JP2008108975A - Joining structure of element - Google Patents

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Hironari Urabe
宏成 占部
Yoshinori Matsuura
宜範 松浦
Takashi Kubota
高史 久保田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element wherein when directly joining a semiconductor layer such as n<SP>+</SP>-Si and an Al-Ni-based alloy layer, the mutual diffusion of Al and Si can be so prevented as to be able to maintain the ohmic characteristic of the element. <P>SOLUTION: In the element having a semiconductor layer and having an Al-Ni-based alloy layer joined directly to the semiconductor layer, the Al-Ni-based alloy layer joined directly to the semiconductor layer is so formed that the concentration of the nitrogen contained in it is not smaller than 2×10<SP>17</SP>atoms/cm<SP>3</SP>and is smaller than 9×10<SP>21</SP>atoms/cm<SP>3</SP>. Also, the refractive index of the bonding surface side of the Al-Ni-based alloy layer is made preferably not less than 1.9. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどの表示装置を構成する素子に関し、特に、配線回路材料としてAl系合金を用いた素子の製造技術に関する。   The present invention relates to an element constituting a display device such as a liquid crystal display, and more particularly to an element manufacturing technique using an Al-based alloy as a wiring circuit material.

近年、液晶ディスプレイに代表される薄型テレビなどの表示デバイスには、その構成材料としてアルミニウム(以下、単にAlと記載する場合がある)系合金の配線材料が広く普及している。この理由は、Al系合金配線材料の比抵抗値が低く、配線加工が容易な特性を有することによる。   2. Description of the Related Art In recent years, wiring materials made of aluminum (hereinafter sometimes simply referred to as “Al”)-based alloys are widely used as constituent materials for display devices such as thin-screen televisions typified by liquid crystal displays. This is because the specific resistance value of the Al-based alloy wiring material is low and the wiring process is easy.

例えば、アクティブマトリックスタイプの液晶ディスプレイの場合、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略称する)は、ITO(Indium Tin Oxide)或いはIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明電極(以下、透明電極層と称する場合がある)と、Al系合金により形成された配線回路(以下、Al−Ni系合金層と称す)とから素子が構成される。このような素子では、Al−Ni系合金層が透明電極と接合される部分や、TFT内におけるn−Si(リンドープの半導体層)と接合させる部分が存在する。 For example, in the case of an active matrix type liquid crystal display, a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) serving as a switching element is a transparent electrode (hereinafter, referred to as ITO (Indium Tin Oxide)) such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide). An element is composed of a transparent electrode layer (sometimes referred to as a transparent electrode layer) and a wiring circuit formed of an Al-based alloy (hereinafter referred to as an Al—Ni-based alloy layer). In such an element, there are a portion where the Al—Ni-based alloy layer is bonded to the transparent electrode and a portion where the Al—Ni-based alloy layer is bonded to n + —Si (phosphorus-doped semiconductor layer) in the TFT.

上述のような素子を構成する場合、Al−Ni系合金層に形成されるアルミニウム酸化物の影響を考慮し、Al−Ni系合金層と透明電極層との間に、モリブデン(Mo)やチタニウム(Ti)などの高融点金属材料を、いわゆるキャップ層として形成している。また、n−Siのような半導体層と配線回路との接合においては、製造工程中の熱プロセスにより、AlとSiとが相互拡散することを防止すべく、半導体層とAl−Ni系合金層との間に、上記キャップ層と同じモリブデン(Mo)やチタニウム(Ti)などの高融点金属材料を介在させるようにしている。 In the case of configuring the element as described above, in consideration of the influence of the aluminum oxide formed in the Al—Ni alloy layer, molybdenum (Mo) or titanium is interposed between the Al—Ni alloy layer and the transparent electrode layer. A refractory metal material such as (Ti) is formed as a so-called cap layer. In addition, in joining the semiconductor layer such as n + -Si and the wiring circuit, the semiconductor layer and the Al—Ni-based alloy are prevented from interdiffusion between Al and Si by a thermal process during the manufacturing process. The same high-melting point metal material as molybdenum (Mo) or titanium (Ti) as the cap layer is interposed between the layers.

