JP4243401B2 - 銅配線基板およびその製造方法ならびに液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅配線基板およびその製造方法ならびに液晶表示装置に関し、特に、銅配線を有する基板において銅配線の表面を絶縁膜で被覆する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ等の半導体デバイスや液晶表示装置の分野において、配線材料として従来多用されていたアルミニウム、クロム等の金属に代えて、銅が用いられるようになってきている。その理由は、近年の半導体デバイスや液晶表示装置の動作の高速化に伴い、配線抵抗の増大による信号遅延の問題が顕在化しているが、アルミニウム等に比べて低抵抗の金属である銅の使用によってこの問題の解決が期待できるからである。
【０００３】
その反面、配線材料としての銅は、酸化性や腐食性が高い、シリコン膜と接触するとシリコンと銅が相互拡散する、というように特性的に若干不安定である。半導体デバイスや液晶表示装置に銅配線を用いる場合には銅配線を絶縁しなければならないため、上述した銅の拡散防止対策が必要になる。従来の対策の一つとしては、銅の表面を低圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜で被覆し、このシリコン窒化膜を単なる絶縁膜としてだけではなく銅の拡散バリア層として機能させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の銅の拡散防止技術には以下の問題点が残されていた。低圧ＣＶＤ法を用いて銅の表面にシリコン窒化膜を成膜する際に、銅シリサイド（ＣｕxＳｉ）が異常成長して突起が形成され、銅配線の表面の平坦性が悪くなる。この状態では突起の箇所に電荷が集中するので、突起の箇所を中心として絶縁膜の破壊が生じることがあり、銅配線の上層に形成したシリコン窒化膜の絶縁特性が低下してしまう。この現象は絶縁膜を薄膜化する程、顕著に現れる。よって、ある程度の絶縁特性を確保しようとするとシリコン窒化膜の膜厚を厚くする必要があるが、そうすると成膜時間が長くかかるので、製造プロセス上好ましくない。これらのことから、より薄い膜厚であっても良好な絶縁特性を確保できる拡散バリア層の提供が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、配線表面の平坦性を向上させることにより上層膜の絶縁特性を向上させることができる銅配線基板およびその製造方法、ならびにこの銅配線基板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面に設けられた銅窒化層と、銅窒化層の表面に設けられたシリコン系絶縁膜とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
上記本発明の第１の銅配線基板の製造方法には、２つの方法が考えられる。
その一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板をアンモニアガスを含むガス雰囲気に曝すことにより銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【０００８】
他の一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板をアンモニアガスプラズマに曝すことにより銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【０００９】
本発明の第２の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面が還元処理されてなる還元処理層と、還元処理層の表面に設けられたシリコン系絶縁膜とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の第２の銅配線基板の製造方法には、２つの方法が考えられる。
その一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスを含むガス雰囲気に曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理された銅配線の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【００１１】
他の一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理された銅配線の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【００１２】
本発明の第３の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面に設けられた第１のシリコン系絶縁膜と、第１のシリコン系絶縁膜の表面に設けられた第２のシリコン系絶縁膜とを有し、第１のシリコン系絶縁膜中のシリコン原子比率が第２のシリコン系絶縁膜中のシリコン原子比率よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１３】
前記第１のシリコン系絶縁膜として、膜中のシリコン原子比率が０．４１ないし０．４４のシリコン窒化膜、もしくは膜中のシリコン原子比率が０．３２ないし０．３４のシリコン酸化膜を用いることが望ましい。
【００１４】
上記本発明の第３の銅配線基板の製造方法は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、銅配線の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により第１のシリコン系絶縁膜を形成する工程と、第１のシリコン系絶縁膜の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により第１のシリコン系絶縁膜成膜時のシリコン系原料ガスの分圧より高いシリコン系原料ガスの分圧で成膜を行って第２のシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の銅配線基板の製造方法として、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスを含むガス雰囲気または水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理を施した基板をアンモニアガスを含むガス雰囲気またはアンモニアガスプラズマに曝すことにより前記銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法を用いることもできる。
【００１６】
本発明でいう「シリコン系絶縁膜」とは、具体的には、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかを指す。
【００１７】
本発明者らは、まず最初に、絶縁特性を低下させる原因となる銅配線表面の突起を形成する物質が何であるかを同定するとともに、突起が製造工程中のどの時点で形成されるかを調べた。その調査結果について説明する。
膜厚１５０ｎｍの銅膜を形成してからその表面に膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜を形成するまでの工程において、各工程終了後の銅膜の表面粗さを測定した。シリコン窒化膜の成膜条件は、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）／アンモニア（ＮＨ3）／窒素（Ｎ2）を用い、ガス流量がＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccm、基板温度が３００℃、圧力が１５０Ｐａ、高周波電力（ＲＦ）印加前の原料ガスの流通時間が１００秒、である。
【００１８】
各工程毎の表面粗さの測定値を図１３に示す。横軸は各工程、縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。図１３に示すように、銅成膜後、銅膜のパターニング後、ＣＶＤ工程での基板のプレヒート後までは表面粗さは１０ｎｍ程度の平滑な面であり、ばらつきも少ない。ところが、ＣＶＤチャンバー内にガスを導入すると表面粗さは６０ｎｍ程度にまで大きくなり、ばらつきも非常に大きくなる。この工程分析結果から、シリコン窒化膜成膜時のＣＶＤ工程でのガス流入後に銅膜の表面粗さが大きくなることがわかった。
【００１９】
また、アンモニアガスおよび窒素ガスの流量は変えずにモノシランガスの流量のみを変えて数種のシリコン窒化膜を成膜し、それらの表面粗さを測定した結果を図１４に示す。横軸はモノシランガス流量（sccm）、縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。なお、シリコン窒化膜の成膜条件は、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を３０秒とした以外は上記の条件と同一である。図１４に示すように、モノシランガス流量と表面粗さには相関があり、モノシランガス流量が多くなる程、銅膜の表面粗さが大きくなることがわかった。また、この測定と同時に、原子間力走査顕微鏡（Atomic Force Microscope,以下、ＡＦＭと略記する）を用いてモノシランガス流量を変えたサンプルの銅表面を観察したところ、モノシランガス流量が多いサンプルでは銅表面に突起が生成されているのが観察された。さらに、この突起を元素分析したところ、銅シリサイドであることを確認した。
【００２０】
これらの調査結果から、本発明者は、銅膜上にシリコン窒化膜を積層する際に銅表面に生成される突起は、モノシランガスが銅表面と接触した際にシリコンと銅とが反応を起こし、銅シリサイドが析出したものであることを確認した。このことから、シリコン原子を含むガスと銅とが極力接触しないようにすることによって、突起の発生が抑制できると考えた。そこで具体的には、
▲１▼ 銅配線の表面を窒化処理して銅窒化層を形成した後、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する方法、
▲２▼ 銅配線の表面を還元処理して還元処理層を形成した後、還元処理層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する方法、
