JP2009043797A - 薄膜トランジスター - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスターを提供する。
【解決手段】ガラス基板１の上にゲート電極膜２を形成し、前記ガラス基板１およびゲート電極膜２の上に窒化珪素膜３を形成し、前記窒化珪素膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、前記アモルファスＳｉ膜４の上にバリア膜を介していずれもＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ（アルカリ土類金属）銅合金膜１５の下地層を有するＣｕ−ＡＥＭ（アルカリ土類金属）銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成し、前記アモルファスＳｉ膜４、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の上に窒化珪素膜３´を被覆形成してなる薄膜トランジスターにおいて、前記バリア膜は、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ（アルカリ土類金属）銅合金膜１９で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、アモルファスシリコン膜とドレイン電極膜との間にバリア膜が形成されており、さらにアモルファスシリコン膜とソース電極の間にバリア膜が形成される薄膜トランジスターであって、前記バリア膜は、銅、シリコン、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜からなる薄膜トランジスターに関するものである。

アクティブマトリックス方式で駆動する薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどが知られている。これら薄膜トランジスターを用いたフラットパネルディスプレイにはガラス基板表面に格子状に金属膜からなる配線が密着形成されており、この金属膜からなる格子状配線の交差点に薄膜トランジスターが設けられている。
この薄膜トランジスターは、図７の断面概略説明図に示されるように、ガラス基板１の表面に金属膜からなるゲート電極膜２が形成されており、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３が形成されており、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４が形成されており、このアモルファスＳｉ膜４の上にいずれもバリア膜７を介してＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金により構成されたドレイン電極膜５およびソース電極膜６が形成されており、さらに前記アモルファスＳｉ膜４、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の全面を覆うように窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´が形成された積層膜構造を有している。
かかる積層膜構造を有する薄膜トランジスターを作製するには、まず、図８の断面図に示されるような、ガラス基板１の表面にＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金膜により構成されたゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成し、このアモルファスＳｉ膜４の上にバリア膜７を形成し、前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３およびバリア膜７の全面を被覆するようにＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金により構成された銅合金膜８を形成して積層体９を作製する。このＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金により構成された銅合金膜８はアルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する銅合金からなることも知られている。
次いで前記積層体９のバリア膜７並びにＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金により構成された銅合金膜８を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによって、バリア膜７並びに銅およびアルカリ土類金属からなる銅合金膜８に覆われていたアモルファスＳｉ膜４の一部を露出させ、バリア膜７、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図９の断面図に示される従来の薄膜トランジスター中間体１０を作製し、その後、従来の薄膜トランジスター中間体１０の全面に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´を３００℃前後で化学蒸着することにより図７の断面図に示される従来の薄膜トランジスターを作製する。図７〜９に図示されてはいないが、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の密着性を高めるためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の下地層としてＣｕ、酸素およびアルカリ土類金属からなる銅合金膜を形成することも知られている。
前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´は一般に３００℃前後で化学蒸着することにより成膜されるので、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の成膜時に前記アモルファスＳｉ膜４のＳｉがアルカリ土類金属を含む銅合金からなるドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散し、そのためにドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が大きく上昇する。
この窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の化学蒸着時にアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止するために、アモルファスＳｉ膜４とドレイン電極膜５の間およびアモルファスＳｉ膜４とソース電極膜６の間にバリア膜７を形成する。このバリア膜７として通常ＭｏもしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜が使用されており、このバリア膜７はその後薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあってもアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗が上昇するのを阻止する作用も果たす（特許文献１参照）。
特開２００４−１６３９０１号公報

しかし、バリア膜７としてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜を使用すると、Ｍｏ、Ｔｉまたはこれらの合金膜からなるバリア膜７とＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金により構成された銅合金膜８とは異なる金属で構成されており、かかる異なる金属が接触している複合金属膜を湿式エッチングすると湿式エッチングする際に局部電池が形成され、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜とソース電極膜６の接触端部が優先的にエッチングされ、図９の一部拡大図である図１０に示されるように、バリア膜７とドレイン電極膜５の接触端部およびバリア膜７とソース電極膜６の接触端部に深い凹部１１が生成し、この凹部１１はバリア膜７とドレイン電極膜５の境界およびバリア膜７とソース電極膜６の境界に沿って奥深く形成されるので、湿式エッチング中に凹部１１に湿式エッチング液が浸透し、湿式エッチング中に凹部１１に浸透した湿式エッチング液は洗浄し乾燥しても排出されず、湿式エッチング液が凹部１１から排出されない状態で窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´を３００℃前後で化学蒸着すると、化学蒸着中に湿式エッチング液が蒸発し、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´に膨らみが生じて窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の一部の密着性が低下したりするために薄膜トランジスター不良の原因となる。

