JP2008118124A - 薄膜トランジスタ基板、および表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】バリアメタル層を省略しても優れたＴＦＴ特性を発揮し得、ソース−ドレイン配線をＴＦＴの半導体層に直接かつ確実に接続することができる技術を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタの半導体層３３と、ソース−ドレイン電極２８，２９とを有する薄膜トランジスタ基板において、ソース−ドレイン電極２８，２９は、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層２８ａ、２９ａと、純Ｃｕ又はＣｕ合金の薄膜２８ｂ、２９ｂとからなっている。窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部は、薄膜トランジスタの半導体層３３のＳｉと結合している。また、純ＣｕまたはＣｕ合金の薄膜２８ｂ、２９ｂは、窒素含有層または酸素窒素含有層２８ａ、２９ａを介して薄膜トランジスタの半導体層３３と接続している。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶ディスプレイ、半導体、光学部品などに使用される薄膜トランジスタ基板、および表示デバイスに関し、特に、ソース−ドレイン電極を薄膜トランジスタの半導体層と直接接続することが可能な新規な薄膜トランジスタ基板に関するものである。

小型の携帯電話から、３０インチを超す大型テレビに至るまで様々な分野に用いられている液晶ディスプレイは、画素の駆動方法によって、単純マトリックス型液晶ディスプレイとアクティブマトリックス型液晶ディスプレイに分けられる。このうちスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと呼ぶ。）を有するアクティブマトリックス型液晶ディスプレイは、高精度の画質を実現でき、高速の動画にも対応できるため、汎用されている。

図１を参照しながら、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイに適用される代表的な液晶ディスプレイの構成および動作原理を説明する。ここでは、活性半導体層として水素アモルファスシリコンを用いたＴＦＴ基板（以下、アモルファスシリコンＴＦＴ基板と呼ぶ場合がある。）の例を説明する。

図１に示すように、液晶ディスプレイパネル１００は、ＴＦＴ基板１と、ＴＦＴ基板１に対向して配置された対向基板２と、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に配置され、光変調層として機能する液晶層３とを備えている。ＴＦＴ基板１は、絶縁性のガラス基板１ａ上に配置されたＴＦＴ４、透明画素電極５、走査線や信号線を含む配線部６を有している。透明画素電極５は酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）中に酸化錫（ＳｎＯ）を１０質量％程度含む酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜などから形成されている。ＴＦＴ基板１は、ＴＡＢテープ１２を介して連結されたドライバ回路１３および制御回路１４によって駆動される。

対向基板２は、ＴＦＴ基板１側に絶縁性のガラス基板１ｂの全面に形成された共通電極７と、透明画素電極５に対向する位置に配置されたカラーフィルタ８と、ＴＦＴ基板１上のＴＦＴ４および配線部６に対向する位置に配置された遮光膜９とを有している。対向基板２は、液晶層３に含まれる液晶分子（不図示）を所定の向きに配向させるための配向膜１１を更に有している。

ＴＦＴ基板１および対向基板２の外側（液晶層３側とは反対側）には、それぞれ、偏光板１０ａ、１０ｂが配置されている。

液晶パネル１００では、対向基板２と透明画素電極５との間に形成される電界によって液晶層３における液晶分子の配向が制御され、液晶層３を通過する光が変調される。これにより、対向基板２を透過する光の透過量が制御され、画像として表示される。

次に、図２を参照しながら液晶パネルに好適に用いられる従来のアモルファスシリコンＴＦＴ基板の構成および動作原理を詳しく説明する。図２は図１中、Ａの要部拡大図である。

図２では、ガラス基板（不図示）上に走査線（ゲート薄膜配線）２５が形成されており、走査線２５の一部はＴＦＴのオン・オフを制御するゲート電極２６として機能する。ゲート電極２６を覆うようにしてゲート絶縁膜（Ｓｉ窒化膜）２７が形成されている。ゲート絶縁膜２７を介して走査線２５と交差するように信号線（ソース−ドレイン配線）３４が形成され、信号線３４の一部は、ＴＦＴのソース電極２８として機能する。ゲート絶縁膜２７上に、アモルファスシリコンチャネル膜（活性半導体膜）３３、信号線（ソース−ドレイン配線）３４、層間絶縁Ｓｉ窒化膜（保護膜）３０が順次形成されている。このタイプは一般にボトムゲート型とも呼ばれる。

アモルファスシリコンチャネル膜３３は、Ｐ（リン）がドープされたドープド相（ｎ層）と、Ｐがドープされていないイントリンシック層（ｉ層、ノンドーピング層とも呼ばれる）とからなる。ゲート絶縁膜２７上の画素領域には、例えばＩｎ_２Ｏ_３中にＳｎＯを含むＩＴＯ膜によって形成された透明画素電極５が配置されている。ＴＦＴのドレイン電極２９は、透明画素電極５に直接コンタクトして電気的に接続される。

走査線２５を介してゲート電極２６にゲート電圧が供給されると、ＴＦＴ４はオン状態となり、予め信号線３４に供給された駆動電圧は、ソース電極２８から、ドレイン電極２９を介して透明画素電極５へ供給される。そして、透明画素電極５に所定レベルの駆動電圧が供給されると、図１で説明したように、透明画素電極５と対向電極２との間に電位差が生じる結果、液晶層３に含まれる液晶分子が配向して光変調が行われる。

ＴＦＴ基板１において、ソース−ドレイン電極に電気的に接続されるソース−ドレイン配線３４、ゲート電極２６に電気的に接続される走査線２５は、従来、加工が容易であるなどの理由により、Ａｌ−ＮｄなどのＡｌ合金（以下、これらをＡｌ系合金と呼ぶ。）の薄膜から形成されている。ところが、液晶ディスプレイの大型化に伴い、配線のＲＣ遅延（配線を伝わる電気信号が遅れる現象）などの問題が顕在化しており、より低抵抗な配線材料へのニーズが高まっている。そこで、Ａｌ−２．０ａｔ％ＮｄなどのＡｌ系合金に比べて電気抵抗が小さい純ＣｕまたはＣｕ−Ｎｉ合金などのＣｕ合金が注目されている。

純Ｃｕなどを配線に使用するときには、ソース−ドレイン配線３４、ゲート電極２６、および走査線２５の下部には、それぞれ、図２に示すように、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属からなるバリアメタル層５１、５２、５３が形成されている。特許文献１〜６には、このようなバリアメタル層を有するソース−ドレイン電極などの技術が記載されており、代表的には例えば、厚さ約５０ｎｍのＭｏ層（下部バリアメタル層）、厚さ約１５０ｎｍの純ＣｕやＣｕ合金が順次形成された二層構造の積層配線が挙げられる。

ここで、図２に示すように、アモルファスシリコンチャネル層３３と純ＣｕやＣｕ合金からなるソース−ドレイン配線３４との間に下部バリアメタル層５３を介在させる主な理由は、純Ｃｕなどの薄膜とアモルファスシリコンチャネル薄膜との界面（以下、単に界面と呼ぶ場合がある。）において、ＳｉとＣｕとが相互に拡散するのを防止するためである。

