様に、成膜の選択性の向上が妨げられ易い。
【0031】
さらには、この技術では、HやSiHといった、引火性、発火性の危険のある還元性ガスを用いる必要がある。このことから、プロセスの安全性を確保するための除害設備等がトータル(total)としてのプロセスコスト(process cost)に反映されてしまうといった問題点がある。
【0032】
また、WやMoは、CuやAlと比べて比抵抗が大きいことが知られている(W:5.6×10−6Ωcm(300K)、Mo:5.2×10−6Ωcm(0℃)、Cu:1.7×10−6Ωcm(20℃)、Al:2.6×10−6Ωcm(20℃))。このように比抵抗の大きいWやMoからなる膜は、通常、LSIやICにおいては、上下方向に積層される層間を接続するような配線には適用可能である。しかしながら、WやMoからなる配線は、液晶表示装置に代表されるような表示装置が備える走査配線、信号配線としては不適当である。
【0033】
すなわち、液晶表示装置のような表示装置では、走査配線や信号配線の比抵抗が大きければ大きい程、遅延時間が長くなってしまう。そのため、WやMoからなる配線を走査配線や信号配線として用いると、良好なスイッチング操作ができなくなってしまう。
【0034】
さらに、本技術では、WFガスを5×10−4Torrといった低い圧力まで減圧して真空容器中に導入しなければならない不便がある。
【0035】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、水素等の還元性ガスを用いることなく、低抵抗性、耐マイグレーション性に優れた配線を選択に形成する金属配線の形成方法及び表示装置の製造方法を提供しようとするものである。
【0036】
【課題を解決するための手段】
本発明における金属配線の形成方法は、選択領域に金属配線を選択的に形成する金属配線の形成方法であって、
前記選択領域を構成する材料の電気陰性度をXs、少なくとも前記選択領域の近傍であって前記金属配線を形成しない非選択領域を構成する材料の電気陰性度をXn、金属配線を形成するための有機金属材料の電気陰性度をXmとした時に、それぞれの電気陰性度が、
Xs<Xn<Xm、すなわち、(Xm−Xn)<(Xm−Xs)
なる関係式を満たすようにこれらの材料を選択することによって達成される(請求項1)。
【0037】
電気陰性度とは、電子の供与性をあらわす物性値であり、原子が化学結合をつくるときに電子をひきつける能力をいう。すなわち、本発明において、材料の持つ電気陰性度とは、その材料の電子の供与性をあらわす物性値であり、材料が化学反応を起こすときに電子をひきつける能力を指している。本発明では、各材料の電気陰性度を、便宜的に構成元素の電気陰性度の算術平均としてもよい。そして、電気陰性度の異なる2つの材料間において、電気陰性度の小さな材料は電気陰性度の大きな材料に対して電子を供与する関係が成り立っている。
【0038】
ここで、例えば、Cu薄膜を形成するための有機金属材料(有機Cu材料)を基板表面に導入した場合について説明する。
【0039】
有機金属材料は、基板表面との間で電荷のやり取りを行うことによって、この基板表面に解離吸着する。そして、基板表面に吸着した有機金属材料中の2つの有機金属分子(有機Cu分子)は、基板表面を移動(migration)する。このことによって、2つの有機金属分子間での酸化還元反応である、いわゆる、不均化反応が起こる。そして、有機金材料中の金属原子(Cu)が析出する。この反応により、金属膜が堆積することが知られている(J. A. T. Norman, et.al., Thin Solid Films, Vol.262 (1995), pp46−51)。
【0040】
不均化反応(不同変化ともいう)とは、1種類の物質が2分子、あるいはそれ以上で相互に酸化、還元の反応を行った結果、2種類以上の物質を生ずることをいう。ここでは、2つの有機金属分子(上記の例では有機Cu分子)間において、後述するように酸化、還元反応が生じることによって還元された金属原子と、酸化された有機金属化合物が生ずることにより、金属薄膜の成膜が行われる。
【0041】
このことから、本発明によれば、選択領域と非選択領域とを含む領域に有機金属材料を導入すると、前記電気陰性度の関係から、その大小関係の差が大きな選択領域の表面と有機金属材料との間で電子の授受が行われる。つまり、有機金属材料が選択領域の表面から電子を引き付ける。したがって、電子の授受による有機金属材料の解離吸着を選択領域に優先的かつ選択的に行わせることができる(請求項1)。
【0042】
本発明における金属配線の形成方法は、有機金属材料の不均化反応により金属配線を形成することによって達成させてもよい(請求項2)。
【0043】
本発明の金属配線の形成方法では、上述のように、有機金属分子が優先的に吸着した選択領域に薄膜を形成するための不均化反応に寄与する有機金属分子が多く存在することとなる。したがって、選択領域において優先的に反応が進行する。このことによって、原子の核形成および薄膜の堆積を選択領域で選択的に行わせることが可能となる。
【0044】
一方、非選択領域の表面では、上述の関係により、有機金属材料との電気陰性度の差が小である。そのため、選択領域の表面と比較した場合には、有機金属材料の非選択領域の表面への吸着が起こりにくい。したがって、薄膜を形成するための不均化反応に寄与する有機金属分子が少なく、堆積が起こりにくい結果となる。
【0045】
この結果として選択領域の表面および非選択領域の表面においては、上述の不均化反応によるCu等の薄膜の堆積が開始されるまでの時間の差、いわゆる、潜伏期間が発生する。この潜伏期間が長くなることにより、Cu等の薄膜堆積の選択性が向上することになる。
【0046】
したがって、選択領域、非選択領域、および有機金属材料におけるそれぞれの電気陰性度が上述の関係を満たすように各材料を選択し、かつ、有機金属材料の不均化反応により金属配線を形成することによって、有機金属材料を選択領域に優先的に堆積させることができる。したがって、選択性の良好な金属配線の形成が可能となる(請求項2)。
【0047】
本発明の金属配線の形成方法は、金属配線を構成する金属膜を化学気相成長法(CVD法)により形成してもよい(請求項3)。
【0048】
このようにすることにより、上記電気陰性度の違いによる有機金属材料の吸着の差異を利用して、選択的に金属配線を形成することが可能となる。また、困難なエッチングを用いることなく、低抵抗、かつ、耐マイグレーション性に優れたCu等からなる配線を選択的に得ることができる(請求項3)。
【0049】
本発明の金属配線の形成方法は、選択領域は、Al、Ti、Ta、W、Siのうちの少なくとも1つの元素を含む導電性材料で構成することができる(請求項4)。また、非選択領域は、SiO、Si、Al等の酸化物・窒化物という絶縁性材料により構成することができる(請求項4)。
【0050】
このようにすることにより、導電性材料で構成された選択領域の表面に吸着された有機金属分子は、前記選択領域の表面で導電性材料内の電子と結合していることになる。したがって、選択領域である導電性材料表面での有機金属分子の移動(migration)が容易となるため、Cu等の薄膜を形成するための不均化反応等が容易に起こる。
【0051】
一方、非選択領域である絶縁性材料の表面では、金属配線形成のために必要な有機金属分子の吸着が選択領域と比較して少ない。また、これに加えて、絶縁性であるために表面での電荷の移動が困難である。そのため、上述の有機金属分子の移動は起こりにくい。したがって、有機金属分子が吸着したとしても不均化反応等の進行が進みにくい。
【0052】
これらの結果として、選択・非選択領域内での薄膜形成開始までの差(潜伏期間の差)がより大きくなる。このことから、選択性が高い状態で金属配線の形成を行うことが可能となる(請求項4,5,6)。
【0053】
本発明における表示装置の製造方法は、マトリックス状に設けられた複数の画素電極と、複数の画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを駆動するための複数の走査配線及び複数の信号配線と、を具備する表示装置の製造方法であって、
走査配線及び信号配線のうちの少なくとも一方の配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、前記配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、前記配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした時に、それぞれの電気陰性度が、
Xs<Xn<Xm、すなわち、(Xm−Xn)<(Xm−Xs)
なる関係式を満たすようにこれらの材料を選択することによって達成される(請求項7)。
【0054】
また、本発明を薄膜トランジスタと画素電極とが電気配線を介して接続されている表示装置の製造方法に適用する場合、電気配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、電気配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、電気配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした時に、それぞれの電気陰性度が、
Xs<Xn<Xm、すなわち、(Xm−Xn)<(Xm−Xs)
なる関係を満たすようにこれらの材料を選択するようにしてもよい。
【0055】
このようにすることにより、有機金属材料の解離吸着を、走査配線、信号配線、及び電気配線等を形成する選択領域に優先的かつ選択的に形成することができる(請求項7,8)。
【0056】
また、有機金属材料をCuもしくはCuを含む合金を有する有機金属材料し、走査配線、信号配線、及び電気配線のうちの少なくとも1つの配線を前記有機金属材料の不均化反応により形成してもよい。(請求項9)。
【0057】
このようにすることにより、走査配線、信号配線、及び電気配線等の配線を耐マイグレーション性の高いCuにより選択的に形成することができる(請求項9)。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0059】
実施の形態1
本発明の実施の形態1として、ガラス等の絶縁性基板上に対する、Cuからなる金属配線の形成方法について、以下に説明する。
【0060】
まず、液晶表示装置等に用いられる無アルカリガラス基板上に、バッファ(buffer)層となる酸化ケイ素(SiO)膜をプラズマCVD法により膜厚150nmで成膜する。用いる基板としては、この他、単結晶シリコン(single crystal silicon)からなる基板上に熱酸化膜(SiO膜)等の絶縁膜を設けた基板であっても良い。
【0061】
次に、この絶縁性基板上の全面に、アルミニウム(Al)膜をスパッタ法によって膜厚100nmで成膜する。その後、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を用いることによって、前記Al膜を所定の形状の配線パターンに加工する。この工程によって、基板表面にはAlからなる選択領域の表面と、SiO膜からなる非選択領域の表面とが形成される。
【0062】
なお、この実施形態では、2元素以上から構成される材料の電気陰性度を、構成元素の算術平均として定義する。したがって、Alからなる選択領域の表面の電気陰性度は1.5であり、SiOのように2元素から構成される材料の電気陰性度は約2.93となる。
【0063】
続いて、Alからなる配線パターンを形成した絶縁性の基板2を、図1に示す化学気相成膜装置(CVD装置)の反応チャンバ(chamber)1内に導入する。
【0064】
ここで、図1に示すCVD装置について説明する。Cu薄膜を形成するための基板2は、図1に示す真空容器である反応チャンバ1内のステージ(stage)3上に配置される。反応チャンバ1内は、ターボ分子ポンプ(turbo−molecular−pump)等を用いた真空排気システム(図示省略)により所定の到達真空度に達するまで真空排気される。続いて、反応チャンバ1内に導入された基板2は、ステージ3内に設けられたヒータ(heater)(図示省略)によって所定の反応温度になるように加熱される。このときの基板2の加熱は、ヒータに限らず、ランプアニール(lamp annealing)等によって行っても良い。