ここで、図1を参照しながら、上記した素子構造について具体的に説明する。図1には、液晶ディスプレイに関するa−SiタイプのTFT断面概略図を示している。このTFT構造では、ガラス基板1上に、ゲート電極部Gを構成するAl系合金配線材料からなる電極配線回路層2と、MoやMo−Wなどからなるキャップ層3とが形成されている。そして、このゲート電極部Gには、その保護としてSiNxのゲート絶縁膜4が設けられている。また、このゲート絶縁膜4上には、a−Si半導体層5、チャネル保護膜層6、n−Si半導体層7、キャップ層3、電極配線回路層2、キャップ層3が順次堆積され、適宜パターン形成されることにより、ドレイン電極部Dとソース電極部Sとが設けられる。このドレイン電極部Dとソース電極部Sとの上には、素子の表面平坦化用樹脂またはSiNxの絶縁膜4’が被覆される。さらに、ソース電極部S側には、絶縁層4’にコンタクトホールCHが設けられ、その部分にITOやIZOの透明電極層7’が形成される。このような電極配線回路層2にAl系合金配線材料を用いる場合では、n−Si半導体層7と電極配線層2との間やコンタクトホールCHにおける透明電極層7’と電極配線層2との間に、キャップ層3を介在させる構造となっている。 Here, the above-described element structure will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an a-Si type TFT relating to a liquid crystal display. In this TFT structure, an electrode wiring circuit layer 2 made of an Al-based alloy wiring material constituting the gate electrode portion G and a cap layer 3 made of Mo, Mo—W, or the like are formed on the glass substrate 1. The gate electrode portion G is provided with a SiNx gate insulating film 4 as protection. On the gate insulating film 4, an a-Si semiconductor layer 5, a channel protective film layer 6, an n + -Si semiconductor layer 7, a cap layer 3, an electrode wiring circuit layer 2, and a cap layer 3 are sequentially deposited. A drain electrode portion D and a source electrode portion S are provided by appropriately forming a pattern. On the drain electrode portion D and the source electrode portion S, an element surface flattening resin or SiNx insulating film 4 ′ is coated. Further, on the source electrode portion S side, a contact hole CH is provided in the insulating layer 4 ′, and a transparent electrode layer 7 ′ of ITO or IZO is formed in that portion. In the case where an Al alloy wiring material is used for such an electrode wiring circuit layer 2, the transparent electrode layer 7 ′ and the electrode wiring layer 2 between the n + -Si semiconductor layer 7 and the electrode wiring layer 2 and in the contact hole CH The cap layer 3 is interposed between the two.

この図1に示す素子構造では、Moなどのキャップ層を形成するため、材料や製造設備などのコストアップは避けられず、製造工程の複雑化が指摘されていた。   In the element structure shown in FIG. 1, since a cap layer of Mo or the like is formed, an increase in the cost of materials and manufacturing equipment is inevitable, and it has been pointed out that the manufacturing process is complicated.

そのため、上記のようなキャップ層を省略する手法として、Al系合金からなる配線層の一部を窒化して、その窒化した部分を介して半導体層と接合させる技術が提案されている(特許文献1参照)、また、Al系合金からなる配線層の全部を窒化させて、半導体層と接合させる技術も提案されている(特許文献2参照)。
特開2003−273109号公報 特開2005−123576号公報
Therefore, as a technique for omitting the cap layer as described above, a technique has been proposed in which a part of the wiring layer made of an Al-based alloy is nitrided and bonded to the semiconductor layer via the nitrided part (Patent Document). 1), and a technique for nitriding the entire wiring layer made of an Al-based alloy and bonding it to the semiconductor layer has also been proposed (see Patent Document 2).
JP 2003-273109 A JP 2005-123576 A

しかしながら、上記特許文献1の対応では、Al系合金の窒化された部分の抵抗が高くなるため、半導体層とAl−Ni系合金層とを直接接合した際に、オーミック特性を満足できない傾向となる。また、特許文献2のように、Al系合金の配線層の全部を窒化させると、配線層自体の抵抗値が大きくなりすぎ、良好な素子特性を満足できなくなる。   However, in response to the above-mentioned Patent Document 1, the resistance of the nitrided portion of the Al-based alloy is increased, and therefore, when the semiconductor layer and the Al—Ni-based alloy layer are directly bonded, ohmic characteristics tend not to be satisfied. . Further, as in Patent Document 2, if all of the Al-based alloy wiring layer is nitrided, the resistance value of the wiring layer itself becomes too large to satisfy satisfactory element characteristics.

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、n−Siなどの半導体層とAl−Ni系合金層を直接接合させる場合において、AlとSiとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を確実に維持することができる素子の接合構造を提供する。 The present invention has been made in the background as described above, and in the case of directly joining a semiconductor layer such as n + -Si and an Al—Ni alloy layer, mutual diffusion between Al and Si can be prevented. An element junction structure capable of reliably maintaining ohmic characteristics is provided.

上記課題を解決すべく、本発明は、半導体層と、該半導体層に直接接合されるAl−Ni系合金層と、を備えた素子の接合構造において、半導体層に直接接合されるAl−Ni系合金層は、窒素を2×1017atoms/cm以上9×1021atoms/cm未満含有していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an Al—Ni alloy directly bonded to a semiconductor layer in a bonding structure of an element including a semiconductor layer and an Al—Ni-based alloy layer bonded directly to the semiconductor layer. The system alloy layer is characterized by containing nitrogen of 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 9 × 10 21 atoms / cm 3 .

そして、本発明におけるAl−Ni系合金層は、半導体層に直接接合される接合面側の屈折率が1.9以上であるものが好ましい。   The Al—Ni-based alloy layer in the present invention preferably has a refractive index of 1.9 or more on the bonding surface side that is directly bonded to the semiconductor layer.

また、本発明における半導体層は、アモルファスのn−Siからなることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the semiconductor layer in this invention consists of amorphous n <+>- Si.

本発明におけるAl−Ni系合金は、Niを0.5at%〜10at%含有することが好ましい。   The Al—Ni alloy in the present invention preferably contains 0.5 at% to 10 at% of Ni.