つまり、純Ｃｕ薄膜やＣｕ合金薄膜をアモルファスシリコンチャネル薄膜と直接接合した状態で、ＴＦＴの後工程において、シンタリングやアニールなどの熱処理を行うと、純ＣｕやＣｕ合金のＣｕがアモルファスシリコン中に拡散したり、アモルファスシリコンのＳｉがＣｕ中に拡散したりする。その結果、アモルファスシリコンの半導体性能が著しく劣化し、オン電流が低下したり、ＴＦＴのスイッチングのオフ時に流れるリーク電流（オフ電流）が上昇したり、ＴＦＴのスイッチング速度の低下を招く。そのため所望のＴＦＴ特性を得ることができず、表示装置としての性能や品質が低下する。下部バリアメタル層５３は、このようなＣｕとＳｉとの相互拡散を抑制するのに有効である。

また、配線材料として純ＣｕやＣｕ合金を使用する場合、アモルファスシリコンチャネル薄膜３３から配線が浮き上がり、断線するなどの不良が生じる。これは、Ｃｕとアモルファスシリコンチャネル薄膜との密着性が悪いためであり、そのため、アモルファスシリコンチャネル薄膜３３と純ＣｕやＣｕ合金との間に下部バリアメタル層５３を介在させて密着性を高めている。

しかし、上記のように下部のバリアメタル層５３を形成するためには、純ＣｕやＣｕ合金の配線形成用の成膜装置に加え、バリアメタル形成用の成膜装置が別途必要になる。具体的には、バリアメタル形成用の成膜チャンバーをそれぞれ余分に装備した成膜装置（代表的には、複数の成膜チャンバーがトランスファーチャンバーに接続されたクラスタツール）を用いなければならない。液晶ディスプレイの大量生産に伴なって低コスト化が進むにつれて、バリアメタル層の形成にともなう製造コストの上昇や生産性の低下は軽視できなくなっている。

このように、下部バリアメタル層を形成するためには、ゲート電極やソース電極、更にはドレイン電極の形成に必要な成膜用スパッタ装置に加えて、バリアメタル形成用の成膜チャンバーを余分に装備しなければならず、製造コストの上昇や生産性の低下を招く。

そのため、バリアメタル層の形成を省略でき、ソース−ドレイン電極をアモルファスシリコンチャネル薄膜などの半導体層と直接接合し得る電極材料が切望されている。例えば、特許文献７〜特許文献１１には、純ＣｕやＣｕ合金ではないが、純ＡｌまたはＡｌ合金を配線材料として用いた場合におけるバリアメタル層の省略技術が開示されている。

上記では、液晶表示装置を代表的に取り上げて説明したが、前述した課題は液晶表示装置に限定されず、アモルファスシリコンＴＦＴ基板に共通して見られる。また、上記課題は、ＴＦＴの半導体層として、アモルファスシリコンのほか、多結晶シリコンを用いたＴＦＴ基板においても見られる。
特開平７−６６４２３号公報 特開２００１−１９６３７１号公報 特開２００２−３５３２２２号公報 特開２００４−１３３４２２号公報 特開２００４−２１２９４０号公報 特開２００５−１６６７５７号公報 特開平１１−３３７９７６号公報 特開平１１−２８３９３４号公報 特開平１１−２８４１９５号公報 特開２００４−２１４６０６号公報 特開２００３−２７３１０９号公報

本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、ソース−ドレイン電極とＴＦＴの半導体層との間に通常設けられるバリアメタル層を省略しても優れたＴＦＴ特性を発揮し得、ソース−ドレイン配線をＴＦＴの半導体層に直接かつ確実に接続することができる技術を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明の薄膜トランジスタ基板は、薄膜トランジスタの半導体層と、ソース−ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ基板において、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純Ｃｕ又はＣｕ合金の薄膜とからなり、前記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、前記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層のＳｉと結合しており、前記純ＣｕまたはＣｕ合金の薄膜は、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層を介して前記薄膜トランジスタの半導体層と接続していることに要旨を有している。

好ましい実施形態において、前記窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）とＳｉ原子数（［Ｓｉ］）との比（［Ｎ］／［Ｓｉ］）の最大値は、０．２以上２．０以下の範囲内であり、前記酸素窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）と酸素原子数（［Ｏ］）の和と、Ｓｉ原子数との比〔（［Ｎ］＋［Ｏ］）／［Ｓｉ］〕の最大値は、０．２以上２．０以下の範囲内である。

好ましい実施形態において、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層の厚さは、０．８ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の範囲内である。

好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタの前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる。

本発明の表示デバイスは、上記の薄膜トランジスタ基板を備えている。

本発明の薄膜トランジスタ基板は、上記の構成を有しているため、従来のようにソース−ドレイン電極とＴＦＴの半導体層との間にバリアメタル層を形成しなくても、優れたＴＦＴ特性が得られる。

本発明に用いられるソース−ドレイン電極用配線材料としては、純Ｃｕや、合金成分として、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｃｒ，および希土類元素からなる群（グループＸ）から選択される少なくとも一種の元素を含有するＣｕ−Ｘ合金を用いることができる。

本発明の薄膜トランジスタ基板を用いれば、生産性に優れ、安価で且つ高性能の表示デバイスが得られる。

本発明者は、ＴＦＴの半導体層に直接接続可能なソース−ドレイン電極を備えた新規な薄膜トランジスタ基板提供するため、検討してきた。詳細には、従来のように、ソース−ドレイン電極と半導体層との間にバリアメタル層を介在させなくても優れたＴＦＴ特性を発揮し得る薄膜トランジスタ基板を提供するため、検討を行った。

その結果、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純ＣｕまたはＣｕ−Ｘ合金（以下、Ｃｕ系合金と呼ぶ場合がある。）の薄膜とからなる材料を用い、上記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、上記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部が、薄膜トランジスタの半導体層のＳｉと結合するような構成（半導体層側からみれば、Ｓｉ半導体層の表層の少なくとも一部が窒化または酸窒化されている）とすれば、所期の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。これにより、Ｃｕ系合金の薄膜は、窒素含有層または酸素窒素含有層を介してＴＦＴの半導体層と直接接続されるようになる。

本明細書において、「ソース・ドレイン電極」は、ソース・ドレイン電極自体と、ソース・ドレイン配線の両方を含んでいる。すなわち、本発明のソース・ドレイン電極は、ソース・ドレイン電極とソース・ドレイン配線とが一体に形成されたものであり、ソース・ドレイン配線はソース・ドレイン領域に接している。

また、以下では、説明の便宜上、本発明を特徴付ける「窒素含有層」または「酸素窒素含有層」をまとめて、「窒素／酸素窒素含有層」と呼ぶ場合がある。後に詳しく説明するように、例えば、窒素プラズマを用いて窒素含有層を形成する場合であっても、チャンバー内や配管内に吸着した酸素原子などからの酸素の混入が避けられない場合があり、結果的に、窒素含有層中に酸素も含む酸素窒素含有層が形成されることもある（後記する実施形態１、実施例１〜実施例３）。実施形態１、実施例１〜３では、実験によって酸素を含む層が確認されたことから、ここでは、具体的に「酸素窒素含有層」と記載している。