▲３▼ 銅配線の表面に、まず膜中のシリコン原子比率が通常よりも小さい第１のシリコン系絶縁膜を形成し、その後、膜中のシリコン原子比率が第１のシリコン系絶縁膜のそれよりも大きい第２のシリコン系絶縁膜を形成する方法、
を提案した。
【００２１】
すなわち、上記▲１▼および▲２▼は銅表面に銅の変質層を形成することによってシリコン原子を含むガスと銅とを接触させないようにするもの、上記▲３▼はシリコン原子を含むガスと銅とが接触してもシリコンと銅との反応が極力抑制されるように成膜の初期段階ではシリコン系原料ガスの分圧を下げておくというものである。なお上記▲３▼の方法において、第１のシリコン系絶縁膜を形成した後、第２のシリコン系絶縁膜を形成する理由は、シリコン原子比率が小さいシリコン系絶縁膜はストレスが大きく、緻密な膜になるが、ステップカバレッジが悪くなる特性を持つことがわかっている。そのため、その上にシリコン原子比率が大きく、あまり緻密な膜ではないが、ステップカバレッジの良いシリコン系絶縁膜を形成することによって、第１層目のステップカバレッジの悪さを補うためである。いずれにしても、これらの方法によって銅表面における突起の発生が抑制できるので、この上に形成するシリコン系絶縁膜の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００２２】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶が挟持され、一対の基板のうちの一方の基板が上記本発明の銅配線基板であることを特徴とするものである。
本発明の液晶表示装置によれば、本発明の銅配線基板を用いたことにより絶縁不良による動作不良等の不具合を生じることなく、動作の高速化を実現することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法（銅配線基板の製造方法）を示す工程断面図である。本実施の形態はＴＦＴアレイ基板のゲート配線（ゲート電極）に銅配線を適用した例である。なお、この図では、ＴＦＴ部分に加えてソース線の端子部、ゲート線の端子部も１つの図面の中に描いてある。このＴＦＴアレイ基板は逆スタガ（ボトムゲート）構造のＴＦＴを有する基板であって、例えば液晶表示装置の液晶を挟んで対峙する一対の基板のうち、一方の基板を構成するものである。
【００２４】
このＴＦＴアレイ基板１は、図１Ｅに示すように、透明基板２上に銅からなるゲート電極３が形成されており、ゲート電極３の表面は銅が窒化処理されてなる銅窒化層４で被覆されている。ゲート電極３上にはシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５が形成され、ゲート絶縁膜５上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる半導体能動膜６が形成され、リン等のｎ型不純物を含むアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：ｎ+ ）からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを介して半導体能動膜６上からゲート絶縁膜５上にわたってアルミニウム、クロム、モリブデン等の金属からなるソース電極８（ソース線１８）およびドレイン電極９が形成されている。そして、これらソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極３等で構成されるＴＦＴ１０を覆うパッシベーション膜１１が形成され、ドレイン電極９上のパッシベーション膜１１にコンタクトホール１２が形成されている。さらに、このコンタクトホール１２を通じてドレイン電極９と電気的に接続されるインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）、インジウム錫亜鉛酸化物（Indium Tin Zinc Oxide, 以下、ＩＴＺＯと略記する）等の透明性導電膜からなる画素電極１３が設けられている。
【００２５】
またソース線端子部１４では、ソース線１８上のパッシベーション膜１１にコンタクトホール１５が形成され、コンタクトホール１５を通じてソース線８と電気的に接続されるＩＴＯ、ＩＴＺＯ等の透明性導電膜からなるソース端子パッド１６が形成されている。同様に、ゲート線端子部１７では、ゲート線１９上のゲート絶縁膜５およびパッシベーション膜１１にコンタクトホール２０が形成され、コンタクトホール２０を通じてゲート線１９と電気的に接続されるＩＴＯ、ＩＴＺＯ等の透明性導電膜からなるゲート端子パッド２１が形成されている。
【００２６】
次に、このＴＦＴアレイ基板１を製造する手順を説明する。
まず、図１Ａに示すように、透明基板２上に銅膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極３およびゲート線１９を形成する。次に、ゲート電極３およびゲート線１９を構成する銅膜の表面の窒化処理を行い、銅表面を銅窒化層４で覆う。
【００２７】
この窒化処理には以下の２つの方法を採ることができる。
一つはアンモニアガスを含むガス雰囲気に曝す方法であり、他の一つはアンモニアガスプラズマに曝す方法である。本実施の形態の場合、窒化処理後、引き続いてゲート絶縁膜５となるシリコン窒化膜を形成するので、１台のＣＶＤ装置を用いて窒化処理とシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００２８】
前者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、まず、アンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＮＨ3／Ｎ2＝６３０sccm／１３５０sccmの流量で１分間供給し、アンモニアガスを含むガス雰囲気に基板表面を曝すことによって銅膜表面の窒化処理を行う。
【００２９】
次いで、チャンバー内に供給するガスをモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスに切り換え、その流量をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccmとし、シリコン窒化膜を成膜する。
【００３０】
後者の方法を採る場合、ゲート電極およびゲート配線を形成した透明基板をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、アンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＮＨ3／Ｎ2＝６３０sccm／１３５０sccmの流量で供給すると同時に、ｒｆ1が２．１５Ｗ／ｃｍ2（４０ＭＨｚ）の高周波電力を印加してプラズマを発生させ、アンモニアガスプラズマに基板表面を１分間曝すことによって銅膜表面の窒化処理を行う。以降、前者の方法と同様にガスを切り換え、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００３１】
シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５を形成した後、図１Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を順次成膜し、一つのフォトマスクを用いてこれらａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を一括してパターニングすることによりゲート電極３上にゲート絶縁膜５を介してアイランド部２４を形成する。
【００３２】
次に、図１Ｃに示すように、全面にアルミニウム、クロム、モリブデン等の金属膜を成膜した後、これをパターニングして上記金属膜からなるドレイン電極９、ソース電極８およびソース線１８を形成し、さらにａ−Ｓｉ膜２２のチャネル部上のａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を除去してａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを形成するとともに、ａ−Ｓｉ膜２２からなる半導体能動膜６を形成する。
【００３３】
次に、図１Ｄに示すように、全面にパッシベーション膜１１を成膜し、これをパターニングすることによりドレイン電極９上のパッシベーション膜１１を開口し、ドレイン電極９と次に形成する画素電極１３を電気的に接続するためのコンタクトホール１２を形成する。この際、ソース線端子部１４においては、ソース線１８上のパッシベーション膜１１を開口し、ソース線１８と次に形成するソース端子パッド１６を電気的に接続するためのコンタクトホール１５を形成する。同様に、ゲート線端子部１７においては、ゲート線１９上のゲート絶縁膜５およびパッシベーション膜１１を開口し、ゲート線１９と次に形成するゲート端子パッド２１を電気的に接続するためのコンタクトホール２０を形成する。
【００３４】
最後に、図１Ｅに示すように、全面にＩＴＺＯ膜を成膜し、これをパターニングすることにより画素電極１３を形成する。同時に、ソース線端子部１４においてはソース線１８上にソース端子パッド１６を形成し、ゲート線端子部１７においてはゲート線１９上にゲート端子パッド２１を形成する。
以上の工程を経て、本実施の形態のＴＦＴアレイ基板１が完成する。
【００３５】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板１の製造方法は、銅からなるゲート電極３およびゲート線１９を形成し、銅の表面を窒化処理して銅窒化層４を形成した後、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５を成膜する方法である。つまり、ＣＶＤ装置のチャンバー内においてシリコン窒化膜を成膜する際に、モノシランを含むガス雰囲気に基板が曝されても、銅窒化層４が介在しているために銅とモノシランガスが直接接触することがなく、銅シリサイドの突起の発生が抑制される。その結果、ゲート電極３およびゲート線１９上に形成するシリコン窒化膜、すなわちゲート絶縁膜５の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図２を参照して説明する。
図２は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法は第１の実施の形態とほぼ同様であり、第１の実施の形態では、銅配線（ゲート電極およびゲート配線）の形成後、シリコン窒化膜（ゲート絶縁膜）の形成前に銅配線表面の窒化処理を行っていたのに対し、本実施の形態においては、同じ工程で窒化処理に代えて還元処理を行う点が異なるのみである。したがって、図２において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２５の製造方法においては、まず、図２Ａに示すように、透明基板２上にゲート電極３およびゲート線１９を形成した後、これらゲート電極３、ゲート線１９を構成する銅膜の表面の還元処理を行い、銅表面に還元処理層２６を形成する。
