JP2019079846A

JP2019079846A - 半導体装置

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Publication number: JP2019079846A
Application number: JP2017203379A
Authority: JP
Inventors: 和希南; Kazuki Minami; 和馬榎本; Kazuma Enomoto; 慎吾川島; Shingo Kawashima
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: JP6950447B2

Abstract

【課題】Ａｌを主成分とする金属電極層におけるＡｌ原子の拡散を抑制するとともに耐食性にも優れた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、半導体層２４と、半導体層２４と接合する金属電極層３０と、を有する。金属電極層３０は、Ａｌまたは９０ａｔ％以上のＡｌ合金からなる主層３２と、主層３２の半導体層２４側の面に設けられた第１の保護層３４と、を有し、第１の保護層３４は、質量％で、Ｃｕ：３０〜５０％を含有し、更に、Ｔｉ：３〜５％、Ｃｒ：３〜５％から選ばれた１種を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物の組成を有するＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなる。【選択図】図１

Description

この発明は、半導体層と、半導体層と接合する金属電極層とを備えた半導体装置に関し、詳しくは、金属電極層が、拡散防止に有効な保護層を有するものに関する。

半導体特性を利用することで機能する半導体装置として、薄膜トランジスタを備えたものがある。薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する）は、ゲート、ソース、ドレインの三つの電極層を有し、ゲートと重畳した領域にチャネル領域が形成される半導体層を有している。ＴＦＴの電極層には、ＡｌやＣｕなど電気抵抗値の低い金属材料を用いることが望ましいが、Ａｌ原子やＣｕ原子は、ＴＦＴ製造時の加熱処理により半導体層中に拡散して、ＴＦＴの特性を劣化させる場合がある。このため電極層と半導体層との間には、ＭｏまたはＭｏ合金からなる保護層（バリア膜）が設けられ、金属原子の拡散防止が図られている。

しかしながら、Ａｌを電極層に用いた場合、従来のＭｏまたはＭｏ合金からなる保護層との組み合わせでは十分な耐食性が確保できず、高温高湿下においてＡｌ電極の腐食により信頼性が低下する虞があった。

尚、下記特許文献１では、ＴＦＴのソース・ドレン電極層を、Ｃｕ薄膜と、Ｃｕ薄膜と酸化物半導体層の間に配置された拡散防止薄膜と、で構成し、酸化物半導体層と電極層との間で拡散移動を防止するようになした点が開示されている。しかしながら、ここで開示されている拡散防止薄膜は、ＣｕまたはＣｕ合金の酸化物で構成されており、本発明とは保護層（拡散防止薄膜）の組成が異なっている。

特開２０１４−２３９２１７号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、Ａｌを主成分とする金属電極層におけるＡｌ原子の拡散を抑制するとともに耐食性にも優れた半導体装置を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、半導体層と、該半導体層と接合する金属電極層と、を有する半導体装置であって、該金属電極層は、Ａｌまたは９０ａｔ％以上のＡｌ合金からなる主層と、該主層の前記半導体層側の面に設けられた第１の保護層と、を有し、該第１の保護層は、質量％で、Ｃｕ：３０〜５０％を含有し、更に、Ｔｉ：３〜５％、Ｃｒ：３〜５％から選ばれた１種を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物の組成を有するＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記金属電極層の前記半導体層とは反対側に酸化物導電層が形成されるとともに、前記金属電極層は、前記主層の前記酸化物導電層側の面に設けられた第２の保護層を更に有し、該第２の保護層により前記酸化物導電層と接合されており、該第２の保護層は、質量％で、Ｃｕ：３０〜５０％を含有し、更に、Ｔｉ：３〜５％、Ｃｒ：３〜５％から選ばれた１種を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物の組成を有するＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなることを特徴とする。

本発明は、半導体層と接合する金属電極層を、Ａｌまたは９０ａｔ％以上のＡｌ合金からなる主層と、主層の半導体層側の面に設けられた第１の保護層と、で構成し、かかる第１の保護層を所定の組成範囲内にあるＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金としたものである。
所定の組成範囲内にあるＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金は、Ａｌ原子の拡散を防止するバリア効果を有することから、高温環境下で金属電極層内のＡｌ原子が半導体層中に拡散して、ＴＦＴの特性が劣化してしまうのを防止することができる。

また、Ａｌまたは９０ａｔ％以上のＡｌ合金からなる主層と、所定の組成範囲内にあるＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなる保護層との組み合わせであれば、高温高湿環境下にあっても金属電極層の腐食・変色等を良好に抑制することができる。