さらに、本発明に係る素子の接合構造では、窒素を含有しないAl−Ni系合金と窒素を含有したAl―Ni系合金とを積層した状態のAl−Ni系合金層でもよい。   Furthermore, in the junction structure of the element according to the present invention, an Al—Ni alloy layer in which an Al—Ni alloy not containing nitrogen and an Al—Ni alloy containing nitrogen are laminated may be used.

本発明によれば、キャップ層を省略して、n−Siなどの半導体層とAl−Ni系合金層を直接接合させても、AlとSiとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を維持することが可能であり、Al−Ni系合金層自体の低抵抗特性を備えた素子を実現できる。 According to the present invention, even if a cap layer is omitted and a semiconductor layer such as n + -Si and an Al—Ni alloy layer are directly joined, mutual diffusion between Al and Si can be prevented and ohmic characteristics are maintained. Therefore, an element having the low resistance characteristics of the Al—Ni alloy layer itself can be realized.

以下、本発明における最良の実施形態について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the best embodiment in the present invention is described, the present invention is not limited to the following embodiment.

本発明者等は、半導体層とAl−Ni系合金層との直接接合とを実現するべく、AlとSiとの相互拡散に関して検討したところ、半導体層との接合するAl−Ni系合金層が、所定量の窒素を含有する場合、良好な直接接合を実現できることを見出した。AlとSiとの相互拡散は、温度、結晶性、原子間の結合性に影響されることが知られているが、所定窒素含有量であるAl−Ni系合金層の結晶性、原子間の結合状態などが、Siとの相互拡散を抑制するものと推測される。   The present inventors examined interdiffusion between Al and Si in order to realize direct bonding between the semiconductor layer and the Al—Ni-based alloy layer, and found that an Al—Ni-based alloy layer to be bonded to the semiconductor layer was found. It has been found that when a predetermined amount of nitrogen is contained, good direct bonding can be realized. The interdiffusion between Al and Si is known to be affected by temperature, crystallinity, and interatomic connectivity, but the crystallinity and interatomic properties of the Al-Ni-based alloy layer with a predetermined nitrogen content. It is presumed that the bonding state or the like suppresses interdiffusion with Si.

本発明に係る素子の接合構造におけるAl−Ni系合金層は、窒素が2×1017atoms/cm以上9×1021atoms/cm未満含有している必要がある。2×1017atoms/cm未満であると、半導体層との直接接合が困難となり、9×1021atoms/cm以上になるとトランジスタ特性のon/off比が悪くなるためである。この窒素を含有したAl−Ni系合金層は、半導体層と直接接合する接合界面、即ち、Al−Ni系合金層の表面から少なくとも50Å〜500Å程度の深さにおいて窒素を含有していればよい。そのため、窒素を含有しないAl−Ni系合金と窒素を含有したAl―Ni系合金とを積層した状態のものでも構わない。 The Al—Ni-based alloy layer in the junction structure of the element according to the present invention needs to contain nitrogen of 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 9 × 10 21 atoms / cm 3 . This is because if it is less than 2 × 10 17 atoms / cm 3 , direct bonding with the semiconductor layer becomes difficult, and if it is 9 × 10 21 atoms / cm 3 or more, the on / off ratio of the transistor characteristics deteriorates. The Al—Ni-based alloy layer containing nitrogen should contain nitrogen at a junction interface directly joining the semiconductor layer, that is, at a depth of at least about 50 to 500 mm from the surface of the Al—Ni-based alloy layer. . For this reason, an Al—Ni alloy not containing nitrogen and an Al—Ni alloy containing nitrogen may be laminated.

また、本発明における素子の接合構造では、半導体層に直接接合されるAl−Ni系合金層は、接合面側の屈折率が1.9以上であることが好ましい。1.9未満の屈折率では、AlとSiとの相互拡散が生じる傾向となる。この屈折率とは、ガラス基板上にAl−Ni系合金層を形成するAl系合金膜を100Å厚みで成膜し、そのAl系合金膜の表面に波長589nmの光を照射してエリプソメーターにより測定するものである。   In the device junction structure according to the present invention, the Al—Ni alloy layer directly bonded to the semiconductor layer preferably has a refractive index of 1.9 or more on the bonding surface side. When the refractive index is less than 1.9, mutual diffusion between Al and Si tends to occur. This refractive index means that an Al-based alloy film for forming an Al-Ni-based alloy layer is formed on a glass substrate with a thickness of 100 mm, the surface of the Al-based alloy film is irradiated with light having a wavelength of 589 nm, and an ellipsometer is used. Measure.

本発明における半導体層は、アモルファスのn−Siからなることが好ましい。Al−Ni系合金層とアモルファスの半導体層とは、容易に相互拡散する傾向があるが、本発明よれば、相互拡散が抑制され、いわゆるSiのスパイキング現象が解消できる。 The semiconductor layer in the present invention is preferably made of amorphous n + -Si. The Al—Ni-based alloy layer and the amorphous semiconductor layer tend to interdiffuse easily, but according to the present invention, interdiffusion is suppressed and so-called Si spiking phenomenon can be eliminated.