そこで、本発明者等は、前記湿式エッチング中の凹部の生成を防止して薄膜トランジスターを作製すべく研究を行った。その結果、
（イ）酸化シリコン膜、並びにＣｕ、酸素およびアルカリ土類金属からなる銅合金で構成された銅合金膜（以下、Ｃｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜という）からなる二層複合膜は、バリア膜として従来から知られているＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等の効果を有し、この二層複合膜におけるＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の上に、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金膜（以下、Ｃｕ−ＡＥＭ銅合金膜という）を被覆した積層体を作製し、この積層体を湿式エッチングして得られた薄膜トランジスター中間体には図１０に示されるような凹部１１が生成することはない、
（ロ）また、前記酸化シリコン膜およびＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜からなる二層複合膜におけるＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜上にＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜を形成したのち写真製版（フォトリソ）などにより湿式エッチングして酸化シリコン膜を一部露出させドレイン電極膜およびソース電極膜を形成して薄膜トランジスター中間体を作製し、その後ドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジストを剥離するために薄膜トランジスター中間体を強アルカリの剥離液に浸漬する操作を行うが、この浸漬に際して前記Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属を含むＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜が酸化シリコン膜とドレイン電極膜の間および酸化シリコン膜とソース電極膜の間にそれぞれ介在することによりドレイン電極膜およびソース電極膜が剥がれることがない、
（ハ）前記湿式エッチングして得られた薄膜トランジスター中間体の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´を３００℃前後で化学蒸着すると、化学蒸着中に前記アモルファスＳｉ膜とＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の間にＣｕ、Ｓｉ、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜（以下、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜という）が生成し、化学蒸着中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜およびソース電極膜にまで拡散し到達してドレイン電極膜およびソース電極膜の比抵抗を増加させることはない、
（ニ）前記化学蒸着中にアモルファスＳｉ膜とＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の間に生成したＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜は、従来のＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはＴｉもしくはＴｉ合金膜と同等のバリア性を有し、その後に薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあってもアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散してドレイン電極膜およびソース電極膜の比抵抗を増加させることはない、
（ホ）前記バリア膜として作用するＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜は、酸素：２０原子％以上を含み、その厚さは１〜１５ｎｍの範囲内にあることが好ましい、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）ガラス基板の上にゲート電極膜を形成し、前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜の上にアモルファスＳｉ膜を形成し、前記アモルファスＳｉ膜の上にバリア膜を介していずれもＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の下地層を有するＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜からなるドレイン電極膜およびソース電極膜を形成し、前記アモルファスＳｉ膜、ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に窒化珪素膜を被覆形成してなる薄膜トランジスターであって、
前記バリア膜は、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜で構成された薄膜トランジスター、
（２）前記Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜は、酸素：２０原子％以上、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含む前記（１）記載の薄膜トランジスター、
（３）前記Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜は、厚さ：１〜１５ｎｍの範囲内にある前記（１）または（２）記載の薄膜トランジスター、
（４）前記ドレイン電極膜およびソース電極膜を形成する銅合金膜は、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜である前記（１）、（２）または（３）記載の薄膜トランジスター、
（５）ガラス基板の上にゲート電極膜を形成し、前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜の上にアモルファスシリコン膜を形成し、前記アモルファスシリコン膜の上に酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜の上にＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜を形成し、このＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の上にドレイン電極膜およびソース電極膜を形成してなる薄膜トランジスター中間体、
（６）ドレイン電極膜およびソース電極膜を形成する銅合金膜は、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜である前記（５）記載の薄膜トランジスター中間体、に特徴を有するものである。