【0065】
液体であるCuの有機金属化合物からなる有機金属材料5を窒素ガス10によって原料タンク(raw−materials−tank)4から押し出す。有機金属材料5の導入量は、液体流量計6によって制御する。その後、気化器7により有機金属材料5を加熱して、有機金属材料5の蒸気圧を増大させる。これにより、有機金属材料5は、気化した有機金属分子からなる有機金属ガスとなる。この有機金属ガスをキャリアガスである窒素ガス10と共に、ガス導入部8を通じて反応チャンバ1内へ導入する。なお、9はガス排出部である。
【0066】
Cuの有機金属材料5としては、例えばCuの1価錯体であるトリメチルビニルシリルヘキサフルオロアセチルアセトナト銅(Cu(hfac)TMVS:hfac=Hexafluoroacetylacetonate(CFCOCHCOCF)、TMVS=Trimethylvinylsilane(CO12Si))などがある。
【0067】
Cuの有機金属材料5の分解・堆積反応の概略を図2に示す。
【0068】
図1の前記反応チヤンバ1内に導入された有機金属材料(以下、有機銅材料と言う)5は、反応チャンバ1内に配置された基板2に接触し、基板2の表面に解離吸着する。そして、有機銅材料5は、加熱された基板2の熱エネルギー(thermal energy)によって、以下のような反応によりCu薄膜が形成されてゆく。
【0069】
ステップ1:気相中(g)において、有機銅分子中のTMVSが分解・脱離することにより、1価の酸化銅原子を有する中間生成物(Cu(hfac)(g))が形成されて、基板2の表面へ吸着(a)する。
【0070】
2Cu+1(hfac)TMVS(g)→2Cu+1(hfac)(g)+TMVS(g)↑→2Cu+1(hfac)(a)
ステツブ2:基板2の表面を吸着した2つの有機銅分子が基板2の表面を移動(migration)して接触する。このことにより、2つの有機銅分子による不均化反応が進行する。還元された1つの銅原子Cu(s)が析出・堆積してCu薄膜を形成する。同時に形成された2価に酸化された反応生成物は、基板2の表面から気相へ脱離することによって除去される。
【0071】
2Cu+1(hfac)(a)→Cu(o)(s)+Cu+2(hfac)(g)
上記反応において、基板2の表面に吸着される有機銅分子であるところのCu(hfac)の電気陰性度は、先程と同様に、構成元素の算術平均として定義すると、3.24となる。このことから、基板2の表面の選択領域を構成するAlおよび非選択領域を構成するSiOとの電気陰性度の関係は、
Al<SiO<Cu(hfac)=1.5<2.93<3.24
となる。これによって、選択領域であるAlと有機銅分子の間には、電気陰性度の大小関係によって、Al表面から電子が供与されることになる。そのため、基板2の表面への有機銅分子Cu(hfac)の吸着が効率的に進むこととなる。
【0072】
表1は、元素の電気陰性度を示す表である。
【0073】
【表1】

Figure 2004047946
【0074】
本実施の形態1においては、上述の有機銅材料5であるCu(hfac)TMVSを約40℃に加熱することにより、このCu(hfac)TMVSの蒸気圧を高めてガス化する。その後に、有機銅ガス(ガス化された有機銅材料5)を、窒素ガス10をキャリアガスとして、図1に示した反応チャンバ1内に導入する。このとき、有機銅ガスの通過する配管経路および反応チャンバ1の内壁は、有機銅ガスの吸着・凝集によるCuの析出を抑制するために、40〜60℃程度に温度が保たれている。
【0075】
成膜条件を、有機銅材料5の供給流量0.1g/min、キャリア窒素ガス流量280SCCM、反応チャンバ1内の圧力133Pa(1Torr)、反応チャンバ1内の基板2の温度を160℃として、8分間の成膜を行った。この結果、基板2上のAlからなる配線パターン上には、膜厚160nmのCu薄膜が形成された。また、酸化ケイ素(SiO)膜からなる基板2の表面上にはCu薄膜の堆積はなく、それぞれ独立に形成されたCu配線パターン間での電気的なリーク(leak)は確認されなかった。
【0076】
なお、本実施の形態1では、反応チャンバ1内の基板2の温度を160℃としたが、反応チャンバ1内の基板2の温度は120℃〜190℃とするのが好ましい。
【0077】
これは、前記温度が120℃よりも低い場合には、前記の成膜反応に必要とされる、反応のための活性化エネルギー(activation energy)が高く、選択領域における上記反応が良好に進まないためである。一方、前記190℃を越える場合には、前記の成膜反応に必要とされる、反応のための活性化エネルギーが低くなり、選択領域だけでなく非選択領域でも上記反応が起こるようになって、成膜の選択性が低下するためである。
【0078】
以上のように、基板51上のCu配線パターン32を形成する選択領域(Al)の電気陰性度Xsは1.5である。Cu配線パターン(32)を形成しない非選択領域(SiO)の電気陰性度Xnは約2.93である。Cu配線パターン(32)を形成するための有機銅材料5の電気陰性度Xmは3.24である。このように、Xs<Xn<Xmなる関係式を満たす材料を選択しているので、有機金属材料の不均化反応によりCu配線パターン32を形成することができる。
【0079】
実施の形態2
本発明の実施の形態2では、Cu薄膜による金属配線の形成方法の好ましい例として、薄膜トランジスタ55を備えた表示装置、例えばアクティブマトリックス型の液晶表示装置50の素子側基板51の作製について説明する。
【0080】
図3及び図4は、液晶表示装置50を示している。なお、図3及び図4では、補助容量を省略して示している。
【0081】
液晶表示装置50は、図3及び図4に示すように、前後一対の透明基板51,52、液晶層(図示せず)、画素電極54、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)55、走査配線56、信号配線57、走査配線端子58、信号配線端子59、及び対向電極62等を備えている。
【0082】
一対の透明基板51,52としては、例えば一対のガラス基板を用いることができる。以下、透明基板51,52をガラス基板という。これらガラス基板51,52は、図示しない枠状のシール材を介して接合されている。液晶層は、一対のガラス基板51,52の間のシール材により囲まれた領域に設けられている。
【0083】
図4に示すように、一対のガラス基板51,52のうちの一方のガラス基板、例えば後側のガラス基板(素子側基板)51の内面には、複数の透明な画素電極54と、複数の薄膜トランジスタ55と、走査配線56と、信号配線57と、複数の走査配線端子58と、複数の信号配線端子59とが設けられている。
【0084】
画素電極54は、行方向および列方向にマトリックス状に設けられている。薄膜トランジスタ55は、複数の画素電極54とそれぞれ電気的に接続されている。走査配線56及び信号配線57は、複数の薄膜トランジスタ55と電気的に接続されている。複数の走査配線端子58及び複数の信号配線端子59は、基体51の一端縁部および一側縁部にそれぞれ形成されている。
【0085】
走査配線56は、画素電極54の行にそれぞれ沿わせて設けられている。これら走査配線56の一端は、後側基体51の一側縁部に設けられた複数の走査配線端子58にそれぞれ接続されている。複数の走査配線端子58はそれぞれ信号駆動回路60に接続されている。
【0086】
一方、信号配線57は、画素電極54の列にそれぞれ沿わせて設けられている。これら信号配線57の一端は、後側基体51の一端縁部に設けられた複数の信号配線端子59にそれぞれ接続されている。複数の信号配線端子59はそれぞれ画像信号回路61に接続されている。
【0087】
他方のガラス基板である前側のガラス基板(対向基板)52の内面には、複数の画素電極54に対向する一枚膜状の透明な対向電極62が設けられている。また、前側のガラス基板52の内面には、複数の画素電極54と対向電極62とが互いに対向する複数の画素部に対応させてカラーフィルタを設けてもよい。また、前側のガラス基板52の内面には、前記画素部の間の領域に対応させて遮光膜を設けてもよい。
【0088】
一対のガラス基板51,52の外側には、図示しない偏光板が設けられている。また、透過型の液晶表示装置50では、後側のガラス基板51の後側に図示しない面光源が設けられている。なお、液晶表示装置50は、反射型或いは半透過反射型としてもよい。
【0089】
図4は、本実施の形態2の液晶表示装置の薄膜トランジスタ55付近の断面図を示している。
【0090】
22はSiOからなるバッファ層、23は多結晶Si(Poly−Si:polysilicon)膜、26はソース領域、27はドレイン領域、28はチャネル領域、24はSiOからなるゲート絶縁膜、25はAlからなるゲート電極、29はSiOからなる層間絶縁膜、40は薄膜トランジスタ55のソース領域26と画素電極54とを接続させる電気配線、31はTiNからなる配線パターン、32はCu配線パターンである。
【0091】
以下、本実施の形態2の薄膜トランジスタの製造工程を説明する。本実施の形態2の薄膜トランジスタは、図5(a)〜(e)に示すような工程によって作製される。
【0092】
まず、図5(a)に示すように、絶縁性基板であるガラス基板51上にバッファ層22として酸化ケイ素(SiO)膜を形成する。バッファ層22の膜厚は、例えば膜厚150nmである。このバッファ層22上に、基板温度430℃で減圧CVD法により、膜厚80nmのアモルファスシリコン(α−Si)膜を形成する。続いて、形成されたα−Si膜に対してエキシマレーザーを用いたレーザーアニール(laser annealing)による結晶化を行う。これにより、多結晶シリコン(Poly−Si)膜が形成される。多結晶シリコン膜を得るための結晶化工程としては、600℃程度の熱アニールによる固相成長工程を用いて行ってもよい。次に、得られた多結晶シリコン膜に対して、スピンコート法等により感光性樹脂であるレジスト膜を塗布する。そして、フォトリソグラフィー工程によって所定の島状の形状となるようにレジスト膜(resist−film)の露光・現像を行う。CFガスを用いたドライエッチング(dry etching)法によって、図5(a)に示すような島状の多結晶Si膜23を形成する。
【0093】
次に、島状の多結晶Si膜23を含むガラス基板51上の全面に対して、SiO膜からなるゲート絶縁膜24を膜厚100nmで形成する。この成膜は、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)を原料としたプラズマCVD法によって行う。なお、ゲート絶縁膜24のパターニングは行わない(図示省略)。
【0094】
続いて、ゲート電極を形成するために、Al膜をスパッタ法により成膜する。フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いてAl膜を加工し、図5(b)に示すようなゲート電極25を形成する。このゲート電極25をマスクとして、多結晶Si膜23に対して、例えばリン(P)のような不純物33をドーピング(doping)する。ゲート電極25をマスクとすることによって、不純物はゲート電極25下部以外の多結晶Si膜23中に注入されることとなる。これにより、自己整合型のソース領域26およびドレイン領域27が形成される。また、不純物注入後、活性化処理を行う。このことによって、図5(b)に示すようなn型のソース・ドレイン領域26、27および不純物が導入されていないチャネル領域28が形成される。
【0095】
次に、膜厚300nmのSiO膜をプラズマCVD法により堆積し、図5(c)に示すように、層間絶縁膜29を形成する。続いて、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて、前記ソース・ドレイン領域26、27上部の層間絶縁膜29およびゲート絶縁膜24を除去する。これにより、図5(c)に示すようなソース・ドレイン領域26、27に達するコンタクトホール(contact−hole)30を形成する。続いて、コンタクトホール30内および層間絶縁膜29上部に窒化チタン(TiN)膜を膜厚200nmで成膜する。そして、コンタクトホール30内および所望の配線部分を覆うように、フォトリソグラフィー法を用いてレジスト膜を形成する。その後に、エッチング法によって図5(d)に示すように、TiN膜からなる配線パターン31を形成する。