（本発明に用いられるソース・ドレイン電極）
本発明に用いられるソース・ドレイン電極２８、２９は、図８に示すように、窒素／酸素窒素含有層２８ａ、２９ａと、Ｃｕ系合金薄膜２８ｂ、２９ｂとからなる。窒素／酸素窒素含有層２８ａ、２９ａは、ＴＦＴの半導体層３３を覆うように形成されており、例えば、窒素含有層の窒素原子（Ｎ）、または酸素窒素含有層の窒素原子（Ｎ）及び酸素原子（Ｏ）の一部または全部は、半導体層のＳｉと結合した状態で存在している。窒素含有層を構成するＮ、または酸素窒素含有層を構成するＮ及びＯは、半導体層を構成するＳｉよりもＣｕとの密着性に優れており、パターニング後の電極の剥離が生じない。更に、窒素／酸素窒素含有層２８ａ、２９ａは、Ｃｕ系合金２８ｂ、２９ｂとＴＦＴの半導体層３３との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散を防止するためのバリア（拡散バリア）として作用する。これらの作用は、Ｏに比べ、Ｎの方が優れているため、本発明では、少なくとも、窒素を含有していることが必要である。

本発明によれば、後記する実施例で実証するように、従来のようにＭｏなどのバリアメタル層を形成しなくても、優れたＴＦＴ特性が得られる。また、窒素／酸素窒素含有層は、後で詳しく説明するように、半導体層を形成した後であって、Ｃｕ系合金層を形成する前に、例えば、プラズマ法などによって簡便に作製できるため、従来のように、バリアメタル形成用の特別な成膜装置は不要である。

本発明を特徴付ける窒素／酸素窒素含有層の詳細は、以下のとおりである。

窒素含有層の窒素原子（Ｎ）の窒素原子（Ｎ）の一部または全部は、半導体層のＳｉと結合し、主に、Ｓｉ窒化物（Ｓｉ_xＮ_1−x）となっている。また、酸素窒素含有層の窒素
原子（Ｎ）及び酸素原子（Ｏ）の一部または全部は、半導体層のＳｉと結合し、主に、Ｓｉ酸窒化物（ＳｉＯＮ）となっている。Ｓｉ窒化物は、例えば、Ｓｉ半導体層の表面を窒化することによって得られる。Ｓｉ酸窒化物は、例えば、Ｓｉ窒化物の形成過程などで不可避的に導入される酸素や窒素と結合して得られる。

上記の窒素含有層（Ｓｉ窒化物）または酸素窒素含有層（Ｓｉ酸窒化物）はいずれも、Ｃｕとの密着性に優れており、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）よりもＣｕ系合金との密着力が強い。Ｓｉ窒化物やＳｉ酸窒化物は、バリアメタル層に用いられている代表的な高融点金属（Ｍｏ）に比べて密着性の程度は若干劣るものの、液晶パネルなどの製造においては、実用上何ら問題のないレベルにあることを、以下に示すテープテストによる密着性試験によって確認している。

ここで、「テープテスト」とは、アモルファスシリコン上に成膜した被験材料をカッターなどで１ｍｍ×１ｍｍの碁盤目にカットし、その上に粘着テープ（クリーンルーム用セロテープ代替品、ＵＬＴＲＡ ＴＡＰＥ社製「ウルトラテープ＃６５７０」）を貼り付けた後、粘着テープを一気に剥がし、アモルファスシリコンと被験材料との密着性を簡易に評価する方法である。ここでは、アモルファスシリコンに直接接触させる被験材料として、純Ｃｕ膜（窒素／酸素窒素含有層なし、後記する比較例１）、および酸素窒素含有層（Ｓｉ酸窒化物）を有する純Ｃｕ膜（後記する実施例２）を用いた。

その結果、酸素窒素含有層を有する純Ｃｕ膜を用いれば、窒素／酸素窒素含有層を有しない従来の純Ｃｕ膜に比べ、アモルファスシリコンとの密着性に優れていることが確認された。

上記の窒素／酸素窒素含有層は、以下の要件を更に満足していることが好ましい。

窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）とＳｉ原子数（［Ｓｉ］）との比（［Ｎ］／［Ｓｉ］、以下、便宜上、Ｐ値と呼ぶ場合がある。）の最大値、および酸素窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）と酸素原子数（［Ｏ］）の和と、Ｓｉ原子数との比｛〔（［Ｎ］＋［Ｏ］）／［Ｓｉ］〕、以下、便宜上、Ｑ値と呼ぶ場合がある。｝の最大値は、いずれも、０．２以上２．０以下の範囲内であることが好ましい。これにより、ＴＦＴ特性を劣化させることなく、窒素／酸素窒素含有層によるバリア作用を有効に発揮させることができる。Ｐ値およびＱ値の最大値は、いずれも、０．６以上であることがより好ましく、０．７以上であることが更に好ましい。

なお、窒素／酸素窒素含有層によるバリア作用は、前述したように、酸素原子に比べて窒素原子の方が優れているため、酸素原子よりも窒素原子ができるだけ多く含まれている方が好ましいが、酸素原子を含む場合であっても、Ｑ値が０．２〜２．０の範囲内であれば本発明の作用に悪影響を及ぼさないという意味で、Ｑ値を規定した。

Ｐ値およびＱ値の好ましい下限（０．２）は、アモルファスシリコン表面酸化による拡散抑制時の「Ｏ／Ｓｉ」から類推して設定したものである。一方、Ｐ値およびＱ値の好ましい上限（２．０）は、ＳｉＯ_２形成時における「Ｏ／Ｓｉ」の最大値がほぼ２．０であると考え、設定したものである。

Ｐ値およびＱ値の最大値は、窒素／酸素窒素含有層の形成工程（後述する。）において、例えば、プラズマ照射時間を概ね５秒間から２０分間の範囲内に制御することによって調節することができる。

Ｐ値およびＱ値は、窒素／酸素窒素含有層の深さ方向の元素（ＮおよびＳｉ）をＲＢＳ法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ラザフォード後方散乱分光法）によって分析することによって算出される。

窒素／酸素窒素含有層の厚さは、０．８ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。上記厚さの下限（０．８ｎｍ）は、おおむね、ＳｉＮの格子定数（ＳｉＮ１原子層）に相当する。上記の厚さは、Ｐ値またはＱ値が０．２以上を満足する層の厚さを意味し、Ｐ値またはＱ値が０．２未満の層の厚さは除外している。

前述したように、窒素／酸素窒素含有層は、Ｃｕ系合金層とＴＦＴの半導体層との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散を防止するためのバリア層として有用であり、ＴＦＴの半導体層表面に、ほぼ、ＳｉＮの１原子層程度形成されていれば優れたバリア性を発揮するが、窒素／酸素窒素含有層が厚くなりすぎるとＴＦＴ特性が劣化する。窒素／酸素窒素含有層の厚さを上記範囲内に制御することにより、窒素／酸素窒素含有層の形成による電気抵抗の上昇を、ＴＦＴ特性に悪影響を及ぼさない範囲内に抑えられる。窒素／酸素窒素含有層の厚さは３．０ｎｍ以下であることがより好ましく、２．５ｎｍ以下が更に好ましい。

窒素／酸素窒素含有層の厚さは、種々の物理分析手法によって求めることができる。例えば、前述したＲＢＳ法のほか、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法、ＧＤ−ＯＥＳ（高周波グロー放電発光分光分析）法などを利用することができる。

窒素／酸素窒素含有層は、例えば、半導体層の上部に窒化処理を行うことによって形成される。これらの処理方法は特に限定されず、例えば、（ｉ）プラズマを用いる方法、（ｉｉ）加熱による方法、（ｉｉｉ）アミノ化法などの方法を採用することができる。