また、本発明の素子の接合構造において、Al−Ni系合金層は、Niを0.5〜10at%含有することが好ましい。所定のNi含有量であるAl−Ni系合金であると、Al−Ni系合金層自体の抵抗を10μΩcm以下とすることが容易であるとともに、良好な素子特性を備える直接接合を実現しやすいからである。Al−Ni系合金としては、具体的には、Al−Ni合金、Al−Ni−C合金、Al−Ni−B合金、Al−Ni−Nd合金、Al−Ni−La合金、Al−Ni−Ge合金などが挙げられる。Bを含有する場合は0.1〜0.8at%の含有量が好ましく、NdやLa、Geを含有する場合には0.1〜2at%の含有量が好ましい。尚、本発明のAl−Ni系合金は、低抵抗特性の観点より、Al自体を75at%以上含有していることが望ましい。   In the device junction structure of the present invention, the Al—Ni alloy layer preferably contains 0.5 to 10 at% of Ni. In the case of an Al—Ni alloy having a predetermined Ni content, it is easy to make the resistance of the Al—Ni alloy layer itself 10 μΩcm or less, and it is easy to realize direct bonding with good element characteristics. It is. Specific examples of the Al—Ni alloy include an Al—Ni alloy, an Al—Ni—C alloy, an Al—Ni—B alloy, an Al—Ni—Nd alloy, an Al—Ni—La alloy, and an Al—Ni—. Examples include Ge alloys. When B is contained, the content is preferably 0.1 to 0.8 at%, and when Nd, La, or Ge is contained, the content is preferably 0.1 to 2 at%. The Al—Ni alloy of the present invention desirably contains 75 at% or more of Al itself from the viewpoint of low resistance characteristics.

続いて、本発明の実施例について説明する。この実施例では、Al−Ni−B系合金層として、Al−5.0at%Ni−0.4at%B膜(比抵抗値4.2μΩcm)を用いて、Siによる半導体層と直接接合させて、その素子の特性評価を行った。Siとの直接接合する際には、SiとAl−Ni―B合金層との界面に、Al−Ni−B−N合金層が形成された状態になるように制御して行った。 Next, examples of the present invention will be described. In this embodiment, as an Al—Ni—B alloy layer, an Al-5.0 at% Ni-0.4 at% B film (specific resistance value 4.2 μΩcm) is used and directly bonded to a Si semiconductor layer. The characteristics of the device were evaluated. When direct bonding with Si was performed, control was performed so that an Al—Ni—B—N alloy layer was formed at the interface between Si and the Al—Ni—B alloy layer.

まず、窒素含有量の異なるAl−Ni−B系合金層についての作製方法について説明する。評価サンプルについては、次にようにして作製した。まず、ガラス基板上に、前記組成のAl合金ターゲットを用い、スパッタリング条件、投入電力3.0Watt/cm、アルゴンガス流量100ccm、アルゴン圧力0.5Paとしてマグネトロン・スパッタリング装置を用い、厚み100ÅのAl−Ni−B系合金層を形成した。このスパッタリング時には、アルゴンガス中に窒素ガスを導入し、全ガス実流量(アルゴンガス実流量+窒素実流量)に対し窒素実流量が0%〜40%になるように調整して、Al−Ni−B系合金層表面の窒素含有量を変化させた各種サンプルを作製した。 First, a manufacturing method for Al—Ni—B alloy layers having different nitrogen contents will be described. About the evaluation sample, it produced as follows. First, an Al alloy target having the above composition was used on a glass substrate, a sputtering condition, an input power of 3.0 Watt / cm 2 , an argon gas flow rate of 100 ccm, an argon pressure of 0.5 Pa, and a magnetron sputtering apparatus were used. A Ni—B alloy layer was formed. At the time of this sputtering, nitrogen gas is introduced into the argon gas and adjusted so that the actual nitrogen flow rate becomes 0% to 40% with respect to the total actual gas flow rate (argon actual flow rate + nitrogen actual flow rate). -Various samples were produced by changing the nitrogen content on the surface of the B-based alloy layer.

Al−Ni−B系合金層の窒素含有量は、1018atoms/cm以上の場合、二次イオン質量分析装置(Dynamic SIMS)により測定した。二次イオン質量分析装置(Dynamic SIMS)により、Al−Ni−B系合金層の窒素を測定すると、図2に示すような分析結果が得られる。図では、窒素を含有させたAl−Ni−B合金配線膜を二次イオン質量分析装置により深さ方向へ、窒素を分析した結果を概念的に示している。例えば、膜に窒素が含有されている場合には、窒素を含有した厚みに相当する部分で窒素が検出される。図2で示した窒素含有量は、窒素として検出された部分の平均値を示している。また、この平均値の窒素濃度は、ある程度の一定な測定値が検出された測定深さの範囲における平均値を示すものである。具体的には、図2示す2.5×1018(実線データ)の場合、測定深さ0〜18nm範囲の測定値は除き、18nm〜75nm範囲の測定値から平均値を求めた。 The nitrogen content of the Al—Ni—B based alloy layer was measured by a secondary ion mass spectrometer (Dynamic SIMS) when it was 10 18 atoms / cm 3 or more. When nitrogen in the Al—Ni—B alloy layer is measured by a secondary ion mass spectrometer (Dynamic SIMS), an analysis result as shown in FIG. 2 is obtained. In the figure, the result of analyzing nitrogen in an Al—Ni—B alloy wiring film containing nitrogen in the depth direction by a secondary ion mass spectrometer is conceptually shown. For example, when nitrogen is contained in the film, nitrogen is detected at a portion corresponding to the thickness containing nitrogen. The nitrogen content shown in FIG. 2 indicates the average value of the portion detected as nitrogen. The average nitrogen concentration indicates an average value in a range of measurement depths where a certain fixed measurement value is detected. Specifically, in the case of 2.5 × 10 18 (solid line data) shown in FIG. 2, the average value was obtained from the measurement values in the range of 18 nm to 75 nm, excluding the measurement values in the measurement depth range of 0 to 18 nm.