【0096】
次に、図1に示したCu−CVD装置を用いて、図5(d)に示した薄膜トランジスタ55を備えた基板21上にCuの選択成膜を行う。
【0097】
このとき、コンタクトホール30およびその周辺に形成されたTiN膜からなる配線パターン31の電気陰性度は2.5である。また、SiO膜からなる層間絶縁膜29および有機銅材料5であるCu(hfac)TMVSとの電気陰性度の関係は、
TiN<SiO<Cu(hfac)=2.5<2.93<3.24
となる。
【0098】
そのため、基板21上に導入された有機銅分子は、配線パターン31上に優先的に吸着する。そして、基板21上に導入された有機銅分子は、前述の不均化反応による分解反応を起こす。これによって、図5(e)に示すように、配線パターン31上に選択的にCu配線パターン32が形成される。
【0099】
成膜条件を、有機銅材料5の供給流量を0.008g/min、キャリアガス流量50SCCM、成膜圧力266Pa(2Torr)、基板温度170℃として、15分間の成膜を行った。このとき、得られたCu配線パターン32の膜厚は約200nmであった。また、層間絶縁膜29上にはCu薄膜の堆積は見られず、形成されたCu配線パターン32間でのリークも確認されなかった。
【0100】
以上のように、基板51上のCu配線パターン32を形成する選択領域を構成するTINからなる配線パターン31の材料の電気陰性度Xsは2.5である。Cu配線パターン32を形成しない非選択領域であるSiOの電気陰性度Xnは約2.93である。Cu配線パターン32を形成するための有機銅材料5の電気陰性度Xmは3.24である。このように、Xs<Xn<Xmなる関係式を満たす材料を選択しているので、有機金属材料の不均化反応によりCu配線パターン32を形成することができる。
【0101】
したがって、本実施の形態2の方法によれば、信号配線57及び薄膜トランジスタ55と画素電極54とを接続させる電気配線40を素子側基板51の一方の面に選択的に形成することができる。
【0102】
なお、実施の形態2では、信号配線57及び薄膜トランジスタ55と画素電極54とを接続させる電気配線40を実施の形態1のようにしてCu薄膜によって選択的に形成したが、走査電極56も同様にしてCu薄膜によって選択的に形成してもよい。
【0103】
上記のように、本実施の形態1、2の金属配線の形成方法は、選択領域に金属配線を選択的に形成する金属配線の形成方法であって、前記選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、少なくとも前記選択領域の近傍であって前記金属配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、前記金属配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、それぞれの電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする(請求項1)。また、前記有機金属材料の不均化反応により前記金属配線を形成することを特徴とする(請求項2)。さらに、前記金属配線を、前記有機金属材料を用いた化学気相成長法によるCu薄膜により形成することを特徴とする(請求項3)。
【0104】
すなわち、それぞれの材料の電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を満たすように、これらの材料を選択することによって、成膜種である有機金属材料を選択領域に対して優先的に吸着させることができる(請求項1)。また、有機金属材料を選択領域に対して優先的に吸着させることによって、Cuの有機金属材料の不均化反応を選択領域で優先的に進行させることができる(請求項2)。さらに、選択性が良好な化学気相成膜法によるCu薄膜の選択成膜が実現できる(請求項3)。また、金属配線を構成する金属膜を化学気相成長法(CVD法)を用いて形成することにより、上記電気陰性度の違いによる有機金属材料の吸着の差異を利用した選択成膜を行うことができる。また、低抵抗、かつ、耐マイグレーション性に優れたCuからなる配線を、困難なエッチング法を用いることなく、選択的に形成することが可能となる(請求項3)。
【0105】
したがって、本実施の形態1、2の金属配線の形成方法によれば、水素等の還元性ガスを用いることなく、有機金属材料の不均化反応により、ガラス基板上にCu薄膜からなる金属配線を選択的に形成することが可能となる。
【0106】
さらに、上記選択領域は、Al、Ti、Ta、W、Siのうちの少なくとも1つの元素を含む導電性材料で構成されていることを特徴とする(請求項4)。非選択領域は、SiO、Si、Al等の酸化物、窒化物という絶縁性材料により構成されていることを特徴とする(請求項5、6)。このようにすることによって、選択領域の表面でのCuの有機金属材料のマイグレーションによる不均化反応を促進することができる。したがって、選択性を高めたCu薄膜からなる金属配線の選択形成方法を提供することが可能となる。
【0107】
また、これらのことから、エッチング法を用いることなく、低抵抗かつ耐マイグレーション性に優れたCuからなる配線の選択形成が可能となる。したがって、LSI、ULSIに代表される半導体素子や液晶表示装置等の表示装置に対して、特性の優れたCuからなる配線を提供することが可能となる。さらには、必要部分にのみ選択的にCu配線の形成が可能となることにより、成膜に必要とされるCuの成膜材料の利用効率が改善される。このことによって、材料コストの削減やプロセス工程の簡略化が可能なCu配線の形成方法を提供できる。
【0108】
上記第2の実施形態によれば、マトリックス状に設けられた複数の画素電極と、前記複数の画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを駆動するための複数の走査配線及び複数の信号配線と、を具備する表示装置を形成する方法であって、前記走査配線及び前記信号配線のうちの少なくとも一方の配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、前記配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、前記配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、それぞれ電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする(請求項7)。
【0109】
さらに、前記薄膜トランジスタと前記画素電極とは電気配線を介して接続されており、かつ、前記電気配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、前記電気配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、前記電気配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、それぞれ電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする(請求項8)。
【0110】
したがって、成膜種である有機金属材料を、走査配線、信号配線、及び電気配線等の配線が形成される選択領域に対して優先的に吸着させることができる。
【0111】
さらに、前記有機金属材料はCuもしくはCuを含む合金を有する有機金属材料であり、前記走査配線、前記信号配線、及び電気配線のうちの少なくとも1つの配線を前記有機金属材料の不均化反応により形成することを特徴とする(請求項9)。
【0112】
これにより、水素等の還元性ガスを用いることなく、Cuにより、低抵抗性、耐マイグレーション性に優れた走査配線或いは信号配線を選択的に形成することができる。
【0113】
また、ダマシン法やスパッタ法を用いる必要がないので製造工程が簡単である。しかも、Cu薄膜を基板全面に成膜する必要がない、つまり、不要部分を除去する必要がない。したがって、低抵抗性、耐マイグレーション性に優れた走査配線或いは信号配線を備えた表示装置を簡単且つ安価に製造できる。
【0114】
さらに、Cu薄膜は、1Torr〜2Torrといった成膜圧力下で形成することができる、したがって、特開平5−94970号公報で公開されている技術と比べて減圧設備等のコストを抑制でき、表示装置を簡単且つ安価に製造できる。
【0115】
以上のように、本発明によれば、水素等の還元性ガスを用いることなく、低抵抗かつ耐マイグレーション性に優れた配線を選択に形成する金属配線の形成方法を提供することができる。
【0116】
なお、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0117】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、水素等の還元性ガスを用いることなく、低抵抗性、耐マイグレーション性に優れた配線を選択に形成する金属配線の形成方法及び表示装置の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係るCuの化学気相成膜装置の概略構成図。
【図2】本発明に係るCuの有機金属材料による堆積反応を示す概略図。
【図3】本発明の実施の形態2に係る液晶表示装置の一部分を示す平面図。
【図4】図3の液晶表示装置の薄膜トランジスタ付近を示す断面図。
【図5】図4の薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図。
【符号の説明】
2,51…基板、5…有機金属材料、29…層間絶縁膜、31…配線パターン、32…Cu配線パターン、40…電気配線、50…液晶表示装置(表示装置)、54…画素電極、55…薄膜トランジスタ、56…走査配線、57…信号配線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for forming an electric wiring used for a display device represented by a liquid crystal display device or a semiconductor device such as an ULSI, and selectively forms a metal wiring made of copper or an alloy containing copper on a substrate. The present invention relates to a method for forming a metal wiring and a method for manufacturing a display device, which are suitable for the above.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of semiconductors represented by LSIs and ULSIs, studies on wiring using copper (Cu) as a wiring material have been advanced. This is because progress in miniaturization, improvement in operation speed, and the like due to improvement in the degree of integration of semiconductor devices have been progressing. That is, there is a demand for a wiring having a lower wiring resistance and a higher resistance to electro-migration, stress-migration, and the like than a wiring using aluminum (Al) conventionally used. Because it is.