この発明の薄膜トランジスターは、下記の如き方法により作製することができる。まず、図１の断面図に示されるように、ガラス基板１の表面にＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜からなるゲート電極膜２を形成し、このゲート電極膜２およびガラス基板１の上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３を形成し、さらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３の上にアモルファスＳｉ膜４を形成して第１積層体１３を作製する。
次に、この第１積層体１３のアモルファスＳｉ膜４の上に、図２の断面図に示されるように、酸化シリコン膜１２を形成して第２積層体１４を作製する。この酸化シリコン膜１２は図１の第１積層体１３を基板となるようにスパッタ装置内に載置し、スパッタ装置内の雰囲気を酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながら空スパッタすることにより形成することができる。
次に、第２積層体１４の上に、図３の断面図に示されるように、酸素およびＭｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属を含むＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５を成膜して第３積層体１６を作製する。このＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５はＣｕおよびアルカリ土類金属からなる銅合金製のターゲットを用い、図２の第２積層体１４を基板としスパッタ装置内に載置し、雰囲気を酸素を含む不活性ガス雰囲気となるように保持しながらスパッタすることにより形成することができる。
さらに、図４に示されるように、第３積層体１６の上にＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜８を形成して第４積層体１７を作製する。このＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜８はアルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金製のターゲットを用い、図３の第３積層体１６を基板としてスパッタ装置内に載置し、不活性ガス雰囲気中においてスパッタすることにより形成することができる。
このようにして得られた第４積層体１７のＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５およびＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜８により覆われていたアモルファスＳｉ膜４上の酸化シリコン膜１２の一部を露出させ、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成することにより図５の断面図に示される薄膜トランジスター中間体１８を作製する。酸化シリコン膜１２の一部を露出させて前記ドレイン電極膜５およびソース電極膜６を形成するにはＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５およびＣｕ−ＡＥＭ銅合金膜８を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングすることによって作製することができる。この写真製版（フォトリソ）による湿式エッチング後にドレイン電極膜５およびソース電極膜６上のレジスト（図示せず）を剥離するために薄膜トランジスター中間体を強アルカリの剥離液に浸漬する操作を行うが、この浸漬に際して前記アルカリ土類金属を含むＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５が酸化シリコン膜１２とドレイン電極膜５の間および酸化シリコン膜１２とソース電極膜６の間にそれぞれ介在することによりドレイン電極膜５およびソース電極膜６が剥がれることがない。
この薄膜トランジスター中間体１８の上にさらに窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´を成膜することにより図６に示されるこの発明の薄膜トランジスターを作製することができる。図６に示される窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の成膜は、従来と同様にして窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´を３００℃前後で化学蒸着することにより達成される。前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の化学蒸着中に、アモルファスＳｉ膜４とＣｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１５の境界にＣｕ、Ｓｉ、ＡＥＭおよび酸素からなるＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１９が生成し、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の化学蒸着中にアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６にまで拡散してドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。また、前記窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜３´の化学蒸着中に生成したＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜１９は、その後、薄膜トランジスターが加熱されるようなことがあっても優れたバリア性を発揮してアモルファスＳｉ膜４のＳｉがドレイン電極膜５およびソース電極膜６に拡散するのを阻止し、ドレイン電極膜５およびソース電極膜６の比抵抗を増大させることはない。

この発明の薄膜トランジスターのバリア膜として作用するＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜に含まれる酸素および膜厚を前述のごとく限定した理由並びにドレイン電極膜およびソース電極膜に使用するＣｕ−ＡＥＭ合金膜の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。

（ａ）Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜に含まれる酸素量：
Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜に含まれる酸素が２０原子％未満含まれていてもＳｉの拡散を十分に阻止することができないので好ましくない。したがって、この発明の薄膜トランジスターにおいて形成されるＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜に含まれる酸素は２０原子％以上（好ましくは２０〜６６原子％）に定めた。

（ｂ）Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の厚さ：
Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の厚さは１ｎｍ未満では薄過ぎてアモルファスＳｉ膜のＳｉがドレイン電極膜およびソース電極膜に拡散することを阻止することができないので好ましくなく、一方、１５ｎｍを越えて厚くしても格別の効果が得られない。したがって、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜の厚さを１〜１５ｎｍに定めた。
（ｃ）Ｃｕ−ＡＥＭ合金膜に含まれるＡＥＭ：
ドレイン電極膜およびソース電極膜に使用するＣｕ−ＡＥＭ合金膜に含まれるＡＥＭを０．０５〜０．５原子％に限定したのは、ＡＥＭ：０．０５原子％未満ではレジスト剥離液に浸漬する際に剥がれが発生するので好ましくなく、一方、ＡＥＭを０．５原子％を越えて含有するとヒロックが発生しやすくなるので好ましくない理由によるものである。