また本発明では、主層の半導体層とは反対側の面にも、ＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなる第２の保護層を設けておくことができる。
ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）などを用いて形成された酸化物導電層と金属電極層とを接合するに際し、かかる第２の保護層を介して接合すれば、金属電極層内のＡｌ原子が酸化物導電層中に拡散するのを良好に防止しつつ、酸化物導電層と金属電極層との導通を確保することができる。

次に、本発明の第１の保護層および第２の保護層における化学成分の限定理由を以下に説明する。尚、以降の説明では、特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味するものとする。

第１の保護層または第２の保護層をＮｉＣｕＴｉ合金で形成した場合、Ｃｕ量が少なくなり過ぎると密着性が低下する。一方、Ｃｕ量が多くなり過ぎると、残部のＮｉ量が過度に減少してバリア性および耐食性が低下する。このためＣｕ含有量は３０〜５０％とする。
また、Ｃｕ量が一定である場合、Ｔｉ量が多くなるほど密着性および耐食性は向上するが、Ｔｉ量が多くなり過ぎるとエッチング性が低下する。このためＴｉ含有量は３〜５％とする。

第１の保護層または第２の保護層をＮｉＣｕＣｒ合金で形成した場合、Ｃｕ量が少なくなり過ぎると密着性が低下する。一方、Ｃｕ量が多くなり過ぎると、残部のＮｉ量が過度に減少してバリア性および耐食性が低下する。このためＣｕ含有量は３０〜５０％とする。
また、Ｃｕ量が一定である場合、Ｃｒ量が多くなるほど密着性および耐食性は向上するが、Ｃｒ量が多くなり過ぎるとエッチング性が低下する。このためＣｒ含有量は３〜５％とする。

以上のような本発明によれば、Ａｌを主成分とする金属電極層におけるＡｌ原子の拡散を抑制するとともに、耐食性にも優れた半導体装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の半導体装置の模式的な断面図である。同半導体装置の製造手順を示す説明図である。図２に続く製造手順を示す説明図である。図３に続く製造手順を示す説明図である。図４に続く製造手順を示す説明図である。同半導体装置の他の形態例を示した図である。

次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
図１において、１０は半導体装置で、ＴＦＴ１２と、ＴＦＴ１２を覆う層間絶縁層１４と、ＴＦＴ１２に接合する酸化物導電層１６と、を備えている。

ＴＦＴ１２は、基板１８上に形成されたゲート電極層２０と、ゲート電極層２０を覆うゲート絶縁層２２と、ゲート絶縁層２２を介してゲート電極層２０と重なるように配置された半導体層２４と、半導体層２４と接合するソース電極層２６およびドレイン電極層２８と、を備えている。

基板１８は、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等のガラス基板のほか、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂基板を使用することができる。基板１８の厚みは３００μｍ〜１ｍｍとするのが加工性の点から好ましい。

ゲート電極層２０は、ＡｌやＣｕなどの低抵抗の金属材料で形成することが望ましいが、例えばＡｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので他の耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することも可能である。

ゲート絶縁層２２は、単層であっても２層以上であってもよく、従来一般に用いられるもの、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）等を用いることができる。

半導体層２４は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）などの酸化物半導体で構成することができる。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
なお、半導体層２４は、酸化物半導体に限定されるものではなく、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉとも表記する）を用いることも可能である。

ソース電極層２６およびドレイン電極層２８は、それぞれ半導体層２４に接合されている。詳しくは、ソース電極層２６とドレイン電極層２８の間には凹部２９が設けられ、この凹部２９によってソース電極層２６とドレイン電極層２８とは分離された状態で、それぞれ半導体層２４に接合されている。ソース電極層２６およびドレイン電極層２８は、本発明の金属電極層であり、以下において金属電極層３０と総称する場合がある。

ソース電極層２６およびドレイン電極層２８、すなわち金属電極層３０は、Ａｌ単体で構成される主層３２と、主層３２の半導体層２４側の面に設けられた第１の保護層３４と、主層３２の半導体層２４とは反対側の面に設けられた第２の保護層３５と、を含む積層構造をなしている。