【００３８】
この還元処理についても、第１の実施の形態と同様、以下の２つの方法を採ることができる。
一つは水素ガス雰囲気に曝す方法であり、他の一つは水素ガスプラズマに曝す方法である。還元処理後、続いてゲート絶縁膜５となるシリコン窒化膜を成膜するので、１台のＣＶＤ装置を用いて還元処理とシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００３９】
前者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１００Ｐａ、基板温度を３００℃とし、まず、水素（Ｈ2）ガスを５００sccmの流量で供給し、水素ガス雰囲気に基板表面を３分間曝すことによって銅膜表面の還元処理を行う。銅膜表面に製造工程中に形成された自然酸化膜が付いていたとしても、この還元処理によって自然酸化膜は消滅し、表面は還元処理層２６となる。
【００４０】
次のシリコン窒化膜の成膜条件は第１の実施の形態と同様である。すなわち、チャンバー内に供給するガスをモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスに切り換え、その流量をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccmとし、チャンバー内の圧力が所望の圧力に達した後、プラズマを発生させ、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００４１】
後者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１００Ｐａ、基板温度を３００℃とし、水素ガスを５００sccmの流量で３分間供給するとともに、０．４３Ｗ／ｃｍ2（４０ＭＨｚ）の高周波電力を印加してプラズマを発生させ、水素ガスプラズマに基板表面を曝すことによって銅膜表面の還元処理を行う。以降、前者の方法と同様に、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００４２】
本実施の形態の場合も、還元処理層２６を形成したことにより銅シリサイドの突起の発生が抑制されるため、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５の絶縁特性が向上する、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図３を参照して説明する。
図３は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
第１および第２の実施の形態では銅配線（ゲート電極およびゲート配線）の形成後、シリコン系絶縁膜の成膜前に銅配線表面の窒化処理や還元処理を行っていたのに対し、本実施の形態では銅配線の表面処理は行わずに、シリコン系絶縁膜の成膜をガスの混合比が異なる２つの成膜条件で行う点が異なっている。図３においても図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
このＴＦＴアレイ基板２８は、図３Ｅに示すように、ゲート電極３上にシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜が形成されているが、このゲート絶縁膜はシリコンの原子比率が異なる２層のシリコン窒化膜から構成されている。ゲート電極３に直接接触する下層側シリコン窒化膜２９は、膜中のシリコンの原子比率が０．４１ないし０．４４であり、上層側シリコン窒化膜３０は下層側シリコン窒化膜２９よりも膜中のシリコンの原子比率が大きくなっている。その他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００４５】
次に、このＴＦＴアレイ基板２８を製造する手順を説明する。
まず、図３Ａに示すように、透明基板２上に銅膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極３およびゲート線１９を形成する。次に、ゲート電極３およびゲート線１９上を含む全面にゲート絶縁膜２９，３０となるシリコン窒化膜を成膜する。上述したように、ここでは２層のシリコン窒化膜を形成するが、これらはガスの混合比（分圧）を変えるだけであるから、１台のＣＶＤ装置を用いて２層のシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００４６】
まず、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、モノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝４０sccm／１６０sccm／６００ないし１２００sccmの流量で供給し、チャンバー内圧力が所望の１５０Ｐａに達した後、高周波電力を印加してプラズマを発生させ、シリコン窒化膜の成膜を行う。これにより、膜厚５０ｎｍ程度の下層側シリコン窒化膜を成膜することができる。
【００４７】
次に、原料ガス中のモノシランガスの分圧を上げて上層側シリコン窒化膜の成膜を行う。すなわち、チャンバー内に供給する原料ガスの混合比をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝４０sccm／１６０sccm／３００sccmに切り換え、その他の成膜条件は変えることなく、シリコン窒化膜を成膜することにより、下層側シリコン窒化膜よりも膜中のシリコンの原子比率が大きい上層側シリコン窒化膜が形成される。上層側シリコン窒化膜については、少なくとも下層側シリコン窒化膜のステップカバレッジの悪さを補えればよく、それ以上は適宜必要な膜厚（例えば１００〜２００ｎｍ）だけ成膜すればよい。
【００４８】
以下の工程は、第１、第２の実施の形態と全く同様である。図３Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を順次成膜し、これらを一括してパターニングすることによりゲート電極３上にゲート絶縁膜２９，３０を介してアイランド部２４を形成する。次に、図３Ｃに示すように、全面に金属膜を成膜した後、これをパターニングしてドレイン電極９、ソース電極８およびソース線１８を形成し、さらにチャネル部上のａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を除去してａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを形成する。次に、図３Ｄに示すように、全面にパッシベーション膜１１を成膜し、これをパターニングすることによりコンタクトホール１２を形成する。最後に、図４Ｅに示すように、全面にＩＴＯ膜を成膜し、これをパターニングすることにより画素電極１３を形成する。
以上の工程を経て、本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２８が完成する。
【００４９】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２８の製造方法は、銅からなるゲート電極３およびゲート線１９上にシリコン窒化膜を成膜する際に、銅膜に直接接触する成膜初期の段階ではモノシランガスの分圧を下げているので、銅とシリコンとの反応が抑制され、銅シリサイドの突起の発生が抑制される。その結果、ゲート電極およびゲート配線上に形成するシリコン窒化膜、すなわちゲート絶縁膜２９，３０の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００５０】
なお、以上ではゲート絶縁膜２９，３０を２層のシリコン窒化膜で構成する例を挙げたが、この構成に代えて、２層のシリコン酸化膜を用いてもよい。その場合の成膜条件は、高周波電力を印加してプラズマを発生させ、下層側シリコン酸化膜の成膜は、チャンバー内圧力を２００Ｐａ、基板温度を３００℃、モノシラン（ＳｉＨ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／Ｈｅ＝１０sccm／５００sccm／５００sccmの流量とし、上層側シリコン酸化膜の成膜はモノシランガスの流量のみを増加させればよい。
【００５１】
［第４の実施の形態］
以下、上記実施の形態のＴＦＴアレイ基板を用いた液晶表示装置の一例を図４を用いて説明する。
本実施の形態の液晶表示装置４１は、図４に示すように、一対の透明基板３１，３２が対向して配置され、これら透明基板のうち、一方の基板３１が上記ＴＦＴアレイ基板、他方の基板３２が対向基板となっている。ＴＦＴアレイ基板３１の対向面側に画素電極３３が設けられるとともに、対向基板３２の対向面側に共通電極３４が設けられている。さらに、これら画素電極３３、共通電極３４の各々の上に配向膜３５，３６が設けられ、これら配向膜３５，３６間に液晶層３７が配設された構成となっている。そして、透明基板３１，３２の外側にそれぞれ第１、第２の偏光板３８，３９が設けられ、第１の偏光板３８の外側にはバックライト４０が取り付けられている。
【００５２】
本実施の形態の液晶表示装置４１によれば、上記のＴＦＴアレイ基板を用いたことにより絶縁不良による動作不良等の不具合を生じることなく、動作の高速化を実現することができる。
【００５３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば第１の実施の形態ではシリコン窒化膜形成前に窒化処理、第２の実施の形態では還元処理を行う例を挙げたが、これらを組み合わせ、窒化処理と還元処理の双方を行うようにしてもよい。すなわち、基板を水素ガス雰囲気または水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理した後、還元処理を施した基板をアンモニアガス雰囲気またはアンモニアガスプラズマに曝して銅配線の表面に銅窒化層を形成し、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成してもよい。また、銅配線の上層に形成するシリコン系絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれであってもよい。