[0003]
Also, in the field of display devices represented by liquid crystal display devices and the like, it is required to cope with an increase in the wiring length due to an increase in the display area and a monolithic peripheral circuit portion by incorporating additional functions. I have. As additional functions, the incorporation of a driver circuit for driving, a memory in a pixel, etc., and various processors in the future are being studied. For this reason, in the field of display devices, there is an increasing demand for low-resistance wiring as in the semiconductor field.
[0004]
As described above, Cu as the wiring material has lower resistance and better migration resistance than Al as the conventional wiring material. For this reason, Cu is expected as a next-generation wiring material, and active development is being promoted.
[0005]
However, in a combination of masking by photo-lithography and reactive ion etching (reactive ion etching) which has been used for forming a conventional fine wiring, a fine wiring using Cu is not used. Difficult to form.
[0006]
That is, the halide of Cu (halogenide) has a low vapor pressure. (Cu halides are unlikely to evaporate.) Therefore, in order to volatilize and remove Cu halides formed by the above-described etching, an etching treatment at a process temperature of 200 to 300 ° C. is required. It becomes. Therefore, it is difficult to perform fine processing by etching the Cu wiring.
[0007]
As a method of forming a fine wiring using Cu, there is a so-called damascene method. In this method, first, a wiring groove having a desired wiring pattern shape is formed in advance on an insulating film laminated on a substrate. A Cu thin film is formed all over the inside of the groove and on the insulating film so as to fill the groove. At this time, as a method of filling the groove with Cu, there are various methods such as PVD (Physical Vapor Deposition) such as sputtering, a plating method, and a CVD method using an organic metal material. Thereafter, the Cu thin film on the substrate surface is removed up to the upper end surface of the buried groove. As a method of removing the Cu thin film on the substrate surface, there are a polishing method such as a chemical mechanical polishing (CMP) and an etch-back. By doing so, the Cu thin film is left only inside the groove. In this manner, a buried Cu wiring pattern is formed (for example, see Patent Document 1).
[0008]
As another method, a method of arranging a catalyst such as Pd on a substrate in a desired wiring pattern has been attempted. In this method, a Cu wiring pattern is formed by performing electroless plating of Cu using Pd or the like formed in a pattern as a nucleus (for example, see Non-Patent Document 1).
[0009]
Further, a method of forming a desired pattern shape with a conductive substance on an insulating substrate and forming a Cu wiring by electrolytic plating using the conductive substance as an electrode has been attempted.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-11-135504 (paragraphs 0014 to 0029, FIGS. 1 and 2)
[0011]
[Non-patent document 1]
H. Niino, A .; Yabe, Appl. Phys. Lett. , 63, 3527-3529 (1993).
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned various methods for forming fine wirings using Cu have the following problems.
[0013]
First, the above damascene method, which has been actively studied in LSI, ULSI, and the like, has the following problems.
[0014]
First, the damascene method requires a film forming step, a photolithography step, and an etching step for forming a groove-shaped wiring pattern and a via connecting the upper and lower electrodes, and the manufacturing step is complicated. .
[0015]
Second, it is necessary to increase the wiring film thickness in order to reduce the wiring resistance. However, when a groove or a via hole having a high aspect ratio is used, there is a problem in that the burying property of Cu is deteriorated.
[0016]
Third, the above-described CMP process or the like for removing unnecessary portions after forming a Cu thin film over the entire surface of the substrate has a problem that the throughput (through-put) of the process is poor.
[0017]
Fourth, a large CMP apparatus has been conventionally developed for a wafer size of about 12 inches (inch) in diameter for manufacturing LSI and ULSI. However, with respect to application to a display device, a substrate used for manufacturing a liquid crystal display device or the like is a large substrate having a size of about 1 to 1.5 m square, and has a larger area than a manufacturing application such as LSl. A polishing step with good accuracy such as flatness is required. Therefore, it is difficult to put the damascene method to practical use for a display device.
[0018]
In addition, in the case of using a large-sized substrate such as a liquid crystal display device, there is a problem that the price of a product is increased even if the entire surface can be polished by the above-mentioned CMP or removed by an etching method. That is, the Cu thin film portion used as the wiring in the liquid crystal display device is very small as compared with the area of the glass substrate. Therefore, most of the formed Cu thin film is removed. As a result, the efficiency of using Cu, which is expensive as a material, becomes very poor.
[0019]
In addition, the selective film forming method using plating has the following problems.
[0020]
First, a selective film formation method using plating has a track record for a relatively large pattern size such as a printed circuit board. However, when a wiring pattern having a line width on the order of several μm required for LSl, ULSl or a display device is formed, the composition of the plating solution, the instability of the process due to aging, the film quality due to the incorporation of impurities, and the like. There is a problem in terms of the decrease in the amount of the solution and the effect of the chemical solution on the environment.
[0021]
Secondly, the method of depositing a Cu thin film on a conductive portion by plating after formation of a base wire is excellent in selectivity, but requires a step of covering a conductive surface of an unnecessary part and a step of forming a base conductive pattern for energization. It becomes. Therefore, there is a problem that the process steps are complicated and the cost is high.
[0022]
Third, the Cu thin film formed by the plating method tends to take in impurities and the like, and the electric resistance of the Cu thin film immediately after the film formation tends to increase. Therefore, the plating method requires annealing at a relatively high temperature after film formation. Because of this annealing treatment, it is difficult to apply the plating method to a large-area display device or the like from the viewpoint of heat resistance of the substrate.
[0023]
Fourth, unlike a conventional wafer substrate for manufacturing an LSI or the like, a substrate used for manufacturing a display device is a large substrate of 1 to 1.5 m square as described above. The plating apparatus for uniformly treating the wastewater uses a very large and large amount of chemicals, and there is a concern about the burden on the environment.
[0024]
In recent years, attempts have been made to selectively form a Cu thin film by a Cu-CVD method using an organic metal material in order to solve the above problem. For example, JP-A-6-236879 discloses the following method. First, metal particles made of a Vll group metal having a high hydrogen dissociation ability, such as Pd, are selectively deposited on a base metal film having a desired wiring shape. On the other hand, an organic metal material of Cu is introduced using hydrogen gas (hydrogen gas) as a carrier gas to form a film by thermal decomposition.
[0025]
According to this method, hydrogen of the carrier gas introduced together with the Cu organometallic material is dissociated on the Vll group metal having high hydrogen dissociation ability. This hydrogen causes a preferential reduction reaction of the organometallic material of Cu on the Group VIII metal. As a result, Cu nucleation and film growth selectively proceed on the Vll group metal, and a Cu thin film is selectively formed on the substrate.