上記（ｉ）のようにプラズマを用いる場合、例えば、窒素ガスを用いて窒素含有層を、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いて酸素窒素含有層を、それぞれ、形成すればよい。ただし、窒素ガスを用いた場合でも、不可避的に混入し得る酸素原子によって酸素窒素含有層が形成される場合があることは、前述したとおりである。プラズマ処理に用いられる窒素ガスや酸素ガスは、Ａｒなどの不活性ガスで希釈してもよい。窒素酸素含有プラズマ源から窒素や酸素を供給する場合、窒素イオン、窒素イオンと酸素イオンとの混合イオンを用いたイオン注入法を利用することもできる。

また、上記（ｉｉ）のように加熱を行う場合、窒素ガス、または窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスの雰囲気中でＳｉ半導体層を加熱すればよく、これにより、窒素含有層または酸素窒素含有層が得られる。加熱処理に用いられる窒素ガスや酸素ガスは、Ａｒなどの不活性ガスで希釈してもよい。

また、上記（ｉｉｉ）のようにアミノ化法を用いる場合は、光化学反応などを応用し、Ｓｉ半導体層の表面にアミノ基（−ＮＨ_３）などのＮ原子含有置換基を化学吸着させ、これにＣｕ系合金を蒸着することによって所望の窒素含有層または酸素窒素含有層を形成することができる。

上記方法のほか、例えば、ソース−ドレイン電極の形成過程で、Ｓｉ半導体層の表面に存在するＮ原子やＯ原子がＣｕ系合金薄膜などに拡散し、窒素含有層または酸素窒素含有層を形成することもあり得るが、このような自然拡散法を利用することもできる。

以下、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）について、詳細に説明する。

（ｉ）プラズマ窒化法
プラズマ窒化法は、プラズマを利用するものであり、後述する実施形態および実施例１に示すように、窒素含有ガスを用いることが好ましい。窒素含有ガスとしては、Ｎ_２、ＮＨ_３、ＮＦ_３などのガスが挙げられる。これらは、単独で、もしくは二種以上の混合ガスとして使用される。具体的には、窒素を含有するプラズマ源の近傍にＴＦＴの半導体層を設置することが好ましい。ここで、プラズマ源と半導体層との距離は、プラズマの種類や、プラズマ発生条件［パワー（投入電力）、圧力、温度、照射時間、ガス組成など］などに応じて適宜適切な範囲に設定すればよいが、おおむね、数十ｃｍの範囲であることが好ましい。このようなプラズマ近傍には、高エネルギーの窒素原子が存在しており、これにより、半導体層表面に所望の窒素／酸素窒素含有層を容易に形成することができる。

窒素含有プラズマ源などから窒素を供給する場合、イオン注入法を利用することもできる。イオン注入法によれば、電界によって加速されたイオンは、長距離を移動できるため、プラズマ源と半導体層との距離を任意に設定することが可能である。イオン注入法は、プラズマ近傍に設置された半導体層に負の高電圧パルスを印加することにより、半導体層の表面全体にイオンを注入することが好ましい。あるいは、専用のイオン注入装置を用いてイオン注入を行ってもよい。

なお、ＴＦＴ特性の更なる向上を目的として、窒素／酸素窒素含有層の窒素の面密度（Ｎ）と酸素の面密度（Ｏ）との比（Ｎ／Ｏ）を０．５以上にするためには、例えば、プラズマのガス圧力やガス組成、処理温度などのプラズマ発生条件を以下のように制御して行うことが好ましい。これにより、半導体層の酸化が効果的に抑えられるほか、窒化反応が促進され、生成効率が高められる（後記する実施例を参照）。

まず、処理温度は３００℃以上であることが好ましい。処理温度が３００℃未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素／酸素窒素含有層の形成に長時間を要するほか、窒化反応よりも酸化反応が顕著に進行し、より良好なＴＦＴ特性を得ることが難しくなる。ただし、温度が高くなり過ぎると、処理対象である半導体層の変質や半導体層への損傷を招くため、おおむね、３６０℃以下であることが好ましい。

また、圧力に関しては、５５Ｐａ以上の圧力下で行うことが好ましい。圧力が５５Ｐａ未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素／酸素窒素含有層層の形成に長時間を要する。圧力を高くすれば酸化反応よりも窒化反応が進行し、ＴＦＴ特性が向上する。上記の観点からすれば、圧力は高いほど良く、例えば、６０Ｐａ以上であることがより好ましく、６６Ｐａ以上であることが更に好ましい。なお、圧力の上限は、使用する装置の性能などに依存するために一義的に決定し難いが、プラズマを安定して供給するという観点からすれば、おおむね、４００Ｐａ以下であることが好ましく、２６６Ｐａ以下であることがより好ましい。

プラズマ照射時間は、１０分以下とすることが好ましい。プラズマ照射時間が１０分超の場合、アモルファスシリコン表面に形成された窒素／酸素含有層による電圧降下が無視できなくなり、ＴＦＴ特性が低下する。プラズマ照射時間は、７分以下であることがより好ましく、５分以下であることが一層好ましい。プラズマ照射時間の下限に関しては、アモルファスシリコン表面に一層程度の窒素／酸素窒素含有層が形成されていれば本発明の効果は充分発揮されると考えられることを勘案すれば、少なくとも、アモルファスシリコン表面に窒素／酸素含有層が一層程度形成される時間以上とすれば良い。プラズマ照射時間は、１秒以上であることが好ましく、５秒以上であることがより好ましい。後記する実施例では、プラズマ照射時間が５秒程度で充分な拡散バリア特性が得られることを確認している。

また、投入電力は、５０Ｗ以上とすることが好ましい。投入電力が５０Ｗ未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素含有層の形成に長時間を要するほか、窒化反応よりも酸化反応が顕著に進行し、ＴＦＴ特性が低下する。上記の観点からすれば、投入電力は高いほど良く、例えば、６０Ｗ以上であることがより好ましく、７５Ｗ以上であることが更に好ましい。

ガス組成は、前述した窒素含有ガス（Ｎ_２、ＮＨ_３、ＮＦ_３など）のみであっても良いが、窒素含有ガスと、還元性元素含有ガスとの混合ガスであることが好ましく、これにより、半導体層の酸化が一層有効に抑えられる。還元性ガスとしては、例えば、ＮＨ_３やＨ_２などが挙げられる。このうちＮＨ_３は、還元作用を有するだけでなく窒素含有ガスとしても作用するため、単独で用いることもできるが、Ｈ_２と混合して用いることもできる。

（ｉｉ）熱窒化法
熱窒化法は、皮膜のつきまわりが良いなどの理由によって汎用されている。具体的には、例えば、窒素ガス雰囲気下で、４００℃以下の温度で加熱することが好ましい。加熱温度が高いと、半導体層への損傷が大きくなり、一方、加熱温度が低い場合、所望の窒素／酸素窒素含有層を十分形成できない恐れがある。加熱温度は、２００℃以上３８０℃以下に制御することがより好ましく、２５０℃以上３５０℃以下に制御することがさらに好ましい。上記の加熱処理は、前述したプラズマ窒化法と併用してもよく、これにより、窒素／酸素窒素含有層の形成を更に促進することができる。