また、窒素含有量が1018atoms/cm以下の場合は、X線光電子分光分析装置(XPS)によりSi半導体層の深さ方向に50〜100Å程度スパッタを行い、その後、そのスパッタ部分をX線光電子分光分析装置(XPS)により測定し、窒素含有量が既知のサンプル測定の結果より得られた窒素検出ピークの積分強度と比較して、その窒素含有量を算出した。尚、この窒素含有量の測定は、二次イオン質量分析装置、X線光電子分光分析装置のどちらでも測定可能であるが、二次イオン質量分析装置の検出限界付近の含有量の場合、その測定値の信頼性の観点からX線光電子分光分析装置による測定を行う場合がある。 When the nitrogen content is 10 18 atoms / cm 3 or less, sputtering is performed in the depth direction of the Si semiconductor layer by an X-ray photoelectron spectrometer (XPS) about 50 to 100 mm, and then the sputtered portion is converted into X The nitrogen content was calculated by comparison with the integrated intensity of the nitrogen detection peak obtained from the measurement result of a sample having a known nitrogen content, as measured by a line photoelectron spectrometer (XPS). This nitrogen content can be measured by either a secondary ion mass spectrometer or an X-ray photoelectron spectrometer, but if the content is near the detection limit of the secondary ion mass spectrometer, the measurement In some cases, measurement by an X-ray photoelectron spectrometer is performed from the viewpoint of reliability of values.

また、窒素含有量の異なる各Al−Ni−B系合金層の比抵抗値は、300℃、30分間の熱処理を行った後、4端子抵抗測定装置により測定した。   The specific resistance value of each Al—Ni—B alloy layer having a different nitrogen content was measured with a four-terminal resistance measurement device after heat treatment at 300 ° C. for 30 minutes.

次に、窒素含有量の異なる各Al−Ni−B合金層と半導体層との接合性について調査した結果について説明する。ここでは、半導体層と接合した際の拡散耐熱性と素子のスイッチング特性(on/off比)を調べた。   Next, the result of investigating the bondability between each Al—Ni—B alloy layer having a different nitrogen content and the semiconductor layer will be described. Here, the diffusion heat resistance and the switching characteristics (on / off ratio) of the element when bonded to the semiconductor layer were examined.

拡散耐熱性評価は、ガラス基板(コーニング社製:#1737)上にn−Si半導体層(300Å)をCVDにより形成し、その半導体層上にAl−Ni−B系合金層(2000Å)を形成したものを評価サンプルとした。この時、n−Si層上にAl−Ni−B−N合金層を100Å厚で成膜し、その上にAl−Ni−B合金層を1900Å厚で成膜するようにした。Al−Ni−B−N合金層の成膜は、スパッタリング条件(マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力3.0Watt/cm、アルゴンガス流量100sccm、アルゴン圧力0.5Pa)として、このスパッタリング時には、アルゴンガス中に窒素ガスを導入し、全ガス実流量(アルゴンガス実流量+窒素実流量)に対し窒素実流量が0%〜40%の範囲で調整した。また、その上に成膜したAl−Ni−B合金層は、窒素ガスを導入することなく上記条件で行った。 For diffusion heat resistance evaluation, an n + -Si semiconductor layer (300 mm) was formed on a glass substrate (Corning Corp. # 1737) by CVD, and an Al-Ni-B alloy layer (2000 mm) was formed on the semiconductor layer. The formed sample was used as an evaluation sample. At this time, an Al—Ni—B—N alloy layer was formed to a thickness of 100 μm on the n + —Si layer, and an Al—Ni—B alloy layer was formed to a thickness of 1900 μm thereon. The Al—Ni—B—N alloy layer is formed under sputtering conditions (magnetron sputtering apparatus, input power 3.0 Watt / cm 2 , argon gas flow rate 100 sccm, argon pressure 0.5 Pa). Nitrogen gas was introduced therein, and the actual nitrogen flow rate was adjusted in the range of 0% to 40% with respect to the total actual gas flow rate (argon gas actual flow rate + nitrogen actual flow rate). Moreover, the Al—Ni—B alloy layer formed thereon was performed under the above conditions without introducing nitrogen gas.