この発明の薄膜トランジスターは、湿式エッチング時にバリア膜とドレイン電極膜およびバリア膜とソース電極膜のそれぞれの接合端部に凹部が形成されることがなく、さらに写真製版（フォトリソ）による湿式エッチング後にドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジスト（図示せず）を剥離するために薄膜トランジスター中間体を強アルカリの剥離液に浸漬してもドレイン電極膜およびソース電極膜が剥がれることがなく、作製した薄膜トランジスターに不良品発生が極めて少なく、低コストで優れた性能を有するフラットパネルディスプレイを提供することができるなど優れた効果を奏するものである。

実施例１
ガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）の上全面にアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜した。さらに表１に示される成分組成を有し、直径６インチの寸法を有するＣｕ−Ｍｇ銅合金ターゲットＡ〜Ｇを用意した。このアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜したものを基板としてスパッタ装置に設置し、さらに表１に示される成分組成を有し、直径６インチの寸法を有するＣｕ−Ｍｇ銅合金ターゲットＡ〜Ｇをスパッタ装置に設置し、スパッタ装置の電源として直流方式を採用し、スパッタ装置の真空容器を到達真空度４×１０^−５Ｐａになるまで真空引きした。次に酸素を表２に示す割合で含んだＡｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとした後、ターゲットと基板の間に設置したシャッターを閉じたまま出力：６００Ｗで表２に示される時間放電して空スパッタすることにより、まず、酸化シリコン膜を成膜した。
次に、雰囲気をそのまま維持した状態でシャッターを開け、前記表１のＣｕ−Ｍｇ銅合金ターゲットＡ〜Ｇを用いてスパッタを続けて前記酸化シリコン膜の上に表２に示される厚さを有し、幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有し表２に示される厚さのＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜を成膜した。
次に酸素の供給を停止し、Ａｒガスのみで０．６７Ｐａの圧力に保持しながら前記表１のＣｕ−Ｍｇ銅合金ターゲットＡ〜Ｇを用いてスパッタすることにより厚さ：２５０ｎｍ、幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有し表２に示される成分組成のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜を成膜し、本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜７および比較薄膜トランジスター中間体試験片１〜３を作製した。

本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜７および比較薄膜トランジスター中間体試験片１〜３を湿式エッチングして本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜７および比較薄膜トランジスター中間体試験片１〜３におけるＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜およびＣｕ−Ｍｇ銅合金膜に縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開け、湿式エッチングしたＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜およびＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大し、接触端部に生成する凹部の有無を観察し、その結果を表２に示した。
さらに、Ｃｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜およびＣｕ−Ｍｇ銅合金膜を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングした後にドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジスト（図示せず）を剥離するために強アルカリの剥離液（３質量％ＮａＯＨ水溶液、温度：４０℃）に５分間浸漬し、ドレイン電極膜およびソース電極膜となるＣｕ−Ｍｇ銅合金膜に剥離が生じているか否かを目視にて観察し、その結果を表２に示した。

次に、この湿式エッチングした本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜７および比較薄膜トランジスター中間体試験片１〜３を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２００ｎｍを有するＳｉＮｘ絶縁膜を成膜し、その後、ＳｉＮｘ絶縁膜をドライエッチングで剥離し、この剥離部分をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した結果、酸化シリコン膜とＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜との境界にＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜が生成していることがわかった。このＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜に含まれる最大酸素含有量およびその厚さを測定し、その結果を表２に示した。
なお、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜の最大酸素含有量は日本電子（株）製透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に装着された（株）ノーラン社製エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）Ｖｏｙａｇｅｒで測定した。加速電圧は２００ｋＶとした。
また、酸素含有量をＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜の膜厚方向にＴＥＭに装着されたＥＤＳで測定し、酸素含有量が２０原子％以上のＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜の厚さをＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜の厚さとした。
さらにＳｉＮｘ絶縁膜を成膜後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定することにより酸化シリコンおよびＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜からなる複合膜のバリア性を評価し、さらに比抵抗測定後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の表面を光学顕微鏡（１０００倍）により観察し、ヒロックの発生の有無を調べ、その結果を表２に示した。