【００５４】
【実施例】
[窒化処理および還元処理の効果]
従来の方法と本発明の方法で得られた銅配線の表面粗さ、および銅配線上層のシリコン窒化膜の絶縁特性を比較した。
銅配線の表面処理を何も行わずにその上にシリコン窒化膜を成膜する従来の方法で作製したサンプルのうち、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を１００秒としたものを従来例１のサンプル、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を３０秒としたものを従来例２のサンプルとした。銅配線形成後、第１の実施の形態で例示した方法で窒化処理を行ったものを実施例１のサンプル、第２の実施の形態で例示した方法で還元処理を行ったものを実施例２のサンプルとした。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、シリコン窒化膜の膜厚は５０ｎｍ、測定パターンは１ｍｍ×１．２ｍｍの電極パターンを絶縁膜で被覆したパターンを用いた。
【００５５】
上記４種類のサンプルそれぞれにおいて、基板面内の１０個所でＡＦＭを用いて表面粗さを測定した。その結果を図５に示す。図５の縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。
従来例１では表面粗さが６０ｎｍ程度と大きく、ばらつきも大きい。従来例２でも表面粗さはまだ３０〜４０ｎｍ程度であり、ばらつきも従来例１と同様に大きい。これに対して、窒化処理を行った実施例１では表面粗さが１５ｎｍ程度に減少し、ばらつきも充分に小さい。還元処理を行った実施例２では表面粗さが１０ｎｍ程度に減少し、ばらつきはほとんどなくなる。このように、銅配線表面に窒化処理や還元処理を施すことによって、表面粗さを充分に低減できることがわかった。
【００５６】
次に、上記４種類のサンプルにおいて、シリコン窒化膜の膜厚を５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍと変えたものを作製し、それぞれのサンプルにおいて基板面内の１６個所でシリコン窒化膜の絶縁耐圧を測定した。その結果を図６に示す。図６の横軸はシリコン窒化膜厚（ｎｍ）、縦軸は１６測定ポイント中で絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。黒丸で示したデータが従来例１、白丸が従来例２、四角が実施例１、三角が実施例２をそれぞれ示している。測定パターンは、下部の銅電極１ｍｍ×１．２ｍｍをシリコン窒化膜で絶縁し、次に上部電極１ｍｍ×１ｍｍを形成したコンデンサ構造を用いた。
【００５７】
シリコン窒化膜厚が２００ｎｍと厚い時にはどのサンプルも絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはなく、測定結果に差がないが、シリコン窒化膜厚が１００ｎｍに薄くなると、従来例１が８ポイント、従来例２が３ポイントであるのに対し、実施例１、実施例２ともに１ポイントとなった。さらにシリコン窒化膜厚が５０ｎｍに薄くなると、従来例１が１６ポイント（測定点全部）、従来例２が１１ポイントであるのに対し、実施例１が８ポイント、実施例２が７ポイントとなり、従来例１，２に比べて絶縁耐圧が向上している。このように、銅配線表面に窒化処理や還元処理を施すことによって、その上層に形成するシリコン窒化膜の絶縁耐圧を充分に向上できることがわかった。
【００５８】
図６の測定データにおいて、シリコン窒化膜厚が１００ｎｍの時の絶縁耐圧の測定値の分布を示したのが図７〜図１０である。図７が従来例１、図８が従来例２、図９が実施例１、図１０が実施例２のデータをそれぞれ示している。図７〜図１０の横軸は絶縁耐圧の範囲（ＭＶ／ｃｍ）、縦軸は各絶縁耐圧範囲のポイントの数、である。
絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイント数は図６に示した通りであるが、絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍを超えるポイント数の分布を見ても、図７の従来例１、図８の従来例２に比べて、実施例１、実施例２の場合、分布のピークが絶縁耐圧の高い側（図の右側）に移動しているのがわかる。
【００５９】
[シリコン原子比率の小さいシリコン系絶縁膜を用いる効果]
次に、銅配線の直上にシリコン原子比率の小さいシリコン系絶縁膜を成膜する第３の実施の形態で例示した方法により得られるシリコン窒化膜の絶縁特性について調査した。
まず、銅配線上にシリコン原子の含有比率を変えた下層側シリコン窒化膜を成膜し、基板面内の１６個所でシリコン窒化膜の絶縁耐圧を測定した。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、下層側シリコン窒化膜の膜厚は５０ｎｍ、上層側シリコン窒化膜の膜厚は１００ｎｍ、測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６０】
図１１は下層側シリコン窒化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すデータである。図１１の横軸はシリコン含有比率（比）、縦軸は１６測定ポイント中の絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６１】
シリコン含有比率が０．４１未満のシリコン窒化膜は成膜が不可能である。よって、シリコン含有比率が０．４１以上のシリコン窒化膜のうち、０．４１〜０．４４付近までのシリコン含有比率では絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはないが、シリコン含有比率が０．４５になると絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下の測定点が２ポイント現れる。この結果から、充分な絶縁耐圧を確保するためには下層側シリコン窒化膜のシリコン含有比率は、０．４１ないし０．４４が好適であると言える。
【００６２】
同様に、シリコン酸化膜の絶縁特性について調べた。
銅配線上にシリコン原子の含有比率を変えた下層側シリコン酸化膜を成膜し、基板面内の１６個所でシリコン酸化膜の絶縁耐圧を測定した。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、下層側シリコン酸化膜の膜厚は５０ｎｍ、上層側シリコン酸化膜の膜厚は１５０ｎｍ、測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６３】
図１２は下層側シリコン酸化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すデータである。図１２の横軸はシリコン含有比率（比）、縦軸は１６測定ポイント中の絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６４】
シリコン含有比率が０．３２未満のシリコン酸化膜は成膜が不可能である。よって、シリコン含有比率が０．３２以上のシリコン窒化膜のうち、０．３２〜０．３４までのシリコン含有比率では絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはないが、シリコン含有比率が０．３４５になると絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下の測定点が２ポイント現れる。この結果から、充分な絶縁耐圧を確保するためには下層側シリコン酸化膜のシリコン含有比率は、０．３２ないし０．３４が好適であると言える。
【００６５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、銅配線の上層にシリコン系絶縁膜を成膜する際に配線表面における突起の発生が抑制できるので、それ程厚い絶縁膜を形成することなく、シリコン系絶縁膜の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】 上記ＴＦＴアレイ基板を用いた液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図５】 従来例１、従来例２、実施例１、実施例２のサンプルそれぞれの表面粗さの測定結果を示すグラフである。
【図６】 上記４種類のサンプルそれぞれにおいて、シリコン窒化膜厚を代えた場合の絶縁耐圧を示すグラフである。
【図７】 同、従来例１の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図８】 同、従来例２の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図９】 同、実施例１の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図１０】 同、実施例２の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図１１】 下層側シリコン窒化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すグラフである。
【図１２】 下層側シリコン酸化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すグラフである。
【図１３】 従来の製造方法において、銅膜を形成してからその表面にシリコン窒化膜を形成するまでの工程における各工程毎の表面粗さの変化を示すグラフである。
【図１４】 モノシランガス流量と銅膜の表面粗さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２５，２８ ＴＦＴアレイ基板（銅配線基板）
３ ゲート電極（銅配線）
４ 銅窒化層
５ ゲート絶縁膜（シリコン系絶縁膜）
１９ ゲート線（銅配線）
２６ 還元処理層
２９ 下層側ゲート絶縁膜（第１のシリコン系絶縁膜）
３０ 上層側ゲート絶縁膜（第２のシリコン系絶縁膜）
４１ 液晶表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅配線基板およびその製造方法ならびに液晶表示装置に関し、特に、銅配線を有する基板において銅配線の表面を絶縁膜で被覆する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ等の半導体デバイスや液晶表示装置の分野において、配線材料として従来多用されていたアルミニウム、クロム等の金属に代えて、銅が用いられるようになってきている。その理由は、近年の半導体デバイスや液晶表示装置の動作の高速化に伴い、配線抵抗の増大による信号遅延の問題が顕在化しているが、アルミニウム等に比べて低抵抗の金属である銅の使用によってこの問題の解決が期待できるからである。