そして、各評価サンプルを200〜380℃の温度域で10℃毎に熱処理温度を設定し、窒素ガス雰囲気中30分間の熱処理を行った後、リン酸系Alエッチング液(関東化学(株)社製、液温32℃のAl混酸エッチャント/組成(容量比)リン酸:蓚酸:酢酸:水=16:1:2:1)に10分間浸漬させることにより、上層に形成した各組成膜のみを溶解し、半導体層を露出させた。この露出した半導体層表面を光学顕微鏡(200倍)にて観察し、SiとAlとの相互拡散が生じているかを調べた。   And after setting heat processing temperature for every 10 degreeC in the temperature range of 200-380 degreeC for each evaluation sample and performing heat processing for 30 minutes in nitrogen gas atmosphere, phosphoric acid type Al etching liquid (Kanto Chemical Co., Ltd.) Made by immersing in an Al mixed acid etchant / composition (volume ratio) phosphoric acid: succinic acid: acetic acid: water = 16: 1: 2: 1) for 10 minutes. Dissolved to expose the semiconductor layer. The exposed surface of the semiconductor layer was observed with an optical microscope (200 times) to examine whether mutual diffusion between Si and Al occurred.

図3及び図4には、露出した半導体層表面における、代表的な光学顕微鏡写真を示す。図3は相互拡散が全く認められない半導体層表面であり(評価結果:○)、図4は相互拡散の痕跡(写真中の黒点)が認められたものである(評価結果:×)。そして、各熱処理温度の中で、評価結果が○の最高温度を、その評価サンプルの拡散耐熱性温度とした。尚、この図3及び図4に示した観察写真は、拡散耐熱性を評価する際に参考としたイメージ写真であり、本実施例の具体的なサンプル結果を示すものではない。   3 and 4 show typical optical micrographs on the exposed semiconductor layer surface. FIG. 3 shows the surface of the semiconductor layer where no interdiffusion is observed (evaluation result: ◯), and FIG. 4 shows the trace of interdiffusion (black spots in the photograph) (evaluation result: x). And in each heat processing temperature, the highest temperature of evaluation result (circle) was made into the diffusion heat resistant temperature of the evaluation sample. Note that the observation photographs shown in FIGS. 3 and 4 are image photographs used as a reference when evaluating the diffusion heat resistance, and do not indicate the specific sample results of this example.

次に、TFT素子におけるスイッチング特性としては、on/off比を測定することによって行った。評価サンプルは、次の手順に従って作製した。   Next, the switching characteristics of the TFT element were measured by measuring an on / off ratio. The evaluation sample was produced according to the following procedure.

まず、ガラス基板(コーニング社製:#1737)上に、厚み3000ÅのAl−Ni−B合金層となるAl系合金膜を形成した。スパッタリング条件は、基板加熱温度100℃、DCPower1000W(3.1Watt/cm)、アルゴンガス流量100sccm、アルゴン圧力0.5Paで行った。 First, an Al-based alloy film serving as an Al—Ni—B alloy layer having a thickness of 3000 mm was formed on a glass substrate (manufactured by Corning: # 1737). The sputtering conditions were as follows: substrate heating temperature 100 ° C., DCPower 1000 W (3.1 Watt / cm 2 ), argon gas flow rate 100 sccm, and argon pressure 0.5 Pa.

続いて、フォトリソグラフィによりAl系合金膜をエッチングして、ゲート配線幅50μmを形成し、ゲート電極幅15μmを形成した(図5参照)。フォトリソグラフィ条件は、Al系合金膜表面にレジスト(TFR−970:東京応化工業(株)社製/塗布条件:スピンコーター3000rpm、ベーキング後レジスト厚1μm目標)を被覆し、プリベーキング処理(110℃、1.5分間)を行い、所定のパターンフィルムを配置して露光処理(マスクアナイラー MA−20:ミカサ(株)社製/露光条件15mJ/cm)を行った。続いて、濃度2.38%、液温23℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液(以下、TMAH現像液と略す)で現像処理をし、現像処理後、ホットプレートによりポストベーキング処理(110℃、3分間)を行い、リン酸系混酸エッチング液(関東化学(株)社製/組成 リン酸:硝酸:酢酸:水=16:1:2:1(容量比))により回路形成を行った。このような条件で回路形成を行うことで、回路のテーパー角が45°となるように制御した。 Subsequently, the Al-based alloy film was etched by photolithography to form a gate wiring width of 50 μm and a gate electrode width of 15 μm (see FIG. 5). Photolithographic conditions were such that the Al-based alloy film surface was coated with a resist (TFR-970: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd./application conditions: spin coater 3000 rpm, post-baking resist thickness 1 μm target) and pre-baked (110 ° C. 1.5 minutes), a predetermined pattern film was placed, and an exposure process (Mask Anyler MA-20: manufactured by Mikasa Co., Ltd./exposure conditions 15 mJ / cm 2 ) was performed. Subsequently, the film was developed with an alkali developer containing tetramethylammonium hydroxide having a concentration of 2.38% and a liquid temperature of 23 ° C. (hereinafter abbreviated as TMAH developer). 110 ° C., 3 minutes), and a circuit is formed by using a phosphoric acid mixed acid etching solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc./composition phosphoric acid: nitric acid: acetic acid: water = 16: 1: 2: 1 (capacity ratio)). went. By forming the circuit under such conditions, the circuit was controlled to have a taper angle of 45 °.

