JP2009280834A - ターゲット、配線膜形成方法、薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸素含有量が均一なバリア膜を形成する。
【解決手段】本発明のターゲット111は酸素と銅とを含有している。当該ターゲット111をスパッタリングして形成されるバリア膜25は、原子組成がターゲット111と略等しくなるので、バリア膜25中の酸素含有量を厳密に制御することが可能であり、しかも、バリア膜25中の酸素の面内分布が均一になる。酸素と銅を含有するバリア膜25はシリコン層やガラス基板への密着性が高い上に、シリコン層へ銅が拡散しないから、薄膜トランジスタ20の、ガラス基板やシリコン層に密着する電極に適している。
【選択図】図1
Description
従って、Cuを低抵抗配線膜として用いる必要性が高まっている。しかし、Cuは他の配線材料と比べて、ガラスやSi等の下地材料との密着性が悪いという問題や、ソース、ドレイン電極として用いた場合、Si層にCuが拡散するという問題があるため、Cu配線と他の層との界面に密着性の向上や拡散防止のためのバリア層が必要となる。
酸化銅薄膜は、酸化度(酸素含有量)が変ると、密着性や電気抵抗等の特性が大きく変化するため、酸化度を厳密に制御する必要があるが、真空槽内の酸素分圧が設定値から多少でも大きくなると、酸化度が代わり、酸化度を制御することは困難であった。
そのため、成膜において、基板外周部で酸素ガスが吸収され、基板中央部に供給される酸素ガス量は減少する。バリア性と密着性の確保のため、酸素ガスを多量に導入すると、基板外周部で酸素ガスが過剰になってしまう。従って、従来技術では、特に大型基板において銅酸化薄膜の面内の酸化度にばらつきが生じるという問題があった。
本発明はターゲットであって、Zrと、Tiと、Alと、Mgとからなる添加金属群より選択されるいずれか1種類以上の添加金属が添加されたターゲットである。
本発明は、成膜対象物の表面に配置され、前記成膜対象物の表面と密着する部分にバリア膜を有する配線膜を形成する配線膜形成方法であって、前記ターゲットを真空雰囲気中でスパッタリングし、前記バリア膜を形成する配線膜形成方法である。
本発明は配線膜形成方法であって、前記成膜対象物の表面に、半導体層とガラス層のいずれか一方又は両方を露出させておき、前記半導体層と前記ガラス層のいずれか一方又は両方と密着する前記バリア膜を形成する配線膜形成方法である。
本発明は配線膜形成方法であって、銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、前記バリア膜の表面に導電膜を形成する配線膜形成方法である。
本発明は、成膜対象物上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に金属配線膜を形成する工程と、前記金属配線膜をパターニングして、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線膜を形成する工程は、真空雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングしてバリア膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法である。
本発明は薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線膜を形成する工程は、前記バリア膜を形成した後、銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、前記バリア膜の表面に導電膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法である。
本発明は、成膜対象物上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に金属配線膜を形成する工程と、前記金属配線膜をパターニングして、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極を形成する工程は、真空雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングしてバリア膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法である。
本発明は薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極を形成する工程は、前記バリア膜を形成した後、銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、前記バリア膜の表面に導電膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法である。
ターゲットをスパッタリングする際には、真空槽にスパッタガス(Ar等)だけを導入してもよいが、酸素ガスを導入すれば、バリア膜の酸化度を高くすることができる。この場合、金属(銅、添加金属)からなるターゲットをスパッタリングする場合に比べ、酸素導入量は微量ですむから、バリア膜の酸化度面内分布のばらつきは従来よりも小さくなる。
なお、本発明では、ポリシリコン、アモルファスシリコン等のシリコンを主成分とするシリコン層や、酸化亜鉛系半導体を半導体層と呼んでいる。
成膜装置100は、搬出入室102と、第一の成膜室103aと、第二の成膜室103bとを有している。搬出入室102と第一の成膜室103aの間と、第一の成膜室103aと第二の成膜室103bの間は、ゲートバルブ109a、109bを介してそれぞれ接続されている。
次いで、搬出入室102と大気の間の扉を開け、搬出入室102の内部に成膜対象物21を搬入し、扉を閉じ、搬出入室102の内部を真空排気した後、ゲートバルブ109aを開け、成膜対象物21を第一の成膜室103aの内部に移動させ、基板ホルダ108に保持させる。
第一、第二の成膜室103a、103bにはガス導入系115a、115bがそれぞれ接続されており、第一の成膜室103aの内部を真空排気しながらガス導入系115aからスパッタリングガスを導入し、ターゲット111をスパッタリングする。
従って、バリア膜25は酸素原子を50原子%以下含有する。ターゲット111に添加金属が添加された場合には、バリア膜25も添加金属を含有する。
第一の成膜室103aに反応ガス供給系から微量の酸化性ガス(例えばO2)を供給してスパッタリングをしてもよく、その場合、バリア膜25の酸素含有量は、ターゲット111の酸素含有量よりも多くなる。
配線膜はバリア膜25だけで構成してもよいが、バリア膜25を薄膜とし、導電膜26を積層させた方が、全体の電気抵抗が下がる。