（ｉｉｉ）アミノ化法
アミノ化法は、光の作用によってガスの分解または反応を促進し、窒素／酸素窒素含有層を生成する方法であり、通常、紫外線領域の波長（約２００ｎｍ〜４００ｎｍ）の光が用いられる。光源としては、水銀ランプ（低圧水銀灯：波長２５４ｎｍ、高圧水銀灯：３６５ｎｍ）やエキシマレーザー（ＡｒＦ：１９４ｎｍ、ＫｒＦ：２４８ｎｍ）などを利用すればよい。具体的には、窒素含有ガス雰囲気下でより短波長の紫外線を用いることが好ましく、これにより、高いエネルギーを付与することができる。

アミノ化法は、アミノ基などを含有する窒素含有液を用いて行うことが好ましい。このような窒素含有液を半導体層と接触した状態で紫外線を更に照射すると、半導体層に対し、窒素をより効率よく供給することができる。

このように、窒素／酸素窒素含有層は、好ましくは、前述した（ｉ）〜（ｉｉｉ）の方法によって形成されるが、更に、製造工程の簡略化や処理時間の短縮などの観点から、窒素／酸素窒素含有層の形成に用いる装置やチャンバー、温度やガス組成を、以下のように制御して行うことが好ましい。

まず、装置は、製造工程の簡略化のため、半導体層形成装置と同じ装置で行うことが好ましい。これにより、装置間もしくは装置内で、処理対象のワークが余分に移動する必要がなくなる。

また、温度に関しては、半導体層の成膜温度と実質的に同じ温度で行うことが好ましく、これにより、温度変動に伴なう調節時間を省略することができる。

あるいは、ガス組成は、前述した窒素含有ガスと、還元性元素含有ガスとの混合ガスであることが好ましく、これにより、半導体層の酸化が抑制される。還元性元素としては、例えばＮＨ_３やＨ_２などが挙げられる。このうち、ＮＨ_３は、還元作用を有するだけでなく窒素含有ガスとしても作用するため、単独で用いることもできるが、Ｈ_２と混合して用いることもできる。

以上、窒素／酸素窒素含有層を形成する方法について、詳述した。

このようにしてＴＦＴの半導体層上に窒素／酸素窒素含有層を形成した後、例えば、スパッタリング法によってＣｕ系合金を形成すると、所望のソース−ドレイン用配線が得られる。本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、単一のスパッタリングターゲット及び単一のスパッタリングガスを用いて形成できるため、前述した特許文献１１のように、スパッタリングガスの組成を変化させる必要はない。そのため、本発明によれば従来よりも工程の簡略化を更に図ることができる。

本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、ＴＦＴの半導体層とＣｕ系合金との間に、ＴＦＴの半導体層を覆うように上記の窒素／酸素窒素含有層を設けたところに特徴がある。従って、例えば、半導体層の種類は特に限定されず、ＴＦＴ特性に悪影響を及ぼさない限り、ソース−ドレイン電極に通常使用されるものを用いることができる。

半導体層は、代表的には、アモルファスシリコン（好ましくは水素化アモルファスシリコン）または多結晶シリコンなどが挙げられる。

また、ソース−ドレイン電極用の配線材料としては、従来汎用されている純Ｃｕをそのまま用いることもできる。

あるいは、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｃｒ，および希土類元素からなる群（グループＸ）から選択される少なくとも一種の元素を含有するＣｕ−Ｘ合金を用いても良い。

ここで、グループＸに属する元素の含有量は、おおむね、０.０１原子％以上３原子％以下の範囲内であることが好ましい。グループＸに属する元素の含有量が０.０１原子％未満では、所望の効果が得られない。一方、３原子％を超えると、Ｃｕ−Ｘ合金薄膜の電気抵抗が極端に高くなって画素の応答速度が遅くなり、消費電力が増大してディスプレイとしての品位が低下し、実用に供し得なくなる。グループＸに属する元素の含有量は、０．０５原子％以上２．０原子％以下であることが好ましい。

このようなソース−ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタ基板を用いれば、従来のように、Ｃｕ系合金の薄膜とＴＦＴの半導体層との間に下部バリアメタル層を介在させることが不要になり、当該Ｃｕ系合金を窒素含有層または酸素窒素含有層を介して半導体層と接合することができる。後記する実施例に示すように、純ＣｕやＣｕ−Ｘ合金の薄膜を用いて試作されたＴＦＴは、Ｃｒなどのバリアメタル層を介在させた従来例の場合と同レベル以上のＴＦＴ特性を実現できることが確認された。従って、本発明によれば、バリアメタル層の省略によって製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るＴＦＴモジュールの好ましい実施形態を説明する。以下では、アモルファスシリコンＴＦＴ基板を備えた液晶表示装置を代表的に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、例えば、反射型液晶表示デバイスなどの反射電極、外部への信号入出力のために使用されるＴＡＢ（タブ）接続電極にも同様に適用できることを実験により確認している。

（実施形態１）
図３は、本発明に係るアモルファスシリコンＴＦＴ基板の実施形態を説明する概略断面図である。図３では、従来のＴＦＴ基板を示す前述した図２と同じ番号を付している。本実施形態によれば、以下に詳述するように、窒素および酸素を含有する層（酸素窒素含有層）の形成が確認されている。

図３において、ソース電極２８およびドレイン電極２９に電気的に接続されるソース−ドレイン配線３４は、酸素窒素含有層とＣｕまたはＣｕ−０．３４原子％Ｎｉ合金とからなり、酸素窒素含有層は、アモルファスシリコンチャネル薄膜３３を覆うように形成されている。ソース−ドレイン配線３４の構成は、後述する図４（ｅ）および図４（ｆ）に示している。

図２と図３とを対比すると明らかなように、従来のＴＦＴ基板では、図２に示すように、ソース−ドレイン電極の下に、Ｍｏなどの下部バリアメタル層５３が形成されているのに対し、本発明のＴＦＴモジュールでは、下部バリアメタル層５３を省略することができる。

本実施形態によれば、従来のように下部バリアメタル層を介在させることなく、酸素窒素含有層を介してＣｕ系合金をアモルファスシリコンチャネル薄膜と直接接続することができ、従来のＴＦＴ基板と同程度以上の良好なＴＦＴ特性を実現できる（後記する実施例を参照）。

次に、図４を参照しながら、図３に示す、本実施形態に係るＴＦＴ基板の製造方法を説明する。図４には図３と同じ参照符号を付している。

まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１ａ上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ５０ｎｍ程度のＭｏ薄膜５２および厚さ２００ｎｍ程度のＣｕ合金系薄膜（Ｃｕ−０．３４原子％Ｎｉ合金）６１を順次積層する。スパッタリングの成膜温度は室温とした。この積層薄膜上に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィによってレジスト６２をパターニングした後、レジスト６２をマスクとしてＭｏ薄膜５２およびＣｕ系合金薄膜６１の積層膜をエッチングすることにより、ゲート電極２６を形成する（図４（ｃ））。このとき、後に成膜されるゲート絶縁膜２７のカバレッジ性が良くなるように、上記積層薄膜の周縁を約３０°〜６０°のテーパー状にエッチングしておくのがよい。