エッチング処理後、剥離液(ST106:東京応化工業(株)社製)によりレジストの除去を行い、ゲート配線回路の形成後、RFスパッタリングにより、絶縁層となるSiNxを厚さ4200Å成膜した。成膜条件は、基板加熱温度350℃、RF Power1000W(3.1Watt/cm)、アルゴンガス流量90sccm、窒素ガス流量10sccm、圧力0.5Paとした。さらに、この絶縁層の上に、CVDにより、アモルファスのi−Si、リンドープのn−Siを随時成膜した。i−Si(ノンドープSi膜)の成膜条件は、基板加熱温度200℃、RF Power100W(0.31Watt/cm)、SiH流量(10%アルゴンガス希釈)300sccmで、厚み2000Åとした。窒素添加n−Si(P(リン)ドープ膜)の成膜条件は、基板加熱温度200℃、RF Power100W(0.31Watt/cm)、SiH流量(8%アルゴンガス希釈)300sccmで、PH流量(8%アルゴンガス希釈)50sccm厚み500Åのn−Si層を形成した。 After the etching treatment, the resist was removed with a stripping solution (ST106: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). After forming the gate wiring circuit, a SiNx film having a thickness of 4200 mm was formed by RF sputtering. The film forming conditions were substrate heating temperature 350 ° C., RF Power 1000 W (3.1 Watt / cm 2 ), argon gas flow rate 90 sccm, nitrogen gas flow rate 10 sccm, and pressure 0.5 Pa. Further, amorphous i-Si and phosphorus-doped n + -Si were formed on this insulating layer as needed by CVD. The film formation conditions for i-Si (non-doped Si film) were a substrate heating temperature of 200 ° C., RF Power 100 W (0.31 Watt / cm 2 ), SiH 4 flow rate (10% argon gas dilution) 300 sccm, and a thickness of 2000 mm. The deposition conditions of nitrogen-added n + -Si (P (phosphorus) doped film) are: substrate heating temperature 200 ° C., RF Power 100 W (0.31 Watt / cm 2 ), SiH 4 flow rate (8% argon gas dilution) 300 sccm, An n + -Si layer having a PH 3 flow rate (diluted with 8% argon gas) and a thickness of 50 sccm and a thickness of 500 mm was formed.

その後、n−Si層上に、始めにガラス基板上に成膜したものと同じ組成のAl系合金膜を厚み2000Åで成膜した。この時、n−Si層上にAl−Ni−B−N合金層を100Å厚で成膜し、その上にAl−Ni−B合金層を1900Å厚で成膜するようにした。Al−Ni−B−N合金層の成膜条件は、このスパッタリング時には、アルゴンガス中に窒素ガスを導入し、全ガス実流量(アルゴンガス実流量+窒素実流量)に対し窒素実流量が0%〜40%の範囲で調整した。また、その上に成膜したAl−Ni−B合金層は、上記ゲート配線の場合と同じ条件で行った。成膜条件は、上記ゲート配線と同条件で行った。 Thereafter, an Al-based alloy film having the same composition as that first formed on the glass substrate was formed on the n + -Si layer with a thickness of 2000 mm. At this time, an Al—Ni—B—N alloy layer was formed to a thickness of 100 μm on the n + —Si layer, and an Al—Ni—B alloy layer was formed to a thickness of 1900 μm thereon. The film forming conditions of the Al—Ni—B—N alloy layer are as follows. Nitrogen gas is introduced into the argon gas at the time of sputtering, and the actual nitrogen flow rate is 0 with respect to the total gas actual flow rate (argon gas actual flow rate + nitrogen actual flow rate). It adjusted in the range of% -40%. Further, the Al—Ni—B alloy layer formed thereon was performed under the same conditions as in the case of the gate wiring. The film forming conditions were the same as those for the gate wiring.

そして、フォトリソグラフィによりソース配線、ドレイン配線、及び電極を形成した。このフォトリソグラフィ条件は、上記ゲート配線と同じである。この時、Al系合金膜のエッチング後は、n−Si層のドライエッチングを行った。ドライエッチング条件は、RF Power50W、SFガス流量30sccm、圧力10Paで行った。その後、剥離液(ST106:東京応化工業(株)社製)によりレジストの除去を行った。 Then, a source wiring, a drain wiring, and an electrode were formed by photolithography. The photolithography conditions are the same as those for the gate wiring. At this time, after etching the Al-based alloy film, dry etching of the n + -Si layer was performed. Dry etching conditions were RF Power 50W, SF 6 gas flow rate 30 sccm, and pressure 10 Pa. Thereafter, the resist was removed with a stripping solution (ST106: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).

次に、パシベーションとなるSiNx絶縁膜を2500Å厚さ成膜し、ゲート、ソース、ドレインの各電極部分のみ、ドライエッチングにより露出させた。ドライエッチング条件は、RF Power100W、SFガス流量30sccm、Oガス流量5sccm、圧力10Paで行った。上記条件により、チャネル幅25μm、チャネル長5μmのトランジスタを形成した(図5参照)。 Next, a passivation SiNx insulating film having a thickness of 2500 mm was formed, and only the gate, source, and drain electrode portions were exposed by dry etching. Dry etching conditions were RF Power 100W, SF 6 gas flow rate 30 sccm, O 2 gas flow rate 5 sccm, and pressure 10 Pa. Under the above conditions, a transistor having a channel width of 25 μm and a channel length of 5 μm was formed (see FIG. 5).