従来例１
実施例で作製したガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）の上のＳｉ薄膜の上にスパッタにより厚さ：５０ｎｍのＭｏ薄膜を成膜し、次いでこのＭｏ薄膜の上に表１のＭｇ含有銅合金ターゲットＤを用い実施例１と同じ条件で厚さ：２５０ｎｍのＣｕ−Ｍｇ銅合金膜を成膜することによりＭｏ薄膜およびＣｕ−Ｍｇ銅合金膜からなる複合膜を有する従来薄膜トランジスター中間体試験片１を作製した。得られた従来薄膜トランジスター中間体試験片１の複合膜を縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けるように湿式エッチングし、Ｍｏ膜およびＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大して観察した結果、複合膜の接触端部に凹部が生成していることがわかり、その結果を表２に示した。
さらに、Ｃｕ−Ｍｇ銅合金膜を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングした後にドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジスト（図示せず）を剥離するために強アルカリの剥離液（３質量％ＮａＯＨ水溶液、温度：４０℃）に５分間に浸漬し、ドレイン電極膜およびソース電極膜となるＣｕ−Ｍｇ銅合金膜に剥離が生じているか否かを目視にて観察し、その結果を表２に示した。
次に、この湿式エッチングした従来薄膜トランジスター中間体試験片１を基板とし、基板を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２００ｎｍを有するＳｉＮｘ絶縁膜を成膜し、その後、ＳｉＮｘ絶縁膜をドライエッチングで剥離し、ＳｉＮｘ絶縁膜を成膜後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定することによりＭｏ膜のバリア性を評価し、さらに比抵抗測定後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の表面を光学顕微鏡（１０００倍）により観察し、ヒロックの発生の有無を調べ、その結果を表２に示した。

表１〜２に示される結果から、本発明薄膜トランジスター中間体試験片１〜７のＳｉＮｘ絶縁膜の成膜後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の比抵抗は、従来薄膜トランジスター中間体試験片１のＳｉＮｘ絶縁膜の成膜後のＣｕ−Ｍｇ銅合金膜の比抵抗とほぼ同じであることから、酸化シリコン膜およびＣｕ−Ｏ−Ｍｇ銅合金膜からなる複合膜が従来薄膜トランジスター中間体試験片１のＭｏ膜と同等のバリア性を有するが、従来薄膜トランジスター中間体試験片１には湿式エッチングに際して凹部が生成することがわかる。また、この発明の条件から外れた値を有する比較薄膜トランジスター中間体試験片１〜３は剥離またはヒロックが発生するので好ましくないことがわかる。

実施例２
ガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）の上全面にアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜した。さらに表３に示される成分組成を有し、直径６インチの寸法を有するＣｕ−Ｃａ銅合金ターゲットＨ〜Ｎを用意した。このアモルファスＳｉ膜を２００ｎｍの厚さに成膜したものを基板としてスパッタ装置に設置し、さらに表３に示される成分組成を有し、直径６インチの寸法を有するＣｕ−Ｃａ銅合金ターゲットＨ〜Ｎをスパッタ装置に設置し、スパッタ装置の電源として直流方式を採用し、スパッタ装置の真空容器を到達真空度４×１０^−５Ｐａになるまで真空引きした。次に酸素を表４に示す割合で含んだＡｒガスを真空容器内に流し、スパッタ雰囲気圧力を０．６７Ｐａとした後、ターゲットと基板の間に設置したシャッターを閉じたまま出力：６００Ｗで表４に示される時間放電して空スパッタすることにより、まず、酸化シリコン膜を成膜した。
次に、雰囲気をそのまま維持した状態でシャッターを開け、前記表３のＣｕ−Ｃａ銅合金ターゲットＨ〜Ｎを用いてスパッタを続けて前記酸化シリコン膜の上に表４に示される厚さを有し、幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有し表４に示される厚さのＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜を成膜した。
次に酸素の供給を停止し、Ａｒガスのみで０．６７Ｐａの圧力に保持しながら前記表３のＣｕ−Ｃａ銅合金ターゲットＨ〜Ｎを用いてスパッタすることにより厚さ：２５０ｎｍ、幅：２０ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有し表４に示される成分組成のＣｕ−Ｃａ銅合金膜を成膜し、本発明薄膜トランジスター中間体試験片８〜１４および比較薄膜トランジスター中間体試験片４〜６を作製した。