主層３２は、低抵抗とするためＡｌ単体で構成することが望ましい。一般に電極材料としてＡｌのほかＣｕが用いられる。これらＡｌ、Ｃｕはともにウェットエッチングによる加工が可能であるが、Ｃｕはドライエッチングによる加工ができないため、Ａｌの方が汎用性が高い。またコスト面において、ＡｌはＣｕの１／３程度と安価である。
主層３２をＡｌ単体で構成する場合、純Ａｌのターゲット材料を用いた非反応性スパッタリングによって成膜することができる。また、場合によっては主層３２を、Ａｌ含有量が９０ａｔ％以上であるＡｌ合金で構成することも可能である。主層３２の厚みは、１０ｎｍ〜１μｍとすることが好ましい。

第１の保護層３４および第２の保護層３５は、ＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなり、主層３２の下面および上面を被覆する。第１の保護層３４および第２の保護層３５は、所定組成のＮiＣｕＴｉ合金またはＮiＣｕＣｒ合金からなるターゲット材料を用いた非反応性スパッタリングによって成膜することができる。
第１の保護層３４および第２の保護層３５の組成は、互いに同一であっても良く、あるいは異なってもよい。同一の組成であれば共通のターゲット材料を使用することができる。尚、Ａｌを主成分とする主層３２の面を確実に被覆して十分な耐食性及び拡散バリア性を得るため、第１の保護層３４および第２の保護層３５の厚みは１５〜２００ｎｍとすることが好ましい。

層間絶縁層１４は、ソース電極層２６およびドレイン電極層２８を覆うように配置され、ソース電極層２６とドレイン電極層２８との間の凹部２９において、半導体層２４のチャネル領域４３と接するように配置されている。層間絶縁層１４は、ゲート絶縁層２２と同様に、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）等を用いることができる。

酸化物導電層１６は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、ＩＺＯなどで構成され、層間絶縁層１４上に配置される。本例において半導体装置１０が液晶表示装置として機能するものであれば、酸化物導電層１６は図示を省略した液晶表示部における画素電極を構成する。酸化物導電層１６は、層間絶縁層１４に形成された接続孔３６を介してドレイン電極層２８と電気的に接続されており、ＴＦＴ１２がＯＮ・ＯＦＦすることで、酸化物導電層１６への電圧印加の開始・終了が行われる。

次に、この半導体装置１０の製造工程を説明する。
先ず、基板１８上に、スパッタ法や蒸着法等の真空薄膜形成方法によって第１の導電膜を形成し、第１の導電膜をパターニングして図２(Ａ)に示すように、Ａｌ等からなるゲート電極層２０を形成する。

第１の導電膜のパターニングによってゲート電極層２０が形成されると、ゲート電極層２０が位置する部分以外は基板１８の表面が露出する。図２(Ｂ)に示すように、基板１８およびゲート電極層２０の表面に、ＳｉＯ₂、ＳｉＮｘ等のゲート絶縁層２２を形成する。

次に、図２(Ｃ)に示すように、ゲート絶縁層２２上に半導体の薄膜を形成し、その後パターニングして、パターニングされた半導体の薄膜からなる半導体層２４を形成する。例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを所定の割合で含有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物からなる酸化物半導体層を形成する。

次に、図３(Ａ)、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、半導体層２４の表面と、半導体層２４の位置する部分以外の場所で露出するゲート絶縁層２２の表面に、第１の保護膜３４ａ、第２の導電膜３２ａ、第２の保護膜３５ａを順に積層する。
第１の保護膜３４ａは、図２（Ｃ）の状態まで作製された積層体に対し、所定組成のＮiＣｕＴｉ合金若しくはＮiＣｕＣｒ合金からなるターゲット材料を用い、スパッタリングガスとしてターゲット材料とは非反応性のガスを用いた非反応性スパッタリングによって形成する。

次に、Ａｌを主成分とするターゲット材料を用い、スパッタリングガスとしてターゲット材料とは非反応性のガスを用いた非反応性スパッタリングによって、第２の導電膜３２ａを、図３(Ｂ)に示すように、第１の保護膜３４ａの表面に形成する。

次に、所定組成のＮiＣｕＴｉ合金若しくはＮiＣｕＣｒ合金からなるターゲット材料を用い、スパッタリングガスとしてターゲット材料とは非反応性のガスを用いた非反応性スパッタリングによって第２の保護膜３５ａを、図３(Ｃ)に示すように、第２の導電膜３２ａの表面に形成する。このようにして第１の保護膜３４ａ、第２の導電膜３２ａ、第２の保護膜３５ａからなる金属電極膜３０ａが形成される。