【０００３】
その反面、配線材料としての銅は、酸化性や腐食性が高い、シリコン膜と接触するとシリコンと銅が相互拡散する、というように特性的に若干不安定である。半導体デバイスや液晶表示装置に銅配線を用いる場合には銅配線を絶縁しなければならないため、上述した銅の拡散防止対策が必要になる。従来の対策の一つとしては、銅の表面を低圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜で被覆し、このシリコン窒化膜を単なる絶縁膜としてだけではなく銅の拡散バリア層として機能させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の銅の拡散防止技術には以下の問題点が残されていた。低圧ＣＶＤ法を用いて銅の表面にシリコン窒化膜を成膜する際に、銅シリサイド（ＣｕxＳｉ）が異常成長して突起が形成され、銅配線の表面の平坦性が悪くなる。この状態では突起の箇所に電荷が集中するので、突起の箇所を中心として絶縁膜の破壊が生じることがあり、銅配線の上層に形成したシリコン窒化膜の絶縁特性が低下してしまう。この現象は絶縁膜を薄膜化する程、顕著に現れる。よって、ある程度の絶縁特性を確保しようとするとシリコン窒化膜の膜厚を厚くする必要があるが、そうすると成膜時間が長くかかるので、製造プロセス上好ましくない。これらのことから、より薄い膜厚であっても良好な絶縁特性を確保できる拡散バリア層の提供が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、配線表面の平坦性を向上させることにより上層膜の絶縁特性を向上させることができる銅配線基板およびその製造方法、ならびにこの銅配線基板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面に設けられた銅窒化層と、銅窒化層の表面に設けられたシリコン系絶縁膜とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
上記本発明の第１の銅配線基板の製造方法には、２つの方法が考えられる。
その一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板をアンモニアガスを含むガス雰囲気に曝すことにより銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【０００８】
他の一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板をアンモニアガスプラズマに曝すことにより銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【０００９】
本発明の第２の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面が還元処理されてなる還元処理層と、還元処理層の表面に設けられたシリコン系絶縁膜とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の第２の銅配線基板の製造方法には、２つの方法が考えられる。
その一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスを含むガス雰囲気に曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理された銅配線の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【００１１】
他の一つは、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理された銅配線の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法である。
【００１２】
本発明の第３の銅配線基板は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、銅配線の表面に設けられた第１のシリコン系絶縁膜と、第１のシリコン系絶縁膜の表面に設けられた第２のシリコン系絶縁膜とを有し、第１のシリコン系絶縁膜中のシリコン原子比率が第２のシリコン系絶縁膜中のシリコン原子比率よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１３】
前記第１のシリコン系絶縁膜として、膜中のシリコン原子比率が０．４１ないし０．４４のシリコン窒化膜、もしくは膜中のシリコン原子比率が０．３２ないし０．３４のシリコン酸化膜を用いることが望ましい。
【００１４】
上記本発明の第３の銅配線基板の製造方法は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、銅配線の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により第１のシリコン系絶縁膜を形成する工程と、第１のシリコン系絶縁膜の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により第１のシリコン系絶縁膜成膜時のシリコン系原料ガスの分圧より高いシリコン系原料ガスの分圧で成膜を行って第２のシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の銅配線基板の製造方法として、少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、前記基板を水素ガスを含むガス雰囲気または水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理する工程と、還元処理を施した基板をアンモニアガスを含むガス雰囲気またはアンモニアガスプラズマに曝すことにより前記銅配線の表面に銅窒化層を形成する工程と、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する工程とを有する方法を用いることもできる。
【００１６】
本発明でいう「シリコン系絶縁膜」とは、具体的には、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかを指す。
【００１７】
本発明者らは、まず最初に、絶縁特性を低下させる原因となる銅配線表面の突起を形成する物質が何であるかを同定するとともに、突起が製造工程中のどの時点で形成されるかを調べた。その調査結果について説明する。
膜厚１５０ｎｍの銅膜を形成してからその表面に膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜を形成するまでの工程において、各工程終了後の銅膜の表面粗さを測定した。シリコン窒化膜の成膜条件は、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）／アンモニア（ＮＨ3）／窒素（Ｎ2）を用い、ガス流量がＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccm、基板温度が３００℃、圧力が１５０Ｐａ、高周波電力（ＲＦ）印加前の原料ガスの流通時間が１００秒、である。
【００１８】
各工程毎の表面粗さの測定値を図１３に示す。横軸は各工程、縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。図１３に示すように、銅成膜後、銅膜のパターニング後、ＣＶＤ工程での基板のプレヒート後までは表面粗さは１０ｎｍ程度の平滑な面であり、ばらつきも少ない。ところが、ＣＶＤチャンバー内にガスを導入すると表面粗さは６０ｎｍ程度にまで大きくなり、ばらつきも非常に大きくなる。この工程分析結果から、シリコン窒化膜成膜時のＣＶＤ工程でのガス流入後に銅膜の表面粗さが大きくなることがわかった。
【００１９】
また、アンモニアガスおよび窒素ガスの流量は変えずにモノシランガスの流量のみを変えて数種のシリコン窒化膜を成膜し、それらの表面粗さを測定した結果を図１４に示す。横軸はモノシランガス流量（sccm）、縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。なお、シリコン窒化膜の成膜条件は、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を３０秒とした以外は上記の条件と同一である。図１４に示すように、モノシランガス流量と表面粗さには相関があり、モノシランガス流量が多くなる程、銅膜の表面粗さが大きくなることがわかった。また、この測定と同時に、原子間力走査顕微鏡（Atomic Force Microscope,以下、ＡＦＭと略記する）を用いてモノシランガス流量を変えたサンプルの銅表面を観察したところ、モノシランガス流量が多いサンプルでは銅表面に突起が生成されているのが観察された。さらに、この突起を元素分析したところ、銅シリサイドであることを確認した。
【００２０】
これらの調査結果から、本発明者は、銅膜上にシリコン窒化膜を積層する際に銅表面に生成される突起は、モノシランガスが銅表面と接触した際にシリコンと銅とが反応を起こし、銅シリサイドが析出したものであることを確認した。このことから、シリコン原子を含むガスと銅とが極力接触しないようにすることによって、突起の発生が抑制できると考えた。そこで具体的には、
▲１▼ 銅配線の表面を窒化処理して銅窒化層を形成した後、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する方法、
▲２▼ 銅配線の表面を還元処理して還元処理層を形成した後、還元処理層の表面にシリコン系絶縁膜を形成する方法、
▲３▼ 銅配線の表面に、まず膜中のシリコン原子比率が通常よりも小さい第１のシリコン系絶縁膜を形成し、その後、膜中のシリコン原子比率が第１のシリコン系絶縁膜のそれよりも大きい第２のシリコン系絶縁膜を形成する方法、
を提案した。
【００２１】