次いで、図４（ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法などの方法を用いて、厚さ約３００ｎｍ程度のＳｉ窒化膜（ゲート絶縁膜）２７を形成する。プラズマＣＶＤ法の成膜温度は、約３５０℃とした。続いて、例えば、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いて、Ｓｉ窒化膜（ゲート絶縁膜）２７の上に、厚さ２００ｎｍ程度のアンドープト水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）５５および厚さ約８０ｎｍのリンをドーピングしたｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ^＋ａ−Ｓｉ−Ｈ）５６を順次積層する。ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜は、ＳｉＨ_４、ＰＨ_３を原料としたプラズマＣＶＤを行うことによって形成される。

次に、Ｓｉ窒化膜の形成に用いたのと同じプラズマＣＶＤ装置内にて、図４（ｅ）に示すように、上記のようにして得られたｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ^＋ａ−Ｓｉ−Ｈ）５６の上に酸素窒素含有層６０を形成する。具体的には、チャンバー内に基板を保持したまま、アモルファスシリコン膜の成膜に用いた原料ガスを排除した。次いで、チャンバー内に、キャリアガスとして窒素のみを供給してプラズマを発生させ、ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜５６の表面を３０秒間処理し、酸素窒素含有層を形成した。高周波（ＲＦ）パワー密度は０．１４Ｗ／ｃｍ^２、成膜温度は３２０℃、ガス圧力は１３３Ｐａとした。

後記する実施例１は、上記の条件で実験を行なったときのＴＦＴ特性などを調べたものである。上記のようにして形成された酸素窒素含有層表面をＲＢＳ法及びＸＰＳ法で分析した結果、上記層には酸素原子が含まれており、窒素原子および酸素原子の和とシリコン原子との比（Ｑ値）は０．２を超える酸素窒素含有層が約３．０ｎｍ形成されていることが確認された。このように、キャリアガスとして窒素のみを使用しているにもかかわらず、酸素を含む酸素窒素含有層が形成される理由は、上記のように、プラズマＣＶＤチャンバー内にてプラズマ窒化処理を行う際には、チャンバー内壁や配管内壁などに吸着した酸素原子によって窒素含有層に酸素原子が混入することが避けられないケースがあるからである。

なお、本実施形態では、プラズマ窒化法によって酸素窒素含有層６０を形成したが、これに限定されず、前述した（ｉｉ）の熱窒化法や（ｉｉｉ）のアミノ化法を採用しても、所望の酸素窒素含有層、あるいは、酸素原子を実質的に含有しない窒素含有層が得られることを実験によって確認している。

次いで、図４（ｆ）に示すように、酸素窒素含有層６０の上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ３００ｎｍ程度のＣｕ―０．３４原子％Ｎｉ合金膜６３を形成する。スパッタリングの成膜温度は室温とした。次に、フォトリソグラフィによってレジストをパターニングした後、レジストをマスクとしてＣｕ―０．３４原子％Ｎｉ合金膜６３をエッチングすることにより、ソース電極２８と、ドレイン電極２９とが形成される（図４（ｆ））。更に、ソース電極２８及びドレイン電極２９をマスクとして、ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜５６をドライエッチングして除去する（図４（ｇ））。

次に、例えばプラズマ窒化装置などを用いて厚さ３００ｎｍ程度のＳｉ窒化膜（保護膜）を形成する（不図示）。このときの成膜は、約２５０℃で行った。次に、Ｓｉ窒化膜３０上にレジストをパターニングし、ドライエッチングなどを行うことによってコンタクトホール５７を形成する。

次に、例えばアミン系などの剥離液を用いてフォトレジスト層（不図示）を剥離する。最後に、厚さ５０ｎｍ程度のＩＴＯ膜（酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを添加）を成膜する。次いで、ウェットエッチングによるパターニングを行って透明画素電極５を形成すると、ＴＦＴが完成する。

本実施形態によれば、アモルファスシリコンチャネル薄膜が窒素／酸素窒素含有層を介してＣｕ−Ｎｉ合金薄膜と接続されたＴＦＴ基板が得られる。

上記では、透明画素電極５として、ＩＴＯ幕を用いたが、ＩＺＯ膜を用いてもよい。また、活性半導体層としてアモルファスシリコンの代わりにポリシリコンを用いてもよい。

このようにして得られるＴＦＴ基板を使用し、例えば、以下に記載の方法によって、前述した図１に示す液晶表示装置を作成する。

まず、上記のようにして作成したＴＦＴ基板１の表面に、例えばポリイミドを塗布し、乾燥してからラビング処理を行って配向膜を形成する。

一方、対向基板２は、ガラス基板上に、例えばクロムをマトリクス状にパターニングすることによって遮光膜９を形成する。次に、遮光膜９の間隙に、樹脂製の赤、緑、青のカラーフィルタ８を形成する。遮光膜９とカラーフィルタ８上に、ＩＴＯ膜のような透明導電性膜を共通電極７として配置することによって対向電極を形成する。そして、対向電極の最上層に例えばポリイミドを塗布し、乾燥した後、ラビング処理を行って配向膜１１を形成する。

次いで、ＴＦＴ基板１と対向基板２の配向膜１１が形成されている面と夫々対向するように配置し、樹脂製などのシール材１６により、液晶の封入口を除いてＴＦＴ基板１と対向基板２とを貼り合わせる。このとき、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間には、スペーサー１５を介在させるなどして２枚の基板間のギャップを略一定に保つ。

このようにして得られる空セルを真空中に起き、封入口を液晶に浸した状態で徐々に大気圧に戻していくことにより、空セルに液晶分子を含む液晶材料を注入して液晶層を形成し、封入口を封止する。最後に、空セルの外側の両面に偏光板１０を貼り付けて液晶パネルを完成させる。

次に、図１に示したように、液晶表示装置を駆動するドライバ回路１３を液晶パネルに電気的に接続し、液晶パネルの側部あるいは裏面部に配置する。そして、液晶パネルの表示面となる開口を含む保持フレーム２３と、面光源をなすバックライト２２と導光板２０と保持フレーム２３によって液晶パネルを保持し、液晶表示装置を完成させる。

本発明には、前述したソース−ドレイン電極の成膜に用いられるＣｕ基合金スパッタリングターゲットも包含される。

前述した実施形態で記載したように、ソース−ドレイン電極に用いられる純ＣｕやＣｕ−Ｘ合金薄膜は、高速で高品質の成膜が可能なスパッタ法を用いて形成することが好ましい。従って、これら純ＣｕまたはＣｕ−Ｘ合金をスパッタリングターゲット材料とすることが好ましい。

上記のスパッタリングターゲットの製造方法は特に限定されず、溶解・鋳造法、粉末焼結法などのいずれの方法を採用することもできるが、その中でも特に、真空溶解・鋳造法で製造することが推奨される。真空溶解・鋳造法によれば、他の方法で製造した場合と比較して、窒素や酸素などの不純物成分の少ないターゲットが得られるため、上記のスパッタリングターゲットを用いて成膜されたソース−ドレイン電極は、優れた特性を発揮し得、高性能かつ高信頼性の表示デバイスの生産が可能となるからである。

本発明の表示デバイスは、前述したソース−ドレイン電極を備えているため、格段に優れた性能と信頼性を実現することが可能である。なお、本発明の表示デバイスは、上記のソース−ドレイン電極を備えていれば良く、その他の表示デバイスの構成は特に限定されず、表示デバイスの分野において公知のあらゆる構成を採用することができる。