[0026]
However, in this method, it is necessary to use hydrogen gas as a carrier gas in order to promote a reduction action on the Vll group metal on the substrate surface. In this case, the reduction reaction of the organometallic material proceeds by the hydrogen gas present in the gas phase. Then, nucleation of Cu occurs on the surface other than the selected region due to the reactant generated in the gas phase. For this reason, there is a problem that the selectivity of the Cu film is deteriorated.
[0027]
Further, since a step of selectively depositing a Vll group metal on the underlying metal is required, the number of process steps increases. Furthermore, since hydrogen gas is required for the process, there is also a problem that costs for abatement equipment after the film forming process are required to secure the safety of the process.
[0028]
Further, as a method of selectively forming a thin film, the following technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-94970. A semiconductor substrate in which a first material having high electronegativity and a second material having low electronegativity are mixed on the surface is used. WF 6 Or MoF 6 Metal halide or a source gas comprising a halide gas of the metal and H 2 , CO, SiH 4 To produce a mixed gas containing a reducing gas. When an electric field is applied to the semiconductor substrate in the mixed gas atmosphere, the source gas is excited by the discharge. Thereby, a metal film of W or Mo is selectively and directionally deposited on the second material.
[0029]
According to this technique, it is described that a selectivity of a metal film can be obtained by a correlation between a source gas and a material constituting a substrate surface. However, since plasma by discharge is used to decompose the raw material gas, a metal nucleus (seed), which is a decomposition product of the raw material gas, is formed in the gas phase, and this is non-selectively deposited on the substrate. It's easy to do. Therefore, there is a problem that the selective deposition of the metal film is easily hindered.
[0030]
Further, in the film formation using a reducing gas, the film formation rate can be improved, but the decomposition and deposition of the source gas progresses by the reaction in the gas phase. From this, similarly, improvement in the selectivity of film formation is likely to be hindered.
[0031]
Furthermore, in this technology, H 2 And SiH 4 It is necessary to use a reducing gas that has a danger of flammability or ignition. For this reason, there is a problem that the abatement equipment for ensuring the safety of the process is reflected in the total process cost.
[0032]
It is known that W and Mo have a higher specific resistance than Cu and Al (W: 5.6 × 10 -6 Ωcm (300K), Mo: 5.2 × 10 -6 Ωcm (0 ° C.), Cu: 1.7 × 10 -6 Ωcm (20 ° C.), Al: 2.6 × 10 -6 Ωcm (20 ° C.)). Such a film made of W or Mo having a large specific resistance is generally applicable to a wiring that connects layers vertically stacked in an LSI or IC. However, a wiring made of W or Mo is not suitable as a scanning wiring or a signal wiring provided in a display device typified by a liquid crystal display device.
[0033]
That is, in a display device such as a liquid crystal display device, the larger the specific resistance of the scanning wiring and the signal wiring, the longer the delay time. Therefore, when a wiring made of W or Mo is used as a scanning wiring or a signal wiring, a favorable switching operation cannot be performed.
[0034]
Further, in the present technology, the WF 6 5 × 10 gas -4 There is an inconvenience that the pressure must be reduced to a low pressure such as Torr and introduced into the vacuum vessel.
[0035]
The present invention has been made in view of the above problems, and without using a reducing gas such as hydrogen, a low resistance, a method of forming a metal wiring for selectively forming a wiring excellent in migration resistance and a display device. It is intended to provide a manufacturing method.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
The method for forming a metal wiring in the present invention is a method for forming a metal wiring for selectively forming a metal wiring in a selected region,
Xs is the electronegativity of the material forming the selected region, Xn is the electronegativity of the material forming the non-selected region that is at least near the selected region and does not form the metal wiring, and is used to form a metal wiring. When the electronegativity of the organic metal material is Xm, each electronegativity is
Xs <Xn <Xm, that is, (Xm−Xn) <(Xm−Xs)
This is achieved by selecting these materials so as to satisfy the following relational expression (claim 1).
[0037]
The electronegativity is a physical property value indicating electron donating property, and refers to the ability of an atom to attract electrons when forming a chemical bond. That is, in the present invention, the electronegativity of a material is a physical property value indicating the electron donating property of the material, and indicates the ability to attract electrons when the material undergoes a chemical reaction. In the present invention, the electronegativity of each material may be an arithmetic mean of the electronegativities of constituent elements for convenience. Then, between the two materials having different electronegativities, a material having a small electronegativity provides an electron donation to a material having a high electronegativity.
[0038]
Here, for example, a case where an organic metal material (organic Cu material) for forming a Cu thin film is introduced to the substrate surface will be described.
[0039]
The organometallic material dissociates and adsorbs on the substrate surface by exchanging charges with the substrate surface. Then, the two organometallic molecules (organic Cu molecules) in the organometallic material adsorbed on the substrate surface migrate on the substrate surface. This causes a so-called disproportionation reaction, which is an oxidation-reduction reaction between two organometallic molecules. Then, metal atoms (Cu) in the organic gold material precipitate. It is known that a metal film is deposited by this reaction (JATT Norman, et. Al., Thin Solid Films, Vol. 262 (1995), pp 46-51).
[0040]
The disproportionation reaction (also referred to as unequal change) means that two or more molecules of a single substance undergo mutual oxidation and reduction reactions to produce two or more substances. Here, as described below, between two organometallic molecules (organic Cu molecules in the above example), a metal atom reduced by the occurrence of an oxidation / reduction reaction and an oxidized organometallic compound are generated, A metal thin film is formed.
[0041]
From this, according to the present invention, when an organometallic material is introduced into a region including a selected region and a non-selected region, the surface of the selected region has a large difference in magnitude relationship from the surface of the organic metal due to the electronegativity relationship. Electrons are exchanged with the material. That is, the organometallic material attracts electrons from the surface of the selected area. Therefore, the dissociative adsorption of the organometallic material by the transfer of electrons can be preferentially and selectively performed in the selected area.
[0042]
The method for forming a metal wiring in the present invention may be achieved by forming a metal wiring by a disproportionation reaction of an organometallic material (claim 2).
[0043]
In the method for forming a metal wiring of the present invention, as described above, there are many organometallic molecules that contribute to a disproportionation reaction for forming a thin film in a selected region where organometallic molecules are preferentially adsorbed. . Therefore, the reaction proceeds preferentially in the selected area. This makes it possible to selectively perform nucleation of atoms and deposition of a thin film in a selected region.
[0044]
On the other hand, on the surface of the non-selected region, the difference in electronegativity with the organometallic material is small due to the above relationship. Therefore, when compared with the surface of the selected region, the adsorption of the organometallic material to the surface of the non-selected region is less likely to occur. Therefore, the amount of organometallic molecules contributing to the disproportionation reaction for forming a thin film is small, and the result is that deposition is unlikely to occur.
[0045]
As a result, on the surface of the selected region and the surface of the non-selected region, a difference in time until the deposition of a thin film of Cu or the like due to the above-described disproportionation reaction is started, that is, a so-called latency period occurs. By increasing the incubation period, selectivity for depositing a thin film of Cu or the like is improved.
[0046]
Therefore, each material is selected so that the electronegativity of each of the selected region, the non-selected region, and the organometallic material satisfies the above relationship, and metal wiring is formed by a disproportionation reaction of the organometallic material. Thereby, the organometallic material can be preferentially deposited on the selected region. Therefore, it is possible to form a metal wiring having good selectivity (claim 2).
[0047]
In the method of forming a metal wiring according to the present invention, the metal film forming the metal wiring may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
[0048]
By doing so, it is possible to selectively form metal wiring by utilizing the difference in the adsorption of the organometallic material due to the difference in the electronegativity. Further, it is possible to selectively obtain a wiring made of Cu or the like having low resistance and excellent migration resistance without using difficult etching (claim 3).
[0049]
In the method for forming a metal wiring according to the present invention, the selected region can be made of a conductive material containing at least one element of Al, Ti, Ta, W, and Si (claim 4). In addition, the non-selected area is made of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 It can be made of an insulating material such as oxide / nitride.
[0050]
By doing so, the organometallic molecules adsorbed on the surface of the selected region made of the conductive material are bonded to the electrons in the conductive material on the surface of the selected region. Therefore, migration of the organometallic molecules on the surface of the conductive material, which is the selected region, is facilitated, so that a disproportionation reaction or the like for forming a thin film of Cu or the like easily occurs.
[0051]
On the other hand, on the surface of the insulating material which is a non-selected region, adsorption of organometallic molecules necessary for forming metal wiring is smaller than in the selected region. In addition, charge transfer on the surface is difficult due to the insulating property. Therefore, the above-described movement of the organometallic molecule is unlikely to occur. Therefore, even if the organometallic molecules are adsorbed, the progress of the disproportionation reaction or the like hardly proceeds.
[0052]
As a result, the difference (the difference in the incubation period) until the start of the thin film formation in the selected / non-selected region becomes larger. From this, it is possible to form the metal wiring with high selectivity (claims 4, 5, and 6).
[0053]
The method for manufacturing a display device according to the present invention includes a plurality of pixel electrodes provided in a matrix, a plurality of thin film transistors respectively connected to the plurality of pixel electrodes, a plurality of scanning wirings for driving the thin film transistors, and a plurality of signals. A method of manufacturing a display device comprising:
Xs is the electronegativity of the material forming the selected region forming at least one of the scanning wiring and the signal wiring, and Xn is the electronegativity of the material forming the non-selected region not forming the wiring. When the electronegativity of the organometallic material for forming the wiring is Xm, each electronegativity is
Xs <Xn <Xm, that is, (Xm−Xn) <(Xm−Xs)
This is achieved by selecting these materials so as to satisfy the following relational expression (claim 7).