すなわち、上記▲１▼および▲２▼は銅表面に銅の変質層を形成することによってシリコン原子を含むガスと銅とを接触させないようにするもの、上記▲３▼はシリコン原子を含むガスと銅とが接触してもシリコンと銅との反応が極力抑制されるように成膜の初期段階ではシリコン系原料ガスの分圧を下げておくというものである。なお上記▲３▼の方法において、第１のシリコン系絶縁膜を形成した後、第２のシリコン系絶縁膜を形成する理由は、シリコン原子比率が小さいシリコン系絶縁膜はストレスが大きく、緻密な膜になるが、ステップカバレッジが悪くなる特性を持つことがわかっている。そのため、その上にシリコン原子比率が大きく、あまり緻密な膜ではないが、ステップカバレッジの良いシリコン系絶縁膜を形成することによって、第１層目のステップカバレッジの悪さを補うためである。いずれにしても、これらの方法によって銅表面における突起の発生が抑制できるので、この上に形成するシリコン系絶縁膜の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００２２】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶が挟持され、一対の基板のうちの一方の基板が上記本発明の銅配線基板であることを特徴とするものである。
本発明の液晶表示装置によれば、本発明の銅配線基板を用いたことにより絶縁不良による動作不良等の不具合を生じることなく、動作の高速化を実現することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法（銅配線基板の製造方法）を示す工程断面図である。本実施の形態はＴＦＴアレイ基板のゲート配線（ゲート電極）に銅配線を適用した例である。なお、この図では、ＴＦＴ部分に加えてソース線の端子部、ゲート線の端子部も１つの図面の中に描いてある。このＴＦＴアレイ基板は逆スタガ（ボトムゲート）構造のＴＦＴを有する基板であって、例えば液晶表示装置の液晶を挟んで対峙する一対の基板のうち、一方の基板を構成するものである。
【００２４】
このＴＦＴアレイ基板１は、図１Ｅに示すように、透明基板２上に銅からなるゲート電極３が形成されており、ゲート電極３の表面は銅が窒化処理されてなる銅窒化層４で被覆されている。ゲート電極３上にはシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５が形成され、ゲート絶縁膜５上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる半導体能動膜６が形成され、リン等のｎ型不純物を含むアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：ｎ+ ）からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを介して半導体能動膜６上からゲート絶縁膜５上にわたってアルミニウム、クロム、モリブデン等の金属からなるソース電極８（ソース線１８）およびドレイン電極９が形成されている。そして、これらソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極３等で構成されるＴＦＴ１０を覆うパッシベーション膜１１が形成され、ドレイン電極９上のパッシベーション膜１１にコンタクトホール１２が形成されている。さらに、このコンタクトホール１２を通じてドレイン電極９と電気的に接続されるインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）、インジウム錫亜鉛酸化物（Indium Tin Zinc Oxide, 以下、ＩＴＺＯと略記する）等の透明性導電膜からなる画素電極１３が設けられている。
【００２５】
またソース線端子部１４では、ソース線１８上のパッシベーション膜１１にコンタクトホール１５が形成され、コンタクトホール１５を通じてソース線８と電気的に接続されるＩＴＯ、ＩＴＺＯ等の透明性導電膜からなるソース端子パッド１６が形成されている。同様に、ゲート線端子部１７では、ゲート線１９上のゲート絶縁膜５およびパッシベーション膜１１にコンタクトホール２０が形成され、コンタクトホール２０を通じてゲート線１９と電気的に接続されるＩＴＯ、ＩＴＺＯ等の透明性導電膜からなるゲート端子パッド２１が形成されている。
【００２６】
次に、このＴＦＴアレイ基板１を製造する手順を説明する。
まず、図１Ａに示すように、透明基板２上に銅膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極３およびゲート線１９を形成する。次に、ゲート電極３およびゲート線１９を構成する銅膜の表面の窒化処理を行い、銅表面を銅窒化層４で覆う。
【００２７】
この窒化処理には以下の２つの方法を採ることができる。
一つはアンモニアガスを含むガス雰囲気に曝す方法であり、他の一つはアンモニアガスプラズマに曝す方法である。本実施の形態の場合、窒化処理後、引き続いてゲート絶縁膜５となるシリコン窒化膜を形成するので、１台のＣＶＤ装置を用いて窒化処理とシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００２８】
前者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、まず、アンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＮＨ3／Ｎ2＝６３０sccm／１３５０sccmの流量で１分間供給し、アンモニアガスを含むガス雰囲気に基板表面を曝すことによって銅膜表面の窒化処理を行う。
【００２９】
次いで、チャンバー内に供給するガスをモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスに切り換え、その流量をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccmとし、シリコン窒化膜を成膜する。
【００３０】
後者の方法を採る場合、ゲート電極およびゲート配線を形成した透明基板をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、アンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＮＨ3／Ｎ2＝６３０sccm／１３５０sccmの流量で供給すると同時に、ｒｆ1が２．１５Ｗ／ｃｍ2（４０ＭＨｚ）の高周波電力を印加してプラズマを発生させ、アンモニアガスプラズマに基板表面を１分間曝すことによって銅膜表面の窒化処理を行う。以降、前者の方法と同様にガスを切り換え、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００３１】
シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５を形成した後、図１Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を順次成膜し、一つのフォトマスクを用いてこれらａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を一括してパターニングすることによりゲート電極３上にゲート絶縁膜５を介してアイランド部２４を形成する。
【００３２】
次に、図１Ｃに示すように、全面にアルミニウム、クロム、モリブデン等の金属膜を成膜した後、これをパターニングして上記金属膜からなるドレイン電極９、ソース電極８およびソース線１８を形成し、さらにａ−Ｓｉ膜２２のチャネル部上のａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を除去してａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを形成するとともに、ａ−Ｓｉ膜２２からなる半導体能動膜６を形成する。
【００３３】
次に、図１Ｄに示すように、全面にパッシベーション膜１１を成膜し、これをパターニングすることによりドレイン電極９上のパッシベーション膜１１を開口し、ドレイン電極９と次に形成する画素電極１３を電気的に接続するためのコンタクトホール１２を形成する。この際、ソース線端子部１４においては、ソース線１８上のパッシベーション膜１１を開口し、ソース線１８と次に形成するソース端子パッド１６を電気的に接続するためのコンタクトホール１５を形成する。同様に、ゲート線端子部１７においては、ゲート線１９上のゲート絶縁膜５およびパッシベーション膜１１を開口し、ゲート線１９と次に形成するゲート端子パッド２１を電気的に接続するためのコンタクトホール２０を形成する。
【００３４】
最後に、図１Ｅに示すように、全面にＩＴＺＯ膜を成膜し、これをパターニングすることにより画素電極１３を形成する。同時に、ソース線端子部１４においてはソース線１８上にソース端子パッド１６を形成し、ゲート線端子部１７においてはゲート線１９上にゲート端子パッド２１を形成する。
以上の工程を経て、本実施の形態のＴＦＴアレイ基板１が完成する。
【００３５】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板１の製造方法は、銅からなるゲート電極３およびゲート線１９を形成し、銅の表面を窒化処理して銅窒化層４を形成した後、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５を成膜する方法である。つまり、ＣＶＤ装置のチャンバー内においてシリコン窒化膜を成膜する際に、モノシランを含むガス雰囲気に基板が曝されても、銅窒化層４が介在しているために銅とモノシランガスが直接接触することがなく、銅シリサイドの突起の発生が抑制される。その結果、ゲート電極３およびゲート線１９上に形成するシリコン窒化膜、すなわちゲート絶縁膜５の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図２を参照して説明する。
図２は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法は第１の実施の形態とほぼ同様であり、第１の実施の形態では、銅配線（ゲート電極およびゲート配線）の形成後、シリコン窒化膜（ゲート絶縁膜）の形成前に銅配線表面の窒化処理を行っていたのに対し、本実施の形態においては、同じ工程で窒化処理に代えて還元処理を行う点が異なるのみである。したがって、図２において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２５の製造方法においては、まず、図２Ａに示すように、透明基板２上にゲート電極３およびゲート線１９を形成した後、これらゲート電極３、ゲート線１９を構成する銅膜の表面の還元処理を行い、銅表面に還元処理層２６を形成する。
【００３８】