本発明薄膜トランジスター中間体試験片８〜１４および比較薄膜トランジスター中間体試験片４〜６を湿式エッチングして本発明薄膜トランジスター中間体試験片８〜１４および比較薄膜トランジスター中間体試験片４〜６におけるＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜およびＣｕ−Ｃａ銅合金膜に縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開け、湿式エッチングしたＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜およびＣｕ−Ｃａ銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大し、接触端部に生成する凹部の有無を観察し、その結果を表４に示した。
さらに、Ｃｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜およびＣｕ−Ｃａ銅合金膜を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングした後にドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジスト（図示せず）を剥離するために強アルカリの剥離液（３質量％ＮａＯＨ水溶液、温度：４０℃）に５分間浸漬し、ドレイン電極膜およびソース電極膜となるＣｕ−Ｃａ銅合金膜に剥離が生じているか否かを目視にて観察し、その結果を表４に示した。

次に、この湿式エッチングした本発明薄膜トランジスター中間体試験片８〜１４および比較薄膜トランジスター中間体試験片４〜６を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２００ｎｍを有するＳｉＮｘ絶縁膜を成膜し、その後、ＳｉＮｘ絶縁膜をドライエッチングで剥離し、この剥離部分をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した結果、酸化シリコン膜とＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜との境界にＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜が生成していることがわかった。このＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜に含まれる最大酸素含有量およびその厚さを測定し、その結果を表４に示した。
なお、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜の最大酸素含有量は日本電子（株）製透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に装着された（株）ノーラン社製エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）Ｖｏｙａｇｅｒで測定した。加速電圧は２００ｋＶとした。
また、酸素含有量をＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜の膜厚方向にＴＥＭに装着されたＥＤＳで測定し、酸素含有量が２０原子％以上のＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜の厚さをＣｕ−Ｓｉ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜の厚さとした。
さらにＳｉＮｘ絶縁膜を成膜後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定することにより酸化シリコンおよびＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜からなる複合膜のバリア性を評価し、さらに比抵抗測定後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の表面を光学顕微鏡（１０００倍）により観察し、ヒロックの発生の有無を調べ、その結果を表４に示した。

従来例２
実施例で作製したガラス基板（縦：５０ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍの寸法を有するコーニング社製１７３７のガラス基板）の上のＳｉ薄膜の上にスパッタにより厚さ：５０ｎｍのＭｏ薄膜を成膜し、次いでこのＭｏ薄膜の上に表３のＣｕ−Ｃａ銅合金ターゲットＫを用い実施例２と同じ条件で厚さ：２５０ｎｍのＣｕ−Ｃａ銅合金膜を成膜することによりＭｏ薄膜およびＣｕ−Ｃａ銅合金膜からなる複合膜を有する従来薄膜トランジスター中間体試験片２を作製した。得られた従来薄膜トランジスター中間体試験片２の複合膜を縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍの寸法の窓を開けるように湿式エッチングし、Ｍｏ膜およびＣｕ−Ｃａ銅合金膜の界面の断面をＴＥＭで５百万倍に拡大して観察した結果、複合膜の接触端部に凹部が生成していることがわかり、その結果を表４に示した。
さらに、Ｃｕ−Ｃａ銅合金膜を写真製版（フォトリソ）により湿式エッチングした後にドレイン電極膜およびソース電極膜上のレジスト（図示せず）を剥離するために強アルカリの剥離液（３質量％ＮａＯＨ水溶液、温度：４０℃）に５分間に浸漬し、ドレイン電極膜およびソース電極膜となるＣｕ−Ｃａ銅合金膜に剥離が生じているか否かを目視にて観察し、その結果を表４に示した。
次に、この湿式エッチングした従来薄膜トランジスター中間体試験片１を基板とし、基板を温度：３００℃に保持しながらプラズマＣＶＤを行い、厚さ：２００ｎｍを有するＳｉＮｘ絶縁膜を成膜し、その後、ＳｉＮｘ絶縁膜をドライエッチングで剥離し、ＳｉＮｘ絶縁膜を成膜後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の比抵抗を４探針法で測定することによりＭｏ膜のバリア性を評価し、さらに比抵抗測定後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の表面を光学顕微鏡（１０００倍）により観察し、ヒロックの発生の有無を調べ、その結果を表４に示した。