以上のようにして作成した評価サンプルについて、3端子法により素子のスイッチング特性のon/off比を測定した。測定機はアジレント・テクノロジー社製のB1500A装置を用い、Vg−Id測定を行った。そして、Vg=−10V、+10VでのId値からon/off比を計算した。   About the evaluation sample produced as mentioned above, the on / off ratio of the switching characteristic of an element was measured by the 3 terminal method. Vg-Id measurement was performed using a B1500A apparatus manufactured by Agilent Technologies. The on / off ratio was calculated from the Id values at Vg = −10V and + 10V.

さらに、屈折率の測定は、ガラス基板上に、窒素を含有させた厚み100ÅのAl−Ni−B系合金層を形成し、この表面に波長589nmの光を照射してエリプソメーター(ULVAC社製)により測定した。   Further, the refractive index was measured by forming an Al—Ni—B alloy layer having a thickness of 100 mm containing nitrogen on a glass substrate, and irradiating light with a wavelength of 589 nm on this surface to produce an ellipsometer (manufactured by ULVAC). ).

表1に、上記した窒素含有量、屈折率、比抵抗、拡散耐熱性on/off比についての評価結果を示す。   Table 1 shows the evaluation results for the nitrogen content, refractive index, specific resistance, and diffusion heat resistance on / off ratio described above.

表1に示すように、スパッタリング時の窒素導入量(全ガス実流量に対する窒素実流量)が5%〜20%の時、拡散耐熱性が250℃以上であり、on/off比が5桁(on電流10−5A、off電流10−10Aのときのon/off比は5桁)以上となることが判明した。また、窒素導入量が10%〜18%であると、拡散耐熱性が300℃以上で、on/off比が6桁を実現できることが判った。この結果より、Al−Ni−B−N合金配線材料の窒素含有量は、2×1017atoms/cm〜8×1021atoms/cmであることが好ましく、2.5×1018atoms/cm〜7.7×1021atoms/cmであればより好ましいことが判った。さらに、その屈折率が1.9以上であることが好ましいことも判明した。尚、AlN合金の屈折率は1.46であるため、本実施例のAl−Ni系合金に含有された窒素は極めて微量であると考えられる。 As shown in Table 1, when the amount of nitrogen introduced during sputtering (the actual nitrogen flow rate relative to the total gas actual flow rate) is 5% to 20%, the diffusion heat resistance is 250 ° C. or more, and the on / off ratio is 5 digits ( It was found that the on / off ratio when the on current was 10 −5 A and the off current was 10 −10 A was 5 digits or more. Further, it was found that when the nitrogen introduction amount is 10% to 18%, the diffusion heat resistance is 300 ° C. or more and the on / off ratio can be 6 digits. From this result, the nitrogen content of the Al—Ni—B—N alloy wiring material is preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 to 8 × 10 21 atoms / cm 3 , and 2.5 × 10 18 atoms. / Cm 3 to 7.7 × 10 21 atoms / cm 3 was found to be more preferable. Furthermore, it has been found that the refractive index is preferably 1.9 or more. Since the refractive index of the AlN alloy is 1.46, it is considered that the nitrogen contained in the Al—Ni alloy of this example is very small.

TFT概略断面図。TFT schematic sectional drawing. 二次イオン質量分析装置による窒素を含有させたAl−Ni−B合金膜中の窒素分析結果を示す概念グラフ。The conceptual graph which shows the nitrogen analysis result in the Al-Ni-B alloy film containing nitrogen by the secondary ion mass spectrometer. Si拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。Photomicrograph of Si diffusion heat resistance evaluation. Si拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。Photomicrograph of Si diffusion heat resistance evaluation. TFT素子の配線構造を示す平面概念図。The plane conceptual diagram which shows the wiring structure of a TFT element.

Claims (5)

半導体層と、該半導体層に直接接合されるAl−Ni系合金層と、を備えた素子の接合構造において、
半導体層に直接接合されるAl−Ni系合金層は、窒素を2×1017atoms/cm以上9×1021atoms/cm未満含有していることを特徴とする素子の接合構造。
In a junction structure of an element comprising a semiconductor layer and an Al-Ni alloy layer that is directly joined to the semiconductor layer,
The Al—Ni-based alloy layer directly bonded to the semiconductor layer contains nitrogen at 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 9 × 10 21 atoms / cm 3 .
Al−Ni系合金層は、接合面側の屈折率が1.9以上である請求項1に記載の素子の接合構造。 The element bonding structure according to claim 1, wherein the Al—Ni-based alloy layer has a refractive index of 1.9 or more on the bonding surface side. 半導体層は、アモルファスのn−Siからなる請求項1または請求項2に記載の素子の接合構造。 The element junction structure according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of amorphous n + -Si. Al−Ni系合金は、Niを0.5at%〜10at%含有する請求項1〜請求項3いずれかに記載の素子の接合構造。 The Al—Ni-based alloy contains 0.5 at% to 10 at% of Ni, according to any one of claims 1 to 3. Al−Ni系合金層は、窒素を含有しないAl−Ni系合金と窒素を含有したAl―Ni系合金とを積層したものである請求項1〜請求項4いずれかに記載の素子の接合構造。 5. The device junction structure according to claim 1, wherein the Al—Ni-based alloy layer is a laminate of an Al—Ni-based alloy not containing nitrogen and an Al—Ni-based alloy containing nitrogen. .
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