この還元処理についても、第１の実施の形態と同様、以下の２つの方法を採ることができる。
一つは水素ガス雰囲気に曝す方法であり、他の一つは水素ガスプラズマに曝す方法である。還元処理後、続いてゲート絶縁膜５となるシリコン窒化膜を成膜するので、１台のＣＶＤ装置を用いて還元処理とシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００３９】
前者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１００Ｐａ、基板温度を３００℃とし、まず、水素（Ｈ2）ガスを５００sccmの流量で供給し、水素ガス雰囲気に基板表面を３分間曝すことによって銅膜表面の還元処理を行う。銅膜表面に製造工程中に形成された自然酸化膜が付いていたとしても、この還元処理によって自然酸化膜は消滅し、表面は還元処理層２６となる。
【００４０】
次のシリコン窒化膜の成膜条件は第１の実施の形態と同様である。すなわち、チャンバー内に供給するガスをモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスに切り換え、その流量をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝９０sccm／６３０sccm／１３５０sccmとし、チャンバー内の圧力が所望の圧力に達した後、プラズマを発生させ、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００４１】
後者の方法を採る場合、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１００Ｐａ、基板温度を３００℃とし、水素ガスを５００sccmの流量で３分間供給するとともに、０．４３Ｗ／ｃｍ2（４０ＭＨｚ）の高周波電力を印加してプラズマを発生させ、水素ガスプラズマに基板表面を曝すことによって銅膜表面の還元処理を行う。以降、前者の方法と同様に、シリコン窒化膜の成膜を行う。
【００４２】
本実施の形態の場合も、還元処理層２６を形成したことにより銅シリサイドの突起の発生が抑制されるため、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜５の絶縁特性が向上する、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図３を参照して説明する。
図３は本実施の形態のＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
第１および第２の実施の形態では銅配線（ゲート電極およびゲート配線）の形成後、シリコン系絶縁膜の成膜前に銅配線表面の窒化処理や還元処理を行っていたのに対し、本実施の形態では銅配線の表面処理は行わずに、シリコン系絶縁膜の成膜をガスの混合比が異なる２つの成膜条件で行う点が異なっている。図３においても図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
このＴＦＴアレイ基板２８は、図３Ｅに示すように、ゲート電極３上にシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜が形成されているが、このゲート絶縁膜はシリコンの原子比率が異なる２層のシリコン窒化膜から構成されている。ゲート電極３に直接接触する下層側シリコン窒化膜２９は、膜中のシリコンの原子比率が０．４１ないし０．４４であり、上層側シリコン窒化膜３０は下層側シリコン窒化膜２９よりも膜中のシリコンの原子比率が大きくなっている。その他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００４５】
次に、このＴＦＴアレイ基板２８を製造する手順を説明する。
まず、図３Ａに示すように、透明基板２上に銅膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極３およびゲート線１９を形成する。次に、ゲート電極３およびゲート線１９上を含む全面にゲート絶縁膜２９，３０となるシリコン窒化膜を成膜する。上述したように、ここでは２層のシリコン窒化膜を形成するが、これらはガスの混合比（分圧）を変えるだけであるから、１台のＣＶＤ装置を用いて２層のシリコン窒化膜の成膜を連続して行うことができる。
【００４６】
まず、ゲート電極３およびゲート線１９を形成した透明基板２をＣＶＤ装置のチャンバー内に導入した後、チャンバー内圧力を１５０Ｐａ、基板温度を３００℃とし、モノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）と窒素（Ｎ2）の混合ガスをＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝４０sccm／１６０sccm／６００ないし１２００sccmの流量で供給し、チャンバー内圧力が所望の１５０Ｐａに達した後、高周波電力を印加してプラズマを発生させ、シリコン窒化膜の成膜を行う。これにより、膜厚５０ｎｍ程度の下層側シリコン窒化膜を成膜することができる。
【００４７】
次に、原料ガス中のモノシランガスの分圧を上げて上層側シリコン窒化膜の成膜を行う。すなわち、チャンバー内に供給する原料ガスの混合比をＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝４０sccm／１６０sccm／３００sccmに切り換え、その他の成膜条件は変えることなく、シリコン窒化膜を成膜することにより、下層側シリコン窒化膜よりも膜中のシリコンの原子比率が大きい上層側シリコン窒化膜が形成される。上層側シリコン窒化膜については、少なくとも下層側シリコン窒化膜のステップカバレッジの悪さを補えればよく、それ以上は適宜必要な膜厚（例えば１００〜２００ｎｍ）だけ成膜すればよい。
【００４８】
以下の工程は、第１、第２の実施の形態と全く同様である。図３Ｂに示すように、ａ−Ｓｉ膜２２、ａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を順次成膜し、これらを一括してパターニングすることによりゲート電極３上にゲート絶縁膜２９，３０を介してアイランド部２４を形成する。次に、図３Ｃに示すように、全面に金属膜を成膜した後、これをパターニングしてドレイン電極９、ソース電極８およびソース線１８を形成し、さらにチャネル部上のａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜２３を除去してａ−Ｓｉ：ｎ+ 膜からなるオーミックコンタクト層７ａ，７ｂを形成する。次に、図３Ｄに示すように、全面にパッシベーション膜１１を成膜し、これをパターニングすることによりコンタクトホール１２を形成する。最後に、図４Ｅに示すように、全面にＩＴＯ膜を成膜し、これをパターニングすることにより画素電極１３を形成する。
以上の工程を経て、本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２８が完成する。
【００４９】
本実施の形態のＴＦＴアレイ基板２８の製造方法は、銅からなるゲート電極３およびゲート線１９上にシリコン窒化膜を成膜する際に、銅膜に直接接触する成膜初期の段階ではモノシランガスの分圧を下げているので、銅とシリコンとの反応が抑制され、銅シリサイドの突起の発生が抑制される。その結果、ゲート電極およびゲート配線上に形成するシリコン窒化膜、すなわちゲート絶縁膜２９，３０の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【００５０】
なお、以上ではゲート絶縁膜２９，３０を２層のシリコン窒化膜で構成する例を挙げたが、この構成に代えて、２層のシリコン酸化膜を用いてもよい。その場合の成膜条件は、高周波電力を印加してプラズマを発生させ、下層側シリコン酸化膜の成膜は、チャンバー内圧力を２００Ｐａ、基板温度を３００℃、モノシラン（ＳｉＨ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ／Ｈｅ＝１０sccm／５００sccm／５００sccmの流量とし、上層側シリコン酸化膜の成膜はモノシランガスの流量のみを増加させればよい。
【００５１】
［第４の実施の形態］
以下、上記実施の形態のＴＦＴアレイ基板を用いた液晶表示装置の一例を図４を用いて説明する。
本実施の形態の液晶表示装置４１は、図４に示すように、一対の透明基板３１，３２が対向して配置され、これら透明基板のうち、一方の基板３１が上記ＴＦＴアレイ基板、他方の基板３２が対向基板となっている。ＴＦＴアレイ基板３１の対向面側に画素電極３３が設けられるとともに、対向基板３２の対向面側に共通電極３４が設けられている。さらに、これら画素電極３３、共通電極３４の各々の上に配向膜３５，３６が設けられ、これら配向膜３５，３６間に液晶層３７が配設された構成となっている。そして、透明基板３１，３２の外側にそれぞれ第１、第２の偏光板３８，３９が設けられ、第１の偏光板３８の外側にはバックライト４０が取り付けられている。
【００５２】
本実施の形態の液晶表示装置４１によれば、上記のＴＦＴアレイ基板を用いたことにより絶縁不良による動作不良等の不具合を生じることなく、動作の高速化を実現することができる。
【００５３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば第１の実施の形態ではシリコン窒化膜形成前に窒化処理、第２の実施の形態では還元処理を行う例を挙げたが、これらを組み合わせ、窒化処理と還元処理の双方を行うようにしてもよい。すなわち、基板を水素ガス雰囲気または水素ガスプラズマに曝して銅配線の表面を還元処理した後、還元処理を施した基板をアンモニアガス雰囲気またはアンモニアガスプラズマに曝して銅配線の表面に銅窒化層を形成し、銅窒化層の表面にシリコン系絶縁膜を形成してもよい。また、銅配線の上層に形成するシリコン系絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれであってもよい。
【００５４】
【実施例】
[窒化処理および還元処理の効果]
従来の方法と本発明の方法で得られた銅配線の表面粗さ、および銅配線上層のシリコン窒化膜の絶縁特性を比較した。