試験片の積層膜22aが形成された面に、先端が鋭利なカッタナイフで1mm角のマスを10行×10列、計100個の刻みを入れ、粘着テープ(型番610のスコッチテープ)を貼り付けた後、粘着テープを剥がした時に残存する膜の個数で評価した。全部剥離した場合は0/100、1つも剥離しない場合は100/100となり、90/100以上であれば実用上十分である。
シリコン基板の試験片から積層膜22aをエッチング除去した後、シリコン基板の表面を電子顕微鏡で観察し、表面が平滑なものを拡散「○、無」とし、表面に凹凸が形成されたものを拡散「×、有」とした。
これらの試験結果を、ターゲット111の酸素含有量(重量%、原子%)の測定値と共に、下記表1、2に記載する。
次に、ターゲット111に添加する添加金属について調べた。
また、表1と表3〜6を比較すると、添加金属を添加すれば、アニール化しなくても密着性が向上することが分かる。
図2(a)、(b)の工程で、成膜対象物21(ここではガラス基板)の表面に積層膜22aを形成する。
バリア膜25と導電膜26は銅を含有するから、銅用のエッチング液に溶解する。従って、積層膜22aの開口内に露出する部分がエッチング除去され、積層膜22aが所定形状にパターニングされる。
ゲート電極15と蓄積容量電極12の、ガラス基板21と密着する側の面には酸素原子を50原子%以下含有するバリア膜25が配置されているから、ゲート電極15と蓄積容量電極12はガラス基板21に対する密着性が高い。
ゲート電極15と蓄積容量電極12は、バリア膜25の他に、酸素を含有しない、又は酸素含有量がバリア膜25よりも少ない導電膜26を有するから、抵抗値が小さい。
更に、積層膜22aとオーミックコンタクト層17の、ゲート電極15の真上に位置する部分をエッチング除去し、ゲート電極15の両側に位置する部分を残すと薄膜トランジスタ20が得られる(図3(c))。
第一、第二のオーミックコンタクト層31、32は半導体層16に密着している。半導体層16は第一、第二のオーミックコンタクト層31、32と同じ導電型(ここではn型)であるが、不純物濃度が低くなっている。
半導体層16は、第一、第二のオーミックコンタクト層31、32と反対の導電型であってもよい。この場合、ゲート電極15に電圧を印加すると、半導体層16のゲート絶縁膜14を介してゲート電極15と接触する部分に、第一、第二のオーミックコンタクト層31、32と同じ導電型の反転層が形成され、該反転層によって第一、第二のオーミックコンタクト層31、32が電気的に接続される。
液晶表示装置50は、図3(d)の画素電極27上に液晶41を配置し、ガラス基板42の表面に対向電極45が形成されたパネル40を、液晶41上に配置して形成される。画素電極27と対向電極45に印加する電圧を制御し、液晶41の光透過率を制御することができる。
例えば、ガラス基板21上に、シリコン層(ソース、ドレイン、半導体層16を含む)が配置され、該シリコン層上にゲート酸化膜を介してゲート電極が配置された構造の、所謂トップゲート型のTFTを製造することもできる。
この場合も、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極のうち、少なくとも1つ以上の電極の、シリコン層と密着する部分(バリア膜)を本願のターゲット111を用いて製造すれば、電極がシリコン層から剥離し難く、かつ、シリコン層への拡散が防止される。
アニール化処理の方法は特に限定されないが、真空雰囲気中で行うことが好ましく、また、バリア膜25、28や導電膜26が形成された状態の成膜対象物21は、大気に晒さず、真空雰囲気中で搬送することが好ましい。
成膜対象物21に用いる基板はガラス基板に限定されず、例えば石英基板、プラスチック基板を用いることもできる。
Claims (9)
- Cuと酸素とを含有し、
前記酸素の含有量が50原子%以下のターゲット。 - Zrと、Tiと、Alと、Mgとからなる添加金属群より選択されるいずれか1種類以上の添加金属が添加された請求項1記載のターゲット。
- 成膜対象物の表面に配置され、前記成膜対象物の表面と密着する部分にバリア膜を有する配線膜を形成する配線膜形成方法であって、
請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のターゲットを真空雰囲気中でスパッタリングし、前記バリア膜を形成する配線膜形成方法。 - 前記成膜対象物の表面に、半導体層とガラス層のいずれか一方又は両方を露出させておき、
前記半導体層と前記ガラス層のいずれか一方又は両方と密着する前記バリア膜を形成する請求項3記載の配線膜形成方法。 - 銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、
前記バリア膜の表面に導電膜を形成する請求項3又は請求項4のいずれか1項記載の配線膜形成方法。 - 成膜対象物上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に金属配線膜を形成する工程と、
前記金属配線膜をパターニングして、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記金属配線膜を形成する工程は、真空雰囲気中で請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のターゲットをスパッタリングしてバリア膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記金属配線膜を形成する工程は、前記バリア膜を形成した後、銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、前記バリア膜の表面に導電膜を形成する工程を含む請求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 成膜対象物上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に金属配線膜を形成する工程と、
前記金属配線膜をパターニングして、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極を形成する工程は、真空雰囲気中で請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のターゲットをスパッタリングしてバリア膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート電極を形成する工程は、前記バリア膜を形成した後、銅を主成分とし、前記ターゲットよりも酸素の含有量が少ない銅ターゲットをスパッタリングし、前記バリア膜の表面に導電膜を形成する工程を含む請求項8記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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