[0054]
Further, when the present invention is applied to a method for manufacturing a display device in which a thin film transistor and a pixel electrode are connected via an electric wiring, the electronegativity of a material forming a selected region where an electric wiring is formed is represented by Xs, When the electronegativity of the material constituting the non-selection region where the wiring is not formed is Xn and the electronegativity of the organometallic material for forming the electric wiring is Xm, each electronegativity is
Xs <Xn <Xm, that is, (Xm−Xn) <(Xm−Xs)
These materials may be selected so as to satisfy the following relationship.
[0055]
With this configuration, the dissociation and adsorption of the organometallic material can be preferentially and selectively formed in the selected area where the scanning wiring, the signal wiring, the electric wiring, and the like are formed (claims 7 and 8).
[0056]
Further, the organic metal material may be an organic metal material having Cu or an alloy containing Cu, and at least one of the scanning wiring, the signal wiring, and the electric wiring may be formed by a disproportionation reaction of the organic metal material. Good. (Claim 9).
[0057]
By doing so, the wiring such as the scanning wiring, the signal wiring, and the electric wiring can be selectively formed of Cu having high migration resistance (claim 9).
[0058]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
[0059]
Embodiment 1
First Embodiment As a first embodiment of the present invention, a method for forming a metal wiring made of Cu on an insulating substrate such as glass will be described below.
[0060]
First, silicon oxide (SiO 2) serving as a buffer layer is formed on an alkali-free glass substrate used for a liquid crystal display device or the like. 2 ) A film is formed to a thickness of 150 nm by a plasma CVD method. As a substrate to be used, a thermal oxide film (SiO 2) may be formed on a substrate made of single crystal silicon. 2 A substrate provided with an insulating film such as a film may be used.
[0061]
Next, an aluminum (Al) film having a thickness of 100 nm is formed over the entire surface of the insulating substrate by a sputtering method. Thereafter, the Al film is processed into a wiring pattern having a predetermined shape by using a photolithography process and an etching process. By this step, the surface of the selected region made of Al and the SiO 2 2 The surface of the non-selection region made of the film is formed.
[0062]
In this embodiment, the electronegativity of a material composed of two or more elements is defined as the arithmetic average of the constituent elements. Therefore, the electronegativity of the surface of the selected region made of Al is 1.5, and SiO 2 The electronegativity of a material composed of two elements is about 2.93.
[0063]
Subsequently, the insulating substrate 2 on which the wiring pattern made of Al is formed is introduced into the reaction chamber (chamber) 1 of the chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus) shown in FIG.
[0064]
Here, the CVD apparatus shown in FIG. 1 will be described. A substrate 2 for forming a Cu thin film is placed on a stage 3 in a reaction chamber 1 which is a vacuum vessel shown in FIG. The interior of the reaction chamber 1 is evacuated by a vacuum exhaust system (not shown) using a turbo-molecular-pump or the like until a predetermined ultimate vacuum degree is reached. Subsequently, the substrate 2 introduced into the reaction chamber 1 is heated to a predetermined reaction temperature by a heater (not shown) provided in the stage 3. The heating of the substrate 2 at this time is not limited to the heater, and may be performed by lamp annealing or the like.
[0065]
An organometallic material 5 made of a liquid organometallic compound of Cu is extruded by a nitrogen gas 10 from a raw-materials-tank 4. The introduction amount of the organic metal material 5 is controlled by the liquid flow meter 6. Thereafter, the organic metal material 5 is heated by the vaporizer 7 to increase the vapor pressure of the organic metal material 5. Thereby, the organometallic material 5 becomes an organometallic gas composed of vaporized organometallic molecules. The organometallic gas is introduced into the reaction chamber 1 through the gas introducing section 8 together with the nitrogen gas 10 as a carrier gas. In addition, 9 is a gas discharge part.
[0066]
Examples of the Cu organometallic material 5 include trimethylvinylsilylhexafluoroacetylacetonate copper (Cu (hfac) TMVS: hfac = Hexafluoroacetic acid acetate (CF), which is a monovalent complex of Cu. 3 COCHCOCF 3 ), TMVS = Trimethylvinylsilane (CO 5 H 12 Si)).
[0067]
FIG. 2 schematically shows the decomposition / deposition reaction of the Cu organometallic material 5.
[0068]
An organic metal material (hereinafter referred to as an organic copper material) 5 introduced into the reaction chamber 1 in FIG. 1 comes into contact with the substrate 2 disposed in the reaction chamber 1 and dissociates and adsorbs on the surface of the substrate 2. Then, the organic copper material 5 forms a Cu thin film by the following reaction due to the thermal energy of the heated substrate 2.
[0069]
Step 1: In a gas phase (g), TMVS in an organic copper molecule is decomposed and desorbed to form an intermediate product (Cu (hfac) (g)) having a monovalent copper oxide atom. Is adsorbed on the surface of the substrate 2 (a).
[0070]
2Cu +1 (Hfac) TMVS (g) → 2Cu +1 (Hfac) (g) + TMVS (g) ↑ → 2Cu +1 (Hfac) (a)
Step 2: The two organic copper molecules adsorbed on the surface of the substrate 2 are brought into contact with the surface of the substrate 2 by migration. Thereby, the disproportionation reaction by two organic copper molecules progresses. One reduced copper atom Cu (s) is deposited and deposited to form a Cu thin film. The bivalently oxidized reaction products formed at the same time are removed by desorbing from the surface of the substrate 2 into the gas phase.
[0071]
2Cu +1 (Hfac) (a) → Cu (O) (S) + Cu +2 (Hfac) 2 (G)
In the above reaction, the electronegativity of Cu (hfac), which is an organic copper molecule adsorbed on the surface of the substrate 2, is 3.24 when defined as the arithmetic mean of the constituent elements, similarly to the above. From this, Al constituting the selected region on the surface of the substrate 2 and SiO constituting the non-selected region 2 The relationship between electronegativity and
Al <SiO 2 <Cu (hfac) = 1.5 <2.93 <3.24
It becomes. As a result, electrons are donated from the Al surface between Al, which is the selected region, and the organic copper molecules according to the magnitude relationship of electronegativity. Therefore, the adsorption of the organic copper molecules Cu (hfac) on the surface of the substrate 2 proceeds efficiently.
[0072]
Table 1 is a table showing the electronegativities of the elements.
[0073]
[Table 1]
Figure 2004047946
[0074]
In the first embodiment, Cu (hfac) TMVS, which is the above-mentioned organic copper material 5, is heated to about 40 ° C., thereby increasing the vapor pressure of Cu (hfac) TMVS to gasify it. Thereafter, an organic copper gas (a gasified organic copper material 5) is introduced into the reaction chamber 1 shown in FIG. 1 using the nitrogen gas 10 as a carrier gas. At this time, the temperature of the piping route through which the organic copper gas passes and the inner wall of the reaction chamber 1 is maintained at about 40 to 60 ° C. in order to suppress the deposition of Cu due to the adsorption and aggregation of the organic copper gas.
[0075]
The film formation conditions are as follows: the supply flow rate of the organic copper material 5 is 0.1 g / min, the carrier nitrogen gas flow rate is 280 SCCM, the pressure in the reaction chamber 1 is 133 Pa (1 Torr), and the temperature of the substrate 2 in the reaction chamber 1 is 160 ° C. A minute was formed. As a result, a 160 nm thick Cu thin film was formed on the wiring pattern made of Al on the substrate 2. In addition, silicon oxide (SiO 2 ) No Cu thin film was deposited on the surface of the substrate 2 made of a film, and no electric leak (leak) between independently formed Cu wiring patterns was observed.
[0076]
In the first embodiment, the temperature of the substrate 2 in the reaction chamber 1 is set to 160 ° C., but the temperature of the substrate 2 in the reaction chamber 1 is preferably set to 120 ° C. to 190 ° C.
[0077]
This is because when the temperature is lower than 120 ° C., the activation energy required for the film formation reaction is high, and the reaction in the selected region does not proceed well. That's why. On the other hand, when the temperature exceeds 190 ° C., the activation energy for the reaction required for the film forming reaction is reduced, and the reaction occurs not only in the selected region but also in the non-selected region. This is because the selectivity of film formation is reduced.
[0078]
As described above, the electronegativity Xs of the selected region (Al) where the Cu wiring pattern 32 is formed on the substrate 51 is 1.5. Non-selection area (SiO 2) where the Cu wiring pattern (32) is not formed 2 ) Has an electronegativity Xn of about 2.93. The electronegativity Xm of the organic copper material 5 for forming the Cu wiring pattern (32) is 3.24. As described above, since the material satisfying the relational expression of Xs <Xn <Xm is selected, the Cu wiring pattern 32 can be formed by the disproportionation reaction of the organometallic material.
[0079]
Embodiment 2
In the second embodiment of the present invention, as a preferred example of a method for forming a metal wiring using a Cu thin film, a description will be given of the production of a display device including a thin film transistor 55, for example, an element-side substrate 51 of an active matrix liquid crystal display device 50.
[0080]
3 and 4 show the liquid crystal display device 50. FIG. 3 and 4, the auxiliary capacitance is omitted.
[0081]
As shown in FIGS. 3 and 4, the liquid crystal display device 50 includes a pair of front and rear transparent substrates 51 and 52, a liquid crystal layer (not shown), a pixel electrode 54, a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) 55, and scanning wiring 56. , Signal wiring 57, scanning wiring terminal 58, signal wiring terminal 59, counter electrode 62, and the like.