銅配線の表面処理を何も行わずにその上にシリコン窒化膜を成膜する従来の方法で作製したサンプルのうち、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を１００秒としたものを従来例１のサンプル、ＲＦ印加前の原料ガスの流通時間を３０秒としたものを従来例２のサンプルとした。銅配線形成後、第１の実施の形態で例示した方法で窒化処理を行ったものを実施例１のサンプル、第２の実施の形態で例示した方法で還元処理を行ったものを実施例２のサンプルとした。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、シリコン窒化膜の膜厚は５０ｎｍ、測定パターンは１ｍｍ×１．２ｍｍの電極パターンを絶縁膜で被覆したパターンを用いた。
【００５５】
上記４種類のサンプルそれぞれにおいて、基板面内の１０個所でＡＦＭを用いて表面粗さを測定した。その結果を図５に示す。図５の縦軸は表面粗さ（ｎｍ）である。
従来例１では表面粗さが６０ｎｍ程度と大きく、ばらつきも大きい。従来例２でも表面粗さはまだ３０〜４０ｎｍ程度であり、ばらつきも従来例１と同様に大きい。これに対して、窒化処理を行った実施例１では表面粗さが１５ｎｍ程度に減少し、ばらつきも充分に小さい。還元処理を行った実施例２では表面粗さが１０ｎｍ程度に減少し、ばらつきはほとんどなくなる。このように、銅配線表面に窒化処理や還元処理を施すことによって、表面粗さを充分に低減できることがわかった。
【００５６】
次に、上記４種類のサンプルにおいて、シリコン窒化膜の膜厚を５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍと変えたものを作製し、それぞれのサンプルにおいて基板面内の１６個所でシリコン窒化膜の絶縁耐圧を測定した。その結果を図６に示す。図６の横軸はシリコン窒化膜厚（ｎｍ）、縦軸は１６測定ポイント中で絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。黒丸で示したデータが従来例１、白丸が従来例２、四角が実施例１、三角が実施例２をそれぞれ示している。測定パターンは、下部の銅電極１ｍｍ×１．２ｍｍをシリコン窒化膜で絶縁し、次に上部電極１ｍｍ×１ｍｍを形成したコンデンサ構造を用いた。
【００５７】
シリコン窒化膜厚が２００ｎｍと厚い時にはどのサンプルも絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはなく、測定結果に差がないが、シリコン窒化膜厚が１００ｎｍに薄くなると、従来例１が８ポイント、従来例２が３ポイントであるのに対し、実施例１、実施例２ともに１ポイントとなった。さらにシリコン窒化膜厚が５０ｎｍに薄くなると、従来例１が１６ポイント（測定点全部）、従来例２が１１ポイントであるのに対し、実施例１が８ポイント、実施例２が７ポイントとなり、従来例１，２に比べて絶縁耐圧が向上している。このように、銅配線表面に窒化処理や還元処理を施すことによって、その上層に形成するシリコン窒化膜の絶縁耐圧を充分に向上できることがわかった。
【００５８】
図６の測定データにおいて、シリコン窒化膜厚が１００ｎｍの時の絶縁耐圧の測定値の分布を示したのが図７〜図１０である。図７が従来例１、図８が従来例２、図９が実施例１、図１０が実施例２のデータをそれぞれ示している。図７〜図１０の横軸は絶縁耐圧の範囲（ＭＶ／ｃｍ）、縦軸は各絶縁耐圧範囲のポイントの数、である。
絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍ以下のポイント数は図６に示した通りであるが、絶縁耐圧が２ＭＶ／ｃｍを超えるポイント数の分布を見ても、図７の従来例１、図８の従来例２に比べて、実施例１、実施例２の場合、分布のピークが絶縁耐圧の高い側（図の右側）に移動しているのがわかる。
【００５９】
[シリコン原子比率の小さいシリコン系絶縁膜を用いる効果]
次に、銅配線の直上にシリコン原子比率の小さいシリコン系絶縁膜を成膜する第３の実施の形態で例示した方法により得られるシリコン窒化膜の絶縁特性について調査した。
まず、銅配線上にシリコン原子の含有比率を変えた下層側シリコン窒化膜を成膜し、基板面内の１６個所でシリコン窒化膜の絶縁耐圧を測定した。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、下層側シリコン窒化膜の膜厚は５０ｎｍ、上層側シリコン窒化膜の膜厚は１００ｎｍ、測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６０】
図１１は下層側シリコン窒化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すデータである。図１１の横軸はシリコン含有比率（比）、縦軸は１６測定ポイント中の絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６１】
シリコン含有比率が０．４１未満のシリコン窒化膜は成膜が不可能である。よって、シリコン含有比率が０．４１以上のシリコン窒化膜のうち、０．４１〜０．４４付近までのシリコン含有比率では絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはないが、シリコン含有比率が０．４５になると絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下の測定点が２ポイント現れる。この結果から、充分な絶縁耐圧を確保するためには下層側シリコン窒化膜のシリコン含有比率は、０．４１ないし０．４４が好適であると言える。
【００６２】
同様に、シリコン酸化膜の絶縁特性について調べた。
銅配線上にシリコン原子の含有比率を変えた下層側シリコン酸化膜を成膜し、基板面内の１６個所でシリコン酸化膜の絶縁耐圧を測定した。なお、銅配線の膜厚は１００ｎｍ、下層側シリコン酸化膜の膜厚は５０ｎｍ、上層側シリコン酸化膜の膜厚は１５０ｎｍ、測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６３】
図１２は下層側シリコン酸化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すデータである。図１２の横軸はシリコン含有比率（比）、縦軸は１６測定ポイント中の絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントの数、である。測定パターンは下部の銅電極をシリコン窒化膜で絶縁し、上部に金属電極を形成したＭＩＭ構造パターンを用いた。
【００６４】
シリコン含有比率が０．３２未満のシリコン酸化膜は成膜が不可能である。よって、シリコン含有比率が０．３２以上のシリコン窒化膜のうち、０．３２〜０．３４までのシリコン含有比率では絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下のポイントはないが、シリコン含有比率が０．３４５になると絶縁耐圧が４ＭＶ／ｃｍ以下の測定点が２ポイント現れる。この結果から、充分な絶縁耐圧を確保するためには下層側シリコン酸化膜のシリコン含有比率は、０．３２ないし０．３４が好適であると言える。
【００６５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、銅配線の上層にシリコン系絶縁膜を成膜する際に配線表面における突起の発生が抑制できるので、それ程厚い絶縁膜を形成することなく、シリコン系絶縁膜の絶縁特性を従来に比べて向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】 上記ＴＦＴアレイ基板を用いた液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図５】 従来例１、従来例２、実施例１、実施例２のサンプルそれぞれの表面粗さの測定結果を示すグラフである。
【図６】 上記４種類のサンプルそれぞれにおいて、シリコン窒化膜厚を代えた場合の絶縁耐圧を示すグラフである。
【図７】 同、従来例１の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図８】 同、従来例２の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図９】 同、実施例１の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図１０】 同、実施例２の絶縁耐圧の分布を示すグラフである。
【図１１】 下層側シリコン窒化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すグラフである。
【図１２】 下層側シリコン酸化膜中のシリコン原子含有比率と絶縁耐圧との相関を示すグラフである。
【図１３】 従来の製造方法において、銅膜を形成してからその表面にシリコン窒化膜を形成するまでの工程における各工程毎の表面粗さの変化を示すグラフである。
【図１４】 モノシランガス流量と銅膜の表面粗さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２５，２８ ＴＦＴアレイ基板（銅配線基板）
３ ゲート電極（銅配線）
４ 銅窒化層
５ ゲート絶縁膜（シリコン系絶縁膜）
１９ ゲート線（銅配線）
２６ 還元処理層
２９ 下層側ゲート絶縁膜（第１のシリコン系絶縁膜）
３０ 上層側ゲート絶縁膜（第２のシリコン系絶縁膜）
４１ 液晶表示装置
Claims (4)
- 少なくとも表面が絶縁性である基板上に設けられた銅配線と、該銅配線の表面に設けられた第１のシリコン窒化膜と、該第１のシリコン窒化膜の表面に設けられた第２のシリコン窒化膜とを有し、前記第１のシリコン窒化膜中のシリコン原子比率が前記第２のシリコン窒化膜中のシリコン原子比率よりも小さいことを特徴とする銅配線基板。
- 前記第１のシリコン窒化膜は、膜中のシリコン原子比率が０．４１ないし０．４４であることを特徴とする請求項１記載の銅配線基板。
- 少なくとも表面が絶縁性である基板上に銅配線を形成する工程と、該銅配線の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により第１のシリコン窒化膜を形成する工程と、該第１のシリコン窒化膜の表面にプラズマＣＶＤ成膜法により前記第１のシリコン窒化膜成膜時のシリコン系原料ガスの分圧より高いシリコン系原料ガスの分圧で成膜を行って第２のシリコン窒化膜を形成する工程とを有することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
- 一対の基板間に液晶が挟持され、前記一対の基板のうちの一方の基板が請求項１記載の銅配線基板であることを特徴とする液晶表示装置。
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