その後、図４（Ａ）に示すように金属電極膜３０ａの非除去部分にレジスト３８を形成して、この状態で金属電極膜３０ａを含む積層体をエッチング液に浸漬することで金属電極膜３０ａの、レジスト３８にてマスクされていない部分が部分的に除去される。その後、レジスト３８を除去すると、図４（Ｂ）に示すように、第１の保護層３４、主層３２および第２の保護層３５を有するソース電極層２６およびドレイン電極層２８が形成される。

図４（Ｂ）において、半導体層２４の、ソース領域４１とドレイン領域４２の間がチャネル領域４３であり、ゲート電極層２０は、ゲート絶縁層２２を挟んでチャネル領域４３と対向する位置にある。この状態で、半導体層２４と、ゲート絶縁層２２と、ゲート・ソース・ドレインの各電極層２０、２６、２８とで、ＴＦＴ１２が構成される。

ここでソース電極層２６およびドレイン電極層２８では、ＡｌまたはＡｌ合金からなる主層３２と、半導体層２４との間に第１の保護層３４が配置される。ＮｉＣｕＴｉ合金（またはＮｉＣｕＣｒ合金）からなる第１の保護層３４は、Ａｌ原子に対するバリア機能を有しているため、主層３２から半導体層２４へのＡｌ原子の拡散が良好に防止される。また、半導体層２４が酸化物半導体である場合、第１の保護層３４は、半導体層２４からソース電極層２６およびドレイン電極層２８へのＯ原子の拡散を防止できる。従って、半導体層２４を酸化物半導体としつつ、Ｃｕと比べて酸化されやすいＡｌをソース電極層２６およびドレイン電極層２８に用いることができる。

次に、図５(Ａ)に示すようにＳｉＮｘやＳｉＯ₂等からなる層間絶縁層１４を形成する。これとともに、層間絶縁層１４の所定の箇所には接続孔３６（図１参照）を形成しておく。その後、図５（Ｂ）に示すように層間絶縁層１４の表面に、ＩＴＯなどの第３の導電膜を形成し、その後パターニングして、酸化物導電層１６を形成する。

このとき図１に示すように、酸化物導電層１６の一部は接続孔３６内に形成され、接続孔３６の底面に露出するドレイン電極層２８と接合する。詳しくはドレイン電極層２８の第２の保護層３５と接合する。第２の保護層３５はＮｉＣｕＴｉ合金（またはＮｉＣｕＣｒ合金）からなり、Ａｌ原子に対するバリア機能を有しているため、ドレイン電極層２８の主層３２から酸化物導電層１６へのＡｌ原子の拡散が良好に防止される。また、第２の保護層３５は、酸化物導電層１６からドレイン電極層２８へのＯ原子の拡散を防止する。従って、Ｃｕと比べて酸化されやすいＡｌをドレイン電極層２８に用いた場合であっても、ドレイン電極層２８の酸化を防止しつつ、酸化物導電層１６を第２の保護層３５を介してドレイン電極層２８と電気的に接続することができる。

以上、本発明の一実施形態の半導体装置の構成およびその製造方法について説明したが、半導体装置の構成およびその製造方法については適宜変更可能である。例えば、ソース電極層２６およびドレイン電極層２８を形成する際、半導体層２４が浸食されるエッチング液を使用する場合には、図６に示すように、半導体層２４の表面が露出しないようにストッパ層４５を設けておき、エッチング液が半導体層２４と接触しないように構成することも可能である。

次に本発明の実施例を以下に説明する。ここでは、表１に示す構成で、且つ第１の保護膜を表２に示す膜組成とした積層体を、以下のようにして製造し、密着性を測定し、評価を行った。

（各種積層体の製造）
サイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板を用い、基板上に、第１の導電膜、絶縁膜、半導体膜、第１の保護膜、第２の導電膜、第２の保護膜、第３の導電膜をこの順で積層形成した。

第１の導電膜の成膜は、純Ａｌのスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内にＡｒガス（不活性ガス）を導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行なった。第１の導電膜の厚さは、１５０〜１０００ｎｍである。

絶縁膜の成膜は、原料ガスとして酸素およびＳｉＨ₄を用い、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ₂膜を成膜した。絶縁膜の厚さは、５００〜２０００ｎｍである。