[0082]
As the pair of transparent substrates 51 and 52, for example, a pair of glass substrates can be used. Hereinafter, the transparent substrates 51 and 52 are referred to as glass substrates. These glass substrates 51 and 52 are joined via a frame-shaped sealing material (not shown). The liquid crystal layer is provided in a region surrounded by a sealing material between the pair of glass substrates 51 and 52.
[0083]
As shown in FIG. 4, a plurality of transparent pixel electrodes 54 and a plurality of transparent pixel electrodes 54 are provided on the inner surface of one of the pair of glass substrates 51 and 52, for example, the rear glass substrate (element-side substrate) 51. A thin film transistor 55, a scanning wiring 56, a signal wiring 57, a plurality of scanning wiring terminals 58, and a plurality of signal wiring terminals 59 are provided.
[0084]
The pixel electrodes 54 are provided in a matrix in the row direction and the column direction. The thin film transistor 55 is electrically connected to each of the plurality of pixel electrodes 54. The scanning wiring 56 and the signal wiring 57 are electrically connected to the plurality of thin film transistors 55. The plurality of scanning wiring terminals 58 and the plurality of signal wiring terminals 59 are formed on one end and one side of the base 51, respectively.
[0085]
The scanning lines 56 are provided along the rows of the pixel electrodes 54, respectively. One end of each of the scanning wirings 56 is connected to a plurality of scanning wiring terminals 58 provided on one side edge of the rear substrate 51. The plurality of scanning wiring terminals 58 are connected to the signal driving circuit 60, respectively.
[0086]
On the other hand, the signal lines 57 are provided along the columns of the pixel electrodes 54, respectively. One end of each of the signal wirings 57 is connected to a plurality of signal wiring terminals 59 provided on one edge of the rear substrate 51. The plurality of signal wiring terminals 59 are connected to the image signal circuit 61, respectively.
[0087]
On the inner surface of the front glass substrate (counter substrate) 52, which is the other glass substrate, a single film-shaped transparent counter electrode 62 facing the plurality of pixel electrodes 54 is provided. Further, a color filter may be provided on the inner surface of the front glass substrate 52 so as to correspond to a plurality of pixel portions where the plurality of pixel electrodes 54 and the counter electrode 62 face each other. Further, a light shielding film may be provided on the inner surface of the front glass substrate 52 so as to correspond to the region between the pixel portions.
[0088]
A polarizing plate (not shown) is provided outside the pair of glass substrates 51 and 52. In the transmissive liquid crystal display device 50, a surface light source (not shown) is provided behind the rear glass substrate 51. The liquid crystal display device 50 may be of a reflective type or a transflective type.
[0089]
FIG. 4 is a sectional view showing the vicinity of the thin film transistor 55 of the liquid crystal display device according to the second embodiment.
[0090]
22 is SiO 2 Buffer layer 23, a polycrystalline Si (Poly-Si: polysilicon) film, 26 a source region, 27 a drain region, 28 a channel region, and 24 a SiO 2 , A gate electrode 25 made of Al, and 29 a SiO 2 The reference numeral 40 denotes an electric wiring for connecting the source region 26 of the thin film transistor 55 and the pixel electrode 54; 31 denotes a wiring pattern of TiN; and 32 denotes a Cu wiring pattern.
[0091]
Hereinafter, the manufacturing process of the thin film transistor according to the second embodiment will be described. The thin film transistor according to the second embodiment is manufactured by the steps shown in FIGS.
[0092]
First, as shown in FIG. 5A, silicon oxide (SiO 2) is formed as a buffer layer 22 on a glass substrate 51 which is an insulating substrate. 2 ) Form a film. The thickness of the buffer layer 22 is, for example, 150 nm. An amorphous silicon (α-Si) film having a thickness of 80 nm is formed on the buffer layer 22 at a substrate temperature of 430 ° C. by a low pressure CVD method. Subsequently, crystallization is performed on the formed α-Si film by laser annealing using an excimer laser. Thereby, a polycrystalline silicon (Poly-Si) film is formed. As a crystallization step for obtaining a polycrystalline silicon film, a solid phase growth step by thermal annealing at about 600 ° C. may be used. Next, a resist film which is a photosensitive resin is applied to the obtained polycrystalline silicon film by spin coating or the like. Then, the resist film (resist-film) is exposed and developed so as to have a predetermined island shape by a photolithography process. CF 4 An island-shaped polycrystalline Si film 23 as shown in FIG. 5A is formed by a dry etching method using a gas.
[0093]
Next, the entire surface of the glass substrate 51 including the island-shaped polycrystalline Si film 23 is 2 A gate insulating film 24 made of a film is formed with a thickness of 100 nm. This film formation is performed by a plasma CVD method using TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) as a raw material. Note that the gate insulating film 24 is not patterned (not shown).
[0094]
Subsequently, an Al film is formed by a sputtering method in order to form a gate electrode. The Al film is processed by photolithography and etching to form a gate electrode 25 as shown in FIG. Using the gate electrode 25 as a mask, the polycrystalline Si film 23 is doped with an impurity 33 such as, for example, phosphorus (P). By using the gate electrode 25 as a mask, impurities are implanted into the polycrystalline Si film 23 other than below the gate electrode 25. Thus, a self-aligned source region 26 and a drain region 27 are formed. After the impurity implantation, an activation process is performed. As a result, n as shown in FIG. + The source / drain regions 26 and 27 of the mold and the channel region 28 into which impurities are not introduced are formed.
[0095]
Next, a 300 nm thick SiO 2 A film is deposited by a plasma CVD method, and an interlayer insulating film 29 is formed as shown in FIG. Subsequently, the interlayer insulating film 29 and the gate insulating film 24 on the source / drain regions 26 and 27 are removed by photolithography and etching. Thus, a contact-hole 30 reaching the source / drain regions 26 and 27 as shown in FIG. 5C is formed. Subsequently, a 200 nm-thick titanium nitride (TiN) film is formed in the contact hole 30 and on the interlayer insulating film 29. Then, a resist film is formed by photolithography so as to cover the inside of the contact hole 30 and a desired wiring portion. Thereafter, as shown in FIG. 5D, a wiring pattern 31 made of a TiN film is formed by an etching method.
[0096]
Next, using the Cu-CVD apparatus shown in FIG. 1, selective Cu film formation is performed on the substrate 21 provided with the thin film transistor 55 shown in FIG. 5D.
[0097]
At this time, the electronegativity of the contact hole 30 and the wiring pattern 31 formed of a TiN film formed around the contact hole 30 is 2.5. In addition, SiO 2 The electronegative relationship between the interlayer insulating film 29 made of a film and Cu (hfac) TMVS as the organic copper material 5 is as follows.
TiN <SiO 2 <Cu (hfac) = 2.5 <2.93 <3.24
It becomes.
[0098]
Therefore, the organic copper molecules introduced on the substrate 21 are preferentially adsorbed on the wiring pattern 31. Then, the organic copper molecules introduced onto the substrate 21 undergo a decomposition reaction due to the disproportionation reaction described above. As a result, as shown in FIG. 5E, the Cu wiring pattern 32 is selectively formed on the wiring pattern 31.
[0099]
Film formation was performed for 15 minutes at a supply flow rate of the organic copper material 5 of 0.008 g / min, a carrier gas flow rate of 50 SCCM, a film formation pressure of 266 Pa (2 Torr), and a substrate temperature of 170 ° C. At this time, the thickness of the obtained Cu wiring pattern 32 was about 200 nm. Further, no Cu thin film was deposited on the interlayer insulating film 29, and no leak was observed between the formed Cu wiring patterns 32.
[0100]
As described above, the electronegativity Xs of the material of the wiring pattern 31 made of TIN that forms the selected region for forming the Cu wiring pattern 32 on the substrate 51 is 2.5. SiO which is a non-selection area where the Cu wiring pattern 32 is not formed 2 Has an electronegativity Xn of about 2.93. The electronegativity Xm of the organic copper material 5 for forming the Cu wiring pattern 32 is 3.24. As described above, since the material satisfying the relational expression of Xs <Xn <Xm is selected, the Cu wiring pattern 32 can be formed by the disproportionation reaction of the organometallic material.
[0101]
Therefore, according to the method of the second embodiment, the signal wiring 57 and the electric wiring 40 for connecting the thin film transistor 55 to the pixel electrode 54 can be selectively formed on one surface of the element-side substrate 51.
[0102]
In the second embodiment, the signal wiring 57 and the electric wiring 40 for connecting the thin film transistor 55 to the pixel electrode 54 are selectively formed of the Cu thin film as in the first embodiment, but the scanning electrode 56 is similarly formed. May be selectively formed by a Cu thin film.
[0103]
As described above, the method for forming a metal wiring according to the first and second embodiments is a method for forming a metal wiring for selectively forming a metal wiring in a selected region. Xs is the negativity, Xn is the electronegativity of a material constituting a non-selection region which is at least near the selected region and does not form the metal wiring, and X is the electronegativity of an organometallic material for forming the metal wiring. When the degree is Xm, each electronegativity has a relation of Xs <Xn <Xm (claim 1). Further, the metal wiring is formed by a disproportionation reaction of the organometallic material (claim 2). Further, the metal wiring is formed by a Cu thin film by a chemical vapor deposition method using the organometallic material (claim 3).