（実施例１〜２、比較例１）
以下の実施例１〜２では、酸素窒素含有層を有するＣｕ合金薄膜のソース−ドレイン電極を用いれば、バリアメタル層を省略しても、半導体層へのＣｕの拡散が抑制され、良好なＴＦＴ特性が得られることを調べる目的で、種々の実験を行った。実施例１および実施例２では、前述した実施形態１と同様のプラズマ窒化法を用いて酸素窒素含有層を形成した。具体的な実験条件および評価方法は以下の通りである。

（ソース−ドレイン電極）
実施例１では、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、前述した実施形態１に記載のＣｕ−０．３４原子％Ｎｉを用いた。

実施例２では、前述した実施形態１において、Ｃｕ−０．３４原子％Ｎｉの代わりに純Ｃｕを用いた。

比較例１では純Ｃｕを用いたが、窒素プラズマ処理は行わなかった。

その結果、実施例１および実施例２では、いずれも、窒素含有層に酸素を含む酸素窒素含有層が約３．０μｍ形成されており、且つ、当該酸素窒素含有層をＲＢＸ分析した結果、窒素原子および酸素原子の和とシリコン原子との比（Ｑ値）は０．２を超えることが確認された。
これに対し、比較例１では、窒素／酸素窒素含有層の形成は見られなかった。

（実験に供したＴＦＴ）
ここでは、ＴＦＴ特性を簡易に調べるため、実施形態１の図４（ｇ）に示すＴＦＴに対し、種々の熱処理（１５０℃で３０分間、２００℃で３０分間、２５０℃で３０分間、３００℃で３０分間）を行ったものを実験に供した。この熱処理条件は、ＴＦＴ基板の製造工程で、熱履歴が最大となるＳｉ窒化膜（保護膜）の成膜工程の加熱処理を想定して設定されたものである。本実施例に供したＴＦＴは、現実のＴＦＴ基板のように種々の成膜工程が施されて完成されたものではないが、上記のアニールを行ったＴＦＴは、実際のＴＦＴ基板のＴＦＴ特性をほぼ反映していると考えられる。

（ＳｉとＣｕとの相互拡散の評価）
実施例１、実施例２、比較例１のそれぞれについて、実施形態１の図４（ｇ）に示すＴＦＴを作製し、アモルファスシリコンチャネル薄膜との界面を観察し、アモルファスシリコン中のＳｉとＣｕとの相互拡散の有無を調べた。
詳細には、ＴＦＴ作製直後の各試料、及びＴＦＴに対して窒素雰囲気中にて３５０℃で３０分間熱処理した各試料のそれぞれに、ついてＧＤ−ＯＥＳ分析を行い、深さ方向の元素組成分析を行った。ＧＤ―ＯＥＳ分析は、成膜完了後の試料の膜表面（上層）から、高周波スパッタによって膜を削りながら膜を分析する手法である。ＧＤ―ＯＥＳの分析条件は以下の通りである。
ガス圧力３００Ｐａ、電力２０Ｗ、周波数５００Ｈｚ、
デューティーサイクル０．１２５

（ＳｉとＣｕとの相互拡散の評価結果）
成膜後の各試料におけるＧＤ−ＯＥＳ分析の結果を図５〜図７に示す。詳細には、図５に比較例１（純Ｃｕのみ）の結果を、図６に実施例１の結果を、図７に実施例２の結果を、それぞれ、示す。

まず、図５（比較例）を参照する。

図５（ａ）は、ＴＦＴ作製直後の試料の結果を、図５（ｂ）は３５０℃で３０分間熱処理した試料の結果を示している。横軸はスパッタリング時間（秒）であり、表面から深さ方向の距離を間接的に意味しており、縦軸はＣｕ原子、Ｏ原子、Ｓｉ原子、Ｎ原子の相対強度である。

図５（ａ）と図５（ｂ）とを対比すると明らかなように、窒素／酸素窒素含有層を有していない比較例１では、熱処理により、試料中のＣｕ原子がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）側に拡散することが分かる。

次に、図６及び図７（いずれも本発明例）を参照する。

図６（ａ）と図６（ｂ）、図７（ａ）と図７（ｂ）とを対比すると明らかなように、酸素窒素含有層を含有する実施例１（Ｃｕ−０．３４原子％Ｎｉ合金）および酸素窒素含有層を含有する実施例２（純Ｃｕ）では、熱処理を行っても、試料中のＣｕ原子はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）側に拡散しておらず、ａ−Ｓｉ内部へのＣｕ原子の拡散が抑制されていることが分かる。

上記は、Ｃｕ−Ｎｉ合金を用いたときの結果であるが、Ｎｉ以外のＣｕ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｃｒ，および希土類元素の少なくとも一種）を用いたときも、図６および図７と同様の結果が得られることを、実験により確認している。

（実施例３）
本実施例では、前述した実施例２（純Ｃｕを使用）において、プラズマ窒化法を、表１に示す種々の条件（条件１〜条件５）下で行なって酸素窒素含有層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてＴＦＴを作製し、このＴＦＴに対し、実施例１と同様にして種々の熱処理を行なった。比較のため、熱処理を行なわなかったものも用意した。いずれの条件下でも、キャリアガスとして窒素を用いた。

なお、表１に示すプラズマ窒化条件のうち、条件１〜２、条件４〜５は、いずれも、本発明で規定する好ましい範囲に設定されたものであり、条件３は、プラズマ照射時間が６００秒と長い例である。

次に、上記のＴＦＴを用い、ＴＦＴのドレイン電流―ゲート電圧のスイッチング特性を調べた。スイッチング特性を調べることにより、ＳｉとＣｕの相互拡散を間接的に評価することができる。ここでは、ＴＦＴのスイッチングのオフ時に流れるリーク電流（ゲート電圧に負電圧を印加したときのドレイン電流値、オフ電流）と、ＴＦＴのスイッチングのオン時に流れるオン電流とを、以下のようにして測定した。

ゲート長（Ｌ）３００μｍ、ゲート幅（Ｗ）２０μｍのＴＦＴを用い、ドレイン電流およびゲート電圧を測定した。測定時のドレイン電圧は１０Ｖとした。オフ電流はゲート電圧（−３Ｖ）を印加したときの電流と定義し、オン電流はゲート電圧が２０Ｖとなるときの電圧と定義した。

このようにして測定される各ＴＦＴ特性は、従来例のＴＦＴ特性を基準値として以下のように評価した。従来例として、純Ｃｕの薄膜とＭｏのバリアメタル層とからなるソース−ドレイン電極を用いて上記と同様にしてＴＦＴを作成し、ＴＦＴ特性を測定した。従来例のオン電流は約１×１０^-6Ａ（μＡオーダー）であり、従来例のオフ電流は約１×１０^-12Ａ（ｐＡオーダー）であった。この値を基準値とし、オフ電流が上記基準値の１桁の
増加の範囲内（１×１０^−１1Ａ以下）に含まれるものを良好（○）、上記範囲を超える
ものを不良（×）とした。また、オン電流が熱処理条件により上記基準値(１×１０^−６
Ａ)以上となるものを良好（○）、上記範囲よりもオン電流が小さくなるものを不良（×
）とした。更に、総合評価として、オン電流、オフ電流とも良好なものを◎、どちらか一方が良好で他方が不良なものを×とした。

更に、表１に示す条件１、条件３、および条件５の方法でＴＦＴを作製したときにおける、酸素窒素含有層のＱ値、および厚さを測定した。これらは、神戸製鋼所製高分解能ＲＢＳ分析装置「ＨＲＢＳ５００」を用いて測定した。なお、酸素窒素含有層の厚さは、Ｑ値が０．２以上を満足する層の厚さである。