半導体膜の成膜は、Ｇａ：Ｉｎ：Ｚｎ：Ｓｎ＝１６．８：１６．６：４７．２：１９．４（原子比）からなるスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内に酸素及びＡｒを含むスパッタガスを導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行なった。半導体膜の厚さは、３０〜２００ｎｍである。

第１の保護膜の成膜は、表２に示す各種組成に対応するＮｉＣｕＴｉ合金、ＮｉＣｕＣｒ合金等のスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内にＡｒガスを導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行った。第１の保護膜の厚さは、１５〜２００ｎｍである。

第２の導電膜の成膜は、純Ａｌのスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内にＡｒガスを導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行なった。第２の導電膜の厚さは、１５０〜１０００ｎｍである。

第２の保護膜の成膜は、ＮｉＣｕＴｉ合金若しくはＮｉＣｕＣｒ合金のスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内にＡｒガスを導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行った。第２の保護膜の厚さは、１５〜２００ｎｍである。
尚、第２の保護膜がＮｉＣｕＴｉ合金の場合、Ｎｉ：６７％、Ｃｕ：３０％、Ｔｉ：３％のスパッタリングターゲットを用い、第２の保護膜がＮｉＣｕＣｒ合金の場合、Ｎｉ：６７％、Ｃｕ：３０％、Ｃｒ：３％のスパッタリングターゲットを用いた。

第３の導電膜の成膜は、ＳｎＯ₂を１０％含有するＩｎ₂Ｏ₃からなるスパッタリングターゲットを用い、真空度を５×１０^-4Ｐａとし、チャンバ内に酸素及びＡｒを含むスパッタガスを導入して行った。スパッタ圧は０．１〜１．０Ｐａ，電力は１００〜５００Ｗとして行なった。ＩＴＯからなる第３の導電膜の厚さは、３０〜２００ｎｍである。

（密着性試験）
作製した各積層体について、ＪＩＳＫ５６００−５−６に準拠した密着性試験を行なった。ＪＩＳＫ５６００−５−６で定めるところの分類０〜３であることを目標として定め、下記評価基準にて評価した。その結果を表２に示す。
○：密着性が分類０〜３
×：密着性が分類４以上

表２に示すように、比較例１、比較例２は、Ｃｕ含有量が本発明の下限値を下回っており、且つＴｉ，Ｃｒが無添加とされたＮｉＣｕ合金で第１の保護膜を形成した。これら比較例１、比較例２は、いずれも密着性が分類４以上で、密着性の評価が「×」であった。
そのほかの比較例３〜８、実施例１〜１２は何れも良好な密着性が得られていた。
このような結果から、ＮｉＣｕ系合金の保護膜を用いて良好な密着性を得るためには、Ｃｕ量３０〜５０％で、更にＴｉもしくはＣｒ量３〜５％の添加が必要であることが分る。

次に、表３に示す構成で、且つ保護膜を表４に示す膜組成とした積層体を製造し、エッチング性，バリア性および耐食性を以下の方法で評価した。ここでは、ガラス基板上に、半導体膜、保護膜、導電膜をこの順で積層形成した。半導体膜、保護膜および導電膜の成膜方法は、上記実施例１における半導体膜、第１の保護膜および第２の導電膜の場合と同様である。

（エッチング性評価）
作製した積層体から５ｃｍ角の試料を切り出し、この試料を関東化学製のエッチング液Ｃｕ―０３に浸漬し、基板上に形成した膜が完全に溶解されるまでの時間を測定し、下記評価基準にて評価した。その結果を表４に示す。
○：溶解に要する時間が１分未満
×：溶解に要する時間が１分以上

（バリア性評価）
作製した積層体に対し、熱処理の前後において、４探針法により金属膜（Ａｌ膜）の５箇所で測定し、その平均値より熱処理前と熱処理後での電気比抵抗（μΩ・ｃｍ）を算出した。そして、熱処理の前後での電気比抵抗値の変化から、下記評価基準に基づいて元素の拡散の有無を評価した。なお、熱処理条件は、大気中、２５０℃の環境下で２時間保持とした。その結果を表４に示す。
○：熱処理前後で電気比抵抗値に変化はない（電気比抵抗値の変化が１０μΩ・ｃｍ未満）
×：熱処理前と比較して、熱処理後に電気比抵抗値が１０μΩ・ｃｍ以上増加