[0104]
That is, by selecting these materials so that the electronegativity of each material satisfies the relationship of Xs <Xn <Xm, the organometallic material as a film-forming species is preferentially adsorbed to the selected region. (Claim 1). Further, by causing the organometallic material to be preferentially adsorbed to the selected region, the disproportionation reaction of the organometallic material of Cu can be preferentially advanced in the selected region. Furthermore, selective deposition of a Cu thin film by a chemical vapor deposition method having good selectivity can be realized. In addition, by forming a metal film constituting a metal wiring by using a chemical vapor deposition method (CVD method), a selective film formation utilizing a difference in adsorption of an organic metal material due to the difference in electronegativity is performed. Can be. Further, it is possible to selectively form a wiring made of Cu having low resistance and excellent migration resistance without using a difficult etching method.
[0105]
Therefore, according to the method of forming the metal wiring of the first and second embodiments, the metal wiring formed of the Cu thin film on the glass substrate by the disproportionation reaction of the organometallic material without using a reducing gas such as hydrogen. Can be selectively formed.
[0106]
Further, the selection region is made of a conductive material containing at least one element of Al, Ti, Ta, W, and Si (claim 4). The non-selected area is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 It is characterized by being made of an insulating material such as oxide or nitride such as (Claims 5 and 6). By doing so, the disproportionation reaction due to the migration of the Cu organometallic material on the surface of the selected region can be promoted. Therefore, it is possible to provide a method for selectively forming a metal wiring made of a Cu thin film with enhanced selectivity.
[0107]
From these facts, it is possible to selectively form a wiring made of Cu having low resistance and excellent migration resistance without using an etching method. Therefore, it is possible to provide a wiring made of Cu with excellent characteristics for a semiconductor device typified by LSI and ULSI and a display device such as a liquid crystal display device. Further, since the Cu wiring can be selectively formed only in the necessary portions, the utilization efficiency of the Cu film forming material required for the film formation is improved. As a result, it is possible to provide a method for forming a Cu wiring that can reduce material costs and simplify a process step.
[0108]
According to the second embodiment, a plurality of pixel electrodes provided in a matrix, a plurality of thin film transistors respectively connected to the plurality of pixel electrodes, a plurality of scanning wirings for driving the thin film transistors, and a plurality of And a signal wiring, wherein the electronegativity of a material constituting a selected region forming at least one of the scanning wiring and the signal wiring is Xs, When the electronegativity of the material forming the non-selection region where the wiring is not formed is Xn and the electronegativity of the organometallic material for forming the wiring is Xm, the electronegativity is Xs <Xn. <Xm. (Claim 7)
[0109]
Further, the thin film transistor and the pixel electrode are connected via an electric wiring, and the electronegativity of a material forming a selected region for forming the electric wiring is Xs, and the non-selection without forming the electric wiring is performed. Assuming that the electronegativity of the material constituting the region is Xn and the electronegativity of the organometallic material for forming the electric wiring is Xm, the electronegativity has a relationship of Xs <Xn <Xm. (Claim 8).
[0110]
Therefore, the organometallic material, which is a film-forming species, can be preferentially adsorbed to a selected region where a wiring such as a scanning wiring, a signal wiring, and an electric wiring is formed.
[0111]
Further, the organometallic material is an organometallic material having Cu or an alloy containing Cu, and at least one of the scanning wiring, the signal wiring, and the electrical wiring is formed by a disproportionation reaction of the organometallic material. It is characterized by being formed (claim 9).
[0112]
This makes it possible to selectively form a scan wiring or a signal wiring excellent in low resistance and migration resistance by using Cu without using a reducing gas such as hydrogen.
[0113]
Further, the manufacturing process is simple because there is no need to use a damascene method or a sputtering method. Moreover, it is not necessary to form a Cu thin film on the entire surface of the substrate, that is, it is not necessary to remove unnecessary portions. Therefore, it is possible to easily and inexpensively manufacture a display device having a scanning wiring or a signal wiring excellent in low resistance and migration resistance.
[0114]
Further, the Cu thin film can be formed under a film forming pressure of 1 Torr to 2 Torr. Therefore, the cost of the decompression equipment and the like can be suppressed as compared with the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-94970, and the display device Can be easily and inexpensively manufactured.
[0115]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for forming a metal wiring for selectively forming a wiring having low resistance and excellent migration resistance without using a reducing gas such as hydrogen.
[0116]
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. .
[0117]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, without using a reducing gas such as hydrogen, a method of forming a metal wiring for selectively forming a wiring having low resistance and excellent migration resistance and manufacturing of a display device A method is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Cu chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a deposition reaction of an organometallic material of Cu according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a part of the liquid crystal display device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing the vicinity of a thin film transistor of the liquid crystal display device of FIG. 3;
FIG. 5 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the thin film transistor of FIG.
[Explanation of symbols]
2, 51: substrate, 5: organometallic material, 29: interlayer insulating film, 31: wiring pattern, 32: Cu wiring pattern, 40: electric wiring, 50: liquid crystal display device (display device), 54: pixel electrode, 55 ... thin film transistor, 56 ... scanning wiring, 57 ... signal wiring

Claims (9)

選択領域に金属配線を選択的に形成する金属配線の形成方法であって、
前記選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、
少なくとも前記選択領域近傍であって前記金属配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、
前記金属配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、
それぞれ電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする金属配線(30,57)の形成方法。
A method of forming a metal wiring for selectively forming a metal wiring in a selection region,
Xs represents the electronegativity of the material constituting the selected region,
The electronegativity of a material constituting at least a non-selection region near the selection region and not forming the metal wiring is Xn,
When the electronegativity of the organometallic material for forming the metal wiring is Xm,
A method for forming a metal wiring (30, 57), wherein the electronegativity has a relationship of Xs <Xn <Xm.
請求項1に記載の金属配線の形成方法であって、前記有機金属材料の不均化反応により前記金属配線を形成することを特徴とする。2. The method for forming a metal wiring according to claim 1, wherein the metal wiring is formed by a disproportionation reaction of the organometallic material. 請求項1に記載の金属配線の形成方法であって、前記金属配線を、前記有機金属材料を用いた化学気相成長法によるCu膜により形成することを特徴とする。2. The method for forming a metal wiring according to claim 1, wherein the metal wiring is formed by a Cu film formed by a chemical vapor deposition method using the organic metal material. 請求項1、2または3に記載の金属配線の形成方法であって、前記選択領域を構成する材料は、Al、Ti、Ta、W、Siのうちの少なくとも1つの元素を含んでいる導電牲材料からなることを特徴とする。4. The method according to claim 1, wherein the material forming the selected region includes at least one of Al, Ti, Ta, W, and Si. It is made of a material. 請求項1、2または3に記載の金属配線の形成方法であって、前記非選択領域を構成する材料は、酸化物もしくは窒化物からなる絶縁性材料であることを特徴とする。4. The method according to claim 1, wherein the material forming the non-selected region is an insulating material made of an oxide or a nitride. 請求項5に記載の金属配線の形成方法であって、前記酸化物もしくは窒化物からなる絶縁性材料は、SiO、Si、またはAlであることを特徴とする。6. The method for forming a metal wiring according to claim 5, wherein the insulating material made of oxide or nitride is SiO 2 , Si 3 N 4 , or Al 2 O 3 . マトリックス状に設けられた複数の画素電極と、前記複数の画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを駆動するための複数の走査配線及び複数の信号配線と、を具備する表示装置の製造方法であって、
前記走査配線及び前記信号配線のうちの少なくとも一方の配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、
前記配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、
前記配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、
それぞれ電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
A display device comprising: a plurality of pixel electrodes provided in a matrix; a plurality of thin film transistors respectively connected to the plurality of pixel electrodes; a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings for driving the thin film transistors. The method of manufacturing
Xs represents the electronegativity of a material forming a selected region for forming at least one of the scanning wiring and the signal wiring.
The electronegativity of the material forming the non-selection area where the wiring is not formed is Xn
When the electronegativity of the organometallic material for forming the wiring is Xm,
A method for manufacturing a display device, wherein each electronegativity has a relationship of Xs <Xn <Xm.
請求項7に記載の表示装置の製造方法であって、
前記薄膜トランジスタと前記画素電極とは電気配線を介して接続されており、かつ、前記電気配線を形成する選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXs、前記電気配線を形成しない非選択領域を構成する材料の持つ電気陰性度をXn、前記電気配線を形成するための有機金属材料の持つ電気陰性度をXmとした場合に、それぞれ電気陰性度が、Xs<Xn<Xmの関係を有することを特徴とする。
A method for manufacturing a display device according to claim 7,
The thin film transistor and the pixel electrode are connected via an electric wiring, and the electronegativity of a material constituting a selected region forming the electric wiring is Xs, and a non-selected region not forming the electric wiring is Xs. When the electronegativity of the constituent material is Xn and the electronegativity of the organometallic material for forming the electric wiring is Xm, the electronegativity has a relationship of Xs <Xn <Xm. It is characterized.
請求項8に記載の表示装置の製造方法であって、前記有機金属材料は、CuもしくはCuを含む合金を有する有機金属材料であり、前記走査配線、前記信号配線、及び前記電気配線のうちの少なくとも1つの配線を前記有機金属材料の不均化反応により形成することを特徴とする。The method for manufacturing a display device according to claim 8, wherein the organometallic material is an organometallic material having Cu or an alloy containing Cu, and the scan wiring, the signal wiring, and the electric wiring are included. At least one wiring is formed by a disproportionation reaction of the organometallic material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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