これらの結果を表２にまとめて示す。

表２より、以下のように考察することができる。

表２のＮｏ．１〜５（条件１）、Ｎｏ．６〜１０（条件２）、Ｎｏ．１６〜２０（条件４）、およびＮｏ．２１〜２５（条件５）は、いずれも、本発明の好ましい範囲でプラズマ窒化を行った例であり、熱処理を行なった場合でも、従来例とほぼ同程度の良好なＴＦＴ特性が得られた。

このうち、条件１でプラズマ窒化を行なったときのＱ値は１．８、酸素窒素含有層の厚さは１．７ｎｍであり、条件５でプラズマ窒化を行なったときのＱ値は１．５、酸素窒素含有層の厚さは２．０ｎｍであり、いずれの条件下でも、所望の拡散抑制効果を持った酸素窒素含有層が得られている。

詳細には、条件１でプラズマ窒化を行なったときの酸素窒素含有層についてＲＢＳ分析を行なった結果、最表面における酸素および窒素の面密度は、それぞれ、酸素：１．２±０．４×１０¹⁵(ａｔｏｍｓ／ｃｍ²)、窒素：１０．９±０．５×１０¹⁵(ａｔｏｍｓ／ｃｍ²)であり、窒素と酸素の比は、おおむね、９：１程度であった。また、ＲＢＳ分析による深さ方向プロファイル測定による窒素濃度および酸素濃度の各ピーク値は、窒素：５８原子％、酸素：３０原子％であった。このように、条件１でプラズマ窒化を行なったとき、窒素含有層中には上記範囲の酸素が含まれているが、当該酸素の含有によってＴＦＴ特性に悪影響を及ぼさないことは、前述した実験結果からも明らかである。

これに対し、表２のＮｏ．１１〜１５（条件３）は、プラズマ照射時間が長い例であり、表２に示すように、オン電流が低下した。

また、条件３でプラズマ窒化を行なったときのＱ値は１．４、酸素窒素含有層の厚さは３．７ｎｍであり、本発明の好ましい厚さを超えている。

これらの結果より、本発明の好ましい範囲を満足するプラズマ窒化条件下で作製したソース−ドレイン電極を用いれば、バリアメタル層を省略しても、アモルファスシリコンチャネル薄膜とＣｕ系合金膜との界面におけるＳｉとＣｕとの相互拡散を有効に防止できる結果、良好なＴＦＴ特性を実現できることが確認された。

（実施例４）
本実施例では、前述した実施例２において、純Ｃｕの代わりに、表３に記載のＣｕ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ）を使用したソース−ドレイン電極を用いたこと、および以下に示す条件で窒素プラズマ処理を行なったこと以外は、実施例１と同様にしてＴＦＴを作製し、このＴＦＴに対し、実施例１と同様にして種々の熱処理を行なった。比較のため、熱処理を行なわなかったものも用意した。更に、参考のため、純Ｃｕを使用したソース−ドレイン電極についても、上記と同様の実験を行なった。
プラズマ条件
温度：３２０℃、圧力：１３３Ｐａ、投入電力：１００Ｗ、照射時間：６０秒、
キャリアガス：窒素

次に、上記のＴＦＴを用い、実施例３と同様にして、ＴＦＴのドレイン電流―ゲート電圧のスイッチング特性を調べ、ＴＦＴ特性を評価した。

これらの結果を表３および表４にまとめて示す。

表３および表４より、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ｇｅ合金、Ｃｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｇｅ合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ合金のいずれのＣｕ系合金を用いても、純Ｃｕ合金およびＣｕ−Ｎｉ合金と用いたときと同様、優れたＴＦＴ特性が得られることが確認された。

図１は、アモルファスシリコンＴＦＴ基板が適用される代表的な液晶パネルの構成を示す概略断面拡大説明図である。 図２は、従来の代表的なアモルファスシリコンＴＦＴ基板の構成を示す概略断面説明図である。 図３は、本発明の実施形態に係るＴＦＴ基板の構成を示す概略断面説明図である。 図４は、図３に示すＴＦＴ基板の製造工程の一部を示す工程図である。 図５は、比較例１について、ＧＤ―ＯＥＳ分析を行った結果を示す図である。 図６は、実施例１について、ＧＤ―ＯＥＳ分析を行った結果を示す図である。 図７は、実施例２について、ＧＤ―ＯＥＳ分析を行った結果を示す図である。 図８は、本発明に用いられるソース・ドレイン電極の構成を模式的に示す概略図である。

符号の説明

１ ＴＦＴ基板
２ 対向電極
３ 液晶層
４ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
５ 透明画素電極
６ 配線部
７ 共通電極
８ カラーフィルタ
９ 遮光膜
１０ａ、１０ｂ 偏光板
１１ 配向膜
１２ ＴＡＢテープ
１３ ドライバ回路
１４ 制御回路
１５ スペーサー
１６ シール材
１７ 保護膜
１８ 拡散板
１９ プリズムシート
２０ 導光板
２１ 反射板
２２ バックライト
２３ 保持フレーム
２４ プリント基板
２５ 走査線
２６ ゲート電極
２７ ゲート絶縁膜（Ｓｉ窒化膜）
２８ ソース電極
２９ ドレイン電極
２８ａ、２９ａ 窒素／酸素窒素含有層
２８ｂ、２９ｂ Ｃｕ系合金薄膜
３０ 保護膜（Ｓｉ窒化膜）
３１ フォトレジスト
３２ コンタクトホール
３３ アモルファスシリコンチャネル膜（活性半導体膜）
３４ 信号線（ソース−ドレイン配線）
５１、５２、５３ バリアメタル層
５５ アンドープト水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）
５６ ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ^＋ａ−Ｓｉ−Ｈ）
６０ 酸素窒素含有層
６１ Ｃｕ−２．０原子％Ｎｄ合金膜
６２ レジスト
６３ Ｃｕ−２．０原子％Ｎｉ合金膜
１００ 液晶ディスプレイパネル

Claims (5)

1. 薄膜トランジスタの半導体層と、ソース−ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ基板において、
   前記ソース−ドレイン電極は、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純Ｃｕ又はＣｕ合金の薄膜とからなり、
   前記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、前記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層のＳｉと結合しており、
   前記純ＣｕまたはＣｕ合金の薄膜は、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層を介して前記薄膜トランジスタの前記半導体層と接続していることを特徴とする薄膜トランジスタ基板。
2. 前記窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）とＳｉ原子数（［Ｓｉ］）との比（［Ｎ］／［Ｓｉ］）の最大値は、０．２以上２．０以下の範囲内であり、前記酸素窒素含有層を構成する窒素原子数（［Ｎ］）と酸素原子数（［Ｏ］）の和と、Ｓｉ原子数との比〔（［Ｎ］＋［Ｏ］）／［Ｓｉ］〕の最大値は、０．２以上２．０以下の範囲内である請求項１に記載の薄膜トランジスタ基板。
3. 前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層の厚さは、０．８ｎｍ以上３．５ｎｍ以下の範囲内である請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ基板。
4. 前記薄膜トランジスタの前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
5. 請求項４に記載の薄膜トランジスタ基板を備えた表示デバイス。