（耐食性評価）
作製した各積層体を８５℃×８５％ＲＨ（相対湿度）の大気雰囲気環境下にて５００時間保持し、保持後の積層体の変色の有無等について、ＪＩＳＣ６００６８に準拠して下記評価基準にて評価した。その結果を表４に示す。
◎：上記環境条件での保持前後において、試料の中心および端部に変色及び膜はがれが無い
○：少なくとも保持後において、試料の端部に変色または膜はがれが認められるも、試料端部を除く領域に変色及び膜はがれが無い
×：少なくとも保持後において、試料の中心および端部に、変色または膜はがれが認められる

表４において、比較例１１は、ＮｉＣｕＴｉ合金からなる保護膜において、Ｔｉ含有量が本発明の上限を上回っている。また比較例１２は、ＮｉＣｕＣｒ合金からなる保護膜において、Ｃｒ含有量が本発明の上限を上回っている。これら比較例１１，比較例１２では、バリア性および耐食性に問題はないものの、エッチング性が悪化しており、半導体装置のソースおよびドレイン電極層を形成する際、１種類のエッチング液でのパターニングが難しい。

比較例１３は、ＮｉＣｕＴｉ合金からなる保護膜において、Ｃｕ含有量が本発明の上限を上回っている。また比較例１４は、ＮｉＣｕＣｒ合金からなる保護膜において、Ｃｕ含有量が本発明の上限を上回っている。これら比較例１３，比較例１４では、エッチング性に問題はないものの、バリア性および耐食性が悪化している。このことからＣｕ自体にバリア性や耐食性を高める効果は無く、相対的なＮｉ量の低下にともないバリア性および耐食性が悪化したものと推測される。

比較例１５は、Ｍｏ単体からなる保護膜を用いた例である。また比較例１６は、ＭｏＴｉ合金からなる保護膜を用いた例である。これら比較例１５，比較例１６では、高温高湿環境下で保持した後に膜はがれが認められた。従来、拡散防止用のバリア膜として用いられていたＭｏもしくはＭｏＴｉ合金からなる保護膜は、Ａｌ金属膜との組み合わせでは十分な耐食性が確保できず、Ａｌ電極の腐食による信頼性の低下が懸念される。

そのほかの比較例９，１０、実施例１３〜２４は、何れもエッチング性、バリア性、耐食性の結果は良好であった。特にＮｉＣｕＴｉ合金もしくはＮｉＣｕＣｒ合金において、Ｃｕ量を抑えて、Ｎｉ量を５５％以上とした実施例１３〜１６、実施例１９〜２２は、密着性の結果が他の例に比べて良好であった。

尚、上記実施例においては半導体膜にＩＧＺＯを用いているが、ＩＧＺＯに代えてａ−Ｓｉを用いた表１の構成ｃ，ｄ、表３の構成ｊ，ｋの積層体においても同様の結果が得られている。

以上の評価結果についてまとめると、Ａｌの金属膜と、Ｎｉ−３０〜５０％Ｃｕ−３〜５％Ｔｉ（Ｃｒ）合金の保護膜との組合せは、密着性、バリア性、耐食性、およびエッチング性に優れている。かかる組合せを、半導体装置の金属電極層に適用すれば、半導体装置においても、高いバリア性および高耐食性を発揮することが期待できる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について詳しく説明したが、これはあくまで一例示である。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

１０半導体装置
１６酸化物導電層
２４半導体層
３０金属電極層
３２主層
３４第１の保護層
３５第２の保護層

Claims

半導体層と、該半導体層と接合する金属電極層と、を有する半導体装置であって、
該金属電極層は、Ａｌまたは９０ａｔ％以上のＡｌ合金からなる主層と、該主層の前記半導体層側の面に設けられた第１の保護層と、を有し、
該第１の保護層は、質量％で、Ｃｕ：３０〜５０％を含有し、更に、Ｔｉ：３〜５％、Ｃｒ：３〜５％から選ばれた１種を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物の組成を有するＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなることを特徴とする半導体装置。
請求項１において、前記金属電極層の前記半導体層とは反対側に酸化物導電層が形成されるとともに、
前記金属電極層は、前記主層の前記酸化物導電層側の面に設けられた第２の保護層を更に有し、該第２の保護層により前記酸化物導電層と接合されており、
該第２の保護層は、質量％で、Ｃｕ：３０〜５０％を含有し、更に、Ｔｉ：３〜５％、Ｃｒ：３〜５％から選ばれた１種を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物の組成を有するＮｉＣｕＴｉ合金またはＮｉＣｕＣｒ合金からなることを特徴とする半導体装置。