表３〜４に示される結果から、本発明薄膜トランジスター中間体試験片８〜１４のＳｉＮｘ絶縁膜の成膜後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の比抵抗は、従来薄膜トランジスター中間体試験片２のＳｉＮｘ絶縁膜の成膜後のＣｕ−Ｃａ銅合金膜の比抵抗とほぼ同じであることから、酸化シリコン膜およびＣｕ−Ｏ−Ｃａ銅合金膜からなる複合膜が従来薄膜トランジスター中間体試験片２のＭｏ膜と同等のバリア性を有するが、従来薄膜トランジスター中間体試験片２には湿式エッチングに際して凹部が生成することがわかる。また、この発明の条件から外れた値を有する比較薄膜トランジスター中間体試験片４〜６は剥離またはヒロックが発生するので好ましくないことがわかる。

第１積層体の断面概略説明図である。 第２積層体の断面概略説明図である。 第３積層体の断面概略説明図である。 第４積層体の断面概略説明図である。 この発明の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。 この発明の薄膜トランジスターの断面概略説明図である。 従来の薄膜トランジスターの要部を説明するための断面概略説明図である。 従来の積層体の要部を説明するための断面概略説明図である。 従来の薄膜トランジスター中間体の断面概略説明図である。 図９の一部拡大断面概略説明図である。

符号の説明

１：ガラス基板、２：ゲート電極、３：ＳｉＮｘ膜、３´：ＳｉＮｘ膜、４：アモルファスＳｉ膜、５：ドレイン電極、６：ソース電極、７：バリア層、８：Ｃｕ−ＡＥＭ銅合金膜、９：積層体、１０：従来の薄膜トランジスター中間体、１１：凹部、１２：酸化シリコン膜、１３：第１積層体、１４：第２積層体、１５：Ｃｕ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜、１６：第３積層体、１７：第４積層体、１８：この発明の薄膜トランジスター中間体、１９：Ｃｕ−Ｓｉ−Ｏ−ＡＥＭ銅合金膜、２０：この発明の薄膜トランジスター

Claims (6)

1. ガラス基板の上にゲート電極膜を形成し、前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜の上にアモルファスＳｉ膜を形成し、前記アモルファスＳｉ膜の上にバリア膜を介していずれも銅、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜の下地層を有する銅およびアルカリ土類金属からなる銅合金膜で構成されたドレイン電極膜およびソース電極膜を形成し、前記アモルファスＳｉ膜、ドレイン電極膜およびソース電極膜の上に窒化珪素膜を被覆形成してなる薄膜トランジスターであって、
   前記バリア膜は、銅、シリコン、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜で構成されていることを特徴とする薄膜トランジスター。
2. 前記銅、シリコン、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜は、酸素：２０原子％以上を含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスター。
3. 前記銅、シリコン、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜は、厚さ：１〜１５ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜トランジスター。
4. 前記ドレイン電極膜およびソース電極膜を形成する銅合金膜は、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金膜であることを特徴とする請求項１、２または３記載の薄膜トランジスター。
5. ガラス基板の上にゲート電極膜を形成し、前記ガラス基板およびゲート電極膜の上に窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜の上にアモルファスシリコン膜を形成し、前記アモルファスシリコン膜の上に酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜の上に銅、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜を形成し、この銅、アルカリ土類金属および酸素からなる酸素含有銅合金膜の上に銅およびアルカリ土類金属からなる銅合金膜で構成されたドレイン電極膜およびソース電極膜を形成してなることを特徴とする薄膜トランジスター中間体。
6. 前記ドレイン電極膜およびソース電極膜を形成する銅合金膜は、アルカリ土類金属：０．０５〜０．５原子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金膜であることを特徴とする請求項５記載の薄膜トランジスター中間体。

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